Реактор синтеза карбамида

(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Сурба Анатолий Константинович Короткий Иван Павлович Агеев Вячеслав Васильевич Лакомкин Александр Андреевич Васильченко Михаил Андреевич Кротов Максим Викторович Борисов Михаил Константинович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) Реактор синтеза карбамида, содержащий вертикальный корпус, штуцеры ввода и вывода реагентов, горизонтальные перфорированные перегородки, расположенные по высоте корпуса, с отбортовкой на периферии, содержащие патрубки с перфорированными рассекателями на верхнем конце, перфорацией, выполненной в виде отверстий, отличающийся тем, что перегородки выполнены из секций, снабженных отбортовкой на периферии и жестко соединенных между собой, а перфорация выполнена состоящей из входного и выходного участков,при этом входной участок перфорации перегородки выполнен в виде усеченного конуса, ориентированного вершиной вверх, а выходной участок перфорации рассекателей выполнен в виде усеченного конуса, ориентированного вершиной вниз.(56) 1. А.с. СССР 1088779, МПК В 01 10/00, 1982. 2. Патент РБ 1632, 1995 (прототип). Полезная модель 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. Известен реактор синтеза карбамида 1, содержащий вертикальный корпус, штуцеры ввода и вывода реагентов, горизонтальные перфорированные перегородки, нижние кромки которых снабжены отбортовкой. К основным недостаткам известного устройства относится недостаточная технологическая эффективность. Это обусловлено недостаточным временем пребывания реагентов в реакторе из-за отсутствия на перегородках элементов для диспергирования газовой фазы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является реактор синтеза карбамида 2, содержащий вертикальный корпус, штуцеры ввода и вывода реагентов, горизонтальные перфорированные перегородки, расположенные по высоте корпуса, с отбортовкой на периферии, содержащие патрубки с перфорированными рассекателями на верхнем конце, перфорацией, выполненной в виде отверстий. К недостаткам известного устройства относятся недостаточная технологическая надежность, ее обусловленность условиями монтажа перегородок. Если перегородки установлены при монтаже с отклонением от горизонтали, то она образует верхний и нижний сегменты. При осуществлении рабочего процесса на перегородке происходит поперечная сепарация фаз газ скапливается и проходит через перегородку в ее верхнем сегменте, а жидкость - в нижнем сегменте. Это создает поперечную неравномерность контакта фаз в пространстве между перегородками, что существенно снижает эффективность процесса синтеза за счет снижения движущей силы процесса и эффективной поверхности контакта фаз. При этом, как показали промышленные испытания, в зоне преимущественного прохождения газа (т.е. в верхнем сегменте перегородки) происходит быстрое эрозионное увеличение диаметра отверстий от первоначального размера за счет локального возрастания скорости газа, что усиливает неравномерность распределения фаз и, как следствие, снижает основной показатель технологической эффективности процесса синтеза - степень конверсии. Даже незначительное отклонение установки перегородок от горизонтали (до 5) вызывает заметное снижение степени конверсии, из-за значительного количества перегородок (10-12 штук), что снижает экономические показатели процесса синтеза. Задача, на решение которой направлена полезная модель стабилизация технологической эффективности реактора синтеза карбамида за счет снижения влияния условий монтажа перегородок, в частности - отклонения от горизонтальности. Технический результат, достигаемый с использованием полезной модели степень конверсии диоксида углерода возрастает в среднем с 61 до 66(т.е. на 5 ) и стабилизируется на верхнем значении. Поставленная задача решается в реакторе синтеза карбамида, содержащем вертикальный корпус, штуцеры ввода и вывода реагентов, горизонтальные перфорированные перегородки, расположенные по высоте корпуса, с отбортовкой на периферии, содержащие патрубки с перфорированными рассекателями на верхнем конце, перфорацией, выполненной в виде отверстий, в котором, согласно полезной модели, перегородки выполнены из секций, снабженных отбортовкой на периферии и жестко соединенных между собой, а перфорация выполнена состоящей из входного и выходного участков, при этом входной участок перфорации перегородки выполнен в виде усеченного конуса, ориентированного вершиной вверх, а выходной участок перфорации рассекателей выполнен в виде усеченного конуса, ориентированного вершиной вниз. 2 955 Существенность отличий полезной модели заключается в том, что перегородка выполнена (составлена) из отдельных секций, представляющих собой мини-перегородки. Т.е. каждая секция снабжена отбортовкой на периферии, патрубками для прохода жидкости и перфорацией для прохода газа. При этом каждая секция улавливает газ и направляет его в пространство между перегородками и на следующую перегородку. Масштаб неравномерности распределения газа по диаметру корпуса (т.е. объем локального скопления газа) существенно снижается. Такое решение повышает равномерность распределения газовой и жидкой фаз по сечению перегородок, особенно в условиях отклонения перегородок от горизонтальности в результате их монтажа, что стабилизирует технологическую эффективность работы реактора синтеза. Жесткое соединение секций внутри корпуса предотвращает байпасный проход газа и жидкости через перегородку, что стабилизирует эффективный контакт фаз. Предложенное выполнение перфорации позволяет стабилизировать размер пузырей, диспергируемой газовой фазы, в области малых значений (это увеличивает поверхность контакта фаз), а струям жидкости, выходящим из рассекателей, придать расширяющуюся коническую форму (это увеличивает равномерность распределения жидкой фазы по сечению реактора). Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 показан общий вид реактора синтеза карбамида, фронтальный разрез на фиг. 2 - секционированные перегородки,вид снизу на фиг. 3 - вид перфорации в перегородке, фронтальный разрез на фиг. 4 - вид перфорации в рассекателе, фронтальный разрез. Реактор синтеза карбамида содержит корпус 1, штуцер 2 для ввода реагентов (диоксида углерода и аммиака), снабженный на выходе смесителем 3, штуцер 4 вывода продуктов реакции. Внутри корпуса по его высоте размещены перфорированные перегородки 5. Перегородки выполнены из секций 6, снабженных на периферии отбортовкой 7. Смежные секции жестко и без зазора соединены друг с другом (предпочтительно резьбовыми соединениями). В перегородках установлены вертикально патрубки 8, снабженные на верхнем конце рассекателями 9. Перфорация в перегородках выполнена в виде отверстий 10,снабженных входным 11 и выходным 12 участками. Входной участок выполнен в виде усеченного конуса, ориентированного вершиной вверх, а выходной участок перфорации перегородки выполнен в виде цилиндрического отверстия. Перфорация рассекателей выполнена в виде отверстий 13, снабженных входным 14 и выходным 15 участками. Входной участок перфорации рассекателей выполнен в виде цилиндрического отверстия, а выходной участок перфорации рассекателей выполнен в виде усеченного конуса, ориентированного вершиной вниз. 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, поступают в реактор через штуцер 2 и выходят в объем реактора через смеситель 3. При этом происходит диспергирование газовой фазы на пузырьки и их всплытие, что сопровождается реакционным процессом образования карбамата аммония с его последующей дегидратацией - образованием карбамида. Восходящий газожидкостный поток поступает внутрь секций 6 горизонтальной перегородки 5, где происходит сепарация (разделение) газовой и жидкой фаз. Так как перегородка 5 выполнена состоящей из секций 6,то даже в случае монтажа перегородки 5 с отклонением от горизонтальности исключается движение газа вдоль перегородки 5 за пределы секции 6, что обеспечивает равномерность распределения газа по сечению реактора и, следовательно, его технологическую эффективность. Газ проходит перегородку 5 через отверстия 10. Так как начальный участок 11 отверстий 10 выполнен в виде усеченного конуса с вершиной, ориентированной вверх, то в нем происходит ускорение струи газа и ее последующее сжатие в выходном цилиндрическом участке 12. Это приводит к формированию мелкодисперсных пузырей газа, что повышает поверхность контакта фаз и время пребывания газа в реакционном объеме, увеличивая степень конверсии диоксида углерода. Жидкая фаза проходит через перегородку 3 9555 внутри патрубков 8, поступает в рассекатели 9 и выходит из них через отверстия 13. Благодаря тому входной участок 14 отверстий 13 выполнен цилиндрическим, а выходной участок 15 отверстий 13 выполнен в виде усеченного конуса с вершиной, ориентированной вниз, происходит равномерное расширение струи жидкости на выходе из рассекателя 9 и ее последующее перемешивание с мелкодисперсными пузырями газа в пространстве между перегородками. Это создает условия для эффективного контакта фаз, устраняет образование застойных зон и обеспечивает рациональное использование рабочего объема реактора. Этот процесс осуществляется на каждой перегородке 5 по высоте реактора. Продукты реакции (карбамид, карбамат аммония и вода), а также не прореагировавшие вещества (аммиак, диоксид углерода) выводятся из реактора через штуцер 4 и направляются на следующую технологическую стадию. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4