Реактор для получения экстракционной фосфорной кислоты

 

Изобретение относится к конструкции реакционного оборудования, используемого для производства экстракционной фосфорной кислоты из различных видов природного фосфатного сырья. Реактор для получения экстракционной фосфорной кислоты содержит корпус с расположенными в нем перемешивающими устройствами, внутри которого размещены радиальная перегородка, циркулятор пульпы, установленный в шахте с заборными и выходными окнами, провальная решетка для охлаждения пульпы, патрубки для ввода охлаждающего газа, исходных реагентов и вывода продуктов реакции и отходящих фтористых газов, при этом шахта, имеющая заборное нижнее и верхнее выходное окна, установлена в центре реактора, снабжена циркулятором пульпы и соединена с корпусом реактора одной сплошной 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. Изобретение позволяет повысить эффективность работы циркулятора пульпы, упростить конструкцию реактора и обслуживание провальной решетки и узла ввода воздуха 2 ил.

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, внутри которого по оси установлены диффузор с размещенной в нем пропеллерной мешалкой и закрепленные на его внешней поверхности вертикальные радиальные перегородки, образующие между собой секции, в каждой из которых расположены перемешивающие устройства, крышку, днище, патрубки для ввода компонентов и вывода продукта. Конструкция данного реактора направлена на подавление пенообразования при переработке пенообразующих фосфоритов. С этой целью в диффузоре выполнены окна, одно из которых расположено в предпоследней по ходу потока секции, а другое - в первой, при этом отношение высоты верхней кромки окна в предпоследней секции к высоте нечетной перегородки составляет 1,1-1,6, нижняя кромка окна в первой секции расположена на уровне днища, а отношение высоты нечетной перегородки к высоте четной составляет 1,05-1,45 (а.с. СССР №1228893, B 01 J 19/18, 1986 г.).

Однако при переработке апатита на экстракционную фосфорную кислоту данный реактор обладает недостаточной производительностью, при повышении нагрузок по фосфатному сырью снижается степень извлечения P₂O₅ в ЭФК.

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 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, В 01 J 19/18, 1989 г.). Недостатками этой конструкции 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.

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 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 сплошной 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.

На чертеже 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 5 и верхним выходным окном 6. Шахта соединена с корпусом радиальной перегородкой 7. В шахте смонтирован циркулятор пульпы 8, подающий пульпу на провальную решетку 9. Штуцер 10 используется для ввода воздуха, патрубок 11 для сброса газов. Реактор снабжен патрубками для ввода исходного фосфатного сырья 12, серной кислоты и раствора разбавления 13 и отсоса отходящих фтористых газов на очистку 14.

Реактор работает следующим образом. Исходные реагенты (природный фосфат, раствор разбавления и серная кислота) поступают в реактор в патрубки 12 и 13 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 8, вращаясь в шахте 4, работает в режиме низконапорного осевого насоса и обеспечивает подачу пульпы на провальную решетку 9 аппарата воздушного охлаждения в количестве до 5,0-10,0 тыс.м/ч в зависимости от скорости вращения циркулятора и его диаметра. Одновременно циркулятор обеспечивает мощную циркуляцию пульпы в реакционной зоне. При этом, варьируя расположения в шахте заборного окна 5, которое может быть повернуто по отношению к радиальной перегородке 7 на 0-270° по часовой стрелке относительно зоны вывода продукционной пульпы и выходного окна 6, которое может быть повернуто по отношению к перегородке 7 на 0-270° против часовой стрелки относительно зоны ввода исходных реагентов (изменяя соответственно расположение аппарата воздушного охлаждения (АВО), можно обеспечить мощную направленную циркуляцию пульпы как во всем реакторе (фиг.1), так и в отдельной его части (зоне), что очень важно для достижения оптимальной полноты разложения фосфата и образования крупных однородных кристаллов сульфата кальция. Радиальная перегородка 7, соединяющая корпус 1 реактора с шахтой 4, выполняется сплошной с высотой выше рабочего уровня пульпы и предназначена для разделения основной реакционной зоны и зоны вывода продуктов, поддержания направленного движения пульпы в объеме реактора, а также служит дополнительной жесткостью для шахты, обеспечивающей устойчивость всей конструкции.

Охлаждение пульпы воздухом осуществляется в режиме пенного слоя на провальной решетке 9 при незначительных Δ t между температурой пульпы на входе и выходе из АВО, что способствует интенсивному насыщению воздуха водяными парами до уровня 85-90% относительной влажности. Последнее обуславливает оптимальный минимальный расход воздуха на охлаждение и устойчивость решетки к инкрустации осадками. Решетка устанавливается на расстоянии 0,2-0,8 м от крышки 2 реактора для обеспечения минимального расхода энергии на транспорт пульпы и достижение ее эффективного охлаждения в зависимости от конкретных условий - установленного рабочего уровня пульпы в реакторе и напора циркулятора. 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 10. Насыщенный парами воды воздух сбрасывается вместе с брызгами пульпы в газовый объем реактора. Отделение брызг от воздуха при выводе его из АВО через патрубок 11 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 14 отсасываются на очистку фтора в специальную абсорбционную систему.

Продукционная пульпа из реактора 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.

Предлагаемое техническое решение за счет использования специального циркулятора пульпы, размещенного в шахте, и провальной решетки, установленных описанным способом, позволяет резко понизить энергетические затраты на циркуляцию пульпы и ее охлаждение, упростить конструкцию реактора и создать оптимальные условия для быстрого и полного разложения природного фосфата и кристаллизации крупных однородных кристаллов сульфата кальция (как CaSО₄· 2H₂О, так и СаSO₄· 0,5Н₂О), а также охлаждения пульпы с минимальным расходом воздуха. Уменьшаются капитальные затраты на строительство реактора и эксплуатационные затраты при реализации технологического процесса. Кроме того, понижается удельный расход исходного фосфатного сырья.

Формула изобретения

Реактор для получения экстракционной фосфорной кислоты, содержащий корпус, с расположенными в нем перемешивающими устройствами, внутри которого размещены радиальная перегородка, циркулятор пульпы, установленный в шахте с заборными и выходными окнами, провальная решетка для охлаждения пульпы, патрубки для ввода охлаждающего газа, исходных реагентов и вывода продуктов реакции и отходящих фтористых газов, отличающийся тем, что шахта, имеющая заборное нижнее и верхнее выходное окна, установлена в центре реактора, снабжена циркулятором пульпы и соединена с корпусом реактора одной сплошной 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.