CN107973328B - 一种自吸式纳米碳酸钙碳化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自吸式纳米碳酸钙碳化反应器，所述碳化反应器包括反应器壳体(12)、导流筒(10)、电机(14)、搅拌轴(5)、上层搅拌桨(4)、下层搅拌桨(6)；所述导流筒(10)通过支撑杆(11)固定在反应器壳体(12)内，所述搅拌轴(5)自下至上依次装有下层搅拌桨(6)和上层搅拌桨(4)；所述上层搅拌桨(4)为自吸式涡轮搅拌桨，下层搅拌桨(6)为盘式涡轮搅拌桨。本发明的碳化反应器通过导流筒与多种形式搅拌桨的配合使用，可以极大增加气泡在液相中的停留时间，有效增加碳酸化反应的气液传质面积、缩短碳酸化反应时间；使用本发明生产纳米碳酸钙，可以极大提高二氧化碳利用率。

Description

一种自吸式纳米碳酸钙碳化反应器

技术领域

本发明涉及化工设备技术领域，具体是一种自吸式纳米碳酸钙碳化反应器。

背景技术

纳米材料是当前科学研究的热门，也是21世纪各国产业革命的支柱；而纳米碳酸钙以其质优价廉的特性也越来越成为人们研究的对象。我国在“十二五”期间就一直大力支持纳米碳酸钙产业的发展，并将其列为可持续发展的产业之一。近年来纳米碳酸钙在化工工业中的应用越来越广泛，尤其在橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨等工业中得到大量的应用，并且用量逐年增高。

目前在国内的生产中以间歇鼓泡碳化法为主，反应设备以鼓泡塔为主，这种方法普遍存在着生产效率低、产品晶型不容易控制、颗粒粒度分布不均匀的缺点。近年来一些新型的碳化方法如多级喷雾碳化法和超重力碳化法也逐渐在工业上得到应用。喷雾碳化法是二氧化碳气体为连续相、石灰浆微小液滴为分散相，两相逆向接触进行反应，更有利于气体传质，生产能力大，操作稳定，易于控制产品的晶形及粒度。但喷雾塔的压力喷嘴易堵塞，易喷射在塔壁上造成结疤，且喷射到塔壁上的液体会以液滴为反应单元继续与气相反应，形成亚微米或微米级的较大颗粒。超重力法设计理念是强化气液传质过程，核心设备是超重力离心反应器，该设备利用填充床高速旋转产生的几十到几百倍重力加速度，可获得超重力场环境，将二氧化碳气体和石灰浆悬浊液在超重力专用设备中逆流接触，同时添加分散剂，控制晶体生长，可得到粒径细、分布均匀的纳米碳酸钙。但该方法设备投资亦较高，限制了其在工业上的应用。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明针对现有碳酸钙鼓泡碳化反应器存在二氧化碳利用率低的问题，提供一种自吸式纳米碳酸钙碳化反应器。该反应器能够对反应尾气进行循环利用且极大提高二氧化碳在浆液中的停留时间的碳化反应器，能够显著提高二氧化碳在浆液中的分散性及其利用率。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一种自吸式纳米碳酸钙碳化反应器，所述碳化反应器包括反应器壳体、导气筒、电击、搅拌轴、上层搅拌桨、下层搅拌桨；所述导流筒通过支撑杆固定在反应器壳体内，所述搅拌轴自下至上依次装有上层搅拌桨和下层搅拌桨，所述搅拌轴为空心搅拌轴，在空心搅拌轴上设有进气孔；所述上层搅拌桨为自吸式涡轮搅拌桨，下层搅拌桨为盘式涡轮搅拌桨；所述反应器壳体周围装有夹套，在夹套上下两端分别设有冷却水进口阀和出口阀，在反应器底部设置出料阀，在出料阀的连接管上还连接有进气管和进气阀，在反应器壳体上设置有盖体，在盖体上设置加料口和气体出口，所述电机设在盖体的上方。

进一步地，所述自吸式涡轮搅拌桨位于导流筒内的中上部。

进一步地，所述自吸式涡轮搅拌桨为双盘六叶涡轮桨，桨叶间的轴上开有出气孔。

进一步地，所述出气孔设计6个。

进一步地，所述盘式涡轮搅拌桨位于位于导流筒的下方。

进一步地，所述盘式涡轮搅拌桨为直叶盘式涡轮搅拌桨，叶片设置4片以上。

进一步地，所述搅拌桨的叶片呈放射状均匀分布于圆盘上。

进一步地，所述盖体为平面盖体。

进一步地，所述进气孔设在在空心搅拌轴的中上部。

本发明碳酸钙碳化反应器的工作原理为：

将石灰浆从进料口放入碳化反应器内，开启搅拌的同时打开冷却水进口阀通入冷却水对石灰浆进行降温，降温到设定的温度后从碳化反应器的底部通入二氧化碳气体进行碳化反应，在盘式涡轮搅拌桨的剪切下气体破碎成小气泡，并随浆液一起导流筒外侧向上流动，同时盘式涡轮搅拌桨处形成的负压会促使浆液由导流筒内部自上向下运动，以补充盘式涡轮搅拌桨周围的浆液，由此形成了在导流筒内自上而下，在导流筒外自下而上的浆液快速循环体系。搅拌轴中部的自吸式搅拌桨在电机带动下，在液体中以一定的旋转速度，引起液体湍流，搅拌桨工作叶轮周围液体的动能增加，从而叶轮周围高动能液体的压力低于叶轮中心低动能液体的压力，形成空穴状态，此时气体从液面通过搅拌轴上的吸气孔被吸入，通过空心搅拌轴向下流动并从自吸搅拌桨处的出气口喷出。从自吸搅拌桨出喷出的气体在叶轮的剪切力下破碎成小气泡，与液体进行充分混合，同时气泡在快速循环浆液的带动下在导流筒内自上而下运动；由此可大大增加气泡在液相中的停留时间。

本发明碳酸钙碳化反应器的使用方法为：

将一定质量的石灰浆从进料口放入反应器内，打开电机开启搅拌，同时打开冷却水进口阀通入冷却水对石灰浆进行降温；到达设定温度后从反应器底部的气体入口通入窑气进行碳化反应；在盘式涡轮搅拌桨的剪切下气体破碎成小气泡，并随浆液一起在反应器内形成了在导流筒内自上而下、导流筒外自下而上的流型；反应后的尾气聚集在反应器上方，在自吸式搅拌浆的作用下自空心搅拌轴上的进气孔吸入、从自吸搅拌桨的出气口喷出；从自吸搅拌桨喷出的气泡在导流筒内流型的带动下自上而下运动，再沿导流筒外侧上升溢出液面外，打开反应器底部设置出料阀，即可纳米碳酸钙浆料。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：

1、本发明的碳化反应器通过导流筒与多种形式搅拌桨的配合使用，可以极大增加气泡在液相中的停留时间，有效增加碳酸化反应的气液传质面积、缩短碳酸化反应时间；使用本发明生产纳米碳酸钙，可以极大提高二氧化碳利用率，二氧化碳吸收率可达65-70％。

2、本发明的反应器的气体由底部通入反应器后，经过下层搅拌桨的分散，与液体一起沿导流筒外侧向上流动，并在导流筒内部向下流动形成环流。通过自吸式搅拌桨吸入的反应釜上方气体在导流筒内液体的带动下一起向下流动，显著增加了碳酸化反应的气液传质面积和气泡在浆液中的停留时间。

3、本发明碳化反应器所采用的自吸式搅拌桨，可将反应釜内液面上方的二氧化碳尾气重新吸入反应液中，在反应器内就能对碳化反应尾气进行二次利用。

4、本发明的反应器在碳酸化反应中二氧化碳气泡分散度高，气液固三相宏观流动强，制备出的纳米碳酸钙品质稳定、粒度均匀。

5、本碳化反应器结构简单、设计合理、成本低，容易实现工业化生产。

附图说明

图1为本发明自吸式纳米碳酸钙碳化反应器的结构实体图；

图2为下层搅拌桨的放大图；

图3为上层搅拌桨的放大图。

附图标记：1-进气孔；2-加料口；3-冷却水出口阀；4-上层搅拌桨；5-搅拌轴；6-下层搅拌桨；7-出料阀；8-气体入口；9-冷却水进口阀；10-导流筒；11-支撑杆；12-反应器壳体；13-气体出口；14-电机。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例1

如附图1所示，本发明所述的自吸式纳米碳酸钙碳化反应器，包括反应器壳体12、导流筒10、电机14、搅拌轴5、上层搅拌桨4、下层搅拌桨6；所述导流筒10通过支撑杆11固定在反应器壳体12内，所述搅拌轴5自下至上依次装有下层搅拌桨6和上层搅拌桨4，所述搅拌轴5为空心搅拌轴，在空心搅拌轴5上设有进气孔1，所述进气孔设在在空心搅拌轴的中上部；所述上层搅拌桨4为自吸式涡轮搅拌桨，下层搅拌桨6为盘式涡轮搅拌桨；所述反应器壳体12周围装有夹套，在夹套上下两端分别设有冷却水进口阀9和出口阀3，在反应器底部设置出料阀7，在出料阀7的连接管上还连接有进气管和进气阀，在反应器壳体12上设置有盖体，在盖体上设置加料口2和气体出口8，所述电机14设在盖体的上方，所述盖体为平面盖体。

进一步地，所述自吸式涡轮搅拌桨位于导流筒内的中上部。所述自吸式涡轮搅拌桨为双盘六叶涡轮桨，桨叶间的轴上开有6个出气孔。

进一步地，所述盘式涡轮搅拌桨位于位于导流筒的下方。所述盘式涡轮搅拌桨为直叶盘式涡轮搅拌桨，叶片设置4片以上。所述搅拌桨的叶片呈放射状均匀分布于圆盘上。

本发明碳酸钙碳化反应器的使用方法为：

将生石灰与60℃的水按照1:5的质量比混合，充分搅拌30min，得到石灰浆；消化石灰浆过170目筛进行除渣精制，经过24小时陈化后加水调至比重为1.060，即得到反应所用的石灰浆。将石灰浆从进料口2放入反应器内，打开电机14开启搅拌，同时打开冷却水进口阀9通入冷却水对石灰浆进行降温；到达设定温度后从反应器底部的气体入口8通入窑气进行碳化反应；在盘式涡轮搅拌桨6的剪切下气体破碎成小气泡，并随浆液一起在反应器内形成了在导流筒10内自上而下、导流筒外自下而上的流型；反应后的尾气聚集在反应器上方，在自吸式搅拌浆4的作用下自空心搅拌轴上的进气孔1吸入、从自吸搅拌桨4的出气口喷出；从自吸搅拌桨4喷出的气泡在导流筒10内流型的带动下自上而下运动，再沿导流筒10外侧上升溢出液面外，打开反应器底部设置出料阀7，即可纳米碳酸钙浆料。

本发明的碳化反应器通过导流筒与多种形式搅拌桨的配合使用，可以极大增加气泡在液相中的停留时间，有效增加碳酸化反应的气液传质面积、缩短碳酸化反应时间；使用本发明生产纳米碳酸钙，可以极大提高二氧化碳利用率。

以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种自吸式纳米碳酸钙碳化反应器，其特征在于：所述碳化反应器包括反应器壳体（12）、导流筒（10）、电机（14）、搅拌轴（5）、上层搅拌桨（4）、下层搅拌桨（6）；所述导流筒（10）通过支撑杆（11）固定在反应器壳体（12）内，所述搅拌轴（5）自下至上依次装有下层搅拌桨（6）和上层搅拌桨（4），所述搅拌轴（5）为空心搅拌轴，在空心搅拌轴（5）上设有进气孔（1）；所述上层搅拌桨（4）为自吸式涡轮搅拌桨，下层搅拌桨（6）为盘式涡轮搅拌桨；所述反应器壳体（12）周围装有夹套，在夹套上下两端分别设有冷却水进口阀（9）和出口阀（3），在反应器底部设置出料阀（7），在出料阀（7）的连接管上还连接有进气管和进气阀，在反应器壳体（12）上设置有盖体，在盖体上设置加料口（2）和气体出口（8），所述电机（14）设在盖体的上方；所述自吸式涡轮搅拌桨为双盘六叶涡轮桨，桨叶间的轴上开有出气孔；所述盘式涡轮搅拌桨为直叶盘式涡轮搅拌桨，叶片设置4片以上，且搅拌桨的叶片呈放射状均匀分布于圆盘上。

2.根据权利要求1所述自吸式纳米碳酸钙碳化反应器，其特征在于：所述出气孔设计6个。

3.根据权利要求1所述自吸式纳米碳酸钙碳化反应器，其特征在于：所述盘式涡轮搅拌桨位于导流筒的下方。

4.根据权利要求1所述自吸式纳米碳酸钙碳化反应器，其特征在于：所述盖体为平面盖体。

5.根据权利要求1所述自吸式纳米碳酸钙碳化反应器，其特征在于：所述进气孔（1）设在空心搅拌轴（5）的中上部。