RU2088555C1

RU2088555C1 - Continuous plant for producing liquid nitrogen fertilizers

Info

Publication number: RU2088555C1
Application number: RU94042765A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Шафрановский; Михаил Сергеевич Старшинов
Original assignee: Александр Владимирович Шафрановский; Михаил Сергеевич Старшинов
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1997-08-27
Also published as: RU94042765A

Abstract

FIELD: fertilizers production. SUBSTANCE: continuous plant for producing liquid mineral fertilizers from evaporated urea and ammonium nitrate solutions contains solution mixer and cooling heat exchanger disposed farther in direction of mixture travel. Plant is distinguished with that, between the two mentioned apparatuses, mixture degasser is placed constructed in the form of vertical circular-cross-section container with hot mixture admission pipe in its middle part and connection pipes to withdraw releasing gases and degassed mixture. EFFECT: stabilized quality of produce. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для производства минеральных удобрений и может быть использовано для приготовления жидких азотных удобрений на основе аммиачной селитры и карбамида. The invention relates to equipment for the production of mineral fertilizers and can be used for the preparation of liquid nitrogen fertilizers based on ammonium nitrate and urea.

Известна установка для приготовления жидких азотных удобрений из упаренных водных растворов карбамида и аммиачной селитры путем их смешения и охлаждения, содержащая смеситель и теплообменник. Смеситель выполнен в виде емкости, снабженной перемешивающими устройствами. Смешение осуществляется в периодическом режиме, после чего готовая смесь перекачивается насосом в теплообменник для охлаждения. [1]
Недостаток этой установки заключается в периодичности ее действия, что приводит к увеличению времени пребывания термочувствительного карбамида в горячей зоне и дополнительным потерям карбамида вследствие частичного гидролиза.A known installation for the preparation of liquid nitrogen fertilizers from one stripped off aqueous solutions of urea and ammonium nitrate by mixing and cooling, containing a mixer and a heat exchanger. The mixer is made in the form of a tank equipped with mixing devices. Mixing is carried out in batch mode, after which the finished mixture is pumped to the heat exchanger by a pump for cooling. [one]
The disadvantage of this installation is its periodicity, which leads to an increase in the residence time of the thermosensitive urea in the hot zone and additional losses of urea due to partial hydrolysis.

Известна установка непрерывного действия для приготовления жидких азотных удобрений из упаренных водных растворов карбамида и аммиачной селитры путем их смешения и охлаждения, содержащая смеситель и расположенный по ходу смеси теплообменник [2]
Установка работает в непрерывном режиме, что уменьшает время пребывания карбамида в горячей зоне, поскольку смесь сразу же охлаждается в теплообменнике. Кроме того, установка снабжена рециркуляционным насосом, обеспечивающим возврат части охлаждающей смеси в смеситель, что заметно снижает рабочую температуру в смесителе и уменьшает потери карбамида, вызванные его гидролизом.A known installation of continuous operation for the preparation of liquid nitrogen fertilizers from one stripped off aqueous solutions of urea and ammonium nitrate by mixing and cooling, containing a mixer and a heat exchanger located along the mixture [2]
The unit operates in continuous mode, which reduces the residence time of urea in the hot zone, since the mixture is immediately cooled in the heat exchanger. In addition, the installation is equipped with a recirculation pump, which ensures the return of part of the cooling mixture to the mixer, which significantly reduces the operating temperature in the mixer and reduces the loss of urea caused by its hydrolysis.

Недостатком этой установки является неоднородный состав получаемой смеси, поскольку смеситель выполнен в виде проточной полой емкости, в которой интенсификация перемешивания осуществляется только за счет рециркуляции смеси, что само по себе не достаточно для выравнивания состава смеси по всему объему смесителя. Неоднородность состава смеси не обеспечивает стабильных и хорошо воспроизводимых результатов измерения ее физических параметров, например плотности и/или удельной электропроводности, по которым косвенно оценивают и контролируют состав смеси. В итоге нарушаются требования технических условий на содержание карбамида и аммиачной селитры в смеси. The disadvantage of this installation is the heterogeneous composition of the resulting mixture, since the mixer is made in the form of a flowing hollow tank, in which the intensification of mixing is carried out only by recirculating the mixture, which in itself is not enough to equalize the composition of the mixture throughout the volume of the mixer. The heterogeneity of the composition of the mixture does not provide stable and well reproducible results of measuring its physical parameters, for example, density and / or electrical conductivity, which indirectly evaluate and control the composition of the mixture. As a result, the technical requirements for the content of urea and ammonium nitrate in the mixture are violated.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка непрерывного действия для приготовления жидких азотных удобрений из упаренных водных растворов карбамида и аммиачной селитры, содержащая смеситель растворов, выполненный в виде трубы с насадкой, и расположенный по ходу движения смеси теплообменник для ее охлаждения [3]
Выполнение смесителя в виде трубы с насадкой обеспечивает необходимую степень перемешивания растворов и однородность состава смеси по всему ее объему.Closest to the proposed is a continuous installation for the preparation of liquid nitrogen fertilizers from one stripped off aqueous solutions of urea and ammonium nitrate, containing a mixer of solutions, made in the form of a pipe with a nozzle, and a heat exchanger located along the course of the mixture to cool it [3]
The implementation of the mixer in the form of a pipe with a nozzle provides the necessary degree of mixing solutions and uniformity of the composition of the mixture throughout its volume.

Недостатком этой установки является то, что в смеси образуются газовые пузырьки, затрудняющие работу КИП и A, контролирующих и регулирующих состав продукта, к которому предъявляются жесткие требования. Например, в удобрении марки КАС-32 массовые доли основных компонентов карбамида и аммиачной селитры должны оставаться в интервалах 33,3 35,3% и 44,7 47,7% соответственно, при этом одновременно суммарное содержание азота должно оставаться в интервале 32±0,8%
Концентрация основных компонентов определяется методом совокупных измерений, что требует одновременный точный замер нескольких физических параметров смеси, например, температуры, плотности и удельной электропроводности смеси. При неточном измерении указанных параметров увеличивается погрешность определения концентраций карбамида и аммиачной селитры, что делает невозможным поддержание заданных концентраций в указанных пределах. Газовые пузырьки в смеси образуются несмотря на то, что исходные упаренные водные растворы карбамида и аммиачной селитры являются гомогенными жидкостями и не содержат никаких пузырьков.The disadvantage of this installation is that gas bubbles are formed in the mixture, which impede the operation of instrumentation and automation, which control and regulate the composition of the product, which is subject to stringent requirements. For example, in KAS-32 brand fertilizer, the mass fractions of the main components of urea and ammonium nitrate should remain in the ranges 33.3 35.3% and 44.7 47.7%, respectively, while the total nitrogen content should remain in the range 32 ± 0 ,8%
The concentration of the main components is determined by the method of cumulative measurements, which requires the simultaneous accurate measurement of several physical parameters of the mixture, for example, temperature, density and electrical conductivity of the mixture. With inaccurate measurement of these parameters, the error in determining the concentrations of urea and ammonium nitrate increases, which makes it impossible to maintain the specified concentrations within the specified limits. Gas bubbles in the mixture are formed despite the fact that the initial evaporated aqueous solutions of urea and ammonium nitrate are homogeneous liquids and do not contain any bubbles.

Нами было установлено, что образование и бурное выделение газовых пузырьков из смеси связано с тем, что исходный раствор карбамида содержит в качестве производственных примесей NH₃ и CO₂, которые выделяются из жидкой фазы в момент контакта горячих растворов карбамида и аммиачной селитры. Газовые пузырьки, оставаясь в горячей, а затем и охлажденной жидкости, препятствуют нормальному функционированию различных измерительных датчиков, погруженных в поток жидкости, что исключает точное измерение физических параметров смеси.We found that the formation and rapid release of gas bubbles from the mixture is due to the fact that the initial urea solution contains NH ₃ and CO ₂ as production impurities, which are released from the liquid phase at the moment of contact of the hot solutions of urea and ammonium nitrate. Gas bubbles, remaining in a hot and then cooled liquid, interfere with the normal functioning of various measuring sensors immersed in the liquid flow, which excludes accurate measurement of the physical parameters of the mixture.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества получаемого продукта за счет улучшения работы средств КИП и А, обеспечивающих контроль за составом продукта. The objective of the present invention is to improve the quality of the resulting product by improving the operation of instrumentation and automation, and providing control over the composition of the product.

Решение задачи найдено в том, что в установке непрерывного действия для приготовления жидких азотных удобрений из упаренных водных растворов карбамида и аммиачной селитры, содержащей смеситель растворов, выполненный в виде трубы с насадкой, и расположенный по ходу движения смеси теплообменник для ее охлаждения, согласно изобретению, между смесителем и теплообменником размещен дегазатор смеси, выполненный в виде вертикальной емкости круглого поперечного сечения с патрубком в средней части для приема горячей смеси, выходящей из смесителя, с верхним патрубком для отвода выделяющихся газов и с нижним патрубком для вывода дегазированной смеси в теплообменник. The solution to the problem was found in that in a continuous installation for the preparation of liquid nitrogen fertilizers from evaporated aqueous solutions of urea and ammonium nitrate containing a solution mixer, made in the form of a pipe with a nozzle, and a heat exchanger located along the course of the mixture for cooling it, according to the invention, between the mixer and the heat exchanger there is a mixture degasser, made in the form of a vertical tank of circular cross section with a nozzle in the middle part for receiving the hot mixture leaving the mix A, with an upper nozzle for the discharge of evolved gases and with a lower nozzle for discharging the degassed mixture to the heat exchanger.

В дегазаторе осуществляется отстой и разрушение пены, образованной выделяющимися в толще жидкости газовыми пузырьками. Освобожденная от пузырьков горячая и затем охлажденная смеси при своем движении по всему тракту, начиная от дегазатора и кончая хранилищем готового продукта, не вызывает осложнений при работе средств КИП и А, создает благоприятные условия для измерения необходимых физических параметров смеси (плотности, удельной электропроводности, pH, температуры) или ее расхода и обеспечивает бесперебойный выпуск продукта заданного состава. In the degasser, sludge and the destruction of the foam formed by gas bubbles released in the thickness of the liquid are carried out. The hot and then cooled mixture freed from bubbles during its movement along the entire path, starting from the degasser and ending with the storage of the finished product, does not cause complications during the operation of instrumentation and automation equipment, creates favorable conditions for measuring the necessary physical parameters of the mixture (density, electrical conductivity, pH temperature) or its consumption and ensures uninterrupted release of a product of a given composition.

Датчики для измерения большинства физических параметров жидкой смеси и ее расхода предпочитают устанавливать в потоках, имеющих давление, превышающее атмосферное. Дегазированная жидкость вытекает из дегазатора под действием силы тяжести и не имеет достаточного подпора. Поэтому для создания более благоприятных условий работы средств КИП и А, обеспечивающих выпуск жидких азотных удобрений со строго выдержанными параметрами, в установке согласно изобретению между дегазатором и теплообменником по ходу движения смеси последовательно размещены промежуточная емкость и насос, обеспечивающие передачу дегазированной смеси в теплообменник. Sensors for measuring most of the physical parameters of the liquid mixture and its flow rate are preferred to be installed in streams having a pressure exceeding atmospheric. Degassed liquid flows out of the degasser by gravity and does not have sufficient back pressure. Therefore, in order to create more favorable working conditions for the instrumentation and automation equipment, which ensure the release of liquid nitrogen fertilizers with strictly maintained parameters, an intermediate tank and a pump are sequentially placed between the degasser and the heat exchanger along the mixture in the installation according to the invention, which ensure the transfer of the degassed mixture to the heat exchanger.

В этом случае датчики физических параметров смеси и расхода могут быть установлены в потоке смеси между насосом и теплообменником или после теплообменника, что позволяет создать необходимое давление в измерительном тракте, достаточно превышающее атмосферное давление. In this case, the sensors of the physical parameters of the mixture and flow rate can be installed in the flow of the mixture between the pump and the heat exchanger or after the heat exchanger, which allows you to create the necessary pressure in the measuring path, sufficiently exceeding atmospheric pressure.

Дополнительное преимущество такого исполнения установки заключается в том, что подпора, создаваемого насосом, хватает на возврат части охлажденной смеси в смеситель в качестве рециркуляционного потока, т.е. становится возможной работа смесителя при более низкой рабочей температуре, что уменьшает потери карбамида, вызванные его гидролизом. An additional advantage of this embodiment of the installation is that the pressure created by the pump is enough to return part of the cooled mixture to the mixer as a recycle stream, i.e. it becomes possible to operate the mixer at a lower operating temperature, which reduces the loss of urea caused by its hydrolysis.

На фиг. 1, 2 представлены схемы установки непрерывного действия для приготовления жидких азотных удобрений из упаренных водных растворов карбамида и аммиачной селитры. In FIG. 1, 2, there are presented schemes of a continuous operation unit for the preparation of liquid nitrogen fertilizers from evaporated aqueous solutions of urea and ammonium nitrate.

На фиг. 1 показан более простой вариант. In FIG. 1 shows a simpler version.

Установка состоит из смесителя 1, выполненного в виде трубы с насадкой, теплообменника 2 и дегазатора, выполненного в виде вертикальной емкости 3 круглого поперечного сечения с тангенциальным патрубком 4 в средней части для приема горячей смеси, с верхним патрубком 5 для отвода выделяющихся газов и с нижним патрубком 6 для вывода дегазированной смеси. The installation consists of a mixer 1, made in the form of a pipe with a nozzle, a heat exchanger 2 and a degasser, made in the form of a vertical tank 3 of circular cross section with a tangential nozzle 4 in the middle part for receiving the hot mixture, with an upper nozzle 5 for venting evolved gases and with a lower pipe 6 for the conclusion of the degassed mixture.

Трубопровод 7 связывает смеситель 1 с дегазатором. Трубопровод 8 служит для перетока дегазированной жидкости из дегазатора в теплообменник 2, а трубопровод 9 для перетока охлажденной смеси в сборник готового продукта 10. The pipeline 7 connects the mixer 1 to the degasser. The pipe 8 serves to transfer the degassed liquid from the degasser to the heat exchanger 2, and the pipe 9 for the flow of the cooled mixture into the finished product collector 10.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Раствор аммиачной селитры концентрацией 91% при температуре 144^oC и раствор карбамида концентрацией 70% при температуре 117^oC непрерывно поступают из соответствующих цехов в смеситель 1. Раствор карбамида содержит 0,2 мас. CO₂ и 0,6 мас. NH₃ в виде растворенных производственных примесей.A solution of ammonium nitrate at a concentration of 91% at a temperature of 144 ^o C and a solution of urea at a concentration of 70% at a temperature of 117 ^o C continuously come from the corresponding shops in the mixer 1. The solution of urea contains 0.2 wt. CO ₂ and 0.6 wt. NH ₃ in the form of dissolved production impurities.

При выгрузке горячей смеси из смесителя 1 в дегазатор через тангенциальный патрубок 4 жидкость вспенивается. Столб пены и жидкости закручивается внутри дегазатора, и пена быстро разрушается. При этом газовая фаза, состоящая в основном из диоксида углерода и аммиака, удаляется из дегазатора через верхний патрубок 5, а жидкость, т.е. дегазированная смесь, освобожденная от газовых пузырьков, через нижний центральный патрубок вытекает из дегазатора и по трубопроводу 8 поступает на охлаждение в теплообменник 2. Готовый продукт по трубопроводу 9 перетекает в сборник 10. When unloading the hot mixture from the mixer 1 into the degasser through the tangential pipe 4, the liquid foams. A column of foam and liquid swirls inside the degasser, and the foam quickly collapses. In this case, the gas phase, consisting mainly of carbon dioxide and ammonia, is removed from the degasser through the upper pipe 5, and the liquid, i.e. the degassed mixture, freed from gas bubbles, flows out of the degasser through the lower central pipe and is fed to the heat exchanger 2 through the pipe 8 for cooling. The finished product flows through the pipe 9 into the collector 10.

На фиг. 2 установка содержит смеситель 1 и теплообменник 2, расположенные горизонтально, дегазатор, выполненный в виде конусообразной вертикальной емкости 3 с патрубком 4 в средней части для ввода смеси, тангенциальным патрубком 5 в верхней части для отвода выделяющихся газов и с нижним патрубком 6 для вывода дегазированной смеси. Кроме того, между дегазатором и теплообменником 2 по ходу движения смеси последовательно размещены промежуточная емкость 11 и насос 12, обеспечивающие передачу смеси из дегазатора в теплообменник 2. In FIG. 2, the installation comprises a mixer 1 and a heat exchanger 2 arranged horizontally, a degasser made in the form of a conical vertical tank 3 with a nozzle 4 in the middle part for introducing the mixture, a tangential nozzle 5 in the upper part for venting the evolved gases and with a lower nozzle 6 for discharging the degassed mixture . In addition, between the degasser and the heat exchanger 2 in the direction of the mixture, the intermediate tank 11 and the pump 12 are sequentially placed, which transfer the mixture from the degasser to the heat exchanger 2.

Промежуточная емкость 11 сообщается с атмосферой. Насос 12 предназначен для забора горячей дегазированной смеси из промежуточной емкости 11 и подачи ее по трубопроводу 13 в теплообменник 2. Выход из теплообменника 2 связан трубопроводом 9 со сборником готового продукта 10 и трубопроводом 14 со смесителем 1. Вентиль 15 на трубопроводе 14 предназначен для регулирования количества охлажденной смеси, возвращаемой в смеситель 1 на рециркуляцию. The intermediate tank 11 communicates with the atmosphere. The pump 12 is designed to collect the hot degassed mixture from the intermediate tank 11 and supply it through a pipe 13 to a heat exchanger 2. The output from the heat exchanger 2 is connected by a pipe 9 to the finished product collector 10 and a pipe 14 with a mixer 1. The valve 15 on the pipe 14 is designed to control the quantity chilled mixture returned to the mixer 1 for recycling.

Растворы карбамида и аммиачной селитры и (при необходимости) вода непрерывно подаются в смеситель 1, после которого горячая смесь направляется в дегазатор. Благодаря тангенциально расположенному входному патрубку 4 дегазатора внутри последнего возникает закрученный поток эмульсии, который быстро расслаивается. Газовая фаза, содержащая диоксид углерода и аммиак, удаляется из дегазатора через верхний патрубок 5. Дегазированная жидкость самотеком поступает в промежуточную емкость 11, откуда насосом 12 направляется в теплообменник 2 и далее частично на рециркуляцию по трубопроводу 14, и в остальном количестве в хранилище готового продукта по трубопроводу 9. The solutions of urea and ammonium nitrate and (if necessary) water are continuously fed into the mixer 1, after which the hot mixture is sent to the degasser. Thanks to the tangentially located inlet pipe 4 of the degasser, a swirling emulsion flow arises inside the latter, which quickly delaminates. The gas phase containing carbon dioxide and ammonia is removed from the degasser through the upper nozzle 5. The degassed liquid flows by gravity into the intermediate tank 11, from where it is directed by the pump 12 to the heat exchanger 2 and then partially recycled through the pipe 14, and the rest in the finished product storage by pipeline 9.

Claims

1. Installation of continuous operation for the preparation of liquid nitrogen fertilizers from evaporated aqueous solutions of urea and ammonium nitrate, containing a mixer of solutions, made in the form of a pipe with a nozzle and located along the course of the mixture, a heat exchanger for cooling it, characterized in that between the mixer and the heat exchanger is placed mixture degasser, made in the form of a vertical container of circular cross section with a nozzle in the middle part for receiving a hot mixture leaving the mixer, with an upper branch pipe emitted gases and with a lower nozzle for discharging a degassed mixture into a heat exchanger.

2. Installation according to claim 1, characterized in that between the degasser and the heat exchanger in the direction of the mixture, an intermediate tank and a pump are sequentially placed, which ensure the transfer of the degassed mixture to the heat exchanger.