установка непрерывного действия для приготовления жидких азотных удобрений

Формула изобретения

1. Установка непрерывного действия для приготовления жидких азотных удобрений из упаренных водных растворов карбамида и аммиачной селитры, содержащая смеситель растворов, выполненный в виде трубы с насадкой и расположенный по ходу движения смеси, теплообменник для ее охлаждения, отличающаяся тем, что между смесителем и теплообменником размещен дегазатор смеси, выполненный в виде вертикальной емкости круглого поперечного сечения с патрубком в средней части для приема горячей смеси, выходящей из смесителя, с верхним патрубком для отвода выделяющихся газов и с нижним патрубком для вывода дегазированной смеси в теплообменник.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что между дегазатором и теплообменником по ходу движения смеси последовательно размещены промежуточная емкость и насос, обеспечивающие передачу дегазированной смеси в теплообменник.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для производства минеральных удобрений и может быть использовано для приготовления жидких азотных удобрений на основе аммиачной селитры и карбамида.

Известна установка для приготовления жидких азотных удобрений из упаренных водных растворов карбамида и аммиачной селитры путем их смешения и охлаждения, содержащая смеситель и теплообменник. Смеситель выполнен в виде емкости, снабженной перемешивающими устройствами. Смешение осуществляется в периодическом режиме, после чего готовая смесь перекачивается насосом в теплообменник для охлаждения. [1]

Недостаток этой установки заключается в периодичности ее действия, что приводит к увеличению времени пребывания термочувствительного карбамида в горячей зоне и дополнительным потерям карбамида вследствие частичного гидролиза.

Известна установка непрерывного действия для приготовления жидких азотных удобрений из упаренных водных растворов карбамида и аммиачной селитры путем их смешения и охлаждения, содержащая смеситель и расположенный по ходу смеси теплообменник [2]

Установка работает в непрерывном режиме, что уменьшает время пребывания карбамида в горячей зоне, поскольку смесь сразу же охлаждается в теплообменнике. Кроме того, установка снабжена рециркуляционным насосом, обеспечивающим возврат части охлаждающей смеси в смеситель, что заметно снижает рабочую температуру в смесителе и уменьшает потери карбамида, вызванные его гидролизом.

Недостатком этой установки является неоднородный состав получаемой смеси, поскольку смеситель выполнен в виде проточной полой емкости, в которой интенсификация перемешивания осуществляется только за счет рециркуляции смеси, что само по себе не достаточно для выравнивания состава смеси по всему объему смесителя. Неоднородность состава смеси не обеспечивает стабильных и хорошо воспроизводимых результатов измерения ее физических параметров, например плотности и/или удельной электропроводности, по которым косвенно оценивают и контролируют состав смеси. В итоге нарушаются требования технических условий на содержание карбамида и аммиачной селитры в смеси.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка непрерывного действия для приготовления жидких азотных удобрений из упаренных водных растворов карбамида и аммиачной селитры, содержащая смеситель растворов, выполненный в виде трубы с насадкой, и расположенный по ходу движения смеси теплообменник для ее охлаждения [3]

Выполнение смесителя в виде трубы с насадкой обеспечивает необходимую степень перемешивания растворов и однородность состава смеси по всему ее объему.

Недостатком этой установки является то, что в смеси образуются газовые пузырьки, затрудняющие работу КИП и A, контролирующих и регулирующих состав продукта, к которому предъявляются жесткие требования. Например, в удобрении марки КАС-32 массовые доли основных компонентов карбамида и аммиачной селитры должны оставаться в интервалах 33,3 35,3% и 44,7 47,7% соответственно, при этом одновременно суммарное содержание азота должно оставаться в интервале 320,8%

Концентрация основных компонентов определяется методом совокупных измерений, что требует одновременный точный замер нескольких физических параметров смеси, например, температуры, плотности и удельной электропроводности смеси. При неточном измерении указанных параметров увеличивается погрешность определения концентраций карбамида и аммиачной селитры, что делает невозможным поддержание заданных концентраций в указанных пределах. Газовые пузырьки в смеси образуются несмотря на то, что исходные упаренные водные растворы карбамида и аммиачной селитры являются гомогенными жидкостями и не содержат никаких пузырьков.

Нами было установлено, что образование и бурное выделение газовых пузырьков из смеси связано с тем, что исходный раствор карбамида содержит в качестве производственных примесей NH₃ и CO₂, которые выделяются из жидкой фазы в момент контакта горячих растворов карбамида и аммиачной селитры. Газовые пузырьки, оставаясь в горячей, а затем и охлажденной жидкости, препятствуют нормальному функционированию различных измерительных датчиков, погруженных в поток жидкости, что исключает точное измерение физических параметров смеси.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества получаемого продукта за счет улучшения работы средств КИП и А, обеспечивающих контроль за составом продукта.

Решение задачи найдено в том, что в установке непрерывного действия для приготовления жидких азотных удобрений из упаренных водных растворов карбамида и аммиачной селитры, содержащей смеситель растворов, выполненный в виде трубы с насадкой, и расположенный по ходу движения смеси теплообменник для ее охлаждения, согласно изобретению, между смесителем и теплообменником размещен дегазатор смеси, выполненный в виде вертикальной емкости круглого поперечного сечения с патрубком в средней части для приема горячей смеси, выходящей из смесителя, с верхним патрубком для отвода выделяющихся газов и с нижним патрубком для вывода дегазированной смеси в теплообменник.

В дегазаторе осуществляется отстой и разрушение пены, образованной выделяющимися в толще жидкости газовыми пузырьками. Освобожденная от пузырьков горячая и затем охлажденная смеси при своем движении по всему тракту, начиная от дегазатора и кончая хранилищем готового продукта, не вызывает осложнений при работе средств КИП и А, создает благоприятные условия для измерения необходимых физических параметров смеси (плотности, удельной электропроводности, pH, температуры) или ее расхода и обеспечивает бесперебойный выпуск продукта заданного состава.

Датчики для измерения большинства физических параметров жидкой смеси и ее расхода предпочитают устанавливать в потоках, имеющих давление, превышающее атмосферное. Дегазированная жидкость вытекает из дегазатора под действием силы тяжести и не имеет достаточного подпора. Поэтому для создания более благоприятных условий работы средств КИП и А, обеспечивающих выпуск жидких азотных удобрений со строго выдержанными параметрами, в установке согласно изобретению между дегазатором и теплообменником по ходу движения смеси последовательно размещены промежуточная емкость и насос, обеспечивающие передачу дегазированной смеси в теплообменник.

В этом случае датчики физических параметров смеси и расхода могут быть установлены в потоке смеси между насосом и теплообменником или после теплообменника, что позволяет создать необходимое давление в измерительном тракте, достаточно превышающее атмосферное давление.

Дополнительное преимущество такого исполнения установки заключается в том, что подпора, создаваемого насосом, хватает на возврат части охлажденной смеси в смеситель в качестве рециркуляционного потока, т.е. становится возможной работа смесителя при более низкой рабочей температуре, что уменьшает потери карбамида, вызванные его гидролизом.

На фиг. 1, 2 представлены схемы установки непрерывного действия для приготовления жидких азотных удобрений из упаренных водных растворов карбамида и аммиачной селитры.

На фиг. 1 показан более простой вариант.

Установка состоит из смесителя 1, выполненного в виде трубы с насадкой, теплообменника 2 и дегазатора, выполненного в виде вертикальной емкости 3 круглого поперечного сечения с тангенциальным патрубком 4 в средней части для приема горячей смеси, с верхним патрубком 5 для отвода выделяющихся газов и с нижним патрубком 6 для вывода дегазированной смеси.

Трубопровод 7 связывает смеситель 1 с дегазатором. Трубопровод 8 служит для перетока дегазированной жидкости из дегазатора в теплообменник 2, а трубопровод 9 для перетока охлажденной смеси в сборник готового продукта 10.

Установка работает следующим образом.

Раствор аммиачной селитры концентрацией 91% при температуре 144^oC и раствор карбамида концентрацией 70% при температуре 117^oC непрерывно поступают из соответствующих цехов в смеситель 1. Раствор карбамида содержит 0,2 мас. CO₂ и 0,6 мас. NH₃ в виде растворенных производственных примесей.

При выгрузке горячей смеси из смесителя 1 в дегазатор через тангенциальный патрубок 4 жидкость вспенивается. Столб пены и жидкости закручивается внутри дегазатора, и пена быстро разрушается. При этом газовая фаза, состоящая в основном из диоксида углерода и аммиака, удаляется из дегазатора через верхний патрубок 5, а жидкость, т.е. дегазированная смесь, освобожденная от газовых пузырьков, через нижний центральный патрубок вытекает из дегазатора и по трубопроводу 8 поступает на охлаждение в теплообменник 2. Готовый продукт по трубопроводу 9 перетекает в сборник 10.

На фиг. 2 установка содержит смеситель 1 и теплообменник 2, расположенные горизонтально, дегазатор, выполненный в виде конусообразной вертикальной емкости 3 с патрубком 4 в средней части для ввода смеси, тангенциальным патрубком 5 в верхней части для отвода выделяющихся газов и с нижним патрубком 6 для вывода дегазированной смеси. Кроме того, между дегазатором и теплообменником 2 по ходу движения смеси последовательно размещены промежуточная емкость 11 и насос 12, обеспечивающие передачу смеси из дегазатора в теплообменник 2.

Промежуточная емкость 11 сообщается с атмосферой. Насос 12 предназначен для забора горячей дегазированной смеси из промежуточной емкости 11 и подачи ее по трубопроводу 13 в теплообменник 2. Выход из теплообменника 2 связан трубопроводом 9 со сборником готового продукта 10 и трубопроводом 14 со смесителем 1. Вентиль 15 на трубопроводе 14 предназначен для регулирования количества охлажденной смеси, возвращаемой в смеситель 1 на рециркуляцию.

Установка работает следующим образом.

Растворы карбамида и аммиачной селитры и (при необходимости) вода непрерывно подаются в смеситель 1, после которого горячая смесь направляется в дегазатор. Благодаря тангенциально расположенному входному патрубку 4 дегазатора внутри последнего возникает закрученный поток эмульсии, который быстро расслаивается. Газовая фаза, содержащая диоксид углерода и аммиак, удаляется из дегазатора через верхний патрубок 5. Дегазированная жидкость самотеком поступает в промежуточную емкость 11, откуда насосом 12 направляется в теплообменник 2 и далее частично на рециркуляцию по трубопроводу 14, и в остальном количестве в хранилище готового продукта по трубопроводу 9.