一种超亲水填料的化学处理过程及处理设备制造技术

本发明专利技术公开了一种超亲水填料的化学处理过程及处理设备，该超亲水填料为磷青铜、紫铜或黄铜材质的填料经过化学处理后在其表面形成氧化铜微

【技术实现步骤摘要】
一种超亲水填料的化学处理过程及处理设备


[0001]本专利技术属于水精馏填料表面处理
，具体涉及一种超亲水填料的化学处理过程及处理设备。

技术介绍

[0002]水精馏技术已在重水、重氧水以及贫氘水生产领域被广泛使用，其在内陆核电站含氚废水去氚、乏燃料后处理厂含氚废水去氚以及聚变堆包层冷却水去氚等领域有巨大的应用前景。由于轻水/重水/重氧水/氚化水之间的相对挥发度极小，水精馏生产过程所需理论板数多、回流比高、装置庞大、需要多塔级联，投资成本和能耗都较高，因此为了减小水精馏装置规模，减少投资成本并提高操作经济性，需要尽可能提高水精馏填料的分离效率。为提高水精馏填料分离效率，一般需对常规商用填料作表面处理，处理的目的在于：尽可能直接增加填料的宏观表面积，以及针对不同材质改变填料的表面性质，增进亲水性，提高传质效率。
[0003]目前水精馏使用的金属填料主要有三类改性方法：氧化法、腐蚀及化学改性法、浸涂与喷镀法等。
[0004]氧化法是将填料先用3％～4％的稀碱液处理，然后在大气中自然氧化。不锈钢填料表面所生成的连续Cr2O3薄膜不仅增加了填料的亲水性，而且对填料还起到保护作用。实验室中还可采用强氧化剂如高锰酸钾溶液对填料表面进行处理，对不锈钢、磷青铜等材质都很有效。
[0005]腐蚀及化学改性是对不锈钢填料用20％以下稀硫酸并加入适量的无水铬酐和磷酸，在适当加热条件下将填料浸泡半小时即可形成良好的亲水表面。对于铜质小颗粒填料采用化学积碳法，将填料表面经有机容积洗净，将附着有机容剂的填料放入烘箱，在适当温度下烘烤数小时，使溶剂碳化而沉积于填料表面。
[0006]浸涂法可用于碳钢填料，将碳钢填料浸于熔融态的铝液槽中，经过一定时间填料表面镀上一层铝膜，填料具有很好的抗腐蚀性能，亦有良好的亲水性和亲有机溶剂性能。喷镀法是用高温喷枪将所需金属熔化并喷镀到表面。这种方法可获得良好的粗糙表面或多孔层，有利于两相接触，但处理成本昂贵，非特殊情况一般不适宜于应用。
[0007]然而现有技术中，无论采用何种改性方法，填料的分离效率提升仅为10～30％，效率提升不够明显。尽管天津大学与中国工程物理研究院核物理与化学研究所报道过的填料处理方法分离效率较高，但也存在药品用量大，处理成本高，处理过程仅适合实验室小规模处理，用于大量填料处理的时候面临表面氧化效果不均匀的问题。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提出了一种超亲水填料的化学处理过程及处理设备，该处理过程针对水精馏填料效率低、表面处理填料药品用量大等缺点，通过工艺优化，提出一种药品用量少，氧化层结合牢固，并适用于水精馏工业化大规模生产的高效超亲水填料制备工艺。
[0009]为达此目的，本专利技术第一方面提出一种超亲水填料的化学处理设备，所述超亲水填料为磷青铜或紫铜或黄铜材质的填料经过化学处理后在其表面形成氧化铜微
‑
纳粗糙结构超亲水层，且水接触角＜5
°
的填料；
[0010]所述设备包括：溶液循环罐、溶液循环泵、管道静态混合器、化学处理塔、溶液供给罐和溶液供给泵；
[0011]所述溶液循环罐底部连接溶液循环泵入口，溶液循环泵出口经流量控制器连接管道静态混合器入口，管道静态混合器出口连接化学处理塔入口，化学处理塔出口连接溶液循环罐顶部入口，溶液供给罐底部连接溶液供给泵入口，溶液供给泵出口经流量控制器连接管道静态混合器入口。
[0012]优选的，所述溶液循环罐和溶液供给罐均设置加热管路、加液口、液体排空口和排气口。
[0013]优选的，所述化学处理塔包括位于中段的填料床层，位于填料床层下端的填料支撑环和上端的填料压紧环；填料床层上下两端通过法兰连接在化学处理塔上下封头上。
[0014]优选的，所述填料床层放置散装填料或者规整填料，所述置散装填料在填料床层内随机均匀堆放；所述规整填料上下相邻两块规整填料的波纹片或者波纹板呈90
°
交叉放置，且规整填料的直径小于化学处理塔内径2～4cm。
[0015]优选的，所述填料床层高度≤2m。
[0016]优选的，所述化学处理塔为单塔或者多塔串联结构；所述多塔串联结构各化学处理塔之间顺序串联，第一座化学处理塔入口与管道静态混合器出口，最后一座化学处理塔的出口管路连接溶液循环罐顶部入口。
[0017]一种超亲水填料的化学处理过程，所述处理过程基于上述超亲水填料的化学处理设备进行，所述过程包括：
[0018]S1：配置过硫酸铵溶液和氢氧化钠溶液；
[0019]S2：将硫酸铵溶液加入溶液循环罐，并通过加热管路将溶液温度维持到T1；
[0020]S3：启动溶液循环泵，使得溶液循环罐内的过硫酸铵溶液经流量控制器和管道静态混合器，从化学处理塔底部送入，并从化学处理塔顶部流出返回溶液循环罐；保持过硫酸铵溶液循环时间t1；
[0021]S4：将氢氧化钠溶液加入溶液供给罐，并通过加热管路将溶液温度维持到T1；
[0022]S5：继续保持溶液循环泵工作，并启动溶液供给泵，将溶液供给罐中的氢氧化钠溶液送至静态混合器中与过硫酸铵溶液在管道静态混合器中混合后送入化学处理塔底部；
[0023]S6：当溶液供给罐中的氢氧化钠溶液消耗光后，关闭溶液供给泵和管道；
[0024]S7：继续保持溶液循环泵工作，使硫酸铵溶液循环流动浸渍填料，浸渍时间t2，待填料完全变黑之后，关闭溶液循环泵，溶液循环罐中的溶液经排空排出，取出填料，并清洗填料表面的固体颗粒。
[0025]优选的，所述过硫酸铵溶液与填料质量比为0.02～0.2，过硫酸铵溶液体积为化学处理塔体积的1.1～1.2倍；所述氢氧化钠与填料质量比为0.05～0.5，氢氧化钠溶液浓度为0.5mole/L～2.5mole/L。
[0026]优选的，所述T1为20～50℃。
[0027]优选的，所述t1为1h～24h；所述t2为2～20天。
[0028]本专利技术的有益效果是：本专利技术针对水精馏填料效率低、改性填料药品用量大和大量填料处理不均一的缺点，通过工艺优化提出了适用于工业化水精馏生产的高效超亲水填料的化学处理过程和处理设备，该处理过程化学药品用量大幅减少，降低了填料改性成本，提高大规模填料表面处理的均匀度。采用本专利技术处理的填料表面氧化均匀，亲水性好，与现有技术中相同型号和尺寸的填料相比，其水精馏填料分离效率提升53.8％，应用于水精馏工业生产可大幅降低水精馏装置的填料高度，使水精馏装置小型化，降低投资成本和能耗。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例中超亲水填料的化学处理设备的结构示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例中多个化学处理塔串联的结构示意图；
[0031]图3为经过本申请化学处理方法处理后的超亲水填料图片；
[0032]图4为经过本申请化学处理方法处理后的超亲水填料等板高度测试结果；
[0033]图中：1.溶液循环罐 2.溶液循环泵 3.管道静态混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超亲水填料的化学处理设备，其特征在于，所述超亲水填料为磷青铜或紫铜或黄铜材质的填料经过化学处理后在其表面形成氧化铜微
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纳粗糙结构超亲水层，且水接触角＜5
°
的填料；所述设备包括：溶液循环罐、溶液循环泵、管道静态混合器、化学处理塔、溶液供给罐和溶液供给泵；所述溶液循环罐底部连接溶液循环泵入口，溶液循环泵出口经流量控制器连接管道静态混合器入口，管道静态混合器出口连接化学处理塔入口，化学处理塔出口连接溶液循环罐顶部入口，溶液供给罐底部连接溶液供给泵入口，溶液供给泵出口经流量控制器连接管道静态混合器入口。2.根据权利要求1所述的超亲水填料的化学处理设备，其特征在于，所述溶液循环罐和溶液供给罐均设置加热管路、加液口、液体排空口和排气口。3.根据权利要求1所述的超亲水填料的化学处理设备，其特征在于，所述化学处理塔包括：位于中段的填料床层，位于填料床层下端的填料支撑环和上端的填料压紧环；填料床层上下两端通过法兰连接在化学处理塔上下封头上。4.根据权利要求3所述的超亲水填料的化学处理设备，其特征在于，所述填料床层放置散装填料或者规整填料，所述置散装填料在填料床层内随机均匀堆放；所述规整填料上下相邻两块规整填料的波纹片或者波纹板呈90
°
交叉放置，且规整填料的直径小于化学处理塔内径2～4cm。5.根据权利要求4所述的超亲水填料的化学处理设备，其特征在于，所述填料床层高度不超过2m。6.根据权利要求5所述的超亲水填料的化学处理设备，其特征在于，所述化学处理塔为单塔或者多塔串联结构；所述多塔串联结构各化学处理塔之间顺序串联，第一座化学处理塔入口与管道静态混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，王和义，李佳懋，黄洪文，肖成建，王鑫，侯京伟，岳磊，赵林杰，龚宇，王君妍，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：