CN203916671U - 一种连续硝化反应的反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型介绍了一种连续硝化反应的反应器,包括反应器釜体、搅拌器、提升器、热交换器、导流筒、分离器、传动装置,进出料管、温度计、分离器的放净阀、模数阀即废酸循环阀、停车循环阀即硝化液循环阀、硝化机的安全放料阀以及连接管路、紧固件、密封件,搅拌器在反应器釜体中心;分离器位于反应器釜体上部;提升器位于分离器中心。本实用新型的反应器产量高,使用生产安全;操作使用方便,节约生产使用成本,稳定性好,能够长期连续工作,无需更换零件,使用寿命长;能够严格控制产品质量,安全性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种化工反应器,特别是一种连续硝化反应的反应器。
背景技术
目前,现有和曾有的关于硝化反应器,基本都属于间断单釜反应器。对于硝化反应器的需求曾设计过许多优秀的技术方案,如2011年11月23日中国国家知识产权局公告的由北京桑德环境工程有限公司申报的,授权公告号为CN102249399A的专利,名称是“适用于低温环境的硝化反应器”的发明专利。但其所采用的技术方案尚有不足,它还很难解决大产量,低能耗,本质安全生产的缺点。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种连续硝化反应的反应器,解决间断单釜生产,生产效率低,反应时间长,生产污染大的技术问题。
为了实现解决上述技术问题的目的,本实用新型采用了如下技术方案:
本实用新型的一种连续硝化反应的反应器,其特征是:包括反应器釜体、搅拌器、提升器、热交换器、导流筒、分离器、传动装置,进出料管、温度计、分离器的放净阀、模数阀即废酸循环阀、停车循环阀即硝化液循环阀、硝化机的安全放料阀以及连接管路、紧固件、密封件;其中,搅拌器位于反应器釜体中,设置在反应器釜体中心位置;分离器于反应器釜体同心,位于反应器釜体上部;提升器设置在搅拌器的搅拌轴上,位于分离器中心位置;导流筒为空筒结构,设置在反应器釜体中心位置;热交换器设置在反应器釜体内的导流筒和釜壁之间位置,通过进出口连接热交换介质;紧固件用以将各个组成部分固定在一起,密封件用以在各个组成部分进行密封,连接管路将各个组成部分进行连接;传动装置带动搅拌器转动;进出料管和温度计根据需要设置在反应器釜体上;
其中,提升器是连接在搅拌轴上的一个漏斗式筒体,筒体内壁上焊接有筋板;具体的,筋板为均等分布的四条筋板;漏斗上端有端盖,该端盖和筒体之间用螺栓紧固,端盖和筒体之间留有空隙,以便物料流出提升器到分离器中。
具体的,所述的分离器包括分离器机体、提升器接收槽、物料入口、内套筒、外套筒、接收槽内斜挡板,硝化物出口、硝化物出口堰板、硝化物出料管,废酸出口、废酸出口堰板、废酸出料管、分离容器、分隔板;内套筒、外套筒和分离器机体都为圆型结构,圆心都在同一直线上,内套筒在外套筒内部,外套筒在分离器内部,内套筒和外套筒位于提升器和分离器之间;其中,硝化物出口堰板位于分离器机体与外套筒之间,高度低于分隔板上沿,连接于硝化物出口;废酸出口堰板位于出口液位处分离器机体与外套筒之间,高度低于硝化物出口堰板上沿,连接于废酸出口;物料入口位于外套筒筒壁的下部位置上,为一个长方形开口;分隔板位于硝化物出口堰板和废酸出口堰板中间,分隔板底部距离分离器底部有间隙,以使废酸能从此口流出进而进入到废酸出口堰板内;接受槽位于内外套筒之间,把内外套筒底部连接起来,使内外套筒之间形成一个容器,以便物料能够存于内外套筒内;放净阀位于分离器底部,此阀门打开可以将分离器内物料放净;接收槽内斜挡板位于位于内外套筒之间,把内外套筒底部连接起来,使内外套筒之间形成一个容器,以便物料能够存于内外套筒内;分离容器位于外套筒和机体之间组成的空间部分;废酸出料管位于机体壁上,上下开口在废酸出口堰板内;硝化物出料管位于机体壁上,上下开口在硝化物出口堰板内。
提升器为硝化机内的一种输送工具,将硝化液提升至分离器内进行分离。采用提升器后,可以使多台硝化机安装在一个平面上;提升器的作用原理,是旋转产生的离心力,形成向上的分力迫使液体流动而达到提升目的。
所述的分离器目的是将废酸和硝化物两相分离,分离器内有硝化物与废酸出口,堰板控制出口液位,中间有提升器与接受槽。重力分离原理见图9,混合液以流量qV进入分离器,以平均流速υ从A面到达B面走L距离,废酸(废酸)粒子受重力(实际是重力、浮力、阻力三力综合作用,重力大)作用,以终末速度(沉降速度)υg走完X距离到达两相界面。对于硝化物粒子受重力、浮力、阻力的综合作用,浮力大以终末速度(上浮速度)ug走完废酸层达到两相界面。此时: ,式中 V 硝化物或废酸的体积,以硝化物为例,V=X×F, F为分离器面积,则:,移项得:,静态分离器的分离量与分离面积、粒子终末速度有关,与分离高度无关。
所述的模数阀即废酸循环阀,设于分离器底部,位置在物料入口到出口之间的1/2位置处;所述的停车循环阀位置在分离器总液位的60%~70%高度上;安全放料阀连接在机体底部放净口。
其中,停车循环阀是停车时打开的自控专用阀,正常生产时关闭。停车循环阀的阀座位置在分离器总液位的60%~70%高度上,停车时停车循环阀打开,将分离器内的物料部分回流到硝化机,使分离器的液位低于出口堰板,不外流。由于各机的硝化物与废酸不交换,因此,在生产时各机保持相对平衡状态。硝化机与分离器的物料在不外流的情况下自身循环,由于阀座位置提高,即使停车时间长,分离器内也保持一定的废酸高度,其硝化物的厚度基本上保持生产时的厚度。所以当开车投料时不会出现分离器内有大量的硝化物流向下一台硝化机,造成下一台反应激烈而高温。设计时要计算提升量与回流量,硝化机与分离器的液位使之达到平衡。
安全放料阀设置在机体底部放净口,当硝化液达到放料温度时,将硝化液自动放入安全水池。安全放料阀的大小,一般以机内硝化液(包括分离器)放尽时间不超过5分钟,来计算阀孔直径大小。
其中,搅拌器由搅拌轴和推进式搅拌桨构成,热交换器由多层盘管构成。
进一步优选的,所述的反应器釜体,它是供硝化反应的蝶形圆底筒式容器,其径高比一般在1:1.2~2。
进一步优选的,所述的搅拌器为推进式螺旋搅拌器。它的作用是使酸相和有机相混合均匀,增大两相界面,同时增加传质与反应速度,提高传热效率。
进一步优选的,所述的导流筒为空筒结构,设置在反应釜中心位置,导流筒的内壁上设置有导流筒挡板。进一步具体的,导流筒挡板由4片厚5mm~8mm,高和导流筒一致,宽为导流筒内径10到12分之一的长方板在导流筒内壁成相隔90°均布,挡板的方向平行于搅拌轴。导流筒是为了减少短路,使硝化机内流动有规律,不让流体在内圈蛇管的管隙中乱流。在硝化机内增加导流筒,使循环区的截面积与搅拌区相近。挡板可以增加25%左右的搅拌强度,有利于反应速度的提高。
模数阀通过控制阀芯的上下行程来调节阀门的开度,其手柄位置设置在反应釜外,其作用是减少循环废酸时少带硝化物。提高模数的目的是提高反应能力。模数阀可以与分离器的放净阀合并,用一个阀,采用自控气闭式薄膜阀,手动将阀芯提取一点,来调模数。要放料时可以自控打开。
进一步优选的,所述的传动装置由电机带动皮带轮传动。
本实用新型的连续硝化反应的反应器,其核心零件是提升器,提升器是硝化机内的输送工具,硝化机内的物料提升到分离器,使硝化机可以布置在一个平面上。提升器是连接在轴上的一个漏斗式筒体,筒体内壁上焊接有筋板,一般有均等分布的四条筋板,漏斗上端有端盖,该端盖和筒体之间用螺栓紧固,端盖和筒体之间一般留20mm的空隙,以便物料流出提升器到分离器中。提升原理提升器的作用原理,是旋转产生的离心力,形成向上的分力迫使液体流动而达到提升目的。由于提升器旋转时由于器内有筋板,旋转时必定使液体获得角速度产生一上升力,由伯努利方程可得下公式,即公式(1)。
(公式1)式 H1 上升力或者上升高度 ,单位为米,n 转速r.p.m, R0 提升器上口半径,单位为米, r0提升器轴套半径,单位为米。
临界转速:当H1>H2时,H2为液体实际提升高度,单位为米,也就是上升力大于实际液体要提的高度,液体被提升上去。所以当时,n1为此提升器的临界转速,也就是提升器的转速必须大于此转速才有提升量。提升器的临界插入深度:;提升量:,式中:Q提升量m3/h, AX提升器插入液面位置的截面积Fx=0.785(DX2-d 2) m2,DX为提升器插入液面位置的直径m,d为提升器的轴套外直径,单位为米,K为总的流量系数=β×e×β阻力系数一般选用0.6,e 螺旋角度系数,数据如表(1)与图(1),θ螺旋角,D1为提升器下口的直径,单位为米,S 为螺距,单位为米,速度系数由实验测得,即,n转速r.p.m,h为提升器插入液面深度,单位为米,H2为液体实际提升高度,单位为米,H1为离心力产生的上升高度,单位为米,α为提升器插入液面深度与液体实际提升高度的比值,即α=h/ H2。
U1 角度系数与螺旋角关系
本实用新型的连续硝化反应的反应器,可以推广用于连续硝化反应的高产量低消耗的化工生产,以供应化工生产的需要,具有明显的实用价值和经济价值。
这些技术方案,包括改进的技术方案以及进一步改进的技术方案也可以互相组合或者结合,从而达到更好的技术效果。
通过采用上述技术方案,本实用新型具有以下的有益效果:
该反应器的有益效果是:本发明和间断生产单锅反应釜二者的技术相比有二优点和改进:
第一,该反应器产量高,使用生产安全。
第二,该反应器操作,使用方便,节约生产使用成本。
第三,该反应器稳定性好,能够长期连续工作,无需更换零件,使用寿命长。
附图说明
图1是分离器示意图。
图2是本实用新型的连续硝化反应的反应器结构示意图。
图3和图4是本实用新型的提升器示意图。其中,图4是提升器放净阀座的展开图。
图5是本实用新型的反应器的分离器转鼓内自由表面示意图。
图5中,51-废酸接收槽,52-硝化物,54-废酸,55-硝化物接收槽,57-槽体。
图6和图7是本实用新型的连续硝化反应器的装配图。
图8为角度系数与螺旋角关系图。
图9为重力分离原理图。
图10为分离器立体图。
图2中,a为硝化物入口,b为废酸入口,102为硝化物出口,103为废酸出口,e为废水入口管,1为机盖,2为外套筒,3为内套筒,4为径向挡板,5为内圈蛇管,6为外圈蛇管,7为机体,9为搅拌器,10为蛇管支架,11为放净阀,12为停车循环阀,13为模数阀,14为提升器,15为导流筒筋板,16为导流筒。
图6和图7中,a为硝化物入口,b为废酸入口,102为硝化物出口,103为废酸出口,e1~ e 3为观察口, f为停车循环阀接口,g为模数阀接口,h1~4为冷却水进出口,i、j为铂电阻温度计口,k为排烟管, 17为传动装置,18为密封填料箱,19为凸缘,20为封头,21为法兰,22为分离器,25为耳座,26为进料下段,28为搅拌轴,29为推进式搅拌器,30为筒体,31为蛇管, 33为蛇管支座,35为放净阀座。
图10中,101为物料入口,102为硝化物出口,103为废酸出口,104为硝化物出口堰板,105为废酸出口堰板,106为分隔板。
具体实施方式
下面结合附图对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施方式。
实施例1
如图1到图7所示,本专利的硝化反应的反应器,包括机体7、搅拌器9、提升器14、热交换器、导流筒16、分离器22、传动装置17,进出料管、温度计、分离器22的放净阀11、模数阀13(废酸循环阀)、停车循环阀12(硝化液循环阀)、硝化机的安全放料阀及装置;其中导流筒16的作用:①防止短路:为了提高硝化机的反应能力,提高硝化分离机的“本质安全”,减少分离器22内的反应,减少短路,使硝化机内流动有规律,不要在内圈蛇管5的管隙中乱流,在硝化机内加了导流筒16。②提高循环区流速:加导流筒16使硝化机内分为搅拌区与循环区,使循环区的截面积与搅拌区相近。结果提高了循环区的流速,使硝化机反应比较充分,基本上接近平衡,到分离器22内反应减少,分离器22的温度下降,只比硝化机高一两度。最多也只在四度左右。③在导流筒16内加挡板,可以增加25%左右的搅拌强度。提高反应能力。④ 加导流筒16后,可以提高循环区的流速,提高了传热效率。可以从K值的计算公式中,搅拌设备对蛇管31的传热膜系数的公式看出,是用搅拌直径与转速来计算的,实际上循环区的流速很低,核算原φ1800硝化机,循环区的平均流速只有0.05m/s左右。如果加导流筒16后,可以提高到0.6~0.8m/s。
导流筒16是为了减少短路,使硝化机内流动有规律,不让流体在内圈蛇管5的管隙中乱流。导流筒16为空筒结构,设置在反应釜中心位置,导流筒16的内壁上设置有导流筒挡板,导流筒挡板由4片厚5mm~8mm,高和导流筒16一致,宽为导流筒16内径10到12分之一的长方板在导流筒16内壁成相隔90°均布,挡板的方向平行于搅拌轴28。在硝化机内增加导流筒16,使循环区的截面积与搅拌区相近。
分离器22包括分离器机体、提升器接收槽、物料入口101、内套筒3、外套筒2、接收槽内斜挡板,硝化物出口102、硝化物出口堰板104、硝化物出料管,废酸出口103、废酸出口堰板105、废酸出料管、分离容器、分隔板106;内套筒3、外套筒2和分离器机体都为圆型结构,圆心都在同一直线上,内套筒3在外套筒2内部,外套筒2在分离器22内部,内套筒3和外套筒2位于提升器14和分离器22之间;其中,硝化物出口堰板104位于分离器机体与外套筒2之间,高度低于分隔板106上沿,连接于硝化物出口102;废酸出口堰板105位于出口液位处分离器机体与外套筒2之间,高度低于硝化物出口堰板104上沿,连接于废酸出口103;物料入口101位于外套筒2筒壁的下部位置上,为一个长方形开口;分隔板106位于硝化物出口堰板104和废酸出口堰板105中间,分隔板106底部距离分离器22底部有间隙,以使废酸54能从此口流出进而进入到废酸出口堰板105内;废酸接收槽51位于内外套筒之间,把内外套筒底部连接起来,使内外套筒之间形成一个容器,以便物料能够存于内外套筒内;放净阀11位于分离器22底部,此阀门打开可以将分离器22内物料放净;接收槽内斜挡板位于内外套筒之间,把内外套筒底部连接起来,使内外套筒之间形成一个容器,以便物料能够存于内外套筒内;分离容器位于外套筒2和机体7之间组成的空间部分;废酸出料管位于机体壁上,上下开口在废酸出口堰板105内;硝化物出料管位于机体壁上,上下开口在硝化物出口堰板104内。
物料从入口进入分离器22内,由于重力的作用,进行分层,废酸54由分隔板106下部到废酸区,废酸区即分隔板106与机体7之间部分,液位超过废酸出口堰板105后由废酸出口103流出,硝化物52超过硝化物出口堰板104后由硝化物出口102流出,达到废酸54和硝化物52分离的效果。重力分离原理见图9,混合液以流量qV进入分离器22,以平均流速υ从A面到达B面走L距离,废酸粒子受重力(实际是重力、浮力、阻力三力综合作用,重力大)作用,以终末速度(沉降速度)υg走完X距离到达两相界面。对于硝化物粒子受重力、浮力、阻力的综合作用,浮力大以终末速度(上浮速度)υg走完废酸层达到两相界面。此时:,式中 V 为硝化物或废酸的体积,以硝化物为例,V=X×F, F为分离器面积,则:,移项得:,分离器的分离量与分离面积、粒子终末速度有关,与分离高度无关。
搅拌器9由3片推进式螺旋桨叶构成。搅拌器9的直径为硝化机直径的0.15~0.35,主硝化机在0.3~0.35,副反应器为0.15~0.2。搅拌器9的推液量计算方法,公式: 式中T为硝化机直径m;D为搅拌叶直径m。
Claims (8)
1.一种连续硝化反应的反应器,其特征是:包括反应器釜体、搅拌器、提升器、热交换器、导流筒、分离器、传动装置,进出料管、温度计、分离器的放净阀、模数阀即废酸循环阀、停车循环阀即硝化液循环阀、硝化机的安全放料阀以及连接管路、紧固件、密封件;其中,搅拌器位于反应器釜体中,设置在反应器釜体中心位置;分离器于反应器釜体同心,位于反应器釜体上部;提升器设置在搅拌器的搅拌轴上,位于分离器中心位置;导流筒为空筒结构,设置在反应器釜体中心位置;热交换器设置在反应器釜体内的导流筒和釜壁之间位置,通过进出口连接热交换介质;紧固件用以将各个组成部分固定在一起,密封件用以在各个组成部分进行密封,连接管路将各个组成部分进行连接;传动装置带动搅拌器转动;进出料管和温度计根据需要设置在反应器釜体上;
其中,提升器是连接在搅拌轴上的一个漏斗式筒体,筒体内壁上焊接有筋板;漏斗上端有端盖,该端盖和筒体之间用螺栓紧固,端盖和筒体之间留有空隙,以便物料流出提升器到分离器中;
所述的模数阀即废酸循环阀,设于分离器底部,位置在物料入口到出口之间的1/2位置处;所述的停车循环阀位置在分离器总液位的60%~70%高度上;安全放料阀连接在机体底部放净口;
安全放料阀设置在机体底部放净口;
搅拌器由搅拌轴和推进式搅拌桨构成,热交换器由多层盘管构成。
2.根据权利要求1所述连续硝化反应的反应器,其特征是:所述的搅拌器由搅拌轴和推进式搅拌桨构成,热交换器由四层盘管构成。
3.根据权利要求1或2任一项所述连续硝化反应的反应器,其特征是:所述的反应器釜体是供硝化反应的蝶形圆底筒式容器,其径高比为1:1.2~2。
4.根据权利要求1或2任一项所述连续硝化反应的反应器,其特征是:所述的导流筒为空筒结构,设置在反应釜中心位置,导流筒的内壁上设置有导流筒挡板。
5.根据权利要求4所述连续硝化反应的反应器,其特征是:所述的导流筒挡板由4片厚5mm~8mm,高和导流筒一致,宽为导流筒内径10到12分之一的长方板在导流筒内壁成相隔90°均布,挡板的方向平行于搅拌轴。
6.根据权利要求1或2任一项所述连续硝化反应的反应器,其特征是:所述的搅拌器为推进式螺旋搅拌器。
7.根据权利要求1所述连续硝化反应的反应器,其特征是:所述的模数阀通过控制阀芯的上下行程来调节阀门的开度,其手柄位置设置在反应釜外。
8.根据权利要求1所述硝化反应的反应器,其特征是:所述的分离器包括分离器机体、提升器接收槽、物料入口、内套筒、外套筒、接收槽内斜挡板,硝化物出口、硝化物出口堰板、硝化物出料管,废酸出口、废酸出口堰板、废酸出料管、分离容器、分隔板;内套筒、外套筒和分离器机体都为圆型结构,圆心都在同一直线上,内套筒在外套筒内部,外套筒在分离器内部,内套筒和外套筒位于提升器和分离器之间;其中,硝化物出口堰板位于分离器机体与外套筒之间,高度低于分隔板上沿,连接于硝化物出口;废酸出口堰板位于出口液位处分离器机体与外套筒之间,高度低于硝化物出口堰板上沿,连接于废酸出口;物料入口位于外套筒筒壁的下部位置上,为一个长方形开口;分隔板位于硝化物出口堰板和废酸出口堰板中间,分隔板底部距离分离器底部有间隙,以使废酸能从此口流出进而进入到废酸出口堰板内;接受槽位于内外套筒之间,把内外套筒底部连接起来,使内外套筒之间形成一个容器,以便物料能够存于内外套筒内;放净阀位于分离器底部,此阀门打开可以将分离器内物料放净;接收槽内斜挡板位于内外套筒之间,把内外套筒底部连接起来,使内外套筒之间形成一个容器,以便物料能够存于内外套筒内;分离容器位于外套筒和机体之间组成的空间部分;废酸出料管位于机体壁上,上下开口在废酸出口堰板内;硝化物出料管位于机体壁上,上下开口在硝化物出口堰板内。
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