CS199168B1

CS199168B1 - Tubular reactor

Info

Publication number: CS199168B1
Application number: CS445678A
Authority: CS
Inventors: Josef Sulc; Ivan Harmaniak; Vladimir Severa; Frantisek Kysilka; Jan Surovec
Original assignee: Josef Sulc; Ivan Harmaniak; Vladimir Severa; Frantisek Kysilka; Jan Surovec
Priority date: 1978-07-05
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1980-07-31

Description

Vynález se týká trubkového reaktoru.pro neutralizaci čpavkové vody nebo amoniakátu kyselinami.The invention relates to a tubular reactor for neutralizing ammonia water or ammonia with acids.

V průmyslovém měřítku se většinou amoniak neutralizuje roztoky kyselin tak, že se s nimi uvádí do styku plynný nebo zkapalněný. K neutralizaci se používají míchané reaktory se zádrží anebo v poslední době trubkové reaktory.On an industrial scale, most of the ammonia is neutralized by acid solutions by contacting them with gaseous or liquefied. Stirred reactors with latches or, more recently, tubular reactors are used for neutralization.

Je-li třeba neutralizovat vodný- roztok amoniaku - čpavkovou vodu a to buS samotnou nebo obsahující další rozpuštěné soli - amoniakáty, používá se dosud jen míchaný reaktor se zádrží. Jsou-li koncentrace čpavkové vody a kyseliny tak vysoké, že by uvolněným reakčním teplem došlo k úplnému odpaření v obou použitých látkách obsažené vody, odvádí se nadbytečné teplo přídavkem dalšího množství vody, takže z reaktoru se. odebírá roztok * amonné soli, případně suspenze amonné soli v roztoku s potřebnou koncentraci a teplotou.If it is necessary to neutralize the aqueous ammonia solution - ammonia water, either alone or containing other dissolved salts - ammonia, only the stirred reactor with the reactor is used. If the concentrations of ammonia water and acid are so high that the released reaction heat would completely evaporate the water contained in the two substances used, the excess heat is removed by adding additional water so that the reactor is removed. the ammonium salt solution or the suspension of the ammonium salt in solution at the required concentration and temperature is taken.

Při neutralizaci plynného amoniaku kyselinami v trubkovém reaktoru (v literatuře se používá rovněž výraz T-reaktor) se obě látky přivádějí do něj tryskami, vzájemně postavenými kolmo. Vlastní trubice reaktoru, kde dochází ke smísení a zreagování obou látek je položena vodorovně nebo svisle. Tryska plynného amoniaku a trubka reaktoru jsouIn the neutralization of ammonia gas by acids in a tubular reactor (the term T-reactor is also used in the literature), both substances are introduced into it by nozzles arranged at right angles to each other. The reactor tube itself, where both substances are mixed and reacted, is laid horizontally or vertically. The ammonia gas nozzle and reactor tube are

199 168 , > · · . · . J souosé, osa trysky kyseliny při vodorovném uspořádání reaktoru leží re ^vodorovné rovině proložené osou reaktoru*199 168,> · ·. ·. Coaxial, the axis of the acid nozzle in the horizontal configuration of the reactor lies in a horizontal plane interspersed with the axis of the reactor.

Při neutralizaci kapalného amoniaku kyselinami je osa trysky amoniaku opět totožná s podélnou osou trubkového reaktora. Kyselina se uvádí několika tryskami umístěnými po obvodu kolem trysky amoniaku. Jejich osy jsou rovnoběžné s osou reaktoru, popřípadě uspořádány tangenciálně. Při činnosti trubkového reaktoru je paprsek tryskajícího kapalného amoniaku obklopen paprsky kyseliny^ Amoniak se misi a reaguje s kyselinou za vzniku páro·· kapalinové směsi, tvořené přehřátou párou a taveninou, případně roztokem nebo suspenzí příslušné amonné-soli. Tato směs tryská z reaktoru vysokou rychlostí. Ke Sníženi rychlosti směsí páry a kapaliny se používá v trubkovém reaktoru spirálová vestavba. Po výstupu z realrtoru se parokapallnová směs vede k dalšímu zpracováni.In neutralizing the liquid ammonia with acids, the axis of the ammonia nozzle is again identical to the longitudinal axis of the tubular reactor. The acid is introduced by several nozzles located circumferentially around the ammonia nozzle. Their axes are parallel to the reactor axis, respectively arranged tangentially. In the operation of the tubular reactor, the jet of liquid ammonia jet is surrounded by acid streams. This mixture jets from the reactor at high speed. In order to reduce the velocity of the steam-liquid mixtures, a spiral installation is used in the tubular reactor. Upon exiting the realrtor, the parocapallin mixture is further processed.

Použije-li se tento reaktor pro neutralizaci čpavkové vody nebo amoniaku, je stupeň využiti amoniaku nízký, až polovina jej odchází do odplynŮ.When this reactor is used to neutralize ammonia water or ammonia, the degree of utilization of ammonia is low until half goes to the flue gas.

Experimentálně bylo zjištěno, že po provedeni určitých úprav lze i k neutralizaci čpavkové vody nebo amoniakátů kyselinami použít trubkový reaktor podle vynálezu. Předmětem vynálezu je trubkový reaktor pro neutralizaci čpavkové vody nebo amoniakátů kyselinami jako je například kyselina fosforečná, sírová, dusičná nebo jejich směsi, sestávající z reakční trubky opatřené na jednom konci hlavicí s tryskami pro přívod obou kapalin, přičemž tryska pro přívod čpavkové vody nebo amoniakátů je v ose reakční trubky, jehož podstatou je, že proti středové trysce pro přívod amoniakátů nebo čpavkové vody je v ose reakční trubky uspořádán směšovací kužel, jehož vrohol je uložen proti středové trysce a je od ni ve vzdálenosti rovné 0,2 až 2 násobku průměru reakční trubky, přičemž směšovací kužel s nosnou 'konstrukci zaujímá 15 až 30 % ze světlého průřezu reakční trubky. Podstatou trubkového reaktoru podle předkládaného Vynálezu je rovněž to, že jeho směšovací kužel má vrcholový úhel v rozmezí 55 až 57°.It has been found experimentally that, after certain treatments, the tubular reactor according to the invention can also be used to neutralize ammonia water or ammonia with acids. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a tubular reactor for neutralizing ammonia water or ammonia with acids such as phosphoric, sulfuric, nitric or mixtures thereof, consisting of a reaction tube provided at one end with a nozzle for supplying both liquids, the nozzle for ammonia water or ammonia being in the axis of the reaction tube, which is based on the fact that a mixing cone is arranged in the axis of the reaction tube opposite the central nozzle for the supply of ammonia or ammonia water, the angle of which is located opposite the central nozzle and spaced from it The mixing cone with the supporting structure occupies 15 to 30% of the clear cross-section of the reaction tube. The essence of the tubular reactor of the present invention is also that its mixing cone has an apex angle in the range of 55 to 57 °.

\ ·\ ·

Úprava trubkového reaktoru spočívá tedy v zabudování směšovacího kužele proti ústi trysek pro přivoď obou kapalin, tj· kyseliny a čpavkové vody nebo amoniakátů, což umožňuje provádět neutralizaci s výtěžkem nad 96 %· .Thus, the treatment of the tubular reactor consists in incorporating a mixing cone against the mouth of the nozzles for supplying both liquids, i.e. acid and ammonia water or ammonia, which makes it possible to carry out neutralization with a yield of over 96%.

Trubkový reaktor může pracovat ve svislé i vodorovíxé poloze. Vzhledem k nutnosti častého čištěni hlavice s tryskami při práci ve evislé poloze a to zvláště při zpracováni amoniakátů je výhodnější vodorovné uspořádáni.The tubular reactor can be operated both vertically and horizontally. Due to the necessity of frequent cleaning of the nozzle head when working in the vertical position, especially in the treatment of ammonia, a horizontal arrangement is preferable.

Středová tryska slouží ke vstupu čpavkové vody nebo amoniakátů, dalšími tryskami po obvodu se do reakční trubky uvádí kyselina. Počet a rozměry trysek jsou dány vlastnostmi a množstvím zpraoóvávahýoh surovin. Optimální^řešení pro zpracováni koncentrovanýoh čpavkovýoh vod a kyselin jsou jedna tryska na čpavkovou vodu a dvě trysky na kyselinu, jejichž osy při vodorovném uspořádání oelého trubkového reaktoru podle vynálezu procházejí vodorovnou rovinou souměrnosti hlavice» Umístění trysek ve svislé rovině souměrnosti hlavice vede ke stejným obtížím jako umístění celého reaktoru ve svislé poloze.The central nozzle is used to enter ammonia water or ammonia; The number and dimensions of the nozzles are determined by the properties and quantity of the correct raw materials. The optimum solution for the treatment of concentrated ammonia water and acids is one ammonia water nozzle and two acid nozzles whose axes in the horizontal arrangement of the tubular reactor of the invention pass through the horizontal plane of symmetry of the head. placing the entire reactor in a vertical position.

Osy trysek kyseliny nemusí být rovnoběžné s osou trysky čpavkové vody ale k ní skloněny pod úhlem 2 až 9°, s výhodou 6°. Rovněž tangenciální vstup kyseliny vzhledem k proudu čpavkové vody je možný.The axis of the acid nozzles need not be parallel to the axis of the ammonia water nozzle but inclined thereto at an angle of 2 to 9 °, preferably 6 °. A tangential acid input with respect to the ammonia water stream is also possible.

Nahrazení středové trýsky pro přívod čpavkové vody či amoniakátů několika tryskami umístěnými kolem podélné osy souměrnosti hlavice je možné, nepřináší však žádný příznivý efekt.Replacing the center nozzle for the supply of ammonia water or ammonia with several nozzles located around the longitudinal axis of symmetry of the head is possible, but does not have any beneficial effect.

Směšovací kužel je umístěn v ose reakční trubky, svým vrcholem směřuje proti ústí . v trysek, a je pevně spojen s hlavicí s tryskami, například pomocí křížového držáku. Hlavice s tx'yskami i směšovacím kuželem je vyjímatelná vzhledem k nutnosti občasného čištěni , například Ix týdně. Směšovací kužel včetně jeho nosné konstrukce nesmi pg délce reakční trubky nikde zaujímat více než JO % ze světlého průřezu reakční trubky, optimálním se jeví hodnota 18 %. Při překročení JO % by docházelo k velké tlakové ztrátě, při hodnotách pod 15 % by došlo k pronikavému zhoršení směšovací funkce kužele.The mixing cone is located in the axis of the reaction tube, with its apex facing the mouth. in the nozzles, and is rigidly connected to the nozzle head, for example by means of a cross holder. The head with both the nozzles and the mixing cone is removable due to the need for occasional cleaning, for example once a week. The mixing cone, including its supporting structure, must not occupy more than 10% of the reaction tube's clear cross-sectional area, with a value of 18% being optimal. Exceeding JO% would result in a large pressure loss, and below 15%, the cone mixing function would be severely impaired.

Vzdálenost vrcholu směšovacího kužele od trysek je rovněž dána požadavky na jeho správnou směšovací funkci.The distance of the top of the mixing cone from the nozzles is also determined by the requirements for its proper mixing function.

Samotný směšovací kužel a trysky jsou s výhodou zhotoveny z teflonu, hlavice včet- , ně reakční trubky z legované oceli.The mixing cone and nozzles themselves are preferably made of Teflon, the head including the reaction tube of alloy steel.

Na přiloženém výkresu je na obr. 1 znázorněn řez trubkovým reaktorem podle vynálezu a na obr. 2 detail rozmístění trysek.In the accompanying drawing, FIG. 1 shows a cross-section of a tubular reactor according to the invention and FIG. 2 shows a detail of the nozzle arrangement.

Příklad provedeníExemplary embodiment

Trubkový reaktor sestává z vlastní' reakční trubky 1, s vestavěnou hlavicí 2, která je po svém obvodu opatřena tryskami £ pro přívod kyseliny a středovou tryskou 4 pro přívod amoniakátů nebo čpavkové vody. V reakční trubce 1 je dále souměrně uspořádán směšovací kužel 5., který je svým vrcholem obrácen proti středové trysce 4 pro přívod amoniakátů či amoniaku a je v ose této středové trysky 4. V nehybné poloze je směšovací kužel 2 držen nosnou konstrukcí 6. Trubkový reaktor je dále opatřen potrubím £ pro přívod, čpavkové vody nebo amoniakátů a potrubím 8 pro přívod kyseliny. Čpavková voda nebo amoiakát se dodává do potrubí £ a kyselina do potrubí £ dávkovacími čerpadly pod tlakem 200 až 25Ο kPa. Proudy obou kapalin vystupující z trysek J a středové trysky & dopadají na směšovací kužel kde dochází ke smísení a chemické reakci. Reagující hmota je pak v důsledku své hybnosti stržena z kuželové plochy a dopadá na stěny reakční trubky 1.The tubular reactor consists of the reaction tube 1 itself, with a built-in head 2, which is provided on its periphery with nozzles 6 for supplying acid and a central nozzle 4 for supplying ammonia or ammonia water. Further, a mixing cone 5 is symmetrically arranged in the reaction tube 1, its apex facing the central nozzle 4 for the supply of ammonia or ammonia and in the axis of the central nozzle 4. In the stationary position, the mixing cone 2 is held by the support structure 6. it is further provided with a line 8 for supply, ammonia water or ammonia and a line 8 for supplying acid. Ammonia water or amoiacate is supplied to line 6 and acid to line 6 by metering pumps at a pressure of 200 to 25Ο kPa. The streams of both liquids emerging from the nozzles J and the central nozzles < ' > reach the mixing cone where mixing and chemical reaction occur. Due to its momentum, the reacting mass is pulled from the conical surface and impinges on the walls of the reaction tube 1.

Zde se dokončí chemická reakce. Vzniklá směs přehřáté pářy a kapaliny pak postupuje dále reakční trubkou .1 a na jejím konci vystupuje jedním nebo více otvory k dalšímu zpraoovéní. ( .Here the chemical reaction is completed. The resulting mixture of superheated steam and liquid is then passed through the reaction tube 1 and, at the end thereof, passes through one or more openings for further processing. (.

IAND

Rozměry trubkového reaktoru, stejně jako použití vestavby k usměrnění proudu reakčníeh zplodin se řídí množstvím zpracovávaných surovin a potřebnou teplotou a tlakem reakčních zplodin. Tak například pro<yýrobu 40 tun NPK hnojiva/h je zapotřebí dvou trubkových reaktorů průměru 160 mm a délky 4 850 mm. Nástřikuje se, 9,6 t/h amoniakátu aThe dimensions of the tubular reactor, as well as the use of an inlet to direct the stream of reaction fumes, are controlled by the amount of feedstock to be treated and the required temperature and pressure of the flue gases. For example, to produce 40 tons of NPK fertilizer / h, two tubular reactors with a diameter of 160 mm and a length of 4850 mm are required. Injection of 9.6 t / h of ammonia a

5,6 t kyeeliny sírové 92%ní/b. . ¹ 5.6 t sulfuric acid 92% ni / b. . ¹

Trubkový reaktor podle vynálezu lze využít při výrobě granulovaných vícesložkových hnojlv.The tubular reactor according to the invention can be used in the production of granular compound fertilizers.

Claims

A tubular reactor for neutralizing ammonia water or ammonia with an acid, such as phosphoric, sulfuric, nitric acid and mixtures thereof, consisting of a reaction tube provided at one end with a nozzle for supplying both liquids, the nozzle for supplying ammonia water or ammonia. is in the axis of the reaction tube, characterized in that a mixing cone (5) is arranged in the axis of the reaction tube (1) opposite the central nozzle (4) for supplying ammonia or ammonia water, the apex of which is positioned opposite the central nozzle (4); it is at a distance of 0.2 to 2 times the diameter of the reaction tube (1), wherein the mixing cone (5) with the support structure (6) occupies 15 to 50% of the clear cross-section of the reaction tube (1).

A tubular reactor according to claim 1, characterized in that the mixing cone (5) has an apex angle in the range of 55 to 57 °.