Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Размер получаемых кристаллов можно регулировать частичным удалением мелочи, что равносильно уменьшению скорости образования центров кристаллизации. С этой целью наиболее мелкие кристаллы из верхней зоны взвешенного слоя вместе с раствором выводятся в отстойник 5 (см. рис. 82), откуда осветленный раствор по трубопроводу 4 возвращается в циркуляционный контур, а мелкокристаллический осадок выводится через штуцер 18 в качестве побочного продукта либо поступает на растворение.
Линейная скорость движения раствора в корпусе аппарата оказывает сравнительно небольшое влияние на размер получаемых кристаллов. Дело в том, что она ограничена, с одной стороны, осаждением крупных кристаллов, а, с другой — уносом наиболее мелких частиц и, следовательно, она может изменяться только в узких пределах. В условиях развитого турбулентного движения, характерного для кристаллизаторов этого типа, такое небольшое изменение скорости само по себе не отражается на размере кристаллов. Оно влияет на величину й?ср.. лишь косвенно вследствие изменения порозности слоя е. Однако правильный выбор линейной скорости w очень важен с точки зрения равномерности псевдоожижения слоя кристаллов и поддержания необходимой порозности слоя.
Измерения порозности и гранулометрического состава кристаллов в различных точках аппарата показали [34], что по высоте взвешенного слоя имеются две области, разделенные более или менее четкой границей*. Средний размер частиц и концентрация твердой фазы в нижней области, составляющей 60—80% от общей массы кристаллов в аппарате, в полтора— два раза больше, чем в верхней, но в пределах каждой области эти величины практически одинаковы на любой высоте. Некоторая весьма несовершенная классификация кристаллов по размеру внутри каждой области наблюдается лишь при сравнительно малой скорости движения раствора. Разделение взвешенного слоя на две указанные области объясняется, по-видимому, различной степенью турбулентности раствора в них: в нижней части турбулентность выше из-за высокой скорости раствора на выходе из центральной трубы.
Порозность е в той и другой области взвешенного слоя устанавливается в строгом соответствии со средним размером частиц dcр. (м) и приведенной скоростью раствора w (м/сек). Если
* В уравнении (41) значения М„ и е относятся к нижней области слоя.
Рис. 84. Г рафик для расчета скорости псевдоожижения.
сечение аппарата изменяется по высоте, то в качестве определяющей скорости w следует выбирать минимальную линейную скорость в пределах той области, где порозность может быть принята постоянной. Зависимость между величинами е, dcp. и w выражается в критериальной форме в виде функции
Re = f (Ar) (42)
wdcpfi wdc p. „
где Re————^---------------------критерии Рейнольдса;
д dcp.& Ркр. P “Л
Ar = —^---------------------критерии Архимеда;
v — кинематическая вязкость раствора, м21сек\
Ркр. и Р—плотность соответственно кристаллов и раствора, кг/м3\ g — ускорение силы тяжести, м/сек1.
Представленная на рис. 84 экспериментальная кривая, графически изображающая функцию (42), позволяет рассчитать скорость раствора, необходимую для создания взвешенного слоя с заданной порозностью е, если известны плотность и средний размер кристаллов, а также физические свойства раствора.
При проектировании кристаллизатора величина е выбирается не менее 0,65—0,70, так как при иных ее значениях часть кристаллов может выпасть в осадок. Наилучшее перемешивание происходит при е=0,75 [38].
Размеры кристаллизатора рассчитываются в следующем порядке. По заданной производительности Gm и условному пересыщению П из уравнения (40) вычисляют объемный расход циркулирующего раствора V. По заданному значению среднего размера кристаллов в продукте dcp. и известным величинам v, р, рКр. определяют критерий Аг, а затем из графика (см. рис. 84) определяется критерий Re, из которого уже рассчитывается линейная скорость раствора w на выходе из нижней области слоя, необходимая для поддержания в ней заданной по-розности 8.
Площадь поперечного сечения аппарата f (.и2) определяют из соотношения
Далее по уравнению (41) рассчитывают массу кристаллов, а затем и объем нижней части слоя Ус (в м3)
V =_____
Ркр. (1— Е)
Профиль нижней части корпуса кристаллизатора вычисляется по параболе*, отвечающей уравнению
2/2 и
где D — диаметр параболоида (в м), соответствующий высоте h (в ж).
Высота нижней части корпуса h\ равна
А.- f
Рабочая высота корпуса (до слива в циркуляционную трубу) /гр при его параболической форме может быть принята /гр=2/г4, а в случае, если верхняя часть корпуса имеет цилиндрическую форму, ftp=2,5fti.
Общая высота корпуса Я = /гр+ 1 ж.
Диаметр центральной трубы выбирается с таким расчетом, чтобы линейная скорость в ней равнялась 1—2 м/сек-, расстояние от конца трубы до дна корпуса принимается равным 'Д—'/г ее диаметра.
Поверхность трубок теплообменника определяют по общему уравнению теплопередачи (37), в котором величина средней разности температур Л^ср., принимаемая для расчета, зависит от склонности вещества к образованию инкрустаций и составляет обычно не более 2—7° С.
