RU2777319C1 - Колонна концентрирования и денитрации кислот - Google Patents
Колонна концентрирования и денитрации кислот Download PDFInfo
- Publication number
- RU2777319C1 RU2777319C1 RU2021117797A RU2021117797A RU2777319C1 RU 2777319 C1 RU2777319 C1 RU 2777319C1 RU 2021117797 A RU2021117797 A RU 2021117797A RU 2021117797 A RU2021117797 A RU 2021117797A RU 2777319 C1 RU2777319 C1 RU 2777319C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- swirler
- column
- fairing
- liquid
- gas
- Prior art date
Links
- 239000002253 acid Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 36
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 8
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005039 chemical industry Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- AWPVYCXXUJPMOG-UHFFFAOYSA-N [N+](=O)(O)[O-].[S] Chemical compound [N+](=O)(O)[O-].[S] AWPVYCXXUJPMOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 abstract 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L Iron(II) chloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 229940079938 Nitrocellulose Drugs 0.000 description 1
- 229950006485 Pyroxylin Drugs 0.000 description 1
- 210000001138 Tears Anatomy 0.000 description 1
- FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N [(2S,3R,4S,5R,6R)-2-[(2R,3R,4S,5R,6S)-4,5-dinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)-6-[(2R,3R,4S,5R,6S)-4,5,6-trinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-3-yl]oxy-3,5-dinitrooxy-6-(nitrooxymethyl)oxan-4-yl] nitrate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O1)O[N+]([O-])=O)CO[N+](=O)[O-])[C@@H]1[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O[C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к аппаратам, применяемым для денитрации и концентрирования отработанных кислот, и может быть использовано в различных областях химической промышленности, в частности, в процессе денитрации и концентрирования отработанных серноазотных кислотных смесей в производствах нитратов целлюлозы и взрывчатых веществ. Колонна концентрирования и денитрации кислот включает составной корпус из царг, причем каждая царга выполнена с горловиной, в верхней части которой расположены лотки для слива жидкости со ступени на нижележащую ступень. На горловине царги установлена тарелка с центральным отверстием и направленным вниз под углом к плоскости тарелки бортиком, на тарелке размещен завихритель с крышкой и тангенциально расположенными лопатками, причем крышка имеет центральную выемку. На крышке завихрителя установлен обтекатель, выполненный в виде тарелки воронкообразной формы с направленным вниз бортиком и с центральным патрубком, таким образом, что между патрубком обтекателя и выемкой крышки завихрителя имеется зазор. При этом нижняя поверхность обтекателя снабжена тангенциально расположенными лопатками, а его бортик с внутренней стороны имеет винтовой выступ, направление закрутки которого противоположно направлению закрутки лопаток завихрителя и обтекателя. Предлагаемая колонна по сравнению с прототипом позволяет увеличить производительность за счет повышения эффективности тепломассообмена, снижения гидравлического сопротивления за счет движения вращающегося газожидкостного потока в нисходящем потоке и повышения диапазона устойчивой работы колонны за счет создания развитой, непрерывно обновляемой межфазной поверхности контакта между газом и жидкостью в широком диапазоне изменения нагрузок по газу и жидкости. 5 ил.
Description
Изобретение относится к аппаратам, применяемым для концентрирования и денитрации растворов кислот, и может быть использовано в различных областях химической промышленности, в частности в процессе концентрирования и денитрации отработанных серноазотных кислотных смесей в производствах нитратов целлюлозы и взрывчатых веществ.
В настоящее время для концентрирования и денитрации кислот наибольшее распространение получили колонны барботажного типа конструкции Варваричева, ГБХ и В.А. Степанова (Гиндич В.И. «Технология пироксилиновых порохов. Том 1. Производство нитратов целлюлозы и регенерация кислотю» изд. «ЦНИИНТИ», М., 1984. С. 408-413). Колонна Варваричева имеет на тарелке семь барботажных колпачков, колонна ГБХ и В.А. Степанова - один большой барботажный колпак.
Недостатками колонн барботажного типа являются низкая производительность из-за низкой эффективности тепломассообмена, интенсивного брызгоуноса, увеличения гидравлического сопротивления и захлебывания колонны при увеличении расходов газовой и жидкой фаз.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является сруйно-центробежная колонна, включающая крышку с патрубком выхода газа и днище с патрубками входа пара, выхода кислоты, составной корпус из царг, причем каждая царга выполнена с горловиной, на верхней части которой расположены лотки для слива жидкости со ступени на нижележащую ступень (см. учебное пособие Халитов Р.А. «Технология и оборудование процесса денитрации отработанных кислот производства нитратов целлюлозы», Казань, 2020 г. с. 56-58). На верхнем срезе горловины царги установлено кольцо, а на горловине царги установлено кольцо опорное, на котором собран осевой завихритель, состоящий из уложенных друг на друга лопаток и образующих между собой тангенциальные щели для выхода парогазового потока. Лопатки осевого завихрителя закрыты прижимным кольцом, а в центре осевого завихрителя установлена приемная воронка. В этом устройстве взаимодействие газа и жидкости осуществляется в поступательно-вращательном вихревом движении.
Недостатком прототипа является низкая производительность колонны, связанная с неравномерной работой колонны, низкой эффективностью тепломассообмена, повышенным гидравлическим сопротивлением и провалом жидкости на нижележащую ступень. Это связано с тем, что при высоких расходах газовой и жидкой фаз имеет место сужение живого сечения для прохода газа в щелевом пространстве между лопатками завихрителя вследствие залипания жидкости с образованием «валика» жидкости, загромождающего вход для газовой фазы.
Технической проблемой является повышение производительности колонны концентрирования и денитрации кислот.
Техническая проблема решается колонной концентрирования и денитрации кислот, которая включает составной корпус из царг, причем каждая царга выполнена с горловиной, в верхней части которой расположены лотки для слива жидкости со ступени на нижележащую ступень, на горловине царги установлена тарелка с центральным отверстием и направленным вниз под углом к плоскости тарелки бортиком, на тарелке размещен завихритель с крышкой и тангенциально расположенными лопатками, причем крышка имеет центральную выемку, обтекатель, выполненный в виде тарелки воронкообразной формы с направленным вниз бортиком и с центральным патрубком, установлен на крышке завихрителя с зазором между патрубком и выемкой крышки, нижняя поверхность обтекателя снабжена тангенциально расположенными лопатками, а его бортик с внутренней стороны имеет винтовой выступ, направление закрутки которого противоположно направлению закрутки лопаток завихрителя и обтекателя.
Технический результат изобретения заключается в повышении производительности колонны за счет увеличения эффективности тепломассообмена, уменьшения гидравлического сопротивления и увеличения диапазона устойчивой работы колонны.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Расположение на горловине царги тарелки с центральным отверстием и направленным вниз бортиком позволяет создать гидрозатвор на царге для предотвращения прохождения парогазового потока вне зоны контакта фаз в связи, с чем возрастает пропускная способность по газовой и жидкой фазам, что приводит к увеличению производительности колонны.
На каждой царге создаются непрерывно обновляемые две зоны контакта газо-жидкостного потока: первая зона возникает в зазоре между лопатками завихрителя и бортиком обтекателя при нисходящем закрученном стесненном движении вращающегося газожидкостного потока между винтовыми выступами, а вторая зона образуется при ударе выходящего из первой зоны вращающегося газожидкостного потока о поверхность жидкости, находящейся в горловине царги и создания вращающегося жидкостного потока в горловине царги.
В прототипе энергия газового потока расходуется на раскрутку жидкости, находящейся на поверхности лопаток завихрителя, причем с увеличением расхода газа и жидкости возрастает толщина слоя вращающейся жидкости, что приводит к увеличению брызгоуноса жидкости и гидравлического сопротивления колонны. В предлагаемой конструкции колонны энергия газового потока расходуется на раскрутку жидкости движущейся в нисходящем потоке под действием силы тяжести. Дополнительную раскрутку жидкость получает за счет винтового выступа на бортике обтекателя. При этом увеличение расхода газа и жидкости, а соответственно и производительности колонны, не приводит к повышению гидравлического сопротивления и брызгоуноса.
Изготовление крышки завихрителя с центральной выемкой позволяет улучшить турбулизацию газо-жидкостного потока и снизить гидравлическое сопротивление за счет плавного обтекания поднимающимся из нижней ступени вращающимся газовым потоком центральной выемки крышки завихрителя.
Расположение обтекателя, имеющего воронкообразную форму с направленным вниз бортиком, позволяет всей стекающей с верхней ступени жидкости пройти зону контакта фаз на нижележащей ступени. Выполнение обтекателя с центральным патрубком, установленным с зазором в выемке крышки завихрителя позволяет обеспечить гидрозатвор для прохождения парогазового потока вне зоны контакта фаз и увеличить диапазон устойчивой работы колонны.
Наличие с внутренней стороны бортика обтекателя винтового выступа, направление закручивания которого противоположно направлению закручивания тангенциальных лопаток завихрителя, позволяет увеличить время контакта газовой и жидкой фаз, повысить удерживающую способность по жидкой фазе, обеспечить непрерывное и постоянное обновление поверхности контакта фаз между газовой фазой и жидкостью в стесненном потоке в зазоре между винтовым выступом обтекателя и лопатками завихрителя. В обтекателе с винтовым выступом интенсификация тепломассообмена обусловлена совместным действием двух факторов: турбулизацией и разрушением пристеночного слоя течения выступами, а также закруткой пристеночного потока под действием выступов.
Выполнение внутренней поверхности обтекателя с тангенциальными лопатками расположение которых совпадает с направлением лопаток завихрителя позволяет равномерно распределить жидкость, проходящую в зазоре между крышкой завихрителя и внутренней поверхностью обтекателя и поступающую далее в зону взаимодействия жидкости и парогазового потока. Это повышает эффективность тепломасообмена, снижает гидравлическое сопротивление и позволяет снизить энергозатраты на процесс, повышает диапазон устойчивой работы колонны при различных расходах газовой и жидкой фаз, что также повышает производительность колонны.
Изобретение поясняется следующими чертежами:
на фиг. 1 представлена колонна концентрирования кислот предлагаемой конструкции,
на фиг.2 - вырыв А на фиг. 1,
на фиг. 3 - вырыв Б на фиг. 2,
на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2,
на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1.
На фиг. 2-3 пунктирными стрелками показано направление движения газовой фазы, а сплошными - направление движения жидкой фазы.
Колонна концентрирования кислот содержит (фиг. 1) составной корпус 1 из царг 2, выполненных с горловиной 3 и расположенными в верхней части горловины 3 переливными лотками 4 для слива жидкости со ступени на нижележащую ступень, крышку 5 и днище 6. На корпусе 1 расположены патрубок 7 входа отработанной кислотной смеси (ОКС) и патрубок 8 входа крепкой серной кислоты. На крышке 5 расположен патрубок для выхода газа 9. Днище 6 имеет патрубок 10 для входа пара и патрубок 11 выхода серной кислоты из колонны.
На горловине 3 царги 2 (фиг. 2) установлена тарелка 12, с центральным отверстием 13 и направленным вниз под углом к плоскости тарелки бортиком 14. На тарелке 12 установлен завихритель 15 с крышкой 16, имеющей центральную выемку 17, завихритель 15 снабжен тангенциально расположенными лопатками 18. На крышке 16 завихрителя 15 установлен обтекатель 19, выполненный в виде тарелки воронкообразной формы с направленным вниз бортиком 20 и центральным патрубком 21. На нижней стороне обтекателя 19 тангенциально расположены лопатки 22. Обтекатель 19 установлен таким образом, что между патрубком 21 обтекателя 19 и выемкой 17 крышки 16 образуется зазор.
С внутренней стороны бортик 20 обтекателя 19 имеет спиральный выступ 23 (фиг. 3). При этом направление закручивания спирального выступа 23 противоположно направлению закручивания тангенциальных лопаток 18 завихрителя 15 и тангенциальных лопаток 22 обтекателя 19 (фиг. 4-5).
Работу колонны денитрации рассмотрим на примере денитрации отработанной кислотной смеси производства нитратов целлюлозы с получением продукционной 98% азотной кислоты. В качестве водоотнимающего вещества использована 92% серная кислота.
Через патрубок 7 в колонну подают отработанную кислотную смесь, через патрубок 8-92% серную кислоту. В днище по патрубку 10 подают перегретый водяной пар с температурой 150÷200°С. Абсолютное давление перегретого пара на входе в колонну составляет 2,7 ат. Водяной пар из днища колонны 6 поднимается вверх, нагревает на царгах 2 кислотную смесь, в результате азотная кислота испаряется, поднимается вместе с паром вверх и поступает на вышележащую тарелку, а серная кислота стекает через лотки 4 на нижележащие тарелки.
При работе колонны денитрации газо-жидкостной поток проходит последовательно две зоны контакта. В первой зоне в зазоре между лопатками завихрителя 15 и бортиком 20 имеющем винтовой выступ 23 в стесненном режиме происходит раскрутка выходящим между лопатками 18 завихрителя 15 вращающимся газовым потоком жидкости стекающей в нисходящем потоке между тангенциальных лопаток 22 обтекателя 21 в зазор.
Затем во второй зоне на выходе из зазора между завихрителем и бортиком обтекателя вращающийся газо-жидкостной поток при ударе о поверхность находящейся в горловине 3 царги 2 жидкости (смесь азотной и серной кислот), закручивает ее, что приводит к дополнительной турбулизации газожидкостного потока и повышению эффективности тепломассообмена. Отработанная кислотная смесь перетекает через лотки 4 из царги в царгу вниз по колонне и в виде 68%о серной кислоты выходит через патрубок 11 днища 6 колонны и далее поступает на стадию концентрирования. Пары концентрированной азотной кислоты через патрубок 9 крышки 5 поступают в холодильник-конденсатор.
Предлагаемая колонна концентрирования и денитрации кислот по сравнению с прототипом позволяет увеличить производительность за счет повышения эффективности тепломассообмена, снижения гидравлического сопротивления за счет движения вращающегося газожидкостного потока в нисходящем потоке и повышения диапазона устойчивой работы колонны за счет создания развитой, непрерывно обновляемой межфазной поверхности контакта между газом и жидкостью в широком диапазоне изменения нагрузок по газу и жидкости. Кроме того, время сборки предлагаемой колонны из-за малого количества деталей рабочей ступени колонны (4 шт.) существенно сокращается.
Claims (1)
- Колонна концентрирования и денитрации отработанных кислот, включающая составной корпус из царг, на каждой из которых установлен завихритель с тангенциально расположенными лопатками, царга выполнена с горловиной, в верхней части которой расположены лотки для слива жидкости со ступени на нижележащую ступень, отличающаяся тем, что завихритель снабжен имеющей центральную выемку крышкой и установлен на тарелке, размещенной на горловине царги, причем тарелка выполнена с центральным отверстием и направленным вниз под углом к плоскости тарелки бортиком, колонна дополнительно снабжена обтекателем, выполненным в виде тарелки воронкообразной формы с направленным вниз бортиком и c центральным патрубком, установленным на крышке завихрителя с зазором между патрубком и выемкой крышки, при этом нижняя поверхность обтекателя снабжена тангенциально расположенными лопатками, а его бортик с внутренней стороны имеет винтовой выступ, направление закрутки которого противоположно направлению закрутки лопаток завихрителя и обтекателя.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2777319C1 true RU2777319C1 (ru) | 2022-08-02 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115465909A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-12-13 | 滁州职业技术学院 | 一种污水脱氮处理的反应器 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1228875A1 (ru) * | 1984-11-05 | 1986-05-07 | Организация П/Я В-8413 | Колонна дл денитрации и концентрировани кислот |
RU2045322C1 (ru) * | 1992-04-09 | 1995-10-10 | Халитов Рифкат Абдрахманович | Колонна концентрирования и денитрации кислот |
RU2071804C1 (ru) * | 1992-04-01 | 1997-01-20 | Халитов Рифкат Абдрахманович | Массообменная колонна вихревого типа |
RU2607208C1 (ru) * | 2015-07-07 | 2017-01-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") | Колонна концентрирования кислот |
RU2709133C2 (ru) * | 2018-05-22 | 2019-12-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственно-коммерческая фирма "Химтек" (ООО "ПКФ "Химтек") | Колонна концентрирования кислот |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1228875A1 (ru) * | 1984-11-05 | 1986-05-07 | Организация П/Я В-8413 | Колонна дл денитрации и концентрировани кислот |
RU2071804C1 (ru) * | 1992-04-01 | 1997-01-20 | Халитов Рифкат Абдрахманович | Массообменная колонна вихревого типа |
RU2045322C1 (ru) * | 1992-04-09 | 1995-10-10 | Халитов Рифкат Абдрахманович | Колонна концентрирования и денитрации кислот |
RU2607208C1 (ru) * | 2015-07-07 | 2017-01-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") | Колонна концентрирования кислот |
RU2709133C2 (ru) * | 2018-05-22 | 2019-12-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственно-коммерческая фирма "Химтек" (ООО "ПКФ "Химтек") | Колонна концентрирования кислот |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115465909A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-12-13 | 滁州职业技术学院 | 一种污水脱氮处理的反应器 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4838906A (en) | Contact-and-separating element | |
US8047509B2 (en) | Vapor-liquid contacting apparatuses with vortex contacting stages | |
US20080066622A1 (en) | Reflecting packed column | |
Khafizov et al. | Use of vortex apparatuses in gas cleaning process | |
RU2777319C1 (ru) | Колонна концентрирования и денитрации кислот | |
SU704640A1 (ru) | Колонна дл тепло- и массообменных процессов | |
US2235998A (en) | Apparatus for producing an intimate contact between a liquid and a gas | |
US2752138A (en) | Contact plate structure for use in a rectifying or contacting column | |
US3445343A (en) | Apparatus for evaporating-condensing separation of mixtures | |
US3330535A (en) | Mixing apparatus | |
RU2484876C1 (ru) | Вихревая контактная ступень для контактирования газа или пара с жидкостью | |
RU2709133C2 (ru) | Колонна концентрирования кислот | |
RU2708361C1 (ru) | Вихревая контактная ступень тепломассообменных аппаратов | |
RU2055628C1 (ru) | Способ центробежной ректификации и устройство для его осуществления | |
RU2607208C1 (ru) | Колонна концентрирования кислот | |
US2862698A (en) | Contact device | |
RU2788755C1 (ru) | Колонна ректификационная | |
RU2071804C1 (ru) | Массообменная колонна вихревого типа | |
RU200779U1 (ru) | Распределительная тарелка для тепломассообменных аппаратов | |
SU507330A1 (ru) | Тарелка двойного кип чени дл массообменных аппаратов | |
SU774610A1 (ru) | Центрифуга дл отделени жидкости от газа | |
RU107961U1 (ru) | Вихревая ступень для контактного охлаждения газа | |
SU965485A1 (ru) | Вихревой распыливающий многоступенчатый массообменный аппарат | |
US3439904A (en) | Multistage absorption column contactor for dispersing gas in liquids or slurries | |
SU330875A1 (ru) | Вихревая массоовменная колонна |