一種單釜多槳反應系統及採用其製備液體聚氯化鋁的方法與流程
2023-09-16 23:19:05
本發明涉及一種化工產品的生產工藝，具體來說，涉及一種單釜多槳反應系統及採用其製備液體聚氯化鋁的方法。
背景技術：
聚氯化鋁（PolyaluminumChloride）代號PAC。通常也稱作淨水劑或混凝劑，它是介於AlCl3和Al(OH)3之間的一種水溶性無機高分子聚合物，經過氫氧基離子官能團和多價陰離子聚合官能團的作用，產生出擁有大分子量和高電荷的無機高分子。其化學通式為[Al2(OH)nCl6-n]m(式中，1≤n≤5，m≤10)，其中m代表聚合程度，n表示PAC產品的中性程度其中m代表聚合程度，n表示PAC產品的中性程度。聚氯化鋁有較強的架橋吸附性，在水解過程中伴隨電化學、凝聚、吸附和沉澱等物理化變化，最終生成[Al2(OH)3(OH)3]，從而達到淨化目的。聚氯化鋁分為形態分為兩種：a.液體聚氯化鋁為未乾燥的形態，有不用稀釋、裝卸使用方便、價格相對便宜的優點，缺點是運輸需要罐車，單位運輸成本增加（每噸固體相當於2-3噸液體）；b.固體聚氯化鋁為乾燥後的形態，有運輸方便的優點，不需要罐車，缺點是使用時還需要稀釋，增加工作強度。液體聚氯化鋁作為水處理劑的使用已越來越廣泛，在飲用水處理中作混凝劑所佔份額越來越大。液體聚氯化鋁生產方法一般採用含鋁原料與鹽酸反應，經液固分離或直接與鋁酸鈣粉調整鹽基度，經液固分離而得。生產過程是間斷式的，生產效率不高。隨著人力成本的不斷提高，控制生產成本，提高勞動生產率，生產工藝採用自動化控制已是大勢所趨。隨著科學技術的迅猛發展，生產自動化已在各行各業得到快速普及，液體聚氯化鋁的生產過程控制實施自動化的研究就顯得尤為必要。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡便，能自動化控制連續製備液體聚氯化鋁的反應系統，通過該反應系統製備的液體聚氯化鋁的鹽基度較低，達到或優於「生活飲用水用聚氯化鋁——GB15892-2009」的相關要求。為達到上述目的，本發明提供了一種單釜多槳反應系統，該反應系統包含：反應釜外殼；中心反應部，其位於反應釜中心，通過圍板限定；及通過第一隔板與第二隔板限定的反應部一和反應部二，該第一隔板、第二隔板均設置在圍板與反應釜外殼之間；其中，該第一隔板使得反應部一與反應部二完全隔絕；該第二隔板設置開孔，使得反應部一與反應部二能流通；中心反應部與反應部二之間的圍板設置開孔，使得反應部二與中心反應部能流通；所述的中心反應部、反應部一、反應部二均設置有攪拌裝置。上述的單釜多槳反應系統，其中，所述的反應部一包含若干由第三隔板間隔的反應區，該每個反應區設置有獨立的攪拌裝置，該第三隔板上均設置有溢流孔，使得反應部一內的各反應區能流通。上述的單釜多槳反應系統，其中，所述第三隔板上的溢流孔設置在第三隔板的上部。上述的單釜多槳反應系統，其中，所述的圍板為圓筒狀。上述的單釜多槳反應系統，其中，所述第二隔板的開孔設置在下部。上述的單釜多槳反應系統，其中，所述的中心反應部與反應部二之間的圍板的開孔設置在下部。上述的單釜多槳反應系統，其中，所述的反應部二包含若干由第四隔板間隔的反應區，該每個反應區設置有獨立的攪拌裝置，該第四隔板上均設置有溢流孔，使得反應部二內的各反應區能流通。上述的單釜多槳反應系統，其中，所述第四隔板上的溢流孔設置在第四隔板的下部。本發明還提供了一種採用上述的單釜多槳反應系統製備液體聚氯化鋁的方法，該方法包含：步驟1，在反應部一中緊鄰第一隔板的反應區加入氫氧化鋁和鹽酸原料，開始攪拌；步驟2，在反應部一中緊鄰第二隔板的反應區加入鋁酸鈣及水，開始攪拌；步驟3，開啟中心反應部的攪拌裝置；步驟4，從中心反應部抽取產物，進行過濾，得到液體聚氯化鋁。本發明提供的單釜多槳反應系統結構簡便，可用於連續自動化製備聚氯化鋁，且製備效率高，產品質量穩定，易於控制。附圖說明圖1是本發明的一種單釜多槳反應系統的結構示意圖。具體實施方式以下結合附圖通過具體實施例對本發明作進一步的描述，這些實施例僅用於說明本發明，並不是對本發明保護範圍的限制。如圖1所示為本發明採用的單釜多槳反應系統的結構示意圖，該反應系統包含：反應釜外殼10；中心反應部20，其位於反應釜中心，通過圍板21限定；及通過第一隔板31與第二隔板32限定的反應部一30和反應部二40，該第一隔板31、第二隔板32均設置在圍板21與反應釜外殼10之間；其中，該第一隔板31使得反應部一30與反應部二40完全隔絕，由於反應部二中反應已完成，為了避免溢流至第一反應區；該第二隔板32設置開孔，使得反應部一30與反應部二40能流通，優選地，所述第二隔板的開孔設置在下部；中心反應部20與反應部二40之間的圍板設置開孔，使得反應部二40與中心反應部20能流通，優選地，所述的中心反應部20與反應部二40之間的圍板的開孔設置在下部；所述的中心反應部20、反應部一30、反應部二40均設置有攪拌裝置50。所述的反應部一30包含若干由第三隔板33間隔的反應區，該每個反應區設置有獨立的攪拌裝置，該第三隔板33上均設置有溢流孔，使得反應部一30內的各反應區能流通，優選地，所述第三隔板33上的溢流孔設置在第三隔板33的上部。所述的圍板21可以為方形或圓形，優選地，該圍板21為圓筒狀。本發明設置第二隔板32、第三隔板33的目的是為了不讓物料快速的進入下一反應區，以確保反應時間。在一些較優的實施例中，所述的反應部二40包含若干由第四隔板（圖中未示）間隔的反應區，該每個反應區設置有獨立的攪拌裝置，該第四隔板上均設置有溢流孔，使得反應部二40內的各反應區能流通；優選地，所述第四隔板上的溢流孔設置在第四隔板的下部。本發明還提供了一種採用上述的單釜多槳反應系統製備液體聚氯化鋁的方法，該方法包含：步驟1，在反應部一中緊鄰第一隔板31的反應區加入氫氧化鋁、鹽酸和水原料，開始攪拌；步驟2，在反應部一中緊鄰第二隔板32的反應區加入鋁酸鈣及水（該水可以使用步驟4洗滌過程的洗滌水），開始攪拌；步驟3，開啟中心反應部20的攪拌裝置；步驟4，從中心反應部20抽取產物，進行過濾，得到液體聚氯化鋁。為了達到自動控制的目的，本發明還在鋁酸鈣粉加入點監控檢測鹽基度和氧化鋁含量，從而通過電腦控制調節步驟1中鹽酸、氫氧化鋁和水的加入量；在步驟4中監控檢測過濾處母液的鹽基度和氧化鋁含量，從而通過電腦控制調節鋁酸鈣粉和水的加入量；監控過濾泵取液處液位，通過設置液位的波動調節過濾泵的流量，直至壓滿自動切換至下一過濾裝置。步驟2中，加入鋁酸鈣的目的是調整產品的鹽基度，隨著鋁酸鈣的加入，反應物料pH開始變高，鋁離子開始水解，形成羥基氫氧根，架橋、聚合、熟化得到產品。該鋁酸鈣加入量少，會影響聚合度，進而影響產品質量；加入量多，會形成氫氧化鋁凝膠，影響過濾，也會影響產品質量。加入水的目的是為了控制反應溫度、以及物料濃度。本發明的工藝中，鹽酸、氫氧化鋁（最好使用專用的）漿料經計量泵均勻連續不間斷的加入到單釜多槳反應釜的第一反應區（反應部一中緊鄰第一隔板31的反應區）內，進行放熱反應，反應停留一定時間從上部溢流進入下一反應區，繼續反應停留一定時間從上部溢流進入下一反應區。到氫氧化鋁與鹽酸反應基本完成時，在當前反應區（反應部一中緊鄰第二隔板32的反應區）用計量泵均勻連續不間斷的加入鋁酸鈣粉和水，進行放熱反應，反應停留一定時間從上部溢流進入下一反應區（反應部二中），繼續反應停留一定時間從下部溢流進入中心反應部（鋁酸鈣粉調鹽基度反應，一般經三個反應區即可達到既反應較完全又好過濾的目的）。反應完成的物料經可電腦控制的壓力泵連續不斷的進行液固分離，當接近壓滿時，切換至下一過濾裝置，母液即為產品液體聚氯化鋁。該液體聚氯化鋁產品為無色至淡黃色液體，產品質量各項指標均達到或優於「生活飲用水用聚氯化鋁——GB15892-2009」的相關要求。上述液體聚氯化鋁產品繼續經自動化控制幹操、包裝、入庫還可得到固體產品。本發明採用單釜多槳反應系統，在同一個反應釜中安裝多臺攪拌裝置，形成多個反應區，達到自動化生產的目的——在第一反應區連續不停的均勻加入原材料，每個反應區之間有隔板，第一反應區與最後反應區之間的隔板不連通，使物料經過多個反應區後，反應完成度接近100%。該單釜多槳反應系統用於連續製備液體聚氯化鋁，比使用多臺單個反應釜串聯要好，一是便於熱量集中，達到不需加熱，耗能少；二是便於尾氣吸收處理；三是佔地少。綜上所述，本發明提供的反應系統結構簡便，可用於連續自動化製備聚氯化鋁，且製備方法效率高，產品質量穩定，易於控制。儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。