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 радиальные перегородки, 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, снабженная циркулятором пульпы и имеющая заборное нижнее и верхнее выходное окна, установлена в центре реактора, причем нижнее окно расположено под углом 60-270° к верхнему выходному окну, провальная решетка установлена на расстоянии 0,2-0,6 м от уровня пульпы в реакторе, а шахта соединена с корпусом реактора двумя радиальными перегородками, образующими между собой угол 100-180°, при этом одна из перегородок снабжена переточным окном, а вторая выполнена сплошной с высотой, перекрывающей уровень пульпы. 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).

Однако при переработке апатита на экстракционную фосфорную кислоту данный реактор обладает недостаточной производительностью, при повышении нагрузок по фосфатному сырью снижается степень извлечения Р₂О₅ в ЭФК.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный 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 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 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).

Недостатками известного реактора 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 выше описанные недостатки.

Задача решена в реакторе для получения экстракционной фосфорной кислоты, содержащем корпус с расположенными в нем перемешивающими устройствами, внутри которого размещены радиальные перегородки, 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 снабжена циркулятором и имеет заборное нижнее и верхнее выходное окна. Шахта установлена в центре реактора, причем нижнее окно расположено под углом 60-270° к верхнему выходному окну. Провальная решетка установлена на расстоянии 0,2-0,6 м от уровня пульпы в реакторе. Шахта соединена с корпусом реактора двумя радиальными перегородками, образующими между собой угол 100-180° , при этом одна из перегородок снабжена переточным окном, а вторая выполнена сплошной с высотой, перекрывающей уровень пульпы.

На чертежах 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 шихта 4 с нижним заборным окном 5 и верхним выходным окном 6. Шахта соединена с корпусом двумя радиальными перегородками: сплошной перегородкой 7 и перегородкой с верхним переточным окном 8. В шахте смонтирован циркулятор пульпы 9, подающий пульпу на провальную решетку 10. Штуцер 11 используется для ввода воздуха, патрубок 12 для сброса газов. Реактор снабжен патрубками для ввода исходного фосфатного сырья 13, серной кислоты и раствора разбавления 14 и отсоса отходящих фтористых газов на очистку 15.

Реактор работает следующим образом. Исходные реагенты (природный фосфат, раствор разбавления и серная кислота) поступают в реактор через патрубки 13 и 14 в зону разложения. При этом возможны варианты как раздельной подачи реагентов, так и их предварительного смешения (например, природный фосфат и/или серная кислота с раствором разбавления и/или рециркулируемой пульпы). Кроме того, возможно дополнительное введение части серной кислоты в объем зоны дозревания.

Разделение внутреннего объема реактора на зону разложения фосфата и зону дозревания кристаллов сульфата кальция направлено на достижение оптимальных условий проведения реакции и производится двумя радиальными перегородками, соединенными с корпусом 1, закрытым крышкой 2, и центральной шахтой 4. Одна перегородка 7 сплошная, выше рабочего уровня пульпы, другая перегородка 8 имеет верхнее переточное окно, обеспечивающее поступление пульпы из зоны разложения в зону дозревания. Объем зоны дозревания составляет до 30% от общего объема реактора в зависимости от конкретных условий проведения процесса и используемого фосфатного сырья. Требуемое соотношение объемов зон разложения и дозирования достигается путем задания различного угла между перегородками, который может варьироваться от 100 до 180° .

Перемешивающие устройства 3 обеспечивают равномерное перемешивание пульпы и не дают суспензии расслаиваться. Мешалка-циркулятор 9, вращаясь в шахте 4, работает в режиме низконапорного осевого насоса и обеспечивает подачу пульпы на провальную решетку 10 аппарата воздушного охлаждения (АВО) в количестве до 5,0-10,0 тыс. м³/ч в зависимости от скорости вращения винта циркулятора и его диаметра. Одновременно циркулятор обеспечивает мощную циркуляцию пульпы в реакционном объеме зоны разложения. При этом, варьируя расположения в шахте заборного окна 5, которое может быть расположено под углом 60-260° (по часовой стрелке) к выходному окну 6 (изменяя соответственно расположение АВО), можно обеспечить мощную циркуляцию пульпы как во всем объеме зоны разложения реактора (см. фиг.2), так и в отдельной части этой зоны, что очень важно для ускорения полноты разложения фосфата и образования однородных кристаллов сульфата кальция.

Охлаждение пульпы воздухом, вводимым через штуцер II, осуществляется в режиме пенного слоя на провальной решетке 10 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 расход воздуха и устойчивость решетки к инкрустации осадками. В качестве охлаждающего воздуха используется воздух, взятый непосредственно из атмосферы цеха, или отработанный воздух после санитарных систем очистки воздуха. Решетка устанавливается на расстоянии 0,2-0,6 м от уровня пульпы в реакторе для обеспечения минимального расхода энергии на транспорт пульпы и достижение ее эффективного охлаждения в зависимости от конкретных условий - высота между рабочим уровнем пульпы и крышкой 2 реактора и напора циркулятора. Насыщенный воздух сбрасывается вместе с брызгами пульпы в газовый объем реактора. Отделение брызг от воздуха при выводе его из АВО через патрубок 12 происходит за счет удара потока о зеркало пульпы и небольшой линейной скорости газа в газовом объеме реактора.

Избыточная часть реакционной пульпы из зоны разложения через верхнее переточное окно перегородки 8 поступает в зону дозревания, в которой в условиях снижения интенсивности циркуляции и введения дополнительного количества серной кислоты происходит формирование крупных хорошо фильтрующихся сростков кристаллов сульфата кальция. Продукционная пульпа из реактора направляется в другой реактор (зону дозревания) и далее подвергается разделению на вакуум-фильтре.

Отходящие фтористые газы, содержащие пары воды, через патрубок 15 отсасываются на очистку фтора в специальную абсорбционную систему.

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 охлаждение ее, упростить конструкцию реактора и создать оптимальные условия для быстрого и полного разложения природного фосфата и кристаллизации крупных однородных кристаллов сульфата кальция (как CaSO₄· 2H₂O, так и CaSО₄· 0,5H₂О), а также охлаждение 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.

Конструкция реактора с выделением зон разложения фосфатного сырья и дозревания кристаллов сульфата кальция позволяет использовать его в качестве монореактора. Наличие сплошной перегородки и перегородки с верхним переточным окном позволяет поддерживать постоянный уровень пульпы в объеме зоны разложения, что благоприятно для надежности работы циркулятора и аппарата воздушного охлаждения.

Формула изобретения

Реактор для получения экстракционной фосфорной кислоты, содержащий корпус, с расположенными в нем перемешивающими устройствами, внутри которого размещены радиальные перегородки, 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, снабженная циркулятором пульпы и имеющая заборное нижнее и верхнее выходное окна, установлена в центре реактора, причем нижнее окно расположено под углом 60-270° к верхнему выходному окну, провальная решетка установлена на расстоянии 0,2-0,6 м от уровня пульпы в реакторе, а шахта соединена с корпусом реактора двумя радиальными перегородками, образующими между собой угол 100-180°, при этом одна из перегородок снабжена переточным окном, а вторая выполнена сплошной с высотой, перекрывающей уровень пульпы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2