RO112848B1 - PROCEDEU Șl INSTALAȚIE PENTRU OBȚINEREA FORMIATULUI DE SODIU SOLID - Google Patents

Abstract

Prezenta invenție se referă la un procedeu și la o instalație pentru obținerea formiatului de sodiu solid. Procedeul se realizează prin reacția dintre hidroxidul de sodiu și oxidul de carbon, și constă în aceea că reacția are loc la presiunea de 13..20 bari și la temperaturi cuprinse între 150 și 200°C, după care soluția de formiat de sodiu se preconcentrează prin două trepte de detentă adiabatică fără aport de căldură din exterior,' apoi se separă formiatul de sodiu prin salifiere. Instalația conform invenției este constituită dintr-un reactor R, patru schimbătoare de căldură S2, S5, S4 și S1, două vase de detentă adiabatică F1 și F2, și un vas de salifiere tip autoclavă cu agitare AS.

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu și la o instalație pentru obținerea în flux continuu a formiatului de sodiu solid, utilizat la fabricarea acizilor formic și oxalic, precum și în industria pielăriei pentru tăbăcirea pieilor.

Se cunoaște un procedeu de obținere a formiatului de sodiu care utilizează o soluție apoasă de hidroxid de sodiu (12...16 %) și gaze cu conținut de monoxid de carbon.

Faza de reacție se realizează în baterii de autoclave orizontale, prevăzute cu agitatoare tip zbaturi, unde contactarea reactanților se face în contracurent. Soluția de formiat de sodiu (28...30 %) se preconcentrează până la 70 %, în două trepte de evaporare clasică. Soluția preconcentrată se trimite pe un tambur încălzit cu abur de pe care cristalele de formiat de sodiu cad într-un șnec transportor unde se definitivează procesul de uscare al produsului.

Un alt procedeu conoscut (C.A voi. 74, 4746u) constă în alimentarea în faza de sinteză a formiatului de sodiu a unui amestec format din leșie NaOH de 50 % și o soluție de formiat recirculată astfel încât amestecul global conține 18 % NaOH și 33 % formiat de sodiu.

După reacția cu CO, amestecul de reacție conține circa 56 % formiat de sodiu. Acesta se concentrează prin evaporarea apei până la 65 %, după care se face o cristalizare prin răcire. Solidul se separă de apele mume și constituie produsul finit.

Se cunoaște de asemenea un procedeu de obținere în flux continuu a formiatului de sodiu prin reacția unei soluții apoase de hidroxid de sodiu cu monoxid de carbon sub presiune, în exces de monoxid de carbon, procedeu ce se realizează într-un reactor tubular prevăzut cu talere perforate (Germ.Offen. 2 436 979)

Dezavantajele acestor procedee sunt următoarele:

- se lucrează discontinuu, la presiuni și temperaturi ridicate și anume la 20...30 bari, respectiv 2OO...22O°C;

- concentrația soluției de formiat de sodiu obținută la faza de sinteză este limitată la circa 28...30 %;

- implică consumuri mari de agent termic pentru evaporare la sec în vederea obținerii formiatului de sodiu;

- productivitatea este scăzută;

- calitatea formiatului de sodiu obținut este inferioară (90...93 %);

- separarea formiatului de sodiu prin cristalizare prin răcire are loc cu randamente inferioare.

Problema, pe care o rezolvă invenția, constă în găsirea condițiilor de obținere în flux continuu a formiatului de sodiu într-un reactor cu deplasare totală tip coloană cu barbotare, cu curgere în echicurent ascendent a fazelor lichidă si gazoasă, astfel încât să se obțină un produs în stare solidă cu proprietăți fizicochimice îmbunătățite (97...99 %), cu consumuri energetice reduse si cu un randament al reacției ridicat.

Procedeul pentru obținerea în flux continuu a formiatului de sodiu prin reacția dintre hidroxidul de sodiu și oxidul de carbon înlătură dezavantajele mai sus menționate, prin aceea că reacția are loc la presiunea de 13...20 bari, de preferință

16...18 bari, la temperaturi cuprinse între 150 și 200°C, de preferință 170... 185°C, după care soluția de formiat de sodiu se preconcentrează prin două trepte de detentă adiabatică, fără aport de căldură din exterior, iar apoi produsul finit se separă direct din soluția preconcentrată prin salifiere cu o soluție concentrată de NaOH, de preferință cu concentrația de 50 %, fără NaCI și Na₂C0₃, la un raport în greutate de alimentare soluție preconcentrată: leșie 50 % cuprins între 2:1 și 5:1, de preferință 3:1 până la 4:1, la o temperatură cuprinsă între 30 și 60°C, de preferință 4O...5O°C, și un timp de staționare de 0,5 până la 3 h, de preferință o oră.

Alimentarea în zona de reacție se realizează introducând concomitent gaze ce conțin oxid de carbon cu maximum 0,5 % oxigen și maximum 0,5 % bioxid de carbon și un amestec lichid obținut direct

RO 112848 Bl de la faza de separare a formiatului de sodiu solid - produs finit, conținând

10... 20% hidroxid de sodiu și 20... 30 % formiat de sodiu.

Instalația pentru obținerea în flux continuu a formiatului de sodiu solid, conform invenției, este constituită dintr-un reactor cu deplasare totală tip coloană cu barbotare, cu curgere în echicurent ascendent a fazelor lichidă și gazoasă, prevăzut cu pachete de umplutură structurată și separator de picături tip demister^R, patru schimbătoare de căldură S2, S5, S4 și S1, două vase de detentă adiabatică F1 și F2, prevăzute cu separator de picături tip demister și un vas de salifiere tip autoclavă cu agitare AS pentru separarea formiatului de sodiu.

Gazele conținând monoxid de carbon comprimate până la presiunea de lucru a unității de sinteză sunt preîncălzite în schimbătorul de căldură S2 pe seama amestecului gaz-vapori de apă, care părășește reactorul pe la partea superioară.

Gazul preîncălzit se alimentează la partea inferioară a reactorului R prevăzut cu umplutură statică.

Tot pe la partea inferioară a reactorului R, se introduce faza lichidă/reciclul adus la temperatura necesară reacției prin încălzire cu abur de presiune medie în schimbătorul de căldură S1. Reactanții parcurg reactorul R de jos în sus, fiind amestecați intensiv în pachetele de umplutură statică, plasate la anumite nivele pe înălțimea reactorului. Partea superioară a reactorului R servește ca separator de faze, produsul de reacție lichid fiind colectat pe o priză laterală, iar gazele nereacționate conținând vapori de apă la limita de saturație fiind scoase prin capacul reactorului R după ce trec printrun separator de picături tip demister, plasat de asemenea în reactor, deasupra cotei de ieșire a lichidului. Amestecul de gaze și vapori de apă ieșit din reactorul R preîncălzește gazul de alimentare în schimbătorul de căldură/recuperator S2 după care trece în colectorul de gaze al instalației.

Produsul de reacție lichid se dirijează la vasul de detentă F1 unde suferă o reducere de presiune, care permite gazelor dizolvate în lichid să treacă în fază vaporizată împreună cu o cantitate de apă. Amestecul de gaze și vapori este scos pe la partea superioară a vasului de detentă după ce parcurge un separator de picături tip demister, instalat în vasul de detentă, fiind apoi condus la un schimbător de căldură/răcitor S3 răcit cu apă industrială și în continuare la colectorul de gaze. Faza lichidă de la vasul de detentă F1 este condusă la cel de-al doilea vas de detentă F2 unde suferă o nouă expandare până la o presiune cu puțin superioară celei atmosferice.

Faza de vapori rezultată este separată de picături în demisterul aferent vasului de detentă F2 după care preîncălzește alimentarea reactorului R în schimbătorul de căldură/recuperator S4. Necondensabilele rezultate în S4 pe partea de fluid cald (vapori] sunt conduse de asemenea la colectorul de gaze, iar condensatorul se drenează separat.

Vasul de detentă F2 constituie concomitent stocul tampon pentru soluția preconcentrată de formiat de sodiu rezultată în urma celor două trepte de expandare.

Soluția preconcentrată din F2 se alimentează cu debit controlat în autoclava de salifiere AS prin intermediul schimbătorului de căldură/recuperator S5, cedând o parte din căldura amestecului de alimentare a reactorului R.

In autoclava AS, prevăzută cu agitare, răcire în manta și recirculare prin pompa PR, se dozează concomitent leșie 50 % într-un raport determinat față de soluția preconcentrată.

Pulpa de cristale de formiat de sodiu este preluată din bucla de recirculare a pompei PR și trimisă la centrifuga C unde are loc separarea formiatului de sodiu solid-produs finit de apele mume care sunt stocate în vasul tampon VS.

Aceste ape mume constituie alimentarea lichidă a reactorului R (reciclul sistemului] fiind preluate din vasul tampon

RO 112848 Bl

VS de către pompa de presiune PA și trimise cu debit controlat, succesiv, prin schimbătoarele de căldură/recuperatoare S5 și S4, după care se încălzesc la temperatura necesară intrării în reactorul R în schimbătorul de căldură cu abur S1.

Prin aplicarea invenției, se obțin următoarele avantaje:

- se garantează obținerea unui produs cristalin cu o concentrație de

97...99 % formiat de sodiu;

- valorificarea căldurii sensibile a amestecului convertit în reactor, pentru evaporarea excesului de apă din sistem, fără aport de căldură din exterior:

- separarea formiatului de sodiu solid din soluția preconcentrată se face prin salifiere cu soluție concentrată (50 %) de NaOH, bazat pe reducerea solubilității unui component salin, în momentul adăugării altui component salin prin așa numitul efect de ion comun;

- randamentul de recuperare a formiatului de sodiu prin salifiere este dublu față de randamentul de cristalizare prin răcire;

- conversii ridicate;

- productivitate mare pe unitate de volum de reactor, procesul fiind continuu;

- soluția mumă de la separarea cristalelor de formiat de sodiu constituie lichidul de alimentare a reactorului și are compoziția: 10...20 % NaOH și 20...30 % formiat de sodiu;

- consumul specific de energie termică este mult redus față de tehnologiile echivalente, datorită aplicării tehnicii de salefiere în locul evaporării la sec, precum și gradului ridicat de integrare termică a procesului prin recuperarea căldurii fluxurilor intermediare;

- performanțele de contactare a reactanților sunt mult superioare celor realizate în reactoarele cu agitare mecanică convenționale;

- lipsa elementelor de etanșare mobile, pe acest tip de reactor, aspect important, având în vedere condițiile de reacție dure (presiuni, temperaturi ridicate, mediu coroziv, toxic, exploziv).

In continuare, se dă un exemplu de realizare a procedeului, conform invenției, cu referire la figură, care reprezintă schema instalației de obținere a formiatului de sodiu, de puritate înaltă, în regim continuu.

Exemplul 1. Gazul de alimentare al sintezei conținând 90 % volume monoxid de carbon, 0,5 % volume oxigen și 0,5 % bioxid de carbon (restul azot și apă) se comprimă la 18 bari și se trimite cu debit controlat la schimbătorul de căldură S2 unde se preîncălzește la circa 110°C pe seama amestecului de gaze nereacționate și vapori de apă care preîncălzește reactorul R pe la partea superioară. După preîncălzire, gazul se introduce la partea inferioară a reactorului R printr-un distribuitor (dispersor) tip țeavă perforată.

La intrarea în reactor, gazul comprimat și preîncălzit (18 bari și 110°C) are debitul de circa 18 mc/h echivalent unui debit de 260 Nmc/h la 20°C și 1 bar (condiții normale).

Faza lichidă (2,6 mc/h) intră de asemenea pe la partea inferioară a reactorului R, ea fiind constituită dintr-o soluție apoasă conținând 27 % formiat de sodiu și 13 % NaOH încălzită la temperatura de 175°C în schimbătorul de căldură S1.

Curentul mixt de reactanți parcurge de jos în sus reactorul R, gazul fiind dispersat periodic în masa de lichid prin intermediul a trei pachete de umplutură structurată, plasate la trei nivele distincte pe înălțimea reactorului. Partea superioară a reactorului servește ca separator gazlichid.

Faza lichidă este scoasă printr-o priză laterală. Nivelul se menține printr-o buclă de reglare automată, care comandă scoaterea lichidului din reactor la o valoare intermediară, dar obligatoriu deasupra prizei de scoatere.

Deasupra nivelului de lichid, este prevăzută o distanță suficientă care să permită dezangajarea picăturilor mari de lichid antrenate de gazul nereacționat astfel, încât sarcina separatorului de picături tip demister, plasat înaintea ieșirii gazelor prin capacul superior al reactorului, să fie doar aceea de a reține picăturile fine de lichid antrenat.

RO 112848 Bl

Pe reactor, există un gradient de temperatură de 1O...15°C datorat exotermicității reacției de sinteză astfel, încât temperatura la partea superioară a reactorului este de 1 8O°C.

Similar există un gradient de presiune de circa 2 bari, datorat pierderilor dinamice de presiune pe pachetele de umplutură (presiunea la vârful reactorului este de circa 16 bari).

Presiunea de regim a reactorului se menține la valoarea prescrisă printr-o buclă automată de reglare, care acționează asupra eșapării gazelor nereacționate după recuperatorul de căldură S2 spre turnul de dispersie a instalației.

Amestecul de gaze nereacționate și vapori de apă scos din reactor la 18O°C și 1 6 bari preîncălzește gazul de reacție în schimbătorul de căldură/recuperator 52, în principal pe seama condensării vaporilor de apă (circa 10 kg/h] conținuți la saturație. Necondensabilele (1,5 kg/h monoxid de carbon, 10 kg/h azot, 1 kg/h oxigen) separate după condensarea vaporilor de apă sunt trimise ia rețeaua de gaze care face legătura cu turnul de dispersie al instalației.

Din reactorul R, rezultă 2,65 mc/h amestec, conținând 45 % formiat de sodiu, 0,3 % hidroxid de sodiu nereacționat și 0,2 % carbonat de sodiu.

Conversia monoxidului de carbon este de peste 98 %.

Faza lichidă, scoasă din reactorul R, este trimisă la primul vas de detentă F1 unde are loc expandarea sa până la presiunea'de 8 bari. Evaporarea la echilibru care însoțește această detentă conduce la obținerea unei faze mixte gaze - vapori de apă conținând circa 30 kg/h apă și cvasitotalitatea gazelor dizolvate în alimentarea fazei (10 kg/h).

Vasul de detentă F1 este prevăzut la partea superioară cu separator de picături tip demister. Amestecul gaze vapori de apă, care iese la partea superioară a vasului de detentă F1, condensează parțial în schimbătorul de căldură S3, răcit cu apă industrială, după care gazele necondensate trec în rețeaua de gaze. Presiunea pe vasul de detentă se reglează în mod similar ca și în cazul reactorului.

In urma vaporizării parțiale, determinată de detentă, temperatura amestecului în vasul F1 scade la valoarea de 175°C.

Compoziția fazei lichide nu se modifică semnificativ, datorită cantității mici de apă vaporizată. Faza lichidă se elimină continuu pe la blazul vasului de detentă printr-un ventil regulator comandat de o buclă de nivel. Zestrea de lichid a vasului de detentă F1 se menține la minimul posibil pentru a evita pierderile de căldură determinate de staționare.

Amestecul lichid scos din vasul de detentă F1 este condus la vasul de detentă secundară F2, fiind supus unei expandări până la 0,1 bari (suprapresiune) când, datorită vaporizării la echilibru, cea mai mare parte din apa introdusă în sistem cu leșia de 50 % este scoasă ca vapori (în exemplul de față 285 kg/h] împreună cu totalitatea gazelor necondensabile rămase dizolvate în faza anterioară (circa 3 kg/h).

In urma expandării, temperatura conținutului vasului de detentă F2 scade la circa 110°C.

Vaporii de apă, rezultați în vasul de detentă F2, parcurg separatorul de picături tip demister, cu care acesta este prevăzut la partea sa superioară, după care sunt conduși la schimbătorul de căldură/recuperator S4, unde cedează integral căldura de condensare pentru încălzirea alimentării lichide a reactorului R (a doua treaptă de recuperare de căldură).

Condensatul parțial subrăcit, în care se transformă vaporii după recuperatorul S4 se separă de cantitatea mică de necondensabile și se drenează la închizătorul hidraulic al turnului de dispesie gaze.

In urma detentei din vasul F2, concentrația formiatului de sodiu în faza lichidă (soluția preconcentrată] înregistrează un salt de circa 5 %, ajungând deci la nivelul de 50%.

RO 112848 Bl

Vasul de detentă F2 servește concomitent pentru stocarea la cald a soluției preconcentrate (stoc tampon) astfel încât volumul său afectat fazei lichide este considerabil (minimum 10 mc).

Rata de acumulare a soluției preconcentrate în vasul F2 este de circa 2,3 mc/h, iar în condițiile funcționării staționare a instalației, după acumularea stocului de siguranță, preconizat, scoaterea de soluție din vas trebuie să se situeze la același nivel de debit sau cu oscilații care să poată fi compensate în timp (fără să se ajungă deci la situațiile limită de umplere sau golire a tamponului de debit].

Soluția preconcentrată se alimentează continuu cu debit de circa 2,3 mc/h în autoclava de salifiere AS prin intermediul schimbătorului de căldură/recuperator S5 unde se răcește până la circa 60°C, cedând căldura amestecului lichid de alimentare al reactorului R (prima treaptă de recuperare de căldură],

Autoclava de salifiere AS este prevăzută cu agitare, răcire în manta cu apă industrială și recirculare cu pompa PR pentru menținerea în suspensie a cristalelor de formiat de sodiu rezultate. Concomitent în autoclava AS se dozează continuu 0,71 mc/h (780 kg/h) leșie 50 % (raport masic de amestecare soluție preconcentrată: leșie 50 %=3,7:1) sub agitare moderată, menținând temperatura în jurul valorii de 40°C prin răcire cu apă în manta.·

Din bucla de recirculare a pompei PR, se preia cantitatea de pulpă de cristale echivalentă sumei debitelor de soluție preconcentrată și leșie 50 % și se trimite la centrifuga C, obținându-se 690 kg/h formiat solid (conținând 95 % formiat de sodiu, 4 % apă, 0,8 % carbonat de sodiu, 0,2 % hidroxid de sodiu) și 2,5 mc/h ape mume care se stochează în vasul VS.

Vasul de stocare VS are o capacitate corespunzătoare pentru a asigura un tampon de debit corelat cu tamponul pe care-l asigură vasul de detentă

F2

Din vasul de stocare ape mume VS, se realizează alimentarea cu lichid (reciclu] a reactorului R, cu debit controlat prin intermediul pompei PA (debit 2,5 mc/h, presiune 19 bari], a schimbătoarelor de căldură/recuperatoare S5 și S4 si a schimbătorului de căldură cu abur S1. După prima treaptă de recuperare, căldura (în S5), temperatura alimentării crește de la nivelul temperaturii ambiante (din vasul VS] la 80°C după care, în a doua treaptă de recuperare (în S4), crește în continuare până la 107°C.

Aducerea amestecului lichid la temperatura necesară alimentării reactorului R (175°C) se realizează, asa cum s-a arătat la început, în schimbătorul de căldură S1 încălzit cu abur saturat de 16 at.

Claims (4)

1. Revendicări

   1. Procedeu pentru obținerea în flux continuu a formiatului de sodiu solid prin reacția dintre hidroxidul de sodiu și oxidul de carbon, caracterizat prin aceea că, reacția are loc la presiunea de 13...20 bari, de preferință 16...18 bari, la temperaturi cuprinse între 150 și 200°C, de preferință 17O...185°C, după care soluția de formiat de sodiu se preconcentrează prin două trepte de detentă adiabatică, fără aport de căldură din exterior, iar apoi produsul finit se separă direct din soluția preconcentrată prin salifiere cu o soluție concentrată de NaOH, de preferință cu concentrația de 50 %, fără NaCI și Na₂C0₃, la un raport în greutate de alimentare soluție preconcentrată: leșie 50 % cuprins între 2:1 și 5:1, de preferință 3:1 până la 4:1, la o temperatură cuprinsă între 30 și 60°C, de preferință 4O...5O°C, și un timp de staționare de 0,5 până la 3 h, de preferință o oră.
2. 2. Procedeu conform revendicării

   1, caracterizat prin aceea că, alimentarea în zona de reacție se realizează introducând concomitent gaze

   RO 112848 Bl

   1 1 ce conțin oxid de carbon cu maximum 0,5 % oxigen și maximum 0,5 % bioxid de carbon și un amestec lichid obținut direct de la faza de separare a formiatului de sodiu solid - produs finit, conținând 10...20 % hidroxid de sodiu și 20...30 % formiat de sodiu.
3. 3. Instalație pentru obținerea în flux continuu a formiatului de sodiu solid, caracterizată prin aceea că este constituită dintr-un reactor cu deplasare totală tip coloană cu barbotare, cu curgere în echicurent ascendent a fazelor lichidă și gazoasă, prevăzut cu pachete de umplutură structurată și separator de picături tip demister (R), patru schimbătoare de
4. 5 căldură (S2), (S5), (S4) și (S1), două vase de detentă adiabatică (FI] și (F2), prevăzute cu separator de picături tip demister și un vas de salifiere tip autoclavă cu agitare (AS) pentru separarea formiatului de sodiu.

   . Marin Elena

   Președintele comisiei de examinare: ing Examinator, ing. Cernat Daniela