4.5. Барботажные реакторы с быстро протекающими реакциями
4.5.1. Аппарат итн
Примером реакторов в системе газ-жидкость с быстро протекающими реакциями являются аппараты ИТН (использование тепла нейтрализации) в производстве одного из основных видов азотного удобрения – нитрата аммония.
Нитрат аммония получают нейтрализацией слабой азотной кислоты (40÷60 % HNO3) аммиаком с интенсивной циркуляцией раствора за счет образования и подъема парового потока (реакция экзотермическая).
Схема аппарата ИТН представлена на рис.4.9. Реактор работает следующим образом. Газообразный аммиак, подогретый до 120÷1600С, по трубопроводу 7 поступает в кольцевой барботер с перфорированными трубами 1. Пузырьки аммиака, поднимаясь вверх, с высокой скоростью реагируют с азотной кислотой, нейтрализуя ее с образованием нитрата аммония (NH4NO3).
Теплота нейтрализации используется на испарение воды и повышение концентрации нитрата аммония.
Раствор аммиачной селитры через отверстия под крышкой внутреннего цилиндра с паром выходит в сепарационную часть аппарата 15 и непрерывно циркулирует между внутренним цилиндром и сепарационной частью. Раствор аммиачной селитры с концентрацией 92÷94 % по штуцеру 16 выводят из аппарата на дальнейшую упарку.
Соковый пар для очистки от брызг раствора NH4NO3 и азотной кислоты последовательно промывают на ситчатых тарелках 9 раствором аммиачной селитры, подаваемым по штуцерам 8, 14 и конденсатом сокового пара, который подают по штуцеру 13. Промывные растворы стекают в реакционную часть. Соковый пар проходит сетчатый отбойник 12, где улавливаются капли жидкости, и через штуцер 11 выходит из аппарата. Аппарат имеет опоры 5 и люки 10 для осмотра и ремонта аппарата. Аппарат работает при малом избыточном давлении 0,02 МПа, температура в реакционной части составляет 1800С.
Основные части аппарата изготавливают из стали 08Х18Н10Т, а отдельные детали, подверженные сильному коррозионному воздействию среды – из титана.
Рис. 4.9. Аппарат ИТН: 1 – кольцевой барботер; 2 – реакционная часть аппарата; 3 – распределитель; 4 – внутренний цилиндр; 5 – опоры; 6, 8, 11, 13, 14, 16 – штуцер; 7 – трубопровод; 9 – тарелка; 10 – люк; 12 – отбойник; 15 – сепарационная часть аппарата; 16 – вывод нитрата аммония.
4.5.2. U-образные реакторы
В производстве сложных удобрений, получаемых разложением фосфатов азотной кислотой, для нейтрализации смеси фосфорной и азотных кислот аммиаком используют U-образные барботажные реакторы (рис. 4.10).
Рис. 4.10. U-образный реактор: 1 – реактор; 2 – водяная рубашка; 3 – пропеллерная мешалка; 4 – штуцер вывода продуктов реакции; 5 – крышка; 6 – штуцер ввода жидких реагентов; 7 – перегородка; 8 – штуцер ввода NH3.
Корпус реактора 1 разделен перегородкой 7 на два сообщающиеся отсека, в которых установлены двойные пропеллерные мешалки 3, вращающиеся в разные стороны с числом оборотов 33,3 об/мин. Интенсивное перемешивание ускоряет взаимодействие аммиака с кислотами. Смесь кислот вводят по желобу 6 и нейтрализованные выводят по желобу 4. Аммиак и углекислый газ вводится в аппарат через патрубки 8. Мешалки диспергируют крупные пузыри газа. Аппарат снабжен рубашкой 2 для отвода тепла нейтрализации проточной водой.