Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 81. Башенный кристаллизатор:
1 — шахта; 2 —распределительные сопла.
теком или при помощи фугование или отстаивание.
Производительность таких кристаллизаторов-градирен очень велика и в отдельных случаях достигает нескольких сотен кубических метров раствора в час.
Так как раствор в этих аппаратах кристаллизуется «на лету» в падающих каплях, то возможность инкрустации исключается.
Основным недостатком башенных кристаллизаторов является образование чрезвычайно мелкокристаллического продукта в результате большой скорости охлаждения каждой капли. Этим и объясняется их очень ограниченное применение.
Тепловой расчет башенного кристаллизатора аналогичен расчету градирен, который приводится в специальной литературе [26, 27].
Кристаллизатор со вввешенным слоем
Среди кристаллизационного оборудования особое место занимают кристаллизаторы со взвешенным слоем, предназначенные для получения крупнокристаллического и однородного по размеру продукта, известные в мировой практике под названием «Осло» или «Кристалл». Их особенностью является возможность регулирования размера получаемых кристаллов за счет изменения некоторых технологических параметров.
За последние два десятилетия кристаллизаторы со взвешенным слоем получают все большее распространение. Однако сведения о их работе носят крайне разноречивый характер [28—31], поэтому нами были проведены специальные исследования [32—34] по изучению закономерностей кристаллизации во взвешенном слое. Поскольку в отечественной литературе имеются лишь самые общие сведения об этих аппаратах, то ниже
Рис. 82. Охладительный кристаллизатор со взвешенным слоем:
/ — корпус аппарата; 2, 4 — циркуляционные трубы; 5—штуцер для слива маточ ного раствора; 5—отстойник мелкой соли <5 —сливная труба из отстойника 7, // — штуцера для ввода и вывода охлаждающей воды; 8, 9,13—краны; 10— трубчатый теплообменник; 12—насос для циркуляции охлаждающей воды; 14— вентиль; /5—циркуляционный иасос; 16 — штуцер для ввода раствора; /7 — патрубок для* выгрузки-суспензии; 18— штуцер для отвода мелкой соли.
приводится подробное описание их конструкции, особенностей эксплуатации и методики расчета.
Кристаллизатор со взвешенным слоем, схематично изображенный на рис. 82, состоит из корпуса /, циркуляционного насоса 15 и теплообменника 10, соединенных в замкнутый контур циркуляционными трубами 2, 4. Для улучшения условий кристаллизации и регулирования размера кристаллов аппарат часто снабжают вспомогательным насосом 12 (для циркуляции охлаждающей воды) и отстойником мелкой соли 5.
Горячий концентрированный раствор непрерывно поступает через штуцер 16 во всасывающую циркуляционную трубу 2 и смешивается там с циркулирующим по замкнутому контуру маточным раствором, количество которого в десятки и сотни раз превышает количество поступающего свежего раствора. В результате температура и концентрация раствора после смешения повышаются очень незначительно, и раствор практически остается насыщенным. Протекая затем через трубки теплообменника 10, раствор охлаждается, приобретая лишь очень небольшое пересыщение (обычно не свыше I—3 кг/м3).
Пересыщенный раствор *по трубе 4 поступает в нижнюю часть корпуса кристаллизатора и поднимается вверх восходящим потоком, поддерживая растущие кристаллы во взвешенном состоянии. Линейная скорость раствора в аппарате составляет обычно 1—2 см/сек и регулируется вентилем 14 таким образом, чтобы кристаллы не оседали на дно и не уносились в циркуляционный контур.
По мере прохождения раствора через взвешенный слой пересыщение снимается отложением вещества на растущих кристаллах. Из верхней части корпуса маточный раствор снова засасывается в трубу 2, и процесс повторяется.
Таким образом, принцип действия кристаллизатора основан на поддержании в системе весьма малого пересыщения, при котором скорость образования зародышей невелика, а основная масса вещества выделяется на поверхности уже имеющихся кристаллов, обеспечивая их рост до требуемого размера.
Готовый кристаллический продукт непрерывно или периодически выводится из нижней части корпуса через кран 17 или какое-либо другое выгрузное устройство (сифон, эрлифт, насос, солесборник и т. д.). Избыток маточного раствора отводится через переливной штуцер 3.
Раствор в теплообменнике охлаждается водой (или холодильным рассолом), которая вводится через штуцер 11, а выводится через штуцер 7. Для более равномерного распределения разности температур на поверхности теплообмена и уменьшения тем самым местных пересыщений и инкрустаций трубок через межтрубное пространство при помощи насоса 12 непрерывно циркулирует охлаждающий агент. Если инкрустация все же образуется, то ее удаляют, периодически промывая или прогревая теплообменник. Для промывки теплообменника прекращают подачу питающего раствора и охлаждающей воды в аппарат, выключают циркуляционный насос 15, закрывают вентиль /4, открывают кран 8 и затем через кран 13 подают промывную жидкость.
Прогревание теплообменника выгодно отличается от промывки тем, что оно не связано с введением в систему дополнительного количества растворителя. Для прогревания прекращают подачу в теплообменник питания и охлаждающей воды, выключают циркуляционный насос 15 и открывают кран 9, через который в межтрубное пространство подается пар * или горячая вода. При подаче воды исключается возможность' вскипания раствора в трубках. При повышении температуры в одном теплообменнике образовавшиеся на стенках инкрустации растворяются, а кристаллы в корпусе кристаллизатора остаются без изменения.
