專利名稱：一種具有氣體分離收集功能的固液反應罐及其應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于化工或機械技術領域，涉及一種化工反應設備，也是一種應用于環保處理的 設備，具體為進行固液反應的容器，并配套有氣體分離收集裝置和固體進料系統。
技術背景在化工生產和三廢處理中經常會使用到反應容器，其種類繁多，功能各異。根據其外型 可以分為反應釜、反應鍋、反應塔和反應罐等，根據其反應壓力可以分為高壓反應器、常壓 反應器、低壓反應器、負壓反應器和真空反應器等，根據其反應介質可以分為單相反應器、 兩相反應器和多相反應器等。反應容器的設計與制造必須符合生產要求，便于維護清理，同 時要有較高的安全保障。在工業生產中，許多化學反應單元在制備產品的同時會副產氣體。為了提高反應效率和 產品純度，反應容器中的原料物質必須充分接觸，同吋配備過濾裝置濾除雜質。若反應產生 尾氣，還應設置尾氣回收裝置，將氣體分離提純并形成副產品，避免污染環境。一種反應罐(CN2282927)，其技術方案是整套裝置由罐體、支架、進料管(配噴頭)、出 料管、物料循環管、排污口構成，并配接液位計和加藥系統。其工作原理為反應液和藥液 經頂部進料管噴頭進入罐體后進行穩定的理化反應，產品從側面的出料管排出，固體雜質沉 淀后從底部排污口排出。該設備簡化了液態物料回收的工序，減小了設備的占地面積。一種兩相或多相混合反應罐(CN 2659540)，其結構包括罐體，進氣管和攪拌器。其特 征在于罐體上設置一剪切分散均化機，均化機的攪拌部分由攪拌桿和攪拌頭組成，并插入反 應罐內。該反應罐適用于氣/液/固或氣/液體系的反應。一種固液反應新裝置(CN 2284644),即一種帶夾層的反應釜，內裝一個網孔狀的反應 過濾器，過濾器內裝有攪拌器。該設備集反應、分離為一體，具有操作簡單安全，反應條件 容易控制，溶液充分回收利用等優點，尤其適用于各類固液反應。目前大部分固液或多相反應器均需使用攪拌器和過濾網，其能耗較大且設備清洗維護不 方便，同時反應副產氣體回收利用率很低。 發明內容本發明的目的是提供一種在常溫常壓條件下，用于化工生產或三廢處理的具有氣體分離
收集功能的固液反應罐。該設備適用范圍廣泛，可運用于化工生產和三廢處理中各類固液反 應單元，并且反應產生的氣體可以回收利用。罐體材質可以選擇碳鋼、不銹鋼、玻璃鋼、搪 瓷、增強聚丙烯(增強PP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)等。 本發明設計的具有氣體分離收集功能的固液反應罐結構如下-柱狀罐體1的近底部有進水口 2，進水口 2通過三通閥門與反應液進水管3和反沖洗進 水管4連接；柱狀罐體1的近頂部有出水口 5,出水口 5通過三通閥門與產品出水管6和反 沖洗出水管7連接；罐體底部設置的放空口 8通過三通閥門與反應液放空管9和反沖洗放空 管10連接；罐體側壁設置人孔ll，底部設置卸料孔12;罐體內底部鋪設濾水帽13，濾水帽 13上鋪設粗石英砂承托層14，承托層14上填充細石英砂過濾層15，過濾層15上設置固體 反應物16;罐體l的近頂部設置了出水堰板19，出水堰板19的最低端連接出水管6;固體 反應物16與出水堰板19之間形成一個液相區17;在液相區17的上部，即出水堰板下部設 置氣體收集裝置20，在罐體側壁設置用于減少氣體溢漏的擋板18，氣體收集裝置20通過排 氣管22通出罐體1的頂部，連接排氣口21。氣體收集裝置20由一根排氣管22和一根與排氣管22垂直相交連接的集氣管23以及布 滿罐體內的多個集氣罩24組成。上述具有氣體分離收集功能的固液反應罐應用于化工生產和三廢處理中各類固液反應單元。本發明具有氣體分離收集功能的固液反應罐的結構進一步敘述如下-柱狀罐體1側面靠近底部有進水口 2，利用三通閥門分別與反應液進水管3和反沖洗進 水管4連接；進水口對側靠近頂部有出水口 5，利用三通閥門分別與產品出水管6和反沖洗 出水管7連接；罐體底部設置放空口8，利用三通閥門分別與反應液放空管9和反沖洗放空管10連接；罐體側壁設置人孔ll，底部設置卸料孔12;罐體內底部安置若干濾水帽13，并填充粗石英砂承托層14，承托層上填充細石英砂過濾層15，過濾層上填充固體反應物16， 固體反應物之上為反應時的液相區17，液相區上面設置出水堰板19，成品溶液需翻過堰板 從出水管排出；若反應中有氣體產生，并具有回收利用價值，則在出水堰下側設置氣體收集 裝置20，并在罐體側壁設置擋板18，減少氣體溢漏，收集裝置排氣口21可與罐外的其他設 施如氣水分離器連接，氣體經過濾后進入回收提純系統形成產品。正常生產反沖洗進水管4、反沖洗出水管7、反應液放空管9和反沖洗放空管IO均處 于關閉狀態。反應液從進水管3進入罐體，經過濾水帽13均勻布水后，液位緩慢上升，先 通過細石英砂過濾層i5過濾，再與固體填充物i6反應，生成產品溶液n，待液位上升直至翻過堰板19后，產品從出水管6排出。反應中產生的氣體經氣體收集裝置20富集后，從頂 部排氣口21排出，進入氣體分離提純系統制成產品。反沖洗設備運行一段時間后，石英砂過濾層15和固體填充物16中會積累一些固體雜 質，需及時清洗，以防過多的雜質被帶入產品，影響產品的質量。設備進行反沖洗前需停止 生產，將殘留液體從反應液放空管9排出(殘液可收集后回用)，并關閉反應液進水管3和 產品出水管6，清水從反沖洗進水管4進入罐體，快速上升，翻過堰板，固體雜質隨著反沖 洗廢水從反沖洗出水管7排出，沖洗完畢將殘留廢液從底部反沖洗放空管10排空。清理維護設備在清理維護或檢修時，可將內部填料從底部卸料孔12排出，檢修人員 可從側壁人孔11進入罐體進行修理和維護。本發明的特點是利用固體過濾層濾除液體原料中的固體雜質，連續進出水，并使得反應固體處于流化狀態，與液體充分接觸，無需攪拌；上部設置氣體收集裝置將反應中副產的 氣體回收再利用；可以同時配套有升降機和進料輸送帶，無需人工進料。
圖l:為具有氣體分離收集功能的固液反應罐外觀圖。圖2:為以圖3、圖5所示的集氣管23縱截面為切點的具有氣體分離收集功能的固液反應罐縱剖面圖。其中罐體l，進水口2，反應液進水管3，反沖洗進水管4，出水口5，產品溶液出水 管6，反沖洗出水管7，放空口8，反應液放空管9，反沖洗放空管IO，人孔ll，卸料孔12， 濾水帽13,粗石英砂承托層14，細石英砂過濾層15，固體反應填料16，液相區17，擋板 18，出水堰板19，氣體收集裝置20，排氣口21。圖3:為氣體收集裝置20示意圖。其中排氣管22，集氣管23，集氣罩24。圖4:為單個集氣罩24的示意圖。圖5:為集氣管23縱截面為切點的具有氣體分離收集功能的固液反應罐橫剖面圖。圖中 擋板18、排氣管22，集氣管23，集氣罩24。
具體實施方式
本發明所述具有氣體分離收集功能的固液反應罐適用于常溫常壓下各類固液反應單元， 尤其是反應中會產生有利用價值氣體的工藝。設備和管路材料的選擇應該謹慎，不得與參加 反應的溶液、固體以及產品溶液、氣體等發生化學反應，目前使用較多的材料為不銹鋼、搪 瓷、玻璃鋼、尼龍和增強聚丙烯塑料等。實施例一 一種圓柱形具有氣體分離收集功能的搪瓷固液反應罐，用于鹽酸與碳酸鈣反 應制備氯化鈣產品同時回收二氧化碳的生產工藝。如圖1所示，該具有氣體分離收集功能的固液反應罐包括不銹鋼罐體1、進水口 2 (與鹽酸溶液進水管3和反沖洗進水管4連接)、出水口 5 (與氯化鈣溶液出水管6和反沖洗出水 管7連接)、放空口8 (與鹽酸溶液放空管9和反沖洗放空管10連接)、人孔ll、卸料孔12; 內部結構包括濾水帽13、 cp2 5mm粗石英砂承托層14、 (pl 2mm細石英砂過濾層15， (pl 2mm重質碳酸鈣反應層16，液相區17、擋板18、出水堰板19、氣體收集裝置20，排氣口 21。濾水帽和管路可采用PVC材料，氣體收集裝置采用不銹鋼材質。配套升降機和進料輸 送帶，不斷補充碳酸鈣固體。鹽酸溶液從進水口進入罐體，在罐體內以2 4m/h的速度上升，先通過濾水帽均勻布水， 然后經石英砂過濾將鹽酸溶液中的懸浮固體雜質濾除，再與含量99%的重質碳酸鈣反應生成 氯化鈣溶液，液體最后翻過堰板從出水口排出，產生的二氧化碳氣體經氣體收集裝置富集后 排入氣體分離提純系統。反應罐進行反沖洗時，關閉廢水進出水管的閥門，鹽酸殘液從底部放空管排出再利用， 反沖洗強度約l 5L/m2*s，反沖洗廢液最后從底部放空管排出。采用本發明的具有氣體分離收集功能的固液反應罐，無需設置攪拌機，可節約60%以上 的能耗，溶液中鹽酸的反應率在98%以上，采用石英砂過濾出水溶液中固體雜質小于1%， 并且副產的二氧化碳氣體可以回收95%以上。實施例二 一種方柱形具有氣體分離收集功能的玻璃鋼固液反應罐，用于濃硫酸與亞硫 酸鹽反應制備硫酸鹽產品及回收二氧化硫的生產工藝。本實施例所用液體原料為濃硫酸，固體填料為亞硫酸鹽，產品為硫酸鹽，同時副產二氧 化硫氣體，設備外型為方柱形，內部填充礫石承托層和過濾層，設備其余結構和配套裝置與 實施例一相同。罐體采用搪瓷材質，濾水帽和管路采用ABS材料。濃硫酸從進水口進入罐體，在罐體內以2 5m/h的速度上升，先經過濾水帽布水和礫石 過濾將濃硫酸中的懸浮固體雜質濾除，然后與含量98%以上的工業亞硫酸鈉反應生成硫酸鈉 溶液，液體最后翻過堰板從出水口排出，產生的二氧化硫氣體經氣體收集裝置富集后排入分 離提純系統，回收率達到卯％以上。定期進行反沖洗，沖洗強度3 6 L/m2*s。無需設置過 濾和攪拌裝置，節能50%以上，產品溶液中固體雜質小于0.5%。實施例三 一種圓柱形具有氣體分離收集功能的不銹鋼固液反應罐，用于鹽酸與硫化亞 鐵反應制備氯化亞鐵產品同時回收硫化氫氣體的生產工藝。本實施例所用液體原料為鹽酸，固體填料為硫化亞鐵，產品為氯化亞鐵溶液，副產硫化
氫氣體，設備形狀結構和過濾層填料與實施例一相同。罐體采用不銹鋼材質，濾水帽和管路 采用PP材料。鹽酸溶液從進水口進入罐體，在罐體內以1 3m/h的速度上升，先經過濾水帽布水和石 英砂過濾，將鹽酸中的懸浮固體雜質濾除，然后與含量95%以上的硫化亞鐵反應生成氯化亞 鐵溶液，液體最后翻過堰板從出水口排出，產生的硫化氫氣體經氣體收集裝置富集后排入氣 體分離提純系統，回收率達到95%以上。定期進行反沖洗和設備維護，沖洗強度4 8L/m、s。 無需設置過濾和攪拌裝置，節能65%以上，產品溶液中固體雜質小于1%。實施例四 一種方柱形具有氣體分離收集功能的增強聚丙烯固液反應罐，用于過氧化物 與水反應制備堿性中間體同時副產氧氣的生產工藝。本實施例所用液體原料為工業用水，固體填料為過氧化鈉，產品為氫氧化鈉溶液，副產氧氣。設備結構材質、配套裝置、內部填料與實施例二相同。原料水從進水口進入罐體，在罐體內以0.5 2m/h的速度上升，通過濾水帽布水和礫石 過濾將水中的懸浮固體雜質濾除，然后與含量99%以上的工業過氧化鈉反應生成氫氧化鈉溶 液，液體最后翻過堰板從出水口排出，產生的氧氣經氣體收集裝置富集后排入分離提純系統， 回收率達到98%以上。定期進行反沖洗，沖洗強度5 10L/m、s。無需設置過濾和攪拌裝置， 節能70%以上，產品溶液中固體雜質小于0.2%。實施例五 一種圓柱形具有氣體分離收集功能的聚酰胺固液反應罐，用于廢鹽酸浸取毒 重石制備氯化鋇產品同時回收二氧化碳的生產工藝。本實施例所用液體原料為工業廢鹽酸，固體填料為毒重石(含碳酸鋇90%以上)，產品 為氯化鋇溶液，副產二氧化碳氣體。設備結構材質、配套裝置、內部填料均與實施例一相同。廢鹽酸從進水口進入罐體，在罐體內以1 5m/h的速度上升，通過濾水帽布水和石英砂 過濾將水中的懸浮固體雜質濾除，然后與含碳酸鋇90%以上的毒重石反應生成氯化鋇溶液， 液體最后翻過堰板從出水口排出，產生的二氧化碳經氣體收集裝置富集后排入分離提純系 統，回收率達到92%以上。定期進行反沖洗，沖洗強度2 6 L/m、s。無需設置過濾和攪拌 裝置，節能60%以上，產品溶液中固體雜質小于1.5%。
權利要求
1.具有氣體分離收集功能的固液反應罐，其特征在于柱狀罐體(1)的近底部有進水口(2)，進水口(2)通過三通閥門與反應液進水管(3)和反沖洗進水管(4)連接；柱狀罐體(1)的近頂部有出水口(5)，出水口(5)通過三通閥門與產品出水管(6)和反沖洗出水管(7)連接；罐體底部設置的放空口(8)通過三通閥門與反應液放空管(9)和反沖洗放空管(10)連接；罐體側壁設置人孔(11)，底部設置卸料孔(12)；罐體內底部鋪設濾水帽(13)，濾水帽(13)上鋪設粗石英砂承托層(14)，承托層(14)上填充細石英砂過濾層(15)，過濾層(15)上設置固體反應物(16)；罐體(1)的近頂部設置了出水堰板(19)，出水堰板(19)的最低端連接出水管(6)；固體反應物(16)與出水堰板(19)之間形成一個液相區(17)；在液相區(17)的上部，出水堰板下部設置氣體收集裝置(20)，并在罐體側壁設置用于減少氣體溢漏的擋板(18)，氣體收集裝置(20)通過排氣管(22)通出罐體(1)的頂部，連接排氣口(21)。
2. 如權利要求1所述具有氣體分離收集功能的固液反應罐，其特征在于氣體收集裝 置(20)由一根排氣管(22)和一根與其垂直相交連接的集氣管(23)以及布滿罐體內的多 個集氣罩(24)組成。
3. 如權利要求1所述具有氣體分離收集功能的固液反應罐應用于化工生產和三廢處理 中各類固液反應單元。
全文摘要
一種具有氣體分離收集功能的固液反應罐，包括罐體、支架、進水口、出水口、放空口、人孔、卸料孔。其特點在于內部安置濾水帽，填充砂石過濾層和固相反應層，液體進入罐體使固相物質處于流化狀態，與液體充分接觸發生反應，提高產品的純度；容器還設置反沖洗回路，以便罐體內固體雜質的清洗和排放；罐體頂部安置氣體收集裝置，能將反應副產的氣體收集后送入提純系統再利用；同時配套升降機和進料輸送帶，不斷補充固體填充物。該具有氣體分離收集功能的固液反應罐在常溫常壓條件下應用于大規模化工生產和三廢處理中的固液反應具有較好的實際效果。
文檔編號B01J8/02GK101157014SQ200710070339
公開日2008年4月9日 申請日期2007年7月25日 優先權日2007年7月25日
發明者吳忠標, 李華靖, 趙偉榮 申請人:浙江大學