RU2709133C2

RU2709133C2 - Acid concentration column

Info

Publication number: RU2709133C2
Application number: RU2018118917A
Authority: RU
Inventors: Сергей Евгеньевич Петров; Рифкат Абдрахманович Халитов; Владимир Иванович Петров; Илья Николаевич Степанов; Мансур Рашидович Касимов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Производственно-коммерческая фирма "Химтек" (ООО "ПКФ "Химтек")
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2019-12-16
Also published as: RU2018118917A; RU2018118917A3

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to devices used for concentration of solutions of acids, and can be used in various areas of the chemical industry, in particular in the process of denitration of waste sulfur-nitric acid mixtures in the production of cellulose nitrates and explosives. Acid concentration column includes composite case 1 of the sockets, separated by a height of horizontal plates 11, each of which is equipped with swirler 12 with lid 13, gas pipe 15 and acid overflow pipe 16, located on housing 1, acid inlet pipe 5, 6, lid 3 with gas outlet pipe 7 and bottom 4 with gas inlet pipe 8, acid output 10 and acid discharge 9, the lower part of swirler 12 and the upper part of gas pipe 15 have tangential slots 14, 18, the lower part of the gas pipe - tangential holes 17, the direction of rotation of tangential holes 17 and tangential slots 18 of gas pipe 15 coincides with the direction of rotation of tangential slots 14 of swirler 12, the lower sections of tangential slots 18 of gas nozzle 15 are above tangential slots 14 of swirler 12, and the upper sections of slots 18 of gas nozzle 15 abut against lid 13 of swirler 12, the upper cut of acid overflow nozzle 16 is located between the upper cut of tangential slots 14 of swirler 12 and the lower cut of tangential slots 18 of gas nozzle 15, lid 13 of swirl 12 has a concave shape, the lower edge of lid 13 is located below tangential slots 18 of gas pipe 15. Internal cavity of the device and the elements located inside are made of a corrosion-resistant plastic material such as fluoroplast-4. Lid 13 of swirl 12 can be made in the form of a paraboloid of rotation, a circular cone of rotation or a hemisphere of rotation. Fluoroplastic plate 11 is additionally equipped with split ring stiffness 19.

EFFECT: proposed column provides an increase in heat and mass transfer efficiency by increasing the contact surface of the gas and liquid phases, reducing the hydraulic resistance and increasing the range of stable operation with changes in gas and liquid loads, while the column is safe and reliable in long-term operation.

6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам, применяемым для концентрирования растворов кислот, и может быть использовано в различных областях химической промышленности, в частности, в процессе денитрации отработанных серноазотных кислотных смесей в производствах нитратов целлюлозы и взрывчатых веществ.The invention relates to apparatuses used for concentrating acid solutions, and can be used in various fields of the chemical industry, in particular, in the process of denitration of spent sulfur-nitrogen acid mixtures in the production of cellulose nitrates and explosives.

В настоящее время наибольшее распространение получили колонны концентрирования кислот барботажного типа конструкции Варваричева, ГБХ и Степанова (Лебедев А.Я. «Установки для денитрации и концентрирования серной кислоты» изд. «Химия», М., 1972. 240 с.). Колонна Варваричева имеет на тарелке семь барботажных колпачков, колонна ГБХ и Степанова - один большой барботажный колпак.Currently, the most widespread are the concentration columns of acidic acids of the bubbling type designed by Varvarichev, GBH and Stepanova (A. Lebedev, "Installations for the denitration and concentration of sulfuric acid," published by Chemistry, Moscow, 1972. 240 pp.). The Varvarichev column has seven bubble caps on the plate, the GBH and Stepanova columns - one large bubble cap.

Недостатком этих колонн является низкая эффективность тепломассообмена, интенсивный брызгоунос и захлебывание колонны при увеличении производительности.The disadvantage of these columns is the low efficiency of heat and mass transfer, intensive splashing and flooding of the column with an increase in productivity.

Дальнейшее повышение производительности барботажных аппаратов требует принципиально нового подхода к организации контакта между газом и жидкостью. Наиболее перспективным методом является создание закрученного вихревого движения газовой и жидкой фаз, которая позволяет создать развитую, непрерывно обновляемую межфазную поверхность и интенсифицировать процессы тепломассообмена.A further increase in the productivity of bubblers requires a fundamentally new approach to the organization of contact between gas and liquid. The most promising method is the creation of swirling vortex motion of the gas and liquid phases, which allows you to create a developed, continuously updated interphase surface and to intensify heat and mass transfer processes.

Известна колонна для концентрирования кислот, в которой используется принцип вихревого движения газовой и жидкой фаз (патент РФ №2414419, С01 В17/88, опубл. 20.03.2011). Колонна включает составной корпус из царг, на которых находятся рабочие ступени концентрирования и улова паров и брызг кислоты, верхнюю крышку с патрубками и нижнюю часть аппарата с узлами подачи топочных газов и рециркуляционной кислоты в вихревом контактном устройстве, расположенном на каждой рабочей ступени концентрирования кислоты, высота контактного патрубка, размещенного в полости верхней царги, увеличена относительно высоты завихрителя по ходу движения топочных газов на величину не менее 5 мм, причем патрубок на дополнительно увеличенной поверхности контактирования имеет размещенные по продольной оси в направлении движения газов отверстия произвольной формы, сообщенные с полостью верхней царги.Known column for the concentration of acids, which uses the principle of vortex motion of the gas and liquid phases (RF patent No. 2414419, C01 B17 / 88, publ. 20.03.2011). The column includes a composite casing made of tsar, on which there are working steps for concentrating and catching vapors and splashes of acid, an upper cover with nozzles and a lower part of the apparatus with units for supplying flue gases and recirculating acid in a vortex contact device located at each working stage of acid concentration, height the contact pipe located in the cavity of the upper drawer is increased relative to the height of the swirl along the flue gas by at least 5 mm, and the pipe additionally the largest contact surface has openings of arbitrary shape arranged along the longitudinal axis in the direction of gas movement, communicated with the cavity of the upper side.

Недостатками этой колонны являются низкая эффективность тепломассообмена при низких нагрузках по газовой фазе и высоких нагрузках по жидкой фазе из-за провала жидкости на нижележащую ступень.The disadvantages of this column are the low efficiency of heat and mass transfer at low loads in the gas phase and high loads in the liquid phase due to the failure of the liquid on the underlying stage.

Известна колонна концентрирования кислот, выбранная в качестве прототипа, в которой отсутствует провал жидкости на нижележащую ступень, что позволяет расширить диапазон устойчивой работы (патент РФ №2607208, B01D 3/32, опубл. 10.01.2017). Колонна включает в себя составной корпус из царг, на которых находятся рабочие ступени концентрирования, ступени улова паров и брызг кислоты, крышку с патрубками и днище с вертикальными и горизонтальным каналами, с патрубком подачи пара (газа), патрубками входа и выхода кислоты и контактным патрубком, расположенным в верхней его части с зазором относительно первой рабочей ступени, каждая рабочая ступень состоит из нижней и верхней царг, причем нижняя царга с патрубком для приема кислоты выполнена с тарелкой, на которой установлен завихритель с крышкой и тангенциально расположенными лопатками, а верхняя царга с патрубком для отвода кислоты выполнена с отбортовкой, на которой установлен с зазором между плоскостями тарелок контактный патрубок, а тарелка снабжена газовым патрубком, причем верхний срез патрубка находится выше лопаток завихрителя, а зазор между контактным патрубком и тарелкой вышележащей ступени составляет 0,1-0,5 диаметра контактного патрубка.A known column of acid concentration, selected as a prototype, in which there is no liquid dip in the underlying stage, which allows to expand the range of stable operation (RF patent No. 2607208, B01D 3/32, publ. 10.01.2017). The column includes a composite housing made of tsar, on which there are working concentration steps, vapor capture and acid spray steps, a cover with nozzles and a bottom with vertical and horizontal channels, with a steam (gas) supply pipe, acid inlet and outlet pipes and a contact pipe located in its upper part with a gap relative to the first working stage, each working stage consists of a lower and an upper side, and the lower side with a nozzle for receiving acid is made with a plate on which the swirl is mounted spruce with a lid and tangentially arranged vanes, and the upper side with an acid outlet pipe is made with a flange, on which a contact pipe is installed with a gap between the planes of the plates, and the plate is equipped with a gas pipe, and the upper section of the pipe is above the swirler blades, and the gap between the contact the pipe and plate of the overlying stage is 0.1-0.5 of the diameter of the contact pipe.

Недостатками колонны являются низкая эффективность тепломассообмена из-за невысокой поверхности контакта между газом и жидкостью, высокое гидравлическое сопротивление и малый диапазон устойчивой работы при изменениях нагрузок по газу и жидкости.The disadvantages of the column are the low efficiency of heat and mass transfer due to the low contact surface between the gas and the liquid, high hydraulic resistance and a small range of stable operation with changes in gas and liquid loads.

Технической проблемой является повышение эффективности тепломассообмена, увеличение диапазона устойчивой работы при изменении нагрузок по газу и жидкости, уменьшение гидравлического сопротивления.The technical problem is to increase the efficiency of heat and mass transfer, increase the range of stable operation when changing gas and liquid loads, and reduce hydraulic resistance.

Техническая проблема решается использованием колонны концентрирования кислот, которая включает составной корпус из царг, разделенных по высоте горизонтальными тарелками, каждая из которых оборудована завихрителем с крышкой, газовым патрубком и патрубком перелива кислоты, расположенные на корпусе патрубки входа кислот, крышку с патрубком выхода газа и днище с патрубками входа газа, выхода кислоты и слива кислоты; нижняя часть завихрителя и верхняя часть газового патрубка имеют тангенциальные щели, нижняя часть газового патрубка - тангенциальные отверстия, при этом направление вращения тангенциальных отверстий и щелей газового патрубка совпадают с направлением вращения тангенциальных щелей завихрителя, нижние срезы тангенциальных щелей газового патрубка находятся выше тангенциальных щелей завихрителя, а верхние срезы щелей газового патрубка упираются в крышку завихрителя, верхний срез патрубка перелива кислоты находится между верхним срезом тангенциальных щелей завихрителя и нижним срезом тангенциальных щелей газового патрубка, крышка завихрителя имеет вогнутую форму, причем нижний край крышки расположен ниже тангенциальных щелей газового патрубка.The technical problem is solved by using an acid concentration column, which includes a composite casing made of tsar, separated by horizontal plates in height, each of which is equipped with a swirl with a cover, a gas pipe and an acid overflow pipe located on the case of the acid inlet pipe, a cover with a gas outlet pipe and a bottom with nozzles for gas inlet, acid outlet and acid drain; the lower part of the swirl and the upper part of the gas pipe have tangential slits, the lower part of the gas pipe has tangential openings, while the direction of rotation of the tangential holes and slots of the gas pipe coincides with the direction of rotation of the tangential slots of the swirl, the lower sections of the tangential slots of the gas pipe are above the tangential and the upper sections of the slots of the gas pipe abut against the swirl cover, the upper section of the acid overflow pipe is between the upper cut m of tangential slits of the swirler and the lower cut of the tangential slits of the gas pipe, the cover of the swirl has a concave shape, and the lower edge of the cover is located below the tangential slots of the gas pipe.

Внутренняя полость колонны и расположенные внутри элементы выполнены из коррозионно-стойкого пластического материала типа фторопласт-4. Для увеличения жесткости и герметичности колонны фторопластовая тарелка дополнительно снабжена разъемным кольцом жесткости. Крышка завихрителя может быть выполнена в виде параболоида вращения или кругового конуса вращения, или полусферы вращения.The internal cavity of the column and the elements located inside are made of a corrosion-resistant plastic material such as fluoroplast-4. To increase the stiffness and tightness of the column, the fluoroplastic plate is additionally equipped with a split stiffness ring. The swirl cover can be made in the form of a paraboloid of revolution or a circular cone of rotation, or a hemisphere of rotation.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности тепломассообмена за счет увеличения поверхности контакта газовой и жидкой фаз, в уменьшении гидравлического сопротивления и в увеличении диапазона устойчивой работы при изменении нагрузок по газу и жидкости.The technical result of the invention is to increase the efficiency of heat and mass transfer by increasing the contact surface of the gas and liquid phases, to reduce hydraulic resistance and to increase the range of stable operation when changing gas and liquid loads.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

В прототипе на царге образуются две зоны контакта газо-жидкостного потока: между газовым патрубком и завихрителем, и между завихрителем и контактным патрубком. В предлагаемой колонне благодаря наличию тангенциальных отверстий и щелей на газовом патрубке и тангенциальных щелей на завихрителе на каждой царге образуются четыре непрерывно обновляемые зоны контакта газо-жидкостного потока: первая зона - внутри газового патрубка при раскрутке и подъеме жидкости, поступающей из тангенциальных отверстий газового патрубка восходящим вращающимся газовым потоком, поступающим из нижележащей ступени и при выходе его из щелей завихрителя газового патрубка; вторая зона - в зазоре между газовым патрубком и крышкой завихрителя при нисходящем закрученном стесненном движении вращающегося газожидкостного потока и ударе его о поверхность жидкости, находящейся в этом зазоре; третья зона - в зазоре между газовым патрубком и завихрителем при выходе закрученного газожидкостного потока в стесненном режиме из щелей завихрителя и взаимодействии с кислотой, находящейся на тарелке; четвертая зона - между завихрителем и стенкой царги при вращательном вихревом движении газожидкостного потока.In the prototype, two contact zones of the gas-liquid flow are formed on the drawer side: between the gas pipe and the swirl, and between the swirl and the contact pipe. In the proposed column, due to the presence of tangential openings and slots on the gas nozzle and tangential slots on the swirler, four continuously updated contact zones of the gas-liquid flow are formed on each collet: the first zone is inside the gas nozzle when the liquid coming from the tangential holes of the gas nozzle is unscrewed and ascended a rotating gas stream coming from the underlying stage and when it leaves the slots of the swirl of the gas pipe; the second zone - in the gap between the gas pipe and the swirl cover during a downward swirling constrained movement of the rotating gas-liquid flow and its impact on the surface of the liquid in this gap; the third zone - in the gap between the gas pipe and the swirl at the exit of the swirling gas-liquid flow in a cramped mode from the swirl slots and interacting with the acid on the plate; the fourth zone is between the swirl and the wall of the collet during a rotational vortex motion of a gas-liquid flow.

Наличие в нижней части газового патрубка тангенциальных отверстий, а в верхней тангенциально расположенных щелей, обеспечивает многократную циркуляцию кислоты, тем самым увеличивая поверхность контакта фаз. Газовый поток, проходя через щели газового патрубка, закручивает и дополнительно турбулизирует циркулирующую кислоту, повышая эффективность тепломассообмена. Одинаковое направление вращения щелей газового патрубка и завихрителя позволяет осуществить прохождение вращающегося газожидкостного потока в непрерывном режиме, не теряя крутки потока, что обеспечивает непрерывное и постоянное обновление поверхности контакта фаз во всех четырех зонах контакта газа и жидкости. Это приводит к интенсификации тепломассообмена между газом и жидкостью.The presence of tangential openings in the lower part of the gas pipe, and in the upper tangentially located slots, provides multiple circulation of acid, thereby increasing the phase contact surface. The gas stream, passing through the slots of the gas pipe, swirls and additionally turbulizes the circulating acid, increasing the efficiency of heat and mass transfer. The same direction of rotation of the slots of the gas pipe and swirl allows the passage of the rotating gas-liquid flow in a continuous mode without losing the twist of the flow, which ensures continuous and constant updating of the contact surface of the phases in all four zones of gas and liquid contact. This leads to the intensification of heat and mass transfer between gas and liquid.

Расположение нижнего среза щелей газовых патрубков выше щелей завихрителей приводит к предотвращению провала жидкости из тарелки на нижележащую ступень при низких расходах по газовой фазе и высоких расходах по жидкой фазе, что позволяет обеспечить повышение диапазона устойчивой работы и увеличение эффективности тепломассообмена. Верхние срезы щелей газового патрубка упираются в крышку завихрителя, что позволяет обеспечить прохождение всего объема восходящего вращающегося газожидкостного потока через щели газового патрубка. Изготовление крышки завихрителя вогнутой формы позволяет улучшить турбулизацию газо-жидкостного потока и снизить гидравлическое сопротивление, что способствует увеличению эффективности тепломассообмена. При этом крышка завихрителя может быть выполнена в виде параболоида вращения или кругового конуса вращения, или полусферы вращения.The location of the lower cut of the slots of the gas pipes above the slots of the swirlers leads to the prevention of the failure of the liquid from the plate to the underlying stage at low flow rates in the gas phase and high flow rates in the liquid phase, which allows to increase the range of stable operation and increase the efficiency of heat and mass transfer. The upper sections of the slots of the gas pipe abut against the cover of the swirl, which allows the passage of the entire volume of the ascending rotating gas-liquid flow through the slots of the gas pipe. The manufacture of a concave swirler cap makes it possible to improve the turbulization of the gas-liquid flow and reduce the hydraulic resistance, which helps to increase the efficiency of heat and mass transfer. In this case, the swirl cover can be made in the form of a paraboloid of revolution or a circular cone of rotation, or a hemisphere of rotation.

Выполнение внутренней полости колонны и расположенных внутри элементов из коррозионно-стойкого пластического материала типа фторопласт-4 позволяет обеспечить повышенную герметичность оборудования, а также благодаря низкой адгезии поверхность фторопластовых деталей колонны может самоосвобождаться от шлама, что в совокупности приводит к уменьшению потерь тепла колонны, а, следовательно, способствует дополнительному повышению эффективности тепломассообмена. Кроме того, колонна выполненная из фторопласта, обладает эксплуатационной надежностью, устойчивостью к перепадам температур, не требует длительного прогрева и охлаждения при пуске и остановке колонны.The implementation of the inner cavity of the column and the elements located inside of the corrosion-resistant plastic material such as fluoroplast-4 allows for increased tightness of the equipment, and also due to the low adhesion, the surface of the fluoroplastic parts of the column can self-release from sludge, which together leads to a decrease in heat loss of the column, and, therefore, it contributes to an additional increase in the efficiency of heat and mass transfer. In addition, the column made of fluoroplastic, has operational reliability, resistance to temperature extremes, does not require prolonged heating and cooling when starting and stopping the column.

Выполнение тарелки с разъемным кольцом жесткости позволяет обеспечить герметичность колонны при высоких температурах, поскольку разъемное кольцо жесткости обеспечивает жесткое закрепление тарелок между царгами.The implementation of the plates with a split ring of stiffness allows to ensure the tightness of the column at high temperatures, since the split ring of rigidity provides a rigid fixation of the plates between the drawers.

Изобретение поясняется следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:

на фиг. 1 представлена колонна концентрирования кислот предлагаемой конструкции,in FIG. 1 presents a column of concentration of acids of the proposed design,

на фиг. 2 - вырыв по А на фиг. 1,in FIG. 2 - breakout A in FIG. 1,

на фиг. 3 - разрез по В-В на фиг. 2,in FIG. 3 is a section along BB in FIG. 2

на фиг. 4 - разрез по Г-Г на фиг. 2,in FIG. 4 is a section along G-D in FIG. 2

на фиг. 5 - вырыв по Б на фиг 2.in FIG. 5 - a breakout according to B in FIG. 2.

на фиг. 6 - вырыв по Б на фиг 2.in FIG. 6 - a breakout according to B in FIG. 2.

Колонна концентрирования кислот содержит составной корпус из царг 1, имеющих футеровку 2 из цельнотянутых фторопластовых труб, крышку 3 и днище 4, футерованные фторопластом (фиг. 1). Футеровка царг фторопластом выполняется в виде вкладышей из цельнотянутых фторопластовых труб, помещаемых внутрь царги с дальнейшим загибанием эластичного фторопласта при помощи специальной технологии и приданием формы в виде отбортовок на металлические фланцы царг и патрубков. Отбортовки служат после монтажа материалом уплотнения. Футеровка крышки и днища фторопластом осуществляется по этой же технологии листами фторопласта. На корпусе 1 расположены патрубок 5 входа отработанной кислотной смеси (ОКС) или слабой 50% азотной кислоты и патрубок 6 входа крепкой серной кислоты. На крышке 3 расположен патрубок для выхода газа 7. Днище 4 имеет патрубки для входа пара 8, для аварийного слива кислоты 9, патрубок 10 выхода серной кислоты из колонны.The acid concentration column contains a composite casing of casing 1 having a lining 2 of seamless fluoroplastic pipes, a lid 3 and a bottom 4 lined with fluoroplastic (Fig. 1). Lining of the casing with fluoroplastic is performed in the form of inserts of seamless fluoroplastic pipes placed inside the casing with further bending of the flexible fluoroplastic using special technology and shaping in the form of flanges on the metal flanges of the casing and nozzles. Flanges serve after installation with seal material. The lining of the lid and the bottom with fluoroplastic is carried out according to the same technology with fluoroplastic sheets. On the housing 1 there is a pipe 5 of the input of the spent acid mixture (ACS) or weak 50% nitric acid and pipe 6 of the input of strong sulfuric acid. On the cover 3 there is a pipe for the exit of gas 7. The bottom 4 has pipes for the input of steam 8, for emergency drain of acid 9, the pipe 10 for the exit of sulfuric acid from the column.

Между царгами установлена тарелка 11, с закрепленным на ней завихрителем 12 с крышкой 13 (фиг. 2). В нижней части завихрителя выполнены тангенциальные щели 14. На тарелке 11 установлены газовый патрубок 15 и патрубок 16 перелива кислоты с вышележащей на нижележащую тарелку. Газовый патрубок 15 имеет тангенциальные отверстия 17 в нижней части и тангенциальные щели 18 в верхней части. Верхний срез патрубка 16 перелива кислоты находится выше тангенциальных щелей 14 завихрителя 12 и ниже нижнего среза тангенциальных щелей 18 газового патрубка 15. Для увеличения прочности тарелка 11 снабжена разъемным кольцом жесткости 19. Направление расположения тангенциальных отверстий 17 и щелей 18 газового патрубка15 совпадает с направлением расположения тангенциальных щелей 14 завихрителя 12 (фиг. 3 и 4).Between the drawers there is a plate 11, with a swirler 12 fixed on it with a lid 13 (Fig. 2). In the lower part of the swirler, tangential slots are made 14. A gas pipe 15 and an acid overflow pipe 16 are installed on the plate 11 with an overlying plate on the underlying plate. The gas pipe 15 has tangential openings 17 in the lower part and tangential slits 18 in the upper part. The upper section of the acid overflow pipe 16 is located above the tangential slots 14 of the swirler 12 and below the lower section of the tangential slots 18 of the gas pipe 15. To increase the strength, the plate 11 is provided with a split stiffening ring 19. The direction of the tangential holes 17 and the gas pipe 18 slots 18 coincides with the direction of the tangential slits 14 of the swirler 12 (Fig. 3 and 4).

Крышка 13 завихрителя 12 имеет вогнутую форму и может быть выполнена в виде параболоида вращения (фиг. 2) или в виде кругового конуса вращения (фиг. 5), или в виде полусферы вращения (фиг. 6). При этом нижний край крышки расположен ниже тангенциальных щелей 18 газового патрубка 15.The cover 13 of the swirler 12 has a concave shape and can be made in the form of a paraboloid of rotation (Fig. 2) or in the form of a circular cone of rotation (Fig. 5), or in the form of a hemisphere of rotation (Fig. 6). While the lower edge of the cover is located below the tangential slots 18 of the gas pipe 15.

Работу колонны концентрирования рассмотрим на примере концентрирования слабой 50% азотной кислоты с получением продукционной 98% азотной кислоты. В качестве водоотнимающего вещества использована 92% серная кислота.We consider the operation of the concentration column using the example of concentration of weak 50% nitric acid to obtain production 98% nitric acid. 92% sulfuric acid was used as a water-taking substance.

Через патрубок 5 в колонну подают 50% азотную кислоту, через патрубок 6-92% серную кислоту. В днище 4 по патрубку 8 подается перегретый водяной пар с температурой 150÷200°С. Абсолютное давление перегретого пара на входе в колонну составляет 2,5 ат. Водяной пар из днища колонны 4 поднимается вверх, нагревает на тарелках 11 кислотную смесь, в результате азотная кислота испаряется, поднимается вместе с паром вверх и поступает на вышележащую тарелку, а серная кислота стекает через патрубки перелива кислоты 16 на нижележащие тарелки.Through pipe 5, 50% nitric acid is fed into the column, through pipe 6-92% sulfuric acid. In the bottom 4, overheated water vapor with a temperature of 150 ÷ 200 ° C is supplied through pipe 8. The absolute pressure of superheated steam at the inlet to the column is 2.5 atm. Water vapor from the bottom of the column 4 rises up, heats the acid mixture on the plates 11, as a result, the nitric acid evaporates, rises with the steam upwards and enters the overlying plate, and sulfuric acid flows through the overflow pipes 16 to the underlying plates.

При работе колонны концентрирования газо-жидкостной поток проходит последовательно четыре зоны контакта. В первой зоне внутри газового патрубка 15 происходит раскрутка газо-жидкостного потока и подъем кислоты, поступающей из тангенциальных отверстий 17 газового патрубка 15. Затем вращающийся газо-жидкостной поток попадает в зазор между газовым патрубком 15 и крышкой завихрителя 13 и ударяется о поверхность смеси азотной и серной кислоты, находящейся в этом зазоре. При движении газо-жидкостного потока вблизи крышки завихрителя 13, выполненной вогнутой формы, происходит плавное его обтекание, что способствует снижению гидравлического сопротивления. Далее закрученный газо-жидкостной поток в стесненном режиме проходит через тангенциальные щели 14 завихрителя 12 и взаимодействует с кислотой, находящейся на тарелке 11. Затем вращающийся газо-жидкостной поток подхватывает жидкость находящуюся на тарелке, отбрасывает ее на фторопластовую стенку 2 царги 1 и при этом образуется постоянно обновляемый вихревой газожидкостной поток вращающийся по фторопластовой стенке 2 царги 1. Отработанная кислотная смесь перетекает из царги в царгу вниз по колонне и в виде 68% серной кислоты выходит через патрубок 10 днища 4 колонны и далее поступает на стадию концентрирования. Пары концентрированной азотной кислоты через патрубок 7 крышки 3 поступают в холодильник-конденсатор. Для аварийного слива серной кислоты из днища 4 колонны концентрирования служит патрубок 9.During the operation of the concentration column, the gas-liquid flow passes four contact zones in series. In the first zone, inside the gas pipe 15, the gas-liquid stream is unwound and the acid coming from the tangential openings 17 of the gas pipe 15 is raised. Then, the rotating gas-liquid stream enters the gap between the gas pipe 15 and the swirl cover 13 and hits the surface of the nitrogen mixture and sulfuric acid in this gap. When moving the gas-liquid flow near the cover of the swirler 13, made of a concave shape, its smooth flow occurs, which helps to reduce the hydraulic resistance. Next, the swirling gas-liquid flow in a cramped mode passes through the tangential slots 14 of the swirler 12 and interacts with the acid located on the plate 11. Then, the rotating gas-liquid flow picks up the liquid located on the plate, throws it onto the fluoroplastic wall 2 of the drawer 1 and thus forms constantly updated vortex gas-liquid flow rotating along the fluoroplastic wall 2 of the drawer 1. The spent acid mixture flows from the drawer to the drawer down the column and leaves through the stalemate in the form of 68% sulfuric acid ubok bottom 10 of the column 4 and further fed to the concentration step. Vapors of concentrated nitric acid through the pipe 7 of the cover 3 enter the refrigerator-condenser. For emergency discharge of sulfuric acid from the bottom 4 of the concentration column is the pipe 9.

Заявляемая колонна может быть использована также для денитрации отработанных кислотных смесей производства нитроцеллюлозы. В этом случае через патрубок 5 в колонну подается отработанная кислотная смесь. Принцип работы колонны в режиме денитрации аналогичен процессу концентрирования кислот.The inventive column can also be used for denitration of spent acid mixtures of nitrocellulose production. In this case, the spent acid mixture is fed through the pipe 5 to the column. The principle of operation of the column in denitration mode is similar to the process of concentration of acids.

Таким образом, предлагаемая колонна концентрирования кислот позволяет повысить эффективность тепло-массообмена за счет увеличения поверхности контакта между газом и жидкостью, снижение потерь тепла, уменьшение гидравлического сопротивления, и увеличение диапазона устойчивой работы при изменениях нагрузок по газу и жидкости. Кроме того, предлагаемая колонна безопасна и надежна в длительной эксплуатации.Thus, the proposed acid concentration column makes it possible to increase the efficiency of heat and mass transfer by increasing the contact surface between gas and liquid, reducing heat loss, reducing hydraulic resistance, and increasing the range of stable operation with changing gas and liquid loads. In addition, the proposed column is safe and reliable for continuous operation.

Claims

1. Acid concentration column, comprising a composite casing made of tsar, separated by horizontal plates in height, each of which is equipped with a swirl with a lid, a gas nozzle and an acid overflow nozzle, located on the case of the acid inlet nozzle, a cover with a gas outlet nozzle and a bottom with inlet nozzles gas, acid outlet and acid drain, the lower part of the swirler and the upper part of the gas pipe have tangential slits, the lower part of the gas pipe have tangential openings, while the direction of rotation the tangential openings and the tangential slots of the gas nozzle coincides with the direction of rotation of the tangential slits of the swirl, the lower sections of the tangential slots of the gas nozzle are higher than the tangential slits of the swirl, and the upper sections of the slots of the gas nozzle abut the swirl cover, the upper section of the nozzle of the tangent and the lower cut of the tangential slits of the gas pipe, the swirl cover is concave in shape, with the lower edge of the cover located below the tangential slots of the gas pipe.

2. The acid concentration column according to claim 1, characterized in that the internal cavity of the apparatus and the elements located inside are made of a corrosion-resistant plastic material such as fluoroplast-4.

3. The acid concentration column according to claim 1, characterized in that the swirl cap is made in the form of a rotation paraboloid.

4. The column of concentration of acids according to claim 1, characterized in that the cover of the swirler is made in the form of a circular cone of rotation.

5. The column of concentration of acids according to claim 1, characterized in that the cover of the swirler is made in the form of a hemisphere of rotation.

6. The acid concentration column according to claim 1, characterized in that the fluoroplastic plate is additionally equipped with a split stiffness ring.