Устройство для удаления следов мочевины и исключения образования загрязняющих веществ при вакуумной сепарации раствора мочевины

 

Использование: для удаления следов мочевины и исключения образования загрязняющих веществ при вакуумной сепарации из раствора мочевины воды, образованной при получении мочевины путем перегонки этого раствора в два этапа при получении концентрированной мочевины с незначительными остатками воды и при вакуумной сепарации перегнанных паров на двух этапах сепарации при различных температурах и давлениях. Сущность изобретения: устройство выполнено в виде сепаратора циклонного или гравитационного типа и содержит первый кольцевой элемент и второй кольцевой элемент, имеющий форму колпака, закрывающего первый элемент. Между первым и вторым элементами образована промывная камера. Первый кольцевой элемент прикреплен к стенке сепаратора, образуя камеру, имеющую форму открытой коробки с закрытым дном. 7 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройству для удаления следов мочевины и исключения образования загрязняющих веществ при вакуумной сепарации мочевины из раствора мочевины путем перегонки этого раствора в два этапа благодаря выделению концентрированной мочевины с незначительными остатками воды и благодаря вакуумной сепарации перегнанных паров на двух этапах сепарации при различных температурах и давлениях. При этом раствор концентрированной мочевины возвращается в нижнюю зону, в то время как перегнанные пары собираются в верхней зоне упомянутого сепаратора.

Как известно, вода, полученная путем обезвоживания мочевины в реакторе синтеза, выводится в секцию вакуумной перегонки, в которой раствор мочевины, как правило, перегоняется в два этапа: первый этап при давлении около 0,3-0,4 бар и второй при давлении 0,05 бар. Таким способом получается концентрированная мочевина с 99,7% по массе мочевины и 0,3% по массе воды.

Перегнанные пары подвергаются сепарации при их выделении из раствора мочевины, как правило, в два этапа вакуумной сепарации: первый этап сепарации раствора мочевины, содержащего 95-96% по массе мочевины, и второй этап сепарации от концентрированной мочевины с 99,7% по массе мочевины, и затем они поступают для конденсации в соответствии с известными технологиями.

Концентрированная мочевина, выходящая из секции перегонки, подается на фазу кристаллизации (образование зерен или гранулирование) для получения конечного продукта.

Перегнанные пары по существу состоят из перегретого водяного пара, содержащего остатки NH₃ и СО₂. Понижение давления водяного пара в растворе мочевины приводит к установлению теплового равновесия произведенного водяного пара с раствором мочевины, но в действительности он является перегретым относительно давления процесса.

Рабочие условия во внутренней части двух вакуумных сепараторов являются следующими: Первый сепаратор: давление Р=0,3-0,4 бар, температура Т=130^оС, температура насыщения Т=69-75^оС.

Второй сепаратор: давление Р=0,05 бар, температура Т=140^оС, температура насыщения Т=32^оС.

Сепарация жидкости и пара, выполненная в сепараторах циклонного типа, применяемых обычно для такой сепарации, не является оптимальной, поскольку пары содержат еще некоторое количество микроскопических капель мочевины, которая переносится теми же парами в секцию конденсации, вызывая проблемы, связанные с потерями продукта и загрязнением в случае стока конечных конденсатов в канализационные устройства.

Следовательно, такие конденсаты (сточная вода) должны быть переработаны в сложных и дорогих перерабатывающих установках, в которых мочевина, содержащаяся в них, подвергается гидролизу, NH₃ и СО₂, образовавшиеся таким образом, выделяются путем отгонки вместе с другими количествами тех же веществ, находящимися в конденсатах.

Далее эти капли, попадая в зоны охлаждения паров, а именно: на стенки сепаратора, выпускной трубы, склонны к осаждению, отвердению или вызывают загрязнение.

Явление проникновения мочевины в перегнанные пары преобладает в первом сепараторе, поскольку раствор мочевины насыщен водой, в то время как вторая ступень вакуумной сепарации, где температуры более высокие (выше температуры плавления мочевины), содержит количество воды, практически равное нулю, если сравнивать расплавленную мочевину с первым этапом вакуумной сепарации. Это представляет собой основную проблему, связанную с загрязнениями, поскольку мочевина, проникшая из паров, стремится к образованию продуктов конденсации, нерастворимых в воде, а именно: уратов, цианатов и изоцианатов, вызывая таким образом закупоривание пропускающих пары каналов и приводя к необходимости частых и дорогих работ по обслуживанию.

Одной из мер, обычно предпринимаемых для ограничения вредного влияния загрязнения, является уменьшение разницы температур между парами и стенками до минимального значения, тщательная изоляция всех стенок от взаимодействия с парами.

Тем не менее, действуя таким образом, появление загрязнений уменьшают в нескольско раз, но не исключают полностью, и дорогостоящие операции по профилактике остаются необходимыми.

Следовательно, представляется важным разрешить в конечном итоге проблему следов мочевины и соответствующих загрязнений.

Цель изобретения состоит в создании устройства, в котором вышеперечисленные недостатки устранены и расплавленная мочевина производится с минимальными остатками воды.

Предлагаемое устройство содержит первый кольцеобразный элемент, расположенный во внутренней части сепаратора, имеющий нижний конец, приваренный к стенке с образованием первой оболочки, имеющей форму открытой коробки, закрытой в донной части, причем верхний конец первого элемента является свободным и имеет диаметр меньше, чем нижний конец, второй элемент, имеющий вид колпака, закрывающего первый элемент и оканчивающийся на меньшей высоте, чем верхний конец первого элемента, но обладающий большим диаметром, причем вторая очистная оболочка или кольцо установлено между первым и вторым элементами, третьи элементы для распределения очистной жидкости, расположенные с внутренней стороны второй оболочки, трубки для слива очистной жидкости, обогащенной мочевиной, из сепаратора, причем трубки расположены по периметру первой оболочки.

В наиболее простом и совершенном варианте выполнения первый и второй элементы образованы рядом элементов, стенки которых сварены друг с другом, а третьи элементы являются форсунками или распылителями.

Второй элемент снабжен во внутренней части конусом диффузора для последовательного и оптимального прохождения перегнанных паров, выходящих из кольца сепаратора.

Первый элемент снабжен также средствами теплоизоляции между более холодной жидкостью, находящейся внутри первой оболочки и более горячими парами, содержащими мочевину, поступающими внутрь сепаратора, для исключения охлаждения последних и таким образом исключения загрязнений, к тому же возможные загрязнения, образовавшиеся на стенках упомянутого первого элемента, действуют как действительный дополнительный теплоизоляционный материал.

Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества: практически полное исключение (99%) мочевины, проникшей в пары; снижение температуры паров с соответствующей остановкой явления деградации, а именно образования уратов, производных от присутствующей мочевины; обогащение паров, выходящих из зоны очистки, водой; уменьшение образования вихрей, которые облегчают осаждение твердой мочевины с риском деградации в "мертвых" зонах, не затрагиваемых парами.

Эти и другие преимущества предупреждают истечение конденсатов, исключают одновременно с этим потери продукта и осаждение твердой мочевины на стенках сепаратора и позволяют осуществлять последующую сепарацию пара (жидкости) и твердого вещества в демистере общепринятого типа, а именно пластинчатого типа, не вызывая проблем с разрушением.

Полезно, если часть воды очистки (или часть водного раствора мочевины) будет выпарена без перегрева пара, в то время как остальная часть, содержащая мочевину, во время операции удаления будет повторно подана на другие секции установки с помощью предусмотренной трубки.

Таким образом, созданы оптимальные рабочие условия для удаления следов мочевины и исключения загрязнений без применения сложных и дорогих установок для обработки конденсатов и сохранения температуры и концентрации слитого раствора мочевины в границах требований к очистке, при этом исключаются нежелательные колебания свойств продукта и выработки мочевины.

На фиг. 1 показан известный циклонный сепаратор, относящийся к этапу вакуумной перегонки, в разрезе; на фиг. 2 сепаратор циклонного типа, выполненный в соответствии с изобретением; на фиг. 3 известный сепаратор гравитационного типа в разрезе; на фиг. 4 сепаратор гравитационного типа, выполненный в соответствии с изобретением.

На фиг. 1 представлен традиционный сепаратор 1 циклонного типа, который имеет кольцо 2, образующее внутреннюю стенку сепаратора, вход 3 паров V и концентрированного раствора мочевины U, выходящих из перегонного устройства, расположенного вне сепаратора (не показано).

Пары V, поступающие в сепаратор 1 через вход 3, опускаются вдоль кольца 2 по пути 4 и затем снова поднимаются в центральной части сепаратора 1, вынося с собой капли концентрированной мочевины, и выходят из сепаратора 1 через отверстие 5 в виде истекающих паров.

Концентрированная мочевина опускается по пути 4 и покидает сепаратор 1 через отверстие 6.

На фиг. 2 показан сепаратор 1 циклонного типа, подобный представленному на фиг. 1, который в соответствии с изобретением снабжен дополнительным демистером 7 пластинчатого типа, первым 8 и вторым 9 элементами, третьим элементом в виде форсунок 10 для распределения очистной жидкости W и трубками 11 для слива очистной жидкости, обогащенной мочевиной.

Элемент 8 образует первую камеру 12, имеющую форму открытой коробки, закрытой с донной части стенкой 18, которая приварена к кромке 13 кольца 2. Элемент 9 размещен таким образом, что перекрывает элемент 8 с образованием промывной камеры 14 между нижним краем 15 элемента 9 и верхним краем 16 элемента 8.

Перегнанные пары V со следами мочевины после прохождения через кольцевую полость 17 по пути 4 направляются вверх в середину сепаратора, проходят вдоль стенок 18, 19 и 20 и протекают в промывной камере 14 по направлению к донной части, где они собираются в виде очистной жидкости W для удаления остатков мочевины.

Пары V, очищенные таким образом, обогащенные водой и частично охлажденные, находятся в состоянии, которое не может привести к загрязнениям, проходят через отверстие 21 и поднимаются по пути 22, а затем покидают сепаратор после прохождения через демистер 7 и через отверстие 5.

Очистная жидкость W, обогащенная мочевиной, собирается в камере 12 и покидает сепаратор 1 через трубки 11.

На фиг. 3 представлен известный гравитационный сепаратор 1, который снабжен элементом 23 для отклонения паров V и оголовком 24 вакуумного перегонного устройства 25 с рядом трубок 26.

Пары V, выходящие из оголовка 24, собираются непосредственно в сепараторе 1 благодаря элементу 23 и выводятся по пути 4, перенося при этом капли концентрированной мочевины по направлению к отверстию 5 в виде истекающих паров.

Концентрированная мочевина U, выходящая из перегонного устройства 25, подобно парам V после изменения направления выходит из сепаратора 1 через отверстие 6 под действием силы тяжести.

На фиг. 4 показан сепаратор 1 гравитационного типа, подобный представленному на фиг. 3, который в соответствии с изобретением, кроме элемента 23, снабжен демистером 7 пластинчатого типа, первым 8 и вторым 9 элементами, форсунками 10 для распределения очистной жидкости W и трубками 11 для слива очистной жидкости W, обогащенной мочевиной.

Элемент 8 образует первую камеру 12, имеющую форму открытой коробки, закрытой в донной части стенкой 18, которая приварена к внутренней стенке вакуумного сепаратора 1.

Элемент 9 расположен таким образом, что перекрывает элемент 8 с образованием промывной камеры 14 между нижним краем 15 элемента 9 и верхним краем 16 элемента 8.

Перегнанные пары V со следами мочевины после прохождения через элемент 23 по пути 4 направляются вдоль стенок 18, 19 и 20, затем поступают в центральную часть сепаратора и протекают в промывной камере 14 по направлению к донной части, где они собираются в виде очистной жидкости W для удаления остатков мочевины. Очищенные таким образом пары, обогащенные водой и частично охлажденные, находятся в состоянии, которое не может привести к загрязнениям, проходят через отверстие 21 и поднимаются по пути 22, а затем выходят из сепаратора после протекания через демистер 7 и далее через отверстие 5.

Очистная жидкость W, обогащенная мочевиной, собирается в камере 12 и покидает сепаратор 1 через трубки 11.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ СЛЕДОВ МОЧЕВИНЫ И ИСКЛЮЧЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ВАКУУМНОЙ СЕПАРАЦИИ РАСТВОРА МОЧЕВИНЫ, включающее вакуумный сепаратор паров, получаемых путем перегонки раствора, предпочтительно осуществляемой в несколько этапов, отличающееся тем, что оно содержит первый кольцеобразный элемент, расположенный с внутренней стороны внутренней стенки вакуумного сепаратора, нижний конец которого приварен к внутренней стороне кольца, образующего внутреннюю стенку, с образованием первой камеры, имеющей форму открытой коробки с закрытым дном, а верхний конец свободен и имеет диаметр меньший, чем нижний конец, второй элемент в форме колпака, перекрывающего первый элемент и оканчивающегося на высоте меньшей, чем верхний конец первого кольцеобразного элемента, и имеющего больший диаметр, при этом между первым и вторым элементами образована вторая промывочная камера или кольцевой канал, третьи элементы для распределения очистной жидкости, расположенные во второй промывочной камере, и трубки для слива очистной жидкости, обогащенной мочевиной, расположенные по периметру первой камеры.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что третьи элементы выполнены в виде форсунок или распылителей.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй элемент снабжен с внутренней стороны коническим диффузором.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит пластинчатый демистер.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый элемент снабжен средствами термической изоляции.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый и второй элементы образованы рядом элементов, стенки которых сварены одна с другой.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вакуумный сепаратор выполнен в виде циклонного сепаратора с кольцом.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вакуумный сепаратор выполнен в виде гравитационного сепаратора с изменением наравления паров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4