CN112657451A - 一种外环流氨化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外环流氨化反应器。本发明包括沉降分离器、搅拌装置、提升管、回流管、循环泵、气体分布器和多个网栅；气体分布器包括进气管和气氨喷嘴，气氨喷嘴可拆卸的安装在进气管的出气端，气氨喷嘴水平喷射气体，多个网栅间隔设置在提升管内，且均位于气体分布器的上方。气氨喷嘴可拆卸的安装在进气管上，方便更换不同孔径的气氨喷嘴，可以适应不同的气相处理量的要求，喷嘴水平喷射，可以避免料浆堵塞喷气孔口的问题，网栅可以拆散团絮状固体粒子，降低粘度；另一方面，网栅破碎提升管中心区域的大尺寸的气泡，从而增大气泡破碎概率和气泡表面更新速率，同时气泡比表面积也增大，因此网栅结构可以有效的提高气液两相传质反应速率。

Description

一种外环流氨化反应器

技术领域

本发明涉及磷氨生产技术领域，尤其涉及一种外环流氨化反应器。

背景技术

磷酸一铵被广泛应用于阻燃剂、灭火剂、医药行业、饲料添加剂、高档肥料中，其主要生产原料为磷酸。磷酸生产主要采用热法和湿法，而热法磷酸存在能耗高、污染严重等问题，因此湿法磷酸生产磷铵的技术是目前研究的热点问题。磷酸的连续氨化中和是磷铵生产的最重要的工艺过程，主要采用外环流氨化反应器。我国磷矿资源虽然丰富，但贫化趋势加速，P₂O₅含量大于30％的富矿仅占探明储量的6.6％。随着磷矿品质下降，杂质含量增多，料浆黏度增高、流动性变差，料浆容易结垢并堵塞气体分布器的进气孔和管道，磷酸与氨反应不充分，氨逸出率高，磷氨产出率低。氨气逸出造成资源的浪费，提高了磷铵生产的成本。逸出的氨气与空气中的二氧化硫形成对人体有害的硫酸铵，严重污染环境。因此，促进磷氨产业技术升级，提高产率，降低污染，是目前亟待解决的关键问题。料浆粘度增大，喷嘴喷出的氨气泡尺寸随之增大，且气泡聚并也使得小气泡转变为大气泡，气泡比表面积下降，传质和反应速率也降低。料浆中不均匀分布的团絮状固体粒子使得气液分布极不均匀，阻碍了气液两相传质反应，氨逸出率高。料浆中的团絮状固体颗粒还容易造成分布器孔口堵塞。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种外环流氨化反应器。

本发明的一种外环流氨化反应器，包括沉降分离器、搅拌装置、提升管、回流管、循环泵、气体分布器和多个网栅；

所述沉降分离器设有与其内部相连通的循环进口和循环出口，所述回流管的一端与所述循环泵的进液口相连通，另一端与所述循环出口相连通，所述提升管的一端与所述循环泵的出液口相连通，另一端与所述循环进口相连通；所述沉降分离器的顶部设有蒸汽出口，底部设有料浆出口和料渣排出口；

所述气体分布器包括进气管和气氨喷嘴，所述进气管的出气端穿过所述提升管伸入其内，所述气氨喷嘴可拆卸的安装在所述进气管的出气端，所述气氨喷嘴水平喷射气体，多个所述网栅间隔设置在所述提升管内，且均位于所述气体分布器的上方；

所述提升管上还设有磷酸进口；

所述搅拌装置用于混合搅拌所述沉降分离器内料浆。

进一步的，所述气氨喷嘴包括圆环管，所述圆环管上的外侧壁上设有螺纹孔，所述进气管的出气端的外壁上设有外螺纹，所述进气管的出气端螺旋在所述螺纹孔内，且与所述圆环管内部相连通，所述圆环管内侧沿其内圆周开设有多个第一圆孔，且多个所述第一圆孔的轴线均位于同一水平面上且均穿过所述圆环管的圆心，所述圆环管外侧沿其外圆周间隔开设有多个第二圆孔，多个所述第二圆孔的轴线均位于同一水平面上。

进一步的，所述网栅的个数为三个，三个所述网栅等距间隔的设置在所述提升管内。

进一步的，相邻两个网栅直径的距离为所述提升管直径的3倍。

进一步的，所述网栅均包括三个丝网，三个所述丝网均为多个水平波浪状不锈钢丝排列构成，三个所述丝网错开安装。

进一步的，所述不锈钢丝的直径为0.2mm，波峰h为10-20mm，波面角a为70-90度。

进一步的，所述网栅通过卡环可拆卸的安装在所述提升管内，所述卡环焊接在所述提升管内，所述网栅可拆卸的安装在所述卡环上。

进一步的，所述磷酸进口位于所述气体分布器的下方；所述循环进口位于所述循环出口的下方。

进一步的，所述提升管位于所述气氨喷嘴与所述循环泵之间的管路上还设有调节阀。

进一步的，所述搅拌装置包括驱动件、旋转轴、和多个叶片，所述旋转轴竖直设置在所述沉降分离器中，多个所述叶片安装在所述旋转轴底端的四周，所述旋转轴的顶端伸出所述沉降分离器与所述驱动件传动连接，所述驱动件驱动所述旋转轴带动所述叶片旋转。

本发明的一种外环流氨化反应器的气氨喷嘴可拆卸的安装在进气管上，方便更换不同孔径的气氨喷嘴，可以适应不同的气相处理量的要求，使得不同的生产负荷下氨气分布更均匀，均匀鼓泡流向不均匀鼓泡流转转捩的表观气速更高，气液反应更充分。气氨喷嘴水平喷射，可以避免料浆堵塞喷气孔口的问题，网栅可以拆散团絮状固体粒子，降低粘度；另一方面，网栅破碎提升管中心区域的大尺寸的气泡，减小平均气泡粒径，使得气泡分布更均匀，增大气泡比表面积，料浆粘度减小，在相同表观气速下可以增大湍流强度，从而增大气泡破碎概率和气泡表面更新速率，同时气泡比表面积也增大，因此网栅结构可以有效的提高气液两相传质反应速率。

沉降分离器中的料浆在搅拌装置作用下产生强制旋流，破碎了团絮状固体颗粒，并将其沉降分离，从底部料渣排出口排出，大大改善了料浆堵塞管道的问题，也使得混合反应更均匀，也使得输出到下一步工序的磷铵料浆杂质减少。部分未反应的清液从沉降分离器上方循环料浆出口输送到提升管再次发生反应，提高了磷铵的产出率。通过增设搅拌装置，可以有效的实现气固液的沉降和分离，有效的降低了反应***的粘度，增强了传质和反应，降低了料浆堵塞管道的概率。

附图说明

图1为本发明的一种外环流氨化反应器的结构示意图；

图2为本发明的一种外环流氨化反应器的气体分布器的结构示意图；

图3为图2中的A处的放大结构示意图；

图4为本发明的一种外环流氨化反应器的丝网的结构示意图。

1、沉降分离器；11、循环进口；12、循环出口；13、蒸汽出口；14、料浆出口；15、料渣排出口；2、搅拌装置；21、驱动件；22、旋转轴；23、叶片；3、提升管；31、磷酸进口；4、回流管；5、循环泵；6、气体分布器；61、进气管；62、气氨喷嘴；621、圆环管；6211、螺纹孔；6212、第一圆孔；6213、第二圆孔；7、网栅；71、丝网；8、卡环；9、调节阀。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本发明的一种外环流氨化反应器，包括沉降分离器1、搅拌装置2、提升管3、回流管4、循环泵5、气体分布器6和多个网栅7；

沉降分离器1设有与其内部相连通的循环进口11和循环出口12，回流管4的一端与循环泵5的进液口相连通，另一端与循环出口12相连通，提升管3的一端与循环泵5的出液口相连通，另一端与循环进口11相连通；沉降分离器1的顶部设有蒸汽出口13，底部设有料浆出口14和料渣排出口15；

气体分布器6包括进气管61和气氨喷嘴62，进气管61的出气端穿过提升管3伸入其内，气氨喷嘴62可拆卸的安装在进气管61的出气端，气氨喷嘴62水平喷射气体，多个网栅7间隔设置在提升管3内，且均位于气体分布器6的上方；

提升管3上还设有磷酸进口31；

搅拌装置2用于混合搅拌沉降分离器1内料浆。

本发明的一种外环流氨化反应器的气氨喷嘴62可拆卸的安装在气体分布器6上，方便更换不同孔径的气氨喷嘴62，可以适应不同的气相处理量的要求，使得不同的生产负荷下氨气分布更均匀，均匀鼓泡流向不均匀鼓泡流转转捩的表观气速更高，气液反应更充分，气体处理量越大，则孔径可以相应增大；气氨喷嘴62水平喷射，可以避免料浆堵塞喷气孔口的问题，形成撞击流，可增强旋流，强化气液的掺混；氨气水平喷入提升管3，也使得其运动路径更复杂，停留更长，有利于强化传质和反应。网栅7可以拆散团絮状固体粒子，降低粘度；另一方面，网栅7破碎提升管3中心区域的大尺寸的气泡，减小平均气泡粒径，使得气泡分布更均匀，增大气泡比表面积。料浆粘度减小，在相同表观气速下可以增大湍流强度，从而增大气泡破碎概率和气泡表面更新速率；同时气泡比表面积也增大，因此网栅7结构可以有效的提高气液两相传质反应速率。

沉降分离器1中的料浆在搅拌装置2作用下产生强制旋流，破碎了团絮状固体颗粒，并将其沉降分离，从底部料渣排出口15排出，大大改善了料浆堵塞管道的问题，也使得混合反应更均匀，也使得输出到下一步工序的磷铵料浆杂质减少。部分未反应的清液从沉降分离器1上方循环料浆出口14输送到提升管3再次发生反应，提高了磷铵的产出率。通过增设搅拌装置2，可以有效的实现气固液的沉降和分离，有效的降低了反应***的粘度，增强了传质和反应，降低了料浆堵塞管道的概率。

如图2和3所示，气氨喷嘴62的结构有多种，在本实施例中，气氨喷嘴62可以包括圆环管621，圆环管621上的外侧壁上设有螺纹孔6211，进气管61的出气端的外壁上设有外螺纹，进气管61的出气端螺旋在螺纹孔6211内，且与圆环管621内部相连通，圆环管621内侧沿其内圆周开设有多个第一圆孔6212，且多个第一圆孔6212的轴线均位于同一水平面上且均穿过圆环管621的圆心，圆环管621外侧沿其外圆周间隔开设有多个第二圆孔6213，多个第二圆孔6213的轴线均位于同一水平面上。

氨气可以通过第一圆孔6212向提升管3中心区域喷射，形成撞击效应，增强了湍动程度，也使得气泡的停留时间增加，强化气液的掺混有利于反应的充分进行。氨气可以通过第二圆孔6213向提升管3的其他区域喷射使得其运动路径更复杂，停留更长，有利于强化传质和反应。可更换第一圆孔6212和第二圆孔6213的孔径不一样的喷嘴，以适应不同的气体处理量的需求，气体处理量越大，则孔径可以相应增大。

网栅7的个数可以为多种，在本实施例中，网栅7的个数可以为三个，三个网栅7等距间隔的设置在提升管3内。

相邻两个网栅7直径的距离为提升管3直径的3倍。

网栅7均包括三个丝网71，三个丝网71均为多个水平波浪状不锈钢丝排列构成，三个丝网71错开安装，气泡和团絮状组织可能穿过第一层丝网71孔隙而无法被剪切破碎，错开安装，可以将这部分气泡和団絮状组织破碎，错开安装的角度在这里不做限定，例如：三个丝网71可以错开90度安装。

如图4所示，不锈钢丝的直径不能太大，气泡的直径大约在几个毫米，不锈钢丝需要比气泡直径小得多，太大则气泡会绕过丝网71，而无法达到剪切气泡的效果，例如：不锈钢丝的直径可以为0.2mm。当大气泡和团絮状固体颗粒通过网栅7时，网栅7将使大气泡破碎，使得气泡分布更均匀，团絮状固体颗粒拆散，从而降低料浆粘度和气泡的平均粒径，提高比表面积，加强传质和反应，为避免堵塞，波峰高度及波面角可以适当加大，但是过大又会影响大气泡和团絮状固体颗粒的破碎效果，所以水平波浪状不锈钢丝的波峰h可以为10-20mm，波面角a可以为70-90度。

网栅7通过卡环8可拆卸的安装在提升管3内，卡环8焊接在提升管3内，网栅7可拆卸的安装在卡环8上，大气泡的上升速度更大，在升力作用下大气泡聚集在提升管3的中心区域，因此为了破碎大气泡，丝网71中心区域的不锈钢丝需要密集布置，而边缘区域则可以稀疏布置，方便安装在卡环8上。

磷酸进口31位于气体分布器6的下方；循环进口11位于循环出口12的下方。磷酸进口31设置在分布器下方，在强湍动能作用下与氨气气泡发生混合和反应，放出大量的热，进一步增强湍流和混合，使反应更充分，减小氨逸出率。循环料浆循环进口11设置在沉降分离器1下端，逸出的氨气还能进一步与沉降分离器1的残留磷酸发生反应，循环出口12设置在沉降分离器1上端，可以有效的将分离后的清液通过底部回流区输送到提升管3中进一步反应。总之，通过调整进出口的位置，可以有效提高磷铵的产率，减少氨逸出。

提升管3位于气氨喷嘴62与循环泵5之间的管路上还设有调节阀9，改变提升管3的当量直径，则改变了提升管3和沉降分离器1的当量直径比，当量直径比减小，循环液速增大。调节阀9和循环泵5一起调节提升管3中的循环液速，从而改变提升管3中氨气气泡的上升速度和湍动强度。当料浆粘度增大，需要减小调节阀9，减小提升管3的当量直径，提高循环泵5的转速，避免料浆堵塞管道。

搅拌装置2的结构有多种，在这里不做限定，在本实施例中，搅拌装置2可以包括驱动件21、旋转轴22、和多个叶片23，旋转轴22竖直设置在沉降分离器1中，多个叶片23安装在旋转轴22底端的四周，旋转轴22的顶端伸出沉降分离器1与驱动件21传动连接，驱动件21驱动旋转轴22带动叶片23旋转。驱动件21可以为电机，可调节电动机的转速，从而调节旋转轴22和叶片23的转速，使得沉降分离器1中的流体发生强制旋流，增强气液的湍动，可以拆散沉降分离器1中团絮状固体颗粒，进一步降低粘度，提高湍流扩散系数，使得料浆混合更均匀；从循环出口12逸出的未充分反应的氨气在强旋流剪切作用下，破裂形成小气泡，继续与沉降分离器1中的磷酸发生反应。湿法磷酸中的Fe、Ca、Mg、Al、SiO₂、SO₄ ^2-、F等杂质在氨中和过程中会生成不溶性固体杂质颗粒，这些固体杂质颗粒在强制旋流的离心力作用下，沿着沉降分离器1沉降，并可从料渣排出口15排出，较清的料浆从料浆出口14输出到下一步工序。上层清液则由循环出口12输出，流经底部回流管4进入提升管3重新反应。

以上未涉及之处，适用于现有技术。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种外环流氨化反应器，其特征在于：包括沉降分离器(1)、搅拌装置(2)、提升管(3)、回流管(4)、循环泵(5)、气体分布器(6)和多个网栅(7)；

所述沉降分离器(1)设有与其内部相连通的循环进口(11)和循环出口(12)，所述回流管(4)的一端与所述循环泵(5)的进液口相连通，另一端与所述循环出口(12)相连通，所述提升管(3)的一端与所述循环泵(5)的出液口相连通，另一端与所述循环进口(11)相连通；所述沉降分离器(1)的顶部设有蒸汽出口(13)，底部设有料浆出口(14)和料渣排出口(15)；

所述气体分布器(6)包括进气管(61)和气氨喷嘴(62)，所述进气管(61)的出气端穿过所述提升管(3)伸入其内，所述气氨喷嘴(62)可拆卸的安装在所述进气管(61)的出气端，所述气氨喷嘴(62)水平喷射气体，多个所述网栅(7)间隔设置在所述提升管(3)内，且均位于所述气体分布器(6)的上方；

所述提升管(3)上还设有磷酸进口(31)；

所述搅拌装置(2)用于混合搅拌所述沉降分离器(1)内料浆。

2.如权利要求1所述的一种外环流氨化反应器，其特征在于：所述气氨喷嘴(62)包括圆环管(621)，所述圆环管(621)上的外侧壁上设有螺纹孔(6211)，所述进气管(61)的出气端的外壁上设有外螺纹，所述进气管(61)的出气端螺旋在所述螺纹孔(6211)内，且与所述圆环管(621)内部相连通，所述圆环管(621)内侧沿其内圆周开设有多个第一圆孔(6212)，且多个所述第一圆孔(6212)的轴线均位于同一水平面上且均穿过所述圆环管(621)的圆心，所述圆环管(621)外侧沿其外圆周间隔开设有多个第二圆孔(6213)，多个所述第二圆孔(6213)的轴线均位于同一水平面上。

3.如权利要求1所述的一种外环流氨化反应器，其特征在于：所述网栅(7)的个数为三个，三个所述网栅(7)等距间隔的设置在所述提升管(3)内。

4.如权利要求3所述的一种外环流氨化反应器，其特征在于：相邻两个网栅(7)之间的距离为所述提升管(3)直径的3倍。

5.如权利要求4所述的一种外环流氨化反应器，其特征在于：所述网栅(7)均包括三个丝网(71)，三个所述丝网(71)均为多个水平波浪状不锈钢丝排列构成，三个所述丝网(71)错开安装。

6.如权利要求5所述的一种外环流氨化反应器，其特征在于：所述不锈钢丝的直径为0.2mm，波峰h为10-20mm，波面角a为70-90度。

7.如权利要求3所述的一种外环流氨化反应器，其特征在于：所述网栅(7)通过卡环(8)可拆卸的安装在所述提升管(3)内，所述卡环(8)焊接在所述提升管(3)内，所述网栅(7)可拆卸的安装在所述卡环(8)上。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种外环流氨化反应器，其特征在于：所述磷酸进口(31)位于所述气体分布器(6)的下方；所述循环进口(11)位于所述循环出口(12)的下方。

9.如权利要求1-7任一项所述的一种外环流氨化反应器，其特征在于：所述提升管(3)位于所述气氨喷嘴(62)与所述循环泵(5)之间的管路上还设有调节阀(9)。

10.如权利要求1-7任一项所述的一种外环流氨化反应器，其特征在于：所述搅拌装置(2)包括驱动件(21)、旋转轴(22)、和多个叶片(23)，所述旋转轴(22)竖直设置在所述沉降分离器(1)中，多个所述叶片(23)安装在所述旋转轴(22)底端的四周，所述旋转轴(22)的顶端伸出所述沉降分离器(1)与所述驱动件(21)传动连接，所述驱动件(21)驱动所述旋转轴(22)带动所述叶片(23)旋转。

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