Колона карбонізаційна

Реферат: Винахід належить до конструкції карбонізаційних колон, наприклад, для отримання гідрокарбонату натрію. Заявлена карбонізаційна колона містить корпус, що включає абсорбер у верхній частині, обладнаний перфорованими однопереливними тарілками та засобом подання передкарбонізаційної рідини, та холодильник у нижній частині, обладнаний багатопереливними тарілками з отворами для проходу газу та патрубками для перетоку суспензії, та засоби вводу карбонізуючого газу, які розташовані у нижній частині абсорбера та холодильника. При цьому абсорбер обладнаний щонайменше двома багатопереливними тарілками. Співвідношення кількості багатопереливних та однопереливних тарілок в корпусі знаходиться в інтервалі від 1:1 до 1,2:1,0. Щонайменше одна багатопереливна тарілка розташована над засобом вводу карбонізуючого газу абсорбера. Застосування заявленого винаходу дозволяє підвищити продуктивність виробництва та покращити якість кристалів гідрокарбонату натрію. UA 109308 C2 (12) UA 109308 C2 UA 109308 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до конструкції карбонізаційних колон, наприклад, для отримання гідрокарбонату натрію у виробництві кальцинованої соди та може знайти застосування в хімічний промисловості. Заявникам відомо багато аналогічних конструкцій карбонізаційних колон, серед яких за сукупністю суттєвих ознак найближчими є наступні. Відома карбонізаційна колона у виробництві кальцинованої соди, що має корпус, у верхній частині якого розташований сепаратор з декількох сепараційних бочок, під яким знаходиться абсорбер, який складається з абсорбційних бочок з протитечійними барботажними тарілками, виконаними у вигляді горизонтальних решіток, а у нижній частині під абсорбером холодильник, який містить холодильні бочки, всередині яких розташовані секції пластинчастого теплообмінника з кришками. Колона також обладнана двома засобами для вводу карбонізуючого газу, один з яких розташований під нижньою холодильною бочкою в бочці-базі, а другий розташований у нижній бочці абсорбера (див. авт. свід. СРСР № 521002, МКП: В01J1/00, опубл. 15.07.1976). Недоліком відомої карбонізаційної колони є те, що одержані в подальшому кристали гідрокарбонату натрію є недостатньо високої якості і, як наслідок, продуктивність колони також недостатньо висока. Відома також карбонізаційна колона у виробництві кальцинованої соди, що має корпус, у верхній частині якого розташовані сепараційні бочки, в середній - абсорбер з абсорбційними бочками, в яких встановлені сітчасті контактні тарілки з переливними пристроями і відбійниками, а у нижній частині - холодильник з холодильними бочками. Колона також обладнана двома вводами карбонізуючого газу, один з яких розташований в нижній холодильній бочці, а другий розташований у нижній абсорбційній бочці (див. авт. свід. СРСР № 560634, МКП: B01J1/00, C01D7/18, опубл. 22.07.1977). Недоліком відомої карбонізаційної колони є те, що за рахунок вказаного вище розташування контактних тарілок не досягається зниження вологості осадку гідрокарбонату натрію після фільтрування, та, як наслідок, утворення кристалів гідрокарбонату натрію високої якості. Відома також карбонізаційна колона у виробництві кальцинованої соди, що має корпус, який містить абсорбер з абсорбційними бочками та холодильник з холодильними бочками, що чергуються групами або поодинці. Колона обладнана патрубком вводу доамонізованої речовини, який встановлений на відстані, що дорівнює 0,68-0,73 висоти колони; над цим патрубком розташований патрубок подачі рідини, а над останнім - патрубок потоку амонізованої речовини. Колона також обладнана двома вводами карбонізуючого газу, один з яких розташований в нижній холодильній бочці, а саме в бочці-базі, другий - над першою до четвертої зверху холодильною бочкою (патент RU 2209181 С2, опублікований 27.07.2003). Недоліком відомої карбонізаційної колони є, по-перше, складна схема здійснення подачі амонізованої речовини, по-друге, додаткова стадія розділення суспензії гідрокарбонату натрію на фракції, що призводить до недостатньо високої якості гідрокарбонату натрію, по-третє, конструкція колони має порівняно високу висоту холодильної зони і недостатню висоту абсорбційної зони, що призводить до повздовжнього перемішування кристалів в зоні розділу абсорбційної і холодильної частин колони і, відповідно, до недостатньо високої якості гідрокарбонату натрію. Відома також карбонізаційна колона у виробництві кальцинованої соди, що також має корпус, який складений з абсорбційних та холодильних бочок, що чергуються між собою. Колона обладнана патрубками вводу і виходу води в холодильній зоні. Колона також обладнана двома вводами карбонізуючого газу: перший - в нижній холодильній бочці, а саме в бочці-базі, другий - в абсорбційній зоні на відстані 1,17 м від верхнього фланця останньої холодильної бочки (патент RU 2258034 С1, опублікований 10.08.2005). Недоліком відомої карбонізаційної колони є те, що, по-перше, описана конструкція колони може бути застосована тільки до карбонізаційних колон, що мають внутрішній діаметр не більше 2,68 м, тобто має обмежене застосування, по-друге, підвищений вміст залишкової вологості гідрокарбонату натрію після фільтрування. Відома також карбонізаційна колона у виробництві кальцинованої соди, що також має корпус, який складений з абсорбційних бочок, що формують абсорбційну зону, та холодильних бочок, що чергуються з проміжними бочками, формуючи холодильну зону, яка в свою чергу складається з верхньої і нижньої частин, між яким знаходиться роздільна зона. Колона обладнана патрубками вводу амонізованої та частково карбонізованої речовини. Колона також обладнана двома вводами карбонізуючого газу: перший - в нижній холодильній бочці, а саме в бочці-базі, другий - в нижній частині абсорбційної зони (патент RU 2450971 С2, опублікований 20.05.2012). 1 UA 109308 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Недоліком відомої карбонізаційної колони є достатньо невисока продуктивність, обумовлена відносно зменшеною площею контакту газу та амонізованої та частково карбонізованої речовини. Відома карбонізаційна колона у виробництві кальцинованої соди, що має корпус, у верхній частині якого розташовані реакційні камери, які обладнані перфорованими однопереливними тарілками, а у нижній частині - холодильні камери, які обладнані горизонтально розташованими пучками теплообмінних труб та між ними - пасетними тарілками, що мають перфороване днище та конічний ковпак. Колона також обладнана двома вводами карбонізуючого газу: перший - під пасетною тарілкою нижньої холодильної камери, другий - у нижній реакційній камері (див. С.А. Крашенинников. Технология соды. М.: Химия, 1988. - с. 109). Недоліком відомої колони є нерівномірний розподіл газу при його проходженні крізь отвори пасетної тарілки у холодильній камері, що приводить до утворення застійних (слабопроточних) зон у міжтрубному просторі і, внаслідок цього, до зниження ефективності тепло- та масообміну. Крім того, завдяки тому, що переливи однопереливних тарілок, а також неперфорована поверхня тарілки під розташованими вище переливами займають до 25 % поверхні тарілки, зменшується ефективна площа контакту газу та рідини на тарілках реакційних камерах. Відома також карбонізаційна колона у виробництві кальцинованої соди, що також має корпус, в верхній частині якого розташовані реакційні камери, які обладнані перфорованими однопереливними тарілками. А в нижній частині - холодильні камери, які обладнані горизонтально розташованими пучками теплообмінних труб та багатопереливними тарілками з отворами для проходу газу та патрубками для перетоку суспензії. Колона обладнана двома вводами карбонізуючого газу: перший під нижньою багатопереливною тарілкою холодильної камери, другий - у нижній реакційній камері (див. авт. свід. СРСР №672740, МКП: В01J19/00, B01D3/32, опубл. 30.01.1983). За технічною сутністю та результатом, що досягається, відома колона є найбільш близькою до тієї, що заявляється (прототип). Недоліком відомої карбонізаційної колони також є те, що переливи однопереливної тарілки та неперфорована площа під переливом вищерозташованої тарілки займають до 25 % поверхні тарілки. Внаслідок цього зменшується ефективна площа контакту газу та рідини, що має особливе значення у нижній реакційній камері, куди подається газ другого вводу та необхідний рівномірний його розподіл по перетину камери. В основу винаходу покладено задачу створити карбонізаційну колону для виробництва кальцинованої соди, що дозволяє підвищити продуктивність виробництва та покращити якість кристалів гідрокарбонату натрію шляхом зміни конструкції колони та зв'язків елементів конструкції між собою. Поставлена задача може бути вирішена за допомогою карбонізаційної колони, що має корпус, у верхній частині якого розташований абсорбер, який обладнаний перфорованими однопереливними тарілками, а в нижній - холодильник, який обладнаний горизонтально розташованими пучками теплообмінних труб і багатопереливними тарілками з отворами для проходу газу та патрубками для перетоку суспензії, засобами першого та другого вводу карбонізуючого газу, в якій, згідно до винаходу, абсорбер обладнаний щонайменше двома багатопереливними тарілками, при цьому співвідношення кількості багатопереливних та однопереливних тарілок в корпусі знаходиться в інтервалі від 1:1 до 1,2:1,0, причому щонайменше одна багатопереливна тарілка розташована над засобом вводу карбонізуючого газу абсорбера. При цьому багатопереливні тарілки в абсорбері можуть бути розташовані суміжно одна з одною. При цьому багатопереливні тарілки в абсорбері розташовані суміжно з холодильником. Технічний результат при здійсненні винаходу полягає у: - підвищенні ефективності тепло- та масообміну у колоні; - зменшенні кількості утворення кристалів та зростків кристалів гідрокарбонат натрію неправильної форми та з нерівномірною поверхнею за рахунок розташування та співвідношення багатопереливних та однопереливних тарілок у нижче вказаний спосіб; Зазначений технічний результат призводить до того, що: - збільшується термін пробігу колони між промивками; - знижується вологість осадку гідрокарбонату натрію після вакуум-фільтрів, що забезпечує зниження витрати тепла на наступній стадії - кальцинації. Вказані переваги, які дозволяють вирішити завдання, поставлене в основу винаходу, досягаються наступним чином. 2 UA 109308 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Встановлення у нижній частині абсорбера багатопереливних тарілок замість однопереливних сприяє підвищенню ефективності тепло- та масообміну у найбільш важливій частині колони - у зоні переходу від абсорбера до холодильника. У цій частині знаходиться засіб вводу карбонізуючого газу абсорбера, що потребує його рівномірного розподілу по перетину камери, а також має місце охолодження суспензії, яке повинно проходити плавно без різких коливань. Як показали багаторічні дослідження, конструкція однопереливних тарілок у абсорбері при перехрестнотечійному русі газу та рідини забезпечує найбільш оптимальні умови для проведення процесу абсорбції СО2 та кристалоутворення гідрокарбонату натрію. На багатопереливних тарілках при протитечійному русі газу та суспензії, крім процесів тепло- та масообміну та формування створених кристалів, забезпечується рівномірний розподіл газу по перетину зон. Завдяки цьому, в нижній частині абсорбера, особливо в частині, куди подається газ через засіб вводу карбонізуючого газу абсорбера і має місце перехід суспензії з абсорбера до холодильника, для проведення плавного процесу з рівномірним розподілом матеріальних потоків по перетину зон необхідна установка багатопереливних тарілок. Таким чином, забезпечення саме таких напрямів руху газу з передкарбонізованою рідиною та газу з суспензією надає можливість створення найбільш оптимальних умов як для зародження (утворення) кристалів, так і для їх зростання (формування), що безсумнівно призводить до підвищення продуктивності колони. Шляхом проведення досліджень винахідниками несподівано було встановлено, що важливе значення також має співвідношення кількості одно-та багатопереливних тарілок. Згідно досліджень, зниження кількості багатопереливних тарілок, наприклад, до співвідношення 0,9:1,0 приведе до погіршення якості кристалів у зв'язку з недостатньою площею поверхні контакту фаз для забезпечення їх необхідного росту та формування. При зниженні кількості однопереливних тарілок, наприклад, до співвідношення 1,3:1,0, процес також погіршується за рахунок того, що зона кристалоутворення опускається ближче до холодильної зони та не досягається необхідна температура для розчину дрібних кристалів. Таким чином, знижується якість кристалів та, як наслідок, підвищується вологість осадку гідрокарбонату натрію на фільтрах. Встановлено, що конструкції карбонізаційних колон, відомі з рівня техніки, не забезпечують достатні умови для правильного росту кристалів, що утворюються. Нерівномірна поверхня кристалічних утворень містить більшу кількість виїмок та заглибин, що дозволяє утримуватись більшому об'єму води в процесі формування кристалів, яку важко видалити під час фільтрування. Тому, при застосуванні конструкції абсорбера відповідно до винаходу за рахунок наявності багатопереливних тарілок у нижній частині абсорбера, розташуванні їх саме у зоні переходу від абсорбера до холодильника та у зоні подання карбонізуючого газу абсорбера одночасно із забезпеченням співвідношення багатопереливних та однопереливних тарілок у зазначених вище пропорціях досягається зменшення кількості утворення кристалів та зростків кристалів гідрокарбонат натрію неправильної форми та з нерівномірною поверхнею, а це в свою чергу сприяє зниженню вологості осадку гідрокарбонат натрію після вакуум-фільтрів, при одночасному підвищенні продуктивності. Дані дослідження, проведеного винахідниками у промислових умовах роботи колонипрототипу та колони, що заявляється, наведені у таблиці. 3 UA 109308 C2 Таблиця Порівняльна характеристика властивостей колони, що заявляється, та колон з іншим співвідношенням кількості багатопереливних та однопереливних тарілок Найменування пристрою Колона-прототип (співвідношення кількості багатопереливних та однопереливних тарілок - 0,9:1,0) Колона (співвідношення кількості багатопереливних та однопереливних тарілок - 1,3:1,0) Колона, що заявляється (співвідношення кількості багатопереливних та однопереливних тарілок - 1,1:1,0) 5 10 15 20 25 30 35 40 Підвищення Вологість осадка продуктивності гідрокарбонату порівнянні натрію після колоноювакуум-фільтрів, % прототипом, % у Пробіг між з промивками, доб. 16-17 3,0-3,5 16-17 5 3,0-3,5 14,5-15 15-20 4,0 Заявлений винахід ілюструється наступним прикладом виконання колони карбонізаційної, а також відповідним кресленням, на якому зображено загальну схему колони, що заявляється. Зображувальні матеріали, що ілюструють заявлений винахід, а також наведений приклад конкретного виконання карбонізаційної колони ніяким чином не обмежують обсяг домагань, викладений у формулі, а тільки пояснюють суть винаходу. Карбонізаційна колона має корпус 1, у верхній частині якого розташований абсорбер 2, який обладнаний перфорованими тарілками 3 з одним переливом 4, а також багатопереливними тарілками 5 у нижній частині абсорбера 2 з отворами 6 для проходу газу та патрубками 7 для перетоку суспензії. При цьому співвідношення кількості багатопереливних та однопереливних тарілок в корпусі може бути 10 до 11. У нижній частині колона має холодильник 8, який обладнаний горизонтально розташованими пучками 9 теплообмінних труб, а між ними розташовані багатопереливні тарілки 5. Під багатопереливною тарілкою 5 нижньої частини холодильника 8 розташовано засіб вводу карбонізуючого газу 10 холодильника. У нижній частині абсорбера 2 розташовано засіб вводу карбонізуючого газу 11 абсорбера. Передкарбонізована рідина надходить в колону через штуцер засобу подання передкарбонізованої рідини 12, а суспензія гідрокарбонату натрію виходить з колони через штуцер засобу виходу суспензії 13. Газ з колони виводиться через штуцер засобу виходу газу 14. Використовують карбонізаційну колону наступним чином. Передкарбонізована рідина надходить через штуцер засобу подання передкарбонізованої рідини 12 у абсорбер 2, розподіляється на тарілці 3 та рухається по її поверхні до переливу 4, контактуючи з газом, що подається через засоби вводу карбонізуючого газу 10 та 11 та проходить знизу через отвори перфорації тарілок. Через перелив 3 рідина зливається на розташовану нижче тарілку, де процес повторюється. При взаємодії з карбонізуючим газом мають місце спочатку реакція утворення з карбонату амонію, що міститься у передкарбонізованій рідині, гідрокарбонату амонію, а далі в результаті обмінної реакції гідрокарбонату амонію з хлоридом натрію має місце утворення та випадіння кристалів гідрокарбонату натрію. Утворена суспензія гідрокарбонату натрію проходить абсорбер 2 і далі надходить у холодильник 8, де при охолодженні та взаємодії з карбонізуючим газом, що поступає через засіб вводу карбонізуючого газу 10, має місце зростання і формування кристалів гідрокарбонату натрію. Утворена та охолоджена суспензія гідрокарбонату натрію виводиться з колони через штуцер засобу виходу суспензії 13. Карбонізуючий газ через засіб вводу 11 подається в нижню частину абсорбера 2, змішується з газом, що виходить із холодильника 8, та рухається через отвори спочатку багатопереливної тарілки, а потім через отвори однопереливних тарілок, взаємодіючи з рідиною на цих тарілках. Після взаємодії з рідиною газ відводиться з колони через штуцер засобу виходу газу 14. Застосування заявленого винаходу дозволяє підвищити продуктивність виробництва та покращити якість кристалів гідрокарбонату натрію при виробництві кальцинованої соди. 4 UA 109308 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 1. Колона карбонізаційна, яка містить корпус, що включає абсорбер у верхній частині, обладнаний перфорованими однопереливними тарілками та засобом подання передкарбонізаційної рідини, та холодильник у нижній частині, обладнаний багатопереливними тарілками з отворами для проходу газу та патрубками для перетоку суспензії, та засоби вводу карбонізуючого газу, які розташовані у нижній частині абсорбера та холодильника, яка відрізняється тим, що абсорбер обладнаний щонайменше двома багатопереливними тарілками, причому співвідношення кількості багатопереливних та однопереливних тарілок в корпусі знаходиться в інтервалі від 1:1 до 1,2:1,0, при цьому щонайменше одна багатопереливна тарілка розташована над засобом вводу карбонізуючого газу абсорбера. 2. Колона карбонізаційна за п. 1, яка відрізняється тим, що багатопереливні тарілки в абсорбері розташовані суміжно одна з одною. 3. Колона карбонізаційна за п. 2, яка відрізняється тим, що багатопереливні тарілки в абсорбері розташовані суміжно з холодильником. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5