一种高效的废酸再生利用设备的制作方法

1.本实用新型涉及废酸再生利用技术领域，特别涉及一种高效的废酸再生利用设备。


背景技术：

2.金属表面有一层锈迹，在使用过程中必须除锈处理，通常情况下是采用酸洗除锈。酸洗液一般由盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸按一定比例配制而成。酸洗液可以是单一酸，也可以是组合混酸，如碳钢酸洗多为单一酸，盐酸或硫酸；不锈钢酸洗为硝酸 氢氟酸混酸酸洗。当酸洗液中金属离子浓度过高，会抑制金属氧化物的溶解，就会影响酸洗速度和效果，造成生产效率低下，所以被排出作为废酸，重新配制新酸进行酸洗。
3.酸洗工艺就是把金属表面氧化层清除的过程，酸洗的反应原理为（以碳钢酸洗工艺盐酸为例）：
4.feo＋2hcl====fecl2＋h2o（主反应），fe＋2hcl====fecl2＋h2（副反应），其离子方程式为：feo＋2h

====fe
2
＋h2o（主反应），fe＋2h

====fe
2
＋h2（副反应），在副反应阶段，随着基材被侵蚀，基材表面的氧化物自然剥落，并逐渐溶解在酸洗液中形成亚铁盐，当亚铁浓度较大时，他会促使化学平衡向左方向进行，影响金属氧化物的洗脱，如上述的盐酸体系中氯化亚铁。在高酸度情况下，副反应比较剧烈，既消耗大量的金属基材，还消耗大量酸液，同时生成大量氯化亚铁，所以怎样控制副反应是减少酸洗消耗的重要因素。废酸为具有强腐蚀性危险废物，产生量较大，一般处理一吨碳钢会产生30-50kg废酸液，采用中和处理方式，产生大量高含盐废水，难度大，处理费用高。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种高效的废酸再生利用设备及再生酸使用的新方法，该设备能够活化屏蔽掉酸洗液中的亚铁离子，大大降低废酸液中亚铁离子浓度，从而使化学反应有利于向右进行，活化酸中三价铁离子可以替代部分酸液使用，特别是三价铁对基材具有较强侵蚀作用，且不会像酸与铁基材反应产生氢气泡，微观上有一层隔离膜，阻滞氢离子进一步侵蚀基材，在同等酸度下，其酸洗速度明显快于单一酸，酸洗质量优于单一酸，该技术开创一种全新的酸洗方法，以三价铁离子溶液代替酸溶液进行酸洗的方法。以盐酸为例，其化学方程式为：fe＋2fecl3====3fecl2或离子方程式为：fe＋2fe
3
====3fe
2
，正常情况下，亚铁离子浓度达到100-150g/l，酸洗速度明显下降，生产效率明显降低，降低了设备产能，此时，该酸洗液只能当作废酸排出。如果用该废酸生产三氯化铁或氯化亚铁固体，浓度在20-30%，需要进一步浓缩处理，本实用新型与正常的酸洗工艺相比，在使用活化再生酸洗液时，废酸液中亚铁浓度会迅速上升，当富集后的亚铁离子浓度达到200g/l以上时，排出的废酸，无需蒸发处理，无需添加固体亚铁盐或加入铁屑提高亚铁含量，生产的三氯化铁即可达到38-40%浓度，产品符合《水处理剂氯化铁》gb4482-2006要求，或将酸洗液中亚铁离子富集到饱和状态，直接冷冻结晶生产氯化亚铁产品，做到废酸的资源化利用，节能减排效
果显著，节省大量设备投资，大大节约产品生产成本，具有优异的经济效益和良好的社会效益和环境效益。
6.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.一种高效的废酸再生利用设备及再生酸使用的新方法，包括反应釜，混合反应器，酸活化剂储罐，催化剂槽，废酸储罐和再生酸储罐，其特征在于，所述废酸储罐连接有耐酸耐温泵一，所述耐酸耐温泵一连接反应釜，作为废酸进料泵，所述耐酸耐温泵二作为循环泵或出料泵使用，通过连接反应釜底进出液管道，实现反应釜的废酸循环输入或活化再生好的再生酸排出，耐酸耐温泵二出口连接气液混合器一或气液混合器二或多个混合器液体进口，所述气液混合器一或气液混合器二或多个混合器出口与反应釜连接，该混合器为文丘里气液或液液混合反应器，该反应器具有较好的雾化混和效果和良好反应特性，连接数量的多少，取决于反应釜的大小和单位时间内废酸再生量，其选用的耐酸耐温泵二应与安装的文丘里气液反应器相匹配。所述气液混合器反应器出液端与反应釜连接，所述气液混合器一，气液混合器二，或多个气液混合器分列反应釜两侧，两个为一组，根据处理废酸量的需要，选择一组或两组或多组。酸活化剂储罐，催化剂槽及反应釜上部未使用完的酸活化剂（氧气或氯气），均分别接入文丘里气液混合反应器低压吸入口，未反应完的氧气或氯气被循环使用，直到反应结束。所述反应釜上端连接有出气管，所述出气管与气液混合器一和气液混合器二连接，所述出气管连接有活化剂罐或催化剂槽，所述反应釜底部连接有出液管，通过三通与耐酸耐温泵一或耐酸耐温泵二连接，所述耐酸耐温泵一与出液管连接，用于将废酸泵入反应釜，出液管连接耐酸耐温泵二，用于废酸活化循环反应或将活化好的再生酸泵入再生酸罐，所述耐酸耐温泵二与气液混合器二之间安装有三通管，所述三通管另一端连接有再生酸罐。
8.反应釜是设备的核心部件，其结构需要有耐酸耐碱耐温耐压性能，碳钢酸洗领域，处理的废酸大多为盐酸或硫酸时，可采用钢衬四氟或搪瓷或玻璃钢材料，在不锈钢酸洗领域，大多采用硝酸氢氟酸混酸，反应釜选择钢衬四氟材料更为合适。
9.采用上述技术方案，废酸储罐用来储放过滤好的废酸，并且通过耐酸耐温泵一将废酸输送到反应釜内。耐酸耐温泵二连接的文丘里气液混合反应器低压口在导入酸活化剂储罐内的气体与进入的废酸在气液混合器一内混合反应，产生大量微气泡，一起进入反应釜中，气液接触面大，加快反应速度，经过反应后未消耗的气体从出气管出来，反应后的液体从出液管出来，耐酸耐温泵二将反应釜中液体通过气液混合器再次将未消耗的活化剂其他循环吸入混合反应器，与液体混合后重新再进入反应釜，密闭的循环系统下使得酸活化剂储罐内的气体不会溢出，能够一直在整个设备里循环，循环高效利用活化剂，反应完全后，利用耐酸耐温泵二将再生酸液泵入再生酸罐中。耐酸耐温泵二进口接反应釜进出酸管连接，出口通过三通分别接混合器进液口或排酸管道，排酸管道接入再生酸罐。可以根据设备大小选择一组或几组混合反应器。所述的耐酸耐温泵一或耐酸耐温泵二出口均安装匹配的单向阀，防止反应釜中液体倒流。
10.作为优选，所述气液混合器一和气液混合器二都为文丘里反应器。
11.采用上述技术方案，当气体或液体在文丘里反应器里面流动，在反应器的最窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值，气体(液体)的速度因为通流横截面面积减小而上升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小。进而
产生压力差，这个压力差用于测量或者给流体提供一个外在吸力。
12.作为优选，所述酸活化剂储罐内可以装有有氧气或者氯气，从安全角度，我们优选氧气作为酸活化剂，既安全环保，又价格低廉。所述催化剂槽内存放亚硝酸钠水溶液，可配制成5-20%浓度。
13.采用上述技术方案，氧气或者氯气都可以作为活化剂进行使用，使用氯气时，无需加入亚硝酸钠作为催化剂，使用氧气时，加入亚硝酸钠作为催化剂，有利于三氯化铁的转化。
14.作为优选，所述耐酸耐温泵一，耐酸耐温泵二出口均安装有单向阀一或二，所述催化剂槽与气液混合器一之间安装有单向阀三。
15.采用上述技术方案，单向阀有效防止反应釜内的溶液发生倒流。
16.作为优选，所述酸活化剂储罐与气液混合器一之间安装有减压阀和流量阀。
17.采用上述技术方案，减压阀控制酸活化剂储罐的出口的压力保持在一定的范围内。
18.采用上述技术方案，酸活化剂储罐流量阀可以监控氧气消耗速度，当氧气不再消耗或消耗速度很缓慢时，活化再生反应结束，将再生酸通过耐酸耐温泵二输送至再生酸储罐。
19.作为优选，所述反应釜上端安装有安全阀。
20.采用上述技术方案，安全阀是启闭件受外力作用下处于常闭状态，当反应釜的介质压力升高超过设定值时，通过向系统外排放介质（废气）来防止管道或设备内介质压力超过设定数值的特殊阀门。
21.作为优选，所述反应釜内壁采用钢衬四氟材料或搪瓷材料或玻璃钢材料，上端安装有压力传感器和温度传感器和液位传感器。
22.采用上述技术方案，通过压力传感器和温度传感器来监测反应釜内的反应状况，用于控制酸活化剂的投加量和投加速度，使酸活化速度保持在设定的范围内,通过液位传感器来测出反应釜内的溶液面高低。
23.作为优选，所述再生酸罐连接有将再生酸运到生产线的耐酸泵。
24.采用上述技术方案，所述设备管道上装有多个气动阀门和电动阀门，通过启闭阀门，控制液体或气体流向，实现设备的自动运行，耐酸泵将再生酸罐内的溶液提供动力运输到生产线上。
25.作为优选，三价铁离子部分代替氢离子作业用于金属表面处理行业作为酸洗剂使用。
26.采用上述技术方案，实现用铁洗铁，循环利用，大大节约了资源。
27.作为优选，酸洗液中三价铁离子浓度可在10g/l-200g/l之间使用，酸的浓度在10g/l以上使用。
28.采用上述技术方案，在同等酸溶度下，酸洗反应效果更好。
附图说明
29.图1为实用新型的一种实施例的结构示意图；
30.图2为实用新型的另一种实施例的结构示意图。
31.附图标记：1、反应釜；2、废酸储罐；3、耐酸耐温泵一；4、气液混合器一；5、酸活化剂储罐；6、气液混合器二；7、出气管；8、催化剂槽；9、出液管；10、耐酸耐温泵二；11、三通管；12、再生酸罐；13、单向阀一；14、单向阀二；15、减压阀；16、安全阀；17、压力传感器；18、温度传感器；19、耐酸泵；20、液位传感器；21、单向阀三；22、流量计；23、三通管。
具体实施方式
32.以下所述仅是本实用新型的优选实施方式，保护范围并不仅局限于该实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案应当属于本实用新型的保护范围。同时应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
33.实施例一：
34.如图1，一种高效的废酸再生利用设备，包括反应釜1，反应釜1内壁采用钢衬四氟材料或搪瓷材料或玻璃钢材料，气液混合器一4，气液混合器二6，酸活化剂储罐5，催化剂槽8，废酸储罐2和再生酸罐12。废酸储罐2连接有耐酸耐温泵一3，耐酸耐温泵一3进口连接废酸储罐2，出口连接反应釜1，通过进出液管9与反应釜底连接，反应釜1连接有气液混合器一4和气液混合器二6，气液混合器一4和气液混合器二6都为文丘里反应器，当气体或液体在文丘里反应器里面流动，在反应器的最窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值，气体(液体)的速度因为通流横截面面积减小而上升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小，进而产生压力差。这个压力差用于测量或者给流体提供一个外在吸力，吸入反应釜上部未消耗的活化剂气体或活化剂罐的气体或催化剂液体。
35.气液混合器一4连接有酸活化剂储罐5，酸活化剂储罐5与气液混合器一4之间安装有减压阀15和流量计22，酸活化剂储罐5内可以装有氧气或者氯气，催化剂槽8内存放亚硝酸钠溶液。氧气或者氯气都可以作为活化剂进行使用，亚硝酸钠作为催化剂使用，有利于三氯化铁的转化。
36.在密闭的反应釜1内，采用循环气液反应器进行充分的气液混合反应。本方法采用文丘里气液混合反应器，反应物为废酸、亚铁、氧气或氯气。有条件的地方使用氯气效果更佳，无条件使用氯气的地方，使用氧气更方便和安全，也可以组合使用氧气或氯气。在文丘里喷射器内，液体变成小液滴，增加了与气体接触面，从而增加化学反应速率，反应机理如下（以盐酸体系为例）：
37.4fecl2＋4hcl＋o2====4fecl3＋2h2o................
⑴
38.2fecl2＋cl2====2fecl3...........................
⑵
39.废酸洗液中氯化亚铁转化成氯化铁，利用活化再生酸配制新的酸洗液，消除影响酸洗效果的氯化亚铁，改变了酸洗平衡条件，这是本实用新型的活化再生酸的一种全新的酸洗方法。
40.反应釜1上端安装有安全阀16，压力传感器17和温度传感器18，通过压力传感器17和温度传感器18来测出反应釜1内的压9力和温度变化情况，确定反应进行的程度和活化剂的补加量，安全阀16是启闭件，受外力作用下打开或关闭阀门，在酸活化再生过程中处于常闭状态，安全阀可以是气动阀或电动阀，受反应过程程序控制开启或关闭，当反应釜1的介
质压力升高超过设定值时，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过设定数值的特殊阀门，反应釜1上端连接有出气管7，所述出气管7与有催化剂槽8并联接入气液混合器的低压口，出气管7与气液混合器一4和气液混合器二6连接，出气管7一侧的气液混合器二6并联连接有催化剂槽8，在混合器二6与催化剂槽8之间装有单向阀三21，反应釜1底部连接有进出液管9，耐酸耐温泵一3与进出液管9连接，用于废酸的泵送输入，且进出液管9同时并联连接有耐酸耐温泵二10，耐酸耐温泵二10与气液混合器一4和气液混合器二6之间安装有三通管11，三通管11与气液混合器一4或气液混合器二6之间安装有单向阀二14，液体分别从混合器一4和混合器二6的入口进入文丘里反应器，由耐酸耐温泵二提供动力源，在本出口管道上安装有单向阀二14，有单向阀有效防止反应釜1内的溶液发生倒流，泵二10通过三通管23将活化好的再生酸泵入再生酸罐12，耐酸耐温泵一3和反应釜1之间安装有单向阀一13，防止反应釜1中液体倒流至废酸罐，反应釜1上部安装有液位传感器20，通过液位传感器20来测出反应釜1内的溶液面高低,该传感器采用非接触式液位监测，同时将数据传输给控制系统，通过控制系统控制耐酸耐温泵一3的启动与关闭，并控制管路中各种自动阀门的启闭，达到整个酸活化再生系统自动运行的目标，新的酸洗液是以fecl3＋2hcl体系，盐酸浓度可以较低，只要保证fecl3不水解沉淀出fe（oh）3即可进行酸洗作业，一般情况下ph在1以下（或盐酸浓度0.5%以上），酸洗作业均能有效进行。
41.反应机理如下：
42.2fecl3＋fe====3fecl2(主反应)...............
⑶
43.feo＋2hcl====fecl2＋h2o（副反应）..........
⑷
44.fe＋2hcl====fecl2＋h2（副反应）............
⑸
45.从氧化还原电位，我们也可以看出，氯化铁与铁的氧化还原电位高于盐酸与铁的氧化还原电位，其反应速度远大于盐酸与铁的反应速度，我们应用于酸洗生产线的结果，能较大提高生产线工作效率。由于三价铁对铁基材的侵蚀，在较低酸度情况下也能造成酸洗基材氧化层的剥落，皮之不存毛将焉附，所以，在低酸度情况下，能看到大量的氧化亚铁被剥落，这些氧化亚铁并没有消耗盐酸就得到很好的去除，达到酸洗效果，大大提高酸洗液中酸的利用率。这是现有酸洗技术没有的，这种酸洗方法，是酸洗技术的一次革命，以铁洗铁，循环利用。
46.现有技术，在连续酸洗作业时，要求酸洗液中亚铁离子含量较低，间歇式酸洗方式，为节约用酸和减少废酸排放量，酸洗液中亚铁离子含量较高，一般废酸液中亚铁离子浓度在100-150g/l，如果拿这种废酸去生产氯化铁，需要投加固体氯化亚铁或浓缩氯化亚铁稀溶液或投加铁屑与盐酸反应，使亚铁浓度达到190g/l以上，才能生产出氯化铁含量38%以上的产品（国家标准）。从上述反应式
⑶
中，我们可以看出，每个循环使用周期，都可以产生比原酸洗液1.5倍的亚铁离子，经过几次循环利用，废酸中亚铁离子含量可达200g/l以上，本实用新型控制亚铁离子浓度或总铁离子浓度在200g/l左右，就能获得生产氯化铁国标产品，如需得到固体氯化亚铁，甚至达到亚铁离子过饱和状态，在不需要浓缩（或加固体氯化亚铁）的情况下，自然结晶出氯化亚铁或冷冻结晶氯化亚铁。
47.本工艺化学反应是放热的，随着反应的进行，酸活化再生体系温度上升，为了加快活化再生速度，提高温度有利于氯化铁的生成，也可将废酸液升温至40℃再通入氧气或氯气，提高酸活化再生速率。本反应控制温度在常温至100℃之间即可。使用氯气做活化剂时
无需酸废液升温。
48.在使用氧气为活化剂时，为提高废酸活化再生效率，方程式
⑴
加入少量亚硝酸盐作为催化剂有利于三氯化铁的转化。
49.nano2＋fecl2＋2hcl====fecl3＋no ＋nacl＋h2o..........
⑹
50.no＋o2====no2....................................
⑺
51.2fecl2＋no2＋2hcl====2fecl3＋no ＋h2o................
⑻
52.方程式
⑹
和
⑺
都是均相反应，反应速度较快，方程式
⑻
是非均相反应，no2在文丘里反应器里混和均匀，且增加了no2在溶液中的溶解量，与亚铁离子有较多的接触机会，因而提高了反应速度，最后亚铁离子的氧化主要消耗的是氧气。氧气在反应体系中是过量的，他与nox混和吸入文丘里反应器。当亚铁离子反应完全，不再消耗氧气，活化再生反应结束。
53.在使用氯气氧化氯化亚铁时，为防止氯气过量造成环境污染和生产安全，先用氯气反应，氯气不过量，后用氧气反应，确保亚铁离子完全氧化，满足氯化铁产品质量要求，又没有剩余氯气，在低酸度高亚铁含量时，利用氯气做活化剂有一定的优越性，反应过程中不消耗酸液。在生产三氯化铁产品时，使用氯气的量或氧气的量，通过测定溶液中亚铁离子含量和酸含量决定，确保产品中酸浓度在产品质量控制范围内，如生产中先以80%以内氯气量反应为宜，此时温度已上升至60℃以上，再用过量氧气反应完全，同时消耗废酸体系中的盐酸。
54.三通管23另一端连接有再生酸罐12，通过耐酸耐温泵二将活化好的再生酸泵送至再生酸罐12，再生酸罐12配备耐酸泵19将再生酸泵送到生产线的配酸使用。
55.实施例二：如图2，图1和附图2的提供了两种设备结构形式，其原理大致相同，只是在处理量上略有区别，对于日处理量更大的设备，可以选择2组以上混合器结构，其原理是一致的，并不构成本实用新型的实质性内容，所以本实用新型设备应包括所述的2组以上混合器的设备。
56.根据设备处理能力的大小，反应釜两侧可设置一个或两个或两个以上气液混合器，其设计原理是相同的。
57.使用较多再生酸配制新的酸洗液是有益的，有利于再生酸的循环使用，节约新盐酸的加入量，也可以直接使用活化再生酸作为酸洗液使用。一般情况下，31%工业盐酸：再生酸=1:0.1-2.0都能得到较好的酸洗效果。
58.实施例3：以盐酸为例酸洗液配制：31%工业盐酸：再生酸=1:0.1。
59.实施例4：以盐酸为例酸洗液配制：31%工业盐酸：再生酸=1:0.5。
60.实施例5：以盐酸为例酸洗液配制：31%工业盐酸：再生酸=1:1。
61.实施例6：以盐酸为例酸洗液配制：31%工业盐酸：再生酸=1:1.5。
62.实施例7：以盐酸为例酸洗液配制：31%工业盐酸：再生酸=1:2。
63.实施例8：以盐酸为例酸洗液配制：31%工业盐酸：再生酸=1:5。
64.实施例9：以盐酸为例酸洗液配制：31%工业盐酸：再生酸=1:10。
65.实施例10：以盐酸为例酸洗液配制：31%工业盐酸：再生酸=0:1。