一种液固流态化反应装置及工艺.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310344347.3

申请日:

2013.08.08

公开号:

CN103394311A

公开日:

2013.11.20

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B01J 8/24申请日:20130808|||公开

IPC分类号:

B01J8/24; C01G23/047

主分类号:

B01J8/24

申请人:

攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司

发明人:

叶恩东; 程晓哲; 税必刚; 张兴勇; 马维平

地址:

617000 四川省攀枝花市东区桃源街90号

优先权:

专利代理机构:

北京铭硕知识产权代理有限公司 11286

代理人:

谭昌驰;薛义丹

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内容摘要

本发明公开了一种液固流态化反应装置和工艺,其通过液相的两条环路循环实现反应器的温度控制和液相的流速调节,并可以通过循环液的流速设定和循环回流阀组的联锁自动控制实现液相以所需流速进入反应器,增强了系统的自动化程度,减少了工作量及人工操作带来的影响,同时增大了反应器对固体物料粒度分布的适用性,还通过反应体系温度、循环液温度、蒸汽或冷却水流量和蒸汽或冷却水调节阀组的联锁自动控制实现液相带出或带入热量,保持反应体系的温度平衡和工艺自动化控制,另外还可根据需要调节反应器内的压力,实现常压及微压反应。

权利要求书

权利要求书
1.  一种液固流态化反应装置,其特征在于,所述装置包括加料单元、流态化反应器、供液单元、收集单元和调压单元,所述流态化反应器包括自下而上顺序设置的进液锥形段、反应段和沉降锥形段,所述进液锥形段的底部设置有底进液口和/或侧部对称设置有两个侧进液口,所述沉降锥形段中设置有通入反应段的固体加料管,沉降锥形段的顶部设置有排气口且上部侧面设置有循环液出口,其中,
所述加料单元与所述固体加料管连接以添加固体物料;
所述收集单元与所述底进液口和/或两个侧进液口连接以收集反应后的浆料;
所述调压单元与所述排气口连接以排出蒸汽或将蒸汽冷凝后返回;
所述供液单元包括循环液槽、循环泵、加热组、循环液调节阀组、循环液流量计,所述循环液槽与循环泵、加热组、循环液调节阀组顺序连接形成第一环路,所述循环液槽与循环泵、加热组、循环液流量计、流态化反应器顺序连接形成第二环路,其中,所述循环液槽通过所述底进液口和/或两个侧进液口与流态化反应器连接以输送循环液并且通过所述循环液出口与流态化反应器连接以返回循环液,
各部件之间通过管路连接且各管路上设置有至少一个阀门。

2.  根据权利要求1所述的液固流态化反应装置,其特征在于,所述流态化反应器的反应段上设置有至少一个测温测压孔。

3.  根据权利要求2所述的液固流态化反应装置,其特征在于,所述装置还包括控制单元,所述控制单元通过所述测温测压孔监测流态化反应器中的温度值和压力值并自动控制各管路上阀门的开闭实现对生产过程的控制。

4.  根据权利要求1所述的液固流态化反应装置,其特征在于,所述加料单元包括高位料仓和固体放料阀。

5.  根据权利要求1所述的液固流态化反应装置,其特征在于,所述收集单元包括浆料槽和浆料放料阀组。

6.  根据权利要求1所述的液固流态化反应装置,其特征在于,所述调压单元包括气体排放阀和石墨冷凝器,所述石墨冷凝器与冷却水源连接。

7.  根据权利要求1所述的液固流态化反应装置,其特征在于,所述加热 组包括石墨加热器、蒸汽调节阀组和蒸汽流量计,所述石墨加热器通过蒸汽调节阀组和蒸汽流量计与蒸汽源连接。

8.  根据权利要求1所述的液固流态化反应装置,其特征在于,所述流态化反应器的沉降锥形段下部还设置有上清液排放口,所述上清液排放口通过上清液放料阀与循环液槽连接以排放上清液。

9.  一种液固流态化反应工艺,其特征在于,采用根据权利要求1至8中任一项所述的液固流态化反应装置进行液固流态化反应。

10.  根据权利要求9所述的液固流态化反应工艺,其特征在于,所述工艺为提纯或洗涤。

说明书

说明书一种液固流态化反应装置及工艺
技术领域
本发明属于化工领域,更具体地讲,涉及一种适应于多种液相和固相反应、自动化程度高的液固流态化反应装置及工艺。
背景技术
钒钛磁铁矿在世界上的储量很丰富,我国的储量名列前茅,就攀西地区储量达百亿吨。钛资源总储量居全国之首,目前钛精矿产量已超过100万吨/年。
钒钛磁铁矿是一种多元素的共生矿,它的组成随产地不同有差别。矿中含铁(在矿中以铁的氧化物形式存在)30~34wt%,主要用作提铁、钒、钛的原料。攀西地区钛精矿属于原生钛铁矿,以偏钛酸铁(FeO·TiO2)晶格为基础,含有镁、锰、铝、钒、硅等氧化物杂质固溶体。非铁杂质含量较高,一般都在10~16wt%,矿中的氧化镁和氧化钙的合量大于5wt%,由于钛精矿中的FeO含量高、酸溶性好,基本用作硫酸法生产钛白的原料,但会产生大量的硫酸亚铁废料,并且硫酸耗量大、酸解残渣多。随着环保压力的增大,硫酸价格的上涨,硫酸法生产钛白的产量逐渐萎缩。通过普通的冶炼工艺只能获得含高钙镁低品位钛渣(TiO2的含量在70~80wt%,CaO+MgO含量在7~11wt%),这种钛渣适合作为硫酸法生产钛白的原料,但不适合作为沸腾氯化生产四氯化钛的原料,因为杂质较多。
为提升攀西钛铁矿的使用价值,制备出适合国内沸腾氯化需要的高品质钛原料,解决钛产业发展的瓶颈问题,技术人员开发出钛铁矿流态化氧化还原改性的方法,通过常压流态化浸出除杂制备高品质的人造金红石产品,其粒度和金红石品质均能满足沸腾氯化的需要。其中,改性钛精矿盐酸浸出除杂涉及到液相和固相的反应,属于提纯操作,采用该工艺实现改性钛精矿的除杂,可以得到高品质的人造金红石产品。
目前,在化工行业内有许多反应涉及到固液两种物相,通常使用釜式反应器加机械搅拌完成。但该工艺存在占地面积大、反应器内温度差大、对于 强吸热或放热的反应体系维持温度平衡较困难、效率低下、搅动不充分等缺陷,尤其在搅动过程中对固体颗粒的剪切力大,很容易造成粒子细化,对保持固体颗粒粒度影响较大,且很难实现反应的自动化控制。
因此,亟需一种适用于多种液相和固相反应、自动化程度高并且易于调控的液固流态化反应装置及工艺。
发明内容
针对前述问题,本发明提供一种可用于多种液相和固相反应如攀西钛铁矿制备人造金红石的盐酸浸出除杂、钛白粉漂洗等反应的液固流态化反应装置及工艺,以达到既可用于吸热反应也可用于放热反应,同时可以根据颗粒分布情况调整循环液流的大小且适用于多种粒径的固液相反应的目的。
为了实现上述目的,本发明的一方面提供了一种液固流态化反应装置,所述装置包括加料单元、流态化反应器、供液单元、收集单元和调压单元,所述流态化反应器包括自下而上顺序设置的进液锥形段、反应段和沉降锥形段,所述进液锥形段的底部设置有底进液口和/或侧部对称设置有两个侧进液口,所述沉降锥形段中设置有通入反应段的固体加料管,沉降锥形段的顶部设置有排气口且上部侧面设置有循环液出口,其中,所述加料单元与所述固体加料管连接以添加固体物料;所述收集单元与所述底进液口和/或两个侧进液口连接以收集反应后的浆料;所述调压单元与所述排气口连接以排出蒸汽或将蒸汽冷凝后返回;所述供液单元包括循环液槽、循环泵、加热组、循环液调节阀组、循环液流量计,所述循环液槽与循环泵、加热组、循环液调节阀组顺序连接形成第一环路,所述循环液槽与循环泵、加热组、循环液流量计、流态化反应器顺序连接形成第二环路,其中,所述循环液槽通过所述底进液口和/或两个侧进液口与流态化反应器连接以输送循环液并且通过所述循环液出口与流态化反应器连接以返回循环液,各部件之间通过管路连接且各管路上设置有至少一个阀门。
根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例,所述流态化反应器的反应段上设置有至少一个测温测压孔。
根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例,所述装置还包括控制单元,所述控制单元通过所述测温测压孔监测流态化反应器中的温度值和压力值并自动控制各管路上阀门的开闭实现对生产过程的控制。
根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例,所述加料单元包括高位料仓和固体放料阀。
根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例,所述收集单元包括浆料槽和浆料放料阀组。
根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例,所述调压单元包括气体排放阀和石墨冷凝器,所述石墨冷凝器与冷却水源连接。
根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例,所述加热组包括石墨加热器、蒸汽调节阀组和蒸汽流量计,所述石墨加热器通过蒸汽调节阀组和蒸汽流量计与蒸汽源连接。
根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例,所述流态化反应器的沉降锥形段下部还设置有上清液排放口,所述上清液排放口通过上清液放料阀与循环液槽连接以排放上清液。
本发明的另一方面提供了一种液固流态化反应工艺,采用上述液固流态化反应装置进行液固流态化反应。
根据本发明的液固流态化反应工艺的一个实施例,所述工艺为提纯或洗涤。
本发明相对于现有技术,具有如下优点:
(1)采用液相作为流态化动力源,在液流作用下,使液固两相接触充分、混合均匀,且反应体系内温差小、传热传质效率高,能够提高液固反应的速度和反应效率,非常适合于如攀西钛铁矿制备人造金红石的盐酸浸出除杂、钛白粉漂洗等反应。
(2)通过调节蒸汽(冷却水或冷冻液)的流量控制反应体系温度,调节循环液流量以控制反应器内的流态化状态,操作简单、容易控制且可减少人为操作带来影响。
(3)工艺简单、设备要求低、设计容易、大型化风险小,既适用吸热反应也适用于放热反应,液相流速可调节且可处理粒度分布较宽的固相物。
附图说明
图1是本发明示例性实施例的液固流态化反应装置的结构示意图。
图2是本发明示例性实施例的液固流态化反应装置中流态化反应器的结构示意图。
附图标记说明:
1-高位料仓、2-流态化反应器、3-浆料槽、4-循环液槽、5-循环泵、6-石墨加热器、7-循环液流量计、8-循环液调节阀组、9-循环液进液阀组、10-蒸汽流量计、11-蒸汽调节阀组、12-石墨冷却器、13-固体放料阀、14-气体排放阀、15-回流阀、16-浆料放料阀组、17-上清液放料阀、18-浆料泵。
2-1-进液锥形段、2-2-反应段、2-3-沉降锥形段、2-4-底进液口或底排料口、2-5-侧进液口或侧排料口、2-6-进液锥形段锥角、2-7-测温测压孔、2-8-法兰、2-9-折流板、2-10-溢流板、2-11-固体加料管、2-12-排气口、2-13-循环液出口、2-14-沉降锥形段锥角。
具体实施方式
下面将参照附图详细地描述根据本发明的液固流态化反应装置。
图1是本发明示例性实施例的液固流态化反应装置的结构示意图,图2是本发明示例性实施例的液固流态化反应装置中流态化反应器的结构示意图。如图1所示,根据本发明示例性实施例的液固流态化反应装置包括加料单元、流态化反应器2、供液单元、收集单元和调压单元。
具体地,根据本发明示例性实施例的流态化反应器的结构如图2所示,流态化反应器2包括自下而上顺序设置的进液锥形段2-1、反应段2-2和沉降锥形段2-3。
进液锥形段2-1的底部设置有底进液口2-4和/或侧部对称设置有两个侧进液口2-5,由此可以实现反应器的多种进液方式,如直进液方式、旋进液方式、直进液和旋进液复合方式,从而保障反应器内的流态化效果。
反应段2-2设置在进液锥形段2-1与沉降锥形段2-3之间,用于实现两相物料的充分接触和反应,优选地,反应段2-2可以由多个子反应段通过法兰2-8拼接而成,由此便于根据实际反应物的物性改变段数和尺寸,增加反应装置的适应性,但本发明不限于此。并且,为了便于测量反应段2-2中的温度、压力等,优选地在反应段2-2上设置至少一个测温测压孔2-7。
沉降锥形段2-3用于减缓固液混合物的流速并保证固体物料的有效沉降,其中设置有通入反应段2-2的固体加料管2-11,沉降锥形段2-3的顶部设置有排气口2-12且上部侧面设置有循环液出口2-13,此外,沉降锥形段2-3中还可以设置折流板2-9、溢流板2-10以增加液体的流程、减缓液体的 流速,使得被循环液带动的固体颗粒物料能有效地在沉降锥形段2-3中沉降。优选地,沉降锥形段2-3的下部还可以设置有上清液排放口,上清液排放口通过上清液放料阀17与循环液槽4连接以排放上清液,实现浆料浓缩并提高浆液的固含量。
此外,流态化反应器中的进液锥形段锥角2-6被设计为20~60°的范围内,以有效控制进入反应器中的液体流速和流型,保证反应器内流态化状况良好,不出现积料死角;沉降锥形段锥角2-10被设计为30~60°的范围内,从而保证被流体带到反应器上部的物料能有效回到反应器内,不形成积料区而影响设备的正常运行。
但以上是作为优选方式的流态化反应器结构,但所有普通的流态化反应器或反应塔均能用于本发明。
其中,加料单元与流态化反应器2的固体加料管2-11连接以添加固体物料,参照图1,加料单元包括高位料仓1和固体放料阀13,开启固体放料阀13即可实现对高位料仓1中储存的固体物料放料,并且,反应器中的固体加料管2-11插入反应段2-2中,这使得加料过程中物料直接在反应段2-2与液体接触,可有效防止固体物料加入沉降锥形段2-3,同时也可减缓加料过程中固体物料对液体的冲击。
收集单元与流态化反应器2的底进液口2-4和/或两个侧进液口2-5连接以收集反应后的浆料,其中底进液口同时也可以用作底排料口且侧进液口也可以用作侧排料口用以排出反应后的浆料。参照图1,收集单元包括浆料槽3和浆料放料阀组16,开启浆料放料阀组16即可将流态化反应器2中反应后的浆料排入浆料槽3中。收集单元还可以包括浆料泵18和控制阀门,用于将排入浆料槽3中的浆料泵至过滤、洗涤等工序处。
调压单元与流态化反应器2的排气口2-12连接以排出高温反应所产生的蒸汽或将蒸汽冷凝后返回,参照图1,调压单元包括气体排放阀14和石墨冷凝器12,其中,石墨冷凝器12与冷却水源连接。具体地,当反应器内的固液相发生高温反应时将产生蒸汽,则通过气体排放阀14的开启保持反应器内的微压或常压状态,排出的蒸汽则通过石墨冷凝器12冷却凝结成液相返回反应器中以回收因温度过高带出的部分液相物,而没有凝结的蒸汽则通过石墨冷凝器12及其它处理后外排。
供液单元包括循环液槽4、循环泵5、加热组、循环液调节阀组8、循环 液流量计7。具体地,液相分为两路进行循环,其中,循环液槽4与循环泵5、加热组、循环液调节阀组8顺序连接形成第一环路,主要实现循环液的加热或冷却,以保证反应器内的热平衡。加热组包括石墨加热器6、蒸汽调节阀组11和蒸汽流量计10,石墨加热器6通过蒸汽调节阀组11和蒸汽流量计10与蒸汽源连接,石墨加热器6中设置有测温单元以对通过其中的蒸汽、液相进行温度检测。通过设定循环液的所需温度,再调节蒸汽调节阀组11并控制蒸汽流量计10实现进入石墨加热器6中的蒸汽流量控制,从而实现对循环液的加热或冷却及温度的稳定控制。
而循环液槽4与循环泵5、加热组、循环液流量计7、流态化反应器2顺序连接形成第二环路,主要实现循环液以可控流速进入反应器并在反应器内与固体物料充分接触反应,即保持反应器内固体物料有良好的流态化状态,以保证固体颗粒物不被带出反应器而影响反应的连续和固体物料的收率,反应后的循环液则通过反应器上的循环液出口2-13及回流阀15返回至循环液槽4中。其中,循环液槽4通过底进液口2-4和/或两个侧进液口2-5与流态化反应器连接以输送循环液并且通过循环液出口2-3与流态化反应器连接以返回循环液,循环液进液阀组9设置于循环液槽4与底进液口2-4和/或两个侧进液口2-5的连接管路上用于控制循环液向反应器中的流入。具体地,以上各部件之间通过管路连接且各管路上设置有至少一个阀门以控制物料的流动。
为了实现对装置和反应过程的自动化控制,本发明的装置中还可以包括控制单元,控制单元具体通过测温测压孔2-7监测流态化反应器2中的温度值和压力值,然后根据实际工况自动控制各管路上阀门的开闭实现对生产过程的自动控制。各管路上的阀门优选为电动阀,则可以通过将控制单元与检测装置和电动阀的连接实现装置和工艺的自动化。
而本发明的液固流态化反应工艺则是采用上述液固流态化反应装置进行液固流态化反应,具体地,该工艺可以为提纯或洗涤等多种涉及液相和固相反应的操作。但本发明不限于此。
下面将结合附图和具体示例说明本发明的液固流态化反应装置的操作方法和具体工艺。但示例仅用于说明本发明,而不是以任何方式来限制本发明。
本示例是以攀西钛精矿制备人造金红石中的常压浸出工艺为例进行具体阐述。攀西钛精矿制备人造金红石的浸取反应工艺条件具体为:盐酸浓度20~ 22%,盐酸与钛精矿的液固比(立方米:吨)控制为3.5~4.5:1,固体物料投入量为6~10吨/次,反应温度为105~115℃,常压条件下进行,反应时间为3~10h,反应后期需吸热保持系统温度,使用低压蒸汽进行加热。
盐酸预热:循环液槽4中的盐酸在循环泵5的作用下,通过石墨加热器6、循环液调节阀组8实现液相小循环以对盐酸进行预热,循环过程中关闭循环液进液阀组9。设定盐酸的预热温度为70~90℃,打开蒸汽调节阀组11和蒸汽流量计10实现蒸汽流量控制和盐酸预热温度联锁,实现自动控制。
浸取反应:根据盐酸的加入量和液固比计算钛精矿的加入量。当盐酸达到预热温度后,设定进入反应器的盐酸流速,打开循环液进液阀组9,实现循环液进入反应器流量的自动控制。投料期间,盐酸的流速控制在15~20m/s,当进入反应器的盐酸量达3~5m3时,开启固体放料阀13,逐渐将钛精矿从高位料仓1中加入到反应器中。在钛精矿的加料过程中,可适当增加盐酸流量,以保证固体物料在反应器内的良好流态化状态,待加料完毕后,关闭固体放料阀13以关闭反应器的进料口,逐渐降低盐酸流速至保持固体物料良好流态化状态的最低流速,将钛精矿浸出速率控制在7~10m/s。此时,盐酸流速和循环液调节阀组8联锁控制,自动实现调节。
反应温度的控制和流量的调节:待钛精矿加入到反应器中之后,反应开始,反应器上的测量装置即时准确地测量及显示反应过程中反应体系的温度和压力值,然后根据反应体系温度对循环液温度进行调节,即通过调整蒸汽调节阀组11的开度实现盐酸的温度控制,以达到控制反应器内的温度在110±5℃。具体地,当反应体系的温度偏高时,蒸汽调节阀组11自动减小开度,降低蒸汽通入量,从而降低循环液的温度以降低反应体系的温度;当反应体系的温度偏低时,蒸汽调节阀组11自动增加开度,增加蒸汽通入量,从而提升循环液的温度以提高反应体系的温度。当钛精矿的粒度分布有所变化时,盐酸的流速应做适当增减,具体地,当反应体系的搅拌强度不足而导致流态化状况不好时则需要增大循环液的流速,循环液调节阀组8将自动减小开度,增大进入反应器的液量并保持反应器内良好的流态化状态;当反应体系的搅拌强度过大,部分固体物料可能随循环液进入循环液槽4时则需要降低循环液的流速,循环液调节阀组8将自动增大开度,降低进入反应器的液量,既保持反应器内良好的流态化状态,又防止固体物料随循环液进入循环液槽4,减轻颗粒物料对液相循环系统的影响,提高固相物的收率。
酸雾回收及反应压力的控制:反应过程中产生的蒸汽从反应器顶部的排气口2-12通过气体排放阀14进入石墨冷却器12,采用循环水或者冷冻液等冷却水源对酸雾进行冷凝处理。冷凝形成的液滴则回流到反应器中,未经冷凝的气体物经过碱液淋洗处理后外排以减小大气污染。通过设定气体排放阀14的开启压力,则可实现反应器内的常压和微压体系。
排料:浸取反应至4~6h的后期及反应截止前的0.5~1.0小时时,可适当降低进入反应器的盐酸流速,待反应结束时,关闭循环液进液阀组9,全开循环液调节阀组8,打开浆料放料阀组16,液固混合物在重力作用下被排出反应器并放入浆料槽3中。在排料过程中,根据物料的沉降情况可以适时打开反应器的上清液放料阀17,以放出反应器内的上层清液,增加浆料中固体含量,提高后工序的过滤洗涤效果。排料完毕后,关闭浆料放料阀组16。
具体地,本示例中改性钛精矿浸取提纯后得到人造金红石产品成分见表1所示,由表1可知,采用本发明的液固流态化反应装置和工艺处理得到的人造金红石TiO2的含量接近90wt%,而CaO、MgO等杂质的含量很低,其完全适合作为沸腾氯化的原料。
表1示例所得的人造金红石成分

综上所述,本发明能够适应多种液相和固相反应、吸热或放热反应,具有液固相反应效率高、操作简单、自动化程度高、运行稳定、对固体物料粒度要求低、适应性广、固液混合均匀、接触充分、反应速率快等特点。

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1、(10)申请公布号 CN 103394311 A (43)申请公布日 2013.11.20 CN 103394311 A *CN103394311A* (21)申请号 201310344347.3 (22)申请日 2013.08.08 B01J 8/24(2006.01) C01G 23/047(2006.01) (71)申请人 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公 司 地址 617000 四川省攀枝花市东区桃源街 90 号 (72)发明人 叶恩东 程晓哲 税必刚 张兴勇 马维平 (74)专利代理机构 北京铭硕知识产权代理有限 公司 11286 代理人 谭昌驰 薛义丹 (54) 发明名称 一种液固流。

2、态化反应装置及工艺 (57) 摘要 本发明公开了一种液固流态化反应装置和工 艺, 其通过液相的两条环路循环实现反应器的温 度控制和液相的流速调节, 并可以通过循环液的 流速设定和循环回流阀组的联锁自动控制实现液 相以所需流速进入反应器, 增强了系统的自动化 程度, 减少了工作量及人工操作带来的影响, 同时 增大了反应器对固体物料粒度分布的适用性, 还 通过反应体系温度、 循环液温度、 蒸汽或冷却水流 量和蒸汽或冷却水调节阀组的联锁自动控制实现 液相带出或带入热量, 保持反应体系的温度平衡 和工艺自动化控制, 另外还可根据需要调节反应 器内的压力, 实现常压及微压反应。 (51)Int.Cl. 。

3、权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103394311 A CN 103394311 A *CN103394311A* 1/1 页 2 1. 一种液固流态化反应装置, 其特征在于, 所述装置包括加料单元、 流态化反应器、 供 液单元、 收集单元和调压单元, 所述流态化反应器包括自下而上顺序设置的进液锥形段、 反 应段和沉降锥形段, 所述进液锥形段的底部设置有底进液口和 / 或侧部对称设置有两个侧 进液口, 所述沉降锥形段中设置有通入反应段的固体加料管, 沉降。

4、锥形段的顶部设置有排 气口且上部侧面设置有循环液出口, 其中, 所述加料单元与所述固体加料管连接以添加固体物料 ; 所述收集单元与所述底进液口和 / 或两个侧进液口连接以收集反应后的浆料 ; 所述调压单元与所述排气口连接以排出蒸汽或将蒸汽冷凝后返回 ; 所述供液单元包括循环液槽、 循环泵、 加热组、 循环液调节阀组、 循环液流量计, 所述 循环液槽与循环泵、 加热组、 循环液调节阀组顺序连接形成第一环路, 所述循环液槽与循环 泵、 加热组、 循环液流量计、 流态化反应器顺序连接形成第二环路, 其中, 所述循环液槽通过 所述底进液口和 / 或两个侧进液口与流态化反应器连接以输送循环液并且通过所述。

5、循环 液出口与流态化反应器连接以返回循环液, 各部件之间通过管路连接且各管路上设置有至少一个阀门。 2. 根据权利要求 1 所述的液固流态化反应装置, 其特征在于, 所述流态化反应器的反 应段上设置有至少一个测温测压孔。 3. 根据权利要求 2 所述的液固流态化反应装置, 其特征在于, 所述装置还包括控制单 元, 所述控制单元通过所述测温测压孔监测流态化反应器中的温度值和压力值并自动控制 各管路上阀门的开闭实现对生产过程的控制。 4. 根据权利要求 1 所述的液固流态化反应装置, 其特征在于, 所述加料单元包括高位 料仓和固体放料阀。 5. 根据权利要求 1 所述的液固流态化反应装置, 其特征。

6、在于, 所述收集单元包括浆料 槽和浆料放料阀组。 6. 根据权利要求 1 所述的液固流态化反应装置, 其特征在于, 所述调压单元包括气体 排放阀和石墨冷凝器, 所述石墨冷凝器与冷却水源连接。 7. 根据权利要求 1 所述的液固流态化反应装置, 其特征在于, 所述加热组包括石墨加 热器、 蒸汽调节阀组和蒸汽流量计, 所述石墨加热器通过蒸汽调节阀组和蒸汽流量计与蒸 汽源连接。 8. 根据权利要求 1 所述的液固流态化反应装置, 其特征在于, 所述流态化反应器的沉 降锥形段下部还设置有上清液排放口, 所述上清液排放口通过上清液放料阀与循环液槽连 接以排放上清液。 9.一种液固流态化反应工艺, 其特征。

7、在于, 采用根据权利要求1至8中任一项所述的液 固流态化反应装置进行液固流态化反应。 10. 根据权利要求 9 所述的液固流态化反应工艺, 其特征在于, 所述工艺为提纯或洗 涤。 权 利 要 求 书 CN 103394311 A 2 1/6 页 3 一种液固流态化反应装置及工艺 技术领域 0001 本发明属于化工领域, 更具体地讲, 涉及一种适应于多种液相和固相反应、 自动化 程度高的液固流态化反应装置及工艺。 背景技术 0002 钒钛磁铁矿在世界上的储量很丰富, 我国的储量名列前茅, 就攀西地区储量达百 亿吨。钛资源总储量居全国之首, 目前钛精矿产量已超过 100 万吨 / 年。 0003 。

8、钒钛磁铁矿是一种多元素的共生矿, 它的组成随产地不同有差别。 矿中含铁 (在矿 中以铁的氧化物形式存在) 3034wt, 主要用作提铁、 钒、 钛的原料。 攀西地区钛精矿属于 原生钛铁矿, 以偏钛酸铁 (FeOTiO2) 晶格为基础, 含有镁、 锰、 铝、 钒、 硅等氧化物杂质固溶 体。非铁杂质含量较高, 一般都在 10 16wt, 矿中的氧化镁和氧化钙的合量大于 5wt, 由于钛精矿中的 FeO 含量高、 酸溶性好, 基本用作硫酸法生产钛白的原料, 但会产生大量的 硫酸亚铁废料, 并且硫酸耗量大、 酸解残渣多。 随着环保压力的增大, 硫酸价格的上涨, 硫酸 法生产钛白的产量逐渐萎缩。通过普通。

9、的冶炼工艺只能获得含高钙镁低品位钛渣 (TiO2的 含量在 70 80wt, CaO+MgO 含量在 7 11wt) , 这种钛渣适合作为硫酸法生产钛白的 原料, 但不适合作为沸腾氯化生产四氯化钛的原料, 因为杂质较多。 0004 为提升攀西钛铁矿的使用价值, 制备出适合国内沸腾氯化需要的高品质钛原料, 解决钛产业发展的瓶颈问题, 技术人员开发出钛铁矿流态化氧化还原改性的方法, 通过常 压流态化浸出除杂制备高品质的人造金红石产品, 其粒度和金红石品质均能满足沸腾氯化 的需要。其中, 改性钛精矿盐酸浸出除杂涉及到液相和固相的反应, 属于提纯操作, 采用该 工艺实现改性钛精矿的除杂, 可以得到高品。

10、质的人造金红石产品。 0005 目前, 在化工行业内有许多反应涉及到固液两种物相, 通常使用釜式反应器加机 械搅拌完成。但该工艺存在占地面积大、 反应器内温度差大、 对于强吸热或放热的反应体 系维持温度平衡较困难、 效率低下、 搅动不充分等缺陷, 尤其在搅动过程中对固体颗粒的剪 切力大, 很容易造成粒子细化, 对保持固体颗粒粒度影响较大, 且很难实现反应的自动化控 制。 0006 因此, 亟需一种适用于多种液相和固相反应、 自动化程度高并且易于调控的液固 流态化反应装置及工艺。 发明内容 0007 针对前述问题, 本发明提供一种可用于多种液相和固相反应如攀西钛铁矿制备人 造金红石的盐酸浸出除杂。

11、、 钛白粉漂洗等反应的液固流态化反应装置及工艺, 以达到既可 用于吸热反应也可用于放热反应, 同时可以根据颗粒分布情况调整循环液流的大小且适用 于多种粒径的固液相反应的目的。 0008 为了实现上述目的, 本发明的一方面提供了一种液固流态化反应装置, 所述装置 包括加料单元、 流态化反应器、 供液单元、 收集单元和调压单元, 所述流态化反应器包括自 说 明 书 CN 103394311 A 3 2/6 页 4 下而上顺序设置的进液锥形段、 反应段和沉降锥形段, 所述进液锥形段的底部设置有底进 液口和 / 或侧部对称设置有两个侧进液口, 所述沉降锥形段中设置有通入反应段的固体加 料管, 沉降锥形。

12、段的顶部设置有排气口且上部侧面设置有循环液出口, 其中, 所述加料单元 与所述固体加料管连接以添加固体物料 ; 所述收集单元与所述底进液口和 / 或两个侧进液 口连接以收集反应后的浆料 ; 所述调压单元与所述排气口连接以排出蒸汽或将蒸汽冷凝后 返回 ; 所述供液单元包括循环液槽、 循环泵、 加热组、 循环液调节阀组、 循环液流量计, 所述 循环液槽与循环泵、 加热组、 循环液调节阀组顺序连接形成第一环路, 所述循环液槽与循环 泵、 加热组、 循环液流量计、 流态化反应器顺序连接形成第二环路, 其中, 所述循环液槽通过 所述底进液口和 / 或两个侧进液口与流态化反应器连接以输送循环液并且通过所述。

13、循环 液出口与流态化反应器连接以返回循环液, 各部件之间通过管路连接且各管路上设置有至 少一个阀门。 0009 根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例, 所述流态化反应器的反应段上 设置有至少一个测温测压孔。 0010 根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例, 所述装置还包括控制单元, 所 述控制单元通过所述测温测压孔监测流态化反应器中的温度值和压力值并自动控制各管 路上阀门的开闭实现对生产过程的控制。 0011 根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例, 所述加料单元包括高位料仓和 固体放料阀。 0012 根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例, 所述收集单元包括浆料槽和浆 料。

14、放料阀组。 0013 根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例, 所述调压单元包括气体排放阀 和石墨冷凝器, 所述石墨冷凝器与冷却水源连接。 0014 根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例, 所述加热组包括石墨加热器、 蒸汽调节阀组和蒸汽流量计, 所述石墨加热器通过蒸汽调节阀组和蒸汽流量计与蒸汽源连 接。 0015 根据本发明的液固流态化反应装置的一个实施例, 所述流态化反应器的沉降锥形 段下部还设置有上清液排放口, 所述上清液排放口通过上清液放料阀与循环液槽连接以排 放上清液。 0016 本发明的另一方面提供了一种液固流态化反应工艺, 采用上述液固流态化反应装 置进行液固流态化反应。。

15、 0017 根据本发明的液固流态化反应工艺的一个实施例, 所述工艺为提纯或洗涤。 0018 本发明相对于现有技术, 具有如下优点 : 0019 (1) 采用液相作为流态化动力源, 在液流作用下, 使液固两相接触充分、 混合均匀, 且反应体系内温差小、 传热传质效率高, 能够提高液固反应的速度和反应效率, 非常适合于 如攀西钛铁矿制备人造金红石的盐酸浸出除杂、 钛白粉漂洗等反应。 0020 (2) 通过调节蒸汽 (冷却水或冷冻液) 的流量控制反应体系温度, 调节循环液流量 以控制反应器内的流态化状态, 操作简单、 容易控制且可减少人为操作带来影响。 0021 (3) 工艺简单、 设备要求低、 设。

16、计容易、 大型化风险小, 既适用吸热反应也适用于放 热反应, 液相流速可调节且可处理粒度分布较宽的固相物。 说 明 书 CN 103394311 A 4 3/6 页 5 附图说明 0022 图 1 是本发明示例性实施例的液固流态化反应装置的结构示意图。 0023 图 2 是本发明示例性实施例的液固流态化反应装置中流态化反应器的结构示意 图。 0024 附图标记说明 : 0025 1- 高位料仓、 2- 流态化反应器、 3- 浆料槽、 4- 循环液槽、 5- 循环泵、 6- 石墨加热 器、 7- 循环液流量计、 8- 循环液调节阀组、 9- 循环液进液阀组、 10- 蒸汽流量计、 11- 蒸汽调。

17、 节阀组、 12- 石墨冷却器、 13- 固体放料阀、 14- 气体排放阀、 15- 回流阀、 16- 浆料放料阀组、 17- 上清液放料阀、 18- 浆料泵。 0026 2-1- 进液锥形段、 2-2- 反应段、 2-3- 沉降锥形段、 2-4- 底进液口或底排料口、 2-5- 侧进液口或侧排料口、 2-6- 进液锥形段锥角、 2-7- 测温测压孔、 2-8- 法兰、 2-9- 折流 板、 2-10-溢流板、 2-11-固体加料管、 2-12-排气口、 2-13-循环液出口、 2-14-沉降锥形段锥 角。 具体实施方式 0027 下面将参照附图详细地描述根据本发明的液固流态化反应装置。 00。

18、28 图 1 是本发明示例性实施例的液固流态化反应装置的结构示意图, 图 2 是本发明 示例性实施例的液固流态化反应装置中流态化反应器的结构示意图。如图 1 所示, 根据本 发明示例性实施例的液固流态化反应装置包括加料单元、 流态化反应器 2、 供液单元、 收集 单元和调压单元。 0029 具体地, 根据本发明示例性实施例的流态化反应器的结构如图 2 所示, 流态化反 应器 2 包括自下而上顺序设置的进液锥形段 2-1、 反应段 2-2 和沉降锥形段 2-3。 0030 进液锥形段 2-1 的底部设置有底进液口 2-4 和 / 或侧部对称设置有两个侧进液口 2-5, 由此可以实现反应器的多种进。

19、液方式, 如直进液方式、 旋进液方式、 直进液和旋进液复 合方式, 从而保障反应器内的流态化效果。 0031 反应段 2-2 设置在进液锥形段 2-1 与沉降锥形段 2-3 之间, 用于实现两相物料的 充分接触和反应, 优选地, 反应段 2-2 可以由多个子反应段通过法兰 2-8 拼接而成, 由此便 于根据实际反应物的物性改变段数和尺寸, 增加反应装置的适应性, 但本发明不限于此。 并 且, 为了便于测量反应段 2-2 中的温度、 压力等, 优选地在反应段 2-2 上设置至少一个测温 测压孔 2-7。 0032 沉降锥形段 2-3 用于减缓固液混合物的流速并保证固体物料的有效沉降, 其中设 置。

20、有通入反应段2-2的固体加料管2-11, 沉降锥形段2-3的顶部设置有排气口2-12且上部 侧面设置有循环液出口 2-13, 此外, 沉降锥形段 2-3 中还可以设置折流板 2-9、 溢流板 2-10 以增加液体的流程、 减缓液体的流速, 使得被循环液带动的固体颗粒物料能有效地在沉降 锥形段 2-3 中沉降。优选地, 沉降锥形段 2-3 的下部还可以设置有上清液排放口, 上清液排 放口通过上清液放料阀17与循环液槽4连接以排放上清液, 实现浆料浓缩并提高浆液的固 含量。 0033 此外, 流态化反应器中的进液锥形段锥角 2-6 被设计为 20 60的范围内, 以有 说 明 书 CN 10339。

21、4311 A 5 4/6 页 6 效控制进入反应器中的液体流速和流型, 保证反应器内流态化状况良好, 不出现积料死角 ; 沉降锥形段锥角 2-10 被设计为 30 60的范围内, 从而保证被流体带到反应器上部的物 料能有效回到反应器内, 不形成积料区而影响设备的正常运行。 0034 但以上是作为优选方式的流态化反应器结构, 但所有普通的流态化反应器或反应 塔均能用于本发明。 0035 其中, 加料单元与流态化反应器 2 的固体加料管 2-11 连接以添加固体物料, 参照 图 1, 加料单元包括高位料仓 1 和固体放料阀 13, 开启固体放料阀 13 即可实现对高位料仓 1 中储存的固体物料放料。

22、, 并且, 反应器中的固体加料管 2-11 插入反应段 2-2 中, 这使得加 料过程中物料直接在反应段 2-2 与液体接触, 可有效防止固体物料加入沉降锥形段 2-3, 同 时也可减缓加料过程中固体物料对液体的冲击。 0036 收集单元与流态化反应器 2 的底进液口 2-4 和 / 或两个侧进液口 2-5 连接以收集 反应后的浆料, 其中底进液口同时也可以用作底排料口且侧进液口也可以用作侧排料口用 以排出反应后的浆料。参照图 1, 收集单元包括浆料槽 3 和浆料放料阀组 16, 开启浆料放料 阀组 16 即可将流态化反应器 2 中反应后的浆料排入浆料槽 3 中。收集单元还可以包括浆 料泵 1。

23、8 和控制阀门, 用于将排入浆料槽 3 中的浆料泵至过滤、 洗涤等工序处。 0037 调压单元与流态化反应器 2 的排气口 2-12 连接以排出高温反应所产生的蒸汽或 将蒸汽冷凝后返回, 参照图 1, 调压单元包括气体排放阀 14 和石墨冷凝器 12, 其中, 石墨冷 凝器 12 与冷却水源连接。具体地, 当反应器内的固液相发生高温反应时将产生蒸汽, 则通 过气体排放阀 14 的开启保持反应器内的微压或常压状态, 排出的蒸汽则通过石墨冷凝器 12 冷却凝结成液相返回反应器中以回收因温度过高带出的部分液相物, 而没有凝结的蒸汽 则通过石墨冷凝器 12 及其它处理后外排。 0038 供液单元包括循。

24、环液槽 4、 循环泵 5、 加热组、 循环液调节阀组 8、 循环液流量计 7。 具体地, 液相分为两路进行循环, 其中, 循环液槽4与循环泵5、 加热组、 循环液调节阀组8顺 序连接形成第一环路, 主要实现循环液的加热或冷却, 以保证反应器内的热平衡。 加热组包 括石墨加热器 6、 蒸汽调节阀组 11 和蒸汽流量计 10, 石墨加热器 6 通过蒸汽调节阀组 11 和 蒸汽流量计 10 与蒸汽源连接, 石墨加热器 6 中设置有测温单元以对通过其中的蒸汽、 液相 进行温度检测。 通过设定循环液的所需温度, 再调节蒸汽调节阀组11并控制蒸汽流量计10 实现进入石墨加热器 6 中的蒸汽流量控制, 从而。

25、实现对循环液的加热或冷却及温度的稳定 控制。 0039 而循环液槽 4 与循环泵 5、 加热组、 循环液流量计 7、 流态化反应器 2 顺序连接形 成第二环路, 主要实现循环液以可控流速进入反应器并在反应器内与固体物料充分接触反 应, 即保持反应器内固体物料有良好的流态化状态, 以保证固体颗粒物不被带出反应器而 影响反应的连续和固体物料的收率, 反应后的循环液则通过反应器上的循环液出口 2-13 及回流阀 15 返回至循环液槽 4 中。其中, 循环液槽 4 通过底进液口 2-4 和 / 或两个侧进液 口2-5与流态化反应器连接以输送循环液并且通过循环液出口2-3与流态化反应器连接以 返回循环液。

26、, 循环液进液阀组9设置于循环液槽4与底进液口2-4和/或两个侧进液口2-5 的连接管路上用于控制循环液向反应器中的流入。具体地, 以上各部件之间通过管路连接 且各管路上设置有至少一个阀门以控制物料的流动。 0040 为了实现对装置和反应过程的自动化控制, 本发明的装置中还可以包括控制单 说 明 书 CN 103394311 A 6 5/6 页 7 元, 控制单元具体通过测温测压孔2-7监测流态化反应器2中的温度值和压力值, 然后根据 实际工况自动控制各管路上阀门的开闭实现对生产过程的自动控制。 各管路上的阀门优选 为电动阀, 则可以通过将控制单元与检测装置和电动阀的连接实现装置和工艺的自动化。

27、。 0041 而本发明的液固流态化反应工艺则是采用上述液固流态化反应装置进行液固流 态化反应, 具体地, 该工艺可以为提纯或洗涤等多种涉及液相和固相反应的操作。 但本发明 不限于此。 0042 下面将结合附图和具体示例说明本发明的液固流态化反应装置的操作方法和具 体工艺。但示例仅用于说明本发明, 而不是以任何方式来限制本发明。 0043 本示例是以攀西钛精矿制备人造金红石中的常压浸出工艺为例进行具体阐述。 攀 西钛精矿制备人造金红石的浸取反应工艺条件具体为 : 盐酸浓度 20 22, 盐酸与钛精矿 的液固比 (立方米 : 吨) 控制为 3.5 4.5 : 1, 固体物料投入量为 6 10 吨 。

28、/ 次, 反应温度 为 105 115, 常压条件下进行, 反应时间为 3 10h, 反应后期需吸热保持系统温度, 使 用低压蒸汽进行加热。 0044 盐酸预热 : 循环液槽 4 中的盐酸在循环泵 5 的作用下, 通过石墨加热器 6、 循环液 调节阀组8实现液相小循环以对盐酸进行预热, 循环过程中关闭循环液进液阀组9。 设定盐 酸的预热温度为7090, 打开蒸汽调节阀组11和蒸汽流量计10实现蒸汽流量控制和盐 酸预热温度联锁, 实现自动控制。 0045 浸取反应 : 根据盐酸的加入量和液固比计算钛精矿的加入量。当盐酸达到预热温 度后, 设定进入反应器的盐酸流速, 打开循环液进液阀组 9, 实现。

29、循环液进入反应器流量的 自动控制。投料期间, 盐酸的流速控制在 15 20m/s, 当进入反应器的盐酸量达 3 5m3 时, 开启固体放料阀 13, 逐渐将钛精矿从高位料仓 1 中加入到反应器中。在钛精矿的加料 过程中, 可适当增加盐酸流量, 以保证固体物料在反应器内的良好流态化状态, 待加料完毕 后, 关闭固体放料阀 13 以关闭反应器的进料口, 逐渐降低盐酸流速至保持固体物料良好流 态化状态的最低流速, 将钛精矿浸出速率控制在 7 10m/s。此时, 盐酸流速和循环液调节 阀组 8 联锁控制, 自动实现调节。 0046 反应温度的控制和流量的调节 : 待钛精矿加入到反应器中之后, 反应开始。

30、, 反应器 上的测量装置即时准确地测量及显示反应过程中反应体系的温度和压力值, 然后根据反应 体系温度对循环液温度进行调节, 即通过调整蒸汽调节阀组 11 的开度实现盐酸的温度控 制, 以达到控制反应器内的温度在 1105。具体地, 当反应体系的温度偏高时, 蒸汽调节 阀组 11 自动减小开度, 降低蒸汽通入量, 从而降低循环液的温度以降低反应体系的温度 ; 当反应体系的温度偏低时, 蒸汽调节阀组 11 自动增加开度, 增加蒸汽通入量, 从而提升循 环液的温度以提高反应体系的温度。当钛精矿的粒度分布有所变化时, 盐酸的流速应做适 当增减, 具体地, 当反应体系的搅拌强度不足而导致流态化状况不好。

31、时则需要增大循环液 的流速, 循环液调节阀组 8 将自动减小开度, 增大进入反应器的液量并保持反应器内良好 的流态化状态 ; 当反应体系的搅拌强度过大, 部分固体物料可能随循环液进入循环液槽 4 时则需要降低循环液的流速, 循环液调节阀组 8 将自动增大开度, 降低进入反应器的液量, 既保持反应器内良好的流态化状态, 又防止固体物料随循环液进入循环液槽 4, 减轻颗粒物 料对液相循环系统的影响, 提高固相物的收率。 0047 酸雾回收及反应压力的控制 : 反应过程中产生的蒸汽从反应器顶部的排气口 说 明 书 CN 103394311 A 7 6/6 页 8 2-12 通过气体排放阀 14 进入。

32、石墨冷却器 12, 采用循环水或者冷冻液等冷却水源对酸雾进 行冷凝处理。冷凝形成的液滴则回流到反应器中, 未经冷凝的气体物经过碱液淋洗处理后 外排以减小大气污染。通过设定气体排放阀 14 的开启压力, 则可实现反应器内的常压和微 压体系。 0048 排料 : 浸取反应至 4 6h 的后期及反应截止前的 0.5 1.0 小时时, 可适当降低 进入反应器的盐酸流速, 待反应结束时, 关闭循环液进液阀组 9, 全开循环液调节阀组 8, 打 开浆料放料阀组 16, 液固混合物在重力作用下被排出反应器并放入浆料槽 3 中。在排料过 程中, 根据物料的沉降情况可以适时打开反应器的上清液放料阀 17, 以放。

33、出反应器内的上 层清液, 增加浆料中固体含量, 提高后工序的过滤洗涤效果。排料完毕后, 关闭浆料放料阀 组 16。 0049 具体地, 本示例中改性钛精矿浸取提纯后得到人造金红石产品成分见表 1 所示, 由表 1 可知, 采用本发明的液固流态化反应装置和工艺处理得到的人造金红石 TiO2的含量 接近 90wt, 而 CaO、 MgO 等杂质的含量很低, 其完全适合作为沸腾氯化的原料。 0050 表 1 示例所得的人造金红石成分 0051 0052 综上所述, 本发明能够适应多种液相和固相反应、 吸热或放热反应, 具有液固相反 应效率高、 操作简单、 自动化程度高、 运行稳定、 对固体物料粒度要求低、 适应性广、 固液混 合均匀、 接触充分、 反应速率快等特点。 说 明 书 CN 103394311 A 8 1/2 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 103394311 A 9 2/2 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 103394311 A 10 。

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