Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
В последнее время для устранения накипи на теплопередающих поверхностях стали применять ультразвук [18, 19]. Однако этот метод не может быть использован для устранения инкрустаций, поскольку применение ультразвука в пересыщенных растворах приводит к сильному измельчению получаемых кристаллов [20, 21]. Поэтому более целесообразно теплопередающую поверхность подвергать воздействию низкочастотных механических вибраций [22]. В этом случае по мере увеличения частоты колебаний бойка-вибратора уменьшается плотность осадка на стенке, а начиная с некоторой критической частоты колебаний fKP. отложения соли на поверхности вообще не происходит. Величина f,tp. имеет тем меньшее значение, чем выше класс чистоты обработки поверхности и чем больше жесткость пружины вибратора. В то же время низкочастотные вибрации практически не оказывают влияния на размер получаемых кристаллов.
Начающийся кристаллизатор
Аппарат этого типа (рис. 74), называемый также «люлькой», представляет собой длинное и неглубокое металлическое корыто
1, на котором закреплены круглые или полукруглые бандажи 2,
установленные на опорные ролики 3. Кристаллизатор имеет небольшой наклон вдоль продольной оси и с помощью специального привода (на рисунке не показан) может качаться на опорных роликах, совершая медленные маятниковые движения.
Горячий раствор подается с одного конца кристаллизатора
и, непрерывно протекая вдоль него, отводится с другого через специальное отверстие. Раствор охлаждается за счет теплоотдачи в окружающий воздух, а также в результате частичного испарения растворителя через открытую поверхность аппарата.
Отношение длины корыта к его диаметру составляет обычно 10 : 1. Длина стандартных аппаратов 15 м, ширина — 1,5 м, мощность привода — около 1 кет.
Медленное охлаждение раствора при слабом движении резко снижает скорость образования зародышей и позволяет получать очень крупные кристаллы размером от 3—5 до 10—25 мм. Этому способствуют также устанавливаемые на дне корыта в шахматном порядке невысокие поперечные перегородки, которые препятствуют продольному смешению раствора и увеличивают истинное время пребывания материала в аппарате. Считают [23], что скорость движения кристаллов вдоль корыта составляет 0,1—0,2 скорости движения маточного раствора, поэтому каждый кристалл за время пребывания в аппарате многократно омывается свежим раствором.
Продвигаясь по дну корыта, кристаллы не могут срастаться между собой (как это происходит в стационарных кристаллизаторах) и вырастают не только крупными, но и правильной формы. Поскольку скорость движения раствора невелика и в аппарате отсутствуют вращающиеся части, полностью устраняется механическое истирание кристаллов и образование тонкодисперсных фракций.
Вследствие медленного воздушного охлаждения, а также того, что движущийся раствор содержит большое количество
Раствор
3
Рис. 74. Качающийся кристаллизатор:
^—корыто; 2 — бандажн; •"¦“ОПООНЫе ппликн.
опорные ролики.
Суспензия ^2
169
Раствор
ЧЕ
-о- н
Матомыи \/pacm8op
Рис. 75. Схема разделения суспензии после кристаллизатора:
1 — качающийся кристаллизатор;
2 — сепаратор; 3—центрифуга.
Рис. 76. Двойной качающийся кристаллизатор (подвесной).
у//////////////////////////////,
растущих кристаллов, инкрустации на стенках аппарата не образуются.
Для повышения производительности центрифуги разделяемая суспензия из кристаллизатора 1 (рис. 75) направляется в сепаратор 2, из которого маточный раствор, пройдя через мелкую сетку, отводится на последующую технологическую переработку, а сгущенная кристаллическая масса — на центрифугу 3. После центрифуги кристаллы высушиваются и рассеваются на наклонных эксцентриковых ситах на 3 или 4 класса по крупности.
Иногда удобнее применять кристаллизатор на качающихся подвесках. На рис. 76 схематично изображены два подвесных качающихся кристаллизатора, имеющих общий привод.
Качающиеся кристаллизаторы наряду с преимуществами — возможностью получения крупных и хорошо ограненных кристаллов, резким уменьшением или даже полным предупреждением инкрустаций — имеют и ряд недостатков. Пары, удаляемые из кристаллизатора, попадают непосредственно в цех, увлажняя и загрязняя атмосферу. Производительность таких кристаллизаторов невелика— 100—150 кг/ч кристаллического продукта, что обусловлено низким значением общего коэффициента теплопередачи /С = 6-ь12 вт/ (м2 ¦ град), или 5—10 ккал/ (м2 • ч • град).
Для интенсификации испарительного охлаждения над рас-170 твором иногда продувают воздух, однако это лишь незначитель-
но ускоряет процесс, поэтому для увеличения производительности используют некоторые другие конструкции механических кристаллизаторов.
Шнековые кристаллизаторы
Из аппаратов этого типа наибольшее распространение получили две конструкции — с ленточной мешалкой и со шнеком.
Кристаллизатор с ленточной мешалкой (рис. 77) состоит из горизонтально расположенного корыта 1 с полуцилиндрическим днищем, которое снаружи имеет водяную рубашку 2, а внутри — тихоходную ленточную мешалку 3 (0,5—1,0 рад/сек), изготовленную из трех расположенных по спирали металлических лент и приводимую во вращение червячной передачей 4. Горячий концентрированный раствор по штуцеру 5 подается на один конец корыта и, постепенно охлаждаясь, проходит вдоль аппарата к сливному штуцеру 6. В этом же направлении при помощи мешалки проталкиваются и выпавшие кристаллы.
