Колонна концентрирования и денитрации кислот

Колонна концентрирования и денитрации кислот

Реферат

 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам для систем газ жидкость. Колонна содержит контактные ступени, установленные друг над другом в корпусе колонны, крышку с патрубком вывода парогазовой смеси, днище, в котором установлен с зазором к нему стакан. Кольцевая перегородка между стаканом и корпусом днища делит ее емкость на верхнюю и нижнюю зоны. Стакан снабжен тангенциальным патрубком для ввода в него парогазовой смеси, установленным в нижней зоне. В верхней зоне емкости днища над перегородкой установлен патрубок вывода отработанной кислоты. Кроме того, патрубок вывода отработанной кислоты с первой над днищем контактной ступени сообщен с нижней зоной емкости. Это позволяет проводить процесс взаимодействия с высокой скоростью обновления поверхности контакта, полностью исключая проскок обрабатываемой кислоты без контактирования, обеспечивая полноту отгонки при повышении производительности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам для систем: газ (пар) жидкость и может быть использовано в химической промышленности преимущественно для концентрирования разбавленной азотной кислоты и денитрации отработанной серной кислоты.

Известен денитратор отработанной серной кислоты, имеющий днище с выходным отверстием для отработанной кислоты и форсункой для подвода острого пара в днище, в котором перед выходным отверстием для отработанной кислоты установлен желоб. Недостатками этого денитратора являются невысокая пропускная способность по пару, ограниченная уносом жидкости с паром в условиях барботажного режима работы, и низкая эффективность отгонки азотной кислоты и оксидов азота из серной кислоты из-за проскока пара вне зоны контакта с жидкой фазой.

Известна также колонна для денитрации и концентрирования кислот, включающая корпус с контактными ступенями, крышку с патрубком вывода парогазовой смеси, днище с устройством для ввода пара, выполненным в виде опорного стакана, снабженного концентрическими кольцами с прорезями для прохода пара, имеющими разную высоту, увеличивающуюся от периферии к центру. Колонна снабжена патрубками ввода жидкой фазы и паровой фазы, расположенными в емкости днища. Патрубок отвода отработанной кислоты расположен в нижней части емкости днища внутри опорного стакана.

Недостатком известной колонны является неустойчивая работа при изменении нагрузки парогазового потока, особенно при увеличении ее, когда наблюдается большой унос жидкости с парогазовым потоком, а также проскок жидкости без контакта с паром. Известная колонна не обеспечивает полноты отгонки азотной кислоты и оксидов азота из обрабатываемой кислоты вследствие недостаточного времени для проведения реакции разложения нитрозилсерной кислоты, а также малой поверхности контакта фаз. Задача изобретения создание колонны денитрации и концентрирования кислот, обладающая большой производительностью, устойчивой работой при повышении нагрузок по фазам и обеспечивающей полноту отгонки азотной кислоты и оксидов азота из обрабатываемой кислоты.

Поставленная задача обеспечивается колонной денитрации и концентрирования кислот, включающей корпус с контактными ступенями, крышку с патрубком вывода парогазовой смеси, днище с устройством для ввода пара, выполненным в виде стакана, установленного в емкости днища с зазором к нему, патрубки ввода жидкой и парогазовой фазы и вывода отработанной кислоты из емкости днища. В колонне согласно изобретению стакан снабжен кольцевой перегородкой, делящей емкость днища на верхнюю и нижнюю зоны, а также патрубком ввода парогазовой фазы в стакан, установленным тангенциально в нижней зоне, патрубок вывода отработанной кислоты установлен в верхней зоне днища над перегородкой. Кроме того, целесообразно, чтобы патрубок вывода отработанной кислоты с первой по ходу парогазовой фазы контактной ступени был сообщен с нижней зоной емкости днища. Это позволяет осуществить взаимодействие контактирующих фаз и их разделение в закрученном потоке. Обрабатываемая кислота через зазор между стаканом и днищем попадает внутрь, подхватывается закрученным потоком, происходит интенсивное их взаимодействие, развивается значительная площадь поверхности контакта фаз, скорость обновления которой велика. Взаимодействие фаз осуществляется как в капельном, так и в пленочном режимах. Наличие жидкости в нижней части стакана и характер ее взаимодействия с парогазовой фазой полностью исключает проскок обрабатываемой кислоты вне зоны контакта фаз. Организация взаимодействия и сепарации контактирующих фаз в центробежном поле позволяет интенсифицировать массообменный процесс, предопределяя устойчивую работу колонны при повышении нагрузок по фазам и обеспечивая полноту отгонки азотной кислоты и оксидов азота из обрабатываемой кислоты, обеспечивает повышение производительности колонны.

Преимущества предлагаемой колонны увеличиваются при организации возврата отработанной кислоты со ступеней колонны в емкость днища.

На фиг. 1 представлен продольный разрез колонны; на фиг. 2 поперечный разрез А-А на фиг. 1.

Колонна состоит из корпуса 1 с набором контактных ступеней 2, крышки 3 с патрубком вывода парогазовой смеси, днище 4 с установленным в нем стаканом 5, расположенным с зазором 6 к днищу 4. Стакан 5 снабжен кольцевой перегородкой 7, делящей емкость днища 4 на верхнюю 8 и нижнюю 9 зоны. В стакане 5 установлен тангенциально к его поверхности патрубок 10 для подвода парогазовой смеси внутрь стакана 5. Для отвода отработанной кислоты из колонны установлен патрубок 11. Для подвода обрабатываемой кислоты предусмотрены патрубки 12, 13, для подвода парогазовой фазы патрубок 14. Для улучшения каплеотделения в верхней зоне 8 емкости днища 4 может быть установлен каплеотделитель 15. Колонна снабжена патрубком 16 для отвода отработанной кислоты с первой над емкостью днища 4 контактной ступени 2.

Колонна работает следующим образом. Обрабатываемая кислота, например, серная, подается в нижнюю зону 9 через патрубок 13. Целесообразно соединение патрубков 13 и 16 внешним гидрозатвором, что позволяет максимально использовать объем днища для интенсификации процесса отгонки паров азотной кислоты и оксидов азота. Острый водяной пар вводят в нижнюю зону 9 днища 4 через патрубок 14. Кислота заполняет нижнюю часть зоны 9 выше уровня зазора 6, образуя при этом гидрозатвор и исключая проскок пара при работе колонны через зазор 6. При этом объем кислоты, находящийся в нижней зоне 9, обеспечивает время, необходимое для проведения реакции разложения нитрозилсерной кислоты. Пар проходит через тангенциальный патрубок 10, приобретает вращательное движение и раскручивает при этом жидкость, поступающую в стакан 5 через зазор 6. В области сопряжения корпуса стакана 5 и тангенциального патрубка 10 происходит интенсивное взаимодействие пара с жидкостью. Пар дробит жидкость на капли, которые движутся по пересекающимся траекториям, сталкиваются между собой, сливаются и вновь дробятся. Развивается значительная площадь поверхности контакта фаз, скорость обновления которой велика. Часть стакана 5, лежащая выше тангенциального патрубка 10, служит для сепарации жидкости из закрученного парожидкостного потока. Капли жидкости под действием центробежных сил отбрасываются к внутренней поверхности стакана 5, ударяются о нее и превращаются в пленку. Вращающаяся пленка жидкости срывается с верхнего торца стакана 5, отбрасывается к стенкам корпуса верхней зоны 8, стекает на перегородку 7 и выводится из колонны через патрубок 11. Парогазовая фаза направляется на вышележащую контактную ступень 2. Для лучшего отделения капель из парогазового потока можно установить над верхним торцом стакана с зазором к нему каплеотделитель 16.

На каждой ступени 2 продолжается процесс массообмена. Вся кислота, поступающая в нижнюю зону 9, контактирует с паром и отводится из колонны в верхней зоне 8. Благодаря этому достигается повышение полноты отгонки азотной кислоты и оксидов азота из обрабатываемой кислоты. Такая организация взаимодействия фаз в центробежном поле позволяет повысить производительность колонны. Кроме того, при соединении патрубка вывода отработанной кислоты 16 через гидрозатвор с патрубком 13 происходит возврат отработанной кислоты с контактной ступени 2 в рабочую зону на вход в стакан 5 для дальнейшей переработки. Это позволяет достичь более высокой степени отгонки остатков азотной кислоты и оксидов азота и тем самым добиться более высокой концентрации продукционной серной кислоты.

Формула изобретения

1. КОЛОННА КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ И ДЕНИТРАЦИИ КИСЛОТ, включающая корпус с контактными ступенями, крышку с патрубком вывода парогазовой смеси, днище с устройством для ввода пара, выполненным в виде стакана, установленного в емкости днища с зазором к нему, патрубки ввода жидкой и парогазовой фазы и вывода отработанной кислоты из емкости днища, отличающаяся тем, что стакан снабжен кольцевой перегородкой, делящей емкость днища на верхнюю и нижнюю зоны, патрубком ввода парогазовой фазы, установленным тангенциально в стакане в нижней зоне, а патрубок вывода отработанной кислоты установлен в верхней зоне емкости днища над перегородкой.

2. Колонна по п.1, отличающаяся тем, что патрубок вывода отработанной кислоты с первой над днищем контактной ступени сообщен с нижней емкости днища.