Реактор синтеза карбамида

(12) (51)6 в 011 10/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАН-СЬ(71) Заявитель Гродненское производственное объединение Азот им. С.0. Притьщкого(73) Патентообладатель Гродненское производ ственное объединение Азот им. С.0. При тьщкого (ВУ)1. Реактор сштгеза карбамида, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, смеши- вающее устройство, ппуцеры ввода и вывода реагентов, а также расположенные в реакционной зоне горизонтальные перфорированные перегородки, нтокние кромки которых снабжены отбортовкой, отцшчающнйся тем, что перегородки перфорированы отверстиями двух различных диаметров, в отверстиях большего диаметра закреплены патрубки, на которых над перегородкой установлены перфорированные рассекатели в виде тел вращения, а под перегородкой г со осно и с зазором охватывающие патрубок обтекатели. в 2. Реактор по 11.1, отличадощниея тем, что площадь перфорации отверстии большего диаметра возрастает по высоте корпуса, а меньшего диаметра - убывает.Изобретеннр относится к аппаратам для проведения реакционных процессов в системе жидкость-газ и может применяться в химической промышленности при синтезе карбамида из диоксида углерода и аммиака.За прототип изобретения выбран реактор синтеза карбамида 1, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, смешивающее устройство, штуцеры ввода и вывода реагентов, а также расположенные в реакционной зоне горизонтальные перфорированные перегородки, нижние кромки которых снабжены отбортовкой. К недостаткам известного устройства относятся недостаточная степень превращения реагентов в карбамид и невысокая производительность реактора, что обусловлено недостаточным временем пребывания реагентов из-за коагулирования газовой фазы, обуславливая ее дальнейшее ускоренное всплытие.Задачи, на решение которых направлено изобретение 1 - повышение степени превращения реагентов в карбамид и 2 - повышение пропускной способности реактора синтеза карбамида.Технический результат, Достигаемый с использованием изобретения степень превращения реагентов в карбамид возрастает с 58 до 64, т.е. на 8, при этом повышение пропускной способности реактора синтеза карбамида составляет 22.Сущность изобретения заключается в том, что в известном реакторе синтеза карбамида,содержащем вертикальный цилиндрический корпус, смешивающее устройство, штуцерыперфорированные перегородки, нижние кромки которых снабжены отбортовкой, перегородки перфорированы отверстиями двух различных диаметров, в отверстиях большего диаметра закреплены патрубки, на которых над перегородкой установлены перфорированные рассекатели в виде тел вращения, а под перегородкой - соосно и с зазором охватывающие патрубок обтекатели. При этом площадь перфорации отверстий большего диаметра возрастает по высоте корпуса, а меньшего диаметра - убывает.Существенность отличий изобретения заключается в том, что на каждой перегородке происходит разделение (сепарация) жидкой и газовой фаз с диспергированием газовой фазы, что увеличивает время пребывания газа в реакторе за счет понижения скорости всплытия, обусловленной снижением размера газовых пузырьков.Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показан общий вид реактора синтеза карбамида, фронтальный разрез на фиг. 2 - разрез по А-А фиг. 1 на фиг. 3 - размещение на перегородке патрубка с рассекателем жидкости.Реактор синтеза карбамида содержит корпус 1, штуцер 2 для ввода реагентов (диоксида углерода и аммиака), снабженный на выходе направляющим насадком 3, выполненным коническим и перфорированным, штуцер 4 вывода продуктов реакции. Внутри корпуса размещены поярусно перегородки 5, перфорированные отверстиями большего 6 и меньшего 7 диаметров с соотношением (4-5)1. При этом как вариант - отверстия 6 могут образовывать в плане перегородки щель (продольную или кольцевую). В отверстиях 6 установлены патрубки 8 так, что нижний конец выведен за пределы перегородки. На расстоянии от нижнего конца патрубка 8 установлен соосно обтекатель 9 (элементы его крепления и фиксации зазора на чертеже условно не показаны). При этом в плане обтекатель 9 охватывает патрубок 8. На верхнем конце патрубков 8 размещены рассекатели жидкости10, выполненные в виде тела вращения (например цилиндре-конические). Поверхностьрассекателей 10 перфорирована отверстиями 11 . По периметру перегородки 5 снизу размещена отбортовка 12. По ярусам по высоте колонны площадь перфорации отверстий 6 возрастает, а отверстий 7 - убывает. При этом диаметр отверстий 6 и 7 в ярусах остается постоянным, а их количество - изменяется.Реактор синтеза карбамида работает следующим образом.Исходные реагенты в виде двухфазной смеси, состоящей в жидкой фазе из аммиака,раствора углеаммонийных солей и карбамата аммония, а в газовой фазе - из диоксида углерода, поступает в реактор через штуцер 2 и выходит в объем реактора через перфорацию насадка 3 в виде системы струй. При этом происходит диспергирование газа на мелкодис персные пузырьки и их восходящее движение под действием выталкивающей(Архимедовой) сильт. Это сопровождается частичной конденсацией газообразных диоксида углерода и аммиака в жидкую фазу с протеканием там реакции синтеза и образованием карбамата аммония. Далее происходит реакция дегидратации карбамата аммония, в резуль ктате которой образуется целевой продукт - карбамид. Восходящий газохшдкостный поток натекает на горизонтальную перегородку 5. Так как перегородка перфорирована отверстиями большего 6 и меньшего 7 диаметров, при этом в перфорации 6 установлены патрубки 8 и нижним концом выведены за пределы перегородки 5, при этом на расстоянии от ниэкнего конца патрубка 8 установлен соосно обтекатель 9, то этим обеспечивается в зоне под перегородкой эффект полной сепарации (разделения) жидкости и газа, что создает условия для их раздельного прохода через перегородку. При этом газовая фаза образует газовую подушку и непрерывно проходит (барботирует) через отверстия 7, а жидкость поступает в зазор между обтекателем 9 и патрубком 8 и затем проходит через патрубок 8. Образующаяся газовая подушка создает дополнительные зоны непрерывной конденсации аммиака и диоксида углерода,что повьпцает степень превращения реагентов в карбамид. Наличие раздельного прохода хсидкости и газа через перегородку позволяет диспергировать газ в виде мопс-мелкодисперсных пузырей, что увеличивает их время пребывания в реакторе (за счет уменьшения скорости всплытия) и одновременно повьппает поверхность контакта фаз (за счет малых размеров пузырьков), а также устраняет их коагуляцию (за счет одинаковых скоростей всштьттия). Также наличие раздельного прохода липкости и газа через перегородку исключает пульсацшо потоков и их продольное перемешивание (т.е. вертикальную циркуляцию газоэкидкостной смеси после перегородки), обеспечивая тем самым равномерность работы перегородки и эффективное использование реакционного обьема. Восходящий хсидкостньй поток проходит в патрубках 8 через цилиндро-конические рассекатели 10 и выходит из них в радиально-осевом направлении в виде системы струй, что существенно повышает равномерность распределения юшкой фазы по сечению колонны. Благодаря этому после перегородки газоъкидкостньгг поток движется в рехсиме, близком к режиму идеального вытеснения, это создает оптимальные условия для протекания реакции дегидратации (разложения) карбамата аммония с образованием карбамида, которая является лимитирующей при синтезе карбамида, что обуславливает повышение степени превращения реагентов в карбамид. Благодаря тому, что по периметру перегородки 5 снизу размещена отбортовка 12, предотвращается проход газа через тарелку без диспергирования, что стабилизирует технологическую эффективность работы реактора, особенно при обычно имеющем место отклонении перегородок при монтаже от горизонтального положения. При этом в кольцевом зазоре между корпусом 1 ректора и отбортовкой 12 проходит жидкость и практически исключен проход газа, а это устраняет эрозионное разрушение корпуса 1 от воздействия газовых пузырьков в местах размещения перегородок 5, что повышает эксплуатационную надежность реактора. По высоте реактора меэкду перегородками 5 корпус 1 также не подвержен воздействию газовых пузырьков, т.к. движение газохсидкостной смеси происходит в рсэкиме, близком к рехшму идеального вытеснения. По мере продвижения газоишцкостного потока вверх по высоте реактора происходит увеличение содержания массы жидкой фазы и уменьшение газообразной за счет реакции образования карбамида. Благодаря тому, что площадь перфорации отверстий б выполнена возрастающей в ярусах по высоте реактора, а площадь отверстий 7 - убывающей, то этим условием обеспечивается равномерность работы перегородок по ярусам. Продукты реакции (карбамид, карбамат амтиошая и вода) выводятся из реактора через штуцер 4 и направшпоюя на следующую технологическую стадию.Заказ 2142 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скориньх, 66.