Результат интеллектуальной деятельности: ТРУБЧАТЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПУЛЬПЫ ФОСФАТОВ АММОНИЯ

Изобретение относится к реакторам, в которых происходит смешение и взаимодействие реагентов с образованием пульпы фосфатов аммония - полупродукта для получения минеральных удобрений, широко используемых в сельском хозяйстве.

В настоящее время наиболее распространенным реактором для этих целей являются так называемые трубчатые реакторы в силу простоты и эффективности их конструкции.

Так, например, известна конструкция трубчатого реактора, состоящая из трубы, в которую входит вторая труба. Внутренняя труба оснащена патрубком для подачи аммиака, а внешняя - кислоты. На выходе образовавшейся в реакторе пульпы установлен раструбный переходный патрубок. Реактор целиком изготовлен из стали 06ХН28МДТ (В.Н.Кочетков «Производство жидких комплексных удобрений», М., Химия, 1978. С.212-213).

К недостаткам этой конструкции относится малоинтенсивное перемешивание кислоты и аммиака на начальном участке их контакта, что приводит к проскоку непрореагировавшего аммиака, т.е. усложняет работу абсорбционного оборудования.

Этот недостаток устранен в аппарате для смешения, который по сути дела также является трубчатым реактором. Аппарат, предназначенный в том числе и для смешивания жидкости с газом, содержит корпус с патрубками и размещенные в корпусе рассекатель и камеру смешения, внутренняя поверхность которой имеет кольцевые выступы с плавно очерченным профилем, имеющим определенный шаг и высоту выступов. Недостатком этой конструкции является налипание образующейся пульпы на поверхность камеры смешения (Авторское свид. №1085620, кл. B01F 5/00).

Известен также смеситель-реактор, состоящий из корпуса с форсункой и поперечными перегородками с отверстиями, между которыми размещены втулки, корпус содержит завихрители потока, размещенные между перегородками, а отверстия в одних перегородках размещены в центре, а в других перегородках - на периферии, при этом отверстия на периферии выполнены с наклоном к плоскости перегородки. Недостатком такого аппарата является налипание пульпы на втулки и завихрители, зарастание отверстий, делающее аппарат неработоспособным (Авторское свид. №1156721, кл. B01F 5/00).

Наиболее близким к предлагаемой конструкции по технической сущности и достигаемому результату является трубчатый реактор, включающий корпус с коаксиально расположенным в нем устройством, подводящим аммиак, патрубок, подводящий кислоту, и находящееся на конце корпуса сопло для выхода пульпы. Аппарат состоит из двух коаксиально расположенных труб, из которых во внутреннюю трубу подается аммиак, через патрубок во внешнюю трубу вводится фосфорная кислота. В выходном патрубке установлена шайба. По направлению к аммиачному патрубку из шайбы отходят два или более заборных патрубков длиной (0,3-l)D_an, причем располагаются они в поперечном сечении аппарата на расстоянии (0,2-0,4)D_an от оси. По направлению к выходу из аппарата к шайбе примыкает многозаходное спиральное лопастное устройство, имеющее заходность, равную числу заборных патрубков. Спираль фиксируется относительно шайбы в таком положении, что лопасти ее проходят по оси заборных патрубков (Авт. свид. СССР №1084054, B01F 3/04; B01F 5/00).

К недостаткам такого аппарата относится трудность эксплуатации из-за необходимости чистки от инкрустаций внутренней насадки реактора. Такие аппараты эффективны только для растворов.

Задачей изобретения является разработка реактора, который позволяет при той же эффективности смешивания реагентов миминизировать возможность налипания образующейся пульпы на внутреннюю насадку и корпус реактора. При образовании пульп смешение в реакторе должно достигаться не за счет конфигурации корпуса и насадки, а за счет трения о стенки и энергии истекающих в реактор струй аммиака.

Поставленная задача решена в предлагаемой конструкции трубчатого реактора для производства пульпы фосфатов аммония, включающей корпус с коаксиально расположенным в нем устройством, подводящим аммиак, патрубок, подводящий кислоту, и находящееся на конце корпуса сопло для выхода пульпы, в котором устройство, подводящее аммиак, выполнено в виде патрубка с установленным на конце распределителем. Часть распределителя снабжена наружной резьбой и соединена с патрубком подвода аммиака, а часть, не входящая в патрубок, перфорирована отверстиями, длина которых не менее двух диаметров отверстия, причем угол наклона осей отверстий к оси реактора составляет 45-90 град. по направлению к соплу выхода пульпы из корпуса.

Целесообразно распределитель выполнять из материала, неадгезивного к образующейся пульпе и имеющего коэффициент линейного расширения в 5-15 раз больший, чем у материала подводящего патрубка аммиака.

На чертеже представлен продольный разрез трубчатого реактора, который состоит из корпуса (1), на конце которого расположено сопло (2) для выхода пульпы, патрубка (3), подводящего кислоту, крышки (4) с расположенным коаксиально корпусу устройством, подводящим аммиак, включающим патрубок подвода аммиака (5) и распределитель аммиака (6).

Реактор работает следующим образом. Аммиак, поступающий через патрубок (5), входит в распределитель (6) и через имеющиеся в нем отверстия истекает внутрь корпуса (1) реактора, куда через патрубок (3) поступает фосфорная или (и) серная кислота. Конфигурация и направление отверстий распределителя позволяют создать струи аммиака, достигающие стенок реактора, что приводит к интенсивному перемешиванию и взаимодействию кислоты и аммиака не только у распределителя аммиака, но и по всему объему реактора. Образующаяся пульпа фосфатов аммония не налипает на распределитель, а отдувается от него струями аммиака. Образовавшаяся пульпа через сопло (2) удаляется из реактора.

Сущность изобретения: распределитель в трубчатом реакторе снабжен наружной резьбой и соединен с патрубком аммиака, что позволяет при увеличении температуры в реакторе сохранить прочное соединение деталей устройства для введения аммиака, то есть резьба распределителя, расширяется значительно больше, чем наружный патрубок и конструкция не разрушается. Большое значение для конструкции имеет соотношение длины и диаметра отверстий. При соотношении 2 и более обеспечивается формирование струй аммиака, направленных к стенке реактора и выходу из него. В результате интенсивное перемешивание кислоты и аммиака на начальном участке их взаимодействия происходит без использования дополнительных устройств, т.е. почти полностью исключается налипание пульпы внутри реактора.

Кроме того, в данной конструкции предусмотрен наклон осей отверстий к оси реактора 45-90°, так как при таком наклоне образующиеся струи аммиака направлены к стенкам и выходу реактора, т.е перемешивание происходит по всему объему реактора. Если угол меньше 45°, то струи аммиака распространяются слишком близко от распределителя аммиака и возможно образование на нем наростов пульпы. При угле более 90° струи аммиака тормозят движение кислоты.

Применение неадгезивного материала позволяет избежать наростов пульпы в месте истечения аммиака, резьбовой крепеж неметаллического распределителя на металлическом патрубке аммиака упрощает его замену, а разница в коэффициентах линейного расширения патрубка и распределителя обеспечивает надежное соединение деталей при увеличении температуры в реакторе. При соотношении величин этих коэффициентов менее 5 в момент пуска реактора (при атмосферном давлении в нем) возможно нарушение соединения, при соотношении более 15 и увеличении температуры возможна деформация резьбы с нарушением целостности распределителя. Крепление распределителя на патрубке ввода аммиака с использованием внутренней резьбы распределителя приводит к нарушению соединения при нагревании из-за увеличения зазора между деталями.

Использование предложенной конструкции в производстве фосфатов аммония позволяет улучшить перемешивание компонентов в реакторе, т.е. уменьшить проскок непрореагировавшего аммиака до 2% без применения устройств, способствующих образованию наростов внутри реактора. Это увеличивает пробег реактора между чистками, т.е. упрощает эксплуатацию и повышает надежность реактора. В одинаковых условиях при использовании газообразного аммиака реакторы известных конструкций останавливают на чистку через 15-25 часов. Реактор предложенной конструкции непрерывно работает до 6 суток.

Кроме того, если применяются неадгезивные материалы, то из-за малой теплопроводности фторопласта значительно уменьшается температура патрубка аммиака, в особенности зоны входа кислоты, что также увеличивает межремонтный пробег.