CN110615456A - 一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置及工艺，本发明的装置包括内部盛有稀相废硫酸的第一储罐、内部盛有浓相硫酸的第二储罐、连续釜式反应器、梯度结晶器、固液分离器；第一储罐和第二储罐分别通过输送泵与连续釜式反应器由管路连接，连续釜式反应器通过螺旋进料机与储料仓相通接，储料仓内添加有氢氧化铝。连续釜式反应器的出液口通过梯度结晶器与固液分离器由管路连接，反应液在梯度结晶器内结晶出十八水合硫酸铝反应产物后，送入到固液分离器内分离得到十八水合硫酸铝晶体和母液，母液可作为稀相废硫酸重新利用。本发明生产十八水合硫酸铝的过程中对硫酸的质量要求不高，可将废硫酸资源化利用，并降低废硫酸的处理成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置及工艺。
背景技术
硫酸应用于工业生产的方方面面，在利用的同时，又产生大量的废硫酸。与工业固废及工业废气相比较，废硫酸是一种液体，从生产中排出的废硫酸或含硫酸废水，往往无法在原工艺中直接使用；不合理的处理会使水体或土壤酸化，对生态环境造成危害，而且浪费大量资源。
浓缩法回收废硫酸是目前我国最常用的硫酸回收方法，该方法需要消耗大量的能量，对于浓度大于60%的废硫酸有一定的合理性，但是不适用于低浓度废硫酸的回用。而工业产生的废硫酸浓度在20~85%之间，因此可以考虑用于对硫酸质量要求不高的其它生产工序中，这样既节约资源，又减少废酸的排放量。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置及工艺。本发明进行连续化生产十八水合硫酸铝工艺中，生产十八水合硫酸铝的过程中对硫酸的质量要求不高，因此可将废硫酸资源化，不仅可以降低废硫酸的处理成本，还可以生产具有工业原料价值的十八水合硫酸铝产品。
所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于包括内部盛有稀相废硫酸的第一储罐、内部盛有浓相硫酸的第二储罐、连续釜式反应器、梯度结晶器、固液分离器、螺旋进料机和内部添加有氢氧化铝粉末的储料仓；连续釜式反应器上设有硫酸进料管，所述第一储罐和第二储罐分别通过输送泵与连续釜式反应器上的硫酸进料管由管路连接，所述储料仓通过螺旋进料机与连续釜式反应器通接；第一储罐内的稀相废硫酸、第二储罐内的浓相硫酸和储料仓内的氢氧化铝一并投料到连续釜式反应器内进行连续化生产十八水合硫酸铝的反应；连续釜式反应器的出液口通过梯度结晶器与所述固液分离器由管路连接，反应液在梯度结晶器内结晶出十八水合硫酸铝反应产物后，送入到固液分离器内分离得到十八水合硫酸铝晶体和母液，十八水合硫酸铝晶体从固液分离器的固体出口排出，固液分离器内分离得到的母液分为两路排出，一路排入到第一储罐内作为稀相废硫酸重新利用，另一路重新回流至梯度结晶器2内以调节反应液中的十八水合硫酸铝晶体浓度（即调节十八水合硫酸铝晶体与反应液母液的固液比，母液重新回流至梯度结晶器2内的目的在于：梯度结晶器2中下部内反应液中的十八水合硫酸铝晶体浓度较高，十八水合硫酸铝晶体浓度较高不利于反应液在梯度结晶器2内流动起来，由此部分母液重新回流至梯度结晶器2内，对反应液中的十八水合硫酸铝晶体进行一定程度的稀释，调高反应液的流动性，防止梯度结晶器2内出现堵塞）。
所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于所述梯度结晶器包括外侧设有加热套的顶部加热室、中部结晶室和外侧设有冷凝夹套的底部晶体收集室；连续釜式反应器的出液口与梯度结晶器的顶部加热室由管路连接，所述中部结晶室的外侧设有梯度降温装置，以使中部结晶室内溶液的温度自上而下梯度性降低；所述底部晶体收集室的底部靠近一端边缘处设置有晶液出料管并通过晶液出料管与固液分离器连接，所述底部晶体收集室上还设有第一物料耙，沉积在底部晶体收集室底部的晶体通过第一物料耙向着晶液出料管耙送，并最终通过晶液出料管排出。
所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于所述梯度降温装置包括自上而下间隔设置在中部结晶室外侧的若干换热夹层，每个换热夹层内分别通入换热介质；自上而下开始，换热夹层内通入的换热介质的温度依次降低；所述顶部加热室上设置有用于对其内部液体进行搅拌的搅拌装置，加热套进行加热控制顶部加热室内溶液的温度在90-105℃，冷凝夹套进行冷却控制底部晶体收集室内溶液的温度在25~35℃。
所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于还包括母液回流管，所述中部结晶室的内部中心固定设置有上、下端均设置开口的导流管，导流管的长度和中部结晶室的长度相同，且导流管的环壁上均匀设有若干通孔；母液回流管的一端开口穿过底部晶体收集室上部，并从导流管的下端开口向上竖直伸入导流管内；母液回流管的另一端开口与固液分离器的液体出口相通，以使从固液分离器内排出的其中一路母液，通过母液回流管排入至导流管内。
所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于还包括母液除杂装置，所述母液除杂装置包括沉淀池和内部装填有吸附剂的第一吸附塔，固液分离器的液体出口通过沉淀池与第一吸附塔的进液口由管路连接，第一吸附塔的出液口分为两路，一路与第一储罐由管路连接，另一路通过母液回流管与梯度结晶器内的导流管相通；所述沉淀池内添加有金属沉淀剂，以对流过沉淀池的母液中的重金属离子进行徐凝沉淀絮凝沉淀。
所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于还包括晶体除杂装置，所述晶体除杂装置包括洗晶装置、内部盛有洗晶溶液的洗晶液储罐、过滤分离器、内部装填有吸附剂的第二吸附塔和干燥箱，固液分离器的固体出口以及洗晶液储罐的出液口均与洗晶装置由管路连接，固液分离器的固体出口排出的十八水合硫酸铝晶体和洗晶液储罐内的洗晶溶液一并通入到洗晶装置内进行洗晶处理，洗晶后的混合物经过滤分离器进行固液分离后，得到的固体进入干燥箱干燥后得到十八水合硫酸铝产品，得到的液体经第二吸附塔进行吸附除杂后，回流至洗晶液储罐内作为洗晶溶液重复利用。
所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于所述洗晶液储罐内部盛有的洗晶溶液为饱和硫酸铝水溶液，所述吸附剂为活性炭或活性碳纤维。
所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于所述第一储罐和第二储罐上均设置有硫酸浓度在线检测仪，所述第一储罐与连续釜式反应器之间的管路上以及第二储罐与连续釜式反应器之间的管路上均设置有流量测量仪。
所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的工艺，其特征在于包括以下过程：
S1：质量浓度为20~40%的稀相废硫酸和质量浓度为50~85%的浓相硫酸两者初步混合后，与氢氧化铝粉末一并投料到连续釜式反应器内，于75~95℃温度且常压条件下进行连续化搅拌反应，从连续釜式反应器的出液口连续排出反应后的反应液；
S2：反应后的反应液在梯度结晶器内结晶出十八水合硫酸铝反应产物后，送入到固液分离器内分离得到十八水合硫酸铝晶体和母液，所得母液能够作为稀相废硫酸使用，以重复用于连续化生产十八水合硫酸铝的过程；所得十八水合硫酸铝晶体经饱和硫酸铝水溶液洗涤后，干燥，即制得十八水合硫酸铝目标产品。
所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的工艺，其特征在于所述稀相废硫酸和浓相硫酸两者初步混合形成的混合液中，硫酸浓度在30~60wt%范围内；所述稀相废硫酸和浓相硫酸两者初步混合形成的混合液中的硫酸与氢氧化铝的投料摩尔比为1.5~5:1；连续釜式反应器内反应的停留时间为30-480分钟。
相对于现有技术，本发明取得的有益效果是：
1）本发明以质量浓度为50~85%、20~40%两种废硫酸为原料制备十八水合硫酸铝，能够有效利用低浓度的废硫酸，即使废硫酸原料中含有Fe离子、Cr离子等重金属离子杂质，对于连续化生产十八水合硫酸铝影响不大，减少硫酸排放、提高资源利用率；本发明的工艺可以利用20~40%浓度的废硫酸，减少废酸的排放量。
2）本发明连续化生产十八水合硫酸铝的工艺中，质量浓度为50~85%、20~40%两种废硫酸进行初步混合后形成中等浓度的硫酸溶液，该中等浓度的硫酸溶液与氢氧化铝反应后的反应液依次经结晶、固液分离处理后，所得的母液又形成了较低浓度的废硫酸，所述母液与质量浓度为50~85%的废硫酸混合后，又可重复利用于生产十八水合硫酸铝的工艺中，对硫酸的资源利用率高。由于反应生成的产物为十八水合硫酸铝，十八水合硫酸铝的生成过程中会吸掉反应液中的大量水分，使反应液中的硫酸和游离水分同时减少，反应液经结晶、固液分离得到的母液中保持较高的硫酸浓度，所得母液除去杂质之后能够在体系内回用，处理过程基本不产生废水，整个生产十八水合硫酸铝的过程绿色环保。当母液中的硫酸浓度明显降低，适当提高浓相硫酸的使用浓度或者适当调高浓相硫酸的进料比例即可。
3）相较于现有技术生产十八水合硫酸铝的加压反应，本发明连续化生产十八水合硫酸铝的反应在常压下进行，能够降低对设备的要求，提高操作安全性；氢氧化铝和废硫酸反应过程中有反应热放出，由于所需反应温度75-95℃，维持反应的能耗要求较低，能够利用工厂中的低品位热源。在该反应温度范围内，氢氧化铝和废硫酸能够以合适的反应速率进行反应，反应过程中物料能够保持流动性，在搅拌下能够均匀混合，物料能够被输送。
4）本发明连续化生产十八水合硫酸铝的装置，装置结构设计合理，反应后的反应液在梯度结晶器内进行梯度结晶，避免爆发结晶，反应液中的十八水合硫酸铝产物结晶效率高。整个连续化生产十八水合硫酸铝的工艺过程很少产生废水，生产工艺绿色环保。本发明连续化生产十八水合硫酸铝的装置中，第一储罐和第二储罐上均设置有硫酸浓度在线检测仪，所述第一储罐与连续釜式反应器之间的管路上以及第二储罐与连续釜式反应器之间的管路上均设置有流量测量仪，通过监测稀相废硫酸和浓相硫酸的浓度以及两者的输送流量，控制稀相废硫酸和浓相硫酸两者初步混合形成的混合液中的硫酸浓度保持稳定水平，以高效率地生产十八水合硫酸铝产品。
附图说明
图1为本发明的连续化生产十八水合硫酸铝的装置结构示意图；
图2为本发明的梯度结晶器的结构示意图；
图中：1-连续釜式反应器，11-第一储罐，12-第二储罐，2-梯度结晶器，201-顶部加热室，202-中部结晶室，203-底部晶体收集室，204-加热套，205-换热夹层，206-冷凝夹套，21-搅拌装置，22-导流管，23-母液回流管，24-第一物料耙，25-晶液出料管，3-固液分离器，4-洗晶装置，5-过滤分离器，6-干燥箱，7-第二吸附塔，8-沉淀池，9-第一吸附塔，10-洗晶液储罐。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例：
对照图1~2，一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，包括内部盛有稀相废硫酸的第一储罐11、内部盛有浓相硫酸的第二储罐12、连续釜式反应器1、梯度结晶器2、固液分离器3、螺旋进料机和内部添加有氢氧化铝粉末的储料仓；连续釜式反应器1上设有硫酸进料管，所述第一储罐11和第二储罐12分别通过输送泵与连续釜式反应器1上的硫酸进料管由管路连接，所述储料仓通过螺旋进料机与连续釜式反应器1通接；第一储罐11内的稀相废硫酸、第二储罐12内的浓相硫酸经输送泵通入硫酸进料管内初步混合后，进入连续釜式反应器1内。
所述第一储罐11和第二储罐12上均设置有硫酸浓度在线检测仪，所述第一储罐11与连续釜式反应器1之间的管路上以及第二储罐12与连续釜式反应器1之间的管路上均设置有流量测量仪。
连续釜式反应器1的出液口通过梯度结晶器2与所述固液分离器3由管路连接，反应液在梯度结晶器2内结晶出十八水合硫酸铝反应产物后，送入到固液分离器3内分离得到十八水合硫酸铝晶体和母液，十八水合硫酸铝晶体从固液分离器3的固体出口排出，固液分离器3内分离得到的母液分为两路排出，一路排入到第一储罐11内作为稀相废硫酸重新利用，另一路排入到梯度结晶器2内。
对照图2，梯度结晶器2包括外侧设有加热套204的顶部加热室201（顶部加热室201上设置有用于对其内部液体进行搅拌的搅拌装置21）、中部结晶室202和外侧设有冷凝夹套206的底部晶体收集室203；连续釜式反应器1的出液口与梯度结晶器2的顶部加热室201由管路连接，所述中部结晶室202的外侧设有梯度降温装置，以使中部结晶室202内溶液的温度自上而下梯度性降低；所述底部晶体收集室203的底部靠近一端边缘处设置有晶液出料管25并通过晶液出料管25与固液分离器3连接，所述底部晶体收集室203上还设有第一物料耙24，第一物料耙24将沉积在底部晶体收集室203底部的晶体向着晶液出料管25耙送，底部晶体收集室203内的晶液混合物通过晶液出料管25排出。为了使底部晶体收集室203底部沉积的晶体易于排出，也可以将底部晶体收集室203的底部内壁设置为斜面，晶液出料管25设置于底部晶体收集室203的底部斜面的最低处。
本实施例实现中部结晶室202内溶液的温度自上而下梯度性降低，是通过以下过程实现的：梯度降温装置包括自上而下间隔设置在中部结晶室202外侧的若干换热夹层205，每个换热夹层205内分别通入有换热介质；自上而下开始，换热夹层205内通入的换热介质的温度依次降低。
本发明的梯度结晶器2对反应液进行结晶时，反应液充满整个梯度结晶器2内部，加热套204进行加热控制顶部加热室201内溶液的温度在90-105℃，冷凝夹套206进行冷却控制底部晶体收集室203内溶液的温度在25~35℃。可以控制中部结晶室202外侧的最上面一个换热夹层205内通入90℃热水，由此相邻的向下一个换热夹层205内通入的水的温度依次降低，中部结晶室202外侧的最下面一个换热夹层205内通入35℃冷却水。
为了使梯度结晶器2对反应液有更好的结晶效果，本发明的装置还包括母液回流管23，所述中部结晶室202的内部中心固定设置有上、下端均设置开口的导流管22（导流管22固定安装在中部结晶室202内部的方式可以是：在导流管22的外壁相对的两侧均通过支架杆与中部结晶室202内部侧壁固定连接，固定连接方式可以是焊接固定），导流管22的长度和中部结晶室202的长度相同，且导流管22的环壁上均匀设有若干通孔；母液回流管23的一端开口穿过底部晶体收集室203上部，并从导流管22的下端开口向上竖直伸入导流管22内；母液回流管23的另一端开口与固液分离器3的液体出口相通，以使从固液分离器3内排出的其中一路母液，通过母液回流管23排入至导流管22内。在母液回流管23强制通入母液的作用下，顶部加热室201内的溶液从导流管22与中部结晶室202的环隙空间内流下，形成环流流场。导流管22的环壁上设置的通孔，利于导流管22内、外侧的液体进行物质传递，提高结晶的晶体纯度。
为了提高固液分离器3内排出的母液的品质，本发明的装置还包括母液除杂装置，所述母液除杂装置包括沉淀池8和内部装填有吸附剂的第一吸附塔9（吸附剂可采用活性炭或活性碳纤维，吸附剂用于对母液中的有机物、残留的重金属离子进行吸附），固液分离器3的液体出口通过沉淀池8与第一吸附塔9的进液口由管路连接，第一吸附塔9的出液口分为两路，一路与第一储罐11由管路连接，另一路通过母液回流管23与梯度结晶器2内的导流管22相通；所述沉淀池8内添加有金属沉淀剂，以对流过沉淀池8的母液中的重金属离子进行徐凝沉淀。如：若母液中含有Fe离子，可向沉淀池8内加入铁离子沉淀剂，以将母液中的Fe离子沉降除去。
为了提高得到的十八水合硫酸铝晶体品质，本发明的装置还包括晶体除杂装置，所述晶体除杂装置包括洗晶装置4、内部盛有洗晶溶液的洗晶液储罐10（洗晶溶液为饱和十八水合硫酸铝水溶液）、过滤分离器、内部装填有吸附剂的第二吸附塔7和干燥箱6，固液分离器3的固体出口以及洗晶液储罐10的出液口均与洗晶装置4由管路连接，固液分离器3的固体出口排出的十八水合硫酸铝晶体和洗晶液储罐10内的洗晶溶液一并通入到洗晶装置4内进行洗晶处理，洗晶后的混合物经过滤分离器进行固液分离后，得到的固体进入干燥箱6干燥后得到十八水合硫酸铝产品，得到的液体经第二吸附塔7进行吸附除杂后（吸附剂可采用活性炭或活性碳纤维），回流至洗晶液储罐10内作为洗晶溶液重复利用。
利用本发明的装置，进行连续化生产十八水合硫酸铝时包括以下过程：
S1：质量浓度为20~40%的稀相废硫酸和质量浓度为50~85%的浓相硫酸两者初步混合后，与氢氧化铝粉末一并投料到连续釜式反应器1内，于75~95℃温度且常压条件下进行连续化搅拌反应，连续釜式反应器1内反应的停留时间为30-480分钟（停留时间计算方式为：两种硫酸的混合硫酸的进料流量与连续釜式反应器1的容积比值），从连续釜式反应器1的出液口连续排出反应后的反应液；
S2：反应后的反应液在梯度结晶器2内结晶出十八水合硫酸铝反应产物后，送入到固液分离器3内分离得到十八水合硫酸铝晶体和母液，所得母液能够作为稀相废硫酸使用，以重复用于连续化生产十八水合硫酸铝的过程；所得十八水合硫酸铝晶体经饱和十八水合硫酸铝水溶液洗涤后，干燥，即制得十八水合硫酸铝目标产品。
所述稀相废硫酸和浓相硫酸两者初步混合形成的混合液中，硫酸浓度在30~60wt%范围内；所述稀相废硫酸和浓相硫酸两者初步混合形成的混合液中的硫酸与氢氧化铝的投料摩尔比为1.5~5:1。
实施例1：
原料氢氧化铝纯度为98.0%，还含有以下重量百分含量的成分：0.65% Na2O，0.87%SiO2 ，其余为杂质。
浓相废硫酸的质量浓度为65.7%，还含有0.97% Fe元素。
稀相废硫酸的质量浓度为39.2%，还含有0.03% Fe元素。
控制稀相废硫酸和浓相废硫酸两者初步混合形成的混合液中的硫酸浓度在50~53%，两种废硫酸初步的混合液与氢氧化铝一并投料到连续釜式反应器1内（控制两种废硫酸初步的混合液中的硫酸与氢氧化铝的投料摩尔比为1：1.48~1.52），于75℃温度且常压条件下进行连续化搅拌反应，连续釜式反应器1内反应的停留时间为480分钟。
从连续釜式反应器1的出液口连续排出反应后的反应液，进入在梯度结晶器2内进行结晶，控制梯度结晶器2的顶部加热室201内溶液的温度在95℃，控制梯度结晶器2的底部晶体收集室203内溶液的温度在25℃。反应液在梯度结晶器2内结晶出十八水合硫酸铝反应产物后，送入到固液分离器3内分离得到十八水合硫酸铝晶体和母液，将十八水合硫酸铝晶体用30℃的饱和十八水合硫酸铝水溶液进行洗晶处理后、60℃温度下干燥，即制得十八水合硫酸铝产品（十八水合硫酸铝的收率将近99%以上）。
对制得的十八水合硫酸铝产品进行质量检测，结果为：17.15% Al2O3，0.004% Fe，0.25% Na2O，0.028% SiO2，水中不溶物0.08%，白度92.4。将制得的十八水合硫酸铝产品溶于水中配成质量浓度为1%的水溶液时，pH值=3.7。
实施例2：
原料氢氧化铝纯度为98.0%，还含有以下重量百分含量的成分：0.65% Na2O，0.87%SiO2 ，其余为杂质。
浓相废硫酸的质量浓度为85.0%，还含有0.093% Fe元素。
稀相废硫酸的质量浓度为20.2%，还含有0.02% Fe元素。
控制稀相废硫酸和浓相废硫酸两者初步混合形成的混合液中的硫酸浓度在50~53%，两种废硫酸初步的混合液与氢氧化铝一并投料到连续釜式反应器1内（控制两种废硫酸初步的混合液中的硫酸与氢氧化铝的投料摩尔比为1：1.50~1.52），于95℃温度且常压条件下进行连续化搅拌反应，连续釜式反应器1内反应的停留时间为30分钟。
从连续釜式反应器1的出液口连续排出反应后的反应液，进入在梯度结晶器2内进行结晶，控制梯度结晶器2的顶部加热室201内溶液的温度在105℃，控制梯度结晶器2的底部晶体收集室203内溶液的温度在35℃。反应液在梯度结晶器2内结晶出十八水合硫酸铝反应产物后，送入到固液分离器3内分离得到十八水合硫酸铝晶体和母液，将十八水合硫酸铝晶体用40℃的饱和十八水合硫酸铝水溶液进行洗晶处理后、70℃温度下干燥，即制得十八水合硫酸铝产品（十八水合硫酸铝的收率将近97%）。
对制得的十八水合硫酸铝产品进行质量检测，结果为：17.25% Al2O3，0.003% Fe，0.21% Na2O，0.023% SiO2，水中不溶物0.08%，白度95.4。将制得的十八水合硫酸铝产品溶于水中配成质量浓度为1%的水溶液时，pH值=3.7。
实施例3：
原料氢氧化铝纯度为98.1%，还含有以下重量百分含量的成分：0.63% Na2O，0.67%SiO2 ，其余为杂质。
浓相废硫酸的质量浓度为70.4%，还含有0.73% Fe元素。
稀相废硫酸的质量浓度为27.4%，还含有0.13% Fe元素。
控制稀相废硫酸和浓相废硫酸两者初步混合形成的混合液中的硫酸浓度在49~53%，两种废硫酸初步的混合液与氢氧化铝一并投料到连续釜式反应器1内（控制两种废硫酸初步的混合液中的硫酸与氢氧化铝的投料摩尔比为1：1.50~1.52），于85℃温度且常压条件下进行连续化搅拌反应，连续釜式反应器1内反应的停留时间为180分钟。
从连续釜式反应器1的出液口连续排出反应后的反应液，进入在梯度结晶器2内进行结晶，控制梯度结晶器2的顶部加热室201内溶液的温度在100℃，控制梯度结晶器2的底部晶体收集室203内溶液的温度在30℃。反应液在梯度结晶器2内结晶出十八水合硫酸铝反应产物后，送入到固液分离器3内分离得到十八水合硫酸铝晶体和母液，将十八水合硫酸铝晶体用35℃的饱和十八水合硫酸铝水溶液进行洗晶处理后、65℃温度下干燥，即制得十八水合硫酸铝产品（十八水合硫酸铝的收率将近98%）。
对制得的十八水合硫酸铝产品进行质量检测，结果为：17.3% Al2O3，0.003% Fe，0.19% Na2O，0.023% SiO2，水中不溶物0.08%，白度95.8。将制得的十八水合硫酸铝产品溶于水中配成质量浓度为1%的水溶液时，pH值=3.7。
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。
Claims (10)
1.一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于包括内部盛有稀相废硫酸的第一储罐（11）、内部盛有浓相硫酸的第二储罐（12）、连续釜式反应器（1）、梯度结晶器（2）、固液分离器（3）、螺旋进料机和内部添加有氢氧化铝粉末的储料仓；连续釜式反应器（1）上设有硫酸进料管，所述第一储罐（11）和第二储罐（12）分别通过输送泵与连续釜式反应器（1）上的硫酸进料管由管路连接，所述储料仓通过螺旋进料机与连续釜式反应器（1）通接；
第一储罐（11）内的稀相废硫酸、第二储罐（12）内的浓相硫酸和储料仓内的氢氧化铝一并投料到连续釜式反应器（1）内进行连续化生产十八水合硫酸铝的反应；连续釜式反应器（1）的出液口通过梯度结晶器（2）与所述固液分离器（3）由管路连接，反应液在梯度结晶器（2）内结晶出十八水合硫酸铝反应产物后，送入到固液分离器（3）内分离得到十八水合硫酸铝晶体和母液，十八水合硫酸铝晶体从固液分离器（3）的固体出口排出，固液分离器（3）内分离得到的母液分为两路排出，一路排入到第一储罐（11）内作为稀相废硫酸重新利用，另一路重新回流至梯度结晶器（2）内以调节梯度结晶器（2）中的十八水合硫酸铝晶体与反应液母液的固液比。
2.如权利要求1所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于所述梯度结晶器（2）包括外侧设有加热套（204）的顶部加热室（201）、中部结晶室（202）和外侧设有冷凝夹套（206）的底部晶体收集室（203）；连续釜式反应器（1）的出液口与梯度结晶器（2）的顶部加热室（201）由管路连接，所述中部结晶室（202）的外侧设有梯度降温装置，以使中部结晶室（202）内溶液的温度自上而下梯度性降低；所述底部晶体收集室（203）的底部靠近一端边缘处设置有晶液出料管（25）并通过晶液出料管（25）与固液分离器（3）连接，所述底部晶体收集室（203）上还设有第一物料耙（24），沉积在底部晶体收集室（203）底部的晶体通过第一物料耙（24）向着晶液出料管（25）耙送，并最终通过晶液出料管（25）排出。
3.如权利要求2所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于所述梯度降温装置包括自上而下间隔设置在中部结晶室（202）外侧的若干换热夹层（205），每个换热夹层（205）内分别通入有换热介质；自上而下开始，换热夹层（205）内通入的换热介质的温度依次降低；所述顶部加热室（201）上设置有用于对其内部液体进行搅拌的搅拌装置（21），加热套（204）进行加热控制顶部加热室（201）内溶液的温度在90-105℃，冷凝夹套（206）进行冷却控制底部晶体收集室（203）内溶液的温度在25~35℃。
4.如权利要求2所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于还包括母液回流管（23），所述中部结晶室（202）的内部中心固定设置有上、下端均设置开口的导流管（22），导流管（22）的长度和中部结晶室（202）的长度相同，且导流管（22）的环壁上均匀设有若干通孔；
母液回流管（23）的一端开口穿过底部晶体收集室（203）上部，并从导流管（22）的下端开口向上竖直伸入导流管（22）内；母液回流管（23）的另一端开口与固液分离器（3）的液体出口相通，以使从固液分离器（3）内排出的其中一路母液，通过母液回流管（23）排入至导流管（22）内。
5.如权利要求4所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于还包括母液除杂装置，所述母液除杂装置包括沉淀池（8）和内部装填有吸附剂的第一吸附塔（9），固液分离器（3）的液体出口通过沉淀池（8）与第一吸附塔（9）的进液口由管路连接，第一吸附塔（9）的出液口分为两路，一路与第一储罐（11）由管路连接，另一路通过母液回流管（23）与梯度结晶器（2）内的导流管（22）相通；所述沉淀池（8）内添加有金属沉淀剂，以对流过沉淀池（8）的母液中的重金属离子进行絮凝沉淀。
6.如权利要求1所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于还包括晶体除杂装置，所述晶体除杂装置包括洗晶装置（4）、内部盛有洗晶溶液的洗晶液储罐（10）、过滤分离器、内部装填有吸附剂的第二吸附塔（7）和干燥箱（6），固液分离器（3）的固体出口以及洗晶液储罐（10）的出液口均与洗晶装置（4）由管路连接，固液分离器（3）的固体出口排出的十八水合硫酸铝晶体和洗晶液储罐（10）内的洗晶溶液一并通入到洗晶装置（4）内进行洗晶处理，洗晶后的混合物经过滤分离器进行固液分离后，得到的固体进入干燥箱（6）干燥后得到十八水合硫酸铝产品，得到的液体经第二吸附塔（7）进行吸附除杂后，回流至洗晶液储罐（10）内作为洗晶溶液重复利用。
7.如权利要求6所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于所述洗晶液储罐（10）内部盛有的洗晶溶液为饱和十八水合硫酸铝水溶液，所述吸附剂为活性炭或活性碳纤维。
8.如权利要求1所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的装置，其特征在于所述第一储罐（11）和第二储罐（12）上均设置有硫酸浓度在线检测仪，所述第一储罐（11）与连续釜式反应器（1）之间的管路上以及第二储罐（12）与连续釜式反应器（1）之间的管路上均设置有流量测量仪。
9.一种连续化生产十八水合硫酸铝的工艺，其特征在于包括以下过程：
S1：质量浓度为20~40%的稀相废硫酸和质量浓度为50~85%的浓相硫酸两者初步混合后，与氢氧化铝粉末一并投料到连续釜式反应器（1）内，于75~95℃温度且常压条件下进行连续化搅拌反应，从连续釜式反应器（1）的出液口连续排出反应后的反应液；
S2：反应后的反应液在梯度结晶器（2）内结晶出十八水合硫酸铝反应产物后，送入到固液分离器（3）内分离得到十八水合硫酸铝晶体和母液，所得母液能够作为稀相废硫酸使用，以重复用于连续化生产十八水合硫酸铝的过程；所得十八水合硫酸铝晶体经饱和十八水合硫酸铝水溶液洗涤后，干燥，即制得十八水合硫酸铝目标产品。
10.如权利要求9所述的一种连续化生产十八水合硫酸铝的工艺，其特征在于所述稀相废硫酸和浓相硫酸两者初步混合形成的混合液中，硫酸浓度在30~60wt%范围内；所述稀相废硫酸和浓相硫酸两者初步混合形成的混合液中的硫酸与氢氧化铝的投料摩尔比为1.5~5:1；连续釜式反应器（1）内反应的停留时间为30-480分钟。
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Legal Events
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Application publication date: 20191227 Assignee: Tiantai County Zongheng Wire Mesh Factory Assignor: JIANG University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980037452 Denomination of invention: A device and process for continuous production of Aluminium sulfate octahydrate Granted publication date: 20220603 License type: Common License Record date: 20230704 |
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Application publication date: 20191227 Assignee: Wuzhou Tongxin Energy Materials Co.,Ltd. Assignor: JIANG University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980054078 Denomination of invention: A device and process for continuous production of octahydrate aluminum sulfate Granted publication date: 20220603 License type: Common License Record date: 20231226 |
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Application publication date: 20191227 Assignee: FOSHAN YAOYE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: JIANG University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2024980000087 Denomination of invention: A device and process for continuous production of octahydrate aluminum sulfate Granted publication date: 20220603 License type: Common License Record date: 20240104 |