АГРЕГАТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ Российский патент 2012 года по МПК C01C1/18 

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к агрегатам для получения аммиачной селитры - нитрата аммония NH₄NO₃ с аппаратами использования теплоты нейтрализации (сокращенно аппаратами ИТН) при прямом смешивании - нейтрализации раствора азотной кислоты HNO₃ газообразным аммиаком NH₃.

Известна конструкция - аналог установка для получения аммиачной селитры, разработанная фирмой «Krupp Uhde», см. работу Чернышева А.К., Левина Б.В., Туголукова А.А., Огаркова А.А., Ильина В.А. Аммиачная селитра: свойства, производство, применение. М., 2009, с.205-209. Описанная в указанной работе, так называемая, петля нейтрализации фирмы «Krupp Uhde» состоит из циркуляционного насоса с трубопроводами нагнетания и всаса, и входящими в циркуляционный контур: аппаратом смешивания - нейтрализации и сепаратором-абсорбером. Трубопровод нагнетания циркуляционного насоса соединен с осевым входом аппарата смешивания, далее осевой выход аппарата посредством трубной перемычки с дроссельной диафрагмой тангенциально подключен к цилиндрической части сепаратора. С нижнего конического днища сепаратора - выход смеси присоединен к трубопроводу всаса насоса. Трубопровод вывода готового продукта соединен со средней частью конического днища сепаратора. Трубопроводы подачи кислоты и газа под давлением подведены к аппарату смешивания в бок цилиндрической части. Внутри аппарата смешивания для впрыскивания кислоты HNO₃ установлены форсунки-наконечники. Для впрыска газа NH₃ под давлением использована трубчатка с отверстиями в стенках трубок.

Работа конструкции - аналога петли нейтрализации фирмы «Krupp Uhde» заключается в следующем. Петлю заполняют раствором азотной кислоты, включают циркуляционный насос и, затем открывают трубопровод подачи газообразного аммиака. Аммиак под давлением впрыскивается через отверстия в трубчатке в поток раствора HNO₃ и в аппарате смешивания возникает реакция нейтрализации - образования соли - нитрата аммония в соответствии с классической зависимостью

4NH₃+HNO₃=NH₄NO₃+1330÷1390 кДж/кг

По ходу циркуляции, после аппарата смешивания - нейтрализатора (реакция протекает с выделением тепла), горячий раствор попадает в трубную перемычку. Подпирающая дроссельная диафрагма, установленная в перемычке, исключает вскипание раствора в трубопроводе, сохраняя на участке между аппаратом смешивания и сепаратором условно однородную жидкую фазу. Поток раствора, попавшего после трубной перемычки в сепаратор, закручивается тангенциальным вводом в нижней части корпуса. Сразу же на входе в сепаратор раствор вскипает, пары отходят вверх, а жидкость после винтового вращения в корпусе поступает в трубопровод всаса циркуляционного насоса. Через определенный промежуток времени циркулирующая смесь превращается в раствор готового продукта, который начинает выводиться из средней части конического днища сепаратора. Одновременно открывают трубопровод подачи в аппарат смешивания азотной кислоты под давлением через наконечники-форсунки. Подача кислоты замещает убыль жидкого реагента в циркуляционном контуре и обеспечивает последующее непрерывное протекание реакции нейтрализации в аппарате смешивания.

Следует отметить, что описанная установка-аналог является не первой известной конструкцией с принудительно-насосной циркуляцией смеси. Техническим предшественником циркуляционных схем на свежих потоках азотной кислоты и аммиака является циркуляционное движение орошающего-промывного раствора в скрубберах-нейтрализаторах, используемых при переработке газов дистилляции, направляемых из цехов производства карбамида в цеха получения аммиачной селитры. Благодаря принятой принудительной насосной циркуляции раствора многократно увеличиваются скорости подвода реагентов друг к другу, следовательно, полнота и быстрота протекания реакции нейтрализации.

К недостаткам установок-аналогов следует отнести высокое содержание в отходящей паровой фазе (унос парами) азотной кислоты и аммиачной селитры. Вынос отходящими парами азотной кислоты и аммиачной селитры связан с коротким промежутком времени пребывания раствора в сепараторе - коротким путем перемещения порции раствора в условно дискретном представлении от места тангенциального ввода в сепаратор до выхода из него от нижнего днища. К тому же сепаратор выполнен одним диаметром и в верхней сепарационно-адсорбционной, и в нижней гидродинамической частях. В конструкции-аналоге абсорбционная часть не расширена для снижения скорости парового потока. В результате мгновенно образующиеся при вскипании пары, выходя с высокой скоростью, захватывают жидкие фрагменты раствора. Другим недостатком являются повышенные требования по кавитационной надежности к циркуляционному насосу, обусловленные неполным обеспариванием в сепараторе циркуляционного раствора, подаваемого с нижнего днища сепаратора на насос по трубопроводу всаса. В отмеченной работе даже указано, что фирмой «Krupp Uhde» применяются «…специально разработанные насосы для циркуляции раствора аммиачной селитры, обеспечивающие максимальную надежность и безопасность…».

К числу недостатков следует отнести и впрыск (ввод) реагентов в аппарат смешивания под давлением, требующий повысительного насоса для азотной кислоты и повышенного давления в коллекторе аммиака.

Наиболее близким по технической сущности решением, принятым за прототип, является агрегат для получения аммиачной селитры типа АС-72, см. ту же работу Чернышева А.К., Левина Б.В., Туголукова А.А., Огаркова А.А., Ильина В.А. Аммиачная селитра: свойства, производство, применение. М., 2009, с.203-205; 267-271. Описанный в отмеченной работе агрегат АС-72 включает аппараты ИТН с нижней - суженной по диаметру частью и верхней - расширенной. Внутри нижней - суженной части размещен внутренний реакционный стакан. Между нижним торцем реакционного стакана и нижней частью аппарата ИТН выполнен зазор. В верхней, расширенной двумя ступенями, части аппарата размещены элементы зон абсорбционной очистки - четыре колпачковые тарелки и сепарации - отбойник из трех слоев спиральной гофрированной ленты. Трубопроводы подачи азотной кислоты и аммиака присоединены к аппарату ИТН, заведены в его нижнюю - суженную часть и одновременно, через имеющийся зазор, в нижнюю часть внутреннего реакционного стакана. Трубопровод вывода готового раствора аммиачной селитры присоединен к коническому переходу между верхней расширенной и нижней суженной частями аппарата.

Работа конструкции, принятой за прототип, агрегата для получения аммиачной селитры типа АС-72, заключается в следующем. Описание упрощено и приводится только в объеме, достаточном для представления предлагаемого - заявляемого технического решения. По трубопроводам азотной кислоты HNO₃ концентрацией 47÷50% или 58÷60% и газообразного аммиака, реагенты поступают в нижнюю часть внутреннего реакционного стакана аппарата ИТН. Начинается реакция нейтрализации - образования соли - нитрата аммония. Формула реакции приведена выше в описании работы аналога. Выделяющееся тепло реакция вызывает испарение части воды из находящейся внизу стакана в каждый момент времени сложной смеси реагентов и готового продукта. Образовавшаяся внизу стакана под слоем смеси паровая фаза, захватывая фрагменты - капли жидкой фазы поднимается вверх, выбрасывается у верхнего среза внутреннего реакционного стакана в резко расширенное пространство под промывными колпачковыми тарелками. Часть раствора того же нитрата аммония, как промывная жидкость, подается на колпачковые тарелки и сливается в нижнюю часть аппарата ИТН снаружи от внутреннего реакционного стакана. Порции смеси, выброшенные кипением из внутреннего пространства реакционного стакана наружу, объединяясь с порциями промывной жидкости - в условно дискретном представлении, постепенно опускаются вниз, достигают нижнего днища аппарата и через торцевой зазор затягиваются во внутренний реакционный стакан. Совместное действие эрлифтного эффекта - перемещения смеси вверх, создаваемого внутри реакционного стакана подслойным кипением, а также перемещение смеси вниз, снаружи реакционного стакана под действием столба более плотной - обеспаренной смеси, создают непрерывное замкнутое осевое движение - круговращение смеси вокруг цилиндрической стенки реакционного стакана. То есть создают естественную безнасосную циркуляцию смеси внутри аппарата. В отличие от конструкции аналога увеличивается путь, а значит и время пребывания в аппарате каждой отдельной порции смеси в условно дискретном представлении процесса. Внутриаппаратная циркуляция в прототипе способствует процессу обеспаривания смеси.

В конструкции прототипа с аппаратом ИТН за счет конструктивного исполнения аппарата с разными диаметрами, в том числе с увеличенным диаметром в зоне очистки, понижена скорость парового потока с абсорбируемым газом для увеличения времени абсорбции. В тоже время уменьшением диаметра в верхней части аппарата ИТН в зоне сепарации, скорость парового потока увеличена для лучшего отделения жидкости - увеличения инерционных сил - побудителя динамического разделения жидкой и газовой фаз.

Недостатками конструкции прототипа - агрегата для получения аммиачной селитры АС-72 с аппаратами ИТН являются: пониженная производительность по выходу аммиачной селитры в единицу времени и остающийся высоким унос азотной кислоты и селитры с соковым паром из аппарата ИТН. Причиной низкой производительности является отсутствие принудительной насосной циркуляции, многократно увеличивающей скорости перемещения - транспортирования и, соответственно, многократно снижающей время доставки не прореагировавших в общем реакционном объеме участков компонентов друг к другу. Без принудительной циркуляции достижение результативности реакции - полноты и быстроты ее протекания в реакционном объеме аппарата ИТН невозможно. Причиной остающегося высоким уноса готового продукта и реагентов с соковым паром, по существу является объединение-смешивание реагентов непосредственно внутри самого аппарата, в нижней его части. Вследствие этого, любые отклонения в дозировке поступающих реагентов, любые технологические отклонения процесса в ИТН - пульсации подачи мгновенно приводят к увеличению содержания не прореагировавших компонентов в отходящем соковом паре.

Целью заявляемого технического решения является повышение производительности агрегата для получения аммиачной селитры с аппаратом использования теплоты нейтрализации ИТН и снижения выноса азотной кислоты и селитры с отходящими соковыми парами.

Указанная цель достигается тем, что в известном агрегате для получения аммиачной селитры, включающем аппарат использования теплоты нейтрализации с внутренним стаканом; насосный контур циркуляции смеси; трубопроводы подачи кислоты, газа, вывода готового продукта, нижняя часть аппарата ИТН соединена со всасывающим трубопроводом насосного контура, а внутренний стакан - с нагнетательным трубопроводом, причем внутренний стакан установлен в нижней части без торцевого зазора. Внутренний стакан дополнительно удлинен наружу за стенку нижнего днища аппарата ИТН и соединен с ним разъемным, например фланцевым соединением, причем внутренняя и наружная части стакана выполнены единым трубным участком. Суженная зона нижней части аппарата ИТН с размещенным внутренним стаканом соединена с расширенной зоной нижней части аппарата разъемным, например фланцевым соединением. В нагнетательном трубопроводе насосного контура циркуляции смеси установлены два инжекторных смесителя для всасывания кислоты и газа, которые соединены с трубопроводами их подачи. В нагнетательном трубопроводе установлен объединенный трубный инжекторный смеситель двойного всасывания. Трубопровод вывода готового продукта присоединен к нагнетательному трубопроводу перед смесителями. Нагнетательный трубопровод присоединен к нижней наружной части внутреннего стакана, выполненного в виде единого трубного участка. Нагнетательный трубопровод присоединен к внутреннему стакану тангенциально. Нижняя часть аппарата ИТН снабжена, по меньшей мере, одной тарелкой обеспаривания смеси, соединенной по внутреннему кольцу с верхней частью внутреннего стакана, а по внешнему с корпусом аппарата. Тарелка обеспаривания выполнена сплошной с, по меньшей мере, одним спиральноизогнутым ребром, начинающимся у внутреннего стакана и заканчивающимся у корпуса аппарата, причем возле окончания ребра введен, по меньшей мере, один патрубок слива, а за ним, по меньшей мере, одно отверстие для выхода газов из нижней части аппарата. Тарелка обеспаривания в аппарате повернута так, что патрубок слива максимально удален от места подключения к аппарату трубопровода всаса. Тарелка обеспаривания соединена с внутренним стаканом с кольцевым зазором, предназначенным для выхода газов из нижней части аппарата, а внутренний стакан снабжен, по меньшей мере, одним горизонтальным патрубком или одним отводом для передачи раствора на тарелку обеспаривания через кольцевой зазор.

Предлагаемое техническое решение поясняется Фиг.1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8.

На Фиг.1 приведена предлагаемая схема обвязки - соединения нижней части аппарата ИТН с циркуляционным насосом и двумя раздельно установленными трубными инжекторными смесителями.

На Фиг.2 представлен вариант конструктивного исполнения нижней части аппарата ИТН с внутренним стаканом, приваренным к нижнему фланцевому днищу, т.е. соединенным без зазора.

На Фиг.3 - то же самое, но внутренний стакан удлинен наружу за стенку нижнего днища аппарата, которое выполнено приварным. Внутренняя и наружная части стакана выполнены единым трубным участком, а нижняя суженная часть аппарата ИТН с размещенным внутренним стаканом соединена с расширенной частью аппарата разъемным фланцевым соединением. Трубопровод нагнетания присоединен к нижней наружной части внутреннего стакана тангенциально.

На Фиг.4 приведено продольное сечение объединенного трубного инжекторного смесителя двойного всасывания.

d - диаметр трубок объединенного трубного инжекторного смесителя двойного всасывания;

0,5d - расстояние осей отверстий в трубках от входной плоскости фланцевой поперечной перегородки;

D - внутренний диаметр циркуляционной трубы, а также расстояние от внутренней поперечной перегородки до оси присоединения трубопровода аммиака;

1,5D - расстояние от внутренней поперечной перегородки до конца трубок.

На Фиг.5 представлен фрагмент продольного сечения нижней части аппарата использования теплоты нейтрализации с дополнительной сплошной тарелкой обеспаривания смеси, соединенной с верхней частью внутреннего стакана и корпусом аппарата.

На Фиг.6 показан вид сверху на введенную тарелку обеспаривания и размещение спиральноизогнутого ребра, патрубка слива и трех отверстий выхода газов.

На Фиг.7 представлен фрагмент продольного сечения нижней части аппарата ИТН. Тарелка обеспаривания и внутренний стакан соединены с кольцевым зазором, причем внутренний стакан снабжен горизонтальным патрубком. В сечении условно показан патрубок слива.

«б» - кольцевой зазор.

На Фиг.8 тоже, что и на Фиг.7 - тарелка обеспаривания и внутренний стакан соединены с кольцевым зазором, а внутренний стакан снабжен отводом. В сечении условно показан патрубок слива.

«б» - кольцевой зазор.

Предлагаемый агрегат для получения аммиачной селитры состоит из аппарата использования теплоты нейтрализации 1 с нижней частью, включающей расширенную зону 2 и суженную зону 3. Внутри нижней части аппарата 1, в расширенной 2 и суженной 3 зонах размещен внутренний стакан 4, приваренный без зазора к нижнему фланцевому днищу 5 по варианту Фиг.2 или вваренному в нижнее эллиптическое днище 6 по варианту Фиг.1; 3. По варианту Фиг.3 внутренний стакан 4 удлинен за нижнее эллиптическое днище 6, как единый трубный участок со своим днищем 7. По варианту Фиг.3 и 5 суженная зона 3 с внутренним стаканом 4 присоединена к расширенной зоне 2 фланцевым соединением 8. К суженной зоне 3 нижней части аппарата 1 присоединен всасывающий трубопровод 9, а к внутреннему стакану 4 нагнетательный трубопровод 10 циркуляционного насоса 11. В нагнетательном трубопроводе 10 по варианту Фиг.1 установлены два трубных инжекторных смесителя 12 и 13: для аммиака и азотной кислоты соответственно. В варианте на Фиг.4 приведена конструкция объединенного трубного инжекторного смесителя двойного всасывания 14, который один устанавливается в нагнетательный трубопровод 10, заменяя собой два трубных инжекторных смесителя 12 и 13 по варианту Фиг.1. Объединенный трубный инжекторный смеситель двойного всасывания 14 (Фиг.4) выполнен с одной фланцевой 15 и одной внутренней 16 поперечными перегородками. В перегородки 15 и 16 вварены трубки 17 с отверстиями 18, с осями, расположенными на расстоянии приблизительно 0,5 диаметра трубок от входной плоскости фланцевой перегородки 15. Причем трубопровод подачи кислоты 19 присоединен к герметичной камере I, образованной перегородками 15 и 16, а трубопровод подачи аммиака 20 - к камерному пространству II. Расстояние от перегородки 16 до конца трубок 17 составляет полтора внутреннего диаметра D циркуляционной трубы, а до оси присоединения трубопровода 20 - один диаметр D. Конструкции отдельных трубных инжекторных смесителей 12 и 13 условно подробно не показаны, т.к. представляют, например, простое деление смесителя поз.14 (Фиг.4) на две части - по середине внутренней перегородки 16 и раздельную установку этих частей в трубопроводе нагнетания 10, как показано на Фиг.1. Возможно использование для введения и газа и кислоты двух раздельно установленных, но однотипных трубных инжекторных смесителя 12 и 13 в виде герметичной камеры I, или в виде камерного пространства II. К двум трубным инжекторным смесителям 12 и 13 по варианту Фиг.1 или к объединенному трубному инжекторному смесителю двойного всасывания 14 по варианту Фиг.4 подключены трубопроводы подачи кислоты и газа 19 и 20 соответственно. Для вывода готового продукта установлен трубопровод 21, подключенный к нагнетательному трубопроводу 10 перед смесителями 12; 13 или 14 - по ходу циркуляционного потока. В варианте Фиг.5 и 6 верхний торец внутреннего стакана 4 соединен с тарелкой обеспаривания 22, дооснащенной спиральноизогнутым ребром 23 и патрубком слива 24, расположенным напротив подключения трубопровода всаса 9. По внешнему кольцу тарелка обеспаривания 22 соединена с корпусом аппарата 1. Для свободного прохода газов из нижнего - подтарелочного пространства, в тарелке обеспаривания 22 выполнены отверстия 25, расположенные за патрубком слива 24 у корпуса аппарата 1. Для увеличения пути перемещения жидкости патрубок слива 24 максимально удален от места подключения трубопровода всаса 9 (Фиг.6). В вариантах соединения тарелки обеспаривания 22 с внутренним стаканом 4 с кольцевым зазором «б», Фиг.7 и 8, для передачи раствора из внутреннего стакана 4 на тарелку обеспаривания 22 он снабжен горизонтальным патрубком 26 - Фиг.7 или отводом 27 - Фиг.8. В конструкцию может быть введено несколько тарелок обеспаривания, каждая из которых устанавливается ниже первой или соответственно ниже предыдущей. Последовательное перемещение жидкости - перелив с тарелки на тарелку организуется по известным классическим схемам колонных аппаратов.

Работа предложенного агрегата для получения аммиачной селитры заключается в следующем. Описание упрощено и приводится только в объеме, достаточном для представления заявляемого технического решения. Циркуляционный контур: насос 11; трубопроводы всаса 9 и нагнетания 10, а также нижнюю часть аппарата использования теплоты нейтрализации 1, с расширенной зоной 2 и суженной зоной 3 заполняют раствором азотной кислоты. Заполнение производится по трубопроводу 19 через трубный смеситель 13 - Фиг.1 или герметичную камеру I объединенный трубный инжекторный смеситель двойного всасывания 14 Фиг.4. При размещении бака кислоты на более верхней отметке (условно не показан) заполнение - самотечное. После заполнения циркуляционного контура включают циркуляционный насос 11, и в контуре с трубопроводами 9 и 10 и зонах 2 и 3 аппарата использования теплоты нейтрализации 1 начинает циркулировать поток раствора кислоты. Более подробно последовательность движения-перемещения порций раствора в аппарате 1 в условно дискретном представлении - от входа через нагнетательный трубопровод 10 до выхода во всасывающий трубопровод 9, будет приведена ниже при описании работы в штатном режиме.

После начала циркуляции открывают трубопровод 20 подачи газообразного аммиака в инжекторный смеситель 12 Фиг.1 или в герметичную камеру I объединенного трубного инжекторного смесителя двойного всасывания 14 Фиг.4. Одновременно, с началом циркуляции раствора азотной кислоты в трубных инжекторных смесителях 12 и 13 по Фиг.1, или в герметичной камере I и в камерном пространстве II объединенного трубного инжекторного смесителя двойного всасывания 14 по Фиг.4, возникает вакуум-всасывание. Подробно механизм возникновения вакуум-всасывающего эффекта описан в патенте РФ №2393993 и здесь для простоты не приводится. Под действием вакуум-всасывающего эффекта газообразный аммиак всасывается из трубопровода 20 в герметичную камеру I и далее через отверстия 18 в трубках 17, попадает в трубные потоки циркулирующего раствора. Возникает реакция нейтрализации - образования соли в соответствии с классической зависимостью

4NH₃+HNO₃=NH₄NO₃+1330÷1390 кДж/кг

По ходу циркуляции, после трубного инжекторного смесителя 12 - всасывания аммиака Фиг.1 или объединенного трубного инжекторного смесителя двойного всасывания 14 Фиг.4, нагревающаяся от выделения тепла реакции смесь растворов кислоты, готового продукта и непрореагировавшего аммиака попадает в аппарат использования теплоты нейтрализации 1. Причем в соответствии с главной отличительной особенностью заявляемого решения, поток смеси растворов газа и паров нагнетательным трубопроводом 10 вводится именно во внутренний стакан 4. По Фиг.1 поток вводится обычным осевым вводом, по Фиг.4 - тангенциальным. При тангенциальном вводе по Фиг.4 время перемещения каждой жидкой порции смеси растворов (в условно дискретном представлении) снизу вверх, по всей высоте внутреннего стакана более постоянно, что обеспечивает более стабильные условия обеспаривания. Поднявшиеся вверх жидкие порции смеси растворов огибают верхний срез торца внутреннего стакана 4 Фиг.1; 2; 3 и попадают в пространство между наружной поверхностью внутреннего стакана 4 и, сначала расширенной зоной 2, а затем суженной зоной 3 аппарата 1. Затем порции смеси постепенно опускаются вниз - в направлении к фланцу 5 (Фиг.2) или нижнему днищу 7 (Фиг.3) для поступления во всасывающий трубопровод 9. На протяжении всего перемещения жидкой порции смеси растворов от входа во внутренний стакан 4 из нагнетательного трубопровода 10 до возвращения во всасывающий трубопровод 9 происходят непрерывные обеспаривание и дегазация смеси. Следует отметить, что сразу же на входе в аппарат 1 смесь растворов вскипает, образующиеся соковые пары начинают уходить вверх аппарата 1 на очистной и сепарационный элементы, которые не отличаются от конструкции прототипа агрегата АС-72, а потому их описание не приведено. Для увеличения времени нахождения послереакционного потока смеси растворов, газа и паров в аппарате 1, в вариантах исполнения по Фиг.5; 6; 7 и 8, протяженность пути условно дискретной порции потока дополнительно удлинена. Здесь из внутреннего стакана 4 поток смеси растворов, паров и газа поступает на тарелку обеспаривания 22 по Фиг.5 или с начала в патрубки 26 Фиг.7 или в отвод 27 Фиг.8, а потом на тарелку обеспаривания 22. Поступившие на тарелку обеспаривания 22 условно дискретные порции жидкой смеси растворов с парами и газом перемещаются по тарелке обеспаривания 22 по спиральному пути, заданному вертикальным ребром 23. Через расположенный в конце спирального пути патрубок слива 24, порции смеси сливаются в нижнюю часть аппарата 1, в пространство между наружной поверхностью внутреннего стакана 4 и сначала расширенной 2, затем и суженной 3 зонами нижней части аппарата 1. В вариантах по Фиг.5; 6; 7 и 8, в сравнении с вариантами по Фиг.1; 2 и 3 время пребывания условной порции смеси в аппарате использования теплоты нейтрализации 1 удлинено на промежуток времени пребывания ее на тарелке обеспаривания 22. Попадающая в нижнюю часть аппарата использования теплоты нейтрализации 1 после слива с тарелки обеспаривания 22 через патрубок слива 24 смесь растворов продолжает выделять газопаровую фазу - соковые пары, которые по варианту Фиг.5 и 6 через отверстия 25 беспрепятственно уходят в верхнюю часть аппарата использования теплоты нейтрализации 1. По варианту Фиг.7 и 8 соковые пары из объема попавшей в нижнюю часть смеси растворов уходят в верхнюю часть аппарата использования теплоты нейтрализации 1 через центральный кольцевой зазор «б».

Увеличенное выделение реакционных соковых паров - обеспаривание и дегазация циркуляционной смеси кроме первого момента входа потока в аппарат использования теплоты нейтрализации 1 и мгновенного вскипания, происходит из жидкой смеси растворов, поступившей на тарелку обеспаривания 22. В момент выхода смеси из внутреннего стакана 4, за счет повторного резкого изменения сечения, возникает повторное довскипание. Обеспаривание и дегазация реализуются на протяжении всего пути перемещения жидкой фазы по тарелке обеспаривания 22. Выделяющиеся соковые пары беспрепятственно уходят вверх, и после очистки и сепарации в верхней части аппарата использования теплоты нейтрализации 1, передаются в выпарные аппараты в качестве теплоносителя.

Благодаря предложенному техническому решению, по сравнению с прототипом - агрегатом АС-72, повышена производительность агрегата и снижен вынос азотной кислоты и селитры с отходящими соковыми парами. В конструкцию агрегата АС-72 с аппаратами использования теплоты нейтрализации, соединением нижней части аппарата со всасывающим, а внутреннего стакана, установленного в аппарате без зазора, с нагнетательными трубопроводами, введена принудительная циркуляция растворной смеси, улучшающая доставку реагентов друг к другу в микрообъемах за счет многократных увеличений - скорости доставки и условной суммарной поверхности контактирования микрообъемов реагентов. Таким образом, резко увеличена производительность процесса и агрегата. Одновременно с этим, наиболее неуправляемый момент процесса нейтрализации, возникающий в месте первичного контакта реагентов, вынесен за аппарат использования теплоты нейтрализации. В отличие от конструкции прототипа - АС-72, по предложенному решению в аппарат использования теплоты нейтрализации входят не отдельные реагенты, а соединенная реакционная смесь, имеющая равновесное состояние. Тогда как, в конструкции прототипа реакция и связанные с ней неравновесные состояния, вносящие максимальный вклад по азотной кислоте и селитре в формирование состава отходящих соковых паров, осуществляется в самом аппарате использования теплоты нейтрализации - в нижней его части. В результате в заявляемом агрегате содержание кислоты и селитры в отходящих соковых парах сокращается скачком. Причем для максимального увеличения послереакционной равновесности и продолжительности периода обеспаривания и дегазации смеси в конструкцию дополнительно введены одна или несколько тарелок обеспаривания на выходе потока из внутреннего стакана. В результате опять же снижен вынос реагента и продукта с отходящими соковыми парами и повышена надежность - бескавитационность работы циркуляционных насосов. Увеличению длительности контактирования реагентов в смеси и продолжительности дегазации и обеспаривания способствует принятое удлинение внутреннего стакана наружу за стенку аппарата использования теплоты нейтрализации. Причем, если в конструкции прототипа АС-72 собирать нижнюю часть аппарата использования теплоты нейтрализации с раздельными вводами азотной кислоты и аммиака на разъемных фланцевых соединениях было ненадежно и небезопасно, то в предложенной конструкции, с вводом и выводом смесей в равновесных послереакционных состояниях, разъемные фланцевые соединения введены, таким образом опасность использования разъемных соединений понижена. В предложенной конструкции разъемные фланцевые соединения введены не только для удлиненного наружу внутреннего стакана, но и для соединения суженной и расширенной зон нижней части самого аппарата. Введение разъемных соединений увеличивает удобство сборки-монтажа и обслуживания аппарата использования теплоты нейтрализации.

Предложенное использование двух- или одного - объединенного смесителей с инжекторным всасыванием также способствует повышению равновесности процесса и вследствие этого снижению выбросов кислоты и селитры в отходящие соковые пары. Исключено принудительное «вдавливание» кислоты и газа в поток раствора, тем самым исключена их избыточность в растворе. При инжекторном всасывании циркуляционный поток сам забирает определенные порции газа и кислоты в каждый момент времени и не более того. Забор реагентов вакуумом непрерывен и постоянен, а не происходит импульсным вбросом, как на смесителях неинжекторной - принудительной подачи - избытком повысительного давления.

Введением предложенного технического решения на одном агрегате получения аммиачной селитры ожидается, по меньшей мере, трехкратное увеличение производительности стадии нейтрализации и трехкратное снижение содержания в отходящих соковых парах азотной кислоты и аммиачной селитры.

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к агрегатам для получения аммиачной селитры с аппаратами использования теплоты нейтрализации (ИТН) при смешивании раствора азотной кислоты с газообразным аммиаком. Агрегат включает аппарат 1 ИТН с внутренним стаканом 4, насосный контур циркуляции смеси, трубопроводы 19, 20, 21 подачи кислоты, газа, вывода готового продукта. Нижняя часть аппарата 1 ИТН соединена со всасывающим трубопроводом 9 насосного контура, а внутренний стакан 4 - с нагнетательным трубопроводом 10. Внутренний стакан 4 установлен в нижней части аппарата 1 без торцевого зазора. Выносные трубные смесители 12, 13, установленные в нагнетательном трубопроводе 10 циркуляционного насоса 11 перед аппаратом 1 ИТН, обеспечивают реакционное смешивание компонентов. К смесителю 12 подключен трубопровод 20 для всасывания аммиака, а к смесителю 13 - трубопровод 19 для всасывания азотной кислоты. Смесители 12, 13 могут быть заменены объединенным инжекторным смесителем двойного всасывания. Вывод готового продукта производится по трубопроводу 21, присоединенному к нагнетательному трубопроводу 10 перед смесителями 12, 13. Внутренний стакан 4 удлинен наружу за аппарат 1 и по верхнему торцу дооснащен тарелкой обеспаривания. Агрегат обладает повышенной производительностью и позволяет многократно снизить содержание кислоты и селитры в отходящих соковых парах. 11 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 пр.

1. Агрегат для получения аммиачной селитры, включающий аппарат использования теплоты нейтрализации с внутренним стаканом, насосный контур циркуляции смеси; трубопроводы подачи кислоты, газа, вывода готового продукта, отличающийся тем, что нижняя часть аппарата использования теплоты нейтрализации соединена со всасывающим трубопроводом насосного контура, а внутренний стакан - с нагнетательным трубопроводом, причем внутренний стакан установлен в нижней части без торцевого зазора.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что внутренний стакан дополнительно удлинен наружу за стенку нижнего днища аппарата использования теплоты нейтрализации и соединен с ним разъемным, например фланцевым соединением, причем внутренняя и наружная части стакана выполнены единым трубным участком.

3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что суженная зона нижней части аппарата использования теплоты нейтрализации с размещенным внутренним стаканом соединена с расширенной зоной нижней части аппарата разъемным, например фланцевым соединением.

4. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что в нагнетательном трубопроводе насосного контура циркуляции смеси установлены два инжекторных смесителя для всасывания кислоты и газа, которые соединены с трубопроводами их подачи.

5. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что в нагнетательном трубопроводе установлен объединенный трубный инжекторный смеситель двойного всасывания.

6. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что трубопровод вывода готового продукта присоединен к нагнетательному трубопроводу перед смесителями.

7. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что нагнетательный трубопровод присоединен к нижней наружной части внутреннего стакана, выполненного в виде единого трубного участка.

8. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что нагнетательный трубопровод присоединен к внутреннему стакану тангенциально.

9. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть аппарата использования теплоты нейтрализации снабжена, по меньшей мере, одной тарелкой обеспаривания смеси, соединенной по внутреннему кольцу с верхней частью внутреннего стакана, а по внешнему - с корпусом аппарата.

10. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что тарелка обеспаривания выполнена сплошной с, по меньшей мере, одним спиральноизогнутым ребром, начинающимся у внутреннего стакана и заканчивающимся у корпуса аппарата, причем возле окончания ребра введен, по меньшей мере, один патрубок слива, а за ним, по меньшей мере, одно отверстие для выхода газов из нижней части аппарата.

11. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что тарелка обеспаривания в аппарате повернута так, что патрубок слива максимально удален от места подключения к аппарату трубопровода всаса.

12. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что тарелка обеспаривания соединена с внутренним стаканом с кольцевым зазором, предназначенным для выхода газов из нижней части аппарата, а внутренний стакан снабжен, по меньшей мере, одним горизонтальным патрубком или одним отводом для передачи раствора на тарелку обеспаривания через кольцевой зазор.