一种化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置及使用方法与流程

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1.本发明涉及化学沉淀催化剂制备技术领域，具体涉及一种化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置及使用方法。

背景技术：

2.化学沉淀法是指在水溶液中通过调节反应条件将溶解于其中的金属盐转变为难溶化合物或氧化物而析出成均一沉淀，反应产物经过过滤、烘干、煅烧、压片成型等一系列过程，最终产生催化剂成品。化学沉淀法包括共沉淀法、均匀沉淀法、氧化水解法、还原法等。化学沉淀法有反应温度较低、操作简单、成本低等优点,但也存在诸如生成物均匀性较差、易发生硬团聚等缺点。通过改变反应物浓度、调节溶液ph可以有效改善这一情况。
3.锰基催化剂的制备方法多种多样，主要包括水热法、溶胶-凝胶法、化学沉淀法、固相合成法等。由不同方法制备的锰基催化剂的晶相、形貌、尺寸以及应用各有差异。化学沉淀法制备催化剂大部分采用离心机过滤，打浆时间长，水温度的变化对锰基催化剂晶体形状影响大，增加了晶体成型的不确定性。同时，化学沉淀法制备催化剂需要相应设备较多，如反应釜、离心甩干机、烘箱、马弗炉、压片机等，过程标准化、精确化以及自动化不够，往往需要大量熟练操作人员。为提高反应精度、工作效率迫切需要一种智能化、便于操作的反应装置。

技术实现要素：

4.本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置及使用方法，集反应、老化、晶化、洗涤、过滤及烘干于一体，采用装置进行化学沉淀法制备锰基催化剂可以维持反应稳定性，降低洗涤水温度的变化对晶体成型的影响，使反应更加精准，其自动化和智能化程度高，简化制备工艺流程的同时提高了制备效率，操作简便。
5.本发明一种化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置，包括进料泵、反应釜和控制模块，所述反应釜内设有转筒，所述反应釜外设有夹套，所述转筒内设有搅拌桨，所述反应釜上部设有密封盖，所述密封盖上设有原料进液口、产物洗涤液进口和气体出口，所述反应釜下部设有排液口，所述夹套内设有导热油和用于对导热油加热的电极，所述夹套上设有温度传感器，所述夹套外设有用于实现导热油在夹套内循环的循环泵，所述进料泵与所述原料进液口连通，所述温度传感器的数据输出端与所述控制模块的数据输入端连接，所述控制模块的控制信号输出端分别与进料泵、搅拌桨驱动电机、转筒驱动电机、电极的控制信号输入端连接。
6.较为优选的，所述搅拌桨为刮刀式搅拌桨，所述刮刀式搅拌桨的桨叶为螺旋式搅拌桨叶，所述桨叶末端为带弧形坡口的刮刀式结构。
7.较为优选的，所述桨叶末端的刀锋距离转筒内壁平均距离在2～5mm之间。
8.较为优选的，所述转筒体积为50～500l，高径比在1:0.5～1:2之间，所述转筒与反
电极；9-原料进液口；10-产物洗涤液进口；11-气体出口；12-排液口；13-温度传感器；14-转筒驱动电机；15-搅拌桨驱动电机
具体实施方式
26.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
27.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
28.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。“多个”表示“两个或两个以上”。
31.实施例一
32.图1示出了本技术较佳实施例提供的一种化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
33.一种化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置，包括进料泵1、反应釜2和控制模块3，所述反应釜2(兼做老化釜与晶化釜)内设有转筒4，所述反应釜2外设有夹套5，所述转筒4内设有搅拌桨6，所述反应釜2上部设有密封盖，所述密封盖上设有原料进液口9、产物洗涤液进口10和气体出口11，所述反应釜2下部设有排液口12，所述夹套5内设有导热油7和用于对导热油7加热的电极8，所述夹套5上设有温度传感器13，所述夹套5外设有用于实现导热油7在夹套5内循环的循环泵，所述进料泵1与所述原料进液口9连通，所述温度传感器13的数据输出端与所述控制模块3的数据输入端连接，所述控制模块3的控制信号输出端分别与进料泵1、搅拌桨驱动电机15、转筒驱动电机14、电极8的控制信号输入端连接。控制模块3可对进料泵转动速率、搅拌桨搅拌速率、转筒转动频率以及导热油温度进行控制。本装置还可兼做锰基催化剂的再生装置，可实现反应后催化剂的干燥-洗涤-烘干的连续再生流程。
34.在一个实施例中，所述搅拌桨6为刮刀式搅拌桨，所述刮刀式搅拌桨的桨叶为螺旋
式搅拌桨叶，所述桨叶末端为带弧形坡口的刮刀式结构。
35.在一个实施例中，所述桨叶末端的刀锋距离转筒4内壁平均距离在2～5mm之间。
36.在一个实施例中，所述转筒4体积为50～500l，高径比在1:0.5～1:2之间，所述转筒4与反应釜2内壁间隙为10～50mm。
37.在一个实施例中，所述转筒4为平均口径在0.5～1μm的金属烧结滤网结构。
38.在一个实施例中，所述电极8设置于反应釜2底部。
39.实施例二
40.本实施例提供了一种化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置的使用方法，包括以下步骤：
41.步骤1，通过进料泵1将第一反应液经原料进液口9加入至反应釜2的转筒4中，然后加入ph调节液；
42.步骤2，通过进料泵1以恒定速度将第二反应液经原料液进口加入反应釜2的转筒4中，调节导热油7至老化温度，通过控制模块3调节搅拌桨6的搅拌速率至第一搅拌速率、转筒4的转动速率至第一转动速率，以得到最佳的老化搅拌速度；
43.步骤3，老化结束后，封闭反应釜2所有管口，调节导热油7温度至第一温度，对反应液进行晶化处理；
44.步骤4，晶化结束后，打开排水口，调节转筒4转动速率至第一转动速率，将晶化完成后的残液经排水口排出，残液排净后从产物洗涤液进口10加入去离子水，调节搅拌桨6搅拌速率至第一搅拌速率、转筒4的转动速率至第一转动速率，对反应产物进行洗涤，使反应产物中残留的阴阳离子通过排水口排出，然后再从产物洗涤液进口10加入甲醇，调节搅拌桨6搅拌速率至第一搅拌速率、转筒4的转动速率至第一转动速率，对反应产物进行洗涤，分别用去离子水和甲醇反复洗涤多次；
45.步骤5，洗涤结束后，经转筒4离心甩干所得的滤饼均匀贴合在转筒4滤网内壁上，调节导热油7温度至第二温度并打开气体出口11，对滤饼进行烘干，烘干完毕后用热氮气从排液口12对转筒4外壁进行反吹，并调节搅拌桨6搅拌速率至第二搅拌速率、转筒4的转动速率至第二转动速率，使催化剂从转筒4内壁充分脱落成细粉状态。
46.使用本实施例的装置及方法制备得到的催化剂所需粒径及晶相均满足甲基氨氧化反应的需要，甲基转化率大于99％，收率大于83％。
47.在一个实施例中，所述第一转动速率为100～200rpm，第二转动速率为50～100rpm。
48.在一个实施例中，所述第一搅拌速率为300～500rpm，第二搅拌速率为100～200rpm。
49.在一个实施例中，所述第一温度为180～200℃，第二温度为200～220℃。
50.实施例三
51.本实施例以甲基氨氧化催化剂的一种制备过程对本装置的使用方法进行说明。
52.分别称取适量硫酸锰、高锰酸钾溶于水中配置成所需浓度，另称取适量naoh(25wt％)备用。先将配置好的高锰酸钾溶液经进料泵加入反应釜中，然后加入naoh调节溶液ph值至9～11，最后以适量进料速率(1～5l/min)加入硫酸锰溶液，反应结束后依次调整
夹套油浴温度老化(80～100℃)以及晶化(180～200℃)。晶化结束后调节转筒转动频率(100～200rpm)，将反应完成后的残液经排水口排出。残液排净后从洗涤液进口加入去离子水，调节刮刀式搅拌桨搅拌速率(300～500rpm)以及转筒的转动频率(100～200rpm)对反应产物进行洗涤，使反应产物中残留的阴阳离子通过排水口排出，然后再从洗涤液进口加入甲醇，调节刮刀式搅拌桨搅拌速率(300～500rpm)以及转筒的转动频率(100～200rpm)对反应产物进行洗涤，用去离子水和甲醇反复洗涤三次。洗涤结束后，经转筒离心甩干所得滤饼均匀贴合在转筒内壁，通过控制系统调节夹套中导热油的温度至烘干温度(200～220℃)对滤饼进行烘干，并打开气体出口以去除其中残留的的甲醇及水分，保证整个反应釜内温度均匀，达到充分烘干的目的。烘干结束后，调节刮刀式搅拌桨搅拌速率(100～200rpm)以及转筒的转动频率(50～100rpm)，并从排水口启动n2反吹，以使催化剂从转筒内壁充分脱落成细粉状态。使用本实施例制备得到的催化剂所需粒径及晶相均满足甲基氨氧化反应的需要，甲基转化率大于99％，收率大于85％。
53.实施例四
54.本实施例以甲基氨氧化催化剂的另一种制备过程对本装置的使用方法进行说明。
55.分别称取适量硝酸锰、高锰酸钾溶于水中配置成所需浓度，另称取适量koh(25wt％)备用。先将配置好的高锰酸钾溶液经进料泵加入反应釜中，然后加入koh调节溶液ph值至9～11，最后以适量进料速率(1～5l/min)加入硝酸锰溶液，反应结束后依次调整夹套油浴温度老化(80～100℃)以及晶化(180～200℃)。晶化结束后调节转筒转动频率(100～200rpm)，将反应完成后的残液经排水口排出。残液排净后从洗涤液进口加入去离子水，调节刮刀式搅拌桨搅拌速率(300～500rpm)以及转筒的转动频率(100～200rpm)对反应产物进行洗涤，使反应产物中残留的阴阳离子通过排水口排出，然后再从洗涤液进口加入甲醇，调节刮刀式搅拌桨搅拌速率(300～500rpm)以及转筒的转动频率(100～200rpm)对反应产物进行洗涤，用去离子水和甲醇反复洗涤三次。洗涤结束后，经转筒离心甩干所得滤饼均匀贴合在转筒内壁，通过控制系统调节夹套中导热油的温度至烘干温度(200～220℃)对滤饼进行烘干，并打开气体出口以去除其中残留的的甲醇及水分，保证整个反应釜内温度均匀，达到充分烘干的目的。烘干结束后，调节刮刀式搅拌桨搅拌速率(100～200rpm)以及转筒的转动频率(50～100rpm)，并从排水口启动n2反吹，以使催化剂从转筒内壁充分脱落成细粉状态。使用本实施例制备得到的催化剂所需粒径及晶相均满足甲基氨氧化反应的需要，甲基转化率大于99％，收率大于82％。
56.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置，其特征在于：包括进料泵(1)、反应釜(2)和控制模块(3)，所述反应釜(2)内设有转筒(4)，所述反应釜(2)外设有夹套(5)，所述转筒(4)内设有搅拌桨(6)，所述反应釜(2)上部设有密封盖，所述密封盖上设有原料进液口(9)、产物洗涤液进口(10)和气体出口(11)，所述反应釜(2)下部设有排液口(12)，所述夹套(5)内设有导热油(7)和用于对导热油(7)加热的电极(8)，所述夹套(5)上设有温度传感器(13)，所述夹套(5)外设有用于实现导热油(7)在夹套(5)内循环的循环泵，所述进料泵(1)与所述原料进液口(9)连通，所述温度传感器(13)的数据输出端与所述控制模块(3)的数据输入端连接，所述控制模块(3)的控制信号输出端分别与进料泵(1)、搅拌桨驱动电机(15)、转筒驱动电机(14)、电极(8)的控制信号输入端连接。2.根据权利要求1所述的化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置，其特征在于：所述搅拌桨(6)为刮刀式搅拌桨，所述刮刀式搅拌桨的桨叶为螺旋式搅拌桨叶，所述桨叶末端为带弧形坡口的刮刀式结构。3.根据权利要求2所述的化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置，其特征在于：所述桨叶末端的刀锋距离转筒(4)内壁平均距离在2～5mm之间。4.根据权利要求1所述的化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置，其特征在于：所述转筒(4)体积为50～500l，高径比在1:0.5～1:2之间，所述转筒(4)与反应釜(2)内壁间隙为10～50mm。5.根据权利要求1所述的化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置，其特征在于：所述转筒(4)为平均口径在0.5～1μm的金属烧结滤网结构。6.根据权利要求1所述的化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置，其特征在于：所述电极(8)设置于反应釜(2)底部。7.一种如权利要求1～6中任意一项所述的化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过进料泵(1)将第一反应液经原料进液口(9)加入至反应釜(2)的转筒(4)中，然后加入ph调节液；步骤2，通过进料泵(1)以恒定速度将第二反应液经原料液进口加入反应釜(2)的转筒(4)中，调节导热油(7)至老化温度，通过控制模块(3)调节搅拌桨(6)的搅拌速率至第一搅拌速率、转筒(4)的转动速率至第一转动速率，以得到最佳的老化搅拌速度；步骤3，老化结束后，封闭反应釜(2)所有管口，调节导热油(7)温度至第一温度，对反应液进行晶化处理；步骤4，晶化结束后，打开排水口，调节转筒(4)转动速率至第一转动速率，将晶化完成后的残液经排水口排出，残液排净后从产物洗涤液进口(10)加入去离子水，调节搅拌桨(6)搅拌速率至第一搅拌速率、转筒(4)的转动速率至第一转动速率，对反应产物进行洗涤，使反应产物中残留的阴阳离子通过排水口排出，然后再从产物洗涤液进口(10)加入甲醇，调节搅拌桨(6)搅拌速率至第一搅拌速率、转筒(4)的转动速率至第一转动速率，对反应产物进行洗涤，分别用去离子水和甲醇反复洗涤多次；步骤5，洗涤结束后，经转筒(4)离心甩干所得的滤饼均匀贴合在转筒(4)滤网内壁上，调节导热油(7)温度至第二温度并打开气体出口(11)，对滤饼进行烘干，烘干完毕后用热氮气从排液口(12)对转筒(4)外壁进行反吹，并调节搅拌桨(6)搅拌速率至第二搅拌速率、转
筒(4)的转动速率至第二转动速率，使催化剂从转筒(4)内壁充分脱落成细粉状态。8.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于：所述第一转动速率为100～200rpm，第二转动速率为50～100rpm。9.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于：所述第一搅拌速率为300～500rpm，第二搅拌速率为100～200rpm。10.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于：所述第一温度为180～200℃，第二温度为200～220℃。

技术总结

本发明涉及化学沉淀催化剂制备技术领域，具体涉及一种化学沉淀法制备锰基催化剂的反应装置及使用方法。包括进料泵、反应釜和控制模块，反应釜内设有转筒，反应釜外设有夹套，转筒内设有搅拌桨，反应釜下部设有排液口，夹套内设有导热油和用于对导热油加热的电极，夹套上设有温度传感器，进料泵与原料进液口连通，温度传感器的数据输出端与控制模块的数据输入端连接，控制模块的控制信号输出端分别与进料泵、搅拌桨驱动电机、转筒驱动电机、电极的控制信号输入端连接。本装置可以维持反应稳定性，降低洗涤水温度的变化对晶体成型的影响，使反应更加精准，其自动化程度高，简化制备工艺流程的同时提高了制备效率。艺流程的同时提高了制备效率。艺流程的同时提高了制备效率。