用于液流的分配室

申请号 CN202180016341.6 申请日 2021-02-25 公开(公告)号 CN115151321B 公开(公告)日 2024-02-06
申请人 雅苒国际集团; 发明人 利诺·乔瓦尼·波罗; 路易吉·塞雷奥科;
摘要 本 发明 涉及尿素合成的领域,尤其是其公开了一种适合于将液流分配到在平的表面上分布的多个管开口的分配室。分配室包括三个穿孔板。本发明还提供了一种用于将液流分配到多个管开口的方法,一种用于分解来自包含 氨 基 甲酸 铵的 水 溶液的氨基甲酸铵的方法,以及一种用于由稀尿素水溶液制备浓尿素水溶液的方法。
权利要求

1.一种用于包括第一室和第二室的装置的立式分配室(3),其中所述装置被配置成以从下到上的流动运行,其中所述第一室(2)包括用于将液流从所述分配室导向所述第二室(4)的多个管(6),并且每个管都包括与所述分配室流体连接的管开口,用于将液流均匀地分配到多个管开口,所述分配室包括:
‑主体,所述主体包括开放的圆形端部、被盖住的圆形端部和沿着连接所述开放的圆形端部和所述被盖住的圆形端部的中心轴线的圆柱形壁(7),其中:
‑所述圆柱形壁具有与所述开放的圆形端部和所述被盖住的圆形端部相同的直径;
‑所述开放的圆形端部适合于与所述装置的所述第一室相匹配;
‑位于所述分配室的所述被盖住的圆形端部上的用于将所述液流进料到所述分配室中的一个入口(5),其中所述入口将中心定在所述分配室的所述中心轴线上;
‑一系列层叠的板,所述层叠的板至少包括第一穿孔板(10)、第二穿孔板(11)和第三穿孔板(13),
其特征在于:
‑所述第一穿孔板(10)具有指向所述开放的圆形端部的圆锥的形状,将中心定在所述分配室的所述中心轴线上,并且垂直于所述分配室的所述中心轴线,正位于所述入口上方,所述圆锥的底部的直径为所述分配室的所述入口的直径的70%至130%,并且其中穿孔占所述第一穿孔板的表面的1至10%;
‑所述第二穿孔板(11)为将中心定在所述分配室的所述中心轴线上的环形圆盘状板,具有为所述圆柱形壁的直径的90%至110%的外径和为所述第一穿孔板的直径的90%至
110%的内径,并且其中穿孔占所述第二穿孔板的表面的10至20%;并且‑所述第三穿孔板(13)为直径比所述圆柱形壁的直径小1至10mm的圆盘,并且被配置成布置在所述多个管的入口正下方5mm至25mm处,其中所述第三穿孔板中的每个穿孔都别配置成与所述第一室中的管开口对齐,并且来自所述第一室的所述多个管的每个管开口在所述第三穿孔板中都具有相应的穿孔,每个穿孔都是圆形通孔,并且每个圆形通孔的直径为管开口的直径的30%至50%。
2.根据权利要求1所述的分配室,其中所述第二穿孔板(11)具有半圆环面形状。
3.根据权利要求2所述的分配室,其中所述第二穿孔板(11)至少包括三个区段:以第一度指向所述开放的圆形端部的第一未穿孔截头圆锥,以第二角度指向所述开放的圆形端部的第二穿孔截头圆锥,和指向所述被盖住的圆形端部的第三穿孔截头圆锥,其中所述第一未穿孔截头圆锥的壁的长度为所述圆柱形壁的直径的1%至10%;所述第一未穿孔截头圆锥的顶部与所述第二穿孔截头圆锥的底部结合,并且所述第二穿孔截头圆锥的顶部与所述第三穿孔截头圆锥的底部结合。
4.根据权利要求3所述的分配室,其中
‑所述第一未穿孔截头圆锥的壁与其底部形成45°至85°的角度;
‑其中所述第二穿孔截头圆锥的壁与其底部形成10°至30°的角度;并且
‑其中所述第三穿孔截头圆锥的壁与其底部形成30°至60°的角度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的分配室,其中所述第一穿孔板是锥轴与锥面之间的角度为40°至80°的直圆锥。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的分配室,其中所述分配室包括位于所述第二穿孔板和所述第三穿孔板之间的第四穿孔板(12),其中所述第四穿孔板(12)为将中心定在所述分配室的所述中心轴线上并且垂直于所述分配室的所述中心轴线的圆盘,其直径为所述分配室的所述入口的直径的70%至130%,并且其中穿孔占所述第四穿孔板的表面的3至
10%。
7.根据权利要求3或4所述的分配室,其中所述第二穿孔板(11)的所述第一未穿孔截头圆锥的底部的直径与所述圆柱形壁的直径相同。
8.根据权利要求3或4所述的分配室,其中所述第二穿孔板的所述第一未穿孔截头圆锥的底部的直径比所述圆柱形壁的直径小1至10mm。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的分配室,其中所述分配室的直径为0.35至3m。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的分配室,其中所述第三穿孔板的穿孔是直径为5至9mm的圆形。
11.一种装置,所述装置包括第一室、第二室和根据权利要求1‑10中任一项所述的分配室,其中所述第一室包括用于将液流从所述分配室导向所述第二室的多个管,并且每个管都包括与所述分配室和所述第二室流体连接的管开口。
12.根据权利要求11所述的装置,其中所述第三穿孔板是圆盘,所述圆盘布置在所述多个管的入口正下方5mm至25mm处,其中所述第三穿孔板中的每个穿孔都与所述第一室中的管开口对齐,并且来自所述第一室的所述多个管的每个管开口在所述第三穿孔板中都具有相应的穿孔。
13.根据权利要求12所述的装置,其中所述第三穿孔板位于所述多个管的入口正下方
7mm至15mm处。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的装置,其中所述装置为立式甲酸盐分解器或立式尿素浓缩器。
15.权利要求1至10中所限定的分配室用于将液流均匀分配到多个管的用途。
16.一种用于将液流均匀分配到多个管的方法,所述方法包括将所述液流进料到权利要求1至10中任一项所限定的分配室中的步骤,其中所述液流的速度为0.2至2.0m/s。
17.一种用于分解来自包含氨基甲酸铵的液流的氨基甲酸铵的方法,所述方法包括以下步骤:
(i)将所述包含氨基甲酸铵的液流进料到包括具有多个平行的直管的换热器和权利要求1至10中任一项所限定的分配室的氨基甲酸盐分解器,从而将所述包含氨基甲酸铵的液流均匀分配到所述多个管的开口,和
(ii)加热所述换热器的所述多个管。
18.一种用于浓缩溶液的方法,所述方法包括以下步骤:
(i)将所述水溶液进料到包括具有多个平行的直管的换热器和权利要求1至10中任一项所限定的分配室的浓缩器,从而将所述尿素水溶液均匀分配到所述多个管的开口,和(ii)加热所述换热器的所述多个管。
19.根据权利要求18所述的方法,其中所述水溶液是尿素水溶液。

说明书全文

用于液流的分配室

技术领域

[0001] 本发明涉及尿素合成的领域,尤其是其公开了一种适合于将液流分配到在平的表面上分布的多个管开口的立式分配室。本发明还提供了一种用于将液流分配到多个管开口的方法,一种用于分解来自包含甲酸铵的溶液的氨基甲酸铵的方法,以及一种用于由稀尿素水溶液制备浓尿素水溶液的方法。

背景技术

[0002] 尿素是当今工业生产的最重要的化学品之一,全世界每年生产大约两亿吨尿素。其中的大部分(高于总产量的90%)作为氮源用作农业中的肥料。尿素通过使氨(NH3)与二(CO2)以两步过程反应来生产:首先,两分子氨与一分子二氧化碳反应形成氨基甲酸铵(H2N‑COONH4);接着,氨基甲酸铵分解成尿素和水。
[0003] 为了大规模制造尿素,尿素生产装置包括多个设备,比如反应器、浓缩器、混合器等。在制造过程期间的至少两个阶段中,需要将主液流分成多个子流并且将这些子流导入到管中以进一步加热。这两个阶段是在氨基甲酸盐分解器中和在尿素浓缩器中。
[0004] 上述的氨基甲酸铵脱水变成尿素不是定量的过程,也即是说,即使在反应器中引入过量的氨以提高氨基甲酸盐形成的收率时,氨基甲酸盐的一部分也不反应。因此,从反应器出来的物流是含有尿素、氨基甲酸铵、水和氨的液流。为了获得具有尽可能少的杂质的尿素流,将物流导入到分解器中,在那里将物流分成多个物流,每个进入分解器的主室中的一个管。用蒸汽(或其他加热介质,比如蒸汽凝液或过程蒸气)加热每个管,使得氨基甲酸铵分解回二氧化碳和氨。因为二氧化碳和氨是气体,所以它们从液流逸出,并且可以被回收以重新注入到反应器中并且节省原料。
[0005] 这样的氨基甲酸铵分解成NH3和CO2气体可能在不同压下工作的串联的不同步骤中发生,每个分解步骤都将回收的NH3和CO2送到尿素反应器。
[0006] 立式氨基甲酸盐分解器通常是包括注入室、或流体分配室、换热器、或汽提器或分解区段的圆柱形装置,所述汽提器或分解区段包括多个平行的直管和收集室。在注入室中引入包含氨基甲酸铵和尿素的液流,并且将其分成多个子流。将每个子流都导向直管之一。液流流动到收集室,其中将主要包含尿素和水的液相与包含二氧化碳、氨和水蒸气的气相分离。将液流和气体收集到它们各自的管线中。分解器通常垂直地建造,并且流动可以是重力作用的(从上到下)或反重力作用的(从下到上)。加热分解器内的管,通常用蒸汽加热,但是可以使用其他加热介质,以引起氨基甲酸铵转化回氨和二氧化碳。优化分解器操作的一个关键方面在于物流向管中的注入廓线。物流应在分解器的整个横截面上以均匀的方式进入管。如果流量在一些管中过高而在其他管中过低,则将会影响传热:流量较低的管与其他管相比将会具有较低的传热系数,结果是沿着这些管将提供较少的热量,因此将会分解较少的氨基甲酸盐。通过其在分解器装置中注入包含尿素、水和氨基甲酸铵的水溶液的入口的直径通常远小于分解区段的直径,因此需要一种装置,以将水溶液的流动铺展在分配室的整个横截面上。
[0007] 在尿素流中的任何杂质被清除后,其通常具有高的水量,高达30重量%。为了将物流转化为固体颗粒,需要获得浓得多的尿素流。例如,如果要将物流在造粒塔或流化床造粒机中造粒,则尿素的液流应不含有超过5重量%的水。为了实现此目标,可以使用尿素浓缩器。为了达到所需含水量,可以使用单个浓缩器,但是也可以使用接连设置的两个以上的浓缩器以逐级降低含水量。例如,第一浓缩器可以将含水量从30重量%降低至约20重量%。可以将通过第一浓缩器产生的物流导向第二浓缩器,在那里含水量进一步从20重量%降低至5重量%,或者固化阶段所需的任何含水量。尿素浓缩器以与氨基甲酸盐分解器类似的方式建造:其包括其中引入尿素水溶液的物流的注入或流体分配室,换热器或蒸发区段,所述换热器或蒸发区段包括多个平行的直管,其中液流从分配室流动到收集室。用蒸汽(或其他加热介质)加热管,并且当物流在管中流动时将水蒸发。在收集室中,将浓尿素溶液与水蒸气分离,并且导向造粒阶段。
[0008] WO01/96288(Urea Casale,2001)描述了一种从上到下的氨基甲酸盐分解器,其在顶部中包括多个水平穿孔板。氨基甲酸盐流流过这些板进入到管束中。穿孔板看上去正垂直于液流放置,并且从所述区段的一侧延伸到另一侧。所描述的唯一实施例包括两个穿孔板。
[0009] EP1195194(Urea Casale,2002)描述了一种氨基甲酸盐分解器,其包括将溶液分配到管板中的分配箱。分配箱可以由焊接的金属板的箱形成。该箱看上去垂直于分解器的主体放置,并未提及焊接金属板的取向。
[0010] 需要提供一种新的适合于尿素浓缩器或氨基甲酸盐分解器的分配室,其可以将液流均匀分配到多个管。所述分配室应尽可能短以限制整个装置的尺寸,并且导致最小的压降。

发明内容

[0011] 在其最广义的方面,本发明涉及一种用于包括第一室和第二室的装置的立式分配室,其中所述第一室包括用于将液流从所述分配室导向所述第二室的多个管,并且每个管都包括与所述分配室流体连接的管开口,用于将液流均匀地分配到所述第一室的多个管开口。所述分配室包括:a)主体,所述主体包括开放的圆形端部、被盖住的圆形端部和沿着连接所述开放的圆形端部和所述被盖住的圆形端部的中心轴线的圆柱形壁,其中(i)所述圆柱形壁具有与所述开放的圆形端部和所述被盖住的圆形端部相同的直径,并且(ii)所述开放的圆形端部适合于与所述装置的所述第一室相匹配;(b)位于所述分配室的所述被盖住的圆形端部上的用于将所述液流进料到所述分配室中的一个入口;和(c)多个层叠的板,所述层叠的板至少包括第一穿孔板、第二穿孔板和第三穿孔板,用于分配所述液流的流动并且将所述液流导入所述多个管中,其中:(d)所述第一穿孔板具有圆锥的形状,将中心定在所述分配室的所述中心轴线上,并且垂直于所述分配室的所述中心轴线,正位于所述入口下游,尤其是所述入口上方,并且所述圆锥的底部的直径大约为所述分配室的所述入口的尺寸;(e)所述第二穿孔板是将中心定在所述中心轴线上的环形圆盘状板,并且其外径大约为所述圆柱形壁的直径,并且其内径大约为所述第一穿孔板的直径;(f)所述第三穿孔板为圆盘,所述圆盘布置在所述多个管的入口下方的上游,其中基本上每个穿孔在尺寸和位置方面都对应于所述多个管中的管的开口,并且其直径与所述分配室的所述开放的圆形端部的直径大约相同。
[0012] 更特别地,本公开提供了一种用于包括第一室和第二室的装置的立式分配室,其中所述第一室包括用于将液流从所述分配室导向所述第二室的多个管,并且每个管都包括与所述分配室流体连接的管开口,用于将液流均匀地分配到所述第一室的多个管开口,所述分配室包括:
[0013] ‑主体,所述主体包括开放的圆形端部、被盖住的圆形端部和沿着连接所述第一开放的圆形端部和所述第二被盖住的圆形端部的中心轴线的圆柱形壁,其中:
[0014] ‑所述圆柱形壁具有与所述开放的圆形端部和所述被盖住的圆形端部相同的直径;
[0015] ‑所述开放的圆形端部适合于与所述装置的所述第一室相匹配;
[0016] ‑位于所述分配室的所述被盖住的圆形端部上的用于将所述液流进料到所述分配室中的一个入口,其中所述入口将中心定在所述分配室的所述中心轴线上;
[0017] ‑一系列层叠的板,所述层叠的板至少包括第一穿孔板、第二穿孔板和第三穿孔板,
[0018] 其中:
[0019] ‑所述第一穿孔板具有指向所述开放的圆形端部的圆锥的形状,将中心定在所述分配室的所述中心轴线上,并且垂直于所述分配室的所述中心轴线,正位于所述入口下游,尤其是所述入口上方,所述圆锥的底部的直径为所述分配室的所述入口的直径的70%至130%,并且其中穿孔占所述第一穿孔板的表面的1至10%;
[0020] ‑所述第二穿孔板为将中心定在所述分配室的所述中心轴线上的环形圆盘状板,具有大约为所述圆柱形壁的直径的外径和大约为所述第一穿孔板的直径的内径,并且其中穿孔占所述第二穿孔板的表面的10至20%;并且
[0021] ‑所述第三穿孔板为圆盘,所述圆盘被配置成布置在所述多个管的入口上游尤其是所述多个管的入口正下方5mm至25mm处,其中所述第三穿孔板中的每个穿孔都别配置成与所述第一室中的管开口对齐,并且来自所述第一室的所述多个管的每个管开口在所述第三穿孔板中都具有相应的穿孔,每个穿孔都是圆形通孔,并且每个圆形通孔的直径为管开口的直径的30%至50%。
[0022] 在另一个方面,提供了一种装置,比如氨基甲酸盐分解器或尿素浓缩器,所述装置包括根据本公开的分配室,用于将液流分配到所述装置中的多个管。
[0023] 在另一个方面,提供了根据本公开的分配室用于将液流分配到多个管的用途。
[0024] 在另一个方面,提供了一种用于将液流分配到多个管的方法,所述方法包括将所述液流注入到根据本公开的分配室中的步骤。
[0025] 在另一个方面,提供了一种用于分解来自包含氨基甲酸铵的液流的氨基甲酸铵的方法,所述方法包括将所述包含氨基甲酸铵的液流注入到包括根据本公开的分配室的氨基甲酸盐分解器中的步骤。
[0026] 在另一个方面,提供了一种用于浓缩水溶液尤其是尿素水溶液的方法,所述方法包括将所述水溶液进料到包括根据本发明的分配室的浓缩器的步骤。附图说明
[0027] 图1描述了一种氨基甲酸盐分解器装置,其包括作为换热或分解区段的第一室、作为收集室的第二室和根据本公开的分配室的一个实施方案。
[0028] 图2示出了根据本公开的分配室的第二穿孔板的可能结构轮廓中的两种。
[0029] 图3描述了一种尿素浓缩器,其包括作为换热或蒸发区段的第一室、作为收集室的第二室和根据本公开的分配室的一个实施方案。

具体实施方式

[0030] 除非另外定义,否则本发明中公开的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。通过进一步指导,包括术语定义以更好地理解本发明的教导。
[0031] 本说明书中引用的所有参考文献在此都被视为通过引用的方式以其整体并入。
[0032] 如本文中使用的,以下术语具有以下含义:
[0033] 除非上下文另外明确说明,否则如本文中使用的“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”既指单数指代物,又指复数指代物。例如,“隔室”是指一个或多于一个隔室。
[0034] 如本文中使用的修饰可测量值(比如参数、量、时距等)的“约”意欲涵盖与指定值相差在指定值的+/‑20%以下、特别地+/‑10%以下、更特别地+/‑5%以下、甚至更特别地+/‑1%以下并且甚至更特别地+/‑0.1%以下的变化,以使得这样的变化适合于在所公开的发明中发挥作用。然而,应理解,修饰语“约”修饰的数值自身也被具体公开。
[0035] 如本文中使用的“包含(comprise)”及其变形“包含(comprising)”和“包含(comprises)”以及“包括(comprised  of)”与“包括(include)”及其变形“包括(including)”、“包括(includes)”或“含有(contain)”及其变形“含有(containing)”、“含有(contains)”同义,并且是指明其后所列事物(例如组分)的存在的包含性或开放性术语,并且不排除或妨碍本领域已知或本文中公开的另外的未记载组分、特征、要素、构件、步骤的存在。
[0036] 通过端点记载数值范围(例如“在A和B之间”)包括在该范围内包含的所有数字和分数,以及所记载的端点。
[0037] 除非另外定义,否则表述“重量百分比”、“%Wt”或“重量%”在此以及在说明书全文中是指基于配方的总重量的各组分的相对重量。
[0038] 截头圆锥是将圆锥以平行于底部的平面切割并且去除含有顶点的部分得到的结果。其由通过壁结合的两个圆形的具有不同直径的平行端部组成。
[0039] 孔或穿孔的表面与板或圆锥的总表面的比率可以用于表征板的使液体通过的能力。孔的表面除以圆锥的表面的比率也可以称为在第一板的表面上的开口面积的分数,或者可以表示为穿孔板的表面积的百分比。
[0040] 在其最广义的方面,本发明涉及一种用于包括第一室和第二室的装置的立式分配室,其中所述第一室包括用于将液流从所述分配室导向所述第二室的多个管,并且每个管都包括与所述分配室流体连接的管开口,用于将液流均匀地分配到所述第一室的多个管开口。所述分配室包括:a)主体,所述主体包括开放的圆形端部、被盖住的圆形端部和沿着连接所述开放的圆形端部和所述被盖住的圆形端部的中心轴线的圆柱形壁,其中(i)所述圆柱形壁具有与所述开放的圆形端部和所述被盖住的圆形端部相同的直径,并且(ii)所述开放的圆形端部适合于与所述装置的所述第一室相匹配;(b)位于所述分配室的所述被盖住的圆形端部上的用于将所述液流进料到所述分配室中的一个入口;和(c)一系列或多个层叠的板,所述层叠的板至少包括第一穿孔板、第二穿孔板和第三穿孔板,用于分配所述液流的流动并且将所述液流导入所述多个管中,其中:(d)所述第一穿孔板具有指向所述开放的圆形端部的圆锥的形状,将中心定在所述分配室的所述中心轴线上,并且垂直于所述分配室的所述中心轴线,正位于所述入口下游,尤其是所述入口上方,并且所述圆锥的底部的直径大约为所述分配室的所述入口的尺寸;(e)所述第二穿孔板是将中心定在所述中心轴线上的环形圆盘状板,具有大约为所述圆柱形壁的直径的外径和大约为所述第一穿孔板的直径的内径;(f)所述第三穿孔板为圆盘,所述圆盘布置在所述多个管的入口的上游,其中基本上每个穿孔在尺寸和位置方面都对应于所述多个管中的管的开口,并且其直径与所述分配室的所述开放的圆形端部的直径大约相同。
[0041] 本发明还涉及一种装置或反应器,所述装置或反应器包括第一室、第二室和分配室,其中所述第一室包括用于将液流从所述分配室导向所述第二室的多个管,并且每个管都包括与所述分配室流体连接的管开口;其中所述第二室是收集室;并且其中所述分配室是根据本申请的用于将液流均匀分配到所述第一室的多个管开口的分配室。在具体实施方案中,如本文设想的包括第一室和第二室的装置被配置成以从下到上的液体流动运行,其中分配室中的第三穿孔圆盘布置在多个管的入口下方。
[0042] 发现三种不同穿孔板的组合使得能够在分配室的整个圆形开放端部上均匀分配液流。液流遭遇的前两个板在分配室的整个横截面上分配所述物流,并且与第一室的多个管对齐的第三个板确保液流将中心定在每个管上并且与每个管对齐。
[0043] 为了获得在装置的第一室中在尽可能多的管中的满意的传热,重要的是进入每个管的物流尽可能地绕管的轴线对称,并且每个管中的物流的流量或速度在分配室的整个横截面上尽可能地均匀。
[0044] 被盖住的端部可以用不同的设计比如半球形结构或圆锥形盖住。
[0045] 在一个实施方案中,入口将中心定在分配室的中心轴线上。为了获得在分配室的横截面上均匀分配的流动,这可以是理想的。
[0046] 在一个实施方案中,入口的直径为分配室的圆柱形壁的直径的5%至35%,5%至30%,10%至35%,10%至30%,5%至25%,或10%至25%。
[0047] 在其中分配室的圆柱形壁的直径为80至200cm的一个实施方案中,入口的直径可以是2至30cm,2至25cm,2至20,5至30cm,5至25cm,5至20cm,或8至30cm。
[0048] 因为分配室具有开放的圆形端部和圆柱形主体,所以所有穿孔板都具有将中心定在分配室的中心轴线上的中心对称性可以是优点。
[0049] 在一个实施方案中,分配室的圆柱形主体的直径为20至250cm,30至250cm,40至250cm,20至200cm,20至180cm,30至200cm,30至180cm,40至200cm,或40至180cm。
[0050] 可以优选地尽可能限制分配室的高度以减小氨基甲酸盐分解器的尺寸。
[0051] 第一穿孔板
[0052] 第一穿孔板具有指向开放的圆形端部的圆锥的形状,并且将中心定在分配室的中心轴线上并且垂直于分配室的中心轴线。其正位于入口下游,尤其是入口上方,并且圆锥的底部的直径大约为分配室的入口的尺寸。
[0053] 第一板是最接近于分配室的入口的板,并且是液流在其进入分配室后遇到的第一个障碍物。
[0054] 第一板具有将物流的第一部分朝位于装置的第一区段的中央的管引导并且使液流的其余部分朝分配室的侧面转向的作用,并且具有带孔的圆锥形设计,即穿孔圆锥,并且发现具有与分配室的入口大致相同的尺寸的直径实现所需效果。较小的直径不会在足够大的面积上分配液体。较大的直径由于液流的流动廓线不会实现更好的结果。可以通过改变第一板的孔或穿孔的尺寸来调整液流通过第一板的部分。孔越大,通过的流量越大。孔可以在圆锥上均匀分布以确保液流在穿孔板上的均匀分配。
[0055] 孔或穿孔的表面与板或圆锥的总表面的比率可以用于表征板(尤其是第一板)的使液体通过的能力。孔的表面除以圆锥的表面的比率也可以称为在第一板的表面上的开口面积的分数,或者可以表示为穿孔板的表面积的百分比。
[0056] 在一个实施方案中,第一板的孔的表面除以圆锥的表面的比率为0.01至0.1,0.01至0.09,0.02至0.1,0.03至0.1,0.02至0.09,0.03至0.09,或0.02至0.08。换句话说,第一板的穿孔占第一穿孔板的表面的1至10%,1至9%,2至10%,3至10%,2至9%,3至9%,或2至8%。
[0057] 在一个实施方案中,第一穿孔板的孔是圆形孔或穿孔,其直径为1.0至7.0mm,1.5至5.0mm,2.0至5.0mm,或2.5至4.5mm。在一个实施方案中,第一穿孔板的孔的直径为1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0或5.5mm。
[0058] 在一个实施方案中,第一穿孔板上的孔或穿孔形成多个交错的行。
[0059] 在一个实施方案中,第一穿孔板上的孔彼此间隔15至45mm、15至30mm、20至35mm、20至40mm或15至40mm的距离。在一个实施方案中,第一穿孔板上的孔彼此间隔10、15、20、
25、30、35、40或45mm。
[0060] 第一穿孔板还使得能够在与入口相比更大的面积上铺展液流。第一板被设计为使得注入到分配室中的液流中的仅一部分通过其穿孔。液流的其他部分不得不流动到其边缘以外,因此已经提高其分布。
[0061] 在一个实施方案中,第一穿孔板的直径为分配室的液流的入口的直径的70%至130%,70%至120%,70%至110%,80%至130%,80%至120%,80%至110%,90%至
130%,90%至120,或90%至110%。在一个实施方案中,第一穿孔板的直径等于分配室的入口的直径加或减10%。在一个实施方案中,第一穿孔板的直径等于分配室的入口的直径加或减5%。
[0062] 在一个实施方案中,第一穿孔板是直圆锥。直圆锥是具有圆形底部的圆锥,并且经过圆锥的顶端且与底部成直的轴线通过底部的中心。
[0063] 在一个实施方案中,第一穿孔板是张开角为40°至80°、45°至75°或50°至70°的直圆锥,其中圆锥的张开角被定义为锥轴与锥面之间的夹角。在一个实施方案中,第一穿孔板是张开角为60°的直圆锥。
[0064] 在一个实施方案中,第一穿孔板位于分配室的入口上方5.0至20cm、5.0至15cm、7.0至15cm、7.0至20cm或8.0至12cm处。第一穿孔板的确切位置可以根据分配室的其他参数进行调整。
[0065] 第二板
[0066] 因为液体入口的直径与装置的第一室(尤其是分解区段)的直径之间的差异如此之大,所以第一板不足以在分配室的整个横截面上分配溶液。发现需要具有较大直径的第二板使得能够将液流适当分配到位于横截面的周边的管道或管。第二穿孔板应是环形的或在中部中空的,从而不干扰由第一穿孔板产生的物流的分配廓线。第二穿孔板应具有与圆柱形壁的直径大致相同的外径以在分配室的整个横截面上、尤其是在分配室的开放端部上分配液流。在一个实施方案中,第二穿孔板是简单的环形圆盘,其具有与圆柱形壁的直径大致相同的外径和大约为第一穿孔板的尺寸的内径。
[0067] 在一个实施方案中,第二穿孔板具有圆形对称性,即第二穿孔板包括轴对称性。
[0068] 在一个实施方案中,孔的表面除以第二板的表面的比率为0.10至0.20,0.10至0.19,0.10至0.18,0.11至0.20,0.11至0.19,0.11至0.18,0.12至0.20,0.12至0.19,或0.12至0.18。换句话说,穿孔占第二穿孔板的表面的10至20%,10至19%,10至18%,11至20%,
11至19%,11至18%,12至20%,12至19%,或12至18%。
[0069] 在一个实施方案中,第二穿孔板的孔的直径为4.0至10.0mm,4.5至10.0mm,4.5至9.0mm,5.0至9.0mm,5.0至8.5mm,或5.0至10.0mm。在一个实施方案中,第二穿孔板的孔的直径为4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5或10.0mm。
[0070] 在一个实施方案中,第二穿孔板上的孔形成多个交错的行。
[0071] 在一个实施方案中,第二穿孔板上的孔彼此间隔15至45mm、15至30mm、20至35mm、20至40mm或15至40mm的距离。在一个实施方案中,第一穿孔板上的孔彼此间隔10、15、20、
25、30、35、40或45mm。
[0072] 孔的精确尺寸、其位置和彼此的距离可以基于简单的模拟进行调整,从而基于分配室的其他特性比如目标用途或待分散的流体的特性来优化各分配室的设计。
[0073] 在一个实施方案中,第二穿孔板包括未穿孔区段,特别地,第二穿孔板的外侧区段未穿孔。尤其是,未穿孔区段因此在第二穿孔板上形成环形区段,其具有等于第二穿孔板的外径的外径和为第二穿孔板的外径的90%至99%的内径。
[0074] 在一个实施方案中,未穿孔区段的面积占第二穿孔板的面积的1至10%。
[0075] 在一个实施方案中,第二穿孔板位于第一穿孔板下游、尤其是上方1.0至10cm、1.0至8.0cm、1.0至6.0cm、1.0至5.0、0.5至10cm、0.5至8.0cm、0.5至6.0cm或0.5至5.0cm处。已经观察到第二穿孔板的位置对装置的性能没有大的影响。
[0076] 在一个实施方案中,第二穿孔板具有半圆环面形状。半圆环面形状是一种三维圆盘状结构,其中其在分配室的水平横截面上的投影是环形的,或者是中空圆盘的形状。半圆环面形状的实例在图1中给出。半圆环面形状可以包括单个的圆角的形状,如图2a所示,或者其也可以包括组装到一起的几个元件,如图2b所示。为了有利于对设计的理解,图2b仅示出了板的一半。发现可以将二维中空圆盘的简单设计改进为三维结构以进一步改善液流的分配。
[0077] 在一个实施方案中,第二板具有半圆环面形状,并且由三个不同的区段组成。每个区段都是截头圆锥,并且它们按以下方式结合到一起:具有最大直径的区段称为第一区段或第一锥体,是未穿孔的。其以第一角度指向分配室的开放的圆形端部,并且限制围绕其边缘的流动。将其锥体的顶部(即具有两个直径中最小直径的圆形)与第二截头圆锥或第二区段的底部结合。第二截头圆锥也指向分配室的圆形端部,但是是以与第一截头圆锥不同的第二角度。第二截头圆锥被穿孔为具有孔以使液体或水溶液流过。这些孔可以均匀分布在第二截头圆锥上。将第二截头圆锥的顶部与第三截头圆锥的底部结合。第三截头圆锥指向两个先前区段的相反方向,即指向分配室的被盖住的圆形端部。第三截头圆锥被穿孔以使液体或水溶液流过。这样的穿孔板的一个实施方案在图2b中提供(仅画出板的一半以改善对设计的理解)。在一个实施方案中,第三截头圆锥上的孔均匀分布。在通过第二板之后,水溶液被分配在分配室的更大部分的横截面上。这三个区段的组合为第二板提供半圆环面形状代替扁平圆盘。
[0078] 在一个实施方案中,第二板具有如以上解释的半圆环面形状,其中未穿孔的第一截头圆锥的壁与其底部形成45至85°、45至80°、45至70°、50至85°、50至80°、50至70°或60至70°的角度。
[0079] 在一个实施方案中,第二板具有如以上解释的半圆环面形状,其中第一截头圆锥的未穿孔壁的长度为分配室的圆柱形壁的直径的1%至10%,或1%至8%,或1%至5%。
[0080] 在一个实施方案中,第二板具有如以上解释的半圆环面形状,其中第一截头圆锥的壁的长度为10至50mm。
[0081] 在一个实施方案中,第二板具有如以上解释的半圆环面形状,其中第二截头圆锥的壁与其底部形成10°至30°、10°至25°、15°至30°、15°至25°或10°至20°的角度。
[0082] 在一个实施方案中,第二板具有如以上解释的半圆环面形状,其中第二截头圆锥的壁的长度为10至25cm、15至25cm或10至20cm。
[0083] 在一个实施方案中,第二板具有如以上解释的半圆环面形状,其中第二截头圆锥的壁的长度为11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24或25cm。
[0084] 在一个实施方案中,第二板具有如以上解释的半圆环面形状,其中第二截头圆锥的壁的长度为分配室的圆柱形壁的直径的15%至40%,20%至40%,20至35%,或15%至35%。
[0085] 在一个实施方案中,第二板具有如以上解释的半圆环面形状,其中第二截头圆锥的壁的长度为约15cm,或分配室的圆柱形壁的直径的25%。
[0086] 在一个实施方案中,第二板具有如以上解释的半圆环面形状,并且孔的表面除以第二锥体的锥体的表面的比率为0.10至0.20,0.10至0.19,0.10至0.18,0.11至0.20,0.11至0.19,0.11至0.18,0.12至0.20,0.12至0.19,或0.12至0.18。换句话说,穿孔占第二截头圆锥的表面积的10至20%,10至19%,10至18%,11至20%,11至19%,11至18%,12至20%,12至19%,或12至18%。
[0087] 在一个实施方案中,第二板具有如以上解释的半圆环面形状,其中第三截头圆锥的壁与其底部形成30°至60°、30°至55°、30°至50°、35°至60°、35°至55°或35°至50°的角度。
[0088] 在一个实施方案中,第二板具有如以上解释的半圆环面形状,其中第三截头圆锥的壁的长度为2.0至7.0cm,2.5至7.0cm,3.0至7.0cm,2.0至6.5cm,2.5至6.5cm,3.0至6.5cm,或3.0至6.0cm。
[0089] 在一个实施方案中,第二板具有如以上解释的半圆环面形状,并且孔的表面除以第三截头圆锥的锥体的表面的比率为0.10至0.20,0.10至0.19,0.10至0.18,0.11至0.20,0.11至0.19,0.11至0.18,0.12至0.20,0.12至0.19,或0.12至0.18。换句话说,穿孔占第三截头圆锥的表面积的10至20%,10至19%,10至18%,11至20%,11至19%,11至18%,12至
20%,12至19%,或12至18%。
[0090] 第二穿孔板可以是基本上扁平的物体,比如具有一定厚度的圆盘,但是其也可以是三维圆盘状结构,比如以上解释的半圆环面形状。在第二穿孔板是三维圆盘状结构的情况下,第二穿孔板的高度可以是至少1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、7.0、8.0cm。在第二穿孔板是如以上所公开的半圆环面结构的情况下,板的高度取决于前两个区段或截头圆锥的长度和各壁相对于其底部的角度。
[0091] 在一个实施方案中,第二穿孔板的第一截头圆锥的底部的直径与壁的直径基本上相同。第一锥体的底部的直径与壁的直径大致相同可以是理想的。这改善了在第二板上方的流动廓线。
[0092] 在一个实施方案中,第二穿孔板的第一截头圆锥的底部的直径比壁的直径小1至10mm。在分配室壁和第二板的第一截头圆锥的底部之间留下间隙以避免在锥体和室的壁之间的角落中的材料堆积可以是理想的。材料堆积可能导致腐蚀并且损坏分配室。
[0093] 在一个实施方案中,第二穿孔板位于第一穿孔板上方1.0至10cm、1.0至8.0cm、1.0至6.0cm、1.0至5.0、0.5至10cm、0.5至8.0cm、0.5至6.0cm或0.5至5.0cm处。已经观察到第二穿孔板的位置对装置的性能没有大的影响。
[0094] 在其中第二板具有如以上解释的半圆环面形状的一个实施方案中,第一截头圆锥的底部可以位于第一穿孔板的底部上方0.1至2.0cm、0.1至1.5cm或0.1至1.0cm处。
[0095] 第三穿孔板
[0096] 第三穿孔板是扁平圆盘,所述扁平圆盘布置在装置的第一室的多个管的入口前方,其中各穿孔的位置在装置的第一室的多个管中的管的开口的正上游、尤其是正下方,并且第三穿孔板的直径与分配室的开放的圆形端部的直径大致相同。其作用是确保液体以居中且准对称的方式进入管以获得在装置的第一室中的最佳效果。板中的各穿孔与第一室中的管匹配且对齐,并且第一室的多个管中的每个管在第三穿孔板中都具有相应的穿孔。板应覆盖分解区段的所有管,因此其直径应与分配室的圆形端部大致相同。第三穿孔板中的穿孔的尺寸应小于多个管中的管的直径。
[0097] 在一个实施方案中,第三板的穿孔为圆形孔,其中各圆形孔的直径为第一室的管开口的直径的30%至50%。
[0098] 在一个实施方案中,第三穿孔板的直径比壁的直径小1至10mm。第四板的直径稍小于室本身避免腐蚀性材料在板与室的壁之间的角落中堆积可以是理想的。发现几毫米的间隙足以避免此不期望的影响。然而,大的间隙是不理想的,因为这将会影响液体在管中的分配。
[0099] 在一个实施方案中,第三穿孔板位于多个管的入口上游、尤其是下方约5mm至约25mm处,特别地位于入口下方7至15mm、特别地约10mm处。如果第三板离入口过近或过远,则进入管的液体的流动廓线可能不令人满意,例如,其可能在管中不居中,这导致分解区段的性能较差,即在液体到达收集室时,并非所有氨基甲酸铵都被分解。此外,如果第三板过近,几乎贴合入口,则可能在各入口之间产生滞流区,导致腐蚀性材料的堆积。如果板离入口过远,则流动将会过于分散,并且再次地,将会降低分解区段的性能。发现5至25mm的第三穿孔板与管开口之间的距离适合于获得令人满意的结果。在一个实施方案中,该距离为约10mm。
[0100] 第三板与管开口之间的距离可以取决于第三板的穿孔的直径与第一室的管开口的直径的比率。穿孔越大,第三板应越接近管开口。在一个实施方案中,第三穿孔板的穿孔是直径为5至9mm、尤其是6至8mm的圆形。化工设备中使用的多个管的典型直径为15至25mm,尤其是15至20mm。如以上所提到的,穿孔小于管以在管中获得更好的流动廓线可以是优点。
[0101] 在一个实施方案中,第三板的厚度为3至15mm,3至10mm,或3至8mm。第三板应足够厚以禁受液流的压力。
[0102] 第四穿孔板(任选的)
[0103] 在一个实施方案中,分解室包括第四穿孔板。
[0104] 第四穿孔板是穿孔扁平圆盘。第四穿孔板位于第二穿孔板和第三穿孔板之间,并且是穿孔圆盘。其将中心定在室的中心轴线上并且也垂直于室的中心轴线。其正位于入口上方,并且其直径大约为分配室的入口的尺寸。其作用是进一步调节在室的中央部分中的液体流动,并且使流动中的一部分朝分配室的侧面转向。例如,第四穿孔板可以用于降低溶液在分配室的中央部分中的动压力。
[0105] 在一个实施方案中,第四穿孔板的直径为分配室的液流的入口的直径的70至130%,70至120%,70至110%,80至130%,80至120%,80至110%,90至130%,90至120,或
90至110%。
[0106] 在一个实施方案中,第四穿孔板的直径为8.0至20cm,8.0至18cm,9.0至18cm,9.0至16cm,10至20cm,10至18cm,10至16cm,或8.0至16cm。在一个实施方案中,第四穿孔板的直径为分配室的圆柱形壁的直径的10至40%,15至40%,10至35%,15至35%,15至30%,或15至25%。
[0107] 在一个实施方案中,孔的表面除以第四板的锥体的表面的比率为0.03至0.1,0.03至0.09,0.04至0.1,0.05至0.1,0.04至0.09,0.05至0.09,或0.04至0.08。换句话说,穿孔占第四板的表面的3至10%,3至9%,4至10%,5至10%,4至9%,5至9%,或4至8%。
[0108] 在一个实施方案中,第四穿孔板的孔的直径为4.0至15mm,5.0至15mm,5.0至14mm,5.0至13mm,5.0至12mm,或6.0至15mm。在一个实施方案中,第二穿孔板的孔的直径为4.0、
4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、11、12、13、14或15mm。
[0109] 在一个实施方案中,第四穿孔板上的孔形成多个交错的行。
[0110] 在一个实施方案中,第二穿孔板上的孔彼此间隔20至60mm、25至60mm、30至60mm、20至55mm、25至55mm、30至55mm、20至50mm、25至50mm或30至50mm的距离。在一个实施方案中,第一穿孔板上的孔彼此间隔10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或60mm。
[0111] 在一个实施方案中,第四穿孔板可以位于第二穿孔板的最高点上方0.1至10.0cm、0.1至5.0cm或0.1至2.5cm处。
[0112] 在一个实施方案中,分配室的直径为0.35m至3m。分配室的尺寸需要适合于与分配室流体连接的各装置的具体需求。这样的室的典型尺寸可以是0.35至3m。
[0113] 分配室和穿孔板以适合于工作条件的材料制作。特别地,其应抗腐蚀。合适的材料在化工领域是众所周知的。
[0114] 在另一个方面,提供了根据本公开的分配室用于将液流分配到多个管的用途。
[0115] 方法
[0116] 在另一个方面,提供了一种用于将液流分配到多个管的方法,所述方法包括以下步骤:将液流进料到根据本公开的分配室中,以及向氨基甲酸盐分解器的管提供加热流体,其中液流的速度为0.2至2.0m/s。
[0117] 进料到分配室中的液流可以包含尿素、氨基甲酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵或氨。
[0118] 液流的速度为0.2至2.0m/s。较低的速度使液流停滞在分配室中。高于2.0m/s的速度可能损坏装置,尤其是将液流注入到分配室中的喷嘴
[0119] 当将液流(尤其是水溶液)导入分配室的入口时,其通过三个穿孔板、任选地四个穿孔板以实现在分配室的横截面中的基本上均匀的分配,并且位于多个管的开口上游、尤其是下方的最后一个穿孔板确保离开分配室的流动将中心定在各管开口上。
[0120] 在另一个方面,提供了一种用于分解包含氨基甲酸铵的液流中的氨基甲酸铵的方法,所述方法包括以下步骤:将包含氨基甲酸铵的液流进料到包括根据本公开的分配室的氨基甲酸盐分解器,以及向氨基甲酸盐分解器的管提供加热流体,其中包含氨基甲酸铵的液流的速度为0.2至2.0m/s。
[0121] 在另一个方面,提供了一种浓缩尿素溶液的方法,所述方法包括以下步骤:将包含尿素的液流进料到包括根据本公开的分配室的浓缩器,以及向浓缩器的管提供加热流体,其中包含尿素的液流的速度为0.2至2.0m/s。
[0122] 图1描述了一种氨基甲酸盐分解器装置1,其包括作为分解区段的第一室2、作为收集室的第二室4和根据本公开的分配室3的一个实施方案。分解区段包括多个管6以将包含氨基甲酸铵的液流从分配室导向收集室。分配室包括适合于与分解区段相匹配的圆形端部,圆柱形壁7,和被一个半球盖住且包括用于将包含氨基甲酸铵的液流进料的入口5的第二端部。其底部直径与入口大致相同的第一穿孔板10正位于入口上方,在入口上方约10至15cm处,并且将中心定在分配室的主轴上并且垂直于分配室的主轴。第一穿孔板10的穿孔的表面与第一穿孔板的表面的比率为约3%至4%。穿孔优选为圆形通孔,因为它们更容易制造。可以改变孔的直径和数量,只要孔的表面与第一穿孔板10的表面的比率保持在所需范围内即可。第二穿孔板11位于第一穿孔板10上方。第二板包括结合到一起的三个区段,每个区段都是截头圆锥。具有最大直径的截头圆锥是未穿孔的。第二大的截头圆锥指向上方,朝向分配室3的开放的圆形端部,并且第三截头圆锥指向下方,朝向入口5。第二板形成在其中央具有中空空间的半圆环面状结构,中空空间是直径比第一穿孔板10大1至20%的圆盘。
具有最大直径的第一截头圆锥的底部位于第一穿孔板10的底部上方1至10cm处。第二板的最大直径比室的壁的直径小2mm。板11的第二截头圆锥和第三截头圆锥的穿孔的表面与圆锥的表面的比率为约13%至15%。穿孔优选为圆形通孔,因为它们更容易制造。穿孔均匀分布在第二截头圆锥和第三截头圆锥的表面上。第四穿孔板12位于第二板11上方,特别地第二板11上方1至10cm处,并且具有与入口5大致相同的直径。第四穿孔板12的穿孔的表面与第四穿孔板的表面的比率为约5至8%,并且穿孔均匀分布在其表面上。第三穿孔板13位于第四板上方且位于管6的入口下方10mm处。其直径比室的壁的直径小2mm。板上的孔与管6的入口匹配,并且具有比管开口小40至50%的直径。第四穿孔板将中心定在分配室的主轴上并且垂直于分配室的主轴。使用速度为1.5m/s的液流的分解室的流动模拟显示出令人满意的管中垂直速度的标准偏差(0.00464)。与上述情况相比,对包括第一板10、第二板11和第三板13的分配室的流动模拟显示出较高的管中垂直速度的标准偏差(0.02617),但是仍被认为可接受。
[0123] 图3描述了一种尿素浓缩器20,其包括作为换热或蒸发区段的第一室21、作为收集室的第二室22和根据本公开的分配室23的一个实施方案。换热或蒸发区段包括多个管6以将包含尿素的液流从分配室导向收集室。分配室包括适合于与分解区段相匹配的圆形端部,圆柱形壁7,和被一个圆锥结构盖住且包括用于将包含尿素的液流进料的入口5的第二端部。其底部直径与入口大致相同的穿孔圆锥30正位于入口上方,第二穿孔板31位于第一圆锥30上方。第二板是穿孔中空圆盘。第二板的最大直径比室的壁的直径小2mm。第三穿孔板32位于第二板上方且位于管6的入口下方10mm处。其直径比室的壁的直径小2mm。板上的孔与管6的入口匹配。这三个穿孔板将中心定在分配室的主轴上并且垂直于分配室的主轴。
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