CN111905676B - 一种沉淀硫酸钡连续化合反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种沉淀硫酸钡连续化合反应器，其包括硝水进料管、钡卤水进料管、排料管、罐体及搅拌机构，所述罐体顶部开设有第一通孔，硝水进料管插设于第一通孔内且可相对于罐体上下移动，所述罐体下方开设有第二通孔，钡卤水进料管插设于第二通孔内，钡卤水进料管管口位于硝水进料管管口正下方且钡卤水进料管管口与硝水进料管管口相对，所述罐体底部开设有第三通孔，排料管插设于第三通孔内，搅拌机构与罐体固定且对罐体内的液体进行搅拌，通过改变硝水进料管及钡卤水进料管管口之间的距离，进而控制硫酸钡颗粒尺寸及其粒径分布。
Description
技术领域
本发明涉及沉淀硫酸钡连续化合反应器领域，尤其涉及一种可控制硫酸钡颗粒尺寸及其粒径分布的沉淀硫酸钡连续化合反应器。
背景技术
芒硝法沉淀硫酸钡的化合过程极为重要，是控制粒径大小、粒径分布的关键步骤。不同的颗粒尺度及其分布形态的硫酸钡应用领域也大相径庭。因此能够精确控制硫酸钡生成颗粒尺寸及其分布形态，是芒硝法生成硫酸钡行业数十年来追逐的梦想。此前行业使用的反应器主要有间歇反应釜和溜槽式反应器两种。
反应釜间歇生产硫酸钡，将硝水(25％硫酸钠水溶液)和钡卤水(13％硫化钡水溶液)，分别用两个加料管加入到反应釜中。反应初期粒径小，随着反应釜内料浆增多，加入的原料浓度被料浆分散稀释，反应速度减慢，生成颗粒变大。最后获得的产品粒径分布宽泛，颗粒大小随机性大，难以获得稳定的产品。
溜槽式反应器，采用一个溜槽，将硝水和钡卤水放入溜槽中，连续反应获得硫酸钡颗粒。粒径分布比反应釜要好些，但稳定性差，尤其小颗粒占比很大，产品分散性显著降低，粒径分布图重复性低，难以准确控制。其原因为溜槽中物料流动形态不稳定，靠近边缘的流速低，反应慢，颗粒大，中心部位流速高反应快，颗粒小，因此产品中极小颗粒和极大颗粒占比多，产品性能差。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种可控制硫酸钡颗粒尺寸及其粒径分布的沉淀硫酸钡连续化合反应器。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种沉淀硫酸钡连续化合反应器，其包括硝水进料管、钡卤水进料管、排料管、罐体及搅拌机构，所述罐体顶部开设有第一通孔，硝水进料管插设于第一通孔内且可相对于罐体上下移动，所述罐体下方开设有第二通孔，钡卤水进料管插设于第二通孔内，钡卤水进料管管口位于硝水进料管管口正下方且钡卤水进料管管口与硝水进料管管口相对，所述罐体底部开设有第三通孔，排料管插设于第三通孔内，搅拌机构与罐体固定且对罐体内的液体进行搅拌。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述搅拌机构包括伺服电机、转动杆及多片扇叶，伺服电机固定于罐体顶部，伺服电机输出端穿过罐体与转动杆固定，转动杆与罐体底部垂直，多片扇叶均固定于转动杆上，扇叶与水平方向的夹角为30°-45°，伺服电机可改变多片扇叶的转速。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述硝水进料管内硝水流速为0.7m/s，硝水进料管流出段管口直径不小于1000mm。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述钡卤水进料管内钡卤水流速为 0.7m/s，钡卤水进料管流出段管口直径不小于150mm。
更进一步优选的，所述硝水进料管流出段管口直径为1200mm。
更进一步优选的，所述钡卤水进料管流出段管口直径为200mm。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括竖杆及多根横杆，所述竖杆竖直设置在罐体一侧，所述多根横杆沿竖杆长度方向等距离固定在竖杆同一侧面，所述排料管为软管且位于两相邻的横杆之间。
更进一步优选的，还包括限位杆，所述限位杆依次穿过横杆与最底部横杆的顶面相抵触，排料管位于竖杆及限位杆之间，限位杆可抽出。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括环形块及直线模组，所述环形块固定于硝水进料管外侧壁上，直线模组竖直设置且伸缩端与环形块固定，直线模组可带动硝水进料管上下移动。
本发明的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置硝水进料管及钡卤水进料管，所述罐体顶部开设有第一通孔，硝水进料管插设于第一通孔内且可相对于罐体上下移动，所述罐体下方开设有第二通孔，钡卤水进料管插设于第二通孔内，钡卤水进料管管口位于硝水进料管管口正下方且钡卤水进料管管口与硝水进料管管口相对，如此，可调节硝水进料管及钡卤水进料管管口之间的距离，进而控制硫酸钡颗粒尺寸及其粒径分布；
(2)通过设置伺服电机，伺服电机可改变多片扇叶的转速，通过改变搅拌速度，搅拌速度越高，反应体系浓度梯度分布越窄，所得产品粒径分布也越窄；
(3)通过设置竖杆及多根横杆，所述竖杆竖直设置在罐体一侧，所述多根 横杆沿竖杆长度方向等距离固定在竖杆同一侧面，所述排料管为软管且位于两相邻的横杆之间，如此可通过改变排料管的高度，进而改变罐内物料液位高度，进而控制硫酸钡颗粒尺寸及其粒径分布。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器的立体图；
图2为本发明的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器的搅拌机构的结构图；
图3为本发明的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器的限位杆的立体图；
图4为本发明的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器的硝水进料管流出段管口直径900mm同时钡卤水进料管流出段管口直径120mm时的硫酸钡粒径分布图；
图5为本发明的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器的硝水进料管流出段管口直径1000mm同时钡卤水进料管流出段管口直径150mm时的硫酸钡粒径分布图；
图6为本发明的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器的硝水进料管流出段管口直径1200mm同时钡卤水进料管流出段管口直径200mm时的硫酸钡粒径分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，结合图2-3，本发明的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器，其包括硝水进料管1、钡卤水进料管2、排料管3、罐体4、搅拌机构5、竖杆6、多根 横杆7、限位杆8、环形块9及直线模组10。
硝水进料管1用于向罐体4中加入硝水，具体的，所述罐体4顶部开设有第一通孔，硝水进料管1插设于第一通孔内且可相对于罐体4上下移动。硝水进料管1的罐体4插入段为硬管，罐体4外部分为自由软管，用于调控插入深度，硝水进料管1管口应淹没在液面以下100-150毫米。
具体的，所述硝水进料管1内硝水流速为0.7m/s，硝水进料管1流出段管口直径不小于1000mm。更具体的，所述硝水进料管1流出段管口直径为 1200mm。此流速和直段用于保证流出状态的稳定性，并且用于控制流出硝水“团”的大小稳定，进而防止硫酸钡颗粒分布混乱。
环形块9及直线模组10用于使硝水进料管1可相对于罐体4上下移动。具体的，所述环形块9固定于硝水进料管1外侧壁上，直线模组10竖直设置且伸缩端与环形块9固定，直线模组10可带动硝水进料管1上下移动。
钡卤水进料管2用于向罐体4中加入钡卤水，具体的，所述罐体4下方开设有第二通孔，钡卤水进料管2插设于第二通孔内，钡卤水进料管2管口位于硝水进料管1管口正下方且钡卤水进料管2管口与硝水进料管1管口相对。通过调节硝水进料管1及钡卤水进料管2管口之间的距离，可控制硫酸钡颗粒尺寸及其粒径分布，两管口的位置距离越近，原料浓度越大，获得产品平均粒径越小，反之粒径越大。
具体的，所述钡卤水进料管2内钡卤水流速为0.7m/s，钡卤水进料管2流出段管口直径不小于150mm。更具体的，所述钡卤水进料管2流出段管口直径为200mm。此流速和直段用于保证流出状态的稳定性，并且用于控制流出钡卤水“团”的大小稳定，进而防止硫酸钡颗粒分布混乱。
排料管3用于将硫酸钡排出。具体的，所述罐体4底部开设有第三通孔，排料管3插设于第三通孔内。
罐体4作为反应容器。罐体材料为不锈钢或非金属材料。
搅拌机构5用于对罐体4内的液体进行搅拌，具体的，搅拌机构5与罐体4 固定且对罐体4内的液体进行搅拌。
更具体的，所述搅拌机构5包括伺服电机51、转动杆52及多片扇叶53，伺服电机51固定于罐体4顶部，伺服电机51输出端穿过罐体4与转动杆52固定，转动杆52与罐体4底部垂直，多片扇叶53均固定于转动杆52上，扇叶53 与水平方向的夹角为30°-45°，伺服电机51可改变多片扇叶53的转速。通过改变搅拌速度，搅拌速度越高，反应体系浓度梯度分布越窄，所得产品粒径分布也越窄。
竖杆6及多根 横杆7用于控制排料管3的高度。具体的，所述竖杆6竖直设置在罐体4一侧，所述多根 横杆7沿竖杆6长度方向等距离固定在竖杆6同一侧面，所述排料管3为软管且位于两相邻的横杆7之间。排料管3为软管，可在多根 横杆7上移动，如此可通过改变排料管3的高度，进而改变罐内物料液位高度，进而控制硫酸钡颗粒尺寸及其粒径分布。改变罐内物料液位高度，高度越低，原料被反应物料浆稀释分散影响越小，原料进入体系瞬间的浓度越高，反应速度也越快，粒径越小。反之高度越高，所得产品粒径越大。
限位杆8用于防止排料管3从两相邻的横杆7之间吊落。具体的，所述限位杆8依次穿过横杆7与最底部横杆7的顶面相抵触，排料管3位于竖杆6及限位杆8之间，限位杆8可抽出。当需要调整排料管3的高度时，将限位杆8 抽出，将排料管3移出后改变排料管3与横杆7之间的位置，再将限位杆8插入将排料管3固定。
实验例
通过采用不同的硝水进料管1流出段管口直径及钡卤水进料管2流出段管口直径，进而证明硝水进料管1流出段管口直径及钡卤水进料管2流出段管口直径可导致硫酸钡颗粒分布混乱。
实验过程：通过使用本发明所用硫酸钡反应器得到硫酸钡，通过BT-9300S 型激光粒度分布仪得到硫酸钡粒径分布图。硫酸钡粒径分布图中坐标轴横轴代表硫酸钡粒径(单位微米)，S形曲线的坐标轴竖轴对应左侧坐标轴竖轴数值且 S形曲线代表硫酸钡粒径与硫酸钡累积值(单位％)之间的关系，倒U形曲线的坐标轴竖轴对应右侧坐标轴竖轴数值且倒U形曲线代表硫酸钡粒径与硫酸钡该粒径占总量百分比(单位％)之间的关系。
实验1：所述硝水进料管1内硝水流速为0.7m/s，硝水进料管1流出段管口直径900mm，所述钡卤水进料管2内钡卤水流速为0.7m/s，钡卤水进料管2流出段管口直径120mm，硝水进料管1流出段管口与钡卤水进料管2流出段管口距离为100mm，得出的硫酸钡粒径分布图如说明书附图4所示。
从图4中可以看出，硝水进料管1流出段管口与钡卤水进料管2流出段管口距离为100mm时，产出的硫酸钡粒径主要为0.8微米，占总量百分比为8.2％。当硝水进料管1流出段管口直径900mm，钡卤水进料管2流出段管口直径120mm 时，硫酸钡颗粒分布混乱。
实验2：所述硝水进料管1内硝水流速为0.7m/s，硝水进料管1流出段管口直径1000mm，所述钡卤水进料管2内钡卤水流速为0.7m/s，钡卤水进料管2流出段管口直径150mm，硝水进料管1流出段管口与钡卤水进料管2流出段管口距离为150mm，得出的硫酸钡粒径分布图如图5所示：
从图5中可以看出，硝水进料管1流出段管口与钡卤水进料管2流出段管口距离为150mm时，产出的硫酸钡粒径主要为0.95微米，占总量百分比为 10.8％。当硝水进料管1流出段管口直径1000mm，钡卤水进料管2流出段管口直径150mm时，硫酸钡颗粒分布正常。
实验3：所述硝水进料管1内硝水流速为0.7m/s，硝水进料管1流出段管口直径1200mm，所述钡卤水进料管2内钡卤水流速为0.7m/s，钡卤水进料管2流出段管口直径200mm，硝水进料管1流出段管口与钡卤水进料管2流出段管口距离为200mm，得出的硫酸钡粒径分布图如图6所示：
从图6中可以看出，硝水进料管1流出段管口与钡卤水进料管2流出段管口距离为200mm时，产出的硫酸钡粒径主要为1微米，占总量百分比为12.6％。当硝水进料管1流出段管口直径1200mm，钡卤水进料管2流出段管口直径 200mm时，硫酸钡颗粒分布正常。
由此可以得出，为防止硫酸钡颗粒分布混乱，硝水进料管1流出段管口直径不小于1000mm，钡卤水进料管2流出段管口直径不小于150mm。
更具体的，所述硝水进料管1流出段管口直径为1200mm，所述钡卤水进料管2流出段管口直径为200mm。如此可提高所需硫酸钡粒径占总量百分比。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种沉淀硫酸钡连续化合反应器，其包括硝水进料管(1)、钡卤水进料管(2)、排料管(3)、罐体(4)及搅拌机构(5)，其特征在于：
所述罐体(4)顶部开设有第一通孔，硝水进料管(1)插设于第一通孔内且可相对于罐体(4)上下移动；
所述罐体(4)下方开设有第二通孔，钡卤水进料管(2)插设于第二通孔内，钡卤水进料管(2)管口位于硝水进料管(1)管口正下方且钡卤水进料管(2)管口与硝水进料管(1)管口相对；
所述罐体(4)底部开设有第三通孔，排料管(3)插设于第三通孔内；
搅拌机构(5)与罐体(4)固定且对罐体(4)内的液体进行搅拌；
还包括竖杆(6)及多根 横杆(7)，所述竖杆(6)竖直设置在罐体(4)一侧，所述多根 横杆(7)沿竖杆(6)长度方向等距离固定在竖杆(6)同一侧面，所述排料管(3)为软管且位于两相邻的横杆(7)之间；
还包括限位杆(8)，所述限位杆(8)依次穿过横杆(7)与最底部横杆(7)的顶面相抵触，排料管(3)位于竖杆(6)及限位杆(8)之间，限位杆(8)可抽出，通过改变排料管(3)的高度，进而改变罐内物料液位高度，进而控制硫酸钡颗粒尺寸及其粒径分布。
2.如权利要求1所述的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器，其特征在于：所述搅拌机构(5)包括伺服电机(51)、转动杆(52)及多片扇叶(53)，伺服电机(51)固定于罐体(4)顶部，伺服电机(51)输出端穿过罐体(4)与转动杆(52)固定，转动杆(52)与罐体(4)底部垂直，多片扇叶(53)均固定于转动杆(52)上，扇叶(53)与水平方向的夹角为30°-45°，伺服电机(51)可改变多片扇叶(53)的转速。
3.如权利要求1所述的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器，其特征在于：所述硝水进料管(1)内硝水流速为0.7m/s，硝水进料管(1)流出段管口直径不小于1000mm。
4.如权利要求1所述的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器，其特征在于：所述钡卤水进料管(2)内钡卤水流速为0.7m/s，钡卤水进料管(2)流出段管口直径不小于150mm。
5.如权利要求3所述的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器，其特征在于：所述硝水进料管(1)流出段管口直径为1200mm。
6.如权利要求4所述的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器，其特征在于：所述钡卤水进料管(2)流出段管口直径为200mm。
7.如权利要求1所述的一种沉淀硫酸钡连续化合反应器，其特征在于：还包括环形块(9)及直线模组(10)，所述环形块(9)固定于硝水进料管(1)外侧壁上，直线模组(10)竖直设置且伸缩端与环形块(9)固定，直线模组(10)可带动硝水进料管(1)上下移动。
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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