Реактор

Винахід відноситься до апаратів хімічної промисловості і може бути використаний для змішування суспензій і розчинів для їх хімічної взаємодії, зокрема в змовах інтенсивного кислотного розкладу апатитового концентрату у виробництві складних мінеральних добрив. Відомий реактор для виробництва, наприклад, гідроксиламінсульфату, використовуваного у виробництві капролактаму [А.с. 1813559 СССР B01J 10/00 Реактор/ Ивец АП, Юшко ВЛ., Русалин СМ, Шебутович М.И, Грищенко АС. (СССР). – 4912136/26. Заявл. 18.02.91; Опубл 07.05.93. Бюл. №17]. Реактор виконано у вигляді циліндричного корпуса з кришкою і днищем, вміщуючим вал із закріпленими на ньому співвісно одна над іншою мішалками, верхня з яких має вертикально розташовані лопаті, а дві нижні мішалки – нахильні лопаті. Мішалки з нахильними лопатями виконано різних діаметрів. Реактор має дифузори, охоплюючи мішалки і поєднані між собою конічним перехідником, маючим перфорацію у вигляді щілин, розташованих по твірній конічного перехідника Дифузори мають на своїх кінцях прямокутні вирізи. Реактор обладнано трубчастим змійовиком і газовим розподільником, розміщеним по вісі реактора під нижнім дифузором з боку днища і маючим вид перфорованих, концентрично розташованих торцевих порожнин, зовнішня з яких має діаметр, що перевершує діаметр нижнього дифузора, розташованого над газовим розподільником. Для вводу сировини і виводу продуктів реакції маються відповідні штуцери. До недоліків відомого технічного рішення слід віднести складність конструкції а також незабезпеченість необхідної продуктивності та глибини переробки сировини у випадку його використання для інтенсивного кислотного розкладення апатитового концентрату у виробництві складних мінеральних добрив. Найбільш близьким за технічною сутністю та досягаемому результату є реактор [А.с. 1623751 СССР B01J 19/00 Реактор/ Ивец А.П., Юшко В.Л., Сергеев С.А., Черных А.П., Селиверстов К.Б., Казак В.Г., Іванов В.А. (СССР). – 4647453/26, Заявл. 07.02.89; Опубл. 30.01.91. Бюл. №4] (прототип), використовуваний у виробництві, наприклад, складних мінеральних добрив, зокрема для нейтралізації газоподібним аміаком кислої реакційної пульпи. Реактор вмішує вертикальний циліндричний корпус з кришкою і днищем, штуцери і трубопроводи для вводу сировини і виводу продуктів реакції, вал з закріпленими на ньому співвісно мішалками різних діаметрів, розміщений у дифузорі, маючим вигляд усіченого перфорованого конуса з більшою основою, направленою в бік днища, з перфорацією над і під мішалками, маючою вигляд просічних щілин з відгином пелюстків у середину в напрямку обертання мішалок, опору дифузора виконано у вигляді перехресних перегородок. Реактор забезпечує високу продуктивність процесу нейтралізації газоподібним аміаком кислої реакційної пульпи з відводом парогазової фази з зони реакції. Проте у випадку його використання для інтенсивного кислотного розкладення апатитового концентрату, в ньому не забезпечуються висока продуктивність процесу і необхідна глибина розкладу апатитового концентрату. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення реактора, забезпечуючого збільшення продуктивності реактора шляхом ліквідації застійних зон у нижній частині реактора і збільшення кратності циркуляції апатитового концентрату по реактору. Поставлена задача вирішується тим, що відомий реактор, вміщуючий вертикальний корпус із кришкою і днищем, вал із закріпленими на ньому співвісно мішалками різних діаметрів, розміщеними в дифузорі, маючому вигляд урізаного перфорованого конуса з більшою основою, направленою в бік днища, опору дифузора та штуцери, згідно з винаходом, реактор додатково обладнаний сепараційними кишенями, охоплюючими дифузор з його зовнішнього боку на рівні перфорації і примикаючими своєю нижньою частиною до зовнішньої з його поверхні. Опору дифузора виконано у вигляді урізаного перфорованого конуса, більшу основу якого направлено в бік більшої основи дифузора. Сепараційні кишені виконано у вигляді усічених конусів з більшими основами рівних діаметрів, направленими в бік кришки і маючими в нижній частиш циркуляційні вікна. Опора дифузора має перфорацію у вигляді просічних щілин з відгином пелюстків у середину назустріч обертання мішалок. На відміну від аналога і прототипу запропонована конструкція реактора в сукупності ознак, викладених у формулі винаходу, дозволяє збільшити продуктивність реактора і глибину переробки апатитового концентрату шляхом ліквідації застійних зон в нижній частині реактора і збільшення кратності циркуляції апатитового концентрату по реактору. Під час роботи запропонованого реактора потік гетерофазної реакційної маси проходить у напрямку зверху вниз через перфорований конічний дифузор з валом і мішалками. У результаті дії мішалок потік реакційної маси одержує обертальний рух і, обертаючись поступає в порожнину конічної перфорованої опори, де під дією відцентрових сил апатитовий концентрат (тверда фаза) і рідинна фаза відкидаються до стінок конічної перфорованої опори, а парогазова фаза зосереджується ближче до центру. З цієї причини апатитовий концентрат і рідинна фаза будуть відводитись назовні з конічної опори через її перфорацію по висоті ближче до дифузора, а парогазова фаза – переважно біля днища реактора У результаті апатитовий концентрат, парогазова і рідинна фази інтенсивно змішуються в нижній частині реактора без формування застійних зон і поступають у простір між корпусом і дифузором, обладнаним сепараційними кишенями. Під час руху у висхідному потоці реакційна маса все більше збагачується парогазовою фазою у результаті протікання реакції апатитового концентрату і відводу з потоку суспензії, забезпеченої апатитовим концентратом, через сепараційні кишені і перфорацію конічного дифузора Ефект сепарування суспензії в кожній сепараційній кишені пояснюється тим, що за висхідного потоку гетерофазної реакційної маси в зонах розташування кишень формуються зони “гідродинамічної тіні", завдяки яким кожна кишеня заповнюється суспензією, збагаченою апатитовим концентратом, у той час як висхідний потік реакційної маси, проходячий повз кишені, все більше збагачується парогазовою фазою. Робоча зона сепараційних кишень через конічне звуження дифузора збільшується в бік руху висхідного потоку реакційної маси, що забезпечує збільшення ефективності сепарації суспензії від паро-газової фази. Окрім того, частина суспензії із кожної сепараційної кишені через їх циркуляційні вікна циркулює в нижню зону реактора, утворюючи додатковий циркуляційний контур. У результаті, значно збільшуються продуктивність реактора та глибина переробки апатитового концентрату. Запропонований реактор схематично надано на фіг.1. Реактор вміщує вертикальний циліндричний корпус 1 з кришкою 2 і днищем 3, штуцерами 4, 5, 6, 7, 8 і трубопроводами 9 і 10 для вводу сировини і виводу продуктів реакції, вал 11 з мішалками 12 і 13 різних діаметрів, закріплених співвісно на валу 11 і розміщених у дифузорі 14. При цьому, дифузор 14 має вигляд урізаного конуса з перфорацією у вигляді просічних щілин 15 і 16 більшою основою направленою в бік днища 3. Опору 17 дифузора 14 виконано у вигляді урізаного конуса з перфорацією 18 і установлено меншою основою на днище 3. Більшу основу опори 17 розташовано в бік більшої основи дифузора 14. Сепараційні кишені 19 і 20, охоплюючи дифузор 14 із зовнішнього боку на рівні перфорацій 15 і 16, виконано у вигляді урізаних конусів з більшими основами рівних діаметрів, направленими в бік кришки 2 і примикаючими своєю нижньою частиною до зовнішньої його поверхні. У нижній своїй частині кишені мають циркуляційні вікна 21 і 22. Відцентровий відбійник 23 розташовано на валу 11 над дифузором 14. Реактор працює наступним: чином. Апатитовий концентрат у вигляді суспензії безперервно поступає через штуцер 4 і трубопровід 9 у верхню частину ди фузора 14, де зміщується з циркулюючою через просічні щілини 15 суспензією, збагаченою апатитовим концентратом, поступаючої із сепараційної кишені 19, і йде за низхідного потоку на всмоктування мішалки 12, де змішується з розчином азотної кислоти, що поступає безперервно в дифузор 14 через штуцер 5 і трубопровід 10 нарівні розташування мішалки 12. У міру руху реакційної маси через дифузор 14 здійснюється кислотний розклад апатитового концентрату, який супроводжується виділенням тепла і випарюванням частини води. При цьому паро- і газовміст в реакційній масі збільшується. Пройшовши мішалку 12, реакційна маса поступає в зону розташування просічних щілин 16, де змішується з циркулюючою через просічні щілини 16 суспензією, збагаченою апатитовим концентратом, поступаючої із сепараційної кишені 20, і йде на всмоктування мішалки 13. Пройшовши мішалку 13, реакційна маса, обертаючись поступає в порожнину конічної опори 17, маючої перфорацію у вигляді просічних щілин 18 з відгином пелюстків у середину назустріч обертання мішалок 12 і 13. У конічній опорі 17 під дією відцентрових сил тверда і рідинна фази відкидаються до стінок опори 17, а парогазова фаза зосереджується ближче до центру. З цієї причини тверда і рідинна фази будуть вириватись назовні із конічної опори 17 через її щілини 18 по висоті ближче до конічного дифузора 14, а газова фаза – переважно біля днища 3. Далі, піднімаючись, парогазова, рідинна і тверда фази інтенсивно зміщуються і поступають у кільцеву реакційну полость, розташовану між корпусом 1 і дифузором 14. Дійшовши до рівня розташування сепараційної кишені 20. частина реакційної маси сепарується в цій кишені. Дегазована суспензія, збагачена апатитовим концентратом, через щілини 16 засмоктується мішалкою 13 у середину дифузора 14, утворюючі нижній основний циркуляційний контур. Окрім того, частина суспензії, збагаченої апатитовим концентратом, із кишені 20 через циркуляційні вікна циркулює в нижню чистину реактора, утворюючи додатковий циркуляційний контур. Ін ша частина реакційної маси, збагачена парогазовою фазою, піднімається вверх і, дійшовши до рівня розташування сепараційної кишені 19, піддається повторній сепарації. У результаті дегазована суспензія із сепараційної кишені 19 через щілини 15 засмоктується мішалкою 12 і змішується з вхідним апатитовим концентратом, утворюючи верхній циркуляційний контур. Окрім того, частина суспензії з кишені 19 через циркуляційні вікна 22 циркулює в нижню зону реактора, утворюючи додатковий циркуляційний контур. Із верхньої затопленої реакційною масою зони реактора, що знаходиться над дифузором 14 і сепараційною кишенею 19, дебалансова частина реакційної маси у вигляді суспензії постійно відводиться через штуцер 6 споживачу, а паро-газова фаза залишає реактор, виходячи через штуцер 7. Гід час роботи реактора відцентровий відстійник 23, обертаючись разом з валом, запобігає попаданню краплин суспензії у вузол ущільнення вала, розташований вище відцентрового відстійника Для спорожнення реактора під час його зупинки використовується штуцер 8. Таким чином, запропонована конструкція реактора у сукупності ознак, викладених у формулі винаходу, дозволяє збільшити продуктивність реактора і глибину переробки апатитового концентрату шляхом ліквідації застійних зон у нижній частині реактора і збільшення кратності циркуляції апатитового концентрату по реактору. Промислові випробування розробленої конструкції реактора заплановано здійснити в галузі виробництва складних мінеральних добрив в 2004 році.