实现高效的固体处理

直流式反应器中的固体物质处理

作者:Rolf Dahlbeck,Robert Ashe 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:50 发布时间:2018-04-23
连续性流程工艺过程中固体物质的处理充满了挑战:结块、沉淀或者机械负载,韧性物质材料和粘附性的产品都使处理过程异常困难。如何在生产线和管式反应器中设计有固体悬浮物的直流式反应器?本文将带给你答案。
实现高效的固体处理

不管是催化剂、试剂,或者是反应产物,在大量的化学过程中都有固体物质的参与。原材料被要求在整体式反应器或者管式反应器中通过,而不能在反应器中沉积或者结块。当向这些设备输送的是悬浮液时,尤其是像在技术中心的产品研发或者在微流量生产过程中,则有一个特殊问题,悬浮液以较低的流通率被输入时经常会出现堵塞现象。均匀流体的标准处理方法在这里常常无能为力,尤其是在处理韧性、粘性很好的材料或者固体物质含量大的液体材料时。

储罐中的混合搅拌和立式反应器入口之间的循环回路以及用于悬浮液和气体排放的Coflore SXV复合阀

风险因素

最常出现的问题就是水平方向的桥连,即沉积下来的颗粒物不断地获取其他颗粒,直到在整个管道中形成了一座“桥”。当管道横截面比颗粒平均直径大10~20倍时,通常不会出现这种情况,但这并不意味着不能使用小型的泵、调节阀或者质量流量计。另一个问题是颗粒物在水平方向上的沉积,为了避免管道堵塞就需要对液体进行强力搅拌,以湍流的高流速送入水平管道。在上升的管道中,液体介质需要的流速更高,需要避免管道中有容易积留固体物质的死角,保持管道的直径不变和使用较大的管道弯曲半径。

停留时间

对体积流量有决定性意义的是停留时间。这就要求液体输送管道有足够大小的直径,以避免水平桥接。在许多情况下,仅靠提高流速一项不足保持液体中的固体物质始终处于悬浮状态。因此,将管道设计的尽可能地短一些,或者设计在重力支持下颗粒物下降的垂直管道或者下坡式的管道。另外,前级容器出口处固体物质的浓度也必须合适。在输送速率较高时(每小时几百L)可以直接泵送到反应器中。否则就要使用能够利用大型泵和高流速的悬浮循环进料装置。循环进料管道就在反应器进口上方,以便使连接管道尽可能的短一些。

为了将部分循环流量重新导入反应器,可以使用AM Technology公司的Coflore SXV阀门。如果进料材料没有颗粒,但在反应过程中形成了固体,则需要顶部剂量。SXV可防止气体积聚在反应器中(减少可用体积)或使气体回流到储罐中。如果饲料含有固体,SXV将有助于保持饲料生产线中固体与液体的适当比例。只要固体在混合过程中保持悬浮状态,固体就容易在反应器中运输。被动混合依赖于产生湍流混合的高轴向速度,因此被动混合反应器(如静态混合器)限于停留时间短(小于20s)的反应。进入反应器的固体颗粒物都会被输送出去,并在整个混合过程中保持悬浮液的状态。

主动式和被动式混合

无论停留时间如何,主动式混合反应器都能保持固体颗粒物呈悬浮状态。AM技术公司研发生产的Coflore反应器能够在几秒钟到几小时的反应时间内处理好固体、液体和气体的化合物。例如Coflore ATR使用的主动式的管式反应器,其很短的垂直管道相互连接在一起,依靠重力就可以将悬浮液从一根反应管输送到另一根反应管中了。因此,悬浮颗粒物的直径可以大到1 mm左右(某些情况下可以更大)。

在含有固体的材料离开反应器时,生产管道应垂直地引入下方的固体材料分离器中去。分离器典型的工作原理是过滤,但也可以使用其他方法来分离。过滤后的液体被送回反应器上方的液体产品容器中去,使反应器始终有充足的液体可供使用。

用于处理悬浮液和气体/液体混合物的Coflore反应器ATR带有垂直连接管道。其主要技术特点是可实现连续合成反应

控制压力降

流量控制最重要的是调节至关重要的停留时间。但像泵、阀和质量流量计等控制元件不能使用含固体颗粒的液体。如果在它们的进口和排空管道中出现了固体颗粒物,则固体颗粒物可以通过Coflore控制阀和垂直管道进入到反应器中。这些物质经垂直的排空管道进入固体材料分离器,分离器后接一个流量计,如果有两个进料流时,则在比较干净的一根管道中以及在固体分离器后的管道中进行流量检测。出口处的流量设定值由流量差值决定。

主动式混合反应的压力降一般都很小,通常可以依靠重力就完成进料了。如果使用了带有Coflore SXV复合阀控制阀的循环管道,通常情况下由回流管产生的背压相对较高,因此要用泵把液体介质泵送到系统中去。如果希望将原材料泵送到系统中时有较低的压力降,则进料口的高度和产品储罐应在同一水平面上。在正常的环境大气压力情况下使用带有放卸阀的产品储罐就可以达到上述目的。
当您使用的系统有着较高的压力时,应将这些储罐、容器连接到一个公共的惰性气体管线中,以确保为储罐和产品储罐补充压力。

气流和排气

反应开始前系统中必须是没有气体的,这可以通过充填惰性气体来实现。在气体/液体反应中,从容器下部的出口处注入气体,与向下流动的液体逆向而行、产生反应,以保证分布的均匀性。

从液体中析出的气体,或者是在反应过程中产生的气体都会积存在反应器内部,从而改变了反应器的容积。由于气体比重较轻,因此会上升到反应器的顶部,由排气阀将过量的气体排放出去。反应介质输送管道的设计应保证能够从反应器中排出气体,通常情况下放气阀是与液体储罐相互连接的。连接管要有足够的高度,防止流出来的材料流过反应器。如果压力降过大,则要用带有控制阀的液位检测仪进行主动控制。

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