CN109999740A - 一种实现废气回收的连续化固液反应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现废气回收的连续化固液反应系统，包括反应器、固液混合器、固液分离器、输送泵，反应器内反应液面以上作为集气室，反应器顶部设置排气管，该排气管接通所述集气室；反应器设置有液体原料进液管和悬浊液进液管，所述固液混合器是将固相原料和溶剂搅拌成悬浊液，固液混合器通过所述悬浊液进液管连通反应器，悬浊液进液管和液体原料进液管伸入到反应器内反应液面以下；反应器至少设置有一个出液管路和循环管路。将固相原料搅拌成悬浊液，通过管路向反应器内进料，反应过程中无需因补充固相原料而临时打开反应器，因此也避免了反应器内气体的泄露，无需停车添料实现了固液反应的连续进行和气体的连续收集。
Description
技术领域
本发明涉及一种固液反应装置，具体涉及一种可实现对反应废气产物回收防止外溢的固液反应系统。
背景技术
在现有的固液相化学品生产，特别是在一些酸、碱、盐的置换反应、复分解反应化学产品工艺生产中，由于化学原料多为酸、碱、盐，具有一定腐蚀性，且生产原料多为固体、液体及固液组合，反应条件多为常压，故生产工艺大多采用简单的、多批次的间歇式反应工艺，生产设备多为常压搪瓷反应釜，批次进料必须配合频繁开停车。
化学反应多会有H2、CO2、H2S等废气产生，由于间歇敞开式生产工艺条件限制，这些气体不能完全有效隔离，大多被无害化处理或直接排放；在产生有毒有害气体如H2S反应中，H2S尾气需要抽微负压吸收破解处理，若负压装置发生故障，H2S会释放到现场操作环境里，给现场人员带来危害且存在燃烧爆炸的危险。在产生H2气体的反应中，由于H2是易燃易爆气体，爆炸下限低，爆炸范围广，如不能有效收集，且频繁开停车将增加泄漏风险，存在极大的安全隐患。在产生CO2气体的反应中，大量CO2气体排入大气增加了环保压力。
而废气种类中H2的燃烧热值很高，是一种优质清洁的化工原料和燃料，CO2是一种用途广泛的化工原料，可作为灭火剂、气体保护剂、农作物气肥、致冷剂。对气相副产物回收，既减缓了环境压力和安全隐患，同时也可实现副产物再利用。
现有的间歇式敞开式生产工艺都是将固体、液体化工原料通过投料口(或人孔)直接投入，固液原料一接触即发生化学反应，反应产生的废气被引导排放，部分气体被无组织排放到生产车间。
现有生产工艺装置存在弊端：
(1)频繁开停车，每次都要经历：启动-投料-反应-卸料等工序，增加了操作复杂程度。作业对人工操作依赖性大，工人劳动强度大。
(2)单釜间歇式生产，自动化程度低，生产控制难度大，存在产品质量波动。
(3)频繁停车导致反应产生的气体泄漏，存在安全隐患。
(4)间歇式投料，初始反应剧烈，后续反应缓慢，反应速率多变，增加控制难度。
(5)生产过程中产生的气相副产物如CO2、H2等不能被回收利用，只能作为无害废气排掉。造成资源浪费，也增加了环保压力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种固液反应系统，让反应始终在密封条件下进行，连续化作业，无需停车加料，对于反应产物中的气体及时回收，无泄漏、无排放。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种实现废气回收的连续化固液反应系统，包括反应器、固液混合器、固液分离器、输送泵，反应器内反应液面以上作为集气室，反应器顶部设置排气管，该排气管接通所述集气室；反应器设置有液体原料进液管和悬浊液进液管，固液混合器是将固相原料和溶剂搅拌成悬浊液，固液混合器通过所述悬浊液进液管连通反应器，悬浊液进液管和液体原料进液管伸入到反应器内反应液面以下；反应器至少设置有一个出液管路，出液管路上设置所述固液分离器，反应液经固液分离器分离得到的固相经管路返回到反应器内；反应器设置有循环管路，循环管路上设置所述输送泵，反应液经循环管路不断在反应器内外循环。
为了便于对反应器内固液反应生成的气体进行连续收集，将固相反应物(原料)调配成悬浊液，通过管路向反应器内进料，反应过程中无需因补充固相原料而临时打开反应器，因此也避免了反应器内气体的泄露。
较好的选择是，固液混合器是通过内置搅拌结构将固相原料和溶剂搅拌成悬浊液，即固相反应物悬浮在溶剂中，本申请的溶剂是指不参与反应的溶剂，或者也可选择反应体系中排出的母液，前述母液中应不包含液体原料。当然，固液混合器可以是带搅拌的混合釜，也可以是射吸式混合器或简单的液体冲洗设置。
较好的设置是，所述排气管管路上设置有气液分离器，反应器内的气体中不可避免含有反应液，为了提高气体收集纯度，需要去除携带的液体，通过设置气液分离器来纯化气体。
为了促进固液反应，让固相原料和液体原料充分接触。进一步设置反应器底部呈倒锥形，并在锥底设置水力喷射器，水力喷射器设置在循环管路连接反应器的回液口位置；让反应液中沉积的固相原料尽可能汇集到锥形底部，同时出液管路上经固液分离器分离得到的固相也返回到锥形底部，利用水力喷射器将循环液由下而上喷送固相原料，使固相原料重新分散到反应液主体内参加反应。
出液管路也可设置分支连接至循环管路，经固液分离器分离得到的液相经循环管路作为循环液重新回到反应器内；出液管路在固液分离器之后的管路上形成液封管路，避免当反应器内反应液液面降低而露出出液管路与反应器的连接口，导致气体经出液管路发生泄漏。
优选地，反应器内设置有导流筒，水力喷射器位于导流筒筒口下方，并满足水力喷射器的喷射方向由下而上朝向导流筒中间，在导流筒内外形成循环。
本申请的固液混合器包括可向外打开或关闭的壳体、导流筒、带搅拌叶的搅拌轴、驱动搅拌轴旋转的搅拌电机，导流筒悬空设置在壳体内部，带搅拌叶的搅拌轴伸入导流筒中间，悬浊液进液管的进液端与壳体内部连通，溶剂和固体原料在固液混合器中搅拌轴的搅拌作用下形成悬浊液，设置的导流筒有利于形成内循环而帮助快速形成悬浊液。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、连续化生产不需要频繁开停车，简化了生产操作，便于自动化控制，反应条件恒定缓和，反应速率、产品质量控制。减少操作中带来的失误，减少发生生产事故。降低工人操作、劳动强度。
2、反应产生的气体被反应液可靠隔绝在反应器顶部，只能通过顶部气相出口收集。在产生H2等具有易燃易爆气体反应中，气体被隔离在安全可靠状态，降低生产风险。
3、反应产生的废气全部得以安全可靠地回收利用，进一步处理后可作为副产品再利用。
附图说明
图1为本发明实施例1连续化固液反应体系的结构示意图；
图2为本发明实施例2连续化固液反应体系的结构示意图；
图3为本发明实施例3连续化固液反应体系的结构示意图；
图4为本发明实施例4连续化固液反应体系的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1所示，一种实现废气回收的连续化固液反应系统，包括反应器2、固液混合器1、固液分离器4、输送泵6，反应器2内反应液面以上作为集气室，反应器2顶部设置排气管，该排气管接通集气室。反应器设置有液体原料进液管和悬浊液进液管，两只进液管均伸入反应器内反应液面以下。
固液混合器1是将固相原料和溶剂搅拌成悬浊液，固液混合器1通过悬浊液进液管连通反应器2，将悬浊液连续输送到反应器液面以下。
反应器2设置有出液管路，出液管路上设置固液分离器4，反应液经固液分离器4分离得到的固相经管路返回到反应器2内，继续参与反应；出液管路位于固液分离器4之后的管路上成型有液封管路5，经固液分离器4分离得到的液相作为产品溶液输送到下一道工序。反应器2设置有循环管路，循环管路上设置输送泵6，反应液经循环管路不断在反应器内外循环。
固液混合器1包括可向外打开或关闭的壳体101、导流筒102、带搅拌叶的搅拌轴103、驱动搅拌轴103旋转的搅拌电机，导流筒悬空设置在壳体101内部，带搅拌叶的搅拌轴103伸入导流筒102中间，悬浊液进液管的进液端与壳体内部连通。
实施例2
如图2所示，本实施例涉及铁粉和盐酸的反应，气体为氢气，利用反应形成的氯化亚铁母液将铁粉搅拌成悬浊液，实现连续液体进料。该固液反应体系与实施例1的体系的主要区别在于：
本实施例在排气管管路上设置有气液分离器，利用水作为洗涤液洗气。
本实施例在反应器内设置导流筒，在导流筒的作用下形成内循环。
反应器2底部呈倒锥形，并在锥底设置水力喷射器3，水力喷射器3设置在循环管路连接反应器的回液口位置。
循环管路上设置有固液分离器4，经固液分离器4分离得到的固相返回到锥形底部，而固液分离器4分离得到的循环液经水力喷射器3由下而上涌入导流筒中间，喷送过程中锥底的固相也携带着重新分散到反应器主体。
实施例3
如图3所示，本实施例设计碳酸镁固体与柠檬酸的固液反应，气体为二氧化碳。固液反应系统与实施例2的区别在于还包括第二个固液混合器，该第二个固液混合器是用于将柠檬酸晶体用反应产生的柠檬酸镁结晶母液预溶解，形成液体反应溶液，然后通过液体原料进液管送入反应器内。该反应体系可实现原料均为固体的连续化固液反应。
实施例4
如图4所示，本实施例涉及硫酸和铁粉的反应，气体为氢气，利用硫酸亚铁母液将铁粉制成悬浊液，实现铁粉的连续进料。本实施例的连续化固液反应系统，包括两个反应器2，第一反应器、第二反应器，第一反应器的反应液位高度低于第二反应器的反应液位高度，第一反应器和第二反应器之间设置反应液溢流管8。反应过程中，第二反应器内的反应液能够向第一反应器内溢液。
第一、二反应器2内反应液面以上作为集气室，顶部均设置排气管，该排气管接通集气室。第一反应器设置有液体原料进液管用于浓硫酸的连续进料，液体原料进液管伸入反应液液面以下。第二反应器配置有固液混合器1，固液混合器是将铁粉和硫酸亚铁母液搅拌成悬浊液，固液混合器2通过悬浊液进液管连通第二反应器，悬浊液进液管伸入第二反应器的反应液液面以下。
第一反应器配置有第一出液管路和第一循环管路，第一出液管路和第一循环管路上均设置有固液分离器4，第一出液管路上经固液分离器4分离得到的固相经管路送入第一反应器内，第一出液管路在固液分离器之后的管路上形成液封管路5。第一循环管路上经固液分离器4分离得到的液相和固相分别循环接入第一反应器，第一循环管路上设置有输送泵6。第二反应器配置有第二出液管路和第二循环管路，第二出液管路和第二循环管路上均设置有固液分离器4，第二出液管路在固液分离器之后的管路上形成液封管路5。第二出液管路上经固液分离器4分离得到的固相经管路送入第二反应器内，第二出液管管路上经固液分离器4分离得到的液相外送，第二循环管路上经固液分离器4分离得到的液相和固相分别循环接入第二反应器内，且第一出液管路上经固液分离器分离得到的液相经管路接入第二循环管路汇入第二反应器内，第二循环管路上也设置输送泵6。
作为本实施例的设计思路，还包括设置在第一、二反应器之间的N个中间反应器，N为大于0的自然整数，第一反应器、N个中间反应器、第二反应器依次串联，任一中间反应器的反应液位介于其前后相邻反应器的反应液位高度，中间反应器和相邻反应器之间设置反应液溢流管8；任一中间反应器内反应液面以上作为集气室，顶部设置排气管，该排气管接通集气室。任一中间反应器配置有出液管路和循环管路，出液管路和循环管路上均设置有固液分离器4，出液管路上经固液分离器4分离得到的固相经管路送入相应的反应器内，循环管路上经固液分离器4分离得到的液相和固相分别循环接入所在反应器内，出液管管路上经固液分离器4分离得到的液相接入在后的相邻反应器的循环管路。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种实现废气回收的连续化固液反应系统，其特征在于：包括反应器(2)、固液混合器(1)、固液分离器(4)、输送泵(6)，反应器(2)内反应液面以上作为集气室，所述反应器(2)顶部设置排气管，该排气管接通所述集气室；
所述反应器设置有液体原料进液管和悬浊液进液管，所述固液混合器(1)是将固相原料和溶剂搅拌成悬浊液，固液混合器(1)通过所述悬浊液进液管连通反应器(2)，悬浊液进液管和液体原料进液管伸入到反应器内反应液面以下；
所述反应器至少设置有一个出液管路，出液管路上设置所述固液分离器(4)，反应液经固液分离器(4)分离得到的固相经管路返回到反应器(2)内；
所述反应器设置有循环管路，循环管路上设置所述输送泵(6)，反应液经循环管路不断在反应器内外循环。
2.根据权利要求1所述的实现废气回收的连续化固液反应系统，其特征在于：所述固液混合器(1)是通过搅拌结构将固相原料和溶剂搅拌成悬浊液。
3.根据权利要求1所述的实现废气回收的连续化固液反应系统，其特征在于：所述排气管管路上设置有气液分离器。
4.根据权利要求1所述的实现废气回收的连续化固液反应系统，其特征在于：所述反应器(2)底部呈倒锥形，并在锥底设置水力喷射器(3)，水力喷射器(3)设置在循环管路连接反应器的回液口位置；经固液分离器(4)分离得到的固相返回到倒锥形底部，水力喷射器(3)将循环液由下而上喷送固相。
5.根据权利要求1所述的实现废气回收的连续化固液反应系统，其特征在于：所述出液管路也可设置分支连接至循环管路，经固液分离器(1)分离得到的液相经循环管路作为循环液重新回到反应器内；出液管路在固液分离器之后的管路上形成液封管路(5)。
6.根据权利要求4所述的实现废气回收的连续化固液反应系统，其特征在于：所述反应器(2)内设置有导流筒，所述水力喷射器位于导流筒筒口下方，并满足水力喷射器的喷射方向由下而上朝向导流筒中间。
7.根据权利要求1或2所述的实现废气回收的连续化固液反应系统，其特征在于：所述固液混合器(1)包括可向外打开或关闭的壳体(101)、导流筒(102)、带搅拌叶的搅拌轴(103)、驱动搅拌轴(103)旋转的搅拌电机，导流筒悬空设置在壳体(101)内部，带搅拌叶的搅拌轴(103)伸入导流筒(102)中间，悬浊液进液管的进液端与壳体内部连通。
8.一种实现废气回收的连续化固液反应系统，其特征在于：包括第一反应器、第二反应器，所述第一反应器的反应液位高度低于第二反应器的反应液位高度，第一反应器和第二反应器之间设置反应液溢流管；第一、二反应器内反应液面以上作为集气室，顶部设置排气管，该排气管接通所述集气室；
第一反应器设置有液体原料进液管，液体原料进液管伸入反应液液面以下；第二反应器配置有固液混合器，固液混合器是将固相原料和溶剂搅拌成悬浊液，固液混合器通过悬浊液进液管连通第二反应器，悬浊液进液管伸入第二反应器的反应液液面以下；
所述第一反应器配置有第一出液管路和第一循环管路，第一出液管路和第一循环管路上均设置有固液分离器，第一出液管路上经固液分离器分离得到的固相经管路送入第一反应器内，第一循环管路上经固液分离器分离得到的液相和固相分别循环接入第一反应器；第二反应器配置有第二出液管路和第二循环管路，第二出液管路和第二循环管路上均设置有固液分离器，第二出液管路上经固液分离器分离得到的固相经管路送入第二反应器内，第二出液管管路上经固液分离器分离得到的液相外送，第二循环管路上经固液分离器分离得到的液相和固相分别循环接入第二反应器内，且第一出液管路上经固液分离器分离得到的液相经管路接入第二循环管路汇入第二反应器内。
9.根据权利要求8所述的实现废气回收的连续化固液反应系统，其特征在于：所述第一、二出液管路在固液分离器之后的管路上形成液封管路(5)。
10.根据权利要求8所述的实现废气回收的连续化固液反应系统，其特征在于：还包括设置在第一、二反应器之间的N个中间反应器，N为大于0的自然整数，第一反应器、N个中间反应器、第二反应器依次串联，任一中间反应器的反应液位介于其前后相邻反应器的反应液位高度，中间反应器和相邻反应器之间设置反应液溢流管；任一中间反应器内反应液面以上作为集气室，顶部设置排气管，该排气管接通集气室；
任一中间反应器配置有出液管路和循环管路，出液管路和循环管路上均设置有固液分离器，出液管路上经固液分离器分离得到的固相经管路送入相应的反应器内，循环管路上经固液分离器分离得到的液相和固相分别循环接入所在反应器内，出液管管路上经固液分离器分离得到的液相接入在后的相邻反应器的循环管路。
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