CN205084746U - 聚合硫酸铁反应装置 - Google Patents

Abstract

聚合硫酸铁反应装置，包括反应釜和循环管路，反应釜的釜体上设有排气口、人孔、进料口和出料口，包括循环管道、循环泵、卸料管道及催化剂进料管道，反应釜的内腔设置有多孔筛板单元和曝气单元，多孔筛板单元由顶层筛板、底层筛板和填充体组成，曝气单元由供气管道及设置于供气管道上的复数曝气盘组成。本实用新型有益效果主要体现在，在传统的反应釜内增设了多孔筛板单元和曝气单元，增大了气液的接触面积和接触时间，提高了反应速率及生产效率；参与反应的未溶解固态颗粒会滞留在多孔筛板单元上，有效防止固体颗粒对反应釜壁的撞击，减少了磨损，延长了反应釜的使用寿命；伴热电缆能给循环管道进行初期供热，有效防止硫酸亚铁结晶后堵塞管道。

Description

聚合硫酸铁反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种反应装置，尤其涉及一种生产聚合硫酸铁的反应装置。

背景技术

聚合硫酸铁是一种高效的污水处理剂，其优良的絮凝效果，使其在污水和污泥行业的应用越来越多。目前生产聚合硫酸铁的方法较多，但在工业化生产中应用较为普遍的方法是催化氧化法，即以硫酸亚铁和硫酸为原料，借助催化剂的作用，催化剂主要为亚硝酸钠，利用氧化剂氧气或空气使硫酸亚铁氧化为硫酸铁，然后水解、聚合制成聚合硫酸铁。

聚合硫酸铁的制备机理中起主要催化氧化作用的是氧气和氮氧化合物，是典型的气液反应，因此增大气液接触面积或增大气液相压力，才能缩短反应时间，提高反应效率。

传统反应釜进行聚合硫酸铁生产时，气液接触的动力主要是搅拌器，气液接触的面积小，导致反应的效率较低，反应时间较长，平均都在6个小时以上，极大的影响了产品的生产效率。

为了解决上述不足，不少研究者提出了许多对反应设备的改进方法，如提高反应釜搅拌速度，增大反应釜的最高耐压等手段增大气液接触面积，提高反应速率。即使改进这些条件，反应时间也仅仅有限的缩减，缩减后也在4个小时以上，反应效率依然较低，所以这些苛刻的条件限制了聚合硫酸铁生产技术的进步，从而导致聚合硫酸铁的产量跟不上日益增加的需求量。

中国专利2009100477950揭示了一种氯化亚铁快速氧化制备氯化铁的方法，具体的，将料搅匀后，利用循环泵使液体处于循环状态，然后在液体循环过程中，在一定压力下，通过加气管通入氧气。从而实现亚铁向三价铁转变，最终得到产品。而聚合硫酸铁的制备过程中，原料固体硫酸亚铁很容易结晶，尤其是在冬天，在用管道进料时，溶液遇到冷的管道，很容易结晶堵塞管道，导致反应减慢，甚至导致反应系统崩溃。另外通过进气管进氧气，导致通入的氧气不均匀，造成物料局部反应，气液接触的面积小，导致反应的效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种聚合硫酸铁反应装置。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

聚合硫酸铁反应装置，包括反应釜和循环管路，所述反应釜为立式反应釜，反应釜下方设有用于固定和承重的底座，反应釜的釜体上设有排气口、人孔、进料口和出料口，进料口位于反应釜的顶部正上方，出料口位于反应釜底部中心位置，所述循环管路与反应釜上的进料口和出料口首尾相连，包括循环管道、设置于循环管道上的循环泵、卸料管道及催化剂进料管道，其特征在于：所述反应釜的内腔设置有多孔筛板单元和曝气单元，所述多孔筛板单元水平设置于釜体内腔的上半部，其由顶层筛板、底层筛板和夹设于所述顶层筛板与底层筛板之间的填充体组成，所述曝气单元设置于釜体内腔的底部，其由供气管道及设置于所述供气管道上的复数曝气盘组成，所述供气管道与反应釜外部的供气设施相连。

进一步地，所述填充体至少包括环形填充体和环鞍形填充体。

进一步地，所述环形填充体至少包括鲍尔环填充体和阶梯环填充体，其中，所述鲍尔环填充体为PP鲍尔环填充体、PVC鲍尔环填充体或PTFE鲍尔环填充体，所述阶梯环填充体为PP阶梯环填充体、PVC阶梯环填充体或PTFE阶梯环填充体。

进一步地，所述顶层筛板和底层筛板均具有复数均匀分布的筛孔，所述筛孔直径为10~20mm。

进一步地，所述底层筛板的底面位于反应釜高度的2/3至3/4之间，所述多孔筛板单元的整体高度占反应釜总高度的2.5%~5%。

进一步地，所述供气管道包括一穿过反应釜釜体壁而到达反应釜内腔的进气管和至少一环形管，所述曝气盘均匀设置于所述环形管上。

进一步地，所述循环管道上缠绕设置有伴热电缆。

进一步地，所述反应釜的顶部还设有用于检测其内腔压力的压力表。

进一步地，所述循环泵为离心泵。

本实用新型的有益效果主要体现在：

1.在传统的反应釜内增设了多孔筛板单元和曝气单元，多孔筛板单元通过填充体增加了液体的悬停时间，氧气从曝气单元中曝出，弥漫整个反应釜内，增大了气液的接触面积和接触时间，提高了反应速率及生产效率；

2.参与反应的未溶解固态颗粒会滞留在多孔筛板单元上，有效防止固体颗粒对反应釜壁的撞击，减少了磨损，延长了反应釜的使用寿命；

3.伴热电缆能给循环管道进行初期供热，有效防止硫酸亚铁结晶后堵塞管道；

4.反应釜的反应过程都在低压下完成，对反应釜的冲击力较小，进一步延长了反应釜的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型聚合硫酸铁反应装置的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供聚合硫酸铁反应装置，反应效率高。以下结合附图对本实用新型技术方案进行详细描述，以使其更易于理解和掌握。

聚合硫酸铁反应装置，包括反应釜和循环管路，所述反应釜为立式反应釜，反应釜下方设有用于固定和承重的底座，反应釜的釜体11上设有排气口9、人孔15及进料口8和出料口17，进料口8位于反应釜的顶部正上方，出料口17位于反应釜底部中心位置，另外，釜体顶部还设有一用于检测其内腔压力的压力表10，循环管路与反应釜上的进料口8和出料口17首尾相连，包括循环管道4、设置于循环管道4上的循环泵2、卸料管道3及催化剂进料管道6，循环泵2为离心泵，釜体11底部进入循环管道4具有一球阀18，催化剂进料管道具有一单向阀7，反应釜的釜体11内腔设置有多孔筛板单元和曝气单元，多孔筛板单元水平设置于釜体11内腔的上半部，其由顶层筛板12、底层筛板14和夹设于顶层筛板12与底层筛板14之间的填充体13组成，曝气单元设置于釜体11内腔的底部，其由供气管道16及设置于环形管道19上的复数曝气盘20组成，供气管道与反应釜外部的供气设施相连。

细化描述本案中的填充体的材料为惰性固体物料，从结构上描述，填充体至少包括环形填充体、环鞍形填充体。环形填充体至少包括鲍尔环填充体、阶梯环填充体，环鞍形填充体至少包括金属环矩鞍填充体。其中，鲍尔环填充体和阶梯环填充体的材质为PP、PVC或PTFE，金属环矩鞍填充体的材质一般为耐腐蚀金属。当为鲍尔环填充体时，型号规格为（直径x高度x壁厚）25mm*25mm*1.2mm，当为阶梯环填充体时，型号规格为（直径x高度x壁厚）25mm*13mm*1.2mm，当为金属环矩鞍填充体时，型号规格为（直径x高度x壁厚）25mm*20mm*0.6mm。

对顶层、底层筛板作进一步描述，顶层筛板和底层筛板均具有复数均匀分布的筛孔，筛板的筛孔直径为10~20mm，最优为15mm，筛孔的孔间距为15~25mm，最优为20mm，筛板的厚度为3~10mm，最优为5mm。

另外，为增加多孔筛板单元的隔离效果，使得气液反应更稳定，底层筛板的底面位于反应釜高度的2/3至3/4之间，筛板单元与反应液分离，这样更有利于填充体增大气液接触面积。

细化描述曝气单元，其中，供气管道16由一穿过釜体壁至釜体内腔的进气管和至少一个环形管体19组成，曝气盘20均匀设置于环形管体19上，供气管道为不锈钢材质，曝气盘的设置使得其出气更均匀，另外，曝气盘的曝气孔孔径为100~200um，曝出的气泡细小。

对循环管路进行优化，循环管道4上缠绕设置有伴热电缆5，伴热电缆5对循环管道能进行加热控制，有效防止硫酸亚铁结晶后堵塞管道。

最后，循环管道4与外部进料管道相连通，进料管道1对循环管道直接供料，无需在反应釜上增设介入通道，省略了通道的钻孔及密封设置，降低了反应釜的成本。

本实用新型聚合硫酸铁反应装置的具体工作原理及操作过程如下：

首先进行催化剂制作，将亚硝酸钠固体放在搅拌桶内，加水搅拌溶解为一定浓度的溶液，接着进行进料操作。具体的，先打开伴热电缆5对循环管道4进行低温（60℃）加热，可以有效防止硫酸亚铁结晶，堵塞管道，另外加热可以加快固液混合溶液的流动，缩短进料时间。然后将搅匀的硫酸亚铁和硫酸的混合溶液通过进料管道1进料，料进入循环管道4内，同时将溶好的亚硝酸钠溶液通过催化剂进料管道6进入循环管道4内，催化剂进料管道6上的单向阀7可有效防止溶液回流至盛放催化剂溶液的搅拌桶内。待主原料和催化剂一并进入釜体11内后，关闭伴热电缆5，主原料和催化剂所形成的混合溶液的总体积为釜体11总体积的3/5-4/5，混合溶液中固液体积比小于1:5。接着进行循环操作，关闭进料管道1的球阀，开启釜体11底部进入循环管道4的球阀18，溶液开始循环，此时通过曝气单元进行曝氧气，反应液不断的循环反应，其中，混合溶液通过循环管道4流入顶层筛板12，经过填充体13，又经过底层筛板14进入釜体11内腔下半部后再进入循环管道4，如此往复循环。混合溶液中未溶解的固体留在筛板上，顶层筛板12上未溶解的固体颗粒所形成的平均高度小于釜体11总高度的1/7，液体流经具有较大比表面积的填充体13，循环途中，氧气通过供气管道16对曝气盘20供氧，曝气盘20中曝出均匀细小的气泡，弥漫整个釜体11内腔和填充体13上，在此过程中，气液混合均匀，并有较大的接触面积，填充体13又增加了气液停留的时间，此过程能够增大气液接触面积，提高反应效率，大大缩短反应时间。通过不断的循环，将筛板上未溶解反应的固体溶解反应，直至反应结束，整个过程仅需要1.5-2小时，既可反应结束，大大节约了反应时间。最后进行检测出料操作，从卸料管道3放出少许产品，并进行检测，检测结果未符合国家标准，即再进行循环反应；当检测结果符合国家标准，既可认为反应结束，可将产品全部放出。

通过以上描述可以发现，本实用新型揭示了一种聚合硫酸铁反应装置，多孔筛板单元通过填充体增加了液体的悬停时间，氧气从曝气单元中曝出，弥漫整个反应釜内，增大了气液的接触面积和接触时间，提高了反应速率及生产效率；参与反应的未溶解固态颗粒会滞留在多孔筛板单元上，有效防止固体颗粒对反应釜壁的撞击，减少了磨损，延长了反应釜的使用寿命；伴热电缆能给循环管道进行初期供热，有效防止硫酸亚铁结晶后堵塞管道；反应釜的反应过程都在低压下完成，对反应釜的冲击力较小，进一步延长了反应釜的使用寿命。

以上对本实用新型的技术方案进行了充分描述，需要说明的是，本实用新型的具体实施方式并不受上述描述的限制，本领域的普通技术人员依据本实用新型的精神实质在结构、方法或功能等方面采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.聚合硫酸铁反应装置，包括反应釜和循环管路，所述反应釜为立式反应釜，反应釜下方设有用于固定和承重的底座，反应釜的釜体上设有排气口、人孔、进料口和出料口，进料口位于反应釜的顶部正上方，出料口位于反应釜底部中心位置，所述循环管路与反应釜上的进料口和出料口首尾相连，包括循环管道、设置于循环管道上的循环泵、卸料管道及催化剂进料管道，其特征在于：所述反应釜的内腔设置有多孔筛板单元和曝气单元，所述多孔筛板单元水平设置于釜体内腔的上半部，其由顶层筛板、底层筛板和夹设于所述顶层筛板与底层筛板之间的填充体组成，所述曝气单元设置于釜体内腔的底部，其由供气管道及设置于所述供气管道上的复数曝气盘组成，所述供气管道与反应釜外部的供气设施相连。

2.根据权利要求1所述的聚合硫酸铁反应装置，其特征在于：所述填充体至少包括环形填充体和环鞍形填充体。

3.根据权利要求2所述的聚合硫酸铁反应装置，其特征在于：所述环形填充体至少包括鲍尔环填充体和阶梯环填充体，其中，所述鲍尔环填充体为PP鲍尔环填充体、PVC鲍尔环填充体或PTFE鲍尔环填充体，所述阶梯环填充体为PP阶梯环填充体、PVC阶梯环填充体或PTFE阶梯环填充体。

4.根据权利要求1所述的聚合硫酸铁反应装置，其特征在于：所述顶层筛板和底层筛板均具有复数均匀分布的筛孔，所述筛孔直径为10~20mm。

5.根据权利要求1所述的聚合硫酸铁反应装置，其特征在于：所述底层筛板的底面位于反应釜高度的2/3至3/4之间，所述多孔筛板单元的整体高度占反应釜总高度的2.5%~5%。

6.根据权利要求1所述的聚合硫酸铁反应装置，其特征在于：所述供气管道包括一穿过反应釜釜体壁而到达反应釜内腔的进气管和至少一环形管，所述曝气盘均匀设置于所述环形管上。

7.根据权利要求1所述的聚合硫酸铁反应装置，其特征在于：所述循环管道上缠绕设置有伴热电缆。

8.根据权利要求1所述的聚合硫酸铁反应装置，其特征在于：所述反应釜的顶部还设有用于检测其内腔压力的压力表。

9.根据权利要求1所述的聚合硫酸铁反应装置，其特征在于：所述循环泵为离心泵。