Способ концентрирования раствора мочевины и устройство для его осуществления

госуддеставнный номитвт по изовеавниям и огп-чгыгиям при (на-тросовБЕЛАРУСЬ ПАТЕНТ Ме 2 е(71) Стамикарбон Б.В. (Лайсенсинг Саб сиднари ов ДМС) (МВ)(54) сносов концвптгъхговыхия РАствоРА нотхввинъл и УСТРОЙСТВО для ЕГО осу Ьчвствлвгаъьт .(57) Изобретение касается произврдства мочевины, в частности ее концент рирования в определенном устройстве.Цель т снижение металлоемкости оборудования и сокращение поверхности теп лообмена. Концентрирование растворовмочевины ведут упариваннем с пропус канием раствора в виде пленки повнутренней поверхности трубок верти кальной трубчатой системы вьшарного аппарата. Тепло, необходимое для вы взрывания, ПОЛУЧЕЮТ за СЧЕТ КОНДЕНСЭГНН 3 сод н водяные пары), подаваемого противотоком к раствору мочевины в межтрубное пространство вблизи одного из концов трубок трубчатой системы, Раствор мочевины подают С дРУ гого конца трубок в межтрубное пространство в точке, расположенной между вводом раствора мочевины в трубки трубчатой системы и местом вводага 2зового потока в межтрубное пространсшоашшшюш 1 ШнэюмкшдШштИг щуюся газовшо смесь подают в нижнюю часть зоны нагрева, разделенную пер.форированньши перегородками на ряд секций, расположенньш одна над другой. Газовый поток и образующийся конденсат направляют в расположенные выше секции- Через разные отверстияв перегородке, что предотвращает возможность воэврата газовой смеси или конденсата из верхней секции в нижнюю. Используемый массообменный аппарат включает камеру нагрева верти Члкальные теплообменные трубы, присое диненные к верхней и нижней трубкам решетки И размещенные в камере нагрева, штуцер для подвода раствора моче ВИНЫ, Средство для образования пленкн н горизонтальные перегородки,.раэмещенные в камере нагрева одна над другой с образованием секций, штуце ры подвода И отвода газовой смеси н конденсата. Перегородки выгюлненьй с основнынъадополнитепьньши отверстиямн.Штуцер подвода раствора мочевины расположен Над верхней трубной решеткой. При этомпучше когда теплообменные трубы размещены я основньш отверстиях перегородок с зазором, а дополннтепьные отверстия вьптолнены с отбортовкой направленной вниз, с отдв центре н на периферии. В этом слутд чае достигается хорошее смачивание тнарупной поверхности трубок, что улучшает теплообмен н сокращает поверхность теплообмена. 2 с. И 3 з.п.Д ф-пьз, 1 ил.Изобретение относится к технологии получения мочевины из аммиака н диоксцца углерода, В ЧЕСТНОСТИ К СПОСО бу получения концентрированного раст. вора мочевины и к устройству для осуществления способа.Целью изобретения является сокраЩЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛООМЕНЭ В тепЛО 0 бНЕНН 0 Й ЗППЗРЕТУРЕ на стадии ВЫПЗ рыдания воды.из раствора мочевины.На чертеже схематически представлена часть зоны нагрева первой ступеНИ ВЬПТЭРНВЭЙИЯ РЕСТВОРЭ, С ПЕРЕГОРОД камн трубки трубчатой системы, разрез.В зону нагрева входит внесший кожух 1, трубка 2 трубчатой системы,перегородки З, центральное отверстие 4, отверстия 5 вблизи периферии, бортики 6, выступающие вниз, в газовые прокладки 7. Жидкая фазастекает в направлении, указанном стрелками 8, а газовая фаза двинется в направлении, обозначенном стрелками 9.ц Направляемьй на концентрирование раствор мочевины подают на пластины распределения потока жидкости для обРЗЗОВЗНИЯ ПЛЕНКИ, ДВИЖУЩЕЙСЯ ВНИЗ внутри трубок 2.В устройстве в каждом из отсеков ОЭСПЗЧИВЗВТСЯ ПРОТВНЗНИЕ РЕЗКЦИИ между газовой смесью (аммиак, двухокись углерода и водяной пар) и водны раствором (разбавленньй раствор карбамата).В результате выделяется значительное количество тепла, после чего осуществляется разделение жидкой и газообразной фаз И отдельный перевод каждой из фаз в следующий отсек.Газовую смесь подают в нинюю часть аппарата и она течет сквозь жидкуюфазу вверх до перегородки. В этот момент газовая смесь блокируется и образуется газовая подушка. Перегородка содержит несколько отверстий, в результате чего газовая смесь проходит сквозь перегородку черезэти Ътверстия. Однако время, требуемое для прохождения газовой смеси через эти отверстия, больше, чем время, нееобходимое для достижения перегородки газовой смесью. Когда газовая смесь накапливается прямо под перегородкой,образуется газовая подушка. При этом.число отверстий без обода, выступаю щего книзу (поз. 9), равно числу труб и размещение этих отверстий идентично размещениютрубсс целью обеспече 10ННЯ Прохождения газовой смеси через эти отверстия вдоль наружной стороны труб. Эта первая группа отверстий отлнчается от второй группы отверстий,у которых ободвыступает книзу (поз,8), с цепью пропускания конденсата н/или раствора карбамата сквозь них. Так как каждая труба из связки труб проходит сквозь отверстия первой группы, их размещения должны соответствовать друг другу. При необходимости некоторые отверстия из первой группы могут быть заглушены. Следовательно, число отверстий.первой группы должно быть по меньшей-ч мере равно числу труб связки труб. В ЧЗСТНОСТИ, если ИМЕЕТСЯ десять перегородок и каждая перегородка содержит ОДНО ОТВЕРСТИЕ, тогда ВСЕ ЭТИ ДЕСЯТЬ отверстий должны быть размещены в том же самом положении с целью обеспече ния прохождения одной трубы сквозьних отверха до нижней части. В этом случае однатруба соответствует десяти отверстиям. Однако девять из этих отверстий или меньше Могут бытЬ.за глушены. В этом случае одно отверстие (когда 9 заглушены) будет соответствовать одной трубе. Поэтому число отверстий должно по крайней мереП р и м е рПриведенные данные относятся к установке производительностью 1500 т/день. Количества выражены в килограммах в час.В сектор высокого давления установки подают 35414 кг аммиака и 45863 кг углекислого газа. Давление ,в секторе высокого давления, который включает в себя вону синтеза, первую стадию разложения, зону конденсации. и скрубберную зону для инертных га зов, составляет 1 д 0 кг/смг. Давлениена второй стадии разложения н в зоне нагрева первой стадии выпаривания равно 17,7 кг/смд. Давление на третьей стадии разложения равно.ПЕРВУЮ СТЗДНЮ ВЫПЗРИВЗНИН В НИЖНЮЮЗона нагрева вокруг трубок раздепена на десять секций с помощью перегородок. Эти перегородки снабжены отверстиями, предусмотренный поочеред НО В ЦЕНТРЕ ИЛИ ПО периферии, ПРИЧЕМвокруг этих отверстий имеются бортики, выступающие вниз. Эти отверстия служат для пропускания снизу вверх потока жидкой фазы через секции. Газовая смесь, содержащаяаммиакугле кислый газ и водяные пары, последовательно проходит через верхниесекции церез зазоры между трубками и перегородками. Кроме того, между трубкамив последовательных перегородкак предусмотрено наличие в УМВНЪШЗЮЩЗМСЯ количестве дополнительных отверстий для газового потока. 7Температура такой газовой смеси, составляет 158,608, ее точка РОСНравна 143,4 С. Благодаря теплообмену между этой смесью и 86623 кг раствора мочевины, стекающей В Виде ПЛЕНКИ сверху вниз по трубкам, температура которых составляет ЭС и которые содержат 63525 кг мочевины, 210 кг биу рета, 28 кг углекислого газа, 377 кгаммиака И ВОДУ (ОСТаПЬНО, такая гаЭОБЗЯ СМЕСЬ ОХЛВЖДЗЕТСН И конденсирутетсл. конденсацию И абсорбцию газовой СМЕСИ ПРОДОЛЖЗЮТ С ИСПОЛЬЗ 0 ВаНИеМ 20944 кг карбаматного раствора, выХОДЯЩЕГО С ТРЕТЬЕЙ СТЗДНИ РЗЗПОЖЕНИЯ,содержащего 4294 кг углекислого газа,7400 кг аммиака, 9229 кг воды И 21 кг МОЧЕВИНЫ КОТОРЫ Далеенаправляют В. в третью секцию зоны нагрева при 47 С. 47079 кг карбаматного Раствора С 1 температурой 9 З,1 С СОДЕРЖЗЩЭГО 18 д 27 кг углекислого газа, 16102 кг аммиака, 12529 кг воды и 21 кг мочеч вины, отводят из верхней секции зоны нагрева. На этой же секции отводят 45 кг газовой смеси, которая все еще содержит 6,3 кг углекислого газа, 3 9,1 кг аммиака, 0,8 кг водяного пара и инертный газ (остальное).Из нижней части трубчатой системы отводят 67833 мг концентрированного раствора мочевины при 122,5 С. Этот раствор содержит 63144 кг мочевины,264.кг биурета 0,02 кг углекислоты,4,7 кг аммиака и 4420 кг воды.Таким образом, вьшариваемый раствор мочевины в виде пленки пропускают сверху вниз по внутренней поверхности трубок трубчатой системы, а конденси.рующйся газовьш поток и водный раст БОР карбамата направляют Б межтрубное ПРОСТРЗНСТВО В ПЗЗНЫЕ ТОЧКИ ПО ВЫСОТЕПрИОСУЩЕСТВЛЕННН ПРЕДЛЕГЗЕМОГО способа тепло, необходимое для испарения ВОДЫ, ПОСТЗВЛЯЭТСЯ В ВИДЕ ТЕЛпа, образующегося при реакции образогуглерода в присутствии воды. Однако фв том случае, когдареагенты, находя щиесл в кожухе теплообмениика,т.е. газовая смесь, содержащая аммиак,двуокись углерода н пары воды, а также раствор, содержащй воду, например разбавленньй раствор карбамата всту ПЗЮТ В РЕЭКЦИЮ в НИСКОДНЩЕМ ПОТОКЕ В кожухе, как это происходит в известном способе, невозможно обеспечить хорошее смачивание внешней поверхности трубок теплообменника, в результате чего нельзя обеспечить.постоянного вьщеления тепла, и теплообмен между раствором мочевины, подпежащнмконцеитрированию и раствором карбамата,образующегося на поверхности трубок в кожухе-теплообменника, становится НЕРЕГУЛПРНЬШ И НЕОПТИМЗЛЬНЬЫ ПО СВОИМ параметрам.Эту проблему можно преодолеть с использованием изобретения, пропуская подлежащий концентрированию раствор МОЧЕЕИНЫ В БНДЕ нисходящего ПОТОКЕ через трубки теплообменника в газовую смесь, содержащую аммиак, двуокисьА углерода и пары воды, и раствор, соч держащий в 0 дУ в виде восходящего потока через кожух, обеспечивая при этом невозможность образования обрат ного лотока.реакциониой смеси в кожухе.Невозможность образования обратного потока.обеспечивают посредством ГЗЗОВОЙ подушки В КЗЖДОМ ИЗ ОСеК 0 В и отдельного пропускания жидкой фазы И газовой фазы из одного отсека в следующий в виде восходящего потока. Ввиду наличия ободов брасполагающих ся в нисходящем направлении в верхней части отсекавыше жидкости образует ся газовая подушка (позиция 73. Газовую смесь пропускают в следующий отсек через отверстия 9 отдельно от жидкости, которую пропускают черезДля производства мочевины в объеме 1500 т/сут, поверхность теплообмена в соответствии с известны способом должна составлять 1 д 87 мг. Однако,если стадию концентрирования осуществлять по изобретению, пропуская раствор мочевины в вице восходящего потока через трубки теплообменника, а геНЕПНРУЮЩУЮ ТЕПЛОГЗЗОВУЮ СМЕСЬ вместе с водньм раствором в вице нисходящего потока, то для достижения той же са 7 1736335 вмой концентрации раствора по отмечен ньш выше причинам требуется площадь поверхности теплообмена, равная 3187 мг.Таким образом, проведение процесса с использованием на первой стадии вьшаривания предлагаемого аппарата обеспечивает хорошее смачивание наружной поверхности трубок, что улучшает теплообмен и позволяет сократить необходимую поверхность теплообмена.1. Способ концентрирования раство 7 ре мочевины выпариваниемсодержащей ся в нем воды путем.пропускания раствора мочевины в виде пленки по внутренней поверхности трубок вертикальной трубчатой системы выпарного аппарата при получении необходимого для вьшарнвапия количества тепла за счет конденсации в зоне нагрева газовой смеси, содержащей аммиак, углекислый газ и водяные пары, которую подают,противотоком к раствору мочевины в. межтрубное пространство вблизи одного из концов трубок трубчатой системы при подаче раствора мочевины с другого конца трубок и подводе водного раствора карбамата в межтрубное пространство в точке, расположенной междутрубки трубчатой системы и местом ввода газовой смеси в межтрубное прод странство аппарата, о т л и ч а ю щ И й с я тем, что, с целью уменьшения металлоемкости оборудования при сокращении поверхности теплообмена,конденсирующуюся газовую смесь подают в нижнюю часть зоны нагрева, разделенную горизонтальньши перфорированными перегородками на ряд секций,расположенных одна над другой, причем газовый поток И образующийся конденсат направляют в вышерасположени ные секции через разные отверстия в перегородке, что предотвращает возможность возврата газовой смеси или конденсата из верхней секции В нинюю.2 Устройство для концентрирования раствора мочевины, содержащее вертикальный тепломассообменны аппарат, включающий камеру нагрева, вертикальные теплообменные трубы, присоединенные к верхней и нижней трубнъщ решеткам и размещенные в камере нагрева, И штуцер подвода раствора мочевины, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения метаплоемкости оборудования, аппарат снабжен средством для образования пленки в трубах И горизонтальными перегородками, раэмещенньми в камере нагрева одна над другой с образованиемсекций, штуцерами подвода иотвода.газо ной смеси И конденсата, при этом вПЕРЕГОРОДКЗХ ВЬШОПНЕНЬ ОСНОВНЫЕ ИДО полнительные отверстия, а штуцер подвода раствора мочевины расположен над верхней трубной решеткой. -3. Устройство по п.2, о т ли Ч а ю щ е е с я тем, что теплообменные трубы размещены в основныхотвер стияк перегородок с зазором.4. Устройство по пп.2 и 3, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что дополнительные отверстия выполнены с отбортовкой, направленной вниз.5. Устройство по пп.2 ч д, о т тем, что дополнительные отверстия выполнены в пере ПООЧЕРДНО Б ЦЕНТРЕ И ПО Пе риферии.