реактор для получения экстракционной фосфорной кислоты

Формула изобретения

Реактор для получения экстракционной фосфорной кислоты, содержащий корпус с расположенными в нем перемешивающими устройствами, внутри которого по центру реактора размещена шахта с установленным в ней циркулятором пульпы, имеющая нижнее заборное и верхнее выходное окна и соединенная с корпусом реактора радиальной перегородкой, высота которой выше уровня пульпы, патрубки для ввода охлаждающего газа, исходных реагентов и вывода продуктов реакции и отходящих газов, провальную решетку для охлаждения пульпы, установленную на расстоянии 0,2-0,8 м от крышки реактора и повернутую по отношению к перегородке на 0-270° против часовой стрелки относительно зоны ввода исходных реагентов, отличающийся тем, что заборное окно выполняется в виде 2-4 проемов, разделенных между собой корпусом шахты и расположенных по всей окружности шахты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к конструкции реакционного оборудования, используемого для производства экстракционной фосфорной кислоты из различных видов природного фосфатного сырья.

Известен реактор для получения фосфорной кислоты, содержащий корпус с расположенными в нем перемешивающими устройствами, внутри которого размещены радиальная перегородка, циркулятор пульпы, установленный в шахте с заборным и выходным окнами, провальная решетка для охлаждения пульпы, патрубки для ввода охлаждающего газа, исходных реагентов и вывода продуктов реакции и отходящих фтористых газов. В этом реакторе корпус состоит из двух цилиндрических емкостей, соединенных перетоком, с расположенными в нем перемешивающими устройствами и радиальными перегородками с перетоками. В одной из перегородок в вертикальной шахте с верхним заборным и нижним выходным окнами смонтирована мешалка-циркулятор, обеспечивающая перекачивание пульпы через объем реактора и подачу ее на провальную решетку для охлаждения воздухом посредством разности уровней пульпы, создаваемой в секциях реактора. Реактор снабжен патрубками для ввода исходных реагентов и охлаждающего воздуха и вывода отходящих газов и продукционной пульпы. При этом ввод охлаждающего воздуха заглублен под слой пульпы и примыкает непосредственно к провальной решетке. Направленная циркуляция пульпы осуществляется посредством использования центральной цилиндрической секции реактора с перемешивающим устройством. (А.с. СССР № 1530239, B01J 19/18, 1989 г.).

Недостатками конструкции реактора являются:

- относительно низкая эффективность работы циркулятора пульпы вследствие того, что он работает по схеме «сверху-вниз» и, как следствие, создает небольшой перепад уровней пульпы в секциях реактора (50-150 мм);

- сложность конструкции реактора вследствие наличия внутренней цилиндрической перегородки и нескольких радиальных перегородок;

- сложность обслуживания провальной решетки и узла ввода воздуха.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный реактор для получения фосфорной кислоты, содержащий корпус с расположенными в нем перемешивающими устройствами, внутри которого размещены радиальная перегородка, циркулятор пульпы, установленный в шахте с заборным и выходным окнами, провальная решетка для охлаждения пульпы, патрубки для ввода охлаждающего газа, исходных реагентов и вывода продуктов реакции и отходящих фтористых газов. В этом реакторе шахта, имеющая заборное нижнее и верхнее выходное окна, установлена в центре реактора, снабжена циркулятором пульпы и соединена с корпусом реактора одной радиальной перегородкой, высота которой выше уровня пульпы, причем заборное окно шахты повернуто по отношению к радиальной перегородке на 0-270° по часовой стрелке относительно зоны вывода продукционной пульпы, а провальная решетка устанавливается на расстоянии 0,2-0,8 м от крышки реактора и повернута по отношению к перегородке на 0-270° против часовой стрелки относительно зоны ввода исходных реагентов. (Патент РФ № 2234366, B01J 19/18,2004 г.). Недостатками этой конструкции являются:

- циркуляция пульпы в зоне разложения охватывает только 50-75% реакционного объема, что при прочих равных условиях предопределяет разложение фосфатного сырья и кристаллизацию сульфата кальция при относительно высоких пересыщениях, способствует наличию локальных пересыщений в реакционном объеме, что приводит к снижению коэффициента извлечения P₂ O₅ в раствор и получению менее однородных кристаллов сульфата кальция;

- снижается надежность работы реактора вследствие возможного частичного зарастания заборного окна осадками, что приводит к снижению кратности циркуляции пульпы и/или уменьшает межремонтный проект реактора.

Нами поставлена задача создать конструкцию реактора, позволяющую устранить вышеописанные недостатки.

Задача решена в реакторе для получения экстракционной фосфорной кислоты, содержащем корпус с расположенными в нем перемешивающими устройствами, внутри которого размещена шахта, установленная по центру реактора, имеющая нижнее заборное и верхнее выходное окна и соединенная с корпусом реактора радиальной перегородкой, высота которой выше уровня пульпы, провальную решетку для охлаждения пульпы, установленную на расстоянии 0,2-0,8 м от крышки реактора и повернутую по отношению к перегородке на 0-270° против часовой стрелки относительно зоны ввода исходных реагентов, патрубки для ввода охлаждающего газа, исходных реагентов и вывода продуктов реакции и отходящих фтористых газов. В этом реакторе в шахте установлен циркулятор пульпы, а шахта снабжена нижним заборным и верхним выходным окнами, причем заборное окно выполняется в виде 2-4 проемов, разделенных между собой корпусом шахты и расположенных по всей окружности шахты.

На чертежах представлен план реактора (фиг.1) и разрезы по осям А-А и Б-Б (фиг.2). Реактор состоит из корпуса 1 с крышкой 2. Внутри реактора размещены перемешивающие устройства 3. В центре реактора устанавливается шахта 4 с нижним заборным окном, выполненным в виде двух проемов 5 и 6, и верхним выходным окном 7. Шахта соединена с корпусом радиальной перегородкой 8. В шахте смонтирован циркулятор пульпы 9, подающий пульпу на провальную решетку 10. Штуцер 11 используется для ввода воздуха, патрубок 12 для сброса газов. Реактор снабжен патрубками для ввода исходного фосфатного сырья 13, серной кислоты и раствора разбавления 14, отсоса отходящих фтористых газов на очистку 15 и вывода пульпы в реактор дозревания 16.

Реактор работает следующим образом. Исходные реагенты (природный фосфат, раствор разбавления и серная кислота) поступают в реактор в патрубки 13 и 14 в основную реакционную зону. При этом возможны варианты как раздельной подачи реагентов, так и их предварительного смешения между собой или с рециркулируемым потоком пульпы в реакционной системе (например, природный фосфат и/или серная кислота с раствором разбавления и/или рециркулируемой пульпы). Перемешивающие устройства 3 обеспечивают равномерное перемешивание пульпы и не дают суспензии расслаиваться. Мешалка-циркулятор 9, вращаясь в шахте 4, работает в режиме низконапорного осевого насоса и обеспечивает забор пульпы в шахту через нижнее заборное окно, состоящее из двух проемов 5 и 6, разделенных корпусом шахты, и подачу пульпы через верхнее выходное окно 7 на провальную решетку 10 аппарата воздушного охлаждения. Расход пульпы составляет 5,0-10,0 тыс.м³ /ч в зависимости от скорости вращения циркулятора 9 и его диаметра. Одновременно циркулятор обеспечивает мощную циркуляцию пульпы в реакционной зоне. Охлаждение пульпы воздухом осуществляется в режиме пенного слоя на провальной решетке 9. В качестве охлаждающего воздуха используется воздух, взятый непосредственно из атмосферы цеха или отработанный воздух после санитарных систем очистки воздуха, который подается под решетку через штуцер 11. Насыщенный парами воды воздух сбрасывается вместе с брызгами пульпы в газовый объем под крышку 2 реактора. Отделение брызг от воздуха при выводе его из АВО через патрубок 12 происходит за счет удара потока о зеркало пульпы и небольшой линейной скорости газа в газовом объеме реактора. Отходящие фтористые газы, содержащие пары воды, через патрубки 15 отсасываются на очистку фтора в специальную абсорбционную систему. Продукционная пульпа из реактора через патрубок 16 направляется в другой реактор (зону дозревания) и далее подвергается разделению на вакуум-фильтре. Реактор является частью реакционной системы для производства ЭФК, составляющей 40-90% от общего объема системы, в зависимости от конкретных условий аппаратурного оформления и требуемого времени проведения процесса для различных видов фосфатного сырья.

Изменяя количество и размер проемов заборного окна в шахте циркулятора, которые могут располагаться по всей окружности шахты, можно обеспечить забор требуемого количества пульпы из каждого заданного сектора реактора с охватом контуром циркуляции до 100% реакционного объема. Пределы варьирования количества проемов заборного окна от 2 до 4 обусловлены по нижнему пределу (2) -необходимостью наличия более 1 проема, по верхнему (4) - конструктивной достаточностью. Увеличение количества проемов более четырех приводит к усложнению конструкции и уменьшению прочности эксплуатируемой в тяжелых условиях (динамические нагрузки, повышенная температура и агрессивность среды) шахты, что снижает надежность эксплуатации реактора. Забор пульпы в шахту через несколько проемов с разных направлений обеспечивает более равномерную циркуляцию пульпы в реакторе, что способствует снижению локальных пересыщений, повышает эффективность извлечения Р₂О₅ и обеспечивает получение крупных однородных кристаллов сульфата кальция. Одновременно, разделение заборного окна на несколько проемов повышает надежность работы реактора за счет снижения риска зарастания проемов осадками, обеспечивается заданная кратность циркуляции в течение длительного периода времени, создаются предпосылки к увеличению межремонтного пробега реактора.

Предлагаемое техническое решение за счет разделения заборного окна шахты на несколько проемов, расположенных по всей окружности шахты, позволяет создать оптимальные условия для быстрого и полного разложения природного фосфата и кристаллизации крупных однородных кристаллов сульфата кальция (как CaSO₄·2H ₂O, так и CaSO₄·0,5H₂O). Увеличивается надежность работы реактора и его межремонтный пробег.