Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Количество и длина трубок, число ходов теплообменника выбирают в зависимости от величины поверхности теплообмена, принятой скорости движения раствора в трубках и его объемного расхода.
В качестве примера приведем расчет корпуса кристаллизатора со взвешенным слоем для получения крупнокристаллического нитрата натрия со средним размером зерна dCp-=l,5 мм. Производительность кристаллизатора Окр =0,28 кг/сек, или — 1000 кг/ч при условном пересыщении 11 = 1,7 кг/м3.
Температура кристаллизации 30° С, плотность маточного раствора р = = 1400 кг/м3, а его кинематическая вязкость v = 1,7 • 10_е м2/сек. Плотность кристаллов NaN03p = 2260 кг/м3. Экспериментальные константы в уравнении (41) составляют /(=0,028 мм/сек°'41 и р=3,8.
* В практических условиях корпус изготавливают из нескольких усеченных конусов, вписанных в расчетный параболоид.
1. Определим объемный расход циркулирующего раствора
GKp. 0,28
V = —ц— - —— = 0,165 м3/сек, или 593 м3 ч
Для создания циркуляции выбираем осевой насос ШПрЦ производительностью 0,167 мг!сек, или 600 м31ч.
2. Линейную скорость раствора w на выходе из нижней области слоя рассчитываем для оптимального значения порозности е=0,75.
Определим критерий Архимеда
dL g p„n —р (1,5 - 10-3)3 9,81 2260— 1400
Ar = -^-------= — ---------------------=-s----------------------------= 3375
v2 p (1,7-10-6)2 1400
По рис. 84 и найденному значению lgAr=3,528 определяем lg Re = 1,216 (Re= 16,5), а следовательно, и величину w
Rev 16,5 -1,7- 10-6 . „ , 0„ , 2 ,
w =--------e =------------------г— 0,75 = 1,87 • 10 м сек
dcp. 1,5-10-3
3. Площадь поперечного сечения аппарата на выходе раствора из нижней области слоя
У_ 0.1S7 ж2
w 1,87 - 10-2
4. Масса кристаллов в слое Мв может быть определена из уравнения (41):
Откуда AfB=7000 кг.
5. Объем нижней части слоя
у =__________________=_______________________= 12 4 м3
Ркр. (1— е) 2260(1 —0,75) А
6. Уравнение профиля корпуса
яУс Q2 _ л ‘ Q2 = о 22D2 " 2/2 2-8,92 и
7. Высота нижней части корпуса
0.104
= 2,8 м
2VC 2-12,4
1 f 8,9
8. Рабочая высота корпуса (принимаем цилиндрическую форму верхней части)
Лр = 2,5Л, = 2,5 • 2,8 = 7,0 м
9. Общая высота корпуса
Н = Лр 4-1 = 7,0 + 1 = 8,0 м
10. Диаметр цилиндрической части корпуса
Расчет остальных узлов кристаллизатора не представляет трудности.
Вапьцевый кристаллизатор
Выше рассматривались конструкции аппаратов, в которых предусматривались специальные приспособления или мероприятия для предупреждения образования пристенных осадков. Однако существует кристаллизатор, принцип действия которого основан как раз на использовании инкрустации теплопередающей поверхности. Таким аппаратом является вальцевый кристаллизатор (рис. 85), который состоит из металлического барабана / с двойными стенками, частично погруженного в корыто 2 и охлаждаемого изнутри водой. Вода подается в кристаллизатор через золотниковое устройство в одну из пустотелых цапф вала и отводится через вторую цапфу. Барабан вращается с небольшой скоростью, зависящей от свойств кристаллизующегося вещества >и обычно составляющей 0,4—2,0 рад/сек (3,5—19 об/мин).
В корыто непрерывно подается горячий раствор и при погружении в него барабана на холодной поверхности его образуются и растут инкрустации соли. При вращении эта часть поверхности барабана выходит из корыта и набегает на нож 3, установленный параллельно образующей барабана. Нож снимает (срезает) с поверхности наросшие на ней кристаллы. Чтобы предупредить кристаллизацию соли в корыте, его стенки обогреваются паром.
Аппараты подобного типа особенно эффективны при кристаллизации сильно инкрустирующих солей. Кроме того, их применение целесообразно для вязких растворов и расплавов, когда количество остающегося маточного раствора невелико по сравнению с выходом кристаллического продукта. Так, они широко используются в производстве аммиачной селитры, азотнокислого кальция, едкого натра, анилиновых красителей и др.
Производительность вальцевого кристаллизатора зависит от длины барабана, степени его погружения в раствор и скорости вращения. Большое влияние на производительность аппарата
1ВВ
Рис. 85. Вальцевый кристаллизатор с корытом:
/ — барабан с двойными стенками; 2 —корыто с паровой рубашкой; 3 —нож.
оказывают также свойства кристаллизуемой жидкости, ее температура и температура охлаждающей воды.
Поверхность охлаждения вальцевых кристаллизаторов от 2 до 12 м2. Коэффициент теплопередачи составляет в среднем 350 вт/(м2-град) или 300 ккал/(м2 • ч • град). При кристаллизации аммиачной селитры, например, аппарате поверхностью теплопередачи 4 м2 (D =
=0,85 м, L= 1,5 м) при глубине погружения в корыто 0,12 м и числе оборотов
2 рад/сек (19 об/мин) обеспечивает производительность 1,25 кг/сек (4500 кг/ч).
В некоторых конструкциях вальцевых кристаллизаторов корыто отсутствует, а подача кристаллизуемой жидкости производится сверху на барабан через распределительный желоб. Схематично такой кристаллизатор представлен на рис. 86. Из питающего желоба / расплав подается на поверхность охлаждаемого барабана 2, где застывает и кристаллизуется за время, составляющее примерно 3U его оборота. Затем при вращении барабана слой кристаллов срезается ножом 3 и далее транспортируется шнеком 4. В таких кристаллизаторах обычно получают чешуированный едкий натр и едкое кали.
