close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY17004

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2013.04.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 17004
(13) C1
(19)
B 01D 1/22
B 01J 19/26
(2006.01)
(2006.01)
РЕАКТОР СИНТЕЗА СУЛЬФАТА АММОНИЯ В ЖИДКОЙ ФАЗЕ
(21) Номер заявки: a 20101219
(22) 2010.08.13
(43) 2012.04.30
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Гродно Азот" (BY)
(72) Авторы: Сиротин Андрей Вячеславович; Иванов Геннадий Борисович; Петров Виктор Евгеньевич;
Житкевич Сергей Аркадьевич; Лакомкин Александр Андреевич; Окушко Сергей Кузьмич; Обухов Виктор
Николаевич; Леонов Олег Владимирович; Куделя Валерий Васильевич (BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "Гродно Азот" (BY)
(56) Производство капролактама. Под редакцией В.И. Овчинникова и др.
Москва, Химия, 1977, с. 163.
RU 2095134 C1, 1997.
RU 2005536 C1, 1994.
SU 1053871 A, 1983.
BY 17004 C1 2013.04.30
(57)
1. Реактор синтеза сульфата аммония в жидкой фазе, содержащий вертикальный цилиндрический корпус со слоем жидкой фазы, закрытый верхней и нижней крышками, на
боковой поверхности которого в верхней части размещен штуцер вывода продукта, в
верхней крышке размещены штуцеры ввода сырья и линия ввода циркуляционной смеси,
а в нижней крышке размещена линия вывода циркуляционной смеси, отличающийся тем,
что внутри вертикального цилиндрического корпуса в слое жидкой фазы по оси и с зазором относительно него установлено статическое смесительное устройство, выполненное в
Фиг. 1
BY 17004 C1 2013.04.30
виде верхнего и нижнего усеченных конусов, соединенных между собой цилиндрической
обечайкой, при этом верхний усеченный конус установлен вершиной вниз, а штуцеры
ввода сырья и циркуляционной смеси содержат опускные трубы, заглубленные нижним
концом в пространство верхнего усеченного конуса, при этом опускная труба циркуляционной смеси на своем конце снабжена сопловыми насадками.
2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что опускные трубы ввода сырья снабжены
сопловыми насадками.
3. Реактор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в зазоре между вертикальным цилиндрическим корпусом и верхним усеченным конусом жестко размещены однонаправленные пластины с перекрытием в плане.
Изобретение относится к аппаратам химической технологии и может применяться в
качестве реактора синтеза в процессах утилизационной переработки технологических отходов, например серной кислоты из нефтеперерабатывающего производства, с получением минерального удобрения - сульфата аммония в виде раствора.
Прототипом реактора синтеза сульфата аммония в жидкой фазе выбрано устройство,
содержащее вертикальный цилиндрический корпус со слоем жидкой фазы, закрытый
верхней и нижней крышками, на боковой поверхности которого в верхней части размещен
штуцер вывода продукта, в верхней крышке размещены штуцеры ввода сырья и линия
ввода циркуляционной смеси, а в нижней крышке размещена линия вывода циркуляционной смеси [1].
Основным недостатком известного реактора является низкая производительность.
Низкая производительность ректора обусловлена недостаточно эффективным смешиванием реагентов (сырья) в рабочем объеме реактора из-за того, что он выполнен полым, поэтому в нем отсутствуют конструктивные и режимные (гидродинамические) условия для
эффективного контакта реагентов путем смешивания.
Задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение производительности реактора синтеза при сохранении качества продукта.
Поставленная задача решается в реакторе синтеза сульфата аммония в жидкой фазе,
содержащем вертикальный цилиндрический корпус со слоем жидкой фазы, закрытый
верхней и нижней крышками, на боковой поверхности которого в верхней части размещен
штуцер вывода продукта, в верхней крышке размещены штуцеры ввода сырья и линия
ввода циркуляционной смеси, а в нижней крышке размещена линия вывода циркуляционной смеси, в котором, согласно изобретению, внутри вертикального цилиндрического
корпуса в слое жидкой фазы по оси и с зазором относительно него установлено статическое смесительное устройство, выполненное в виде верхнего и нижнего усеченных конусов, соединенных между собой цилиндрической обечайкой, при этом верхний усеченный
конус установлен вершиной вниз, а штуцеры ввода сырья и циркуляционной смеси содержат опускные трубы, заглубленные нижним концом в пространство верхнего усеченного конуса, при этом опускная труба циркуляционной смеси на своем конце снабжена
сопловыми насадками. Опускные трубы ввода сырья снабжены сопловыми насадками. В
зазоре между вертикальным цилиндрическим корпусом и верхним усеченным конусом
жестко размещены однонаправленные пластины с перекрытием в плане.
Существенность отличий изобретения заключается в следующем.
Внутри вертикального цилиндрического корпуса в слое жидкой фазы по оси и с зазором относительно него установлено статическое смесительное устройство. Наличие смесительного устройства повышает производительность реактора при сохранении его
рабочего объема и его габаритов. Так как смесительное устройство выполнено статическим, то отсутствие вращающихся элементов обеспечивает его высокую эксплуатацион2
BY 17004 C1 2013.04.30
ную надежность. Размещение смесительного устройства с зазором относительно корпуса
обеспечивает наличие циркуляции реакционной смеси внутри реактора, что повышает
время пребывания реагентов в реакторе и, следовательно, его производительность при сохранении рабочего объема реактора и его габаритов.
Смесительное устройство выполнено в виде верхнего и нижнего усеченных конусов,
соединенных между собой цилиндрической обечайкой, при этом верхний усеченный конус установлен вершиной вниз. Это обеспечивает переменное проходное сечение при
движении реакционной смеси, создающее участки ускорения (в верхнем усеченном конусе) и участки торможения (в нижнем усеченном конусе) в продольном движении реакционной смеси, что в условиях наличия реагентов с существенно различающейся
плотностью (водный раствор аммиака и серная кислота) позволяет существенно повысить
интенсивность смешения реагентов и, следовательно, производительность реактора.
Штуцеры ввода сырья и циркуляционной смеси содержат опускные трубы, заглубленные нижним концом в пространство верхнего усеченного конуса. Такое решение обеспечивает подачу реагентов во входную зону смесительного устройства, что повышает
эффективность использования смесительного устройства и повышает производительность
реактора.
Опускная труба циркуляционной смеси на своем конце снабжена сопловыми насадками. Наличие соплового насадка обеспечивает высокую скорость истечения из него циркуляционной реакционной смеси, при этом происходит эффект эжекции (увлечения)
реагентов, сопровождающийся их интенсивным перемешиванием, что повышает производительность реактора. Наличие нескольких сопловых насадков увеличивает количество
увлеченной жидкости и повышает кратность циркуляции смеси внутри реактора, что повышает производительность реактора при сохранении его рабочего объема и его габаритов.
Опускные трубы ввода сырья снабжены сопловыми насадками. Такое решение увеличивает скорость истечения сырья в смесительное устройство, что повышает интенсивность смешения реагентов.
В зазоре между вертикальным цилиндрическим корпусом и верхним усеченным конусом жестко размещены однонаправленные пластины с перекрытием в плане. Наличие
жестко размещенных пластин в данной зоне позволяет сохранить величину зазора постоянной, что обеспечивает стабильную и симметричную внутреннюю циркуляцию реакционной смеси. Выполнение пластин однонаправленными и с перекрытием в плане создает
пространственный завихритель, обеспечивающий закрутку циркуляционного потока, что
повышает относительную скорость радиального движения реагентов интенсивность смешения реагентов и увеличивает производительность реактора при сохранении его рабочего объема и его габаритов.
Сущность изобретения поясняется фигурами. На фиг. 1 показан общий вид реактора,
фронтальный разрез. На фиг. 2 - размещение пластин в кольцевом зазоре, разрез по А-А
фиг. 1.
Реактор синтеза сульфата аммония в жидкой фазе содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, закрытый сверху крышкой 2, снизу - крышкой 3. В верхнюю крышку 2
врезаны штуцер 4 циркуляции реакционной смеси и штуцеры ввода сырья: штуцер 5 серной кислоты, штуцер 6 водного раствора аммиака, штуцер 7 воды. Также может быть врезан штуцер 8 раствора сульфата аммония, например, для начального заполнения реактора.
В нижнюю крышку 3 врезан штуцер 9 вывода циркуляционной смеси. На боковой поверхности корпуса 1 в верхней части врезан штуцер 10 вывода продукта. Внутри вертикального цилиндрического корпуса 1 по высоте на уровне штуцера 10 имеется
поверхность раздела фаз "жидкость - газ". Внутри вертикального цилиндрического корпуса 1 по высоте ниже штуцера 10 размещено с кольцевым зазором 11 статическое смесительное устройство 12, выполненное в виде верхнего 13 и нижнего 14 усеченных конусов,
соединенных между собой цилиндрической обечайкой 15. Верхний усеченный конус 13
3
BY 17004 C1 2013.04.30
установлен вершиной вниз и жестко соединен с вертикальным цилиндрическим корпусом
1 посредством однонаправленных пластин 16, размещенных в зазоре 11 с перекрытием в
плане. Штуцер 4 содержит опускную трубу 17, снабженную на своем конце несколькими
сопловыми насадками 18, заглубленными в пространство верхнего усеченного конуса 13.
Штуцеры 5, 6 и 7 содержат опускные трубы, соответственно 19, 20 и 21, нижние концы
которых заглублены в пространство верхнего усеченного конуса 13. На нижнем конце
опускных труб 19, 20 и 21 могут быть размещены сопловые насадки, соответственно 22,
23 и 24.
Реактор синтеза сульфата аммония в жидкой фазе работает следующим образом. Через штуцер 8 происходит начальное заполнение внутреннего объема вертикального цилиндрического корпуса 1 жидкой фазой (раствором сульфата аммония) по высоте до
штуцера 10. После этого в реактор в зону верхнего конуса 13 смесительного устройства 12
подается сырье - серная кислота через штуцер 5 по опускной линии 19 и сопловой насадок
22, водный раствор аммиака через штуцер 6 по опускной линии 20 и сопловой насадок 23
и вода через штуцер 7 по опускной линии 21 и сопловой насадок 24. При истечении потоков сырья в зону верхнего усеченного конуса 13 происходит динамическое дробление потока на струи и капли, что развивает поверхность сырья и образует реагенты, т.к. потоки
могут вступать в реакционное взаимодействие между собой. Через штуцер 4 подается в
реактор циркуляционная реакционная смесь (при пуске реактора это раствор сульфата
аммония), которая проходит через опускную трубу 17 и вытекает через насадки 18 с высокой скоростью в зону верхнего усеченного конуса 13 смесительного устройства 12. За
счет высокой скорости циркуляционного потока происходит эжектирование раздробленных потоков реагентов. При этом реакционный поток по мере прохождения зоны верхнего
конуса 13 ускоряется за счет уменьшения проходного сечения, что вызывает ускорение
потока. Так как реагенты в потоке значительно различаются по плотности (плотность водного раствора аммиака почти в два раза ниже плотности серной кислоты), происходит
увеличение относительной скорости реагентов, что повышает эффективность контакта
реагентов. После прохождения зоны верхнего усеченного конуса 13 реакционный поток
достигает максимальной скорости и поступает в зону цилиндрической обечайки 15, в которой происходит эффективное смешение реагентов за счет турбулентных пульсаций с
протеканием химической реакции. После прохождения цилиндрической обечайки 15 реакционный поток поступает в зону нижнего усеченного конуса 15, где происходит торможение потока из-за возрастания проходного сечения. При этом возрастает относительная
скорость реагентов из-за их разницы в плотностях: реагенты с большей плотностью (серная кислота) опережают реагенты с меньшей плотностью (водный раствор аммиака), что
повышает эффективность контакта реагентов. После прохождения смесительного устройства 12 часть потока совершает подъемное движение в зазоре 11 между вертикальным цилиндрическим корпусом 1 и смесительным устройством 12, натекает на пластины 16 и
приобретает закрученное движение, что повышает относительную скорость реагентов в
радиальном направлении и обеспечивает взаимодействие реагентов. После прохождения
зазора 11 часть восходящего потока увлекается внутрь верхнего усеченного конуса 13 потоком циркуляционной реакционной смеси и образует таким образом контур циркуляции.
Наличие контура циркуляции увеличивает время пребывания реакционной смеси в реакторе, что повышает его производительность при сохранении рабочего объема реактора и
его габаритов. Остальной восходящий поток, представляющий собой продукт, выводится
из реактора через штуцер 10 для дальнейшей переработки, например на получение кристаллического продукта.
Использование изобретения при получении раствора сульфата аммония с концентрацией 40 мас. % позволяет повысить производительность реактора на 27 % при сохранении
рабочего объема реактора и его габаритов.
4
BY 17004 C1 2013.04.30
Источники информации:
1. Производство капролактама / Под ред. Овчинникова В.И. и Ручинского В.Р. - М.:
Химия, 1977. - С. 163, рис. 54.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
187 Кб
Теги
by17004, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа