电石渣制备工业氢氧化钠反应装置 |
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| 申请号 | CN201610139339.9 | 申请日 | 2016-03-10 | 公开(公告)号 | CN105600806A | 公开(公告)日 | 2016-05-25 |
| 申请人 | 河南工程学院; | 发明人 | 谷保祥; 王喜英; 刘碧波; 马培; 曹志林; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及电石渣制备工业氢 氧 化钠反应装置，可有效解决提高电石渣生成工业氢氧化钠的浓度和效率的问题，技术方案是，包括浓缩柱、第一交换反应器和第二交换反应器，第一交换反应器和第二交换反应器的出液口分别经第一循环管道、第二循环管道与耐 碱 泵 的进口相连,耐碱泵的出口经第三循环管道与 反渗透 膜上方的浓缩柱壳体内部空间相连通， 反渗透膜 下方在壳体底部设置有出液口,该出液口分别经第四循环管道、第五循环管道与第一交换反应器、第二交换反应器上部的进口相连,本发明具备连续生产的特征，实现了高效的将电石渣转化为工业氢氧化钠溶液的功能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电石渣制备工业氢氧化钠反应装置，其特征在于，包括浓缩柱、第一交换反应器和第二交换反应器，第一交换反应器和第二交换反应器结构相同，二者均包括壳体，壳体为中空结构，壳体底部设置有出液口，出液口上设置有滤布，滤布上方在壳体内设置有搅拌器，壳体上部设置分别设置有加料口和加水口，第一交换反应器和第二交换反应器的出液口分别经第一循环管道(10)、第二循环管道(10a)与耐碱泵(19)的进口相连，浓缩柱包括壳体(14)，壳体(14)为中空结构，壳体内下部设置有水平的反渗透膜(15)，反渗透膜(15)上方在壳体的侧壁上设置有碱液出液口(16),耐碱泵(19)的出口经第三循环管道(20)与反渗透膜上方的浓缩柱壳体内部空间相连通，反渗透膜(15)下方在壳体底部设置有出液口,该出液口分别经第四循环管道(13)、第五循环管道(13a)与第一交换反应器、第二交换反应器上部的进口相连，第一交换反应器和第二交换反应器的加料口、加水口、第一循环管道、第二循环管道、第四循环管道、第五循环管道上均设置有控制其导通和截止的阀门。 |
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| 说明书全文 | 电石渣制备工业氢氧化钠反应装置技术领域[0001] 本发明涉及用电石渣制备工业氢氧化钠溶液的一种反应装置及利用该装置用电石渣制备工业氢氧化钠溶液的方法。 背景技术[0002] 电石渣是在用电石和水生产乙炔最后排放出的工业废渣。目前，我国每年产生的电石渣(干渣)近1000万吨(折固含量20％的渣浆近5000万吨)，若不及时处理，不仅占用大量的土地，还可能对土壤环境、水环境、大气环境造成严重的危害。现在一般都是采用高效沉降和脱水设备对电石渣进行处理。较新的处理方法是基于废物资源化基础之上的利用电石渣制备工业氢氧化钠技术。但该技术缺乏专用的设备，存在着反应效率低，获得氢氧化钠溶液浓度小等问题。对改进和创新有着紧迫的需求。 发明内容[0004] 本发明解决的技术方案是，一种电石渣制备工业氢氧化钠反应装置，包括浓缩柱、第一交换反应器和第二交换反应器，第一交换反应器和第二交换反应器结构相同，二者均包括壳体，壳体为中空结构，壳体底部设置有出液口，出液口上设置有滤布，滤布上方在壳体内设置有搅拌器，壳体上部设置分别设置有加料口和加水口，第一交换反应器和第二交换反应器的出液口分别经第一循环管道、第二循环管道与耐碱泵的进口相连，浓缩柱包括壳体，壳体为中空结构，壳体内下部设置有水平的反渗透膜，反渗透膜上方在壳体的侧壁上设置有碱液出液口,耐碱泵的出口经第三循环管道与反渗透膜上方的浓缩柱壳体内部空间相连通，反渗透膜下方在壳体底部设置有出液口,该出液口分别经第四循环管道、第五循环管道与第一交换反应器、第二交换反应器上部的进口相连，第一交换反应器和第二交换反应器的加料口、加水口、第一循环管道、第二循环管道、第四循环管道、第五循环管道上均设置有控制其导通和截止的阀门。 [0005] 一种电石渣制备工业氢氧化钠的方法，包括以下步骤： [0006] (1)安装反应设备 [0007] 所述的反应设备包括浓缩柱、第一交换反应器和第二交换反应器，第一交换反应器和第二交换反应器结构相同，第一交换反应器包括壳体，壳体为中空结构，壳体底部设置有出液口，出液口上设置有滤布(3)，滤布上方在壳体内设置有搅拌器，壳体上部设置分别设置有加料口和加水口，第二交换反应器包括壳体，壳体为中空结构，壳体底部设置有出液口，出液口 上设置有滤布，滤布上方在壳体内设置有搅拌器，壳体上部设置分别设置有加料口和加水口，第一交换反应器和第二交换反应器的出液口分别经第一循环管道、第二循环管道与耐碱泵的进口相连，浓缩柱包括壳体，壳体为中空结构，壳体内下部设置有水平的反渗透膜，反渗透膜上方在壳体的侧壁上设置有碱液出液口,耐碱泵的出口经第三循环管道与反渗透膜上方的浓缩柱壳体内部空间相连通，反渗透膜下方在壳体底部设置有出液口,该出液口经分别第四循环管道、第五循环管道与第一交换反应器、第二交换反应器上部的进口相连，第一交换反应器和第二交换反应器的加料口、加水口、第一循环管道、第二循环管道、第四循环管道、第五循环管道上均设置有控制其导通和截止的阀门，阀门包括分别设置在第一交换反应器加料口、加水口上的第一阀门和第二阀门；分别设置在第二交换反应器加料口、加水口上的第三阀门和第四阀门；分设置在第一循环管道和第二循环管道上的第五阀门、第六阀门；分别设置在第四循环管道、第五循环管道上的第七阀门、第八阀门；设置在碱液出液口上的第九阀门； [0008] 所述的第一交换反应器和第二交换反应器的下部分别设置有出渣口，第一交换反应器的出渣口上设置有第十阀门，第二交换反应器的出渣口上设置有第十一阀门；所述的浓缩柱上设置有安全阀； [0009] 所述的第三循环管道伸入浓缩柱内，伸入一端的出液口位于反渗透膜上方，与反渗透膜的间距为有2－20cm； [0010] (2)检查使第一交换反应器的搅拌器和第二交换反应器上的搅拌器处于关闭状态，耐碱泵处于关闭状态，第十阀门、第十一阀门、第五阀门、第六阀门、第九阀门、第八阀门均处于截止状态，第七阀门和安全阀处于导通状态； [0011] (3)打开第一交换反应器加料口上的第一阀门，向壳体内加入电石渣和碳酸钠至壳体内腔容量的1/2-2/3，然后关闭第一阀门，打开加水口上的第二阀门对第一交换反应器的壳体内注入水，关闭第二阀门，其中电石渣、碳酸钠、水的质量比为电石渣:碳酸钠:水＝(75-100):106:(120-600)； [0012] (4)打开第二交换反应器加料口上的第三阀门，向壳体内加入电石渣和碳酸钠至壳体内腔容量的1/2-2/3，然后关闭第三阀门；其中电石渣、碳酸钠的质量比为电石渣:碳酸钠＝(75-100):106； [0013] (5)开启第一交换反应器中的搅拌器，搅拌15-30分钟，关闭搅拌器，打开第一循环管道上的第五阀门，启动耐碱泵，将反应器中的反应液输送到浓缩柱的壳体内，同时关闭第四循环管道上的第七阀门，打开第五循环管道上的第八阀门； [0014] (6)当浓缩柱壳体内的液面高过浓缩柱高度的3/4时，关闭安全阀； [0015] (7)当第二交换反应器中当液面没过固体时，启动第二交换反应器内的搅拌器，搅拌15-30分钟，关闭搅拌器，关闭第一循环管道上的第五阀门，打开第二循环管道上的第六阀门； [0016] (8)打开第一交行反应器上出渣口上的第十阀门和第一交行反应器加水口上的第二阀门，对第一反应器注水排渣； [0017] (9)关闭第五循环管道上的第八阀门，同时打开第四循环管道上的第七阀门，待第二交行反应器内的浓缩液排出后，打开第二交行反应器上出渣口上的第十一阀门和第二交行反应器加水口上的第四阀门，对第二反应器注水排渣； [0018] (10)重复步骤(3)-(9)，并间隔15分钟通过浓缩柱碱液出液口进行取样检测，直到检测的NaOH溶液质量浓度达到30-40％，关闭耐碱泵，打开浓缩柱碱液出液口上的第九阀门，取出NaOH溶液，关闭第九阀门，启动耐碱泵，并打开此时循环中的交换反应器的加水口，注入取出NaOH溶液等质量的水做为补充。 [0019] 本发明结构独特，简单合理，具备连续生产的特征，实现了高效的将电石渣转化为工业氢氧化钠溶液的功能，易操作，寿命长，使用方便，效果好，是将高污染物电石渣转化为工业氢氧化钠的设备和工艺上的创新，既大大减少了电石渣对环境的污染影响，又产生了宝贵的工业基础原料，有良好的社会和经济效益。附图说明 [0020] 图1为本发明反应装置的结构示意图。 具体实施方式[0021] 以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。 [0022] 由图1给出，本发明包括浓缩柱、第一交换反应器和第二交换反应器，第一交换反应器和第二交换反应器结构相同，二者均包括壳体，壳体为中空结构，壳体底部设置有出液口，出液口上设置有滤布，滤布上方在壳体内设置有搅拌器，壳体上部设置分别设置有加料口和加水口，第一交换反应器和第二交换反应器的出液口分别经第一循环管道10、第二循环管道10a与耐碱泵19的进口相连，浓缩柱包括壳体14，壳体14为中空结构，壳体内下部设置有水平的反渗透膜15，反渗透膜15上方在壳体的侧壁上设置有碱液出液口16,耐碱泵19的出口经第三循环管道20与反渗透膜上方的浓缩柱壳体内部空间相连通，反渗透膜15下方在壳体底部设置有出液口,该出液口分别经第四循环管道13、第五循环管道13a与第一交换反应器、第二交换反应器上部的进口相连，第一交换反应器和第二交换反应器的加料口、加水口、第一循环管道、第二循环管道、第四循环管道、第五循环管道上均设置有控制其导通和截止的阀门。 [0023] 为保证使用效果，所述的第一交换反应器和第二交换反应器的下部设置有出渣口，出渣口 上设置有阀门； [0024] 所述的浓缩柱上设置有安全阀18； [0025] 所述的第一交换反应器和第二交换反应器的壳体均为中空结构，其上部为圆柱体，下部呈圆锥体，出液口设置在圆锥体的底部，加料口和加水口设置在圆柱体的顶部，圆锥体的侧面上设置有出渣口，出渣口上设置有阀门； [0026] 所述的第三循环管道20伸入浓缩柱内，伸入一端的出液口位于反渗透膜15上方，与反渗透膜的间距为有2－20cm； [0027] 采用上述反应装置的电石渣制备工业氢氧化钠的方法，包括以下步骤： [0028] (1)安装反应设备 [0029] 所述的反应设备包括浓缩柱、第一交换反应器和第二交换反应器，第一交换反应器和第二交换反应器结构相同，第一交换反应器包括壳体1，壳体为中空结构，壳体底部设置有出液口，出液口上设置有滤布3，滤布3上方在壳体内设置有搅拌器2，壳体上部设置分别设置有加料口4和加水口6，第二交换反应器包括壳体1a，壳体为中空结构，壳体底部设置有出液口，出液口上设置有滤布3a，滤布3a上方在壳体内设置有搅拌器2a，壳体上部设置分别设置有加料口4a和加水口6a，第一交换反应器和第二交换反应器的出液口分别经第一循环管道10、第二循环管道10a与耐碱泵19的进口相连，浓缩柱包括壳体14，壳体14为中空结构，壳体内下部设置有水平的反渗透膜15，反渗透膜15上方在壳体的侧壁上设置有碱液出液口16,耐碱泵19的出口经第三循环管道20与反渗透膜上方的浓缩柱壳体内部空间相连通，反渗透膜15下方在壳体底部设置有出液口,该出液口经分别第四循环管道13、第五循环管道13b与第一交换反应器、第二交换反应器上部的进口相连，第一交换反应器和第二交换反应器的加料口、加水口、第一循环管道、第二循环管道、第四循环管道、第五循环管道上均设置有控制其导通和截止的阀门，阀门包括分别设置在第一交换反应器加料口4、加水口6上的第一阀门5和第二阀门7；分别设置在第二交换反应器加料口4a、加水口6a上的第三阀门5a和第四阀门7a；分设置在第一循环管道10和第二循环管道10a上的第五阀门11、第六阀门11a；分别设置在第四循环管道13、第五循环管道13b上的第七阀门12、第八阀门12a；设置在碱液出液口16上的第九阀门17； [0030] 所述的第一交换反应器和第二交换反应器的下部分别设置有出渣口8、8a，第一交换反应器的出渣口8上设置有第十阀门9，第二交换反应器的出渣口8a上设置有第十一阀门9a；所述的浓缩柱上设置有安全阀18； [0031] 所述的第三循环管道(20)伸入浓缩柱内，伸入一端的出液口位于反渗透膜(15)上方，与反渗透膜的间距为有2－20cm； [0032] (2)检查使第一交换反应器的搅拌器2和第二交换反应器上的搅拌器2a处于关闭状态，耐碱泵19处于关闭状态，第十阀门9、第十一阀门9a、第五阀门11、第六阀门11a、第九阀门17、第八阀门12a均处于截止状态，第七阀门12和安全阀18处于导通状态； [0033] (3)打开第一交换反应器加料口4上的第一阀门5，向壳体内加入电石渣和碳酸钠至壳体内腔容量的1/2-2/3，然后关闭第一阀门5，打开加水口6上的第二阀门7对第一交换反应器的壳体内注入水，关闭第二阀门，其中电石渣、碳酸钠、水的质量比为电石渣:碳酸钠:水＝(75-100):106:(120-600)； [0034] (4)打开第二交换反应器加料口4a上的第三阀门5a，向壳体内加入电石渣和碳酸钠至壳体内腔容量的1/2-2/3，然后关闭第三阀门5a；其中电石渣、碳酸钠的质量比为电石渣:碳酸钠＝(75-100):106； [0035] (5)开启第一交换反应器中的搅拌器2，搅拌15-30分钟，关闭搅拌器2，打开第一循环管道上的第五阀门11，启动耐碱泵19，将反应器中的反应液输送到浓缩柱的壳体内，同时关闭第四循环管道13上的第七阀门12，打开第五循环管道13a上的第八阀门12a； [0036] (6)当浓缩柱壳体内的液面高过浓缩柱高度的3/4时，关闭安全阀18； [0037] (7)当第二交换反应器中当液面没过固体时，启动第二交换反应器内的搅拌器2a，搅拌15-30分钟，关闭搅拌器2a，关闭第一循环管道上的第五阀门11，打开第二循环管道上的第六阀门11a； [0038] (8)打开第一交行反应器上出渣口8上的第十阀门9和第一交行反应器加水口6上的第二阀门7，对第一反应器注水排渣； [0039] (9)关闭第五循环管道13a上的第八阀门12a，同时打开第四循环管道13上的第七阀门12，待第二交行反应器内的浓缩液排出后，打开第二交行反应器上出渣口8a上的第十一阀门9a和第二交行反应器加水口6a上的第四阀门7a，对第二反应器注水排渣； [0040] (10)重复步骤3-9，并间隔15分钟通过浓缩柱碱液出液口16进行取样检测，直到检测的NaOH溶液质量浓度达到30-40％，关闭耐碱泵19，打开浓缩柱碱液出液口16上的第九阀门17，取出NaOH溶液，关闭第九阀门17，启动耐碱泵，并打开此时循环中的交换反应器的加水口，注入取出NaOH溶液等质量的水做为补充。 [0041] 由上述可以清楚的看出，本发明结构新颖独特，简单合理，具备通过化学反应减少电石渣量、产生工业生产原料等多种功能，实现对污染环境的固体废物的减量化和转化成重要的工业资源的目标。易操作，寿命长，使用方便，效果好，是电石渣资源化过程设备和工艺上的创新，产生的废渣主要是碳酸钙，对环境影响较小，可用于电石渣的消除、工业氢氧化钠的生产等方面，也可经过改良用于其他的化工生产过程，有良好的社会和经济效益。并经试 验取得的相同或相近似的试验效果： [0042] 申请人用两种方法进行了利用电石渣制备工业氢氧化钠的生产。一种是传统的在一个容器中分批加料法生产，即在一个容器中先加入与本发明等量水，再分批加入电石渣和碳酸钠，搅拌反应30分钟后过滤，清洗滤渣，合并清洗液与滤液到原容器中，再加第二次料，如此反复，直到加料完成。另一种是利用本发明方法和设备进行生产，对比结果如表1所示 [0043] 表1.两种方法生产结果对比 [0044] [0045] 从表1可以看出，在生产原料及加料频次相同的情况下，使用本发明获得了两项最突出的优势，即获得溶液浓度的大幅提高和人工投入、劳动强度的大幅减少，而且溶液浓度的提高会使产品的市场竞争力和价格占有绝对优势。而且经过进一步实验发现，在一个容器中分批加料生产过程中第4次加料后溶液浓度几乎不再变化，而使用本发明方法即使进行第6次加料，溶液浓度还可以继续增加。因此，使用本发明对利用电石渣制备工业氢氧化钠的生产起到了革命性的提高作用。 |
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