专利名称：均相流床反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种连续反应器，尤其涉及一种采用钙法去除烧碱生产中硫酸根的均相流床反应器。
背景技术：
烧碱作为重要的工业材料，广泛应用于造纸、日用洗涤、轻工领域，尤其是在石油化工行业(化工医药、玻璃、搪瓷、制革、食品生产)领域中占有重要的地位。在我国，很多厂家采用高芒卤水制烧碱，随着烧碱产量的提高，特别是隔膜高浓度液碱和离子膜碱产量的提高，生产中产生的硫酸根在整个生产体系中越积越多，越来越难以处理，制约着烧碱设备的正常运行，对正常生产造成不利的影响。对于硫酸根的处理，我国基本上都是采用钡法除硝，少数厂家采用钙法除硝。相对来说，虽然钡法除硝效果较好，但所需的费用较高、产生的硫酸钡沉降分离困难、二次精盐水中残存的钡离子容易超标，同时由于钡离子本身有毒，会对生产人员的健康造成危害；而目前钙法除硝采用CaCl2与SO42-反应生成CaSO4沉淀(I)，再经过滤将CaSO4沉淀从盐水中滤除，从而去除硫酸(I)根。虽然钙法除硝可以达到去除硫酸根的目的，但是由于CaSO4在水中属于微溶物质，在盐水中溶解度较大，例如，在通常的反应温度下，Ca2+的浓度为1.7g/L时，SO42-的浓度为2.36g/L；要达到使硫酸根离子的浓度小于2g/L的要求，则需要Ca2+的摩尔浓度达到Ca2+∶SO42-＞2∶1，因此必须增加用钙离子的用量，增加了钙离子的消耗，同时增加了后处理多余钙离子的成本；另外钙法除硝常用处理中反应生成的CaSO4颗粒细小，沉降系数SV30大于50％，难以实现固液分离。这些因素限制了钙法除硝的低成本优势，而且影响了钙法除硝在烧碱生产企业中的推广使用。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种采用钙法去除烧碱生产中积累的硫酸根且防止CaSO4生成细小的颗粒而结垢，同时在一定的温度下使反应达到平衡，SO42-离子得到最大的沉淀工艺条件下，所需的钙离子的摩尔浓度比减少到Ca2+∶SO42-＞1.5∶1的均相流床反应器。
为达到上述目的，本发明提供一种均相流床反应器，包括一反应箱，所述反应箱的侧壁设有原料液进口、反应液进口以及排渣口，其特征在于，所述均相流床反应器还包括一设置在所述反应箱之上的稳流沉降箱，以及一设置在所述稳流沉降箱之上的静态沉降箱；所述反应箱的上部开口，且与所述稳流沉降箱相接连通，沿所述反应箱的侧壁内还均匀布设有两个或两个以上的搅拌器；所述稳流沉降箱为上下均开口的腔体，其下部开口与所述反应箱的上部开口相接以与所述反应箱连通，其上部开口与所述静态沉降箱相接连通，所述稳流沉降箱包括多层间隔排列的挡圈；所述静态沉降箱下部开口，与所述稳流沉降箱的上部开口相接以与所述稳流沉降箱连通，所述静态沉降箱的下部开口的口径大于所述反应箱上部开口的口径，所述静态沉降箱上设有一清液口。
较佳地，所述挡圈为同轴间隔排列的挡圈。
较佳地，所述挡圈为倒圆台形。
较佳地，所述挡圈为倒棱锥台形。
较佳地，所述反应液进口设置在所述搅拌器的上方。
较佳地，所述反应箱侧壁上还设有冲洗口和排净口。
较佳地，所述反应箱的侧壁上近上部开口处还设有一取样口。
较佳地，所述搅拌器斜向插入反应箱侧壁内，所述搅拌器为转速超过250转/分钟的搅拌器。
较佳地，所述稳流沉降箱中在最内圈的挡圈里还同轴设有一倒漏斗形泡罩，所述倒漏斗形泡罩的顶部设有一循环管，所述循环管一端与倒漏斗形泡罩连通，另一端与所述反应箱上所述反应液进口相连。
较佳地，所述挡圈之间的距离为150-300mm。
较佳地，所述倒漏斗形泡罩的底部罩缘与所述最内圈挡圈之间的距离为150-300mm。
较佳地，所述静态沉降箱的上部还设有一清液槽，所述清液槽与所述静态沉降箱上的清液口相通。
较佳地，所述静态沉降箱的上部还设有一溢流槽，所述溢流槽上设有一溢流口。
较佳地，所述溢流槽设在所述清液槽的上部。
本发明的优点在于均相流床反应器是籍物料反应和分离一体化的设备，使流体物料在反应箱底部剧烈运动，利于氯化钙和原料液充分混合，降低了物料在搅拌器附件的离子浓度，减缓反应速度，从而避免细小的CaSO4颗粒生成防止结垢；同时之前生成的CaSO4颗粒一部分留在反应箱内作为后续反应的晶种，反应最终生成的CaSO4颗粒从排渣口排出；清液口排出清液的沉降系数SV30小于30％；在满足工艺条件下，该均相流床反应器可使钙离子的需求量从Ca2+∶SO42-＞2∶1减少到Ca2+∶SO42-＞1.5∶1，减少了生产后处理的成本，节约了能源，有利于钙法除硝方法在烧碱工业中的推广。
图1为本发明均相流床反应器结构的第一实施例示意图；图2为本发明均相流床反应器结构的第一实施例沿图1中A-A线截面图；图3为本发明均相流床反应器结构的第一实施例沿图1中C-C线截面图；图4为本发明均相流床反应器结构的第二实施例示意图；图5为本发明均相流床反应器结构的第二实施例沿图4中A-A线截面图；图6为本发明均相流床反应器结构的第二实施例沿图4中C-C线截面图；图7为本发明均相流床反应器结构的第三实施例示意图；图8为本发明均相流床反应器结构的第三实施例沿图7中A-A线截面图；图9为本发明均相流床反应器结构的第三实施例沿图7中C-C线截面图；图10为本发明均相流床反应器结构的第四实施例示意图；图11为本发明均相流床反应器结构的第四实施例沿图10中A-A线截面图；图12为本发明均相流床反应器结构的第四实施例沿图10中C-C线截面图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1、图2和图3，图中所示是本发明的均相流床反应器结构的第一实施例示意图。包括一圆柱形反应箱2，一设置在所述反应箱2之上圆柱形稳流沉降箱3，以及一设置在所述稳流沉降箱3之上的下部口径大于所述反应箱2上部开口口径的圆柱形静态沉降箱4；所述反应箱2的上部开口，且与所述稳流沉降箱3相接连通，所述反应箱2的侧壁设有原料液进口14、反应液进口8以及排渣口16，沿所述反应箱2的侧壁内还均匀布设有两个搅拌器5；所述稳流沉降箱3为上下均开口的腔体，其下部开口与所述反应箱2的上部开口相接以与所述反应箱2连通，其上部开口与所述静态沉降箱3相接连通；所述稳流沉降箱3设有多个间距为150mm同轴排列的倒圆台形挡圈6，所述静态沉降箱4下部开口，与所述稳流沉降箱3的上部开口相接以与所述稳流沉降箱3连通，所述静态沉降箱4上设有一清液口12。
原料液从反应箱2的原料液进口14、反应液从所述反应液进口8加入所述反应箱2内，所述搅拌器5以250转/分钟的速度搅拌，迅速降低原料液和反应液在原料液进口14和反应液进口8附近的浓度，使原料液、反应液迅速混合均匀形成混合液，反应生成CaSO4颗粒；在所述搅拌器5的持续搅动下，并随着加入的原料液和反应液的逐渐增多，所述反应箱2中的混合液稳定持续地进入所述稳流沉降箱3。
当混合液进入稳流沉降箱3时，混合液中的CaSO4颗粒被挡圈6阻挡，减缓了CaSO4颗粒上升的速度，绝大多数CaSO4颗粒被阻挡回滑到所述反应箱2中继续长大，直止成为大颗粒的沉淀颗粒。
经稳流沉降箱3中挡圈6的阻挡后的混合液，其中所含的CaSO4颗粒数量已大大减少，混合液运动速度也得以减缓，并随所述反应箱2中的物质的增多，稳流沉降箱3中的混合液继续稳定持续地进入静态沉降箱4；在静态沉降箱4中，由于静态沉降箱4下部开口的口径大于所述反应箱2上部开口的口径，混合液的运动速度逐渐降低，同时，混合液液面在静态沉降箱4中缓慢上升，混合液得以在稳定状态下进行沉降，其中所余的CaSO4颗粒因重力而经稳流沉降箱3沉降回到反应箱2中，静态沉降箱4中混合液的上层清液经所述清液口12排出均相流床反应器1。反应箱2内大部分的CaSO4沉淀颗粒从反应箱2的排渣口16排出，少量CaSO4颗粒可留在反应箱2中作为后续反应的晶种。
参见图4、图5和图6，图中所示是本发明的均相流床反应器结构的第二实施例示意图。包括一棱柱形反应箱2，一设置在所述反应箱2之上的圆柱形稳流沉降箱3，以及一设置在所述稳流沉降箱3之上下部口径大于所述反应箱2上部开口口径的方形静态沉降箱4；所述反应箱2的上部开口，且与所述稳流沉降箱3相接连通，所述反应箱2的侧壁设有原料液进口14、反应液进口8、排渣口16以及所述反应箱2的侧壁上近其上部开口处还设有一取样口13，沿所述反应箱2的侧壁内还均匀布设有四个搅拌器5，所述搅拌器5的中心轴均按一定的角度倾斜；所述稳流沉降箱3为上下均开口的腔体，其下部开口与所述反应箱2的上部开口相接以与所述反应箱2连通，其上部开口与所述静态沉降箱3相接连通，所述稳流沉降箱3设有多个间距为200mm同轴排列的倒圆台形挡圈6，所述最内圈倒圆台形挡圈6还设有一倒漏斗形泡罩7，所述泡罩7的底部罩缘与所述最内圈倒圆台形挡圈6之间的间距为200mm，所述倒漏斗形泡罩7的顶部还设有一循环管8，所述循环管8一端与倒圆锥形泡罩7连通，另一端伸出所述均相流床反应器1的外壁；所述静态沉降箱4下部开口，与所述稳流沉降箱3的上部开口相接以与所述稳流沉降箱3连通，所述静态沉降箱4的上部还设有一清液槽11，所述清液槽11上设有一清液口12。
原料液从反应箱2的原料液进口14、反应液从所述反应液进口8进入所述反应箱2内，所述四个搅拌器5以270转/分钟的速度剧烈运转，迅速降低原料液和反应液在原料液进口14和反应液进口8附近的浓度，使原料液、反应液迅速混合均匀形成混合液，反应生成CaSO4颗粒；反应进行过程中，从反应箱2侧壁的取样口13取样检测跟踪反应的进行情况；在所述搅拌器5的持续搅动下，并随着加入的原料液和反应液的逐渐增多，所述反应箱2中的混合液稳定持续地进入所述稳流沉降箱3。
当混合液进入稳流沉降箱3时，混合液中的CaSO4颗粒被挡圈6和泡罩7阻挡，减缓了颗粒上升的速度，绝大多数颗粒被阻挡回滑到所述反应箱2中，被泡罩7阻挡的混合液沿挡圈6的表面均匀回布到所述反应箱2的外围，有利于混合液的分散，从而有利于反应的继续进行，少部分进入泡罩7上部的混合液经其设在顶部的循环口10，定量地将混合液排出，自原料液进口8进入所述的反应箱2中继续反应，以此来减缓反应的速度，使CaSO4颗粒继续长大，直止成为大颗粒的沉淀颗粒。
经稳流沉降箱3中的挡圈6和泡罩7阻挡后的混合液，其中所含的CaSO4颗粒数量已大大减少，混合液的运动速度得以减缓，并随所述反应器1中的物质的增多，稳流沉降箱3中的混合液继续稳定持续地进入静态沉降箱4；在静态沉降箱4中，由于静态沉降箱4的下部开口的口径大于所述反应箱2上部开口的口径，混合液的运动速度逐渐降低，同时，混合液液面在静态沉降箱4中缓慢上升，混合液得以在稳定状态下进行沉降，其中所余的CaSO4颗粒因重力而经稳流沉降箱3沉降回到反应箱2中，静态沉降箱4中混合液的上层清液沿清液槽11上的清液口12排出均相流床反应器1。反应箱2内大部分的CaSO4沉淀颗粒从反应箱2的排渣口16排出，少量CaSO4颗粒可留在反应箱2中作为后续反应的晶种。
参见图7、图8和图9，图中所示是本发明的均相流床反应器结构的第三实施例示意图。包括一圆柱形反应箱2，一设置在所述反应箱2之上的多边形稳流沉降箱3，以及一设置在所述稳流沉降箱3之上的下部口径大于所述反应箱2上部开口口径的圆柱形静态沉降箱4；所述反应箱2的上部开口，且与所述稳流沉降箱3相接连通，所述反应箱2的侧壁设有原料液进口14、反应液进口8、冲洗口9、排净口10、排渣口16以及所述反应箱2的侧壁上近其上部开口处还设有一取样口13，沿所述反应箱2的侧壁内还均匀布设有四个搅拌器5，所述搅拌器5的中心轴按一定的角度倾斜，所述冲洗口9设在所述搅拌器51的上面，所述排净口10设在所述搅拌器52的在下面；所述稳流沉降箱3为上下均开口的腔体，其下部开口与所述反应箱2的上部开口相接以与所述反应箱2连通，其上部开口与所述静态沉降箱3相接连通，所述稳流沉降箱3设有多个间距为300mm同轴排列的倒棱锥台形挡圈6，所述最内圈倒棱锥台形挡圈6还设有一倒漏斗形泡罩7，所述泡罩7的底部罩缘与所述最内圈倒棱锥台形挡圈6之间的间距为300mm，所述倒漏斗形泡罩7的顶部还设有一循环管8，所述循环管8一端与倒漏斗形泡罩7连通，另一端伸出所述均相流床反应器1的外壁；所述静态沉降箱4下部开口，与所述稳流沉降箱3的上部开口相接以与所述稳流沉降箱3连通，所述静态沉降箱4的上部还设有一清液槽11，所述清液槽11上设有一清液口12，所述静态沉降箱4的上部还有一溢流槽17，所述溢流槽17上设有一溢流口15。
原料液从反应箱2的原料液进口14、反应液从所述反应液进口8进入所述反应箱2内，所述四个搅拌器5以300转/分钟的速度剧烈搅拌，迅速降低原料液和反应液在原料液进口14和反应液进口8附近的浓度，使原料液、反应液迅速混合均匀形成混合液，反应生成CaSO4颗粒；反应进行过程中，从反应箱2侧壁的取样口13取样检测跟踪反应的进行情况；在所述搅拌器5的持续搅动下，并随着加入的原料液和反应液的逐渐增多，所述反应箱2中的混合液稳定持续地进入所述稳流沉降箱3。
当混合液进入稳流沉降箱3时，混合液中的CaSO4颗粒被挡圈6和泡罩7阻挡，减缓了颗粒上升的速度，绝大多数CaSO4颗粒被阻挡回滑到所述反应箱2中，经泡罩7阻挡的混合液沿挡圈6的表面均匀回布到所述反应箱2的外围，有利于混合液的分散，从而有利于反应的继续进行，进入泡罩7的混合液经其设在顶部的循环口10，定量地将混合液排出，自原料液进口8进入所述反应箱2中继续反应，以此来减缓反应的速度，使CaSO4颗粒继续长大，直止成为大颗粒的沉淀颗粒。
经稳流沉降箱3中的挡圈6和泡罩7阻挡后的混合液，其中所含的CaSO4颗粒数量已大大减少，混合液的运动速度得以减缓，并随所述反应器1中的物质的增多，稳流沉降箱3中的混合液继续稳定持续地进入静态沉降箱4；由于静态沉降箱4的下部开口的口径大于所述反应箱2上部开口的口径，混合液的运动速度逐渐降低，同时，混合液液面在静态沉降箱4中缓慢上升，混合液得以在稳定状态下进行沉降，其中所余的CaSO4颗粒因重力而经稳流沉降箱3沉降回到反应箱2中，静态沉降箱4中混合液的上层清液沿清液槽11上的清液口12排出均相流床反应器1，在清液量大时，上层清液沿溢流槽17经溢流口15排出均相流床反应器1。反应箱2内大部分的CaSO4颗粒从反应箱2的排渣口16排出，少量CaSO4颗粒可留在反应箱2中作为后续反应的晶种。
所述反应箱2进行清洗时，清水从反应箱2侧壁的冲洗口9打入，污水从所述反应箱2侧壁的排净口10排出。
参见图10、图11和图12，图中所示是本发明的均相流床反应器结构的第四实施例示意图。包括一方形反应箱2，一设置在所述反应箱2之上的方形稳流沉降箱3，以及一设置在所述稳流沉降箱3之上的下部口径大于所述反应箱2上部开口口径的方形静态沉降箱4；所述反应箱2的上部开口，且与所述稳流沉降箱3相接连通，所述所述反应箱2的侧壁设有原料液进口14、反应液进口8以及排渣口16，沿所述反应箱2的侧壁内还均匀布设有四个搅拌器5，所述搅拌器5的中心轴按一定的角度倾斜；所述稳流沉降箱3为上下均开口的腔体，其下部开口与所述反应箱2的上部开口相接以与所述反应箱2连通，其上部开口与所述静态沉降箱4相接连通，所述稳流沉降箱3设有多个间距为250mm同方向排列的方形挡圈6；所述静态沉降箱4下部开口，与所述稳流沉降箱3的上部开口相接以与所述稳流沉降箱3连通，所述静态沉降箱4的上部还设有一清液槽11，所述清液槽11上设有一清液口12。
原料液从反应箱2的原料液进口14、反应液从所述反应液进口8进入所述反应箱2内，所述四个搅拌器5以300转/分钟的速度剧烈搅拌，迅速降低原料液和反应液在原料液进口14和反应液进口8附近的浓度，使原料液、反应液迅速混合均匀形成混合液，反应生成CaSO4颗粒；在所述搅拌器5的持续搅动下，并随着加入的原料液和反应液的逐渐增多，所述反应箱2中的混合液稳定持续地进入所述稳流沉降箱3。
当混合液进入稳流沉降箱3时，混合液中的CaSO4颗粒被挡圈6，减缓了颗粒上升的速度，绝大多数CaSO4颗粒被阻挡回滑到所述反应箱2中，继续反应，使CaSO4颗粒继续长大，直止成为大颗粒的沉淀颗粒。
经稳流沉降箱3中的挡圈6阻挡后的混合液，其中所含的CaSO4颗粒数量已大大减少，混合液的运动速度得以减缓，并随所述反应器1中的物质的增多，稳流沉降箱3中的混合液继续稳定持续地进入静态沉降箱4；由于静态沉降箱4中的混合液不再受到外力搅动，混合液的运动速度逐渐降低，同时，由于静态沉降箱4的下部开口的口径大于所述反应箱2上部开口的口径，混合液液面在静态沉降箱4中缓慢上升，混合液得以在稳定状态下进行沉降，其中所余的CaSO4颗粒因重力而经稳流沉降箱3沉降回到反应箱2中，静态沉降箱4中混合液的上层清液沿清液槽11自清液口12排出均相流床反应器1。反应箱2内大部分的CaSO4颗粒从反应箱2的排渣口16排出，少量CaSO4颗粒可留在反应箱2中作为后续反应的晶种。
从以上所述可见，本发明所述的均相流床反应器可以有效地去除烧碱生产中积累的硫酸根且防止CaSO4生成细小的颗粒而结垢，同时在一定的温度下使反应达到平衡，SO42-离子得到最大的沉淀，经实践，利用此均相流床反应器，所需的钙离子的摩尔浓度比可减少到Ca2+∶SO42-＞1.5∶1。
以上所述的实施例是本发明的几种实现方式，但本发明的保护范围不限于上述实施例中的具体描述，凡按本发明构思对以上所述实施例所作变换，比如但不限于所述反应箱2也可以是棱柱形状等，均在本发明范围之内。
权利要求
1.一种均相流床反应器，包括一反应箱，所述反应箱的侧壁设有原料液进口、反应液进口以及排渣口，其特征在于，所述均相流床反应器还包括一设置在所述反应箱之上的稳流沉降箱，以及一设置在所述稳流沉降箱之上的静态沉降箱；所述反应箱的上部开口，且与所述稳流沉降箱相接连通，沿所述反应箱的侧壁内还均匀布设有两个或两个以上的搅拌器；所述稳流沉降箱为上下均开口的腔体，其下部开口与所述反应箱的上部开口相接以与所述反应箱连通，其上部开口与所述静态沉降箱相接连通，所述稳流沉降箱包括多层间隔排列的挡圈；所述静态沉降箱下部开口，与所述稳流沉降箱的上部开口相接以与所述稳流沉降箱连通，所述静态沉降箱的下部开口的口径大于所述反应箱上部开口的口径，所述静态沉降箱上设有一清液口。
2.如权利要求1所述的一种均相流床反应器，其特征在于，所述挡圈为同轴间隔排列的挡圈。
3.如权利要求1所述的一种均相流床反应器，其特征在于，所述挡圈为倒圆台形。
4.如权利要求1所述的一种均相流床反应器，其特征在于，所述挡圈为倒棱锥台形。
5.如权利要求1所述的一种均相流床反应器，其特征在于，所述反应液进口设置在所述搅拌器的上方。
6.如权利要求1所述的一种均相流床反应器，其特征在于，所述反应箱侧壁上还设有冲洗口和排净口。
7.如权利要求1所述的一种均相流床反应器，其特征在于，所述反应箱的侧壁上近上部开口处还设有一取样口。
8.如权利要求1所述的一种均相流床反应器，其特征在于，所述搅拌器斜向插入反应箱侧壁内，所述搅拌器为转速超过250转/分钟的搅拌器。
9.如权利要求1所述的一种均相流床反应器，其特征在于，所述稳流沉降箱中在最内圈的挡圈里还同轴设有一倒漏斗形泡罩，所述倒漏斗形泡罩的顶部设有一循环管，所述循环管一端与倒漏斗形泡罩连通，另一端与所述反应箱上所述反应液进口相连。
10.如权利要求1所述的一种均相流床反应器，其特征在于，所述挡圈之间的距离为150-300mm。
11.如权利要求1所述的一种均相流床反应器，其特征在于，所述倒漏斗形泡罩的底部罩缘与所述最内圈挡圈之间的距离为150-300mm。
12.如权利要求1所述的一种均相流床反应器，其特征在于，所述静态沉降箱的上部还设有一清液槽，所述清液槽与所述静态沉降箱上的清液口相通。
13.如权利要求12所述的一种均相流床反应器，其特征在于，所述静态沉降箱的上部还设有一溢流槽，所述溢流槽上设有一溢流口。
14.如权利要求13所述的一种均相流床反应器，其特征在于，所述溢流槽设在所述清液槽的上部。
全文摘要
一种均相流床反应器，包括一反应箱，其侧壁设有原料液进口、反应液进口和排渣口；还包括一在反应箱之上的稳流沉降箱和一在稳流沉降箱之上的静态沉降箱；反应箱上部开口与稳流沉降箱连通，沿其侧壁内还均匀布设有两个或两个以上的搅拌器；稳流沉降箱为上下均开口的腔体，下部开口与反应箱连通，上部开口与静态沉降箱连通，并包括多层间隔排列的挡圈；静态沉降箱下部开口与稳流沉降箱的上部开口连通，静态沉降箱的下部开口的口径大于反应箱上部开口的口径，静态沉降箱上设有一清液口。该均相流床反应器可防止细小硫酸钙生成并结垢，所需的钙离子摩尔浓度减少到Ca
文档编号B01J8/24GK1843609SQ20051002496
公开日2006年10月11日 申请日期2005年4月7日 优先权日2005年4月7日
发明者李国新 申请人:凯膜过滤技术(上海)有限公司