CN107875987A - 制备二水石膏晶体的搅拌反应器 - Google Patents

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张润泽
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Abstract

本发明公开了一种制备二水石膏晶体的搅拌反应器。包括壳体，搅拌器，壳体为顶部设有封板的圆筒形结构，壳体的底部为圆锥形结构；半圆形的第一、第二进液分布器对称置于封板的下方，第一、第二进液分布器的一端分别穿出封板，第一、第二进液分布器分别安装多个喷头，锥底的中心设有成品排放口；壳体的上部与机架的下端固接，机架为中空结构，机架的顶端与驱动装置固接，驱动装置与传动轴的顶端固接，传动轴竖直穿过壳体的封板，搅拌器套装在壳体内的传动轴上，搅拌器的底部与壳体的底部匹配；壳体内壁设有折流装置。混合液经搅拌器搅拌以及辅助折流装置的作用使混合液快速充分反应并生成晶核，减少晶体的破碎与磨损。

Description

制备二水石膏晶体的搅拌反应器
技术领域
本发明涉及搅拌反应器，特别是一种制备二水石膏晶体的搅拌反应器。
背景技术
反应器是一种实现反应过程的设备，广泛应用在化工、石油、冶金等行业领域，主要用于实现液相单相反应和液液、固液等多相反应过程，液液两相反应生成固体结晶的反应器，目前比较常用的是釜式反应器。釜式反应器按操作方式又可分为间歇釜式反应器、连续釜式反应器以及半连续釜式反应器，其主要区分在于进出料是间断还是持续。大规模工业化生产中一般首选连续釜式反应器，以保证生产的连续性，质量稳定且易于控制。
釜式反应器中主要由壳体与搅拌器组成，并配以其它辅件。其中搅拌器为最关键的部件，其作用是提供反应所需要的能量及流体流动。根据搅拌目的的不同，可将搅拌分为混合搅拌、悬浮分散搅拌、传热搅拌、传质搅拌等。混合搅拌就是将互溶的两相或多相液体经过搅拌器的作用形成均匀分散的混合物，并得到传热和传质等效果。悬浮分散搅拌的基本目的是产生与维持悬浮液，以及增强固液两相间的传质效果。利用液液两相结晶沉降制备固体晶体过程，可概括为：在未产生晶核前，各相溶液中的离子是自由离子，两相液经混合后有效离子反应形成晶核，随后是晶核不断长大的过程。由于晶核是两相液混合接触瞬间反应生成，因此在两相液接触时需保证液液两相的初始混合效果与控制溶液的过饱和度处于亚稳定区内和不稳定区内，取得粒径较大均匀的晶体颗粒。其后晶核的长大相对于晶核的生成来说是一个复杂的过程，还包括二次成核、晶体团聚等现象。晶核长大过程中需避免搅拌的大剪切作用，导致晶体破碎、晶体颗粒较小、晶体粒径分布不均匀。因此搅拌速率不能控制过高，如果搅拌速率过高，晶浆内流体剪应力增大，这将会增大晶核长大后破碎的几率。其次还需要控制整个系统的反应时间，使晶核在两相液中停留足够的时间来长大。
目前所常见的传统搅拌中，无论轴流式、混流式、还是径流式搅拌一般都可以保证低粘度液液两相的混合效果。其中轴流式的优点表现于其流动状态为轴流型，循环性能好，剪切力小，缺点在于湍流程度不高，轴向流动剧烈，不能保证晶核在反应器有足够的停留时间长大；径流式搅拌优点表现于当能量消耗不大时，搅拌效率较高，搅拌产生很强的径向流，其缺点在于剪切作用大，不利于晶体的生长。
发明内容
本发明旨在解决的技术问题是提供一种利用液液混合反应生成固体结晶的反应装置，具体是一种制备二水石膏晶体的搅拌反应器，解决了结晶效果差、反应时间长、步骤繁琐的问题。
本发明采用如下技术方案：
一种制备二水石膏晶体的搅拌反应器，包括壳体，驱动装置，置于壳体内的搅拌器，所述壳体为顶部设有封板的圆筒形结构，壳体的底部为圆锥形结构；半圆形的第一、第二进液分布器对称置于封板的下方，第一、第二进液分布器的一端分别穿出封板，第一、第二进液分布器分别安装多个喷头，锥底的中心设有成品排放口；壳体的上部与机架的下端固接，机架为中空结构，机架的顶端与动力装置固接，驱动装置与传动轴的顶端固接，传动轴竖直穿过壳体的封板，搅拌器套装在壳体内的传动轴上，搅拌器的底部与壳体的底部匹配；壳体内壁设有折流装置。
采用上述技术方案的本发明与现有技术相比，有益效果是：
在利用进液分布器将两相液分别雾化后均匀喷洒到反应器内湍流区，混合液经搅拌器搅拌以及辅助折流装置的作用使混合液快速充分反应并生成晶核，通过控制混合液的反应时间、混合液过饱和度、混合液的流动形式及强度来控制晶核的数量与粒径的增长速率，减少晶体的破碎与磨损。
进一步的，本发明的优化方案是：
所述封板的上部设有连通壳体内部第一接口和第二接口，第一接口为冲洗水接口，第二接口为液位计接口。
所述锥底上方壳体的侧面设有温度计接口。
所述传动轴由上段轴、中段轴和下段轴构成，上段轴的上端通过上联轴器与动力装置的输出轴连接，上段轴的下端通过夹壳联轴器与中段轴的上段连接，中段轴与搅拌器连接，中段轴的下端与下段轴的上端通过法兰连接，下段轴的下端置于滑动轴承内，滑动轴承与锥底固接。
所述搅拌器包括横向的上、下连接板，上、下连接板的两端固接有竖直的第一、第二立板，第一立板的内侧设有连接上、下连接板的第三立板，第二立板的内侧设有设有连接上、下连接板的第四立板，第一、第二立板的高度大于第三、第四立板的高度；第一立板与第三立板的下端固接有倾斜的第一斜板，第二立板和第四立板的下端固接有倾斜的第二斜板，第一立板的上部与上连接板之间固接有倾斜的第三斜板，第二立板与上连接板之间固接有倾斜的第四斜板，第一、第二、第三和第四斜板的倾斜角度与壳体底部角度相同。
所述搅拌器的材料是不锈钢。
所述折流装置由6个折流挡板构成，折流挡板为矩形的钢板，折流挡板竖直均布于壳体的内圆周面，折流挡板的宽度为壳体直径的十分之一至十二分之一。
所述折流挡板向搅拌器旋转方向倾斜。
所述折流挡板与壳体的切线成30度角。
所述驱动装置由立向布置的变频电机、减速机构成，变频电机与减速机连接，减速机壳体通过定位法兰与机架固接，减速机输出轴与传动轴的上段轴通过上联轴器相连接。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图。
图中：驱动装置1；变频电机1-1；减速机1-2；机架2；第一接口3；第一进液分布器4；折流装置5；折流挡板5-1；壳体6；封板6-1；温度计接口7；上联轴器8；上段轴9；第二接口10；夹壳联轴器11；中段轴12；搅拌器13；第一立板13-1；第二立板13-2；第一斜板13-3；第二斜板13-4；上连接板13-5；第三立板13-6；下连接板13-7；第三斜板13-8；第四立板13-9；第四斜板13-10；人孔14；下段轴15；滑动轴承组件16；支架16-1；成品排放口17；第二进液分布器18。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步详述本发明。
参阅附图，本实施例是一种制备二水石膏晶体的搅拌反应器，包括壳体6，壳体6为圆筒形结构，壳体6顶部设有封板6-1,壳体6的底部为圆锥形结构，锥角为20度。半圆形的第一进液分布器4和第二进液分布器18对称置于封板6-1的下方，第一进液分布器4和第二进液分布器18利用管卡固定，第一进液分布器4和第二进液分布器18是钢管，第一进液分布器4和第二进液分布器18环形分布在反应器内湍流区域上方。第一进液分布器4和第二进液分布器18的一端分别穿出封板6-1，第一进液分布器4和第二进液分布器18分别钢管开孔焊接等距的多个喷头，优选喷头为扇形喷嘴，喷嘴间距75mm，喷嘴方向垂直向下并尾部盲堵。封板6-1的上部设有连通壳体内部第一接口3和第二接口10，第一接口3为冲洗水接口，第二接口10为液位计接口，第二接口10与雷达液位计连接。锥底上方壳体的侧面设有温度计接口7，温度计接口7与热电阻温度计相连。壳体6锥底的中心安装有成品排放口17。壳体6的下部的侧面安装有人孔结构14。
壳体6的上部通过连接法兰与机架2的下端螺栓连接，机架2为中空结构，机架2的顶端与驱动装置固接，驱动装置1由立向布置的变频电机1-1、减速机构1-2、变频器以及DCS远传控制系统构成，变频电机1-1的轴线与壳体6的轴线重合，变频电机1-1与减速机1-2连接，减速机1-2壳体通过定位法兰与机架2螺栓连接，减速机1-2输出轴与传动轴通过上联轴器8相连接。传动轴由上段轴9、中段轴12和下段轴15构成，上段轴9竖直穿过壳体6的封板6-1，上段轴9的上端通过上联轴器8与减速机1-2的输出轴连接，上段轴9的下端通过夹壳联轴器11与中段轴12的上端连接，中段轴12的下端与下段轴15的上端通过法兰连接，下段轴15的下端置于滑动轴承组件16内，滑动轴承组件16与壳体6的锥底通过支架16-1焊接连接。
搅拌器13置于壳体6内，搅拌器13套装在壳体6内的中段轴12上，搅拌器13通过不锈钢高强度螺栓与中段轴12连接。搅拌器13包括横向的上连接板13-5和下连接板13-7，上连接板13-5和下连接板13-7的两端焊接有竖直的第一立板13-1、第二立板13-2，第一立板13-1的内侧焊接有连接上连接板13-5和下连接板13-7的第三立板13-6，第一立板13-1的高度小于第三立板13-6的高度。第二立板13-2的内侧焊有设有连接上连接板13-5和下连接板13-7的第四立板13-9，第二立板13-2的高度大于第四立板13-9的高度。第一立板13-1和第二立板13-2、第三立板13-6和第四立板13-9分别对称于中段轴12。第一立板13-1和第二立板13-2、第三立板13-6和第四立板13-9分别位于上连接板13-5和下连接板13-7的两侧。第一立板13-1的上部与上连接板13-5之间焊接有第一斜板13-3，第二立板13-2与上连接板13-5之间焊接有第二斜板13-4。第一立板13-1与第三立板13-6的下端焊接有倾斜的第三斜板13-8，第二立板13-2和第四立板13-9的下端焊接有第四斜板13-10，第一斜板13-3、第二斜板13-4、第三斜板13-8和第四斜板13-9与壳体6底部匹配，倾斜角度是20度。
壳体6的内壁设有折流装置5，折流装置5由6个折流挡板5-1构成，折流挡板5-1是矩形的钢板，每个折流挡板5-1竖直均布于壳体6的内圆周面，折流挡板5-1焊接在壳体6的内壁，折流挡板向搅拌器旋转方向倾斜，折流挡板5-1与壳体6的切线成30度角。折流挡板5-1的宽度为壳体6直径的十分之一至十二分之一，优选折流挡板5-1的宽度为壳体6直径的十分之一。折流挡板5-1的高度大于第一立板13-1和第二立板13-2的高度。
本实施例的工作过程为：开启并调节变频驱动装置1达到合适转速（优选6-9r/min），打开第一进液分布器4和第二进液分布器18的进液阀门，碱渣上清液与芒硝溶液经分别由两根进液分布器雾化分散后布入反应器内湍流区域，混合液在搅拌器13与折流挡板5-1的作用下在反应器中上段充分混合并瞬间反应生成二水硫酸钙与浓盐水。物料持续加入，持续生成晶核并且晶核不断聚结。当混合液液位达到80%时通过调节底部成品排放口17阀门开度与进液量来控制混合液在反应器内的停留时间（优选120min），二水硫酸钙晶体随浓盐水由底部排放口排出。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种制备二水石膏晶体的搅拌反应器，包括壳体，驱动装置，置于壳体内的搅拌器，其特征在于：所述壳体为顶部设有封板的圆筒形结构，壳体的底部为圆锥形结构；半圆形的第一、第二进液分布器对称置于封板的下方，第一、第二进液分布器的一端分别穿出封板，第一、第二进液分布器分别安装多个喷头，锥底的中心设有成品排放口；壳体的上部与机架的下端固接，机架为中空结构，机架的顶端与驱动装置固接，驱动装置与传动轴的顶端固接，传动轴竖直穿过壳体的封板，搅拌器套装在壳体内的传动轴上，搅拌器的底部与壳体的底部匹配；壳体内壁设有折流装置。
2.根据权利要求1所述的制备二水石膏晶体的搅拌反应器，其特征在于:所述封板的上部设有第一接口和第二接口，第一接口为冲洗水接口，第二接口为液位计接口。
3.根据权利要求1所述的制备二水石膏晶体的搅拌反应器，其特征在于:所述锥底上方壳体的侧面设有温度计接口。
4.根据权利要求1所述的制备二水石膏晶体的搅拌反应器，其特征在于:所述传动轴由上段轴、中段轴和下段轴构成，上段轴的上端通过上联轴器与驱动装置的输出轴连接，上段轴的下端通过夹壳联轴器与中段轴的上段连接，中段轴与搅拌器连接，中段轴的下端与下段轴的上端通过法兰连接，下段轴的下端置于滑动轴承内，滑动轴承与锥底固接。
5.根据权利要求1所述的制备二水石膏晶体的搅拌反应器，其特征在于:所述搅拌器包括横向的上、下连接板，上、下连接板的两端固接有竖直的第一、第二立板，第一立板的内侧设有连接上、下连接板的第三立板，第二立板的内侧设有设有连接上、下连接板的第四立板，第一、第二立板的高度大于第三、第四立板的高度；第一立板与第三立板的下端固接有倾斜的第一斜板，第二立板和第四立板的下端固接有倾斜的第二斜板，第一立板的上部与上连接板之间固接有倾斜的第三斜板，第二立板与上连接板之间固接有倾斜的第四斜板，第一、第二、第三和第四斜板的倾斜角度与壳体底部角度相同。
6.根据权利要求1或5所述的制备二水石膏晶体的搅拌反应器，其特征在于: 所述搅拌器的材料是不锈钢。
7.根据权利要求1所述的制备二水石膏晶体的搅拌反应器，其特征在于: 所述折流装置由6个折流挡板构成，折流挡板为矩形的钢板，折流挡板竖直均布于壳体的内圆周面，折流挡板的宽度为壳体直径的十分之一至十二分之一。
8.根据权利要求1所述的制备二水石膏晶体的搅拌反应器，其特征在于: 所述折流挡板向搅拌器旋转方向倾斜。
9.根据权利要求8所述的制备二水石膏晶体的搅拌反应器，其特征在于: 所述折流挡板与壳体的切线成30度角。
10.根据权利要求7所述的制备二水石膏晶体的搅拌反应器，其特征在于:所述所述驱动装置由立向布置的变频电机、减速机构成，变频电机与减速机连接，减速机壳体通过定位法兰与机架固接，减速机输出轴与传动轴的上段轴通过上联轴器相连接。
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