一种改进的管式反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种改进的管式反应器，含有一个反应物混合区段、一个反应物反应区段以及一个反应产物输出喷嘴，其特征在于：在所述反应物混合区段设有一个螺旋喷射混合装置；在所述反应物反应区段设有螺旋混合装置。通过调整在混合段的物料接触顺序和螺旋喷射混合装置，控制混合程度、接触面积和反应速度，保证既使物料混合均匀，又不使反应过于剧烈；在反应区段，通过螺旋混合装置使气、液、固相逐步混合充分，实现反应均匀、平稳、温和、充分的进行，形成高质量的雾化状况良好的料浆。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学肥料生产工艺中的关键设备，具体地说是一种化学合成法复合肥生产工艺中的气-液相或液-液相反应的管式反应器，特别是有气氨或液氨与酸或混合酸反应的管式反应器。
技术介绍
在复合肥生产工艺中，产品质量最高的是化学合成法工艺，生产中的主要的化学反应是氨与酸或混酸，如磷酸、硫酸、硝酸的反应，现有使用的氨化反应器，有常压和加压氨化反应器两种。常压氨化反应器大多使用搅拌槽，内设有搅拌桨，流体流动为混合流动，反应物之间能充分混合，但反应压力低、返混严重，反应速度慢，设备庞大，中和度较低，氨损失大，反应热难以充分利用，料浆含水量大，后续转鼓造粒过程中返料比高、干燥耗能较高。加压反应器主要设备是管式反应器，利用氨化反应过程中产生的热量和蒸汽进行充分的雾化混合，由于提高了反应压力和混合效果，氨的反应率高、损耗小，并且充分利用反应热蒸发水分，生成的料浆含水量低，在造粒过程中的成粒率高，返料比低，干燥能耗低，设备运行费用低。由于使用了温度较高的料浆结晶造粒，产品的强度较高，外观较好，养分调节快速。不需要预中和槽、搅拌器、料浆泵、管线等，流程简单，设备投资节省，其操作简单方便。所以，管式反应器是化学合成法生产工艺中的关键设备。但是，在反应器内的物料必须充分混合均匀，否则容易出现结疤、过热、腐蚀、反应率低、气喘、振动等现象，难以平稳正常的进行操作。在管式反应器中的主要反应为H3PO4+NH3＝NH4H2PO4NH4H2PO4+NH3＝(NH4)2HPO42NH3+H2SO4＝(NH4)2SO4NH3+HNO3＝NH4NO3氨和磷酸生成磷酸一铵的反应为快速的不可逆放热反应，磷酸一铵与氨继续反应生成磷酸二铵的反应速度则慢得多，硫酸与氨生成硫酸铵、硝酸与氨生成硝酸铵的反应为快速不可逆放热反应。在进入管式反应器的各种物料中，洗涤水酸的浓度最低、含水率最高，而且在洗涤系统已经过部分中和，主要是磷酸一铵与氨中和生成磷酸二铵的反应，所以反应量最小，主要作用是调节料浆温度、粘度、液相总量；磷酸含水率较高，磷酸与氨反应生产磷酸一铵和磷酸二铵是管式反应器的主反应，主要作用是提供反应热，形成中和度适当的磷铵料浆；硫酸、硝酸的量较小，但反应速度快、反应放热大，主要作用是提供反应热、控制料浆的N/P、保证料浆质量、调整养分比例。在管式反应器中最主要的磷酸与氨的反应，属于气膜传质控制的快速气液反应，总反应速率与相界传质面积成正比，随反应温度的升高而降低，随气液相混合速度的增强而增加。凡能增加气液混合及接触面积，适当降低反应温度、提高反应压力的措施，均能强化反应过程，提高设备生产能力，降低氨的溢出。采用高速喷氨，增强气液搅拌混合，使反应器内流体成细泡状流动，是强化该过程的最有效的措施。现有的管式反应器一般由进料端设混合器、出料端设喷头的不带填料的管段构成，其内径在10～300mm之间，长度在1～10m之间，长度/直径比一般不小于50，主要作用是使气相或液相原料进行充分混合反应，最终将生成的料浆经喷头雾化喷出。美国TVA在六十年代中期开始开发T型管式反应器，氨从中心管导入、磷酸等其他物料从侧面加入；之后又开发了十字形管式反应器，(Pipe crossReactor，简称PCR)，氨从中心管加入，磷酸在侧面加入，从正对磷酸入口的另一侧加入由尾气洗涤导入的稀磷酸以及补加的硫酸。由于仅靠物料自然流动混合，物料的混合不充分，反应不完全，而且局部反应剧烈，容易腐蚀、结疤和堵塞。针对管式反应器的缺点，很多研究人员对管式反应器进行了大量改进，形成了很多专利技术。美国专利3954942、3310371，法国专利217172826、2199478均对管式反应器的进料方式和结构作了调整，但仍然存在容易腐蚀和出现阻塞的现象。美国专利3419378使用了磷酸螺旋旋转的结构，混合效果较好，但是磷酸对螺旋喷头的冲刷和腐蚀极为严重，前面的混合收口也容易阻塞。中国专利87107537对混合装置的结构较为成功将主要的反应物磷酸和硫酸进行混配经套管进料器进入混合区，首先与氨雾化接触进行部分反应，然后与中心管进入的洗涤水混合，最后进入管式反应器的反应段进行充分反应。采用这样的套管喷射混合装置，使各种物料的混合更均匀，但是仍然存在的问题是磷酸与硫酸先进行混合，由于硫酸稀释后温度上升、腐蚀性增加，所以混合后的混酸对T型混合管和通氨的套管的腐蚀仍然严重；在混合区由于主要的反应物磷酸和反应速度最快的硫酸与氨最先接触，过早的进行了反应，使得氨和水大量汽化，造成局部料浆过热，在混合区出现剧烈的湍动，引起结疤、气喘和振动，并造成材料腐蚀、老化。在管式反应器的反应段，随着磷酸与氨的反应量增加，在反应器后半段，尤其是在出口喷头前的料浆开始出现气、液、固分离的状态，使得反应不完全，反应率低。因此，美国专利4861352、4931225、4867918、5061406、5211916、5302325，使用了文丘里(缩放节)或会聚结、导流锥对料浆进行二次混合，保证物料混合均匀。中国专利87107538采用相同的原理对管式反应器的反应段做了结构的改进在管式反应器的反应段进口设置文丘里，在管内和出口设置文丘里或会聚节，使料浆多次混合，保证混合充分、反应均匀。但是，在管式反应器的段进口处反应物的浓度较高，由于文丘里的混合程度较高，造成反应突然加剧，容易出现局部过热，引起材料的腐蚀、老化和热变形；文丘里或会聚节的阻力较大，在管式反应器的反应段的后半段，尤其是在进喷头前，随着反应的进行料浆的固含量和粘度加大，在文丘里或会聚节的收口处容易出现堵塞现象，引起结疤和压力波动，在反应物配料的氮磷比高、含水量低或磷酸中杂质含量高时，这种现象更加严重。虽然做了上述改进，但现有的管式反应器仍存在以下问题硫酸先进行了稀释，由于硫酸稀释后酸性增强、腐蚀性增强、温度升高，因而混酸的腐蚀性大大增强；酸或混酸先与氨接触反应，由于反应速度快、反应剧烈，容易产生局部高温及剧烈湍动；在混合区有的没有设置混合装置，有的采用了套管喷射混合装置，混合的效果不理想，造成局部反应过于剧烈、料浆过热，引起结疤、气喘和振动。混合后的物料在进入主反应区时，有的没有混合装置，反应不均匀，容易结疤和堵塞，反应也不充分、反应率低；有的采用改变流通截面积的文丘里或缩聚节、导流锥进行混合，由于反应物的浓度较大、混合过于充分，反应过于剧烈、局部温度过高，容易出现结疤和反应器的振动，反应器运行不平稳；在反应段内有的没有设混合装置，料浆出现气、液、固分离的状态，使得反应不完全，反应率低、容易结疤；有的采用改变流通截面积的文丘里或会聚节、导流锥进行混合，阻力大、易结疤、易结疤，不适合粘稠的磷铵料浆。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种改进的管式反应器，在混合区段，通过螺旋喷射混合装置控制混合程度、接触面积和反应速度，保证既使物料混合均匀，又不使反应过于剧烈；在反应区段，通过螺旋混合装置使气、液、固相逐步混合充分，实现反应均匀、平稳、温和、充分的进行，形成高质量的雾化状况良好的料浆。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的一种用于以酸或混合酸与氨进行反应制备铵化合物的管式反应器，含有一个反应物混合区段、一个反应物反应区段以及一个反应产物输出喷嘴，其特征在于在所述反应物混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于以酸或混合酸与氨进行反应制备铵化合物的管式反应器，含有一个反应物混合区段、一个反应物反应区段以及一个反应产物输出喷嘴，其特征在于：在所述反应物混合区段设有一个螺旋喷射混合装置；在所述反应物反应区段设有螺旋混合装置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武四海，王金铭，王宝安，石学勇，张兵印，梁红江，
申请(专利权)人：中国阿拉伯化肥有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]