Устройство для получения двуокиси хлора

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУОКИСИ ХЛОРА, содержащее реактор с коническим днищем,рециркуляционный трубопровод, укрепленный одним концом в вершине конического днища, а другим - на боковой поверхности над уровнем жидкости и содержащий последовательно установленные насос ,и теплообменник, и трубопровод с фильтром, соединенный с рециркуляционным трубопроводом Перед насосом, отличающееся тем, что, с целью снижения износа стенки ре .актора напротив входа верхнего конца рециркуляционного трубопровода за счет регулирования процесса кипения и скорости потока жидкости в трубопроводе , устройство снабжено установленной на рециркуляционном трубопроводе после теплообменника трубкой Вентури , имеющей первый участок в виде усеченного конуса с уменьшающейся в направлении потока жидкости площадью поперечного сечения и второй g соединенный посредством цилиндричес (Л кой части с первым участок в виде усеченного конуса с увеличивающейся в направлении потока жидкости пло щадью поперечного сечения.

СО)ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) В 01 J 19 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2621952/23-26 (22),03.05.78 (23) 12.09.74

{31) 2064554/26 (46) 15.12.83. Бюл. М 46 (72) Джеральд Коулей (Великобритания) (71) Эрко Индастриз Лимитед (Канада) (53) 66.023 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 77077, кл. В 01 F 5/04, 1946, 2. Патент Канады 9 913328, кл. 23-147, 1972, (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ДВУОКИСИ ХЛОРА> содержащее реактор с коническим днищем,рециркуляционный трубопровод, укрепленный одним концом в вершине конического днища, а другим — на боковой поверхности над уровнем жидкости и содержащий последовательно установле нные насос и теплообменник, и трубопровод с фильтром, соединенный с рециркуляци о н ным тру бо пр о водо м перед н а со сом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения износа стенки реактора напротив входа верхнего конца рециркуляционного трубопровода за счет регулирования процесса кипения и скорости потока жидкости в трубопроводе, устройство снабжено установленной на рециркуляционном трубопроводе после теплообменника трубкой Вентури, имеющей первый участок в виде усеченного конуса с уменьшающейся в направЛении потока жидкости площадью поперечного сечения и второй соединенный посредством цилиндрической части с первым участок в виде усеченного конуса с увеличивающейся в направлении потока жидкости пло ( щадью поперечного сечения.

1061б93

2 Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено трубопроводом подачи серной кислоты, соединенным с цилиндрической частью трубки Вентури, Изобретение относится к устройству для получения двуокиси хлора и может быть использовано в самых различных отбеливающих операциях, в частности при отбеливании целлюло- 5 зы (целлюлоэных волокнистых материалов), таких как древесная пульпа.

Известно устройство, содержащее корпус с днищем и присоединенную к нему рециркуляционную трубу, на ко- 10 торой установлен эжектор, цилиндрическая часть которого снабжена трубопроводом для подачи реагента (1) .

Недостатком данного устройства является то, что его нельзя применить для проведения процесса получения двуокиси хлора с использованием концентрированной серной кислоты.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для получения двуокиси хлора, содержащее цилиндрический корпус с коническим днищем.

Трубопровод, предназначенный для удаления из реакционного сосуда шламма, содержащего твердый материал, который сосредоточен в одной из частей реакционной среды, соединен с коническим днищем и снабжен средствами для фильтрации, при помощи которых твердый материал отделяется от жидкости. Трубопровод для рецикла соединен со средствами для фильтрации, используется для рециркуляции жидкости в реакционный сосуд и снабжен несколькими входами, через которые можно вводить химические материалы. Имеются также средства нагревания, которые используются для подогрева рециркулируемой жидкости перед ее загрузкой в реакционный сосуд 2j. 40

В известном устройстве, в котором жидкость выпаривается в сосуде, шламм извлекается, твердые материалы регенерируются, а жидкость рециркулируется и вновь подвергается нагреванию в течение рецикла; при этом кипение жидкости в трубопроводе для рецикла предотвращается при помощи того, что уровень жидкости в сосуде находится выше точки, в которой трубопровод для рецикла соединяется с реакционным сосудом; причем это превышение должно обес3. Устройство по пп. 1,. 2, о т-: л и ч а ю щ е е с я тем, что отношение длины входного конуса трубки

Вентури к диаметру рециркуля ционного трубопровода составляет 2, 5, печивать гидростатиче кий напор превышающий увеличение давления насыщенного пара, вызванное увеличением температуры при нагревании содержимого трубопровода для реакции. Однако в соответствии со способами получения двуокиси хлора осуществляется реакция, в результате которой образуется двуокись хлора; причем реакция протекает при добавлении в рециркулируемые химические материалы серной кислоты, поэтому в этом случае уже нельзя в реакционном сосуде иметь уровень жидкости выше точки входа трубопровода для рецикла, Таким образом, трубопровод для рецикла соединяется с реакционным сосудом в точке, которая расположена выше уровня жидкости в реакционном сосуде.

Скорость жидкости в трубопроводе для рецикла, которая загружается в реакционный сосуд в точке, расположенной выше уровня жидкости в нем, должна подцерживаться выше заранее определенного минимального значения с тем, чтобы предотвратить кипение жидкости в теплообменнике и чтобы предотвратить вибрации, вызванные ус-: корением парообраэования. Эта минимальная скорость является достаточно высокой, в результате чего загружающийся материал может достигать противоположной стенки со=óä-.Ввиду того,что материал содержит твердые частицы,стенка сосуда подвергается изнашивающему воздействию при соприкосновении с потоком.

Изобретение относится к модефикации трубопровода для рецикла с тем, чтобы избежать изнашивания стенок сосуда,при этом в то же самое время получают уцовлетворительнье результаты рециркулирования потока и выхода реакции, В соответствии с изобретением процесс кипения жидкости из подогре-, вателя перед ее загрузкой в реакционный сосуд развивается постепенно, при этом ускорение поддерживается на низком уровне. Таким способом можно загружать рециркулируемый материал в реакционный сосуд с низкой скоростью, при этом резко снижаются вибрации, вызванные ускорением парообразования, 1061693

В рециркулируемую жидкость, содержацую остаточные количества твердого материала, добавляется серная кислота, а также дополнительные количества свежего хлорита натрия и восстанавливающего агента; эта стадия добавления осуществляется после прохождения потоком теплообменника, Чтобы предотвратить образование локальных горячих точек при разбавлении кислоты, используется сер- 10 ная кислота, которая уже разбавлена приблизительно в пропорции 50:50.

Изобретение дает возможность использовать существенно концентрированную серную кислоту, при этом нет опасности образования горячих точек .

Устройство, которое используется с целью эффективного регулирования процесса кипения и загрузки рециркулируемой жидкости, содержит трубопровод для рецикла, который заканчивается в реакционном сосуде в точке, которая расположена выше максимально возможного уровня реакционной среды и которая в точке,расположенной между подогревателем и сосудом, содержит трубу Вентури, первое устройство которой имеет форму усеченного конуса, причем площадь поперечного сечения уменьшается в направлении к реакционному со- 30 суду, совершающееся в своем выходном патрубке узкой втулкой, Второе устройство имеет форму усеченного конуса, .причем площадь поперечного сечения увеличивается в направле- 35 нии от узкой втулки, На фиг. 1 дано устройство, продольный разрез; на фиг. 2 — узел A на фиг, 1, Устройство для получения двуоки- 40 си хлора содержит корпус 1 с реакционной средой, которая является водным раствором хлората натрия, хлорида натрия и серной кислоты, который поддерживается при температуре кипения и пониженном давлении. Если необходимо, можно использовать смесь хлорида натрия и кислого хлорида, при этом можно уменьшить количество серной кислоты, так как кислотный остаток в этом случае обеспечивается кислым хлоридом. При этом снижается количество сульфата натрия, производимого на единицу двуокиси хлора, Кислый хлорид можно исполь\ зовать для полного обеспечения восстанавливающего агента и до полови-. ны необходимой кислоты. Двуокись хлора, хлор и водяной пар образуются и удаляются из корпуса 1 в виде газообразной смеси при помощи трубопрово60 да 2. Двуокись хлора извлекается из газообразной смеси при помощи известных способов, Уровень жидкости 3 во время обра эования двуокиси хлора поддерживает- 65 ся существенно постоянным при помощи регулирования выпаривания воды пз реакционной среды и добавления воша со свежими химическими материалами.

Сульфат натрия выпадает в осадок из реакционной среды, а шламм образовавшегося сульфата натрия и реа«ционной среды извлекается при помоци трубопровода 4 из корпуса 1. Тип сульфата натрия зависит от реакционных условий в реакционной среде.

Дополнительные количества свежего водного раствора хлората натрия и хлорида натрия добавляются в шламм при помощи трубопровода 5, а твердый сульфат натрия удаляется иэ полу ченной в результате смеси при помощи трубопровода 6 и насоса 7.

Раствор хлората натрия и хлорида натрия, содержащий некоторое количество твердого материала, являющегося неудаленным сульфатом натрия, который остается после стадии удаления твердых материалов через трубопровод 6, при помоци насоса 8 через трубопровод для рецикла 9 и трубопровод 10 подается в подогреватель 11. B подогревателе 11 раствор нагревается до температуры кипения реакционной смеси при преобладающих условиях из корпуса 1, а затем при помощи трубопровода для рецикла 12 направляется в корпус 1. Точка входа сырья из трубопровода 12 в корпус 1 находится выше уровня жидкости 3 в корпусе 1. Серная кислота вводится через трубы 13 в раствор, содержащийся в трубопроводе 12 таким образом, что двуокись хлора начинает образовываться в трубопроводе 12 в результате реакции между материалами в трубопрогоде.

Трубопровод для рецикла 12 (фиг. 2) содержит первое устройство

14, имеющее форму усеченного конуса и длину h, причем площадь поперечного сечения уменьшается в на правлении потока жидкости со скоростью потока Я с диаметра Dg в районе испарителя до диаметра Р,> в узкой втулке 15. Трубы 13, предназначенные для подачи серной кислоты, размещаются вокруг узкой втулки 15.

Имеется четыре таких входных трубы 13, которые расположены в диаметрально-противоположных точках, под прямым i углом друг к другу.Но можно обеспечить любое необходимое количество таких вводных труб и любое их направление. Узкая втулка имеет небольшую длину, достаточную только для того, чтобы обеспечить операцию добавления серной кислоты при помощи вводных труб 13.

Второе устройство 16, имеющее орму усеченного корпуса и длину Ь

1ричем площадь поперечного сечения

1061693

40

50 бо увеличивается при движении от узкой втулки 15,где устройство имеет диаметр в поперечном сечении DZ,äo диа— метра D .Áòîðîå устройство, имеющее форму усеченного конуса,16 заканчивается равномерно изогнутой трубкой или коленом 17,которое может быть пятисекционной трубой, имеющей тот же диаметр О<,через которй поток поступает со скоростью Я .

Таким образом, жидкость, выходящая из подогревателя 11, сначала разгоняется до большой скорости в первом устройстве, имеющем форму усеченного конуса 14. Первое устройство, имеющее форму усеченного конуса 14, расположено таким образом, что обратное давление, вызван— ное ускорением жидкости в первом устройстве, имеющем форму-усеченного конуса 14, превышает разность давления насыщенного пара жидкости в трубопроводе и давления насыщенно го пара жидкости в корпусе 1. В предпочтительном варианте длина области сжатия приблизительно в

2,5 раза превышает диаметр D

При увеличении температуры в подо— гревателе 11 эквивалентное увеличение высоты жидкости, вызванное увеличением давления насыщенного пара,можно обозначить через S. предло. женин,что энергия не изменяется по высоте 12,имеем г

Vw Vx г 2g 26 где V — скорость жидкости в узVl кой втулке 15;

V скорость жидкости н а выходе подогревателя 11.

Но 1> =2,5 D и ( г г ()3z Ч\н М х >х ) ) "д, = — — — <2,50q 2p 2g и, следовательно, так как Я известна, w можно вычислить, а затем ди= аметр D

В соответствии с описанной процедурой можно избе>кать закипания рецир кулируемой жидкости в подогревателе 11 и тем самым снизить вероятность закупоривания труб подогревателя .твердыми отложениями. Первое устройство, имеющее форму усеченного конуса 14, расположенное над подогревателем 11, дейтсвует точно также, как гидростатический напор рециркулируемого сырья в известном испарителе.

Серная кислота в трубах 13, ко— тарая вводится в жидкость в области узкой втулки 15, в предпочтительном варианте является концентрированной серной кислотой (с концентра. цией примерно 98%), Этот факт является отличительным свойством иэобретения по сравнению с из вестными способами, в которых используется серная кислота с концентрацией 50%.

Используя трубы 13 (фиг.2) имеется возможность вводить высококонцентрированную серную кислоту в рециркулируемую жидкость, избегая образова— ния горячих точек .Серная кислота быстро подается в узкую втулку 15. Благодаря движению жидкости в узкой втулке 15 серная кислота быстро перемешивается в жидкой фазе с другими химическими материалами.

Вследствие использования концентрированной серной кислоты, нет необходимости испольэовать стадию разбавления, которая необходима при использовании известных устройств, в соответствии с которыми использо— валась серная кислота с концентрацией 50Ъ. Кроме того, снижается количество воды, которое вводитоя в систему и, следовательно, снижается количество тепла, необходимое для испарения достаточного количества воды, чтобы поддержать существенно постоянным уровень жидкости 3, Кроме того, в соответствии с изобретением эффективно реализуется тепло, которое выделяется при разбавлении концентрированной серной кислоты, тем самым добиваясь эксномии тепловой энергии.

Далее, смесь увеличивается в объеме и ее движение тормозится во втором устройстве, имеющем форму усеченного конуса 16, соединенным с трубопроводом 12 посредством колена 17 так, что кипение жидкости и высвобождение газообразных продуктов протекает постепенно и равномерно.

Так как жидкость начинает кипеть и одновременно обраэовывается двуокись хлора в узкой втулке 15, в колене 17 сосредотачивается в основном газообразный материал с небольшим количеством суспендированной жидкости и твердого материала.

Скорость смеси пар (твердый материал) жидкость в колене 17 очень небольшая, примерно 10,7-12,2 м/сек, и, следовательно, когда жидкость поступает в корпус 1, она не разру— шает противоположную стенку, а постугает непосредственно в реакционную среду.

Процесс кипения жидкости развивается постепенно во втором конусе 16, поддерживая! при этом одновременно на низком уровне ускорение потока жидкости, можно регулировать гидростатический напор и парообразо-. вание потока и тем самым избежать вибраций и больших падений давления, вызванных трением. Предполага1061693

Составит ель Н. Кацов ска я

Редактор A,Äoëèíè÷ Техред N.Ãåðãåëü Корректор И. Эрдейи

Заказ 10064/59 Тираж 537 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная, 4 ется, что все газообразные материалы мгновенно испаряются из жидкости в начале колена 17. Второй усеченный конус 16 должен быть настолько длинным, насколько это возможно, чтобы дать возможность постепенно развиваться процессу кипения жидкости при низких ускорениях, избегая тем самым нежелательных вибраций, хотя различные конструктивные особенности накладывают, ограничения на длину.

В общем случае, скорость жидкости, поступающей из подогревателя 11 со"тавляет около 3,35 м/сек, в узкой втулке 15 составляет около 4,64,9 м/сек а скорость в колене 17 составляет около 11 м/сек.

Напротив, в установках для производства двуокиси хлора, в которых вместо труб 13, имеющих форму, при" веденную на фиг. 2, используется трубопровод с постоянным диаметром, благодаря быстрому росту скорости потока жидкости в генератор она поступает со скоростью примерно

30,5 м/сек.

Таким образом, предлагаемое уст10 ройство для производства двуокиси хлора, позволяет снизить износ стенок генератора и при этом появляется воэможность использования подогревателей, которые при этом не вы15 зывают нежелательных вибраций, и, кроме того, дают возможность использовать в качестве добавки концентрированную серную кислоту.