EA022571B1

EA022571B1 - Реакционная система для получения экстракционной фосфорной кислоты

Info

Publication number: EA022571B1
Application number: EA201200883A
Authority: EA
Inventors: Анатолий Владимирович Гриневич; Андрей Алексеевич Киселев; Евгений Михайлович Кузнецов; Павел Михайлович Саликов
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2016-01-29
Also published as: EA201200883A1

Abstract

Изобретение относится к устройству реакционной системы, используемой для производства экстракционной фосфорной кислоты из различных видов природного фосфатного сырья. Система содержит корпус с расположенными в нем перемешивающими устройствами, внутри которого размещены глухая по пульпе радиальная перегородка, шахта, установленная в центре реактора и имеющая нижнее заборное и верхнее выходное окна, циркулятор пульпы, размещенный в центральной шахте и подающий пульпу на провальную решетку для охлаждения ее воздухом и реактор дозревания соединенный перетоком пульпы. При этом реактор разложения расположен какскадно к реактору дозревания, причем патрубок введен через крышку посредством мягкой вставки, обеспечивающей свободный ход перетока при температурных деформациях. Мягкая вставка может быть выполнена таким образом, что является продолжением патрубка на свободном конце перетока, также возможно монтировать вставку между патрубком и проемом крышки реактора дозревания или устанавливать ее в разрыв патрубка при вводе его через крышку реактора дозревания.

Description

Изобретение относится к устройству реакционной системы, используемой для производства экстракционной фосфорной кислоты из различных видов природного фосфатного сырья.

Реакционная система для производства ЭФК (экстрактор) представляет собой ряд футерованных кислотоупорными материалами емкостей, снабженных перемешивающими устройствами для гомогенизации пульпы и соединенных между собой для транспорта пульпы перетоками. Для улучшения гомогенизации пульпы в реакторах используется циркуляция пульпы посредством установки погружных насосов, специальных циркуляторов пульпы и т.д. Как правило, в реакционной системе выделяются зоны разложения фосфата и дозревания кристаллов сульфата кальция, что способствует более полному извлечению Р₂О₅ из природного фосфатного сырья и кристаллизации легко фильтрующих кристаллов сульфата кальция (снижение потерь Р₂О₅ за счет недоотмывки фосфогипса от фосфорной кислоты).

Известен экстрактор для получения фосфорной кислоты, состоящий из двух цилиндрических реакторов суммарным рабочим объемом 900 м³, которые установлены на одноуровневом фундаменте и соединены перетоком. Реакторы стальные, футерованные по полимерному кислотонепроницаемому подслою кислотоупорным кирпичом и углеграфитовыми блоками. Гомогенизация пульпы в каждом реакторе осуществляется посредством 6-ти периферийных и одной центральной мешалок. Возможна циркуляция пульпы из реактора дозревания в реактор разложения путем использования погружных насосов. Охлаждение пульпы проводится воздухом посредством протягивания его над слоем пульпы (Технология фосфорных и комплексных удобрений/Под ред. С.Д. Эвенчика и А.А. Бродского. М.: Химия, 1987. с.8485).

Описанная реакционная система имеет следующие недостатки:

низкая кратность циркуляции пульпы (2-4) в сочетании с низкой эффективностью работы мешалок приводит к увеличению потерь сырья за счет недоразложения фосфата, ухудшению фильтрующих свойств сульфата кальция и повышению забивок реактора осадками;

расположение реакторов на одноуровневом фундаменте и их соединение перетоком (переток соединен сваркой с металлическим корпусом 2-х реакторов) по принципу сообщающихся сосудов обуславливает колебания уровня пульпы в реакторе разложения вследствие изменения уровня в реакторе дозревания, что дестабилизирует работу перемешивающих устройств, снижает эффективность охлаждения пульпы воздухом (осуществляется за счет прососа воздуха над поверхностью пульпы), уменьшает производительность и технологический выход Р₂О₅ в целом для технологической системы.

транспорт пульпы из реактора разложения в реактор дозревания посредством жестко закрепленного с обеих сторон перетока приводит при температурных деформациях к механическому повреждению корпуса экстрактора, разрушению футеровки и неорганизованным проливам пульпы. Последнее снижает ресурс работы системы и увеличивает потери Р2О5.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является другая реакционная система для получения экстракционной фосфорной кислоты, включающая реактор разложения, содержащий футерованный корпус с расположенными в нем периферийными перемешивающими устройствами, внутри которого размещены глухая по пульпе радиальная перегородка, с примыкающей к ней шахтой, расположенной в центре реактора, имеющей нижнее заборное и верхнее выходное окна, и размещенным в ней циркулятором пульпы, обеспечивающим подачу пульпы на провальную решетку для охлаждения ее воздухом. При этом реактор разложения соединен с реактором дозревания перетоком, имеющим жесткую связь (сварка) с корпусами реакторов (патент РФ № 2234366, В 011 19/18, 2004 г).

За счет интенсивной циркуляции пульпы в реакторе разложения посредством циркулятора (в сочетании с мешалками), воздушного охлаждения пульпы на провальной решетке в режиме пенного слоя описанный реактор характеризуется современным технологическим уровнем и позволяет достигать высоких технико-экономических показателей переработки различных видов природного фосфатного сырья.

При этом основным недостатком описанной реакционной системы является ненадежность конструкции перетока, его жесткое соединение с реакторами разложения и дозревания, приводящая к постоянным повреждениям корпуса реакторов, разрушению целостности футеровки и, как следствие, существенному снижению основных технико-экономических показателей работы системы (ресурс работы, увеличение затрат на ремонт, повышение потерь Р₂О₅ и т.д.). Ввод экстракционной пульпы из реактора разложения в реактор дозревания осуществляется через боковую поверхность цилиндрического корпуса реактора. Это приводит к дестабилизации уровня пульпы в реакторе разложения. Дестабилизация уровня пульпы в реакторе разложения (снижение или увеличение уровня пульпы, возможное в условиях прототипа) для используемой конструкции реактора приводит к нарушению гидродинамических условий работы реактора (снижение К_извл., ухудшение качества кристаллов сульфата кальция, снижение производительности системы и т.д.);

ухудшению эффективности работы пенного охладителя пульпы (повышение температуры пульпы, снижение производительности) за счет изменения от оптимального уровня расстояния между провальной решеткой и рабочим уровнем пульпы.

Кроме того, значительное увеличение уровня пульпы в реакторе разложения, как правило, приводит к интенсивному брызгоуносу пульпы с отходящими фтористыми газами в систему абсорбции (потеря Р2О5, забивка системы осадками).

- 1 022571

Нами поставлена задача повысить надежность эксплуатации реакционной системы посредством полного исключения повреждения корпусов реакторов и футеровки в местах примыкания перетока к их корпусам, сократить потери Р₂О₅ за счет стабилизации уровня и улучшения гидродинамического режима в реакторе разложения.

Задача решена в реакционной системе для получения экстракционной фосфорной кислоты, включающей реактор разложения, содержащий корпус с расположенными в нем перемешивающими устройствами, внутри которого размещены глухая по пульпе радиальная перегородка, шахта, установленная в центре реактора и имеющая нижнее заборное и верхнее выходное окна, циркулятор пульпы, размещенный в центральной шахте и подающий пульпу на провальную решетку для охлаждения ее воздухом, и реактор дозревания соединенные перетоком пульпы. В данной реакционной системе реактор разложения располагается каскадно к реактору дозревания, таким образом, чтобы рабочий уровень пульпы в реакторе разложения был выше уровня верха крышки реактора дозревания. Переток пульпы жестко соединен одним концом с реактором разложения, размещен на крышке реактора дозревания и имеет на свободном конце патрубок для ввода пульпы через крышку в реактор дозревания без использования температурного компенсатора. Патрубок введен через крышку посредством мягкой вставки, обеспечивающей свободный ход перетока при температурных деформациях. При этом мягкая вставка может быть установлена следующим образом:

мягкая вставка является продолжением патрубка на свободном конце перетока;

мягкая вставка монтируется между патрубком и проемом крышки реактора дозревания и одновременно герметизирует проем крышки;

мягкая вставка устанавливается в разрыв патрубка при вводе его через крышку реактора дозревания.

За счет предлагаемого варианта каскадного расположения реактора дозревания к реактору разложения в реакторах достигается постоянный рабочий уровень пульпы, что благоприятно для работы перемешивающих устройств и поддержания стабильных условий ведения процесса (в том числе и при возможном образовании на поверхности пульпы слоя пены при переработке фосфорита). Практическим результатом стабилизации уровня пульпы в реакторе разложения является улучшение основных показателей работы основного технологического оборудования и сокращение потерь Р₂О₅.

На фиг. 1 представлен эскиз реакционной системы, включающей реактор разложения, содержащий корпус 1 с расположенными в нем перемешивающими устройствами 2, внутри которого размещены глухая по пульпе радиальная перегородка 3, шахта 4, установленная в центре реактора и имеющая нижнее заборное 5 и верхнее выходное 6 окна, циркулятор пульпы 7, размещенный в центральной шахте и подающий пульпу на провальную решетку 8, и реактор дозревания 9, соединенные перетоком пульпы 10. При этом рабочий уровень пульпы в реакторе разложения выше верхнего уровня крышки реактора дозревания. Переток пульпы жестко соединен с корпусом реактора разложения, размещен на крышке 11 реактора дозревания и имеет на свободном конце патрубок 12, введенный в крышку через мягкую вставку 13. Вставка входит непосредственно в проем крышки и обеспечивает свободный ход перетока при температурных деформациях.

На фиг. 2 при аналогичных с предыдущим вариантом способах соединения перетока с корпусом реактора разложения и размещения перетока, ввод пульпы в реактор дозревания осуществляется через проем крышки с использованием патрубка 12 на свободном конце перетока 10. При этом применяется мягкая вставка 13, играющая роль компенсатора температурных деформаций перетока и одновременно герметизирующая проем крышки.

На фиг. 3 при аналогичных с предыдущими вариантами способах соединения перетока с корпусом реактора разложения и размещения перетока, патрубок 12 при вводе в крышку реактора дозревания имеет разрыв, в который устанавливается мягкая вставка 13, благодаря чему обеспечивается подвижность патрубка 6 на свободном конце перетока при его температурных деформациях. Одновременно обеспечивается надежная герметичность реактора.

Реакционная система работает следующим образом. Исходные реагенты (природный фосфат, серная кислота и раствор разбавления) поступают в реактор разложения. При этом возможны варианты, как раздельной подачи реагентов, так и их предварительного смешения между собой или рециркулируемым потоком пульпы в реакционной системе (например, фосфатное сырье и/или серная кислоты с раствором разбавления и/или рециркулируемой пульпой). Перемешивающие устройства 2, установленные внутри корпуса 1 реактора, обеспечивают равномерное перемешивание реакционной пульпы и не дают суспензии расслаиваться. Циркулятор 7, размещенный в центральной шахте 4 реактора разложения, имеющей нижнее заборное 5 и верхнее выходное 6 окна, и работающий в режиме низконапорного осевого насоса осуществляет подачу пульпы на провальную решетку 8 аппарата воздушного охлаждения (АВО). Одновременно циркулятор обеспечивает мощную циркуляцию пульпы в реакторе разложения. Установленная внутри реактора глухая по пульпе радиальная перегородка 3, которая соединяется с его корпусом и центральной шахтой, обеспечивает направленное движение циркуляционного потока пульпы в объеме реактора и является важным элементом жесткости для центральной шахты. Охлаждение пульпы воздухом осуществляется в режиме пенного слоя на провальной решетке 8 при минимальном градиенте темпера- 2 022571 туры пульпы на входе и выходе из АВО, что способствует насыщению воздуха парами воды до уровня 85-90% относительной влажности. Последнее обуславливает минимальный расход подаваемого на охлаждение воздуха и устойчивость провальной решетки к инкрустациям осадками. В качестве охлаждающего воздуха используется воздух, взятый непосредственно из атмосферы цеха или отработанный воздух после санитарных систем очистки, который подается вентилятором в АВО непосредственно под провальную решетку. Насыщенный водяными парами воздух сбрасывается вместе с брызгами пульпы в газовый объем реактора. Отходящие газы, содержащие соединения фтора и пары воды, посредством специальных патрубков отсасываются на очистку от фтора в специальную абсорбционную систему. Продукционная пульпа из реактора разложения, расположенного каскадно таким образом, чтобы рабочий уровень пульпы в реакторе был выше верха крышки реактора дозревания, направляется в реактор дозревания 9 посредством жестко соединенного одним концом с реактором разложения перетока 10, расположенного на крышке реактора дозревания и имеющего на свободном конце патрубок 12 для ввода пульпы через крышку 11 в реактор дозревания. При этом патрубок вводится через крышку посредством мягкой вставки 13, обеспечивающей свободный ход перетока.

Принятый вариант каскадного расположения реакторов обеспечивает постоянство уровня пульпы в реакторе разложения, а ввод перетока пульпы через крышку реактора дозревания с использованием мягкой вставки полностью исключает разрушение футеровки вследствие температурных деформаций, и обеспечивает надежную стабильную работу реакционной системы в течение всего периода эксплуатации в соответствии с ее рабочим ресурсом, обусловленным технологическим процессом и режимом ППР основного технологического оборудования.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Реакционная система для получения экстракционной фосфорной кислоты, включающая реактор разложения, содержащий корпус с расположенными в нем перемешивающими устройствами, внутри которого размещены глухая по пульпе радиальная перегородка, шахта, установленная в центре реактора и имеющая нижнее заборное и верхнее выходное окна, циркулятор пульпы, размещенный в центральной шахте и подающий пульпу на провальную решетку для охлаждения ее воздухом, и реактор дозревания, соединенные перетоком пульпы, отличающаяся тем, что реактор разложения расположен каскадно к реактору дозревания таким образом, чтобы рабочий уровень пульпы в реакторе разложения был выше уровня верха крышки реактора дозревания, переток пульпы жестко соединен одним концом только с реактором разложения, размещен на крышке реактора дозревания и имеет на свободном конце патрубок для ввода пульпы через крышку в реактор дозревания.
2. Реакционная система по п.1, отличающаяся тем, что патрубок введен через крышку посредством мягкой вставки, обеспечивающей свободный ход перетока при температурных деформациях.
3. Реакционная система по п.2, отличающаяся тем, что мягкая вставка является продолжением патрубка на свободном конце перетока.
4. Реакционная система по п.2, отличающаяся тем, что мягкая вставка монтируется между патрубком и проемом крышки реактора дозревания и одновременно герметизирует проем крышки.
5. Реакционная система по п.2, отличающаяся тем, что мягкая вставка устанавливается в разрыв патрубка при вводе его через крышку реактора дозревания.