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CN108031425A - 一种用于报废tnt碱水解的套管式反应器 - Google Patents

一种用于报废tnt碱水解的套管式反应器 Download PDF

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Abstract

一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器，包括安装在支撑架上的套管式反应器，套管式反应器包括多个单元套管反应器，单元套管反应器包括保温管，保温管内设有碱水解反应管，碱水解反应管内嵌套有碱液喷射管，相邻两个单元套管式反应器之间保温管采用保温管法兰连接；上一个单元套管反应器的碱液喷射管和下一个单元套管反应器的碱液喷射管采用U型管螺纹连接，碱水解反应管之间通过U型管内同轴设置的碱液管连接，在第一个单元套管反应器的碱水解反应管上端设置TNT进料口，在最后一个单元套管反应器的碱水解反应管下端设置TNT出料口；本发明实现TNT碱水解反应连续、安全、高效、环保的运行，提高报废TNT火炸药的处理效率。

Description

一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器
技术领域
本发明涉及报废TNT碱水解技术领域，具体涉及一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器。
背景技术
我国军事上主要使用是高能火炸药有TNT、DNT(二硝基甲苯)、黑索金 (RDX)、奥克托今(HMX)和硝化纤维素(NC)等，其中以TNT使用最多。现如今对报废TNT炸药的通常的处置方式是焚烧，这样不仅浪费了资源，且焚烧时产生的大量高浓度的污染废气以及固态燃烧残渣，会随着空气流、雨水或水土流失侵害人类和生态环境。另外，在焚烧的过程中还存在一定的危险性。从长远意义上看，资源化利用是报废TNT火炸药最好、最有效的处置方式。目前，资源化利用的处置方式有物理化学方法和生物降解法等。生物堆肥法被认为是无害化、资源化的处理方法，但TNT中主要含有的是苯系物，苯系物一般对生物体都具有毒性，堆肥后的底物不适合做肥料，故不适合用生物堆肥的方法进行处理。
近几年，国内外对报废TNT火炸药进行碱水解处理研究，在一定温度下利用羟基取代苯环上的亚硝基从而达到去能的目的，而水解产生的硝酸根和亚硝酸根可以做氮肥。此外，水解生成的一硝基甲苯和二硝基甲苯经过精馏分离可以作为化工原料。目前，报废TNT火炸药碱水解反应器为序批式的反应，由于反应釜不能连续运行，故处理效率比较低。TNT属于高能化合物，在碱水解反应过程中会释放出大量的热量，且放热迅速，导致反应器温度难控制，常常需要急冷，严重威胁到操作人员的安全。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种用于报废 TNT碱水解的套管式反应器，实现TNT碱水解反应连续、安全、高效、环保的运行，提高报废TNT火炸药的处理效率。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器，包括安装在支撑架1上的套管式反应器，套管式反应器包括多个单元套管反应器，每个单元套管反应器包括保温管2，保温管2内设有碱水解反应管3，碱水解反应管3内嵌套有碱液喷射管4，碱液喷射管4与碱水解反应管3同轴设置，相邻两个单元套管式反应器之间保温管2采用保温管法兰23连接，保温水流向与反应液流向相同；上一个单元套管反应器的碱液喷射管4和下一个单元套管反应器的碱液喷射管4之间采用U型管5内同轴设置的碱液喷射管螺纹连接，碱水解反应管3和U型管5的碱水解反应管采用法兰33连接，在第一个单元套管反应器的碱水解反应管3上端设置TNT进料口31，在最后一个单元套管反应器的碱水解反应管3下端设置TNT出料口32。
所述的保温管2直接夹套在碱水解反应管3外面。
所述的支撑架1通过竖直支撑钢11和纵横支撑钢12焊接而成，竖直支撑钢11采用方钢，纵横支撑钢12采用T型钢。
所述的保温管2采用高温水做保温介质，在靠近两端分别设置保温水进水口21和保温水出水口22，上个保温管2的保温水出水口22连接下个保温管2的保温水进水口21。
所述的保温管2采用内径为125mm、长为1900mm的钢管，两端密封。
所述的碱水解反应管3为报废TNT火炸药碱水解反应区，碱水解反应管 3采用长为2000mm、内径为70mm的钢管；两个单元碱水解反应管3的之间的轴心矩为170mm。
所述的TNT进料口31设置成下口直径为50mm、上口直径为100mm、高为80mm的锥形。
所述的TNT进料口31设置回流液喷射盘管6，回流液喷射盘管6采用直径为10mm的钢管，从TNT进料口31上端平行进入，沿壁盘旋到下口，螺距为17mm；回流液喷射管6末端封闭，回流液喷射管6的下方开设直径为1mm的第一微孔62，第一微孔62间距为5mm。
所述的碱液喷射管4采用内径为10mm，长为2000mm的钢管，在钢管上开有2mm的第二微孔42，开孔率为30％；碱液喷射管上端设置碱液进料口41，末端封闭；两个单元的碱液喷射管4之间的轴心矩为170mm。
一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器的运行方法，包括以下步骤：
第一步，先将保温管2内充满70±1℃保温水，保温水的流速设置为 126m3/h，然后将报废TNT火炸药按照250kg/h的速率加入到碱水解反应管3 中，第一次加报废TNT时和质量浓度为10％的KOH一起从TNT进料口31 加入，加入比例为每立方米质量浓度为10％的KOH加入110kg报废TNT火炸药；
第二步，待碱水解反应管3充满后，报废TNT火炸药从TNT进料口31 以250kg/h的速率加入到碱水解反应管3内，质量浓度为10％的KOH从碱液喷射管4的碱液进料口41以2.1m3/h的速率加入，反应液从TNT出料口 32出料，反应出料部分回流到回流液喷射管6，回流量为0.1m3/h。
与现有的技术相比，本发明的有益效果为：
1.套管反应器均采用直管，便于加工，两个单元套管反应器之间采用法兰和螺纹连接，便于拆装和维修；同时还可以根据处理量的大小增加或减少单元套管反应器。
2.实现了报废TNT火炸药碱水解处理的连续性。
3.由于设置有碱液喷射管4，一方面可以有效的解决套管反应器中的堵塞问题；另一方面碱液均匀喷射到整个套管反应器中，可以使得报废TNT 火炸药的碱水解反应缓慢进行，与此同时放热也变的温和，便于对报废TNT 火炸药的碱水解反应的控制；同时，碱液喷射管4中碱液喷射对反应液具有搅拌作用，加速了反应速率，强化了换热效果。
4.套管式反应器的保温管2直接夹套在碱水解反应管3外面，有利于对碱水解反应管3内温度的控制。
5.为了防止报废TNT在进料过程中堵塞进料口，把TNT进料口31设置锥形，TNT进料口31内设置回流液喷射管6，让碱水解反应完的反应液一部分回流至TNT进料口31的回流液喷射管6，通过第一微孔62喷射出来，用于对报废TNT的冲洗，防止在加料过程中堵塞TNT进料口31。
附图说明
图1是本发明的主视图。
图2是本发明的俯视图。
图3是图2的A部分的放大图。
图4是报废TNT进料口31的放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1、图2、图3所示，一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器，包括安装在支撑架1上的套管式反应器，套管式反应器包括121个单元套管反应器，每个单元套管反应器包括保温管2，保温管2内设有碱水解反应管3，碱水解反应管3内嵌套有碱液喷射管4，碱液喷射管4与碱水解反应管3同轴设置，相邻两个单元套管式反应器之间保温管2采用保温管法兰23连接，保温水流向与反应液流向相同；上一个单元套管反应器的碱液喷射管4和下一个单元套管反应器的碱液喷射管4之间采用U型管5内同轴设置的碱液喷射管螺纹连接，碱水解反应管3和U型管5的碱水解反应管采用法兰33连接，为了方便加工，U型管5内的碱液管不开孔，在第一个单元套管反应器的碱水解反应管3上端设置TNT进料口31，在最后一个单元套管反应器的碱水解反应管3下端设置TNT出料口32，碱液喷射管4不仅能够提供报废 TNT火炸药碱水解反应所需的碱液，还对反应液具有搅拌作用，解决了管式反应器的堵塞问题，加强了换热。
所述的保温管2直接夹套在碱水解反应管3外面，有利于对碱水解反应管3内温度的控制。
所述的支撑架1的竖直支撑钢11采用长为2m的20x20的方钢，纵横支撑钢12采用长2m的20x20x3mm的T型钢焊接而成，支撑架1的尺寸为 2000x2000x2000mm，竖直方向上从上到下设置11层，每层的间距为170mm，每层支架上纵横支撑钢12纵横交错，纵横支撑钢12的间距为200mm，设置25个竖直支撑钢11，相邻两根竖直支撑钢11的距离为500mm，但是可以根据实际情况调整间距。
所述的保温管2采用高温水做保温介质，在靠近两端分别设置保温水进水口21和保温水出水口22，上个保温管2的保温水出水口22连接下个保温管2的保温水进水口21，保温水不仅为报废TNT火炸药提供碱水解需要的工作温度，还可以利用水的比热容高的特点，通过保温水的流动带走TNT 碱水解过程中释放的热量。
所述的保温管2采用内径为125mm、长为1900mm的钢管，两端密封。
所述的碱水解反应管3为报废TNT火炸药碱水解反应区，碱水解反应管 3采用长为2000mm、内径为70mm的钢管；两个单元碱水解反应管3的之间的轴心矩为170mm。
由于报废火炸药为片状颗粒，为了防止TNT进料时堵塞TNT进料口31，所述的TNT进料口31设置成下口直径为50mm、上口直径为100mm、高为 80mm的锥形。
参照图4，所述的TNT进料口31设置回流液喷射盘管6，回流液喷射盘管6采用直径为10mm的钢管，从TNT进料口31上端平行进入，沿壁盘旋到下口，螺距为17mm；回流液喷射管6末端封闭，回流液喷射管6的下方开设直径为1mm的第一微孔62，第一微孔62间距为5mm，保证回流液向下方喷射，避免回流液喷射出来，可以有效地解决TNT进料口31堵塞的问题。
所述的碱液喷射管4采用内径为10mm，长为2000mm的钢管，在钢管上开有2mm的第二微孔42，开孔率为30％；碱液喷射管上端设置碱液进料口41，末端封闭；两个单元的碱液喷射管4之间的轴心矩为170mm。
一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器的运行方法，包括以下步骤：
第一步，先将保温管2内充满70±1℃保温水，保温水的流速设置为 126m3/h，然后将报废TNT火炸药按照250kg/h的速率加入到碱水解反应管3 中，由于报废TNT为片状颗粒，为了便于报废TNT火炸药在碱水解反应管内流动，第一次加报废TNT时和质量浓度为10％的KOH一起从TNT进料口31加入，加入比例为每立方米质量浓度为10％的KOH加入110kg报废TNT火炸药；
第二步，待碱水解反应管3充满后，报废TNT火炸药从TNT进料口31 以250kg/h的速率加入到碱水解反应管3内，质量浓度为10％的KOH从碱液喷射管4的碱液进料口41以2.1m3/h的速率加入，反应液从TNT出料口 32出料，反应出料部分回流到回流液液喷射管6，回流量为0.1m3/h，用于对报废TNT火炸药进料冲洗，防止进料过程中堵塞TNT进料口31。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形与改进，均落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器，包括安装在支撑架(1)上的套管式反应器，其特征在于：套管式反应器包括多个单元套管反应器，每个单元套管反应器包括保温管(2)，保温管(2)内设有碱水解反应管(3)，碱水解反应管(3)内嵌套有碱液喷射管(4)，碱液喷射管(4)与碱水解反应管(3)同轴设置，相邻两个单元套管式反应器之间保温管(2)采用保温管法兰(23)连接，保温水流向与反应液流向相同；上一个单元套管反应器的碱液喷射管(4)和下一个单元套管反应器的碱液喷射管(4)之间采用U型管(5)内同轴设置的碱液喷射管螺纹连接，碱水解反应管(3)和U型管(5)的碱水解反应管采用法兰(33)连接，在第一个单元套管反应器的碱水解反应管(3)上端设置TNT进料口(31)，在最后一个单元套管反应器的碱水解反应管(3)下端设置TNT出料口(32)。
2.根据权利要求1所述的一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器，其特征在于：所述的保温管(2)直接夹套在碱水解反应管3外面。
3.根据权利要求1所述的一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器，其特征在于：所述的支撑架(1)通过竖直支撑钢(11)和纵横支撑钢(12)焊接而成，竖直支撑钢(11)采用方钢，纵横支撑钢(12)采用T型钢。
4.根据权利要求1所述的一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器，其特征在于：所述的保温管(2)采用高温水做保温介质，在靠近两端分别设置保温水进水口(21)和保温水出水口(22)，上个保温管(2)的保温水出水口(22)连接下个保温管(2)的保温水进水口(21)。
5.根据权利要求1所述的一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器，其特征在于：所述的保温管(2)采用内径为125mm、长为1900mm的钢管，两端密封。
6.根据权利要求1所述的一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器，其特征在于：所述的碱水解反应管(3)为报废TNT火炸药碱水解反应区，碱水解反应管(3)采用长为2000mm、内径为70mm的钢管；两个单元碱水解反应管(3)的之间的轴心矩为170mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器，其特征在于：所述的TNT进料口(31)设置成下口直径为50mm、上口直径为100mm、高为80mm的锥形。
8.根据权利要求1所述的一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器，其特征在于：所述的TNT进料口(31)设置回流液喷射盘管(6)，回流液喷射盘管(6)采用直径为10mm的钢管，从TNT进料口(31)上端平行进入，沿壁盘旋到下口，螺距为17mm；回流液喷射管(6)末端封闭，回流液喷射管(6)的下方开设直径为1mm的第一微孔(62)，第一微孔(62)间距为5mm。
9.根据权利要求1所述的一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器，其特征在于：所述的碱液喷射管(4)采用内径为10mm，长为2000mm的钢管，在钢管上开有2mm的第二微孔(42)，开孔率为30％；碱液喷射管上端设置碱液进料口(41)，末端封闭；两个单元的碱液喷射管(4)之间的轴心矩为170mm。
10.根据权利要求1所述的一种用于报废TNT碱水解的套管式反应器，的运行方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，先将保温管(2)内充满70±1℃保温水，保温水的流速设置为126m3/h，然后将报废TNT火炸药按照250kg/h的速率加入到碱水解反应管(3)中，第一次加报废TNT时和质量浓度为10％的KOH一起从TNT进料口(31)加入，加入比例为每立方米质量浓度为10％的KOH加入110kg报废TNT火炸药；
第二步，待碱水解反应管(3)充满后，报废TNT火炸药从TNT进料口(31)以250kg/h的速率加入到碱水解反应管(3)内，质量浓度为10％的KOH从碱液喷射管(4)的碱液进料口(41)以2.1m3/h的速率加入，反应液从TNT出料口(32)出料，反应出料部分回流到回流液喷射管(6)，回流量为0.1m3/h。
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