Способ концентрирования раствора мочевины и устройство для его осуществления

(5 ЫТИЯМЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОПИ ПАТЕНТ зового потока в межтрубноепространство аппарата. При этом конденсирующуюся газовую смесь подают в нижнюючасть зоны нагрева, разделенную перФорированными перегородками на рядсекций, расположенных одна над друг Саб- гой, Газовый поток и образующийсяконденсат направляют в расположенныевыше секции через разные отверстияв перегородке, что предотвращает возможность возврата газовой смеси или 4, конденсата из верхней секции в ниж нюю. Используемый массообменный аппарат включает каиеру нагрева, верти- ВО- кальные теплообменные трубы, присое- . ОСУ- диненные к верхней и нижней трубкамрешетки и размещенные в камере нагредст- ва, штуцер для подвода раствора мочеБюл.бон Б.ВС) (ЮЬ)ерс и Х 19(54) СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ РАСТ РА ИОЧЕВИНН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ГЕСТВЛЕШЬЧ(57) Изобретение касается произвоф ва мочевины, в частности ее концент рирования в определенном устройстве. Цель - снижение металлоемкости оборудования исокращение поверхности теплообнена, Концентрирование растворов мочевины ведут упариванием с пропусканием раствора в виде пленки по внутренней поверхности трубок вертикальной трубчатой системы выпарного аппарата, Тепло, необходимое для выпаривания, получают за счет конденсации в зоне нагрева газового потока (МН, С 02 и водяные пары), подаваемого противотоком к раствору мочевины в межтрубное пространство вблизи одного из концов трубок трубчатой системы. Раствор мочевины подают с другого конца трубок в межтрубное пространство в точке, расположенной между вводом раствора иочевины в трубки трубчатой системы и местом ввода га(21) 4203645/(56) Европейс кл. С 07 С 12 вины, средство для образования пле 1 ки и горизонтальные перегородки, размещенные в камере нагрева одна надЮ другой с образованием секций, штуцеры подвода и отвода газовой смеси и конденсата. Перегородки выполнены с основныиии дополнительныии отверс тиями. Итуцер подвода раствора моче- М вины расположен над верхней трубной ф".) решеткой. При этом лучше, когда теплообиенные трубы размещены в основных ф;) отверстиях перегородок с зазором, а дополнительные отверстия выполнень отбортовкой, направленной вниз, с отверстиями, расположенными поочереднов центре и на периферии. В этом слу-"чае достигается хорошее смачиваниенарухщой поверхности трубок, чтоулучшает теплообмен и сокращает поверхность теплообмена, 2 с. и 3 з.п ф-лы, 1 ил.6335 3 173Изобретение относится к технологииполучения мочевины из аммиака н диоксида углерода, в частности к способу получения концентрированного раствора мочевины и к устройству для осуществления способа.Целью изобретения является сокращение поверхности теплообмена в теплообменной аппаратуре настадии выпаривания воды из раствора мочевины.На чертеже схематически представлена часть зоны нагрева первой ступени выпаривания раствора, с перегородками трубки трубчатой системы, раз. рез.В зону нагрева входит внешний кожух 1, трубка 2 трубчатой системы,перегородки 3, центральное отверстие4, отверстия 5 вблизи периферии, бортики б, выступающие вниз, в газовыепрокладки 7. Иидкая фаза стекает внаправлении, указанном стрелками 8,а газовая фаза движется в направлении, обозначенном стрелками 9.Направляемый на концентрированиераствор иочевины подают на пластиныраспределения потока жидкости для образования пленки, движущейся внизвнутри трубок 2.В устройствев каждом из отсековобеспечиваетея протекание реакции .между газовой смесью (аммиак, двухокись углерода и водяной пар) и водным раствором (разбавленный растворкарбамата).В результате выделяется значительное количество тепла, после чего осуществляется разделение жидкой и газо-.образной фаз и отдельный перевод каждой из фаз в следующий отсек,Газовую смесь подают в нижнюючасть аппарата и она течет сквозьжидкую фазу вверх до перегородки. Вэтот момент газовая смесь блокируется и образуется газовая подушка. Перегородка содержит несколько отверстий, в результате чего газовая смесьпроходит сквозь перегородку через этиотверстия. Однако время, требуемоедля прохождения газовой смеси черезэти отверстия, больше, чем время, не .обходимое для достижения перегородкигазовой смесью. Когда газовая смесьнакапливается прямо под перегородкой,образуется газовая подушка, При этомчисло отверстий без обода, выступающего книзу (поз. 9), равно числу труби размещение этих отверстий идентично размещению.трубс целью обеспечения прохождения газовой смеси черезэти отверстия вдоль наружной сторонытруб. Эта первая группа отверстий отличается от второй группы отверстий, 5у которых обод выступает книзу (поз.8), с целью пропускания конденсатаи/или раствора карбамата сквозь них.Так как каждая труба из связки трубпроходит сквозь отверстия первойгруппы, их размещения должны соответствовать друг другу. При необходимости некоторые отверстия из первой группы могут быть заглушены.Следовательно, число отверстий.первой группы должно быть по меньшеймере равно числу труб связки труб. Вчастности, если имеется десять перегородок и каждая перегородка содержитодно отверстие, тогда все эти десятьотверстий должны быть размещены в томже самом положении с целью обеспечения прохождения одной трубы сквозьних от верха до нижней части. В этомслучае одна труба соответствует десяти отверстиям. Однако девять из этихотверстий или меньше могут быть заглушены. В этом случае одно отверстие (когда 9 заглушены) будет соответствовать одной трубе. Поэтому чисЗ 0 ло отверстий должно по крайней мересоответствовать числу труб.П р и м е р. Приведенные данныеотносятся к установке производительностью 1500 т/день. Количества вырар 5 жены в килограммах в час.Б сектор высокого давления установки подают 35414 кг аммиака и458 б 3 кг углекислого газа. Давлениев секторе высокого давления, который 40 включает в себя зону синтеза, первуюстадию разложения, зону конденсации.и скрубберную зону для инертных газов, составляет 140 кг/см, Давлениена второй стадии разложения и в зоне 5 нагрева первой стадии выпариванияравно 17,7 кг/см 2, Давление на третьей стадии разложения равно3,9 кг/см. Газовую смесь с второйстадии разложения, содержащую 50 14139 кг углекислого газа, 8711 кгаммиака и 3301 кг воды, направляют напервую стадию выпаривания в нижнюючасть зоны нагрева,. окружающую трубчатую систему.Зона нагрева вокруг трубок разделена на десять секций с помощью перегородок. Эти перегородки снабжены отверстиями, предусмотренными поочередно в центре нли по периферии, причем5 17 вокруг этих отверстий имеются бортики, Выступающие вниз. Эти отверстия служат для пропускания снизу вверх потока жидкой фазы через секции, Газовая смесь, содержащаяаммиак, углекисльн газ и водяные пары, последовательно проходит через верхние секции через зазоры между трубками и перегородками, Кроме того, между трубками в последовательных перегородках предусмотрено наличие в уменьшающемся количестве дополнительных отверстий для газового потока.Температура такой газовой смеси составляет 158,6 С, ее точка росы.оравна 143,4 С. Благодаря теплообмену между этой смесью и 86623 кг раствора мочевины, стекающей в виде пленки сверху вниз по трубкам, температура которых составляет 95 С и которые содержат 63525 кг мочевины, 210 кг биурета, 28 кг углекислого газа, 377 кг аммиака и воду (остальное), такая газовая смесь охлаждается и конденсиру-. ется. Конденсацию и абсорбцию газовой смеси продолжают с использованием 20944 кг карбаматного раствора, выходящего с третьей стадии разложения, содержащего 4294 кг углекислого газа, 7400 кг аммиака, 9229 кг воды и 21 кг мочевины, который далее направляют вф третью секцию зоны нагрева при 47 С.47079 кг карбаматного раствора с температурой 937 фС, содержащего 18427 кг углекислого газа, 16102 кг аммиака, 12529 кг воды и 21 кг моче= вины, отводят из верхней секции зоны нагрева. Из этой же секции отводят 45 кг газовой .смеси, которая все еще содержит 6,3 кг углекислого газа, 9,1 кг аммиака, 0,8 кг водяного пара. и инертный газ (остальное).Из нижней части трубчатой системы отводят 67833 мг концентрированного раствора мочевины при 122,5 С. ЭтотОраствор содержит 63144 кг мочевины, 264. кг биурета, 0,02 кг углекислоты, 4,7 кг .аммиака и 4420 кг воды.Таким образом, выпариваемый раствор мочевины в виде пленки пропускают сверху вниз по внутренней поверхности трубок трубчатой системы, а конденси.рующийся газовьп поток и водный раствор карбамата направляют в межтрубное пространство в разные точки по высоте аппарата.При осуществлении предлагаемого способа тепло, необходимое для испарения воды, поставляется в виде теп 40 следующий в виде восходящего потока,Ввиду наличия ободов б,располагающихся в нисходящем направлении в верхней части отсека, вьппе жидкости образуется газовая подушка (позиция 7). Газовую смесь пропускают в следующий отсек через отверстия 9 отдельно от жидкости, которую пропускают через отверстия 8.Для производства мочевины в объеме 1500 т/сут, поверхность теплообмена в соответствии с известным способом должна составлять 1487 м 2. Однако, если стадию концентрирования осуществлять по изобретению, пропуская раствор мочевины в виде восходящего потока через трубки теплообменника, а генерирующую теплогазовую смесь вместе с водным раствором в виде нисходящего потока, то для достижения той же са- . 45 50 55 36335: 6ла, образующегося при реакции образо,вания карбамата из аммиака и двуокиси,в том случае, когда реагенты, находя 1 5 щиеся в кожухе теплообменника,т.е.газовая смесь, содержащая аммиак,двуокись углерода и пары воды, а также раствор, содержащий воду, например 1 Оразбавленный раствор карбамата, вступают в реакцию. в нисходящем потоке вкожухе, как это происходит в известном способе, невозможно обеспечитьхорошее смачивание внешней поверхности трубок теплообменника, в результате чего нельзя обеспечить постоянноговыделения тепла, и теплообмен междураствором мочевины, подлежащим концентрированию, и раствором карбамата,образующегося на поверхности трубокв кожухе теплообменника, становитсянерегулярным и неоптимальным по своимпараметрам.Эту проблему можно преодолеть сиспользованием изобретения, пропускаяподлежащий концентрированию раствормочевины в виде нисходящего потокачерез трубки теплообменника в газовуюсмесь, содержащую аммиак, двуокисьуглерода и пары воды, и раствор, содержащий воду, в виде восходящего потока через кожух,.обеспечивая приэтом невозможность образования обратного потока реакционной смеси в кожухе.Невозможность образования обратного потока обеспечивают посредствомгазовой подушки в каждом из отсекови отдельного пропускания жидкой фазыи газовой фазы из одного отсека в7 173633 мой концентрации раствора по отмечен- ным выше причинам требуется площадь поверхности теплообмена, равная 3187 м.Таким образом, проведение процесса с использованием на первой стадии выпаривания предлагаемого аппарата обеспечивает хорошее смачивание наружной поверхности трубок, что улучшает теплообмен и позволяет сократить необходимую поверхность теплообмена. 15 ЗО 5. Устройство по л и ч а ю щ е е с я нительные отверстия городках поочередно риферии. пп,.2 - 4, о ттем, что дополвыполнены в перев центре и по пе 40 Формула изобретения 1. Способ концентрирования раствора мочевины выпариванием содержащейся в нем воды путем пропускания раствора мочевины в виде пленки по внутренней поверхности трубок вертикальной трубчатой системы выпарного аппарата при получении необходимого для выпаривания количества тепла за счет конденсации в зоне нагрева газовой смеси, содержащей аммиак, углекислый гаэ и водяные пары, которую подают противотоком к раствору мочевины в . межтрубное пространство вблизи одного иэ концов трубок трубчатой системы при подаче раствора мочевины с другого конца трубок и подводе водного раствора карбамата в межтрубное пространство в точке, расположенной между местом ввода раствора мочевины в трубки трубчатой системы и местом ввода газовой смеси в межтрубное пространство аппарата, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью уменьшения металлоемкости оборудования при сокращении поверхности теплообмена, конденсирующуюся газовую смесь подают в нижнюю часть зоны нагрева, разделенную горизонтальными перфорироланными перегородками на ряд секций,5 8расположенных одна над другой, причем газовый поток и образующийся конденсат направляют в вьшерасположенные секции через разные отверстия вперегородке, что предотвращает воэможность возврата газовой смеси иликонденсата из верхней секции в нижнюю.2. Устройство для концентрирования раствора мочевины, содержащеевертикальный тепломассообменный аппарат, включающий камеру нагрева, вертикальные теплообменные трубы, присоединенные к верхней и нижней трубным решеткам и размещенные в камеренагрева, и штуцер подвода растворамочевины, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью сокращения металлоемкости оборудования, аппарат снабжен средством для обраэевания пленкив трубах и горизонтальными перегородками, размещенными в камере нагреваодна над другой с образованием сек-ций, штуцерами подвода и отвода, газовой смеси, и конденсата, при этом вперегородках выполнены основные и дополнительные отверстия, а штуцер подвода раствора мочевины расположен надверхней трубной решеткой,3. Устройство по п.2, о т л и -Уч а ю щ е е с я тем, что теплообменные трубы размещены в основных отверстиях перегородок с зазбром.4. Устройство по пп.2 и 3, о т - 5 л и ч а ю щ е е с я тем, что дополнительные отверстия выполнены с отбортовкой, направленной вниз.Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5