Способ концентрирования раствора мочевины и устройство для его осуществления

 

Изобретение касается производства мочевины, в частности ее концентрирования в определенном устройстве. Цель - снижение металлоемкости оборудования и сокращение поверхности теплообмена . Концентрирование растворов мочевины ведут упариванием с пропусканием раствора в виде пленки по внутренней поверхности трубок вертикальной трубчатой системы выпарного аппарата. Тепло, необходимое для выпаривания , получают за счет конденсации в зоне нагрева газового потока (NHj, СО и водяные пары), подаваемого противотоком к раствору мочевшдо в межтрубное пространство вблизи одного из концов трубок трубчатой системы . Раствор мочевины подают с другого конца трубок в межтрубное пространство в точке, расположенной между вводом раствора мочевины в трубки трубчатой системы и местом ввода газового потока в межтрубное пространство аппарата. При этом конденсирующуюся газовую смесь подают в нижнюю часть зоны нагрева, разделенную перфорированными перегородками на ряд секций, расположенных одна над другой . Газовый поток и образующийся конденсат направляют в расположенные выше секции через разные отверстия в перегородке, что предотвращает возможность возврата газовой смеси или конденсата из верхней секции в нижнюю . Используемый массообменный аппарат включает камеру нагрева, вертикальные теплообменные трубы, присоединенные к верхней и нижней трубкам решетки и размещенные в камере нагрева , штуцер для подвода раствора моче вины, средство для образования пленки и горизонтальные перегородки, размещенные в камере нагрева одна над другой с образованием секций, штуцеры подвода и отвода газовой смеси и конденсата. Перегородки выполнены с основнымии дополнительными отверстиями . Штуцер подвода раствора мочевины расположен над верхней трубной решеткой. При этом лучше, когда теплообменные трубы размещены в основных отверстиях перегородок с зазором, а дополнительные отверстия выполнены с отбортовкой, направленной вниз, с отверстиями, расположенными поочередно в центре и на периферии. В этом случае достигается хорошее смачивание наружной поверхности трубок, что улучшает теплообмен и сокращает поверхность теплообмена. 2 с. и 3 з.п. . ф-лы, 1 ил. i с оо с& со со СП см

СОКИ COBETCHHX

РЕСПУБЛИК

Q9j OD

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К AATKHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

hO ИЭОБРЕТЕЙИЯМ И. ОЧНРЫТИЯм

ПРИ fHHT CCCP

f (21) 4203645/04 (22) 02.11.87 (31) 8602769 (32) 03.11.86 (33) Ж (46) 23. 05.92. Бюл. K - 19 (71) Стаиикарбон Б.E. (Лайсенсинг Сабсидиари ов Д1С) (NL) (72) Кес Йонкерс и Хенк Христиан

Буркс (2П.). (53) 547.495.2.07 (088.8) (56) Европейский патент Р 0145054, . кл. С 07 С 126/02, опублик. 1985. (54) СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ РАСТВО РЛ ИОЧЕВИНН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУГ!ЕСТВЛЕШЬЧ (57) Изобретение касается производсте ва мочевины, в частности ее концент рирования в определенном устройстве.

Цель - снижение металлоемкости обору-. дования и сокращение поверхности теплообнена. Концентрирование растворов мочевины ведут упариванием с пропусканием раствора в виде пленки по внутренней поверхности трубок вертикальной трубчатой системы выпарного аппарата. Тепло, необходимое для выпаривания, получают за счет конденса ции в зоне нагрева газового потока (NHy, С02 и водяные пары), подаваемого противотоком к раствору мочевины в межтрубное пространство вблизи одного из концов трубок трубчатой системы. Раствор мочевины подают с другого конца трубок в межтрубное пространство в точке, расположенной между вводом раствора иочевины в трубки трубчатой системы и местом ввода ra(Я)5 С 07 С 273/04. В 01 D 1 22

2. зового потока в межтрубное пространство аппарата. При этом конденсирующуюся газовую смесь подают в нижнюю часть зоны нагрева, разделенную перфорированными перегородками на ряд секций, расположенных одна над другой. Газовый поток и образующийся конденсат направляют в расположенные выше секции через разные отверстия в перегородке, что предотвращает возможность возврата газовой смеси или конденсата из верхней секции в нижнюю. Используемый массообменный аппарат включает каиеру нагрева, вертикальные теплообменные трубы, присое- . диненные к верхней и нижней трубкам решетки и размещенные в камере нагре- Е ва, штуцер для подвода раствора мочевины, средство для образования пленки и горизонтальные перегородки, размещенные в камере нагрева одна над

Ю\ другой с образованием секций, штуцеры подвода и отвода газовой смеси и конденсата. Перегородки выполнены с основныиии дополнительныии отверс- 3 тиями. 1дтуцер подвода раствора моче- Оь» вины расположен над верхней трубной ф".» т решеткой. При этом лучше, когда теп- ф,» лообиенные трубы размещены в основных ф;» отверстиях перегородок с зазором, а 1 Я дополнительные отверстия выполнены с отбортовкой, направленной вниз, с отверстиями, расположенными поочередно в центре и на периферии. В этом слу-" чае достигается хорошее смачивание ф нарухшой поверхности трубок, что улучшает теплообмен и сокращает поверхность теплообмена. 2 с. и 3 з.п.. ф-лы 1 ил °

3 173

Изобретение относится к технологии получения мочевины из аммиака н диоксида углерода, в частности к способу получения концентрированного раствора мочевины и к устройству для осуществления способа.

Целью изобретения является сокращение поверхности теплообмена в теп» лообменной аппаратуре на стадии выпаривания воды из раствора мочевины.

На чертеже схематически представлена часть зоны нагрева первой ступени выпаривания раствора, с перегородками трубки трубчатой системы, раз. рез.

В зону нагрева входит внешний кожух 1, трубка 2 трубчатой системы, перегородки 3, центральное отверстие

4, отверстия 5 вблизи периферии, бортики 6, выступающие вниз, в газовые прокладки 7. Иидкая фаза стекает в направлении, указанном стрелками 8, а газовая фаза движется в направлении, обозначенном стрелками 9.

Направляемый на концентрирование раствор иочевины подают на пластины распределения потока жидкости для образования пленки, движущейся вниз внутри трубок 2.

В устройстве B каждом из отсеков обеспечиваетея протекание реакции между газовой смесью (аммиак, двухокись углерода и водяной пар) и водным раствором (разбавленный раствор карбамата).

В результате выделяется значительное количество тепла, после чего осуществляется разделение жидкой и газо-. образной фаз и отдельный перевод каждой из фаз в следующий отсек.

Газовую смесь подают в нижнюю часть аппарата и она течет сквозь жидкую фазу 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 через эти отверстия. Однако время, требуемое для прохождения газовой смеси через эти отверстия, больше, чем время, не обходимое для достижения перегородки газовой смесью. Когда газовая смесь накапливается прямо под перегородкой, образуется газовая подушка. При этом число отверстий без обода, выступающего книзу (поз. 9), равно числу труб и размещение этих отверстий идентично размещению. труб с целью обеспече6335 ния прохождения газовой смеси через эти отверстия вдоль наружной стороны труб. Эта первая группа отверстий отличается от второй группы отверстий, 5 у которых обод выступает книзу (поз.

8), с целью пропускания конденсата и/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 . мере равно числу труб связки труб. В частности, 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 обеспечения прохождения одной трубы сквозь них от верха до нижней части. В этом случае одна труба соответствует десяти отверстиям. Однако девять из этих отверстий или меньше могут быть заглушены. В этом случае одно отверстие (когда 9 заглушены) будет соот ветствовать одной трубе. Поэтому чисЗ0 ло отверстий должно по крайней мере соответствовать числу труб.

Пример. Приведенные данные относятся к установке производительностью 1500 т/день. Количества выра35 жены в килограммах в час °

Б сектор высокого давления установки подают 354 14 кг аммиака и

45863 кг углекислого газа. Давление в секторе высокого давления, который

40 включает в себя зону синтеза, первую стадию разложения, зону конденсации. и скрубберную зону для инертных газов, составляет 140 кг/cM . Давление на второй стадии разложения и в зоне

45 нагрева первой стадии выпаРивания равно 17,7 кг/см2. Давление на третьей стадии разложения равно

3,9 кг/см . Газовую смесь с второй стадии разложения, содержащую щ 14139 кг углекислого газа, 87 11 кг аммиака и 3301 кг воды, направляют на первую стадию выпаривания в нижнюю часть зоны нагрева,. окружающую трубчатую систему.

Зона нагрева вокруг трубок разделена на десять секций .с помощью перегородок. Эти перегородки снабжены отверстиями, предусмотренными поочередно в центре нли по периферии, причем

5 17 вокруг этих отверстий имеются бортики, выступающие вниз. Эти отверстия служат для пропускания снизу вверх потока жидкой фазы через секции. Газовая смесь, содержащая. аммиак, углекислььпй газ и водяные пары, последовательно проходит через верхние секции через зазоры. между трубками и перегородками, Кроме того, между трубками в последовательных перегородках предусмотрено наличие в уменьшающемся количестве дополнительных отверстий для газового потока.

Температура такой газовой смеси составляет 158,6 С, ее точка росы. о равна 143,4 С. Благодаря теплообмену между этой смесью и 86623 кг раствора мочевины, стекающей в виде пленки сверху вниз по трубкам, температура которых составляет 95 С и которые содержат 63525 кг мочевины, 210 кг биурета, 28 кг углекислого газа, 377 кг аммиака и воду (остальное), такая газовая смесь охлаждается и конденсиру-. ется. Конденсацию и абсорбцию газовой смеси продолжают с использованием

20944 кг карбаматного раствора, выходящего с третьей стадии разложения, содержащего 4294 кг углекислого газа, 7400 кг аммиака, 9229 кг воды и 21 кг мочевины, который далее направляют в о третью секцию зоны нагрева при 47 С.

47079 кг карбаматного раствора с (температурой 93, 7- С, содержащего

18427 кг углекислого газа, 16102 кг аммиака, 12529 кг воды и 21 кг моче= вины, отводят из верхней секции зоны нагрева. Из этой же секции отводят

45 кг газовой .смеси, которая все еще содержит 6,3 кг углекислого газа, 9,1 кг амииака, 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

0 раствор содержит 63144 кг мочевины, 264. кг биурета, 0,02 кг углекислоты, 4,7 кг .аммиака и 4420 кг воды.

Таким образом, выпариваемый раствор иочевины в виде пленки пропускают сверху вниз по внутренней поверхности трубок трубчатой системы, а конденси.рующийся газовьп поток и водный раствор карбамата направляют в межтрубное пространство в разные точки по высоте аппарата.

При осуществлении предлагаемого способа тепло, необходимое для испарения воды, поставляется в виде теп40

55 следующий в виде восходящего потока.

Ввиду наличия ободов б,располагающихся в нисходящем направлении в верхней части отсека, вьппе жидкости образуется газовая подушка (позиция 7). Газовую смесь пропускают в следующий отсек через отверстия 9 отдельно от жидкости, которую пропускают через отверстия 8.

Для производства мочевины в объеме

1 500 т/сут, поверхн ость т еплос бм ена в соответствии с известным способом должна составлять 1487 м2. Однако, если стадию концентрирования осуществлять по изобретению, пропуская раствор иочевины в виде восходящего потока через трубки теплообменника, а генерирующую теплогазовую смесь вместе с водным раствором в виде нисходящего потока, то для достижения той же са- .

36335: 6 ла, образующегося при реакции образо,вания карбамата из аммиака и двуокиси

I ,углерода в присутствии воды. Однако

,в том случае, когда реагенты, находя

5 щиеся в кожухе теплообиенника, т.е.

1 газовая смесь, содержащая аммиак, двуокись углерода и пары воды, а также раствор, содержащий воду, например

1О разбавленный раствор карбамата, вступают в реакцию. в нисходящем потоке в кожухе, как это происходит в известном способе, невозможно обеспечить хорошее смачивание внешней поверхнос15 ти трубок теплообменника, в результате чего нельзя обеспечить постоянного выделения тепла, и теплообмен между раствором мочевины, подлежащим концентрированию, и раствором карбамата, образующегося на поверхности трубок в кожухе теплообменника, становится нерегулярным и неоптимальным по своим параиетрам.

Эту проблему можно преодолеть с использованием изобретения, пропуская подлежащий концентрированию раствор мочевины в виде нисходящего потока через трубки теплообменника в газовую смесь, содержащую аммиак, двуокись углерода и пары воды, и раствор, содержащий воду, в виде восходящего потока через кожух, обеспечивая при этом невозможность образования обрат ного потока реакционной смеси в кожухе.

Невозможность образования обратного потока обеспечивают посредством газовой подушки в каждом из отсеков и отдельного пропускания жидкой фазы и газовой фазы из одного отсека в

30

5. Устройство по л и ч а ю щ е е с я нительные отверстия городках поочередно риферии. пп,.2 — 4, о ттем, что дополвыполнены в перев центре и по пе40

7 173633 мой концентрации раствора по отмеченным выше причинам требуется площадь поверхности теплообмена, равная

3187 м .

Таким образом, проведение процесса с использованием на первой стадии выпаривания предлагаемого аппарата обеспечивает хорошее смачивание наружной поверхности трубок, что улучшает теплообмен и позволяет сократить необходимую поверхность теплообмена.

Формула изобретения

1. Способ концентрирования раствора мочевины выпариванием содержащейся в нем воды путем пропускания раствора мочевины в виде пленки по внутренней поверхности трубок вертикальной трубчатой системы выпарного аппарата при получении необходимого для выпаривания количества тепла за счет конденсации в зоне нагрева газовой смеси, содержащей аммиак, углекислый гаэ и водяные пары, которую подают противотоком к раствору мочевины в . межтрубное пространство вблизи одного иэ концов трубок трубчатой системы при подаче раствора мочевины с другого конца трубок и подводе водного раствора карбамата в ме><трубное пространство в точке, расположенной между местом ввода раствора мочевины в трубки трубчатой системы и местом ввода газовой смеси в межтрубное пространство аппарата, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью уменьшения металлоемкости оборудования при сокращении поверхности теплообмена, конденсирующуюся газовую смесь подают в нижнюю часть зоны нагрева, разделенную горизонтальными перфорированными перегородками на ряд секций, 5 8 расположенных одна над другой, причем газовый поток и образующийся конденсат направляют в вьш ерасположенные секции через разные отверстия в перегородке, что предотвращает воэможность возврата газовой смеси или конденсата из верхней секции в нижнюю.

2. Устройство для концентрирования раствора мочевины, содержащее вертикальный тепломассообменный аппарат, включающий камеру нагрева, вертикальные теплообменные трубы, присоединенные к верхней и нижней трубным решеткам и размещенные в камере нагрева, и штуцер подвода раствора мочевины, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения металлоемкости оборудования, аппарат снабжен средством для обраэевания пленки в трубах и горизонтальными перегородками, размещенными в камере нагрева одна над другой с образованием секций, штуцерами подвода и отвода .газовой смеси. и конденсата, при этом в перегородках выполнены основные и дополнительные отверстия, а штуцер подвода раствора мочевины расположен над верхней трубной решеткой.

3. Устройство по п.2, о т л и—

I ч а ю щ е е с я тем, что теплообменные трубы размещены в основных отверстиях перегородок с зазОром.

4. Устройство по пп.2 и 3, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что дополнительные отверстия выполнены с отбортовкой, направленной вниз.

173á335 иииивнаририйаниыи раюйр моче6уиц

Составитель T.Ñòåïàíîâà

Редактор П.Янковнч Техред А,Кравчук

Корректор Л.Пилипенко

Заказ 1825 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1l3035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-.издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, !01