一種福美鈉的生產裝置及系統的制作方法
本實用新型涉及化工產品制備領域，具體而言，涉及一種福美鈉的生產裝置及系統。
背景技術：
福美鈉(Sodium Dimethyldithiocarbamate，SDD)，固體產品為二水化合物，分子式為(CH3)2NC(S)SNa·2H2O，化學名稱為二甲基二硫代氨基甲酸鈉。福美鈉用途廣泛，如在橡膠行業用作乳聚丁苯橡膠或丁苯膠乳的終止劑、橡膠制品的硫化促進劑；在工業水處理中可用作殺菌滅藻劑和重金屬捕集劑；在石油和造紙工業中用作殺菌滅藻劑；農業中用于生產殺蟲劑如福美雙、福美鋅等；礦業上用作鋅、錳濕法冶煉除雜、銅礦、金銀礦等的選礦藥劑。此外，福美鈉也是一種普遍使用的重金屬沉淀劑，廣泛用于含重金屬的工業污水處理、城市垃圾焚燒飛灰的無害化處理、固體廢物的重金屬穩定化處理、重金屬污染的土壤修復等，因此福美鈉是一種非常重要的硫代氨基甲酸鹽類品種。
目前，福美鈉主要采用如下工藝生產：將CS2滴加于40％二甲胺(DMA)溶液、30-50％NaOH溶液組成的混合物中進行合成反應得到福美鈉水溶液。這種傳統工藝普遍采用敞開式的搪瓷或不銹鋼攪拌反應釜，反應釜內設置有夾套和內盤管，通過常壓反應生產福美鈉。這種傳統工藝中，極易造成易揮發的二甲胺和CS2等易燃易爆的有毒氣體泄漏在空氣中，造成空氣污染，同時也存在極大的安全隱患。
技術實現要素：
本實用新型提供了一種福美鈉的生產裝置及系統，旨在改善福美鈉生產過程中的安全問題和環境污染的問題。
本實用新型是這樣實現的：
一種福美鈉的生產裝置，包括第一管道反應器和換熱器，第一管道反應器的出口與換熱器連接，第一管道反應器具有用于接入二甲胺、CS2以及NaOH溶液的第一進料管。
進一步地，在本實用新型較佳的實施例中，第一進料管的入口包括第一接入口和用于接入CS2的第二接入口。
進一步地，在本實用新型較佳的實施例中，生產裝置還包括第二管道反應器，第二管道反應器的出口與第一接入口連接，第二管道反應器的入口處設置有第二進料管，第二進料管具有用于接入二甲胺的第三接入口、以及用于接入NaOH溶液的第四接入口。
進一步地，在本實用新型較佳的實施例中，生產裝置還包括合成料儲液罐，合成料儲液罐的入口與換熱器相連通、并用于收集第一管道反應器中形成的合成料。
進一步地，在本實用新型較佳的實施例中，換熱器與合成料儲液罐之間設置有氣液分離罐，氣液分離罐的入口與換熱器相連通，氣液分離罐的出口與合成料儲液罐相連通。
進一步地，在本實用新型較佳的實施例中，生產裝置還包括尾氣處理系統，尾氣處理系統包括尾氣吸收罐和排氣管，排氣管的入口端與氣液分離罐相連通，排氣管的出口端與尾氣吸收罐連通。
進一步地，在本實用新型較佳的實施例中，尾氣吸收罐內設置有攪拌器和氣體分布器。
進一步地，在本實用新型較佳的實施例中，生產裝置還包括母液儲液罐，母液儲液罐與第二管道反應器相連通。
進一步地，在本實用新型較佳的實施例中，母液儲液罐與尾氣吸收罐相連通。
一種福美鈉的生產系統，該生產系統包括自動化控制系統、以及上述生產裝置。
本實用新型的有益效果是：
本實用新型通過上述設計得到的生產裝置及其系統，通過第一進料管給第一管道反應器中接入二甲胺、CS2以及NaOH溶液，使這三種原料在第一管道反應器中進行如下反應：
(CH3)2NH+NaOH+CS2＝(CH3)2NC(S)SNa+H2O (Ⅰ)
該反應Ⅰ為劇烈放熱反應，通過換熱器的設置，用冷卻水將反應Ⅰ產生的熱量及時移除，從而控制反應Ⅰ在相對恒定的溫度下進行，確保生產能夠安全的進行。同時，反應Ⅰ的產物，即合成料，經由換熱器降溫后進行儲藏，這整個生產裝置相對密閉，從而避免反應過程中的二甲胺和CS2氣體泄漏至空氣中，造成空氣污染。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施方式的技術方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
圖1是本實用新型實施方式提供的第一種福美鈉的生產裝置的結構示意圖；
圖2是本實用新型實施方式提供的第二種福美鈉的生產裝置的結構示意圖；
圖3是本實用新型實施方式提供的第三種福美鈉的生產裝置的結構示意圖；
圖4是本實用新型實施方式提供的第四種福美鈉的生產裝置的結構示意圖。
圖標：100-生產裝置；110-第一管道反應器；111-第一進料管；112-第一接入口；113-第二接入口；114-溫度計；120-換熱器；130-合成料儲液罐；140-輸送泵；150-閥體；200-生產裝置；210-第二管道反應器；211-第二進料管；212-第三接入口；213-第四接入口；220-第一流量計；230-第二流量計；240-第三流量計；300-生產裝置；310-氣液分離罐；400-生產裝置；410-尾氣處理系統；411-尾氣吸收罐；412-攪拌器；413-放空管；414-排氣管；415-氣體分布器；420-母液儲液罐。
具體實施方式
為使本實用新型實施方式的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施方式中的附圖，對本實用新型實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式是本實用新型一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基于本實用新型中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本實用新型保護的范圍。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施方式的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施方式。基于本實用新型中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本實用新型保護的范圍。
在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。
此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本實用新型的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方
和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
實施例1，參照圖1至圖4所示，
本實施例提供一種福美鈉的生產裝置100，如圖1所示，該生產裝置100用來將二甲胺、CS2、以及NaOH溶液這三大原料投入反應，以得到純度高的福美鈉。該生產裝置100在生產福美鈉的過程中為帶壓運行，整個生產裝置100處于密閉狀態。
該生產裝置100包括第一管道反應器110和換熱器120，第一管道反應器110的出口與換熱器120連接，第一管道反應器110具有用于接入二甲胺、CS2以及NaOH溶液的第一進料管111。
第一進料管111的形式有多種，在本實施例中，第一進料管111具有第一接入口112和第二接入口113，第一接入口112用于接入二甲胺和NaOH溶液，第二接入口113用于接入CS2。第一進料管111的出口與第一管道反應器110的入口連接。二甲胺、NaOH溶液與CS2在第一進料管111內開始接觸，并在管道內壓力的作用下迅速進入第一管道反應器110中進行反應Ⅰ。在本實用新型的其他實施例中，第一進料管111可以是三根相互獨立的管道，其中第一根管道用于通入二甲胺，第二根管道用于通入NaOH溶液，第三根管道用于通入CS2，二甲胺、NaOH溶液與CS2在第一管道反應器110內開始接觸。第一管道反應器110內安裝有溫度計114，用于實時監測第一管道反應器110內的溫度。
通過第一進料管111給第一管道反應器110中接入二甲胺、CS2以及NaOH溶液，使這三種原料在第一管道反應器110中進行如下反應：
(CH3)2NH+NaOH+CS2＝(CH3)2NC(S)SNa+H2O(Ⅰ)
第一管道反應器110是生成福美鈉的場所，生產裝置100將傳統工藝中的敞開式攪拌反應釜改為第一管道反應器110，從而避免二甲胺和CS2氣體等反應氣體外泄到空氣中，造成空氣污染。同時，為了提高反應的安全性，整個生產裝置100在開始運行時，優先有氮氣置換生產裝置100中的空氣。
第一管道反應器110可以實現福美鈉的連續生產，即在生產過程中，將二甲胺、NaOH和CS2這三種物料按照1：1：1的摩爾比，持續的以一定的流速通入第一管道器中，同時將第一管道反應器110中的生成料持續的排出，整個反應系統處于一種動態平衡中，由此能夠實現福美鈉生產工藝的連續性，提高該生產裝置100的利用效率，使其操作方便、并實現福美鈉的大規模生產。此外，第一管道反應器110的內部裝有填料，能夠提高原料在第一管道反應器110內的混合效果，從而提高反應效率。
由于反應Ⅰ為劇烈放熱反應，在反應過程中會產生大量的熱量。因此在本實施例中，在第一管道反應器110的出口位置設置有換熱器120，反應熱通過換熱器120及時移出，有利于控制反應在恒定的溫度下進行，即將反應溫度控制在40-95℃范圍內，優選地，將溫度控制在75-90℃。同時，利用換熱器120將反應熱迅速移除也能大幅度的縮短反應時間。
換熱器120可采用板式換熱器或者列管式換熱器，也可用其他形式的換熱器，比如將換熱裝置設置在管道反應器的內部。優選地，可以將這種換熱器120設計成有足夠大的換熱面積，以滿足溫度控制的需要。利用該換熱器120將反應產生的熱量用于給冷卻水加熱，所得到的熱水溫度能夠達到85-90℃，可用作生活熱水或冬季采暖，節能效果顯著。
傳統的合成工藝中，采用搪瓷或不銹鋼的攪拌反應釜，為常壓反應。為了確保反應的安全性，傳統工藝需要將反應溫度控制在35℃以下。使用這種傳統的生產裝置，需采用冷凍鹽水及攪拌的方式來降溫。然而，由于福美鈉的粘度很大，傳熱效率低、流動性差，導致散熱速度慢、降溫效果不佳。因此，傳統工藝中反應時間受到降溫速率的影響，一個反應周期需用5-6小時。
而采用本實用新型提供的生產裝置100，由于換熱器120的換熱效率高，且物料在第一管道反應器110中的反應速度快，通過控制換熱器120中冷卻水的流量、以及物料的加入速度，可以將第一管道反應器110中的反應溫度控制在40-95℃范圍內。該溫度高于傳統工藝中要求的35℃，因此僅用冷卻水，而非冷凍鹽水即可達到降溫需求。在40-95℃的溫度下，合成的福美鈉的流動性好，福美鈉二水合物的溶解度也高于35℃下的溶解度，因此，生產裝置100系統中產生的高濃度的福美鈉(福美鈉的質量分數為70％左右)不會出現析晶、堵塞管道等問題。
優選地，該生產裝置100還包括合成料儲液罐130。合成料儲液罐130的入口與換熱器120相連通。待反應完成后，將第一管道反應器110中形成的合成料通入合成料儲液罐130中，接著對混合料進行冷卻結晶，通過固液分離得到福美鈉固體產品(福美鈉的質量分數大于96％)和結晶母液(福美鈉的質量分數大約為60％)。
生產裝置100為帶壓運行，通過多個輸送泵140將管道中的物料輸送至下一級的處理單元中，各個管道的打開或阻斷是通過閥體150來實現的，本領域技術人員可以根據實際需求靈活選擇安裝輸送泵140和閥體150的位置，也可以靈活對管道的形式進行設置，比如適應性的將管道進行并聯或串聯。
采用這種生產裝置100來生產福美鈉時，為了提高產物的流動性，使反應順利進行，采用質量分數為40～50％的二甲胺水溶液。同時，接入反應釜110的NaOH溶液中NaOH的質量分數為50％。
進一步的，為了更好的提升反應Ⅰ的反應速率，縮短反應時間。發明人通過進一步的改進，研發了生產裝置200。
生產裝置200增設了第二管道反應器210。第二管道反應器210的出口與第一接入口112連接，第二管道反應器210的入口處設置有第二進料管211。第二進料管211具有第三接入口212和第四接入口213，第三接入口212用于接入二甲胺，第四接入口213用于接入NaOH溶液。第二進料管211的結構和設置方式與第一進料管111類似。第二管道反應器210內安裝有溫度計114，用于檢測第二管道反應器210內的溫度。
第二管道反應器210是混合器，第二管道反應器210用于將二甲胺和NaOH溶液混合均勻。第二管道反應器210的剪切力強，混合效率高，使得二甲胺與NaOH溶液經過第二管道反應器210被迅速混合。由于福美鈉合成反應受傳質過程控制，第二管道反應器210的設置為大幅度縮短反應時間提供了保障。
進一步的，為了便于控制CS2、二甲胺以及NaOH這三種物料進入反應系統的量和速度，該生產裝置100還包括二甲胺儲液罐(圖未示)、CS2儲液罐(圖未示)和NaOH儲液罐(圖未示)。其中，CS2儲液罐與第二接入口113相連通，CS2通過第二接入口113進入第一管道反應器110中；二甲胺儲液罐與第三接入口212相連通，二甲胺通過第三接入口212進入第二管道反應器210中；NaOH儲液罐與第四接入口213相連通，NaOH通過第四接入口213進入第二管道反應器210中。
二甲胺儲液罐、CS2儲液罐和NaOH儲液罐，這三個儲液罐都可以為計量罐，為了更加精確的控制流量，這三個儲液罐中均安裝有液位計。優選地，CS2儲液罐與第一管道反應器110之間設置有第一流量計220，用于調控CS2的加入量和加料速度，以此來控制反應速度和第一管道反應器110中的反應溫度。二甲胺儲液罐和NaOH儲液罐二者與第二管道反應器210之間分別設置有第二流量計230和第三流量計240，用于調控二甲胺和NaOH的加入量和加料速度，以此來控制反應速度。這三個流量計，可以為質量流量計或體積流量計。
采用這種生產裝置200來生產福美鈉時，為了提高產物的流動性，使反應順利進行，同樣使用質量分數為40～50％的二甲胺水溶液。
進一步的，為了使用99.8％的二甲胺并進一步提高產品質量。發明人通過進一步的改進，研發了生產裝置300。
生產裝置300增設了氣液分離罐310，氣液分離罐310設置于換熱器120與合成料儲液罐130之間，氣液分離罐310的入口與換熱器120相連通，氣液分離罐310的出口與合成料儲液罐130相連通。氣液分離罐310用于將合成料進行氣液分離，使合成料中混有的CS2、氮氣等逸出，從而減小進入合成料儲液罐130中的合成料的雜質含量。合成料在合成料儲液罐130中進行冷卻結晶，可直接得到福美鈉固體產品和結晶母液，用結晶母液調配福美鈉液體制劑，或者將結晶母液輸送至第二管道反應器210中。結晶母液的加入至第二管道反應器210，一方面，提高了反應產物的流動性，由此可以用純度99.8％的二甲胺代替40～50％的二甲胺水溶液；另一方面，結晶母液通過循環反應，其中的福美鈉二水化合物的質量分數從60％提高到70％，從而將提高結晶母液中福美鈉的質量分數從60％提高到70％，使其能夠進行冷卻結晶得到福美鈉固體產品。
這種生產裝置300可以非常安全和方便地使用純度99.8％的二甲胺作為原料，而傳統工藝中為了減少二甲胺的揮發、保障反應的安全性，只能用質量分數為40％的二甲胺水溶液來進行反應。使用質量分數為99.8％的二甲胺與使用質量分數為40％二甲胺水溶液比，一方面，大幅度降低了二甲胺的運輸成本；另一方面，反應體系中由于沒有隨二甲胺溶液帶來的大量的水，生產福美鈉固體產品時不需要蒸發濃縮，可直接冷卻結晶得到福美鈉固體產品。生產每噸福美鈉固體產品可節約0.7噸的標準煤，節能效果顯著。此外，由于沒有蒸發冷凝水的產生，解決了困擾福美鈉生產中的污水處理問題。
進一步的，為了解決福美鈉生產中的尾氣排放問題，使其實現零排放，同時提高原料的利用率，發明人對該生產裝置300進行了更進一步的優化，研發得到了生產裝置400。
生產裝置400增設了尾氣處理系統410。尾氣處理系統410包括尾氣吸收罐411和排氣管414。尾氣吸收罐411具有放空管413，放空管413使得尾氣吸收罐411與外界大氣相連通。尾氣吸收罐411中裝有尾氣吸收液。排氣管414的入口端與氣液分離罐310相連通，排氣管414的出口端與尾氣吸收罐411連通，即尾氣吸收罐411通過排氣管414與氣液分離罐310相連通。
待反應完成后，位于氣液分離罐310中的合成料輸送至合成料儲液罐中，隨后位于氣液分離罐310中的氣體，通過排氣管414通入尾氣吸收液中進行尾氣處理，處理后二甲胺和CS2被吸收，最后從放空管413排出的尾氣中僅含有氮氣。
為了提高尾氣的吸收效率，尾氣吸收罐411內設置有攪拌器412和氣體分布器415。優選地，尾氣吸收罐411為一個裝有攪拌器412的不銹鋼反應釜，尾氣吸收罐411上安裝有放空管413和排氣管414，尾氣吸收罐411的內部裝有氣體分布器415。在打開排氣管414前，先將攪拌器412和氣體分布器415打開，以使氣液分離罐310中的CS2和二甲胺快速的溶解在尾氣吸收液中，提高尾氣處理效率。通過這種尾氣處理系統410，能夠避免反應中的揮發的二甲胺和CS2等有毒氣體排入空氣中，實現零排放，解決了困擾福美鈉生產中的環境污染問題。
進一步的，生產裝置400還設置了母液儲液罐420，母液儲液罐420用于儲存結晶母液。母液儲液罐420與尾氣吸收罐411相連通，同時母液儲液罐420也與第二管道反應器210相連通。在反應開始前，將母液儲液罐420中的結晶母液排至尾氣吸收罐411中，作為尾氣吸收液來吸收尾氣中的CS2和二甲胺；待反應完成后，再將尾氣吸收罐411中的結晶母液排入母液儲液罐420內，母液儲液罐420內的結晶母液便可進入下一批次的反應系統里，使得尾氣中的CS2和二甲胺也重新回到第一管道反應器110中進行反應，從而使得物料的利用率達到98％以上。
本實用新型還提供了一種福美鈉的生產系統(圖未示)，生產系統包括自動化控制系統和上述生產裝置100、200、300、400。通過自動化控制系統，利用三臺流量計準確計量二甲胺、CS2和NaOH的加入量和加料速度，以此來控制循環反應系統中的反應速度。此外，自動化控制系統也可以來調控反應溫度和壓力等參數。
以上所述僅為本實用新型的優選實施方式而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
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