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      復(fù)合式多級旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置的制作方法

      文檔序號:11938338閱讀:589來源:國知局
      復(fù)合式多級旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置的制作方法

      本實用新型屬于混合、傳質(zhì)與反應(yīng)裝置領(lǐng)域,具體涉及一種復(fù)合式多級旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)裝置,可以應(yīng)用于混合、吸收、反應(yīng)等過程的強化。



      背景技術(shù):

      隨著現(xiàn)代化工的發(fā)展,過程強化成為化工領(lǐng)域有效降低成本、節(jié)能、減排的重要手段。

      超重力技術(shù)(High Gravity Technology, Higee)作為一種新型的過程強化技術(shù),具有混合時間短,混合均勻等優(yōu)點。其基本原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的填料床模擬超重力場,在填料高速旋轉(zhuǎn)的過程中對液體有破碎、剪切、撕裂等作用,極大地增大了相間接觸面積、加速相界面更新速率,從而大大提高相界傳質(zhì)速率,強化微觀混合過程。

      研究表明,超重力旋轉(zhuǎn)填料床的傳質(zhì)效率為傳統(tǒng)塔器的3倍,體積卻只為傳統(tǒng)塔器的1/10。因此,超重力旋轉(zhuǎn)填料床也被稱為現(xiàn)代化工的“晶體管”。無論對液-液兩相,還是氣-液兩相流間的微觀混合、傳質(zhì)、反應(yīng),超重力旋轉(zhuǎn)填料床均起到傳統(tǒng)塔器、攪拌器無法比擬的強化作用。目前,超重力技術(shù)被成功應(yīng)用于蒸餾、吸收、降塵、脫硫、納米顆粒制備等化工領(lǐng)域的過程強化。

      現(xiàn)有的超重力裝置中,多數(shù)設(shè)備是針對液-液兩相或氣-液兩相間的混合、傳質(zhì)與反應(yīng)的強化,而針對液-液兩相需先充分、快速混合反應(yīng)后再進行氣-液兩相吸收反應(yīng)的強化設(shè)備卻極少。專利CN 1425493 A中公開了一種撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床反應(yīng)裝置,該裝置通過增加撞擊噴嘴即可實現(xiàn)液-液、氣-液等多相流間的混合與反應(yīng)。但氣-液兩相反應(yīng)與液-液兩相混合同時進行,在液-液兩相的混合并不充分的情況下即進行氣-液兩相反應(yīng),達不到預(yù)期的強化效果。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      本實用新型為了解決現(xiàn)有超重力裝置不能實現(xiàn)液-液兩相需先充分、快速混合反應(yīng)后再進行氣-液兩相吸收反應(yīng)過程強化的問題,提供了一種復(fù)合式多級旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置。

      為實現(xiàn)上述目的,本實用新型采用的技術(shù)方案是:

      復(fù)合式多級旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)反應(yīng)裝置,包括設(shè)有進液口、出液口、進氣口和出氣口的旋轉(zhuǎn)床外殼以及從頂部進液口進入的撞擊流裝置,其特征在于旋轉(zhuǎn)床外殼內(nèi)設(shè)上部反應(yīng)區(qū)和下部反應(yīng)區(qū),上、下部反應(yīng)區(qū)內(nèi)分別設(shè)置若干級同軸設(shè)置的填料轉(zhuǎn)子,上下部反應(yīng)區(qū)之間設(shè)置受液裝置。受液裝置收集從外殼內(nèi)壁流下的液體。

      上部反應(yīng)區(qū)為液-液反應(yīng)區(qū),下部反應(yīng)區(qū)為氣-液反應(yīng)區(qū),下部反應(yīng)區(qū)最上方設(shè)置出氣口。

      所述的受液裝置為錐形受液板,錐形受液板底部為圓形平盤,平盤上均布有若干布液孔,錐形受液板外沿與旋轉(zhuǎn)床外殼連接。

      所述錐形受液板傾角為5°~45°,所述錐形受液板底部圓形平盤開孔率為30%~60%。

      氣-液反應(yīng)區(qū)的填料轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)具有為斜面,斜面上設(shè)有與斜面成角度的若干帶孔斜板 22,用以液體承接與再分布。氣-液反應(yīng)區(qū)的填料轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)斜面與垂直面設(shè)計角度為15°~45-°,帶孔斜板 22與斜面設(shè)計角度60°~90-°。帶孔斜板用以液體承接與再分布。

      撞擊流裝置由兩根底部設(shè)有噴嘴Ⅰ、噴嘴Ⅱ 16的進料管Ⅰ、進料管Ⅱ組成,進料管Ⅰ、進料管Ⅱ分別連接不同的原料儲液槽Ⅰ、原料儲液槽Ⅱ,液-液反應(yīng)區(qū)和氣-液反應(yīng)區(qū)分別有一組填料轉(zhuǎn)子。所述填料為整裝填料或散裝填料。

      本實用新型完成的反應(yīng)方法,先將需要充分混合反應(yīng)的兩股原始物料分別溶解置于儲液槽Ⅰ和儲液槽Ⅱ中,兩股原始物料分別由泵Ⅰ和泵Ⅱ經(jīng)液體流量計Ⅰ和流量計Ⅱ計量后從進料管、進料管Ⅱ打入撞擊流裝置,經(jīng)撞擊流裝置的噴嘴Ⅰ和噴嘴Ⅱ高速噴出后進行初次快速碰撞、混合、反應(yīng),隨后液體進入高速旋轉(zhuǎn)的填料轉(zhuǎn)子Ⅰ進行二次深度混合反應(yīng);液-液兩相混合反應(yīng)完成后,液體被甩至旋轉(zhuǎn)床外殼內(nèi)壁,在重力作用下沿內(nèi)壁流至受液裝置,由布液孔再分布到填料轉(zhuǎn)子Ⅱ內(nèi)側(cè)帶孔斜板上;液體在離心力的作用下被甩到填料轉(zhuǎn)子Ⅱ中并由內(nèi)向外甩出,氣體由進氣口進入,與液體在填料轉(zhuǎn)子Ⅱ內(nèi)進行逆流或錯流接觸;完成氣-液兩相間傳質(zhì)、反應(yīng)后,氣體從出氣口排出,液體則由出液口排出至儲液槽Ⅲ。

      本實用新型的有益效果是:將液-液兩相充分混合反應(yīng)后隨即進行氣-液兩相反應(yīng)集成到同一臺裝置中,實現(xiàn)集成設(shè)計,有效減小了設(shè)備占地空間。下部填料轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)斜面設(shè)計,有利于接受從受液裝置作為液體再分布器分布下來的液體。利用本實用新型裝置可以實現(xiàn)兩股原始物料的混合配液,隨后進行吸收反應(yīng)的過程強化。也可以實現(xiàn)先進行原始物料的混合反應(yīng),再進行氣-液兩相間的傳質(zhì)反應(yīng)的過程強化。

      附圖說明

      圖1為本實用新型所述一種復(fù)合式多級旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)裝置的使用工藝流程圖。

      圖中:1-儲液槽Ⅰ; 2-泵Ⅰ; 3-液體流量計Ⅰ; 4-復(fù)合式多級旋轉(zhuǎn)填料床; 5-儲液槽Ⅱ; 6-泵Ⅱ; 7-液體流量計Ⅱ; 8-電機Ⅰ; 9-儲液槽Ⅲ; 10-氧氣瓶; 11-臭氧發(fā)生器; 12-氣體流量計; 13-尾氣處理裝置。

      圖2為本實用新型所述一種復(fù)合式多級旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)裝置主體示意圖。

      圖中:14-進液口; 15-進料管; 16-噴嘴; 17-外殼; 18-出氣口; 19-進氣口; 20-出液口; 21-轉(zhuǎn)動軸; 22-帶孔斜板; 23-填料轉(zhuǎn)子Ⅱ; 24-受液裝置; 25-撞擊區(qū)域; 26-填料轉(zhuǎn)子Ⅰ。

      具體實施方式

      以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步詳細說明,但本

      技術(shù)實現(xiàn)要素:
      并不受下述實施方式所局限。

      如圖2所示,一種復(fù)合式多級旋轉(zhuǎn)填料床傳質(zhì)與反應(yīng)裝置,包括:設(shè)有進液口 14、出液口 20、進氣口 19和出氣口 18的旋轉(zhuǎn)床外殼 17,從頂部進液口 14進入的撞擊流裝置,撞擊流裝置由兩根底部設(shè)有噴嘴 16的進料管 15組成,進料管 15連接不同的原料儲液槽 1、5;同軸設(shè)置在轉(zhuǎn)動軸 21上的兩級填料轉(zhuǎn)子Ⅰ 26和填料轉(zhuǎn)子Ⅱ 23,填料轉(zhuǎn)子Ⅱ 23內(nèi)側(cè)斜面與垂直面成15°,斜面上的帶孔斜板與斜面成75°,所有填料為散裝不銹鋼絲網(wǎng)填料;受液裝置 24傾角為30°,圓形平盤上均布有布液孔。

      所述下部填料轉(zhuǎn)子中,氣-液兩相的接觸方式為逆流接觸。

      如圖1所示,一種使用本實用新型完成的方法,包括如下步驟:先將需要充分混合反應(yīng)的兩股原始物料分別溶解置于儲液槽Ⅰ、Ⅱ中,兩股原始物料分別由泵Ⅰ、Ⅱ經(jīng)液體流量計Ⅰ、Ⅱ計量后從兩根進料管Ⅰ、Ⅱ打入撞擊流裝置,經(jīng)噴嘴Ⅰ、Ⅱ高速噴出后在撞擊區(qū) 25內(nèi)進行初次快速碰撞、混合、反應(yīng),隨后液體進入高速旋轉(zhuǎn)的填料轉(zhuǎn)子Ⅰ 26進行二次深度混合反應(yīng);液-液兩相混合反應(yīng)完成后,液體被甩至旋轉(zhuǎn)床外殼 17內(nèi)壁,在重力作用下沿內(nèi)壁流至受液裝置 24,由布液孔再分布到下部填料轉(zhuǎn)子Ⅱ 23內(nèi)側(cè)帶孔斜板 22上;液體在離心力的作用下被甩到填料轉(zhuǎn)子Ⅱ 23中并由內(nèi)向外甩出,氣體由進氣口 19進入,與液體在填料轉(zhuǎn)子Ⅱ 23內(nèi)進行逆流接觸;完成氣-液兩相間傳質(zhì)、反應(yīng)后,氣體從出氣口 18排出,液體則由出液口 20排出至儲液槽Ⅲ 9。

      針對硝基苯廢水處理過程中,在納米零價鐵的制備過程中同步將硝基苯充分還原成苯胺,隨后再利用臭氧氧化來將苯胺降解的方法,可以使用本實用新型所述裝置進行過程強化。

      利用圖1所示工藝流程,20 ℃下處理含初始濃度為200 mg·L-1的硝基苯廢水。將硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)溶解于儲液槽Ⅰ 1中的硝基苯廢水,配制濃度為0.05 mol·L-1的含亞鐵鹽硝基苯廢水;用自來水將NaBH4溶解于儲液槽Ⅱ 5中,配成濃度為0.15 mol·L-1的NaBH4水溶液。兩股液體分別由泵Ⅰ、Ⅱ經(jīng)液體流量計Ⅰ、Ⅱ計量后從兩根進料管Ⅰ、Ⅱ打入撞擊流裝置,經(jīng)噴嘴Ⅰ、Ⅱ 16高速噴出后以5 m·s-1的撞擊初速在撞擊區(qū) 25內(nèi)進行初次快速碰撞、混合、反應(yīng),隨后液體進入轉(zhuǎn)速為1200 rpm的填料轉(zhuǎn)子Ⅰ 26進行二次深度混合反應(yīng);混合反應(yīng)完成后,液體被甩至旋轉(zhuǎn)床外殼 17內(nèi)壁,在重力作用下沿內(nèi)壁流至受液裝置 24,由布液孔再分布到下部填料轉(zhuǎn)子Ⅱ 23內(nèi)側(cè)帶孔斜板 22上;液體在離心力的作用下被甩到轉(zhuǎn)速為1200 rpm填料轉(zhuǎn)子Ⅱ 23中并由內(nèi)向外甩出;氧氣從氧氣瓶 10出來后經(jīng)臭氧發(fā)生器 11轉(zhuǎn)變成臭氧,經(jīng)氣體流量計 12計量至流量為75 L·h-1,氣相臭氧濃度為50 mg·L-1后,從進氣口 19 進入,與廢水在下部填料轉(zhuǎn)子Ⅱ 23內(nèi)進行逆流接觸;完成臭氧氧化反應(yīng)后,氣體從出氣口 18排出到尾氣處理裝置 13,液體從出液口 20排入儲液槽Ⅲ 9。

      單次處理后,硝基苯去除率99%,COD去除率達75%以上。與常規(guī)方法相比,本裝置不僅處理效率高、處理時間大大縮短,而且簡化處理流程,減小中間操作步驟,設(shè)備占地空間體積大大減少,能夠有效的降低處理成本。

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