Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Значение средней разности температур Atcp. рассчитывается в зависимости от граничных условий процесса, т. е. от соотношения разности температур между обеими средами на входе в кристаллизатор Д^н и на выходе из него А^к. Поскольку для кристаллизаторов характерно противоточное движение сред, процесс теплообмена схематично можно изобразить на рис. 80, из которого следует, что Atn=tlB — t2к и А?к=^н — Внесли отношение большей разности температур к меньшей больше или равно 2, т. е., например, AtJAtl<'^- 2, то Д^Ср. определяется как среднелогарифмическая разность температур
Л i (tiH ^2к) (^1К - ^2н) _ /ООЧ
А*ср. ЛОГ. - 1---й-------------Т2
2,31gili=l^L 2,31g§i-
?1К f2H ШК
Если же AtH/AtK<2, то с достаточной степенью точности в уравнение (37) можно подставить значение средней арифметической разности температур:
Л 4- _ (^1Н--^2к)Ч~(Лк-----^2и) _ Д^Н-f-A^K /ЭПЧ
Мер. ар.----------2 2
Еще раз укажем, что при кристаллизации не всегда принимаются максимально возможные для данных условий значения средней разности температур А^Ср.- Граничные температурные 176 условия, т. е. желаемые темпы охлаждения, выбираются, исходя
из природы кристаллизуемой соли и требуемого качества продукта.
Количество испаряющегося растворителя № (кг/ч) с открытой поверхности раствора( например, в качающихся и шнековых кристаллизаторах) может быть определено по приближенному закону Дальтона:
VT = K,F(p,-/>2)
где рх и р-2 — давление паров над раствором и в окружающем воздухе, мм рт. ст.\
F—поверхность испарения, м2;
Кх — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств жидкости и скорости движения воздуха над раствором.
Для воды и водных растворов значения К\ при движении воздуха параллельно поверхности раствора можно определить из соотношения [8]:
Kt = 0,0745 (®р)0-8
где w—скорость движения воздуха, м/сек;
р — плотность воздуха, кг/м3, или по формуле [10]:
Ki = 0.0433®0'8
Если растворитель удаляется в результате испарения при продувании воздуха над горячим раствором (например, в барабанных вращающихся кристаллизаторах с воздушным охлаждением), то
W = L (х2 — xi) где L— расход сухого воздуха, кг/ч;
.X] и х2 — начальное и конечное влагосодержание воздуха, кг/кг сухого воздуха.
В качестве примера приведем расчет непрерывно действующего шнекового кристаллизатора с водяным охлаждением (ширина корыта 600 мм). Кристаллизуется 23%-ный водный раствор Na3PQi, охлаждаемый от 40 до 25° С, выпадающая соль имеет состав Na3P04 • 12Н20. Производительность аппарата по соли 0,139 кг/сек (500 кг/ч). Следует определить необходимую теплопередающую поверхность F и расход охлаждающей воды GB, если общий коэффициент теплопередачи К—105 вт/(м2-град) или90ккал/(мг ¦ ч ¦ град). В расчете нужно учесть, что через открытую поверхность кристаллизатора испаряется 0,8% (от общего количества раствора) воды.
Растворимость Na3P04 при 25° С составляет 15,5 частей безводной соли иа 100 частей воды. Средняя теплоемкость раствора в интервале температур 40—25° С равна 3,22 кдж/ (кг ¦ град) или 0,77 ккал/(кг ¦ град), скрытая теплота кристаллизации q= 139,84 кдж/кг или 33,4 ккал/кг. Охлаждающая вода поступает в рубашку при температуре 15° С н нагревается в кристаллизаторе ДО 20° С.
Концентрация соли в маточном растворе (в масс, долях) составляет
15,5
Молекулярный вес Na3P04 равен 163,95, Na3P04-12H20 — 380,14, следовательно,
163,95
380,14
= 0,43
1. Определим количество кристаллизующегося раствора при заданной производительности. Для этого воспользуемся уравненнем (30) в виде:
GKр (Кт — а2) 0,139 (0,43 — 0,134)
G, — --------- —
р_ (а, — а2) + 0,008а2 (0,23 — 0,134)+0,008 • 0,134
= 0,43 кг/сек (1550 кг 'ч)
2. Из теплового баланса определим количество отводимого тепла: Q=0,43 • 3,22 (40 — 25) + 0,43 • 139,84 — 0,008 • 0,43 • 2417,63 = 31,89 кет, где 2417,63 кдж/кг (577 ккал/кг)—теплота парообразования воды при средней температуре (40+25) : 2=32,5° С.
3. Величину At определяем по уравнению (38):
Ын-Мк (40-20)-(25- 15) 1лгог,
Мер. лог. - д7 - - 40_20 -14,5 С
2,3 lg^- 2*3»г-25=ГТ5
4. По уравнению (37) находим поверхность теплопередачи
F = — = -, 3-1 8.9.П = 20,94 м2
К А^ср. ‘05 • 14,5
5. Для шнековых кристаллизаторов с шириной корыта 600 мм на 1 л длины аппарата теплопередающая поверхность составляет 0,9 м2 [25]. Требуе- ‘ мая длина кристаллизатора в этом случае будет равна:
' 20,94 = 23,2 м
0,9
Таким образом, для обеспечения заданной производительности потребуется 2 шнековых кристаллизатора, каждый из них длиной 12 м, собирается из четырех секций (по 3 м).
6. Расход охлаждающей воды составляет
°в = сЖ?-Т2и) = 4190(il- 15) = 152 Кг!сеК (54?0 Кг!ч) где 4190 — теплоемкость воды (дж/кг ¦ град).
Башенный нристалливатор
Башенный кристаллизатор также является аппаратом с воздушным охлаждением. Он представляет собой (рис. 81) градирню — деревянную открытую башню-шахту /, высота которой может достигать 25—30 м при площади сечения 20X20 м. Горячий раствор, подлежащий кристаллизации, разбрызгивается внутри башни специальными распылителями 2. Проходя через градирню, мельчайшие капельки раствора быстро охлаждаются вследствие теплоотдачи и частичного испарения растворителя с поверхности капель. Образовавшиеся кристаллы вместе с маточным раствором собираются в нижней части шахты и само-
