CN210632117U - 一种连续反应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种连续反应装置，包括：气体鼓入单元、进料单元、出料单元以及卧式氢还原反应器，所述卧式氢还原反应器的长径比为2‑10:1，所述卧式氢还原反应器的腔体内设有n个溢流档板，溢流档板将腔体分割为n+1个腔室，其中n≥1，所述卧式氢还原反应器的两端分别独立地设置有进料口与出料口，所述卧式氢还原反应器的底部设置有至少一个进气口，卧式氢还原反应器的顶部设置有至少一个排气口。所述连续反应装置包括：气体鼓入单元、进料单元、出料单元以及卧式氢还原反应器，应用所述连续反应装置进行水热氢还原制备氧化铬时，能够实现氧化铬的连续生产，提高了生产效率，且反应过程节能环保。
Description
技术领域
本实用新型属于铬化合物制备技术领域，涉及一种反应装置，具体涉及一种连续反应装置。
背景技术
氧化铬是一种重要的无机绿色颜料、冶金原料、研磨材料以及催化剂，广泛应用于精细陶瓷、防蚀涂层、吸波材料、绿色抛光膏、有机催化合成等领域。目前，工业上生产氧化铬的方法主要有铬酸酐热分解法和六价铬盐还原法。
铬酸酐热分解法先用重铬酸钠经浓硫酸酸化生产铬酸酐，然后将其高温焙烧制成氧化铬，成本高且污染严重；六价铬盐还原法以硫磺或硫化物为还原剂，无机酸酸化，干法或湿法还原制备氧化铬，生产流程长，且引入硫等杂质元素，难以得到高品质产品。
CN 106745256 A公开了一种铬酸盐制备三氧化二铬的方法，所述方法以铬酸盐为原料，用含碳还原性气体作为还原剂，在125-780℃的温度下进行还原，得到由三氧化二铬和碳酸盐组成的还原产物，加水溶解还原产物中的碳酸盐，过滤、洗涤、烘干后得到三氧化二铬产品，溶解液再经CO2酸化分离回收其中的碳酸盐。该方法虽然能够实现工艺过程中废水废渣的零排放，但需要的还原温度高，能耗高。
CN 1999335 A公开了一种采用水热还原铬酸盐制备氧化铬粉体的方法，其以铬酸盐水溶液为原料，CO2气体为酸化剂，通过表面活性剂处理，在水热条件下直接还原得到水合Cr2O3浆料，离心分离并干燥后将水合Cr2O3在不同温度下煅烧制备球形Cr2O3超细粉体，但该方法映入了表面活性剂以及有机还原剂，产生的废水对环境危害较大。
铬酸盐水热氢还原法制备Cr2O3以氢气为还原剂，还原过程无副产物和杂质的引入，具有流程短、产品质量易于控制等优点，是一种清洁生产方法。
铬酸盐水热氢还原的原理为：铬酸盐中的五价铬在一定压力下可被氢气还原为三价铬，氢气转化为OH-，三价铬与OH-结合生成CrOOH沉淀，进一步煅烧可得Cr2O3。相比于铬酸酐热分解法以及六价铬盐还原法，采用铬酸盐水热氢还原法制备Cr2O3，铬的还原率和回收率高，能耗低，工艺过程无三废排放，因此，铬酸盐氢还原法使生产Cr2O3的主要发展方向。
CN 109354068 A公开了一种氧化铬及其制备方法，所述方法将六价铬盐溶液加入反应装置中，通入保护性气体后密闭升温，达到目标温度后持续通入氢气发生反应，得到混合浆料；将混合浆料固液分离，得到羟基氧化铬粉体；再将羟基氧化铬粉体进行煅烧处理，得到氧化铬。通过对氢气以及反应条件的调控，铬的还原率可达99％以上，所得氧化铬的品质高，然而，目前，铬酸盐水热氢还原制备Cr2O3尚无对应的工业化生产设备，实验室采用的立式高压反应釜、气升环流反应器、气动流化塔等设备存在工业放大困难和造价昂贵等问题，不宜规模化，且设备维修和保养成本高，很难在大规模产业化过程中应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种连续反应装置，所述连续反应装置的结构简单，气液两相能够在连续反应装置的卧式氢还原反应器中充分混合反应，将连续反应装置应用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬时，能够实现氧化铬的连续生产，提高了生产效率以及铬酸钠的还原率，反应过程节能环保。
为达到此实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供了一种连续反应装置，所述连续反应装置包括：气体鼓入单元、进料单元、出料单元以及卧式氢还原反应器。
所述卧式氢还原反应器的两端分别独立地设置有进料口与出料口。
所述进料单元与卧式氢还原反应器的进料口连接。
所述出料单元与卧式氢还原反应器的出料口连接。
所述气体鼓入单元与卧式氢还原反应器的进气口连接。
本实用新型所述连续反应装置的结构简单，在本实用新型所述连续反应装置的卧式氢还原反应器中能够实现气液两相反应，且连续反应能够提高反应的效率。
优选地，所述卧式氢还原反应器的长径比为2-10:1，例如可以是2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述卧式氢还原反应器的腔体内设有n个溢流档板，溢流档板将腔体分割为n+1个腔室，其中n为不小于1的正整数，例如可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、20、30、100，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，本领域技术人员可以根据卧式氢还原反应器的尺寸选择合适的溢流档板数。
优选地，所述溢流档板的高度为所述卧式氢还原反应器腔体高度的1/3-4/5。
本实用新型所述卧式氢还原反应器通过溢流的方式增加料液在卧式氢还原反应器内的停留时间，通过设置n个溢流档板，使反应在n+1个腔室内进行，提高了所述卧式氢还原反应器的反应效率，其中，n为不小于1的正整数。
优选地，所述卧式氢还原反应器内除了能够设置溢流档板，还能够独立地设置有n个单弓形折流板，n个单弓形折流板将腔体分割为n+1个腔室，其中n≥2，例如可以是2、3、4、5、6、7、8、9、10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，本领域技术人员可以根据卧式氢还原反应器的尺寸选择合适的单弓形折流板数。
优选地，所述单弓形折流板的缺口弦高为所述卧式氢还原反应器腔体高度的1/5-1/3。
本实用新型通过单弓形折流板的设置使n+1个腔室串联，增加了料液在卧式氢还原反应器内的停留时间，提供了料液的转化率。
优选地，所述腔室的底部分别独立地设置有进气口。本实用新型所述腔室的底部是指所述n+1个腔室，每个腔室的底部均独立地设置有进气口，即n+1个腔室与n+1个进气口一一对应，其中n为正整数，本领域技术人员可根据分割腔室的方式为溢流档板或单弓形折流板，对n的数值进行合理地选择。
优选地，所述卧式氢还原反应器的顶部设置有至少1个排气口；优选地，当所述卧式氢还原反应器由n个溢流档板分割为n+1个腔室时，所述卧式氢还原反应器的顶部设置有1个排气口，所述排气口设置于靠近出料口端的第n+1个腔室的顶部；当所述卧式氢还原反应器由n个单弓形折流板分割为n+1个腔室时，所述卧式氢还原反应器的顶部设置有n+1个排气口，所述n+1个排气口分别独立地设置于所述n+1个腔室的顶部；其中，n为正整数，本领域技术人员可根据分割腔室的方式为溢流档板或单弓形折流板，对n的数值进行合理地选择。
优选地，所述卧式氢还原反应器的外壳设置有保温装置。
优选地，所述保温装置包括伴热带、保温层或夹套中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括伴热带与保温层的组合、保温层与夹套的组合、夹套与伴热带的组合或伴热带、保温层与夹套的组合。
优选地，所述腔室中设置有搅拌装置。
本实用新型所述腔室中设置有搅拌装置为所述n+1个腔室分别独立地设置有搅拌装置，搅拌装着的设置增加了氢气与浆料的混合效果，进一步提高了反应效率，其中，其中n为正整数，本领域技术人员可根据分割腔室的方式为溢流档板或单弓形折流板，对n的数值进行合理地选择。
优选地，所述卧式氢还原反应器设置有温度计、压力表或液位计中的任意一种或至少两种的组合，优选为温度计、压力表与液位计的组合。
本实用新型所述温度计、压力表与液位计均为本领域常用的温度计、压力表与液位计，本领域技术人员可根据反应需要，选择合适量程的温度计、压力表或液位计。
优选地，所述卧式氢还原反应器的进气口处设置有气体分布器。氢气依次流经进气口与气体分布器后，进入与进气口对应的腔室。
优选地，所述气体分布器包括板式气体分布器和/或管式气体分布器。
优选地，所述气体分布器的孔径为2-1000μm，例如可以是2μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm或1000μm。
本实用新型选择孔径2-1000μm的气体分布器能够使反应生成浆料中的固体颗粒不落入气体分布器，还能够使氢气以微气泡的形式进入卧式氢还原反应器的腔室，增大氢气与料液的接触面积，延长氢气在料液中的停留时间。
而且，氢气流经气体分布器后产生的氢气微气泡还具有搅拌作用，能够极大地促进反应过程的传质，缩短水热氢还原反应的时间。
优选地，所述气体鼓入单元包括依次连接的气体鼓入模块、气体流量计以及气体缓冲罐。
优选地，所述气体鼓入模块包括气体泵、高压钢瓶或汇流排中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括气体泵与高压钢瓶的组合，高压钢瓶与归流排的组合，气体泵与汇流排的组成或气体泵、高压钢瓶与汇流排的组成，优选为气体泵。
优选地，所述进料单元包括依次连接的料液鼓入模块、预热模块和加热模块。
优选地，所述料液鼓入模块包括隔膜泵、柱塞泵或离心泵中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括隔膜泵与柱塞泵的组合，柱塞泵与离心泵的组合，隔膜泵与离心泵的组合或隔膜泵、柱塞泵与离心泵的组合，优选为隔膜泵。
优选地，所述预热模块为管式换热器。
优选地，所述加热模块为管式换热器；本实用新型所述加热模块的热介质为导热油。
优选地，所述管式换热器包括管壳式换热器、固定管板式换热器、U型管换热器或浮头式换热器中的任意一种。
优选地，所述出料单元包括出料管道和/或闪蒸罐；本实用新型所述出料单元的选择由出料方式决定，当为直接冷却出料时，出料单元为出料管道，出料管道可选地与预热模块连接，以使氢还原反应后的高温浆料作为预热模块的热介质；当以闪蒸方式进行出料时，出料单元为闪蒸罐，闪蒸罐闪蒸产生的二次蒸汽作为预热模块的热介质通入预热模块。
本实用新型采用水热氢还原反应后的高温浆料或二次蒸汽作为预热模块的热介质，提高了热量的利用效率，经预热后的浆料流入加热模块，并在加热模块内升高到水热氢还原反应所需温度。
优选地，所述连续反应装置还设置有冷凝器，所述冷凝器的入口与卧式氢还原反应器的排气口连接。
卧式氢还原反应器内未反应完全的氢气以及水蒸气组成的混合气体流入冷凝器，水蒸气在冷凝器中冷凝，多余的氢气可回用于所述卧式氢还原反应器。
将本实用新型提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬时，制备过程包括如下步骤：
(1)铬酸盐水溶液经进料单元升温后进入卧式氢还原反应器，与由进气口进入的氢气混合后，在卧式氢还原反应器的腔室内进行还原反应；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入出料单元，固液分离，所得羟基氧化铬粉体经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
利用本实用新型所述的连续反应装置，可使铬酸盐水热氢还原制备氧化铬间断或连续进行，优选为连续进行，其中，连续运行能够提高生产效率，降低了氧化铬的生产成本。
本实用新型中所述还原反应中通入了过量的氢气，氢气会夹带溶液中的水蒸气由排气口排出，过量氢气中的水蒸气经冷凝后回收，剩余的氢气可回用于氢还原反应，提高了氢气的利用率。
优选地，步骤(1)所述铬酸盐包括铬酸钠、铬酸钾或铬酸锂中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括铬酸钠与铬酸钾的组合，铬酸钾与铬酸锂的组合，铬酸钠与铬酸锂的组合或铬酸钠、铬酸钾与铬酸锂的组合。优选为铬酸钠。
优选地，步骤(1)所述铬酸盐水溶液的浓度为60-500g/L，例如可以是60g/L、100g/L、150g/L、200g/L、250g/L、300g/L、350g/L、400g/L、450g/L或500g/L，优选为200-400g/L。
优选地，步骤(1)所述铬酸盐水溶液升温后的温度为130-250℃，例如可以是130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃，优选为180-230℃。
优选地，步骤(1)所述氢气的总流量为1-1000Nm3/h，例如可以是1Nm3/h、5Nm3/h、10Nm3/h、50Nm3/h、100Nm3/h、150Nm3/h、200Nm3/h、300Nm3/h、400Nm3/h、500Nm3/h、600Nm3/h、700Nm3/h、800Nm3/h、900Nm3/h或1000Nm3/h。
本实用新型所述卧式氢还原反应器中设置有n+1个腔室，每个腔室均独立地设置有进气口，氢气均匀分配于n+1个进气口，其中n为正整数，本领域技术人员可根据分割腔室的方式为溢流档板或单弓形折流板，对n的数值进行合理地选择。
优选地，步骤(1)所述铬酸盐水溶液的流量为1-10000Kg/h，例如可以是1Kg/h、10Kg/h、50Kg/h、100Kg/h、500Kg/h、1000Kg/h、2000Kg/h、3000Kg/h、4000Kg/h、5000Kg/h、6000Kg/h、7000Kg/h、8000Kg/h、9000Kg/h或10000Kg/h。
优选地，步骤(1)所述还原反应的温度为250-350℃，例如可以是250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、320℃、330℃、340℃、350℃；压力为7-12MPa，例如可以是7MPa、8MPa、9MPa、10MPa、11MPa或12MPa；时间为0.5-10h，例如可以是0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h。
当卧式氢还原反应器中的水热氢还原反应为间断反应时，本实用新型所述还原反应的时间为氢气通入的时间；当卧式氢还原反应器中的水热氢还原反应为连续反应时，本实用新型所述还原反应的时间为铬酸盐水溶液在卧式氢还原反应器中的停留时间。
优选地，步骤(2)所述浆料进入出料单元后，经降温减压后的温度为30-160℃，例如可以是30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃或160℃。
本实用新型所述降温减压后的温度与出料方式有关，当出料方式为闪蒸出料时，闪蒸后剩余浆料的温度为100-160℃，例如可以是100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃或160℃；当出料方式为管道冷却出料时，经过预热模块换热后，出料温度为30-80℃，例如可以是30℃、40℃、50℃、60℃、70℃或80℃。
作为所述制备过程的优选技术方案，所述制备过程包括如下步骤：
(1)60-500g/L的铬酸盐水溶液经进料单元升温至130-250℃后进入卧式氢还原反应器，与由进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为1-1000Nm3/h，铬酸盐水溶液的流量为1-10000Kg/h，所述还原反应的温度为250-350℃，压力为7-12MPa，时间为0.5-10h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入出料单元，固液分离，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
(1)本实用新型提供了一种卧式氢还原反应器，所述卧式氢还原反应器的结构简单，且所述卧式氢还原反应器的制造成本低；
(2)本实用新型提供了一种连续反应装置，所述连续反应装置结构简单，能够实现水热氢还原制备氧化铬的连续生产，提高了生产效率与铬酸盐的还原率，进而降低了生产成本；
(3)本实用新型的预热模块可采用出料单元的高温浆料或二次蒸汽对铬酸盐水溶液进行预热，提高了能量的利用率，降低了能耗；
(4)本实用新型通过冷凝器的设置实现了对多余氢气的回收利用，提高了氢气的利用率。
附图说明
图1是实施例1提供的连续反应装置的结构示意图；
图2是实施例2提供的连续反应装置的结构示意图。
其中：11，气体泵；12，气体流量计；13，气体缓冲罐；21，隔膜泵；22，固定管板式换热器；23，U型管换热器；31，进料口；32，出料口；33，进气口；34，排气口；35，板式气体分布器；361，溢流档板；362，单弓形折流板；37，搅拌装置；38，冷凝器；41，闪蒸罐；42；出料管道；5，温度计；6，压力表；7，液位计。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本实用新型，不应视为对本实用新型的具体限制。
本实用新型提供了一种连续反应装置，其中，所述连续反应装置包括：气体鼓入单元、进料单元、出料单元以及卧式氢还原反应器。
所述卧式氢还原反应器的两端分别独立地设置有进料口与出料口。
所述进料单元与卧式氢还原反应器的进料口连接。
所述出料单元与卧式氢还原反应器的出料口连接。
所述气体鼓入单元与卧式氢还原反应器的进气口连接。
进一步的，所述卧式氢还原反应器的长径比为2-10:1。
所述卧式氢还原反应器的腔体内设有n个溢流档板或n个单弓形折流板；当腔体内设置有n个溢流档板时，所述溢流档板将腔体分割为n+1个腔室，其中n为不小于1的正整数；当腔体内设置有n个单弓形折流板时，所述单弓形折流板将腔室分割为n+1个腔室，其中n为不小于2的正整数。
进一步的，当腔体内设置有溢流档板时，溢流档板的高度为所述卧式氢还原反应器腔体高度的1/3-4/5；当腔体内设置有单弓形折流板时，单弓形折流板的缺口弦高为所述卧式氢还原反应器腔体高度的1/5-1/3。
进一步的，所述腔室的底部分别独立地设置有进气口。
进一步的，所述卧式氢还原反应器的顶部设置有至少1个排气口；优选地，当所述卧式氢还原反应器由n个溢流档板分割为n+1个腔室时，所述卧式氢还原反应器的顶部设置有1个排气口，所述排气口设置于靠近出料口端的第n+1个腔室的顶部；当所述卧式氢还原反应器由n个单弓形折流板分割为n+1个腔室时，所述卧式氢还原反应器的顶部设置有n+1个排气口，所述n+1个排气口分别独立地设置于所述n+1个腔室的顶部；其中，n为正整数，本领域技术人员可根据分割腔室的方式为溢流档板或单弓形折流板，对n的数值进行合理地选择。
进一步的，所述卧式氢还原反应器的外壳设置有保温装置。
进一步的，所述腔室分别独立地设置有搅拌装置。
进一步的，所述卧式氢还原反应器设置有温度计、压力表或液位计中的任意一种或至少两种的组合。
进一步的，所述卧式氢还原反应器的进气口处设置有孔径2-1000μm的气体分布器，所述气体分布器包括板式气体分布器和/或管式气体分布器。
所述气体鼓入单元包括依次连接的气体鼓入模块、气体流量计以及气体缓冲罐，所述气体鼓入模块包括气体泵、高压钢瓶或汇流排中的任意一种或至少两种的组合。
所述进料单元包括依次连接的料液鼓入模块、预热模块和加热模块，所述料液鼓入模块包括隔膜泵、柱塞泵或离心泵中的任意一种或至少两种的组合。
所述预热模块与加热模块分别独立地为管式换热器；优选地，所述预热模块可根据出料模块的出料方式在固定管板式换热器、U型管换热器或浮头式换热器中进行合理地选择；所述加热模块包括管壳式换热器、固定管板式换热器、U型管换热器或浮头式换热器中的任意一种，换热介质为导热油。
所述出料单元根据出料方式可选择出料管道或闪蒸罐，本实用新型所述出料单元的选择由出料方式决定，当为直接冷却出料时，出料单元为出料管道，出料管道可选地与预热模块连接，以使氢还原反应后的高温浆料作为预热模块的热介质；当以闪蒸方式进行出料时，出料单元为闪蒸罐，闪蒸罐闪蒸产生的二次蒸汽作为预热模块的热介质通入预热模块。
进一步的，所述连续反应装置还设置有冷凝器，所述冷凝器的入口与卧式氢还原反应器的排气口连接。
实施例1
本实施例提供了一种连续反应装置，结构示意图如图1所示，包括气体鼓入单元、进料单元、出料单元、冷凝器38以及卧式氢还原反应器。
所述气体鼓入单元包括依次连接的气体泵11、气体流量计12以及气体缓冲罐13，气体缓冲罐13与卧式氢还原反应器的进气口33连接。
所述出料单元为闪蒸罐41，闪蒸罐41的进料口31与卧式氢还原反应器的出料口32连接。
冷凝器38与卧式氢还原反应器的排气口34连接，冷凝器38中冷凝得到的液体外排，冷凝器38中回收得到的氢气回用于氢还原反应。
所述进料单元包括依次连接的隔膜泵21、固定管板式换热器22和U型管换热器23。所述固定管板式换热器22的热介质为闪蒸罐41产生的二次蒸汽。
所述U型管换热器23的出口与卧式氢还原反应器的进料口31连接，U型管换热器23的热介质为导热油。
所述卧式氢还原反应器的长径比为5:1，两端分别独立地设置有进料口31与出料口32，卧式氢还原反应器还设置有温度计5、压力表6与液位计7。
所述卧式氢还原反应器的腔体内设置有3个溢流档板361，溢流档板361将腔体分割为4个腔室，所述溢流档板361的高度为卧式氢还原反应器腔体高度的2/3，所述卧式氢还原反应器的外壳设置有保温夹套，且4个腔室内分别独立地设置有搅拌装置37；所述4个腔室的底部分别独立地设置有进气口33，且进气口33处设置有孔径为400μm的板式气体分布器35；4个腔室中靠近出料口32的腔室的顶部设置有与冷凝器38连接的排气口34。
实施例2
本实施例提供了一种连续反应装置，结构示意图如图2所示，包括气体鼓入单元、进料单元、出料单元、冷凝器38以及卧式氢还原反应器。
所述气体鼓入单元包括依次连接的气体泵11、气体流量计12以及气体缓冲罐13，气体缓冲罐13与卧式氢还原反应器的进气口33连接。
所述出料单元为出料管道42，出料管道42的进料口31与卧式氢还原反应器的出料口32连接。
冷凝器38与卧式氢还原反应器的排气口34连接，冷凝器38中冷凝得到的液体外排，冷凝器38中回收得到的氢气回用于氢还原反应。
所述进料单元包括依次连接的隔膜泵21、固定管板式换热器22和U型管换热器23。所述固定管板式换热器22的热介质为出料管道42输送的高温浆料。
所述U型管换热器23的出口与卧式氢还原反应器的进料口31连接，U型管换热器23的热介质为导热油。
所述卧式氢还原反应器的长径比为5:1，两端分别独立地设置有进料口31与出料口32，卧式氢还原反应器设置有温度计5、压力表6与液位计7。
所述卧式氢还原反应器的腔体内设置有3个单弓形折流板362，单弓形折流板362间隔设置于所述卧式氢还原反应器的顶端与底端，并将腔体分割为4个腔室，所述单弓形折流板362的缺口弦高为卧式氢还原反应器腔体高度的1/4，所述卧式氢还原反应器的外壳设置有保温夹套，且4个腔室内分别独立地设置有搅拌装置37；所述4个腔室的底部分别独立地设置有进气口33，且进气口33处设置有孔径为400μm的板式气体分布器35；4个腔室的顶部分别独立地设置有与冷凝器38连接的排气口34。
应用例1
本应用例提供了一种将实施例1提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)400g/L的铬酸钠水溶液经进料单元升温至230℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为500Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸钠水溶液的流量为5000Kg/h，所述还原反应的温度为280℃，压力为10MPa，时间为3h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入闪蒸罐，固液分离，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品，闪蒸罐得到的二次蒸汽作为热介质返回固定管板式换热器；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
应用例2
本应用例提供了一种将实施例1提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)100g/L的铬酸钠水溶液经进料单元升温至250℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为300Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸钠水溶液的流量为3000Kg/h，所述还原反应的温度为300℃，压力为11MPa，时间为3h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入闪蒸罐，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品，闪蒸罐得到的二次蒸汽作为热介质返回固定管板式换热器；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
应用例3
本应用例提供了一种将实施例1提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)60g/L的铬酸钠水溶液经进料单元升温至200℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为100Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸钠水溶液的流量为500Kg/h，所述还原反应的温度为270℃，压力为9MPa，时间为2h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入闪蒸罐，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品，闪蒸罐得到的二次蒸汽作为热介质返回固定管板式换热器；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
应用例4
本应用例提供了一种将实施例1提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)100g/L的铬酸钠水溶液经进料单元升温至180℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为800Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸钠水溶液的流量为8000Kg/h，所述还原反应的温度为250℃，压力为12MPa，时间为3h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入闪蒸罐，固液分离，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品，闪蒸罐得到的二次蒸汽作为热介质返回固定管板式换热器；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
应用例5
本应用例提供了一种将实施例1提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)300g/L的铬酸钠水溶液经进料单元升温至200℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为500Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸钠水溶液的流量为5000Kg/h，所述还原反应的温度为300℃，压力为9MPa，时间为5h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入闪蒸罐，固液分离，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品，闪蒸罐得到的二次蒸汽作为热介质返回固定管板式换热器；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
应用例6
本应用例提供了一种将实施例1提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)200g/L的铬酸钠水溶液经进料单元升温至180℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为200Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸钠水溶液的流量为2000Kg/h，所述还原反应的温度为280℃，压力为8MPa，时间为7h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入闪蒸罐，固液分离，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品，闪蒸罐得到的二次蒸汽作为热介质返回固定管板式换热器；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
应用例7
本应用例提供了一种将实施例1提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)400g/L的铬酸钾水溶液经进料单元升温至230℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为200Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸钾水溶液的流量为2000Kg/h，所述还原反应的温度为320℃，压力为10MPa，时间为2h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入闪蒸罐，固液分离，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品，闪蒸罐得到的二次蒸汽作为热介质返回固定管板式换热器；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
应用例8
本应用例提供了一种将实施例1提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)500g/L的铬酸锂水溶液经进料单元升温至250℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为1000Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸锂水溶液的流量为10000Kg/h，所述还原反应的温度为350℃，压力为12MPa，时间为0.5h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入闪蒸罐，固液分离，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品，闪蒸罐得到的二次蒸汽作为热介质返回固定管板式换热器；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
应用例9
本应用例提供了一种将实施例1提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)60g/L的铬酸钠水溶液经进料单元升温至130℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为1Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸钠水溶液的流量为1Kg/h，所述还原反应的温度为250℃，压力为7MPa，时间为10h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入闪蒸罐，固液分离，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品，闪蒸罐得到的二次蒸汽作为热介质返回固定管板式换热器；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
应用例10
本应用例提供了一种将实施例2提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)300g/L的铬酸钠水溶液经进料单元升温至200℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为500Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸钠水溶液的流量为5000Kg/h，所述还原反应的温度为300℃，压力为9MPa，时间为5h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入出料管道，出料管道中的高温料液作为固定管板式换热器的热介质换热后出料，固液分离，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
应用例11
本应用例提供了一种将实施例2提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)200g/L的铬酸钠水溶液经进料单元升温至180℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为200Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸钠水溶液的流量为2000Kg/h，所述还原反应的温度为280℃，压力为8MPa，时间为7h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入出料管道，出料管道中的高温料液作为固定管板式换热器的热介质换热后出料，固液分离，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
应用例12
本应用例提供了一种将实施例2提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)400g/L的铬酸钠水溶液经进料单元升温至230℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为200Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸钠水溶液的流量为2000Kg/h，所述还原反应的温度为320℃，压力为10MPa，时间为2h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入出料管道，出料管道中的高温料液作为固定管板式换热器的热介质换热后出料，固液分离，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
应用例13
本应用例提供了一种将实施例2提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)500g/L的铬酸钠水溶液经进料单元升温至250℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为1000Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸钠水溶液的流量为10000Kg/h，所述还原反应的温度为350℃，压力为12MPa，时间为0.5h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入出料管道，出料管道中的高温料液作为固定管板式换热器的热介质换热后出料，固液分离，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
应用例14
本应用例提供了一种将实施例2提供的连续反应装置用于铬酸盐水热氢还原制备氧化铬的用途，所述用途包括如下步骤：
(1)60g/L的铬酸钠水溶液经进料单元升温至130℃后进入卧式氢还原反应器，与由卧式氢还原反应器的进气口进入的氢气混合后，进行还原反应，氢气的总流量为1Nm3/h，且氢气在各进气口平均分配，铬酸钠水溶液的流量为1Kg/h，所述还原反应的温度为250℃，压力为7MPa，时间为10h；
(2)步骤(1)所述还原反应所得浆料经出料口进入出料管道，出料管道中的高温料液作为固定管板式换热器的热介质换热后出料，固液分离，得到羟基氧化铬粉体，依次经洗涤、煅烧、洗涤、干燥后，得到氧化铬产品；
(3)步骤(1)所述还原反应中，过量氢气由排气口排出，经冷凝器冷凝后，气液分离，气液分离后的氢气回用于氢还原反应；
步骤(2)与步骤(3)不分先后顺序。
采用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)测定步骤(2)所述还原反应所得浆料中六价铬的含量，并由六价铬的含量计算铬的还原率，应用例1-14中铬的还原率如表1所示。
表1
| 铬酸盐的还原率/％ | |
| 应用例1 | 99.15 |
| 应用例2 | 99.52 |
| 应用例3 | 98.25 |
| 应用例4 | 97.15 |
| 应用例5 | 98.56 |
| 应用例6 | 99.34 |
| 应用例7 | 99.85 |
| 应用例8 | 99.93 |
| 应用例9 | 98.74 |
| 应用例10 | 99.31 |
| 应用例11 | 98.38 |
| 应用例12 | 99.27 |
| 应用例13 | 99.89 |
| 应用例14 | 97.35 |
由表1可知，本实用新型提供的连续反应装置用于水热氢还原制备氧化铬时，能够实现氧化铬的连续生产，铬酸盐的还原率在97.15-99.93％内，氧化铬的生产效率高；本实用新型提供的连续反应装置中的预热模块可采用出料单元的高温浆料或二次蒸汽对铬酸盐水溶液进行预热，提高了能量的利用率，降低了能耗；而且本实用新型通过冷凝器的设置实现了对多余氢气的回收利用，提高了氢气的利用率。
申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种连续反应装置，其特征在于，所述连续反应装置包括：气体鼓入单元、进料单元、出料单元以及卧式氢还原反应器；
所述卧式氢还原反应器的两端分别独立地设置有进料口与出料口；
所述进料单元与卧式氢还原反应器的进料口连接；
所述出料单元与卧式氢还原反应器的出料口连接；
所述气体鼓入单元与卧式氢还原反应器的进气口连接。
2.根据权利要求1所述的连续反应装置，其特征在于，所述卧式氢还原反应器的长径比为2-10:1。
3.根据权利要求2所述的连续反应装置，其特征在于，所述卧式氢还原反应器的腔体内设置有n个溢流档板，n个溢流档板将腔体分割为n+1个腔室，其中n≥1；
所述溢流档板的高度为所述卧式氢还原反应器腔体高度的1/3-4/5。
4.根据权利要求2所述的连续反应装置，其特征在于，所述卧式氢还原反应器的腔体内设置有n个单弓形折流板，n个单弓形折流板将腔体分割为n+1个腔室，其中n≥2；
所述单弓形折流板的缺口弦高为所述卧式氢还原反应器腔体高度的1/5-1/3。
5.根据权利要求3或4所述的连续反应装置，其特征在于，所述腔室的底部分别独立地设置有进气口；所述卧式氢还原反应器的顶部设置有至少1个排气口。
6.根据权利要求5所述的连续反应装置，其特征在于，所述卧式氢还原反应器的外壳设置有保温装置；
所述保温装置包括伴热带、保温层或夹套中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求6所述的连续反应装置，其特征在于，所述腔室中设置有搅拌装置。
8.根据权利要求6或7所述的连续反应装置，其特征在于所述卧式氢还原反应器设置有温度计、压力表或液位计中的任意一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求8所述的连续反应装置，其特征在于，所述卧式氢还原反应器的进气口处设置有孔径为2-1000μm的气体分布器；
所述气体分布器包括板式气体分布器和/或管式气体分布器。
10.根据权利要求5所述的连续反应装置，其特征在于，所述气体鼓入单元包括依次连接的气体鼓入模块、气体流量计以及气体缓冲罐；
所述气体鼓入模块包括气体泵、高压钢瓶或汇流排中的任意一种或至少两种的组合；
所述进料单元包括依次连接的料液鼓入模块、预热模块和加热模块；
所述料液鼓入模块包括隔膜泵、柱塞泵或离心泵中的任意一种或至少两种的组合；
所述预热模块与加热模块分别独立地为管式换热器；所述管式换热器包括固定管板式换热器、U型管换热器或浮头式换热器中的任意一种；
所述出料单元包括出料管道和/或闪蒸罐；
所述连续反应装置还设置有冷凝器，所述冷凝器的入口与卧式氢还原反应器的排气口连接。
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| CN201921404457.3U CN210632117U (zh) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | 一种连续反应装置 |
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| CN112250590A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-22 | 广东石油化工学院 | 一种连续化制备邻氨基苯甲酸甲酯的方法 |
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