Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7286
(13) U
(46) 2011.06.30
(51) МПК
B 01D 1/22 (2006.01)
(54) УСТАНОВКА СИНТЕЗА СУЛЬФАТА АММОНИЯ В ЖИДКОЙ ФАЗЕ
(21) Номер заявки: u 20100715
(22) 2010.08.13
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Гродно Азот" (BY)
(72) Авторы: Сиротин Андрей Вячеславо-
вич; Иванов Геннадий Борисович;
Петров Виктор Евгеньевич; Житкевич
Сергей Аркадьевич; Лакомкин Алек-
сандр Андреевич; Окушко Сергей
Кузьмич; Обухов Виктор Николаевич;
Леонов Олег Владимирович; Куделя
Валерий Васильевич (BY)
(73) Патентообладатель: Открытое акцио-
нерное общество "Гродно Азот" (BY)
(57)
1. Установка синтеза сульфата аммония в жидкой фазе, содержащая реактор синтеза с
разделом фаз и с линиями ввода сырья, насос, теплообменник для отвода реакционного
тепла, соединенные последовательно между собой линией циркуляции реакционной сме-
си, сборник, соединенный линией перелива в верхней зоне с реактором синтеза, в нижней
зоне - с линией выдачи продукционного раствора, отличающаяся тем, что внутри реак-
тора синтеза ниже поверхности раздела фаз вдоль оси установлено смесительно-
циркуляционное устройство.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что смесительно-циркуляционное устрой-
ство выполнено в виде трубы Вентури, в которую заглублены линии циркуляции реакци-
онной смеси и ввода сырья.
BY7286U2011.06.30

2. BY 7286 U 2011.06.30
2
(56)
1. Производство капролактама / Под ред. В.И.Овчинникова и В.Р.Ручинского.- М.:
Химия, 1977, рис. 54 на с. 163.
Полезная модель относится к установкам химической технологии и может применять-
ся для осуществления утилизационной переработки технологических отходов, например
серной кислоты, из нефтеперерабатывающего производства, с получением минерального
удобрения - сульфата аммония в виде раствора.
Прототипом полезной модели выбрана установка синтеза сульфата аммония в жидкой
фазе, содержащая реактор синтеза с разделом фаз и с линиями ввода сырья, подключен-
ными к источникам сырья, одним из которых является водный раствор аммиака, насос,
теплообменник для отвода реакционного тепла, соединенные последовательно между со-
бой линией циркуляции реакционной смеси, сборник, соединенный линией перелива в
верхней зоне с реактором синтеза, в нижней зоне - с линией выдачи продукционного рас-
твора [1].
Основным недостатком известной установки является низкая производительность и
высокая стоимость продукта. Низкая производительность установки обусловлена недоста-
точно эффективным смешиванием реагентов (сырья) в реакторе синтеза из-за того, что он
выполнен полым и, следовательно, в нем отсутствуют конструктивные и режимные (гид-
родинамические) условия для эффективного контакта (смешивания) реагентов.
Задача, на решение которой направлена полезная модель - повышение производитель-
ности установки, увеличение степени конверсии реагентов и снижение стоимости продук-
та.
Поставленная задача решается в установке синтеза сульфата аммония в жидкой фазе,
содержащей реактор синтеза с разделом фаз и с линиями ввода сырья, подключенными к
источникам сырья, одним из которых является водный раствор аммиака, насос, теплооб-
менник для отвода реакционного тепла, соединенные последовательно между собой лини-
ей циркуляции реакционной смеси, сборник, соединенный линией перелива в верхней
зоне с реактором синтеза, в нижней зоне - с линией выдачи продукционного раствора, в
которой, согласно полезной модели, внутри реактора синтеза ниже поверхности раздела
фаз вдоль оси установлено смесительно-циркуляционное устройство. Смесительно-
циркуляционное устройство выполнено в виде трубы Вентури, в которую заглублены ли-
нии циркуляции реакционной смеси и ввода сырья. В качестве одного из источников сы-
рья используются концентрированная серная кислота в виде технологического отхода
нефтеперерабатывающего производства.
Существенность отличий полезной модели заключается в следующем.
Внутри реактора синтеза ниже поверхности раздела фаз вдоль оси установлено смеси-
тельно-циркуляционное устройство. Такое решение позволяет увеличить время пребыва-
ния реагентов в реакторе синтеза за счет образования внутри него дополнительной
циркуляции реакционной смеси в режиме смешения реагентов, что обеспечивает рацио-
нальное использование внутреннего объема реактора, повышает степень конверсии реа-
гентов и увеличивает производительность установки.
Смесительно-циркуляционное устройство выполнено в виде трубы Вентури. Труба
Вентури имеет переменное проходное сечение, создающее участки ускорения и торможе-
ния реакционной смеси, что в условиях наличия реагентов с существенно различающейся
плотностью (водный раствор аммиака и серная кислота) позволяет существенно повысить
интенсивность смешения реагентов, а также кратность циркуляции реакционной смеси
внутри реактора, что повышает производительность установки.
В трубу Вентури заглублены линии циркуляции реакционной смеси и ввода сырья.
Такое решение предотвращает вынос непрореагировавшего сырья в сборник продукта че-

3. BY 7286 U 2011.06.30
3
рез переливную трубу за счет эффекта эжекции потоков входного сырья высокоскорост-
ным потоком реакционной смеси, что повышает производительность установки.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, схема установки.
Установка синтеза сульфата аммония в жидкой фазе содержит реактор 1 синтеза, вы-
полненный из вертикального цилиндрического корпуса 2, закрытого сверху крышкой 3,
снизу - крышкой 4. В верхнюю крышку 3 врезаны линия 5 циркуляции реакционной смеси
и линии ввода сырья: линия 6 серной кислоты, линия 7 водного раствора аммиака, линия 8
воды. Также может быть врезана линия 9 раствора сульфата аммония с другой технологи-
ческой стадии, например, для осуществления операции пуска установки. Линия 6 подклю-
чена к источнику 10 серной кислоты, например, с концентрацией более 93 % (мас.) из
нефтеперерабатывающего производства в виде технологического отхода. Линия 7 водного
раствора аммиака подключена к источнику 11 водного раствора аммиака концентрацией
20-25 % (мас.). Линия 8 воды подключена к источнику 12 обессоленной воды. Линия 9
раствора сульфата аммония подключена к источнику 13 раствора сульфата аммония кон-
центрацией 30-35 % (мас.), например, из установки разложения раствора сульфит-
бисульфит аммония производства серной кислоты. К нижней крышке 4 реактора 1 подсо-
единена линия 5 циркуляции реакционной смеси и подключена к насосу 14, а из него - к
теплообменнику 15, затем - к реактору 1. К боковой поверхности корпуса 2 реактора 1 в
верхней части подсоединена линия перелива 16, выведенная в верхнюю зону сборника 17,
из нижней зоны которого выведена линия 18 выдачи продукта на переработку, например
для получения кристаллов. Внутри реактора 1 имеется поверхность раздела фаз "жид-
кость-газ" по высоте на уровне, или выше, линии перелива 16 в зависимости от нагрузки
установки. Внутри реактора 1 ниже поверхности раздела фаз вдоль оси установлено сме-
сительно-циркуляционное устройство 19. Смесительно-циркуляционное устройство 19
включает трубу Вентури 20, выполненную в виде тела вращения, образующего по высоте
последовательное чередование зон: зона расширения 21, зона сужения 22, зона расшире-
ния 23. В зону расширения 21 заглублены линии 5, 6, 7, 8 и 9. Для отвода реакционного
тепла к теплообменнику подведены линии ввода 24 и вывода 25 хладагента в виде,
например, воды оборотной.
Установка синтеза сульфата аммония в жидкой фазе работает следующим образом.
Первоначально по линии 9 от источника 13 происходит заполнение реактора 1 раствором
сульфата аммония до линии перелива 16, через которую происходит слив избыточного рас-
твора в сборник 17. После заполнения реактора 1 раствором сульфата аммония включается
в работу насос 14, организуя циркуляцию раствора из реактора 1 через теплообменник 15
посредством линии 5. После этого в реактор 1 в смесительно-циркуляционное устрой-
ство 19 подается сырье - серная кислота по линии 7 от источника 11, водный раствор амми-
ака по линии 6 от источника 10, вода по линии 8 от источника 12. За счет высокой скорости
циркуляционного потока происходит эжектирование струй потоков сырья, сопровождаемое
дроблением (диспергированием) струй на капли, что существенно увеличивает поверхность
сырья, эффективным перемешиванием реагентов с протеканием реакционного процесса
синтеза при прохождении трубы Вентури 20. При этом поток из зоны расширения 21 про-
ходит в зону сужения 22, что вызывает ускорение потока. Так как реагенты в смеси суще-
ственно различаются по плотности (плотность водного раствора аммиака почти в два раза
ниже плотности серной кислоты) происходит увеличение относительной скорости реаген-
тов в потоке (диспергированный водный раствор аммиака движется в два раза быстрее сер-
ной кислоты), что снижает сопротивление контакту реагентов и повышает степень
конверсии. После прохождения зоны сужения 22, поток поступает в зону расширения 23,
где происходит торможение потока. При этом, наоборот, реагенты с большей плотностью
(серная кислота) опережают реагенты с меньшей плотностью (водный раствор аммиака),
что снижает сопротивление контакту реагентов за счет увеличения их относительной ско-
рости и повышает степень конверсии. После прохождения смесительно-циркуляционного

4. BY 7286 U 2011.06.30
4
устройства 19 часть потока совершает подъемное движение в зазоре между корпусом 2 ре-
актора 1 и трубой Вентури 20, образуя внутренний дополнительный контур циркуляции ре-
акционной смеси в реакторе 1. Наличие дополнительного контура циркуляции повышает
время пребывания реакционной смеси в установке, что повышает ее производительность и
степень конверсии реагентов. Остальная часть реакционной смеси после прохождения сме-
сительно-циркуляционного устройства 19 поступает по линии 5 в насос 14, а из него по ли-
нии 5 в теплообменник 15, где происходит охлаждение реакционной смеси хладагентом,
который подается по линии 24 и отводится по линии 25. Охлажденная реакционная смесь из
теплообменника 15 поступает по линии 5 в циркуляционно-смесительное устройство 19 и
процесс повторяется. Реакционная смесь вблизи поверхности раздела фаз в реакторе 1 имеет
состав, соответствующий продукту, который по линии перелива 16 сливается в сборник 17,
откуда по 18 выдается на переработку на следующую технологическую стадию, например
на получение кристаллов сульфата аммония.
Использование полезной модели при получении раствора сульфата аммония с концен-
трацией 40 % (мас.) позволяет повысить производительность установки на 43 %, увеличить
степень конверсии реагентов на 8 % и снизить затраты на выпуск продукции на 27 %.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.