Реактор синтеза карбамида

(51)01 10/00,07 273/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Агеев Вячеслав Васильевич Лакомкин Александр Андреевич Короткий Иван Павлович Сурба Анатолий Константинович Юркевич Александр Андреевич Курайшевич Александр Васильевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Реактор синтеза карбамида, содержащий вертикальный корпус, штуцеры ввода и вывода реагентов, горизонтальные перфорированные перегородки с отбортовкой на периферии,расположенные по высоте корпуса, содержащие отверстия для прохода газа и патрубки для прохода жидкости, отличающийся тем, что живое сечение отверстий для прохода газа выполнено в перегородках уменьшающимся по высоте реактора, а живое сечение патрубков для прохода жидкости выполнено в перегородках увеличивающимся по высоте реактора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество и диаметр отверстий для прохода газа в перегородках выполнено уменьшающимся по высоте реактора, а количество патрубков для прохода жидкости в перегородках выполнено увеличивающимся по высоте реактора.(56) 1. Кучерявый В.И., Лебедев В.В. Синтез и применение карбамида. - Л. Химия. 1970. 2. Патент РБ 1632, 1995 (прототип). Полезная модель относится к аппаратам для проведения реакционных процессов в системе жидкость-газ и может применяться в производстве минеральных удобрений при проведении процесса синтеза карбамида из диоксида углерода и аммиака. Известен реактор синтеза карбамида 1, содержащий вертикальный корпус, штуцеры ввода и вывода реагентов, горизонтальные перфорированные перегородки. К основным недостаткам известного устройства относится недостаточная технологическая эффективность. Это обусловлено недостаточным временем пребывания реагентов в реакторе из-за отсутствия в 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 с отбортовкой на периферии, расположенные по высоте корпуса, содержащие отверстия для прохода газа и патрубки для прохода жидкости. К недостаткам известного устройства относятся недостаточная технологическая эффективность (производительность реактора, степень конверсии фаз), обусловленная гидродинамическими факторами. В результате реакции образования карбамида происходит изменение соотношения газа и жидкости по высоте реактора, особенно в его верхней половине имеет место снижение содержания газовой фазы и возрастание содержания жидкой фазы. В случае идентичных перегородок по высоте реактора происходит рост гидравлического сопротивления перегородок (из-за возрастания количества жидкой фазы), что ограничивает производительность реактора. Также в результате использования идентичных перегородок по высоте реактора происходит ухудшение диспергирования газа, т.к. живое сечение отверстий для прохода газа в перегородках идентично (одинаково). Это приводит к снижению скорости газа в отверстиях и, как следствие, образованию более крупных пузырей и с меньшей частотой. Изменение гидростатического давления по высоте реактора также способствует образованию более крупных пузырей в верхней половине реактора. Наличие более крупных пузырей с меньшей частотой их образования снижает поверхность контакта фаз и обусловливает ускоренное всплытие пузырей, что снижает время пребывания газовой фазы в реакторе. Снижение поверхности контакта фаз и снижение времени пребывания газовой фазы в реакторе обусловливают снижение производительности реактора и уменьшение степени конверсии фаз. Задача, на решение которой направлена полезная модель, - повышение производительности реактора и увеличение степени конверсии фаз. Поставленная задача решается в реакторе синтеза карбамида, содержащем вертикальный корпус, штуцеры ввода и вывода реагентов, горизонтальные перфорированные перегородки с отбортовкой на периферии, расположенные по высоте корпуса, содержащие отверстия для прохода газа и патрубки для прохода жидкости, в котором, согласно полезной модели, живое сечение отверстий для прохода газа выполнено в перегородках уменьшающимся по высоте реактора, а живое сечение патрубков для прохода жидкости выполнено в перегородках увеличивающимся по высоте реактора. Количество и диаметр отверстий для прохода газа в перегородках выполнено уменьшающимся по высоте реактора, а количество патрубков для прохода жидкости в перегородках выполнено увеличивающимся по высоте реактора. Существенность отличий полезной модели заключается в том, что живое сечение отверстий для прохода газа выполнено в перегородках уменьшающимся по высоте реактора. Такое решение в условиях имеющегося снижения содержания газовой фазы по высоте ре 2 1271 актора в результате реакции обеспечивает постоянство скорости газа в отверстиях перегородки, что создает эффективные условия для диспергирования газовой фазы в перегородках по высоте реактора. Это снижает размеры образующихся пузырей и увеличивает частоту их образования (при постоянстве расхода газа), что повышает поверхность контакта фаз и увеличивает время пребывания газовой фазы в реакторе. Увеличение поверхности контакта фаз и увеличение времени пребывания газовой фазы в реакторе обусловливают повышение производительности реактора и увеличение степени конверсии реагирующих фаз. За счет того, что живое сечение патрубков для прохода жидкости выполнено в перегородках увеличивающимся по высоте реактора, обеспечивается постоянство скорости выхода жидкой фазы из патрубков, что стабилизирует гидравлическое сопротивление перегородок по высоте реактора и обеспечивает возможность повышения производительности реактора. Так как количество и диаметр отверстий для прохода газа в перегородках выполнено уменьшающимся по высоте реактора, а количество патрубков для прохода жидкости в перегородках выполнено увеличивающимся по высоте реактора, такое решение изменяет нужным образом живое сечение отверстий и патрубков. При этом обеспечиваются условия для равномерной поперечной гидродинамической структуры фаз после перегородки,исключая образование застойных зон, что способствует решению задачи. Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 показан общий вид реактора синтеза карбамида, фронтальный разрез на фиг. 2- перегородка, разрез по А-А на фиг. 3 - перегородка, разрез по Б-Б. Реактор синтеза карбамида содержит корпус 1, штуцер 2 для ввода реагентов (диоксида углерода и аммиака), снабженный на выходе смесителем 3, штуцер 4 для вывода продуктов реакции. Внутри корпуса по его высоте установлены перегородки 5, содержащие отверстия 6 для прохода газа и патрубки 7 для прохода жидкости. Живое сечение отверстий 6 уменьшается в перегородках 5 по высоте, а живое сечение патрубков 7 увеличивается в перегородках 5 по высоте. Количество и диаметр отверстий 6 в перегородках 5 выполнено уменьшающимся по высоте реактора, а количество патрубков 7 в перегородках 5 выполнено увеличивающимся по высоте. Диаметр патрубков 7 может быть одинаковым в перегородках 5 по высоте реактора. Патрубки 7 в верхней части перфорированы отверстиями 8. Перегородки 5 снабжены на периферии отбортовкой 9. 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 в объем перегородки 5, где происходит сепарация (разделение) газовой и жидкой фаз. Газ проходит перегородку 5 через отверстия 6 с оптимальной скоростью, обеспечивающей высокую частоту образования пузырей малого диаметра. Жидкость проходит через перегородку по патрубкам 7 и вытекает из них через отверстия 8 них в виде струй. В пространстве между перегородками обеспечиваются благоприятные гидродинамические условия для реакционного процесса образования карбамата с последующей его дегидратацией в карбамид за счет эффективного перемешивания жидкости с мелкодисперсными пузырями газа. При этом обеспечивается равномерная поперечная гидродинамическая структура реагирующих фаз после перегородки 5, а также устраняются условия для образования застойных зон и обеспечивается рациональное использование рабочего объема реактора. В результате реакционного процесса по высоте реактора происходит снижение содержания газовой фазы и возрастание содержания жидкой фазы. Благодаря тому, что живое сечение отверстий 6 для прохода газа уменьшается в перегородках 5 по высоте ре 3 1271 актора, этим обеспечивается постоянство скорости газовой фазы в отверстиях 6 и, следовательно, сохранение эффективных условий для диспергирования газовой фазы в перегородках по высоте реактора. В результате этого имеет место образование мелкодисперсных пузырей и увеличение частоты их образования в перегородках 5 по всей высоте реактора,что повышает поверхность контакта фаз и увеличивает время пребывания газовой фазы в реакторе. Увеличение поверхности контакта фаз и увеличение времени пребывания газовой фазы в реакторе обусловливают повышение производительности реактора и увеличение степени конверсии реагирующих фаз. Так как живое сечение патрубков 7 в перегородках 5 увеличивается по высоте реактора, обеспечивается постоянство скорости выхода жидкой фазы из патрубков, что стабилизирует гидравлическое сопротивление перегородок по высоте реактора и обеспечивает возможность повышения его производительности. 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. Технический результат, достигаемый с использованием полезной модели производительность реактора возрастает в среднем на 16 , а степень конверсии диоксида углерода возрастает в среднем с 62 до 67(т.е. на 5 ). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4