Устройство для получения двуокиси хлора

(21) (22) (23) (31) (46) (72) ния) (71) (53) Канада ановпрово. Вен- и- ей- пло- ой етельство СССР04, 1946,913328,(56) 1 У 77072. кл. 23 Авторское св кл, В 01 Р т ен т Кан ады 47, 1972.а ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ 2621952/23-2603,05.7812.09,742064554/2615.12.83, Бюл. М 46Джеральд Коулей (Великобри Эрко Индастриз Лимит66.023(088.8)(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕН ДВУОКИСИ ХЛОРА содержащее реактор с коническим днищем,рециркуляционный трубопровод, укрепленный одним концом в вершине конического днища а другим - на боковой поверхности над уровнем жидкости и содержащий последовательно установле нные насоси теплообменник, и трубопровод сфильтром, соединенный с рециркуляционным трубопроводом перед насосом,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью снижения износа стенки реактора напротив входа верхнего конца рециркуляционного трубопровода 3счет регулирования процесса кипенияи скорости потока жидкости в трубопроводе, устройство снабжено устленной на рециркуляционном трубоде после теплообменника трубкойтури, имеющей первый участок в вде усеченного конуса с уменьшающся в направЛении потока жидкостищадью поперечного сечения и вторсоединенный посредством цилиндрической части с первым участок в видеусеченного конуса с увеличивающейсяв направлении потока жидкости площадью поперечного сечения,1061 б 93 2 Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено трубопроводом подачи серной кислоты, соединенным с цилиндрической частью трубки Вентури,Изобретение относится к устройству для получения двуокиси хлора и может быть использовано в самых различных отбеливающих операциях, в частности при отбеливании целлюло зы (целлюлоэных волокнистых материалов), таких.как древесная пульпа.Известно устройство, содержащее корпус с днищем и присоединенную к нему рециркуляционную трубу, на ко торой установлен эжектор, цилиндрическая часть которого снабжена трубо . проводом для подачи реагента 1) .Недостатком данного устройства является то, что его нельзя применить для проведения процесса получения двуокиси хлора с использованием концентрированной серной кислоты.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для получения двуокиси хлора, содержащее цилиндрический корпус с коническим днищем. Трубопровод, предназначенный для удаления из реакционного сосуда шламма, содержащего твердый материал, который сосредоточен в одной из частей реакционной среды, соединен с коническим днищем и снабжен средствами для фильтрации, при помощи которых твердый материал отделяется от жидкости, Трубопровод для ре- цикла соединен со средствами для фильтрации, используется для рециркуляции жидкости в реакционный сосуд и снабжен несколькими входами, через которые можно вводить химические материалы, Имеются также средства нагревания, которые используются для подогрева рециркулируемой жидкости перед ее загрузкой в реакционный сосуд 1.2. 40 В известном устройстве, в котором жидкость выпаривается в сосуде, шламм извлекается, твердые материалы регенерируются, а жидкость рециркулируется и вновь подвергается нагреванию в течение рецикла; при этом кипение жидкости в трубопроводе для рецикла предотвращается при помощи того, что уровень жидкости в сосуде находится выше точки, в которой трубопровод для рецикла соединяется с реакционным сосудом; причем это превышение должно обес 3, Устройство по пп. 1 и 2, о т-: л и ч а ю щ е е с я тем, что отношение длины входного конуса трубки Вентури к диаметру рециркуля ционного трубопровода составляет 2,5,печивать гидро ст атиче ский напор, превышающий увеличение давления насыщенного пара, вызванное увеличениемтемпературы при нагревании содержимого трубопровода для реакции. Однако в соответствии со способамиполучения двуокиси хлора осуществляется реакция, в результате которой образуется двуокись хлора; причем реакция протекает при добавлениив рециркулируемые химические материалы серной кислоты, поэтому в этомслучае уже нельзя в реакционном сосуде иметь уровень жидкости вышеточки входа трубопровода для рецикла, Таким образом, трубопровод длярецикла соединяется с реакционнымсосудом в точке, которая расположенавыше уровня жидкости в реакционномсосуде.Скорость жидкости в трубопроводедля рецикла, которая загружаетсяв реакционный сосуд в точке, расположенной выше уровня жидкости в нем,должна подцерживаться выше заранееопределенного минимального значенияс тем, чтобы предотвратить кипениежидкости в теплообменнике и чтобыпредотвратить вибрации, вызванные ус-.корением парообраэования. Эта минимальная скорость является достаточновысокой, в результате чего загружающийся материал может достигать противоположной стенки сосуда. Ввиду того,что материал содержит твердые частицы,стенка сосуда подвергается изнашивающему воздействию при соприкосновении с потоком,Изобретение относится к модефикации трубопровода для рецикла с тем,чтобы избежать изнашивания стенок сосуда,при этом в то же самое время получают удовлетворительные результатырециркулирования потока и выхода реакции, В соответствии с изобретениемпроцесс кипения жидкости из подогре-,вателя перед ее загрузкой в реакционный сосуд развивается постепенно,при этом ускорение поддерживаетсяна низком уровне, Таким способомможно загружать рециркулируемый материал в реакционный сосуд с низкойскоростью, при этом резко снижаютсявибрации, вызванные ускорением парообразования, 1061693В рециркулируемую жидкость, содержацую остаточные количества твердого материала, добавляется сернаякислота, а также дополнительные количества свежего хлорита натрия ивосстанавливающего агента; эта стадия добавления осуществляется послепрохождения потоком теплообменника,Чтобы предотвратить образованиелокальных горячих точек при разбавлении кислоты, используется серная кислота, которая уже разбавлена приблизительно в пропорции 50:50.Изобретение дает возможность использовать сушественно концентрированнуюсерную кислоту, при этом нет опасности образования горячих точек,Устройство, которое используется с целью эффективного регулирования процесса кипения и загрузки рециркулируемой жидкости, содержиттрубопровод для рецикла, которыйзаканчивается в реакционном сосудев точке, которая расположена вышемаксимально возможного уровня реакционной среды и которая в точке,расположенной между подогревателем исосудом, содержит трубу Вентури,первое устройство которой имеет форму усеченного конуса, причем плоШадь поперечного сечения уменьшается в направлении к реакционному сосуду, совершающееся в своем выходном патрубке узкой втулкой, Второеустройство имеет форму усеченногоконуса, .причем площадь поперечногосечения увеличивается в направлении от узкой втулки,На фиг, 1 дано устройство, продольный разрез; на фиг, 2 - узел Ана фиг, 1,Устройство для получения двуоки Оси хлора содержит корпус 1 с реакционной средой, которая является водным раствором хлората натрия, хлорида натрия и серной кислоты, который поддерживается при температурекипения и пониженном давлении. Еслинеобходимо, можно использовать смесьхлорида натрия и кислого хлорида,при этом можно уменьшить количествосерной кислоты, так как кислотныйостаток в этом случае обеспечивается кислым хлоридом. При этом снижается количество сульфата натрия,производимого на единицу двуокисихлора, Кислый хлорид можно испольгзовать для полного обеспечения вос эстанавливающего агента и до полови-.ны необходимой кислоты. Двуокисьхлора, хлор и водяной пар образуютсяи удаляются из корпуса 1 в виде газообразной смеси при помощи трубопрово 60да 2, Двуокись хлора извлекается изгазообразной смеси при помощи известных способов,Уровень жидкости 3 во время обраэования двуокиси хлора поддерживает ся существенно постоянным при помощи регулирования выпаривания воды цз реакционной среды и добавления вопд со свежими химическими материалами.Сульфат натрия выпадает в осадок из реакционной среды, а шламм образовавшегося сульфата натрия и реакционной среды извлекается при помоци трубопровода 4 из корпуса 1. Тип сульфата натрия зависит от реакционных условий в реакционной среде, Дополнительные количества свежего водного раствора хлората натрия и хлорида натрия добавляются в шламм при помоШи трубопровода 5, а твердый сульфат натрия удаляется иэ полученной в результате смеси при помощи трубопровода б и насоса 7. Раствор хлората натрия и хлорида натрия, содержаший некоторое количество твердого материала, являющегося неудаленным сульфатом натрия, который остается после стадии удаления твердых материалов через трубопровод б, при помоци насоса 8 через трубопровод для рецикла 9 и трубопровод 10 подается в подогреватель 11. В подогревателе 11 раствор нагревается до температуры кипения реакционной смеси при преобладаюших условиях из корпуса 1, а затем при помоци трубопровода для рецикла 12 направляется в корпус 1, Точка входа сырья из трубопровода 12 в корпус 1 находится выше уровня жидкости 3 в корпусе 1, Серная кислота вводится через трубы 13 в раствор, содержащийся в трубопроводе 12 таким образом, что двуокись хлора начинает образовываться в трубопроводе 12 в результате реакции между материалами в трубопрогоде.Трубопровод для рецикла 12(фиг. 2) содержит первое устройство 14, имеющее форму усеченного конуса и длину Й , причем площадь поперечного сечения уменьшается в на правлении потока жидкости со скоростью потока Я с диаметра Р в районе испарителя до диаметра Р в узкой втулке 15, Трубы 13, предназначенные для подачи серной кислоты, размещаются вокруг узкой втулки 15. Имеется четыре таких входных трубы 13, которые расположены в диаметрально-противоположных точках, под прямымуглом друг к другу.Но можно обеспечить любое необходимое количество таких вводных труб и любое их направление, Узкая втулка имеет небольшую длину, достаточную только для того, чтобы обеспечить операцию добавления серной кислоты при помощи вводных труб 13.Второе устройство 16, имеющее орму усеченного корпуса и длину Ь 1 ричем площадь поперечного сечения1 о 15 2 О 25 30 40 50 Серная кислота в трубах 13, ко - торая вводится в жидкость в области узкой втулки 15, в предпочтительном варианте является концентрированной серной кислотой (с концентра цией примерно 98), Этот факт является отличительным свойством иэоб 6 о увеличивается при движении от узкойвтулки 15,где устройство имеет диаметр в поперечном сечении Р,до диа -метра Р,Второе устройство, имеющееформу усеченного конуса,16 заканчивается равномерно изогнутой трубкойили коленом 17,которое может быть пя.тисекционной трубой, имеющей тот жедиаметр Р ,через которй поток поступает со скоростью Я.Таким образом, жидкость, выходящая из подогревателя 11, сначаларазгоняется до большой скорости впервом устройстве, имеющем формуусеченного конуса 14, Первое устройство, имеющее форму усеченногоконуса 14, расположено таким образом, что обратное давление, вызван -ное ускорением жидкости в первомустройстве, имеющем форму-усеченного конуса 14, превышает разностьдавления насыщенного пара жидкостив трубопроводе и давления насыщенного пара жидкости в корпусе 1. Впредпочтительном варианте длинаОбласти сжатия приблизительно в2,5 раза превышает диаметр РПри увеличении температуры в подо -гревателе 11 эквивалентное увеличение высоты жидкости, вызванноеувеличением давления насыщенного пара,можно обозначить через Я.В предло,женин,что энергия не изменяется повысоте Ь ,имеемгн ЧхгЯ 26где Ч - скорость жидкости в узВкой втулке 15;Ч - скорость жидкости на выходе подогревателя 11,Но й =2,5 Р и=г( 5= --- г,Ю,Рз 7и, следовательно, так как Я известна, Юч можно вычислить, а затем ди=аметр РВ соответствии с описанной процедурой можно избежать закипания рецир.кулируемой жидкости в подогревателе 11 и тем самым снизить вероятность закупоривания труб подогревателя .твердыми отложениями, Первоеустройство, имеющее форму усеченного конуса 14, расположенное над подогревателем 11, дейтсвует точнотакже, как гидростатический напоррециркулируемого сырья в известномиспарителе. ретения по сравнению с известными с пособами, в которых и"пользуется серная кислота с концентрацией 50, Используя трубы 13 (фиг.2) имеется возможность вводить высококонцентрированную серную кислоту в рециркулируемую жидкость, избегая образова - ния горячих точек.Серная кислота быстро подается в узкую втулку 15. Благодаря движению жидкости в узкой втулке 15 серная кислота быстро перемешивается в жидкой фазе с другими химическими материалами.Вследствие использования концентрированной серной кислоты, нет необходимости испольэовать стадию разбавления, которая необходима при использовании известных устройств, в соответствии с которыми использовалась серная кислота с концентрацией 50. Кроме того, снижается количество воды, которое вводитоя всистему и, следовательно, снижаетсяколичество тепла, необходимое дляиспарения достаточного количестваводы, чтобы поддержать существеннопостоянным уровень жидкости 3, Кроме того, в соответствии с изобретением эффективно реализуется тепло, которое выделяется при разбавлении концентрированной серной кислоты, тем самым добиваясь экономиитепловой энергии.Далее, смесь увеличивается в объеме и ее движение тормозится во втором устройстве, имеющем форму усеченного конуса 16, соединенным струбопроводом 12 посредством колена 17 так, что кипение жидкостии высвобождение газообразных продуктов протекает постепенно и равномерно.Так как жидкость начинает кипеть и одновременно обраэовываетсядвуокись хлора в узкой втулке 15,в колене 17 сосредотачивается восновном газообразный материал снебольшим количеством суспендированной жидкости и твердого материала,Скорость смеси пар (твердый материал) жидкость в колене 17 оченьнебольшая, примерно 10,7-12,2 м/сек,и, следовательно, когда жидкостьпоступает в корпус 1, она не разру -шает противоположную стенку, а постугает непосредственно в реакционную среду.Процесс кипения жидкости развивается постепенно во втором конусе 16, поддерживая при этом одновременно на низком уровне ускорениепотока жидкости, можно регулироватьгидростатический напор и парообразование потока и тем самым избежатьвибраций и больших падений давления, вызванных трением. ПредполагаТираж 537осударственного комитета СССРам изобретений и открытийМосква, Ж; Раушская наб. одписное по д113035 4/5 илиал ППП Патент, г,ужгород, ул. Проектна ется, что все газообразные материалы мгновенно испаряются из жидкости в начале колена 17, Второй усеченный конус 16 должен быть настолько длинным, насколько это возможно, чтобы дать возможность постепенно развиваться процессу кипения жидкости при низких ускорениях,избегая тем самым нежелательныхвибраций, хотя различные конструктивные особенности накладывают ,ограничения на длину. В общем случае, скорость жидкости, поступающей из подогревателя 11 со"тавляет около 3,35 м/сек, в узкой втулке 15 составляет около 4,6- 4,9 м/сек а скорость в колене 17 составляет около 11 м/сек,Напротив, в установках для производства двуокиси хлора, в которыхвместо труб 13, имеющих форму, приведенную на фиг, 2, используетсятрубопровод с постоянным диаметром, 5 благодаря быстрому росту скоростипотока жидкости в генератор она поступает со скоростью примерно30,5 м/сек.Таким образом, предлагаемое усс ройство для производства двуокисихлора, позволяет снизить износ стенок генератора и при этом появляется воэможность использования подогревателей, которые при этом не вы зывают нежелательных вибраций, и,кроме того, дают возможность использовать в качестве добавки концентрированную серную кислоту.