RU2046011C1

RU2046011C1 - Liquid gas reactor

Info

Publication number: RU2046011C1
Application number: RU92015756A
Authority: RU
Inventors: А.Д. Митрофанов; А.А. Митрофанов; Е.А. Митрофанова
Original assignee: Малое внедренческое предприятие "Такс"
Priority date: 1992-12-30
Filing date: 1992-12-30
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: liquid gas reactor has separator divided by partition for two sections, lower section of which has circulation loop with jet to feed ammonia and branch pipes to feed reactants and removal of reaction products. Upper section of separator has circulation loop. Lower section has gass passing pipe, another end of which enters upper section of separator and terminates in perforated plate, that is located in respect to upper point of connection of tangential inlet with upper section of separator by 0.1 4 D 0,1- 4D_t.i. with DD_t.i. diameter of tangential inlet. Gass passing pipe has dispersing devices to feed acid, that are located over level of acid pulp and acid pulp dispersing device located on level of the pulp. Axes of separator's sections are shifted in respect to each other and partition is inclined to horizon and is provided with dipping pipe. EFFECT: increased efficiency of mineral fertilizers production. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям аппаратов, в которых проводится реакция нейтрализации кислот аммиаком в производстве минеральных удобрений. The invention relates to the construction of apparatuses in which the reaction of neutralizing acids with ammonia is carried out in the production of mineral fertilizers.

Известна установка для нейтрализации кислот аммиаком, состоящая из вертикального сепаратора, присоединенного посредством конического днища к циркуляционной трубе, свободный конец который соединен через горизонтальный патрубок с нижним концом вертикальной реакционной камеры, снабженной аммиачной форсункой. Верхний конец вертикальной реакционной камеры тангенциально соединен с боковой поверхностью вертикального сепаратора. Реактор снабжен патрубками для ввода кислоты и вывода продуктов реакции [1]
Недостатки установки высокое содержание NH₃ в отходящей парогазовой смеси, невозможность проводить раздельно реакцию взаимодействия кислоты с аммиаком в две стадии, получать в одном аппарате одновременно несколько продуктов с различным содержанием компонентов (NH₃, P₂O₅, H₂O, F), а также разделять отходящую парогазовую смесь на два потока, отличающихся друг от друга не только содержанием вредных компонентов, но и их концентрацией.A known installation for neutralizing acids with ammonia, consisting of a vertical separator connected via a conical bottom to a circulation pipe, the free end of which is connected through a horizontal pipe to the lower end of a vertical reaction chamber equipped with an ammonia nozzle. The upper end of the vertical reaction chamber is tangentially connected to the side surface of the vertical separator. The reactor is equipped with nozzles for introducing acid and outputting reaction products [1]
The disadvantages of the installation are the high content of NH ₃ in the exhaust gas mixture, the inability to conduct separately the reaction of the interaction of acid with ammonia in two stages, to obtain several products with different content of components (NH ₃ , P ₂ O ₅ , H ₂ O, F) simultaneously in one apparatus and also to separate the exhaust gas-vapor mixture into two streams that differ from each other not only in the content of harmful components, but also in their concentration.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является газожидкостный реактор, содержащий сепаратор с перегородкой, делящей его на верхнюю и нижнюю части и снабженную подъемной трубой с устройством для подачи и аммиака, циркуляционный контур, патрубки для ввода реагентов и вывода продуктов реакции [2]
Газожидкостный реактор состоит из вертикального корпуса с циркуляционным контуром, имеющим циркуляционную трубу и реакционную камеру, нижняя часть которой выполнена в виде трубы Вентури с вмонтированными в нее вертикальным и тангенциальным соплами для подачи аммиака, и горизонтальную перегородку, делящую его на две сепарационные части: верхнюю и нижнюю. Верхняя сепарационная часть соединена с циркуляционным контуром посредством скруббера Вентури, имеющего кислотное сопло, и возвратной трубы, а горизонтальная перегородка снабжена подъемной трубой, свободный конец которой оканчивается соплом Ловаля и расположен внутри циркуляционной трубы напротив штуцера для ввода аммиачного сопла. Газожидкостный реактор имеет штуцера для вывода продуктов реакции.The closest in technical essence and the achieved result is a gas-liquid reactor containing a separator with a partition dividing it into upper and lower parts and equipped with a lifting pipe with a device for feeding and ammonia, a circulation circuit, pipes for introducing reagents and outputting reaction products [2]
A gas-liquid reactor consists of a vertical casing with a circulation circuit having a circulation pipe and a reaction chamber, the lower part of which is made in the form of a venturi pipe with vertical and tangential nozzles for supplying ammonia mounted in it, and a horizontal partition dividing it into two separation parts: the upper and the lower. The upper separation part is connected to the circulation circuit by means of a venturi scrubber having an acid nozzle and a return pipe, and the horizontal partition is equipped with a lifting pipe, the free end of which ends with a Loval nozzle and is located inside the circulation pipe opposite the nozzle for introducing an ammonia nozzle. The gas-liquid reactor has a fitting for the withdrawal of reaction products.

Данный аппарат обладает рядом недостатков: низкий коэффициент массообмена; узкий диапазон варьирования производительности; отсутствие возможности получать одновременно два продукта, значительно отличающихся составом и количеством содержащихся в них компонентов, а также разделять образовавшуюся парогазовую смесь на два потока с большой разницей содержания в них вредных компонентов (NH₃, F, брызги). Небольшие колебания расхода или концентрации исходных реагентов вызывают выпуск некачественного продукта, увеличение содержания аммиака в отходящей парогазовой смеси или полную остановку газожидкостного реактора, что указывает на низкую стабильность в работе газожидкостного реактора. Вследствие нарушения гидродинамического режима движения двухфазного потока в подъемной трубе, вызванного незначительными изменениями (0,1-0,2) значений pH аммонизированного раствора, на выходе из газожидкостного реактора наблюдается повышение температуры отходящих газов, что указывает на нестабильность процесса утилизации тепла отходящей парогазовой смеси, проходящего внутри аппарата. Вышеописанные недостатки газожидкостного реактора являются результатом его несовершенства конcтрукции и недостаточно высокая интенсивность работы.This unit has several disadvantages: low mass transfer coefficient; narrow range of performance variation; the inability to obtain simultaneously two products that differ significantly in the composition and amount of components contained in them, as well as to divide the resulting vapor-gas mixture into two streams with a large difference in the content of harmful components in them (NH ₃ , F, spray). Small fluctuations in the flow rate or concentration of the starting reagents cause the release of a poor-quality product, an increase in the ammonia content in the exhaust gas-vapor mixture, or a complete shutdown of the gas-liquid reactor, which indicates low stability in the operation of the gas-liquid reactor. Due to the violation of the hydrodynamic regime of the two-phase flow in the riser caused by slight changes (0.1-0.2) of the pH of the ammoniated solution, an increase in the temperature of the exhaust gases is observed at the outlet of the gas-liquid reactor, which indicates the instability of the heat recovery process of the exhaust gas-vapor mixture, passing inside the apparatus. The above-described disadvantages of a gas-liquid reactor are the result of its design imperfection and insufficiently high intensity of operation.

Предложенный газожидкостный реактор, содержащий сепаратор, разделенный перегородкой на две части, нижняя часть которого снабжена циркуляционным контуром с форсункой для ввода аммиака, и патрубки для ввода реагентов и вывода продуктов реакции отличается тем, что верхняя часть сепаратора снабжена циркуляционным контуром, нижняя часть сепаратора оборудована газоходом, второй конец которого входит в верхнюю часть сепаратора и заканчивается перфорированной тарелкой, расположенной относительно верхней точки соединения тангенциального ввода с верхней частью сепаратора на 0,1-4 D_т.в.) где D_т.в. диаметр тангенциального ввода, причем газоход имеет диспергирующее устройство для подачи кислоты, расположенные над уровнем кислой пульпы, и диспергирующее устройство для кислой пульпы, расположенное на ее уровне.The proposed gas-liquid reactor containing a separator divided by a partition into two parts, the lower part of which is provided with a circulation circuit with an atomizer for introducing ammonia, and pipes for introducing reagents and output of reaction products are characterized in that the upper part of the separator is provided with a circulation circuit, the lower part of the separator is equipped with a gas duct , the second end of which enters the upper part of the separator and ends with a perforated plate located relative to the upper connection point of the tangential water with the upper part of the separator at 0.1-4 D _TV ) Where D _T. the diameter of the tangential input, and the duct has a dispersing device for supplying acid located above the level of acidic pulp, and a dispersing device for acidic pulp located at its level.

Для интенсификации процесса массообмена и увеличения диапазона используемых кислот части сепаратора находятся на одной оси, или смещены относительно друг друга, а перегородка наклонена к горизонту и снабжена опускной трубой. To intensify the process of mass transfer and increase the range of acids used, the separator parts are located on the same axis, or are displaced relative to each other, and the partition is inclined to the horizon and equipped with a lowering pipe.

На фиг. 1 представлен газожидкостный реактор, разрез; на фиг. 2 расположение верхней и нижней частей сепаратора с опускной трубой. In FIG. 1 shows a gas-liquid reactor, section; in FIG. 2 the location of the upper and lower parts of the separator with a down pipe.

Газожидкостный реактор состоит из сепаратора 1, разделенного перегородкой 2 на верхнюю и нижнюю части (верхнюю сепарационную камеру А и нижнюю сепарационную камеру Б), установленные соосно относительно друг друга. Верхняя сепарационная камера А имеет реакционную трубу, которая верхним концом через тангенциальный ввод 3 соединена с сепаратором 1, а нижним концом через колено 4, имеющее аммиачную форсунку 5, и патрубок 6 присоединена выше перегородки 2 к боковой поверхности верхней сепарационной камеры А, тем самым образуя циркуляционный контур В. Кроме этого патрубок 6 снабжен штуцером 7 для осуществления аварийного слива аммонизированного раствора (пульпы) из верхней части сепаратора 1. Нижняя сепарационная камера Б имеет переливное устройство 8 для вывода готовой продукции из газожидкостного реактора и циркуляционный контур Г, состоящий из циркуляционной трубы 9, конец которой соединен с коническим днищем 10 нижней сепарационной камеры Б, а другой связан через соединительный патрубок 11, имеющий аварийный штуцер 12, с реакционной камерой 13, верхняя часть которой тангенциально соединена с боковой поверхностью нижней сепарационной камеры Б. Внутрь нижней части реакционной камеры 13 введена аммиачная форсунка 14. Расположенный под перегородкой 2 парогазовый патрубок 15 соединен с газоходом 16, имеющим диспергирующее устройство 17, соединенное посредством сливной трубы 18 с верхней сепарационной камерой А, и диспергирующими устройствами 19, для ввода кислоты. Верхняя часть газохода 16 входит вовнутрь верхней сепарационной камеры А и заканчивается внутри ее перфорированной тарелкой 20 с бортиком 21, установленной относительно верхней точки соединения тангенциального ввода 3 с верхней частью сепаратора 1 на расстоянии равном 0,05-4 величины диаметра тангенциального ввода 3. Для выхода парогазовой смеси из газожидкостного реактора верхняя сепарационная камера А снабжена пароотводящим патрубком 22 с брызгоуловителем 23. The gas-liquid reactor consists of a separator 1, divided by a partition 2 into upper and lower parts (upper separation chamber A and lower separation chamber B), mounted coaxially relative to each other. The upper separation chamber A has a reaction tube, which is connected to the separator 1 by the upper end through a tangential inlet 3, and the lower end through an elbow 4 having an ammonia nozzle 5, and a pipe 6 is connected above the partition 2 to the side surface of the upper separation chamber A, thereby forming circulation circuit B. In addition, the pipe 6 is equipped with a fitting 7 for emergency discharge of the ammoniated solution (pulp) from the upper part of the separator 1. The lower separation chamber B has an overflow device 8 for water of the finished product from a gas-liquid reactor and a circulation circuit G, consisting of a circulation pipe 9, the end of which is connected to the conical bottom 10 of the lower separation chamber B, and the other is connected through a connecting pipe 11 having an emergency fitting 12, to the reaction chamber 13, the upper part of which it is tangentially connected to the side surface of the lower separation chamber B. An ammonia nozzle 14 is introduced inside the lower part of the reaction chamber 13. The vapor-gas pipe 15 located under the partition 2 is connected to the gas duct 16 having a dispersing device 17 connected by a drain pipe 18 to the upper separation chamber A and dispersing devices 19 for introducing acid. The upper part of the gas duct 16 enters into the upper separation chamber A and ends inside its perforated plate 20 with a flange 21 mounted relative to the upper connection point of the tangential inlet 3 with the upper part of the separator 1 at a distance equal to 0.05-4 of the diameter of the tangential inlet 3. To exit vapor-gas mixture from a gas-liquid reactor, the upper separation chamber A is equipped with a steam outlet pipe 22 with a spray trap 23.

На фиг. 2 изображено расположение сепарационных камер А и Б, где их оси смещены относительно друг друга, а часть перегородки 2, не принадлежащая нижней сепарационной камере Б соединена с опускной трубой 24, которая связана своим вторым концом через патрубок 6 и колено 4 с реакционной трубой 3, тем самым образуя с верхней частью сепаратора 1 циркуляционный контур В. In FIG. 2 shows the location of the separation chambers A and B, where their axes are offset relative to each other, and a part of the partition 2 not belonging to the lower separation chamber B is connected to a lowering pipe 24, which is connected at its second end through a pipe 6 and an elbow 4 to the reaction pipe 3, thereby forming a circulation circuit B with the upper part of the separator 1.

Реактор работает следующим образом. Исходная кислота подается через диспергатор 19 а газоход 16 и заполняет верхнюю сепарационную камеру А. Одновременно с этим через патрубок 6 и колено 4 исходной кислотой заполняется и реакционная труба 3. Заполнение верхней сепарационной камеры А продолжается до начала перетока исходной кислоты через сливную трубу 18 в газоход 16, а затем через аммиачную форсунку 5 в реакционную трубу 3 подается аммиак. В результате взаимодействия аммиака с кислотой в реакционной трубе 3 образуется парожидкостная смесь, состоящая из парогазовой смеси и частично аммонизированного раствора (кислой пульпы), плотность которой значительно ниже чем плотность кислоты, находящейся в верхней сепарационной камере А. Так как соединение реакционной трубы 3 с верхней сепарационной камерой А конструктивно представляет собой два сообщающихся сосуда, то из-за образовавшейся в них разности плотностей, парожидкостная смесь из реакционной трубы 6 через тангенциальный ввод 3 поступает в верхнюю сепарационную камеру А. Благодаря тангенциальному вводу 3 парожидкостная смесь приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы кислая пульпа и ее брызги отделяются от парогазовой смеси и поступает на перфорированную тарелку 20, а парогазовая смесь через пароотводящий патрубок 22 и брызгоуловитель 23 выводится из аппарата. Наличие бортика 21 обеспечивает определенную толщину слоя кислой пульпы (pH 4) на поверхности перфорированной тарелки 20, что создает для непрерывного диспергирования через ее отверстия частично аммонизированного раствора. Кислая пульпа, пройдя через перфорированную тарелку 20, в виде капель попадает в слой кислоты и смазывается с ней. За счет постоянной подачи аммиака в аммиачную форсунку 5 в реакционной трубе 3 непрерывно образуется парожидкостная смесь, которая также непрерывно поступает в верхнюю сепарационную камеру А. Поступающая в верхнюю сепарационную камеру А кислая пульпа после смещения ее с исходной кислотой, делится на два потока. Один поток направляется по патрубку 6 через колено 4 в реакционную трубу 3, осуществляя тем самым движение кислой пульпы по циркуляционному контуру В, а другой поток через сливную трубу 18 поступает на диспергирующее устройство 17, которым диспергируется внутри газохода 16, а затем по парогазовому патрубку 15 сливается в нижнюю сепарационную камеру Б. Так как нижняя сепарационная камера Б соединена через коническое днище 10 с циркуляционной трубой 9, то кислая пульпа из нижней сепарационной камеры Б поступает в циркуляционную трубу 9, а затем через соединительный патрубок 11 в реакционную камеру 13, куда по мере ее заполнения кислой пульпой через аммиачную форсунку 14 подают аммиак. The reactor operates as follows. The initial acid is fed through dispersant 19 and the gas duct 16 and fills the upper separation chamber A. At the same time, the reaction tube 3 is also filled with the initial acid through the pipe 6 and elbow 4. The filling of the upper separation chamber A continues until the initial acid flows through the drain pipe 18 into the gas duct 16, and then ammonia is fed through the ammonia nozzle 5 into the reaction tube 3. As a result of the interaction of ammonia with acid in the reaction tube 3, a vapor-liquid mixture is formed consisting of a vapor-gas mixture and a partially ammoniated solution (acid pulp), the density of which is much lower than the density of the acid in the upper separation chamber A. Since the reaction pipe 3 is connected to the upper separation chamber A constructively consists of two communicating vessels, then due to the difference in density formed in them, the vapor-liquid mixture from the reaction tube 6 through the tangential water 3 enters the upper separation chamber A. Due to the tangential inlet 3, the vapor-liquid mixture acquires a rotational motion. Under the action of centrifugal force, the acidic pulp and its sprays are separated from the vapor-gas mixture and fed to the perforated plate 20, and the vapor-gas mixture through the steam outlet pipe 22 and the spray trap 23 is removed from the apparatus. The presence of the rim 21 provides a certain thickness of the acidic pulp layer (pH 4) on the surface of the perforated plate 20, which creates a partially ammoniated solution for continuous dispersion through its openings. Acidic pulp, passing through a perforated plate 20, in the form of drops enters the acid layer and is lubricated with it. Due to the constant supply of ammonia to the ammonia nozzle 5, a vapor-liquid mixture is continuously formed in the reaction tube 3, which also continuously enters the upper separation chamber A. The acidic pulp entering the upper separation chamber A after being displaced with the original acid is divided into two streams. One stream is directed through the pipe 6 through the elbow 4 into the reaction tube 3, thereby moving the acidic pulp along the circulation circuit B, and the other stream through the drain pipe 18 enters the dispersing device 17, which is dispersed inside the duct 16, and then through the gas-vapor pipe 15 merges into the lower separation chamber B. Since the lower separation chamber B is connected through a conical bottom 10 to the circulation pipe 9, the acidic pulp from the lower separation chamber B enters the circulation pipe 9, and then without connecting pipe 11 into the reaction chamber 13, where, as it is filled with acidic pulp, ammonia is fed through an ammonia nozzle 14.

В результате взаимодействия аммиака и кислой пульпы в реакционной трубе 13 происходит ее доаммонизация с образованием парогазовой смеси и аммонизированной пульпой с заданным значением pH. Парогазовая смесь и аммонизированная пульпа образуют в реакционной камере 13 двухфазный поток, плотность которого намного ниже плотности аммонизированной пульпы (или кислой пульпы), находящейся в циркуляционной трубе 9. Благодаря этой разности возникает интенсивное движение двухфазного потока вверх по реакционной камере 13, который через тангенциальное соединение реакционной камеры 13 поступает в нижнюю сепарационную камеру Б, где происходит ее разделение на парогазовую смесь и аммонизированную пульпу. Часть аммонизированной пульпы выводится из газожидкостного реактора в виде продукта на дальнейшую технологическую переработку через переливное устройство 8, а другая, смешавшись с вновь поступившей из парогазового патрубка 15 кислой пульпой, направляется в циркуляционную трубу 9, из которой она вновь попадает в реакционную камеру 13, где снова взаимодействует с аммиаком, образуя парогазовую смесь и аммонизированную до заданного значения pH пульпу, т. е. непрерывное движение аммонизированной пульпы осуществляется по циркуляционному контуру Г. В то же время попавшая в нижнюю сепарационную камеру Б парогазовая смесь, состоящая из пара и аммиака, очищается от основного количества брызг и направляется парогазовый патрубок 15 в газоход 16, орошаемый с помощью диспергирующего устройства 17 кислой пульпой, поступающей по сливной трубе 18 из верхней сепарационной камеры А. Благодаря этому при движении парогазовой смеси вверх по газоходу 16 происходит ее первичная очистка от аммиака и брызг аммонизированной пульпы, неуловленных в нижней сепарационной камере Б. Первичная стадия очистки, осуществляемая всем количеством кислой пульпы, позволяет очистить парогазовую смесь от аммиака на 60-70% от общего количества, содержащегося в парогазовой смеси на выходе из нижней сепарационной камеры Б. При дальнейшем своем движении по газоходу 16 парогазовая смесь очищается от оставшегося количества аммиака и брызг аммонизированной пульпы, подаваемой через диспергирующее устройство 19 исходной кислотой. Благодаря конструкции газохода 16 парогазовая смесь движется на последнем его участке вертикально вниз вместе с каплями исходной кислоты, подаваемой через диспергирующее устройство 19, что обеспечивает еще одну стадию поглощены (очистки) вредных компонентов из парогазовой смеси (аммиака и брызг). Таким образом, не изменяя общего количества исходной кислоты направляемой в газожидкостной реактор, а только перераспределяя ее в газоходе 16 между диспергирующими устройствами 19, в ДГР достигается независимо от заданного значения pH аммонизированной пульпы и концентрации исходной кислоты высокая степень очистки парогазовой смеси от аммиака и брызг аммонизированной пульпы. При контакте парогазовой смеси, имеющей температуру 105-125^оС, с каплями исходной кислоты (20-40^оС) осуществляется интенсивный теплообмен, в результате которого происходит полная утилизация тепла перегретого пара. На выходе из газохода 16 парогазовая смесь попадает в пространство между перфорированной тарелкой и слоем кислой пульпы, находящейся на перегородке 2 в нижней части верхней сепарационной камеры А, где она меняет вектор своего движения и скорость. Одновременно с этим из реакционной трубы через тангенциальный ввод 3 на поверхность перфорированной тарелки 20 поступает кислая пульпа. Как указывалось выше, благодаря бортика 21 на поверхности перфорированной тарелки 20 постоянно существует слой кислой пульпы, которая, проходя через отверстия в перфорированной тарелке 20, непрерывно орошает это пространство. Для осуществления стабильной и более глубокой очистки парогазовой смеси часть газохода 16, расположенная под перфорированной тарелкой 20, опущена в слой кислой пульпы, находящейся на поверхности перегородки 2. Таким образом, парогазовая смесь вышедшая из газохода 16, вновь подвергается очистки от вредных компонентов, что исключает возможность механического проскока парогазовой смеси из нижней сепарационной камеры В, несмотря на резкие изменения технологических параметров (расхода реагирующих компонентов, концентрации реагентов, pH аммонизированной пульпы). При выходе из этого пространства парогазовая смесь поднимается вверх между перфорированной тарелкой 20 и боковой поверхностью верхней сепарационной камеры А, а затем в пространстве, находящемся выше перфоpиpованной тарелки 20, смешивается с паром, вышедшим из реакционной трубы. Образовавшаяся смесь паров поднимается вверх и через пароотводящий патрубок 22 поступает в брызгоуловитель 23, где очищается от брызг и фтора (если исходная кислота содержит F), а затем выводится в атмосферу. Расположение перфорированной тарелки 20 относительно тангенциального ввода 3 зависит от ряда факторов (гидродинамического режима движения двухфазного потока, физико-механических свойств аммонизированного раствора, содержания твердых взвесей и солей). При использовании в производстве минеральных удобрений кислот с высоким содержанием твердых взвесий и при работе газожидкостного реактора на низкой удельной производительности (ниже 10% от проектной мощности), на наклонной перегородке 2 отложение солей и твердых взвесей. Для ликвидации этого явления перфорированная тарелка 20 устанавливается на расстоянии не менее 0,05 D_т. _в. (диаметра тангенциального ввода 3) от верхней точки соединения верхней сепарационной камеры А с тангенциальным вводом 3. Такое расположение перфорированной тарелки 20 дает возможность разделить поток кислой пульпы, выходящей из тангенциального ввода 3, на две части. Одна часть потока заполняет сверху поверхность перфорированной тарелки 20 кислой пульпой, а другая, находясь под ней, непрерывно смывает с перегородки 2 отложение твердых взвесей и солей, используя для этого кинетическую энергию потока. Расположение перфорированной тарелки 20 к верхней точке на расстоянии ближе чем 0,05 D_т.в. приводит к риску, связанному с появлением аммиака в отходящих газах, вследствие недостаточного орошения пространства между перфорированной тарелкой 20 и слоем кислой пульпы в верхней сепарационной камере А. В тоже время расположение перфорированной тарелки 20 ниже верхней точки на расстояние превышающее 4 D_т.в. нецелесообразно, т. к. приводит к нарушению циркуляции кислой пульпы в циркуляционном контуре В и, как следствие этого, к возникновению механических проскоков аммиака и брызг в атмосферу.As a result of the interaction of ammonia and acidic pulp in the reaction tube 13, it is additionally ammoniated to form a vapor-gas mixture and ammoniated pulp with a given pH value. The vapor-gas mixture and the ammoniated pulp form a two-phase flow in the reaction chamber 13, the density of which is much lower than the density of the ammoniated pulp (or acid pulp) located in the circulation pipe 9. Due to this difference, an intense movement of the two-phase flow up the reaction chamber 13 occurs, which through the tangential connection the reaction chamber 13 enters the lower separation chamber B, where it is divided into a vapor-gas mixture and an ammoniated pulp. Part of the ammoniated pulp is discharged from the gas-liquid reactor in the form of a product for further technological processing through an overflow device 8, and the other, mixed with the acid pulp newly introduced from the steam-gas pipe 15, is sent to the circulation pipe 9, from which it again enters the reaction chamber 13, where interacts again with ammonia, forming a vapor-gas mixture and pulp ammoniated to a predetermined pH value, i.e., the continuous movement of the ammoniated pulp is carried out through a circulation loop at G. At the same time, the vapor-gas mixture that has entered the lower separation chamber B, consisting of steam and ammonia, is cleaned of the main amount of spray and the vapor-gas pipe 15 is sent to the gas duct 16, irrigated by means of a dispersing device 17 with acidic pulp coming through the drain pipe 18 from the upper separation chamber A. Due to this, when the vapor-gas mixture moves upward through the gas duct 16, it is initially cleaned of ammonia and ammonia pulp splatters that are not captured in the lower separation chamber B. The primary stage of purification carried out by the entire amount of acidic pulp, allows to clean the gas-vapor mixture from ammonia by 60-70% of the total amount contained in the gas-vapor mixture at the outlet of the lower separation chamber B. Upon further movement through the gas duct 16, the gas-vapor mixture is cleaned of the remaining amount of ammonia and spray ammoniated pulp supplied through the dispersing device 19 with the original acid. Due to the design of the gas duct 16, the vapor-gas mixture moves vertically downward along the last section along with drops of the initial acid supplied through the dispersing device 19, which provides another stage for the absorption (purification) of harmful components from the vapor-gas mixture (ammonia and spray). Thus, without changing the total amount of the initial acid sent to the gas-liquid reactor, but only redistributing it in the gas duct 16 between the dispersing devices 19, in the GDR, regardless of the given pH value of the ammoniated pulp and the concentration of the initial acid, a high degree of purification of the vapor-gas mixture from ammonia and ammonia spray pulp. When contacting the gas-vapor mixture, having a temperature ^of 105-125 C, with droplets starting acid (20-40 ° ^C) is carried out intensive heat exchange, which results in the complete utilization of heat of the superheated steam. At the outlet of the gas duct 16, the gas-vapor mixture enters the space between the perforated plate and the acidic pulp layer located on the partition 2 in the lower part of the upper separation chamber A, where it changes its motion vector and speed. At the same time, an acidic pulp enters from the reaction tube through a tangential inlet 3 onto the surface of the perforated plate 20. As indicated above, thanks to the side 21 on the surface of the perforated plate 20 there is always a layer of acidic pulp, which, passing through the holes in the perforated plate 20, continuously irrigates this space. To carry out a stable and deeper cleaning of the gas-vapor mixture, the part of the gas duct 16 located under the perforated plate 20 is lowered into the acidic pulp layer located on the surface of the partition 2. Thus, the gas-vapor mixture leaving the gas duct 16 is again cleaned of harmful components, which eliminates the possibility of mechanical breakthrough of the vapor-gas mixture from the lower separation chamber B, despite sharp changes in technological parameters (flow rate of reacting components, concentration of reagents, pH ammonium ized pulp). When leaving this space, the gas-vapor mixture rises up between the perforated plate 20 and the side surface of the upper separation chamber A, and then mixes with the steam leaving the reaction tube in the space above the perforated plate 20. The resulting vapor mixture rises and through the steam outlet 22 enters the spray trap 23, where it is cleaned of spray and fluorine (if the source acid contains F), and then is discharged into the atmosphere. The location of the perforated plate 20 relative to the tangential input 3 depends on a number of factors (the hydrodynamic regime of the two-phase flow, the physicomechanical properties of the ammoniated solution, and the content of suspended solids and salts). When using acids with a high content of solid suspensions in the manufacture of mineral fertilizers and when operating a gas-liquid reactor at a low specific productivity (below 10% of the design capacity), salt and solid suspensions are deposited on an inclined partition. To eliminate this phenomenon, the perforated plate 20 is installed at a distance of not less than 0.05 D _t _. (tangential inlet diameter 3) from the upper connection point of the upper separation chamber A with tangential inlet 3. This arrangement of the perforated plate 20 makes it possible to divide the flow of acidic pulp leaving the tangential inlet 3 into two parts. One part of the flow from above fills the surface of the perforated plate 20 with acidic pulp, and the other, being under it, continuously flushes deposits of solid suspensions and salts from the partition 2, using the kinetic energy of the flow. The location of the perforated plate 20 to the upper point at a distance closer than 0.05 D _TV leads to the risk associated with the introduction of ammonia in the exhaust gases, due to insufficient irrigation space between perforated plate 20 and a layer of acid sludge in the upper separating chamber A. At the same time the location of the perforated plate 20 below the top point by a distance exceeding D 4 _T. impractical, because it leads to disruption of the circulation of acidic pulp in the circulation circuit B and, as a result of this, to the occurrence of mechanical breakthroughs of ammonia and splashes into the atmosphere.

Отличительные конструктивные особенности ДГР позволили успешно решить задачу утилизации и очистки высокотемпературной парогазовой смеси, получаемой при высоких значениях pH(=5) аммонизированной пульпы или при нейтрализации высококонцентрированных кислот аммиаком, путем многократного ее орошения исходной кислотой и кислой пульпой, а также добиться стабильной и устойчивой работы реактора несмотря на колебания технологических параметров во время эксплуатации и значительно расширить диапазон варьирования производительности. Однако при большом содержании в исходной кислоте твердых взвесей или полуторных соединений, которые приводят к резкому изменению вязкости кислых пульп, концентрация аммиака в отходящих из газожидкостного реактора парах может существенно превысить равновесную концентрацию. Причиной этого является наличие механических проскоков аммиака через слой кислой пульпы, находящейся в реакционной трубе 3, которые возникают при недостаточно высокой турбулизации двухфазного потока, что приводит к снижению процесса массообмена. С целью интенсификации процесса массообмена и увеличения диапазона использования в газожидкостном реакторе ДГР кислот, оси двух сепарационных камер А и Б смещены относительно друг друга, а наклонная перегородка 2 снабжена опускной трубой 24, которая соединена через патрубок 6 и колено 4 с реакционной трубой 3, образуя тем самым с верхней частью сепаратора 1 циркуляционный контур В, у которого патрубок 6 и колено 4 находятся ниже перегородки 2. Distinctive design features of the GDR allowed us to successfully solve the problem of utilization and purification of high-temperature vapor-gas mixture obtained at high pH (= 5) of ammoniated pulp or by neutralizing highly concentrated acids with ammonia, by repeatedly irrigating it with the original acid and acid pulp, as well as achieving stable and stable operation reactor despite fluctuations in process parameters during operation and significantly expand the range of variation in productivity. However, with a high content in the initial acid of solid suspensions or sesquioxide compounds, which lead to a sharp change in the viscosity of acidic pulps, the concentration of ammonia in the vapor leaving the gas-liquid reactor can significantly exceed the equilibrium concentration. The reason for this is the presence of mechanical breakthroughs of ammonia through the layer of acidic pulp located in the reaction tube 3, which occur with insufficiently high turbulization of the two-phase flow, which leads to a decrease in the mass transfer process. In order to intensify the process of mass transfer and increase the range of use of acids in the gas-liquid reactor, the axes of the two separation chambers A and B are offset relative to each other, and the inclined partition 2 is provided with a lowering pipe 24, which is connected through the pipe 6 and the elbow 4 to the reaction pipe 3, forming thereby, with the upper part of the separator 1, the circulation circuit B, in which the pipe 6 and the elbow 4 are located below the partition 2.

При подаче аммиака через аммиачную форсунку 5 в реакционной трубе 3, также как и в вышеописанной конструкции ДГР, образуется парожидкостная смесь, состоящая из кислой пульпы и пара, которая через тангенциальный ввод 3а выбрасывается в верхнюю сепарационную камеру А, где разделяется на пар и кислую пульпу. Пар отводится через пароотводящий патрубок 22 и брызгоуловитель 23 в атмосферу, а кислая пульпа поступает на поверхность перфорированной тарелки 20 и через ее отверстия в виде капель попадает в слой кислой пульпы, находящейся на перегородке 2, где смешивается с кислотой, поступающей из диспергирующего устройства 19. Так как перегородка 2 выполнена наклонной, то кислая пульпа стекает по ней в опускную трубу 24, заполняет ее и соединенные с ней патрубок 6, колено 4 и реакционную трубу 3. Смещение верхней и нижней сепарационных камер А и Б обуславливается необходимостью выноса опускной трубы 24 из объема нижней сепарационной камеры Б, в которой температура парогазовой смеси выше температуры кипения кислой пульпы. Поэтому размещение опускной трубы 24 в объеме нижней сепарационной камере Б приводит к вскипанию в ней кислой пульпы, что неизбежно влечет за собой нарушение циркуляции и, как следствие этого, вызывает снижение интенсивности процесса массообмена, а также уменьшает диапазон варьирования производительности, т. е. делает совершенно невозможным работу ДГР на низких нагрузках. За счет наличия в циркуляционном контуре опускной трубе 24 увеличивается не только путь прохождения кислой пульпы в реакционной трубе 3 но и скорость движения в ней парогазовой смеси. В свою очередь, увеличение скорости движения парожидкостной смеси способствует (в силу тексотропных свойств аммонизированных пульп) увеличение текучести кислой пульпы (т. е. снижению вязкости) и одновременно с этим усилению турбулентности потока парожидкостной смеси внутри реакционной трубы 3. Увеличение турбулентности потока парожидкостной смеси, ее пути пробега внутри реакционной трубы 3 и снижение вязкости кислой пульпы с возрастанием ее скорости движения приводит к значительному росту поверхности контактирования между кислой пульпой и аммиаакам, а также способствует интенсивному разрушению парогазовых пузырей большого диаметра, являющихся основной причиной механического проскока аммиака в верхнюю сепарационную камеру А. When ammonia is fed through an ammonia nozzle 5 in the reaction tube 3, as well as in the above-described design of the GDR, a vapor-liquid mixture is formed consisting of acid pulp and steam, which is discharged through the tangential inlet 3a into the upper separation chamber A, where it is separated into steam and acid pulp . Steam is discharged through the steam outlet pipe 22 and the spray trap 23 into the atmosphere, and the acidic pulp enters the surface of the perforated plate 20 and through its holes in the form of drops it enters the layer of acidic pulp located on the partition 2, where it is mixed with the acid coming from the dispersing device 19. Since the partition 2 is made inclined, the acidic slurry flows down it into the lowering pipe 24, fills it and the pipe 6 connected to it, the elbow 4 and the reaction pipe 3. The displacement of the upper and lower separation chambers A and B is determined It is necessary to remove the downcomer 24 from the volume of the lower separation chamber B, in which the temperature of the vapor-gas mixture is higher than the boiling point of the acid pulp. Therefore, the placement of the downcomer 24 in the volume of the lower separation chamber B leads to the boiling of acidic pulp in it, which inevitably leads to a violation of circulation and, as a consequence, causes a decrease in the intensity of the mass transfer process, and also reduces the range of variation in productivity, i.e., makes It is completely impossible for the GDR to work at low loads. Due to the presence in the circulation circuit of the downcomer 24, not only the path of the passage of acidic pulp in the reaction tube 3 is increased, but also the speed of the gas-vapor mixture in it. In turn, an increase in the speed of the vapor-liquid mixture promotes (due to the texotropic properties of the ammoniated pulps) an increase in the fluidity of the acid pulp (ie, a decrease in viscosity) and, at the same time, an increase in the turbulence of the vapor-liquid mixture flow inside the reaction tube 3. An increase in the turbulence of the vapor-liquid mixture flow, its paths inside the reaction tube 3 and a decrease in the viscosity of the acidic pulp with an increase in its speed of movement leads to a significant increase in the contact surface between the acidic pool Sing and ammiaakam and promotes intense destruction of large diameter steam and gas bubbles, which are the main cause mechanical ammonia breakthrough into the upper separation chamber A.

В случае профилактических или аварийных остановок газожидкостного реактора ДГР слив кислой пульпы из верхней сепарационной камеры А осуществляется через аварийный штуцер 7, расположенный на циркуляционном контуре В, а слив аммонизированной пульпы проводится через штуцер 12, находящийся на циркуляционном контуре Г. In the case of preventive or emergency shutdowns of a gas-liquid DGR reactor, acid pulp is drained from the upper separation chamber A through an emergency nozzle 7 located on the circulation circuit B, and the ammoniated pulp is drained through the nozzle 12 located on the circulation circuit G.

Таким образом, несоосное расположение верхней сепарационной камеры А относительно нижней сепарационной камеры Б и одновременно с этим наличие опускной трубы 24, вынесенной за пределы сепаратора 1 и укрепленной в перегородке 2, интенсифицирует процесс массообмена в газожидкостном реакторе ДГР, а также увеличивает диапазон варьирования производительности и концентраций, используемых кислот, т. е. увеличивает область применения аппарата. Thus, the misaligned arrangement of the upper separation chamber A relative to the lower separation chamber B and at the same time, the presence of a downcomer 24 extended outside the separator 1 and fixed in the partition 2, intensifies the mass transfer process in the gas-liquid reactor of the GDR, and also increases the range of variation in productivity and concentration acids used, i.e., increases the scope of the apparatus.

Из вышеописанного следует, что предлагаемый газожидкостной реактор ДГР отличается от прототипа следующими конструктивными особенностями. From the above it follows that the proposed gas-liquid reactor DGR differs from the prototype in the following design features.

В предлагаемой конструкции газожидкостного реактора имеется два циркуляционных контура, принадлежащих различным сепарационным частям, причем ни один из циркуляционных контуров не имеет трубы Вентури. In the proposed design of a gas-liquid reactor, there are two circulation circuits belonging to different separation parts, and none of the circulation circuits has a venturi.

В реакторе ДГР отсутствует орошаемый скруббер Вентури и возвратная труба. There is no irrigated venturi scrubber and return pipe in the GDR reactor.

Конструкция ДГР не содержит подъемной трубы с сопло Ловаля. The design of the GDR does not contain a lifting pipe with a Loval nozzle.

Газожидкостной реактор ДГР имеет орошаемый кислотой и кислой пульпой газоход, который выходит из нижней сепарационной камеры и заканчивается внутри верхней сепарационной камеры перфорированной тарелкой, расположенной относительно верхней точки соединения тангенциального ввода с верхней частью сепаратора на 0,1-4 D_т.в.The DGR gas-liquid reactor has an acid-irrigated gas duct that exits the lower separation chamber and ends inside the upper separation chamber with a perforated plate located 0.1-4 D in _relation to the upper connection point of the tangential inlet with the upper part of the separator.

Верхняя сепарационная камера в предлагаемом реакторе сообщается своей нижней частью с газоходом посредством патрубка, который входит внутрь газохода и заканчивается диспергирующим устройством. The upper separation chamber in the proposed reactor communicates with its lower part with the gas duct through a pipe that enters the gas duct and ends with a dispersing device.

Перегородка, разделяющая в газожидкостном реакторе ДГР сепаратор на две части, выполнена под наклоном. The partition dividing the separator into two parts in the gas-liquid GDR reactor is made at an angle.

Подача исходной кислоты в верхнюю и нижнюю сепарационные камеры в предлагаемом газожидкостном реакторе осуществляется через газоход. The feed of the initial acid into the upper and lower separation chambers in the proposed gas-liquid reactor is carried out through the gas duct.

В отличие от прототипа сепарационные части в предлагаемом реакторе установлены по параллельным осям. In contrast to the prototype, the separation parts in the proposed reactor are installed along parallel axes.

В газожидкостном реакторе ДГР кислая пульпа из верхней сепарационной части направляется сначала в газоход, где движется противотоком относительно движению парогазовой смеси, а затем поступает в нижнюю часть сепаратора. In the DGR gas-liquid reactor, the acidic pulp from the upper separation part is first directed to the gas duct, where it moves countercurrently with respect to the movement of the gas-vapor mixture, and then enters the lower part of the separator.

Использование газожидкостного реактора ДГР в производстве минеральных удобрений позволяет осуществлять полную утилизацию тепла перегретого пара, полученного за счет энергии химических реакций, использовать кислоты, содержащие твердые взвеси, увеличить диапазон вартирования производительности, а также снизить удельные затраты сырья (аммиака и применяемых кислот) для получения готового продукта. Основным преимуществом реактора является его высокая экологичность, особенно при получении продуктов с большим содержанием аммиака. Применение в технологических схемах производства минеральных удобрений ДГР позволит отказаться на стадии проведения процесса нейтрализации кислот аммиаком от установки абсорбционного оборудования, что в конечном счете приведет к снижению энергетических и материальных затрат. The use of the gas-liquid reactor DGR in the production of mineral fertilizers allows the complete utilization of the heat of superheated steam obtained from the energy of chemical reactions, the use of acids containing solid suspensions, an increase in the range of capacity cooking, and also lower specific costs of raw materials (ammonia and used acids) to obtain the finished product product. The main advantage of the reactor is its high environmental friendliness, especially when producing products with a high ammonia content. The use of DGR in the technological schemes for the production of mineral fertilizers will make it possible to abandon the installation of absorption equipment at the stage of the process of neutralizing acids with ammonia, which will ultimately lead to lower energy and material costs.

Claims

1. A GAS-LIQUID REACTOR, comprising a separator divided by a partition into two parts, the lower of which is provided with a circulation circuit with an atomizer for introducing ammonia, and pipes for introducing reagents and outputting reaction products, characterized in that the upper part of the separator is equipped with a circulation circuit with tangential inlet, and the lower part of the separator by a gas duct, one of the ends of which has a perforated plate located in the upper part of the separator, located from the upper point of connection of the tangential input with the upper astyu separator by a distance 0.1-4.0 T. diameters of the tangential input, the gas duct having dispersing devices for supplying acid mounted above the level of the acidic pulp, and a dispersing device for acidic pulp located at its level.

2. The reactor according to claim 1, characterized in that the parts of the separator are mounted coaxially, and the baffle is inclined to the horizon and provided with a lowering pipe.

3. The reactor according to claim 1, characterized in that the parts of the separator are offset from one another.