РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПУЛЬПЫ ФОСФАТОВ АММОНИЯ
REACTOR TO PRODUCE AMMONIUM PHOSPHATE PULP

Изобретение относится к аппаратурному оформлению химических процессов в газожидкостной среде, а именно к конструкции газожидкостного реактора, используемого, например, при получении пульпы фосфатов аммония
В настоящее время известны газожидкостные реакторы (группа изобретений):
патент РФ №2442643, кл. В01J 10/00, опубл. 20.02.2012 г., патент РФ №2447932, кл. В01J 10/00, опубл. 27.01.2012 г., выложенная заявка РФ №2010130972, кл. В01J 10/00, опубл. 27.01.2012 г.
Однако описанные в выше приведенных источниках реакторы пригодны только для двухкомпонентных потоков.
Известен также аппарат для контактирования газа и жидкости, защищенный патентом РФ №2223841, кл. В01F 5/10, опубл. 20.02.2004 г.
Данный аппарат не может быть использован в производстве минеральных удобрений, а конкретно для получения пульпы фосфатов аммония, из-за наличия в его конструкции насадки (вертикальных и горизонтальных пластин). На них пульпа будет осаждаться и налипать, что ухудшает гидродинамику, а затем приводит к полной остановке аппарата.
В настоящее время в промышленности используются эффективные аппараты.
Так, в авт. свид. СССР №525461, кл. В01J 1/00, опубл. 25.08.1976 г. описана установка для нейтрализации и выпаривания кислот, содержащая реакционную камеру, сепаратор с циркуляционной трубой, устройства для ввода и вывода реагентов. Сепаратор снабжен расположенным в нижней части патрубком для вывода пульпы и переливной камерой, соединенной с циркуляционной трубой и снабженной соплом для совместной подачи кислоты и аммиака и соединена с циркуляционной трубой через теплообменник.
Недостатком этого реактора является совместная подача (в одну точку) кислоты и аммиака, что при использовании двух кислот потребует предварительного смешения их в дополнительном аппарате. Кроме того, кислоты без разбавления пульпой аммонизируются с большим локальным выходом тепла, что приводит к образованию паровых пузырей, нарушающих целостность жидкостного потока и проскок (потери) непрореагировавшего аммиака.
Наиболее эффективным аппаратом для нейтрализации кислот аммиаком и получения пульпы фосфатов аммония является скоростной аммонизатор-испаритель, взятый нами за прототип.(«Технология фосфорных и комплексных удобрений» под редакцией С.Д. Эвенчика и А.А. Бродского. М. «Химия». 1987 г. с.200-201). Данный реактор включает реакционную трубу, тангенциально входящую в сепаратор, состоящий из цилиндрической и конической части, а также циркуляционную трубу. Реактор включает устройства ввода и вывода компонентов, а именно, патрубки ввода фосфорной кислоты, аммиака и пара и патрубки вывода пульпы фосфата аммония и пара.
Недостатком данного реактора для нейтрализации кислот аммиаком является то, что несмотря на высокую часовую производительность, реактор при длительной работе достаточно часто останавливают на чистку.
Это происходит из-за того, что при использовании сильных кислот (серная, азотная) возникает пульсационный режим с выбросом пульпы, которая налипает на стенки сепаратора, что заставляет останавливать аппарат и проводить его чистку. Все это, естественно, делает работу нестабильной и снижает мощность (годовую производительность) технологической системы в целом.
Нами была поставлена задача создать надежный реактор, конструкция которого позволила бы значительно увеличить его межостановочный пробег.
Задача решена в предложенной конструкции реактора, включающей реакционную трубу, тангенциально входящую в сепаратор, состоящий из цилиндрической и конической части, и циркуляционную трубу, а также патрубки ввода фосфорной кислоты, аммиака, острого пара и патрубки вывода пульпы фосфатов аммония и пара. Реактор дополнительно содержит патрубок ввода серной или азотной кислоты, установленный в конической части сепаратора ниже патрубка вывода пульпы на расстоянии 0,5-1,5 его диаметра и смещенный в сторону горизонтального движения жидкости не менее, чем на два диаметра патрубка вывода пульпы.
На рис.1 представлен общий вид реактора.
Реактор состоит из реакционной трубы 1, сепаратора 2, снабженного патрубком вывода пара 3 и выводом пульпы фосфата аммония 4. На коническом днище сепаратора расположен патрубок 5 ввода серной (азотной) кислоты. Реакционная труба соединена с циркуляционной трубой 6, на которой установлены патрубки ввода фосфорной кислоты 7 и острого пара 8. Реакционная и циркуляционные трубы соединены коленом 9, на котором установлен патрубок для ввода аммиака 10.
Реактор работает следующим образом: в циркуляционную трубу 6 через патрубок 7 подается фосфорная кислота, а через установленный на соединительном колене 9 патрубок 10 - аммиак. При взаимодействии этих компонентов образуется пульпа фосфатов аммония и выделяется большое количество тепла, за счет которого часть воды превращается в пар. Парожидкостная эмульсия в реакционной трубе менее плотная, чем жидкость в циркуляционной трубе, за счет чего в аппарате возникает направленное движение обрабатываемых веществ от циркуляционной трубы 6 к реакционной трубе 1 и далее в сепаратор 2. Тангенциальный ввод потока в сепаратор позволяет обеспечить достаточно большую поверхность испарения и высокую скорость таегенциального движения, то есть турбулизацию и перемешивание потока, в которой через патрубок 5 дозируется малое (по сравнению с количеством фосфорной кислоты) количество серной (азотной) кислоты. Образующийся пар выходит через патрубок 3, а избыток пульпы - из патрубка 4. Остальная пульпа смешивается с серной (азотной) кислотой, по циркуляционной трубе поступает на смешение с фосфорной кислотой и далее на смешение с аммиаком.
При получении фосфатов аммония для улучшения химического состава (для балансирования содержания питательных веществ в удобрении) и гранулометрического состава (для стабилизации процесса гранулирования) в продукт добавляется серная (азотная) кислота. Без предварительного смешения в контакт с аммиаком поступает то одна, то другая кислота, то есть происходит неравномерное выделение тепла, что приводит к пульсации и неустойчивому режиму работы аппарата. Для равномерного смешения этих кислот можно использовать отдельный смеситель.
Предложенная конструкция позволяет совместить равномерное перемешивание разных кислот и их аммонизацию в одном аппарате. Это достигается тем, что серную (азотную) кислоту, количество которой значительно меньше, чем количество фосфорной кислоты, дозируют в активно перемешиваемую нейтральную пульпу, с последующим смешением ее с фосфорной кислотой и аммонизацией.
Для этого патрубок серной (азотной) кислоты располагают на коническом днище, где движение жидкости достаточно интенсивно, а высота слоя жидкости больше, чем в сепараторе, под сливным патрубком и на удалении от него по горизонтальному ходу жидкости, во избежание попадания непрореагировавшей с аммиаком кислоты в продукт.
Установка этого патрубка должна быть в строго определенном месте, так как уменьшение заглубления патрубка серной (азотной) кислоты менее 0,5 диаметра сливного патрубка приводит к захвату части кислоты сливающимся продуктом, что недопустимо из-за возрастания его кислотности. Увеличение заглубления более, чем на 1,5 диаметра удаляет ввод серной кислоты от наиболее интенсивного вращательного движения потока, что ухудшает ее перемешивание с пульпой и не обеспечивает равномерной аммонизации кислот. Удаление патрубка ввода серной (азотной) кислоты от сливного патрубка менее, чем на два диаметра не исключает возможности захвата неаммонизированной серной (азотной) кислоты выгружаемой пульпой, что ухудшает качество продукта.
Использование предложенного реактора в промышленности позволяет увеличить эффективный фонд рабочего времени реактора с 6000 ч/год до 7200 ч/год.