通过微波能量快速合成碳酸钙和硫酸铵的特制微波反应釜的制作方法

[0001]
本实用新型属于环保和化工技术领域，尤其涉及一种通过微波能量实现二水硫酸钙和碳酸铵快速反应合成碳酸钙和硫酸铵的特制微波反应釜。


背景技术：

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火电厂大部分采用石灰石湿法脱硫，由于脱硫后产生的副产品石膏越来越多，造成目前石膏价格一路下跌。而由于石灰石矿的逐步关闭，脱硫剂石灰石价格大幅度上涨，并且出现石灰石采购难的问题。为了实现石灰石在火电厂的自循环利用，利用脱硫副产品二水硫酸钙与碳酸氢铵反应可以制备碳酸钙和硫酸铵，碳酸钙可以循环回到烟气湿法脱硫系统作为脱硫剂，而副产品硫酸铵则可以作为副产品进行销售，可以解决上述两个问题。
[0003]
而二水硫酸钙与碳酸氢铵反应制备碳酸钙和硫酸铵是一个吸热反应，反应需要快速加热进行，反应过程吸热量：
[0004]
主反应caso4.2h2o(s)+2nh4hco3(s)
→
caco3(s)+(nh4)2so4(s)+co2(g)+3h2o
ꢀꢀ
(l)
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反应焓
△
r hm(kj/mol)为43.34kj/mol
[0006]
常规的水浴或者油浴、以及电加热存在很大弊端，因热损失大，大量工业化合成反应时间长，热传导效率低下，并且因受热不均匀，造成碳酸钙得晶粒不均匀，影响硫酸钙得品质和活性，其次一个原因是因为反应物料中的碳酸氢铵由于极易受热分解，也不允许长时间对反应物料进行预热，否则反应物料损失较大。


技术实现要素：

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本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种通过微波能量快速合成碳酸钙和硫酸铵的特制微波反应釜。
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这种通过微波能量快速合成碳酸钙和硫酸铵的特制微波反应釜，包括：反应内筒、微波腔、多功率组合微波管、搅拌器电机、排气风机、温度场检测系统和温控系统；反应内筒两侧均设有微波腔，每个微波腔侧面均设有多功率组合微波管，多功率组合微波管内壁上设有多个微波源；
[0009]
反应内筒、两个微波腔和两个多功率组合微波管均位于微波隔离外壳内；反应内筒顶部设有内筒进料口和抽气孔，抽气孔上接有内筒排气管，内筒排气管连接排气风机；反应内筒底部设有出料口和电动蝶阀，电动蝶阀位于反应内筒底部内壁上，电动蝶阀与出料口连通；反应内筒内设有双层叶片搅拌器，双层叶片搅拌器固定于反应内筒顶部内壁上，双层叶片搅拌器电连接搅拌器电机；反应内筒顶部内壁上还设有内置环型喷淋器；
[0010]
温度场检测系统包括多个温度测量探头，温度测量探头均设于反应内筒的圆筒状内壁上；温度场检测系统和温控系统均与电脑电连接。
[0011]
本实用新型的有益效果是：微波反应釜中设有微波源，无需对碳酸氢铵进行长时间的预热，可以实现反应物微波能量快速选择性吸收和瞬间加热升温，减少物料损失，有效降低能量消耗，大幅度提高反应速度，缩短反应时间。微波反应釜使反应能耗较传统反应釜
下降一半，大大提升了生产效率。
附图说明
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图1为硫酸钙和碳酸氢铵自动微波合成微波反应釜结构示意图；
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附图标记说明：微波源1、微波隔离外壳2、温度测量探头3、微波腔4、内筒进料口5、搅拌器电机6、内置环型喷淋器7、内筒排气管8、双层叶片搅拌器9、排气风机10、出料口 11、电动蝶阀12、反应内筒13。
具体实施方式
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下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
[0015]
本实用新型涉及了一种通过微波能量实现二水硫酸钙和碳酸铵快速反应合成碳酸钙和硫酸铵的装置，特别涉及一种在微波提供的能量供给下，快速实现二水硫酸钙与碳酸氢铵合成结晶度均匀、纯度高、活性好的碳酸钙和硫酸铵的装置；碳酸钙可直接作为脱硫剂。
[0016]
为了解决常规水热反应制备方法的两个缺陷，本实用新型基于采用火电厂烟气湿法脱硫产生的副产品二水硫酸钙(石膏)与碳酸氢铵在微波能量作用下快速制备硫酸钙，微波加热是通过高频电磁波直接激发极性分子振动产生内摩擦热而使其内能增加，被加热物料温度升高的过程，这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，不须任何热传导过程就能使物料内外部同时加热、同时升温，而且加热速度快且均匀，仅需传统加热方式的能耗的几分之一或几十分之一就可达到加热目的。微波可以穿透陶瓷、塑料、玻璃等，能量不损失，微波遇到金属直接反射回来，能量不损失。采用微波可以解决本吸热反应过程中快速供热的需要，还可以避免长时间加热物料造成的反应物料的热分解损失。更具优势的还有微波合成的碳酸钙和硫酸铵晶粒均匀，粒径小，活性好，产品品质也得到保证和提升。
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实施例1：
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通过微波能量快速合成碳酸钙和硫酸铵的特制微波反应釜，如图1所示，包括：反应内筒13、微波腔4、多功率组合微波管、搅拌器电机6、排气风机10、温度场检测系统和温控系统；反应内筒13两侧均设有微波腔4，每个微波腔4侧面均设有多功率组合微波管，多功率组合微波管内壁上设有多个微波源1；
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反应内筒13、两个微波腔4和两个多功率组合微波管均位于微波隔离外壳2内；反应内筒13顶部设有内筒进料口5和抽气孔，抽气孔上接有内筒排气管8，内筒排气管8连接排气风机10；反应内筒13底部设有出料口11和电动蝶阀12，电动蝶阀12位于反应内筒13底部内壁上，电动蝶阀12与出料口11连通；反应内筒13内设有双层叶片搅拌器9，双层叶片搅拌器9固定于反应内筒13顶部内壁上，双层叶片搅拌器9电连接搅拌器电机6；反应内筒13 顶部内壁上还设有内置环型喷淋器7；
[0020]
温度场检测系统包括多个温度测量探头3，温度测量探头3均设于反应内筒13的圆筒状内壁上；温度场检测系统和温控系统均与电脑电连接。
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实施例2：
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实验装置型号：祥鹕科技soniwave；多功能微波超声实验装置；
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首先设定微波反应釜的反应时间10min，反应温度45摄氏度、以及保持温度45摄氏度 5min，选择微波功率1000w。
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称取二水硫酸钙100g，加入100ml水，放入微波反应器，边搅拌边预热至45～50摄氏度，形成反应溶液a；
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称取碳酸氢铵91g加入a中，启动已经设置好的微波反应釜，分别进行了升温反应5～ 10min后，保持2～10min的实验；
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微波自动停止后，取出反应烧杯，进行固液分离，测定固相的碳酸钙的转化率在94～96％，碳酸钙含量和硫酸铵转化率数据如下表1所示：
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表1碳酸钙含量和硫酸铵转化率数据表
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