专利名称：一种改进的管式反应器的制作方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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。
发明内容
本发明的目的在于，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。
本发明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。
一种优选技术方案，其特征在于所述螺旋混合装置位于所述反应物反应区段靠近所述反应物混合区段一端。
一种优选技术方案，其特征在于所述反应物反应区段靠近所述反应产物输出喷嘴一端还设有一个螺旋混合装置。
一种优选技术方案，其特征在于所述反应物混合区段包括最外层套管、中间套管和中心管，所述最外层套管靠近反应物反应区段一端的空间为混合区，所述中间套管位于所述最外层套管和中心管之间；所述最外层套管两侧设有一个或两个进料口，用于磷酸和洗涤水的加入，经最外层套管的环形通道进入混合区；所述中间套管一侧设有一进料口，用于氨的进料；所述中心管一端设有进料口，用于硫酸的进料。
一种优选技术方案，其特征在于所述螺旋喷射混合装置为安装在中心管外侧或中间套管内侧的螺旋形导流翅片。
一种优选技术方案，其特征在于所述混合区段的螺旋形导流翅片为3～10片。
一种优选技术方案，其特征在于所述混合区段的螺旋形导流翅片的高度为中间套管与中心管间距的10～100％。
一种优选技术方案，其特征在于所述混合区段的螺旋形导流翅片与中心管轴向之间的旋转角度θ为5～45°，最好是30～45°；与中心管径向之间的倾斜角度Ф为0～45°，最好是25～45°。
一种优选技术方案，其特征在于所述混合区段的螺旋形导流翅片与中心管轴向之间的旋转角度θ以及与中心管径向之间的倾斜角度Ф是逐步变化的，最好是按流体总体流动的方向由小向大变化。
一种优选技术方案，其特征在于所述螺旋混合装置为安装在反应区段管道内的螺旋形导流翅片。
一种优选技术方案，其特征在于所述反应区段内的螺旋形导流翅片为3～6片。
一种优选技术方案，其特征在于所述反应区段内的螺旋形导流翅片的高度为管式反应器反应段管道内径的10～30％。
一种优选技术方案，其特征在于所述反应区段内的螺旋形导流翅片与反应区段管道轴向之间的旋转角度α为5～45°，最好是10～30°；与反应区段管道径向之间的倾斜角度β为0～30°，最好是0～15°。
一种优选技术方案，其特征在于所述反应区段内的螺旋形导流翅片与反应区段管道轴向之间的旋转角度α以及与反应区段管道径向之间的倾斜角度β是逐步变化的，最好是按流体总体流动的方向由小向大变化。
一种优选技术方案，其特征在于所述螺旋混合装置之间以及与螺旋喷射混合装置的旋转方向同向或反向。
磷酸与洗涤水先经T型管进行混合稀释后再从最外层套管的进料口加入，或者磷酸和洗涤水分别从最外层套管两侧的进料口加入，经最外层套管的环形通道进入混合区；氨从中间套管的进料口进入，由于所述螺旋喷射混合装置将中间套管的环形通道分割成若干个螺旋形通道，进入中间套管的氨旋转喷出，进入混合区，与磷酸和洗涤水进行充分的地雾化混合形成气液混合料浆；硫酸从中心管进料口进入混合区，与所述气液混合料浆快速混合后，进入反应物反应区段进行充分反应。
有益效果本发明的改进的管式反应器的优点(1)原料氨在各进口物料的中间，氨的搅动有利于降低气膜控制的阻力，使气氨更快地溶解到液相中；氨的高速喷射可以防止氨管路中倒吸入硫酸，生成硫酸铵结晶引起氨管线阻塞；氨的腐蚀性较小，其旋转产生的腐蚀和磨损不大，避免了其他液相旋转产生的严重腐蚀和磨损。
(2)硫酸通过中心管加入，不经过稀释直接参加反应，使得硫酸的腐蚀性大大降低，反应热可以很快被料浆吸收，不容易出现因局部高温的情况，利用硫酸的快速反应吸收未及时与磷酸反应的气氨，减少液氨和水急剧汽化产生的体积变化，反应平稳，管式反应器的结疤、气喘、振动、噪音大大下降。
(3)螺旋喷射混合装置的分散均匀，但混合强度较小、液滴较大，主要的反应物磷酸先用洗涤水进行了稀释，防止了反应速度过快，使反应温和平稳。
(4)磷酸与洗涤水混合后温度较低，减少了水的汽化量，减小了气氨向溶液内扩散的阻力，增加了溶液吸收气氨的速度和容量，从而降低了总反应物的体积变化。
(5)螺旋喷射混合装置基本上不需要改变流通截面积，比文丘里的阻力小，不容易结疤，即使有少量结疤也会很容易被料浆冲刷干净，降低了反应器的结疤、气喘、振动，操作的稳定性和安全性提高。
(6)反应区段内的料浆在螺旋混合装置的螺旋形导流翅片的作用下，产生离心力、剪切力和旋转，使得气、液、固相混合充分。
(7)反应区段内的螺旋混合装置基本上不需要改变流通截面积，阻力小；(8)反应区段内的螺旋混合装置混合的程度适当，反应器运行平稳。
(9)由于反应均匀，反应器的效率提高，管式反应器的生产能力提高。
(10)反应器提高了对料浆粘度的适应性，对原料配比氮磷比、含水量和磷酸中杂质含量的要求放宽，从而提高了管式反应器对原料的适应性和操作的弹性。
本发明中的硫酸可以用硝酸替代，使用硝酸的优点是氨化反应热较硫酸氨化反应热小；氮含量比硫酸含量高，生产的配方更容易调节；增加了一种提供反应热的酸，原料的是适应性增加；在产品中增加了硝态氮含量，提高了产品的适应性。
下面通过附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
图1是本发明的管式反应器的剖面示意图；图2是混合区段的剖面示意图；图3是混合区段内的A-A向截面示意图；图4是反应区段内的螺旋混合装置的剖面示意图；图5是反应区段内的螺旋混合装置的B-B向截面示意图。
具体实施例方式
如图1-5所示，本发明的管式反应器包括反应物混合区段6、反应物反应区段3、反应产物输出喷嘴1。在反应物混合区段6，磷酸与洗涤水经T型管11从最外层套管一侧进料口进入混合区7；氨由进料口9进入中间套管内的环形通道，经螺旋形导流翅片8的引导产生旋转喷出，进入混合区7；硫酸由中心管进料口10进入混合区7，所有反应物在混合区7内混合均匀，经部分反应后进入反应物反应区段3。
反应物反应区段3由内衬防腐材料的管道组成，反应物反应区段3内设置有一个螺旋混合装置4，料浆经其上的螺旋形导流翅片5产生旋转，气、液、固相进行逐步混合使反应完全；反应物反应区段3在靠近反应产物喷嘴1一端设置有一个与螺旋混合装置4结构相同的螺旋混合装置2，使料浆在进入反应产物喷嘴1之前，经其上的螺旋形导流翅片5′产生旋转，再次混合均匀，保证喷出的料浆充分雾化。
如图2、3所示，θ为混合区段的螺旋形导流翅片与中心管轴向之间的旋转角度；Ф为混合区段的螺旋形导流翅片与中心管径向之间的倾斜角度。
如图3、4所示，α为反应区段内的螺旋形导流翅片与反应区段管道轴向之间的旋转角度，β为反应区段内的螺旋形导流翅片与反应区段管道径向之间的倾斜角度。
反应器的反应产物输出喷嘴1可以是对称的正锥形，或者是不对称的斜锥形，也可以有0～90°弯转，以引导反应物的喷转方向。
下面结合具体的使用情况进一步说明在内径为150mm，长度5.9米的管式反应器内，采用原来CN87107538结构的反应器与采用本发明结构的实际运行情况比较如下对比实施例1
使用CN87107538中的管式反应器生产能力最大投量为氨 7.2t/h98％硫酸 16.6t/h52％磷酸 12.0t/h尾气回收的洗涤水 17.0t/hN/P1.5投料再高，则管式反应器开始出现结疤、气喘、振动，氨的反应率下降，管式反应器压力6～8kg/cm2，噪音100分贝，在使用10天，进入反应段的第一个文丘里的聚四氟乙烯已经严重炭化，颜色乌黑、有很多裂纹。通入磷酸、硫酸的不锈钢T型管中间套管使用6个月后由于冲刷腐蚀已经变薄穿孔，进入洗涤水的中心管经腐蚀已经短于通氨套管，开始出现混酸倒吸入氨管，造成硫酸铵、磷酸铵结晶堵塞，必须经常用蒸气吹扫，操作已经不正常，而且由于剩余的管道壁厚太薄无法维修，T型管和中心管必须全部重新更换。
实施例1本发明管式反应器在中心管的外侧固接了3片螺旋形导流翅片，旋转方向为顺时针，旋转角度θ为5°，倾斜角度Ф为0°，在管式反应器的反应段进口设置一个螺旋混合装置4，在反应物输出喷嘴前安装一个与螺旋混合装置4相同的一个螺旋混合装置2，螺旋形导流翅片为3片，旋转方向为顺时针，旋转角度α为5°，倾斜角度β为0°，在相同的投量下，没有出现结疤、气喘、振动，管式反应器压力3～5kg/cm2，压力平稳，管式反应器反应和喷射正常，噪音50分贝，在使用30天后，进入反应段的螺旋混合器的聚四氟乙烯仅出现颜色发黄，没有裂纹。通入磷酸、洗涤水的不锈钢T型管使用1.0年没有明显腐蚀，使用寿命达到2.5年。通入硫酸的不锈钢中心管使用9个月后腐蚀变短，但仍长于通氨套管能正常使用，剩余中心管的壁厚没有明显的减薄，焊接加长后可继续使用，通入硫酸的中心管经维修可以反复使用1.5年。而且在保证正常运行的情况下，生产能力可提高25％，最大生产投量达到氨 9.1t/h98％硫酸 20.7t/h52％磷酸 15.0t/h尾气回收的洗涤水 19.0t/h
N/P 1.5对比实施例2投料量同对比实施例1，使用CN87107538中的管式反应器生产出现的问题同对比实施例1。
实施例2本发明管式反应器在中心管的外侧固接了10片螺旋形导流翅片，旋转方向为顺时针，旋转角度θ为45°，倾斜角度Ф为45°，在管式反应器的反应段进口设置一个螺旋混合装置4，在反应物输出喷嘴前安装一个与螺旋混合装置4相同的一个螺旋混合装置2，螺旋形导流翅片为6片，旋转方向为顺时针，旋转角度α为45°，倾斜角度β为30°，在相同的投量下，没有出现结疤、气喘、振动，管式反应器压力3～5kg/cm2，压力平稳，管式反应器反应和喷射正常，噪音55分贝，在使用30天后，进入反应段的螺旋混合器的聚四氟乙烯仅出现颜色发黄，没有裂纹。通入磷酸、洗涤水的不锈钢T型管使用1.0年没有明显腐蚀，使用寿命达到2.5年。通入硫酸的不锈钢中心管使用9个月后腐蚀变短，但仍长于通氨套管能正常使用，剩余中心管的壁厚没有明显的减薄，焊接加长后可继续使用，通入硫酸的中心管经维修可以反复使用1.5年。与对比实施例1相同，在保证正常运行的情况下，生产能力可提高25％。
对比实施例3投料量同对比实施例1，使用CN87107538中的管式反应器生产出现的问题同对比实施例1。
实施例3本发明管式反应器在中心管的外侧固接了5片螺旋形导流翅片，旋转方向为顺时针，旋转角度θ为30°，倾斜角度Ф为25°，在管式反应器的反应段进口设置一个螺旋混合装置4，在反应物输出喷嘴前安装一个与螺旋混合装置4相同的一个螺旋混合装置2，螺旋形导流翅片为4片，旋转方向为顺时针，旋转角度α为10°，倾斜角度β为15°，在相同的投量下，没有出现结疤、气喘、振动，管式反应器压力3～5kg/cm2，压力平稳，管式反应器反应和喷射正常，噪音50分贝，在使用30天后，进入反应段的螺旋混合器的聚四氟乙烯仅出现颜色发黄，没有裂纹。通入磷酸、洗涤水的不锈钢T型管使用1.0年没有明显腐蚀，使用寿命达到2.5年。通入硫酸的不锈钢中心管使用9个月后腐蚀变短，但仍长于通氨套管能正常使用，剩余中心管的壁厚没有明显的减薄，焊接加长后可继续使用，通入硫酸的中心管经维修可以反复使用1.5年。与对比实施例1相同，在保证正常运行的情况下，生产能力可提高25％。
对比实施例4投料量同对比实施例1，使用CN87107538中的管式反应器生产出现的问题同对比实施例1。
实施例4本发明管式反应器在中心管的外侧固接了5片螺旋形导流翅片，旋转方向为顺时针，旋转角度θ为45°，倾斜角度Ф为45°，在管式反应器的反应段进口和反应段1/2处各设置一个螺旋混合装置4，在反应物输出喷嘴前安装一个螺旋混合装置2，螺旋形导流翅片为4片，旋转方向为顺时针，旋转角度α为30°，倾斜角度β为0°，在相同的投量下，没有出现结疤、气喘、振动，管式反应器压力3～5kg/cm2，压力平稳，管式反应器反应和喷射正常，噪音50分贝，在使用30天后，进入反应段的螺旋混合器的聚四氟乙烯仅出现颜色发黄，没有裂纹。通入磷酸、洗涤水的不锈钢T型管使用1.0年没有明显腐蚀，使用寿命达到2.5年。通入硫酸的不锈钢中心管使用9个月后腐蚀变短，但仍长于通氨套管能正常使用，剩余中心管的壁厚没有明显的减薄，焊接加长后可继续使用，通入硫酸的中心管经维修可以反复使用1.5年。与对比实施例1相同，在保证正常运行的情况下，生产能力可提高25％。
对比实施例5投料量同对比实施例1，使用CN87107538中的管式反应器生产出现的问题同对比实施例1。
实施例5本发明管式反应器在中心管的外侧固接了5片螺旋形导流翅片，旋转方向为顺时针，旋转角度θ从30°逐渐过渡到45°，倾斜角度Ф从25°逐渐过渡到45°，在管式反应器的反应段进口和反应段1/2处各设置一个螺旋混合装置4，在反应物输出喷嘴前安装一个螺旋混合装置2，螺旋形导流翅片为4片，旋转方向为顺时针，旋转角度α从10°逐渐过渡到30°，倾斜角度β从0°逐渐过渡到15°，在相同的投量下，没有出现结疤、气喘、振动，管式反应器压力3～5kg/cm2，压力平稳，管式反应器反应和喷射正常，噪音40分贝，在使用30天后，进入反应段的螺旋混合器的聚四氟乙烯仅出现颜色发黄，没有裂纹。通入磷酸、洗涤水的不锈钢T型管使用1.0年没有明显腐蚀，使用寿命达到2.5年。通入硫酸的不锈钢中心管使用9个月后腐蚀变短，但仍长于通氨套管能正常使用，剩余中心管的壁厚没有明显的减薄，焊接加长后可继续使用，通入硫酸的中心管经维修可以反复使用1.5年。与对比实施例1相同，在保证正常运行的情况下，生产能力可提高25％。
对比实施例6使用CN87107538中的管式反应器和本发明的管式反应器的生产投量相同，均为氨 9.2t/h93％硫酸17.7t/h42％磷酸18.34t/h尾气回收的洗涤水18.0t/hN/P 1.9使用CN87107538中的管式反应器实际产物的N/P只有1.0-1.5，且波动范围大，氨溢出量大，尾气洗涤水N/P已经达到1.8～1.9，PH达到6.5～7.5，洗涤系统回收氨困难，氨利用率95％，洗涤水密度达到1350～1450kg/m3，粘度高、流动性差、输送困难，需要外排洗涤水造成原料损失，管式反应器出现结疤、气喘、振动，管式反应器压力4～8kg/cm2，且波动很大，料浆喷射已经不连续，反应器无法正常运行，每1小时需要用蒸汽吹扫管式反应器1次，反应器运行噪音150分贝。通入磷酸、硫酸的不锈钢T型管和通入洗涤水的中心管使用8个月后已经冲刷腐蚀变薄，中心管已经很短于通氨套管，开始出现混酸倒吸入氨管，造成硫酸铵、磷酸铵结晶堵塞，必须经常用蒸气吹扫，操作已经不正常，而且由于剩余的管道壁厚太薄无法维修，T型管和中心管必须全部重新更换。
实施例6本发明管式反应器在中心管的外侧安装了3片螺旋形导流翅片，旋转方向为顺时针，旋转角度θ为30°，倾斜角度Ф为25°，在管式反应器的反应段进口和反应段1/2处各设置一个螺旋混合装置4，在反应物输出喷嘴前安装一个螺旋混合装置2，螺旋形导流翅片为3片，旋转方向为顺时针，旋转角度α为10°，倾斜角度β为0°，在相同的投量下，没有出现结疤、气喘、振动，管式反应器压力3～5kg/cm2，压力平稳，管式反应器反应和喷射正常，噪音60分贝。反应器产物的N/P达到有1.5～1.7，波动范围小，氨溢出量小，尾气洗涤水N/PN/P1.2～1.55，PH6.0～6.7，密度1350～1450kg/m3，氨利用率98.5％，洗涤水粘度合适、流动性良好、输送正常，洗涤系统能达到平衡，不需要外排洗涤水。通入磷酸、洗涤水的不锈钢T型管使用1.0年没有明显腐蚀，使用寿命达到2.5年。通入硫酸的不锈钢中心管使用10个月后腐蚀变短，但仍长于通氨套管能正常使用，剩余中心管的壁厚没有明显的减薄，焊接加长后可继续使用，通入硫酸的中心管经维修可以反复使用2年。
对比实施例7使用CN87107538中的管式反应器和本发明的管式反应器的生产投量同对比实施例6，使用CN87107538中的管式反应器实际运行状况同对比实施例6。
实施例7本发明管式反应器在中心管的外侧固接了10片螺旋形导流翅片，旋转方向为顺时针，旋转角度θ为45°，倾斜角度Ф为45°，在管式反应器的反应段进口和反应段1/2处各设置一个螺旋混合装置4，在反应物输出喷嘴前安装一个螺旋混合装置2，螺旋形导流翅片为6片，旋转方向为顺时针，旋转角度α为30°，倾斜角度β为15°，在相同的投量下，没有出现结疤、气喘、振动，管式反应器压力3～5kg/cm2，压力平稳，管式反应器反应和喷射正常，噪音65分贝。反应器产物的N/P达到有1.55～1.7，波动范围小，氨溢出量小，尾气洗涤水N/PN/P1.2～1.55，PH6.0～6.8，密度1350～1450kg/m3，氨利用率98.0％，洗涤水粘度合适、流动性良好、输送正常，洗涤系统能达到平衡，不需要外排洗涤水。通入磷酸、洗涤水的不锈钢T型管使用1.0年没有明显腐蚀，使用寿命达到2.5年。通入硫酸的不锈钢中心管使用10个月后腐蚀变短，但仍长于通氨套管能正常使用，剩余中心管的壁厚没有明显的减薄，焊接加长后可继续使用，通入硫酸的中心管经维修可以反复使用2年。
对比实施例8使用CN87107538中的管式反应器和本发明的管式反应器的生产投量同对比实施例6，使用CN87107538中的管式反应器实际运行状况同对比实施例6。
实施例8本发明管式反应器在通氨的中间套管的内侧固接了7片螺旋形导流翅片，旋转方向为顺时针，旋转角度θ为35°，倾斜角度Ф为25°，在管式反应器的反应段进口和反应段1/2处各设置一个螺旋混合装置4，在反应物输出喷嘴前安装一个螺旋混合装置2，螺旋形导流翅片为5片，旋转方向为顺时针，旋转角度α为30°，倾斜角度β为15°，在相同的投量下，没有出现结疤、气喘、振动，管式反应器压力3～5kg/cm2，压力平稳，管式反应器反应和喷射正常，噪音65分贝。反应器产物的N/P达到有1.55～1.7，波动范围小，氨溢出量小，尾气洗涤水N/PN/P1.2～1.50，PH5.8～6.5，密度1350～1450kg/m3，氨利用率98.3％，洗涤水粘度合适、流动性良好、输送正常，洗涤系统能达到平衡，不需要外排洗涤水。通入磷酸、洗涤水的不锈钢T型管使用1.0年没有明显腐蚀，使用寿命达到2.5年。通入硫酸的不锈钢中心管使用10个月后腐蚀变短，但仍长于通氨套管能正常使用，剩余中心管的壁厚没有明显的减薄，焊接加长后可继续使用，通入硫酸的中心管经维修可以反复使用2年。
对比实施例9使用CN87107538中的管式反应器和本发明的管式反应器的生产投量同对比实施例6，使用CN87107538中的管式反应器实际运行状况同对比实施例6。
实施例9本发明管式反应器在中心管的外侧固接了6片螺旋形导流翅片，旋转方向为顺时针，旋转角度θ从30°逐渐过渡到45°，倾斜角度Ф从25逐渐过渡到45°，在管式反应器的反应段进口和在反应段1/3、/2/3处各设置一个螺旋混合装置4，在反应物输出喷嘴前安装一个螺旋混合装置2，旋转方向为逆时针，螺旋形导流翅片为4片，旋转角度α从10°逐渐过渡到30°，倾斜角度β从0°逐渐过渡到15°，在相同的投量下，没有出现结疤、气喘、振动，管式反应器压力3～5kg/cm2，压力平稳，管式反应器反应和喷射正常，噪音50分贝。反应器产物的N/P达到有1.6～1.75，波动范围小，氨溢出量小，尾气洗涤水N/P1.1～1.50，PH5.5～6.5，密度1300～1450kg/m3，氨利用率99.0％，洗涤水粘度合适、流动性良好、输送正常，洗涤系统能达到平衡，不需要外排洗涤水。通入磷酸、洗涤水的不锈钢T型管使用1.0年没有明显腐蚀，使用寿命达到2.5年。通入硫酸的不锈钢中心管使用10个月后腐蚀变短，但仍长于通氨套管能正常使用，剩余中心管的壁厚没有明显的减薄，焊接加长后可继续\使用，通入硫酸的中心管经维修可以反复使用2年。
对比实施例10使用CN87107538中的管式反应器和本发明的管式反应器的生产投量同对比实施例6，使用CN87107538中的管式反应器实际运行状况同对比实施例6。
实施例10本发明管式反应器在中心管的外侧固接了8片螺旋形导流翅片，旋转方向为顺时针，旋转角度θ从30°逐渐过渡到45°，倾斜角度Ф从25逐渐过渡到45°，在管式反应器的反应段进口设置一个旋转方向为顺时针的螺旋混合装置，在反应段1/2处设置一个旋转方向为逆时针的螺旋混合装置4，在反应物输出喷嘴前安装一个旋转方向为顺时针的螺旋混合装置2，螺旋形导流翅片为3片，旋转角度α从10°逐渐过渡到30°，倾斜角度β从0°逐渐过渡到15°，在相同的投量下，没有出现结疤、气喘、振动，管式反应器压力3～5kg/cm2，压力平稳，管式反应器反应和喷射正常，噪音50分贝。反应器产物的N/P达到有1.6～1.8，波动范围小，氨溢出量小，尾气洗涤水N/P1.1～1.5，PH5.5～6.5，密度1300～1450kg/m3，氨利用率99.0％，洗涤水粘度合适、流动性良好、输送正常，洗涤系统能达到平衡，不需要外排洗涤水。通入磷酸、洗涤水的不锈钢T型管使用1.0年没有明显腐蚀，使用寿命达到2.5年。通入硫酸的不锈钢中心管使用10个月后腐蚀变短，但仍长于通氨套管能正常使用，剩余中心管的壁厚没有明显的减薄，焊接加长后可继续使用，通入硫酸的中心管经维修可以反复使用2年。
总之，本发明的反应器的生产能力、反应效率、运行状况、操作弹性、噪声污染、使用寿命、尾气回收等方面都有明显的提高。
权利要求
1.一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。
2.根据权利要求1所述的管式反应器，其特征在于所述螺旋混合装置位于所述反应物反应区段靠近所述反应物混合区段一端。
3.根据权利要求2所述的管式反应器，其特征在于所述反应物反应区段靠近所述反应产物输出喷嘴一端还设有一个螺旋混合装置。
4.根据权利要求1所述的管式反应器，其特征在于所述反应物混合区段包括最外层套管、中间套管和中心管，所述最外层套管靠近反应物反应区段一端的空间为混合区，所述中间套管位于所述最外层套管和中心管之间；所述最外层套管两侧设有一个或两个进料口，用于磷酸和洗涤水的加入，经最外层套管的环形通道进入混合区；所述中间套管一侧设有一进料口，用于氨的进料；所述中心管一端设有进料口，用于硫酸的进料。
5.根据权利要求1所述的管式反应器，其特征在于所述螺旋喷射混合装置为安装在中心管外侧或中间套管内侧的螺旋形导流翅片。
6.根据权利要求5所述的管式反应器，其特征在于所述混合区段的螺旋形导流翅片与中心管轴向之间的旋转角度θ为5～45°；与中心管径向之间的倾斜角度Φ为0～45°。
7.根据权利要求5或6所述的管式反应器，其特征在于所述混合区段的螺旋形导流翅片与中心管轴向之间的旋转角度θ以及与中心管径向之间的倾斜角度Φ按流体总体流动的方向由小向大变化。
8.根据权利要求1所述的管式反应器，其特征在于所述螺旋混合装置为安装在反应区段管道内的螺旋形导流翅片。
9.根据权利要求8所述的管式反应器，其特征在于所述反应区段内的螺旋形导流翅片与反应区段管道轴向之间的旋转角度α为5～45°；与反应区段管道径向之间的倾斜角度β为0～30°。
10.根据权利要求8或9所述的管式反应器，其特征在于所述反应区段内的螺旋形导流翅片与反应区段管道轴向之间的旋转角度α以及与反应区段管道径向之间的倾斜角度β按流体总体流动的方向由小向大变化。
全文摘要
本发明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。
文档编号B01J10/00GK1986042SQ20051013476
公开日2007年6月27日 申请日期2005年12月21日 优先权日2005年12月21日
发明者武四海, 王金铭, 王宝安, 石学勇, 张兵印, 梁红江 申请人:中国-阿拉伯化肥有限公司