Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Т — температура кипения чистого растворителя при заданном давлении, °К;
г—теплота испарения при заданном давлении, дж/кг.
Приведенные выше соотношения справедливы лишь для разбавленных идеальных растворов. Однако при вакуум-кристаллизации приходится определять температуру кипения насыщенных растворов, т. е. растворов, далеких от идеального состояния. Кроме того, расчет усложняется тем, что концентрация насыщенного раствора является однозначной функцией температуры, поэтому расчет проводится методом подбора. Поясним это на примере, используя соотношение (43).
Требуется определить температуру кипения (кристаллизации) насыщенного водного раствора азотнокислого натрия при остаточном давлении в аппарате 2,67 кн/м2 (20 мм рт. ст.).
1) По таблицам насыщенного водяного пара [48] для этого давления определяем 7=22,1+273,15 = 295,25° С и /-=2 448 608 дж/кг, а затем по формуле И. А. Тищеико находим поправочный коэффициент
^' = 16’21^ж = 0-5771
2) Задаемся ориентировочно концентрацией насыщенного раствора
а,'—0,55 и находим из справочной литературы [10] температурную депрессию при атмосферном давлении Д^ах. —12,0 °С, затем рассчитываем депрессию при заданном давлении
td' = ДО' = 12,0 • 0,5771 = 6,9° С
Найденную температуру кипения раствора Д?|"{ип =22,1-)-6,9 = 290С проверяем по кривой растворимости NaN03 в воде [10], из которой следует, что при этой температуре 55%-иый раствор NaN03 расположен в области пересыщенных растворов.
3) Затем задаемся другим значением концентрации насыщенного раствора а"=0,486 и определяем для него температурную депрессию при атмосферном давлении &<ат = 9,6 °С. При заданном давлении находим Д/"=
=9,6 • 0,5771 =5,5° С. Температура кипения Д<”ип = 22,1-)-5,5 ¦= 27,6 °С по кривой растворимости соответствует температуре насыщения 48,6%-иого раствора.
Таким образом, температура кипения насыщенного раствора NaN03 при остаточном давлении 2,67 кн/м1 равна 27,6 °С.
Расчет может быть упрощен, если задана температура кристаллизации, по которой однозначно определяется концентрация насыщенного раствора (по кривой растворимости) и его температурная депрессия при атмосферном давлении. Из уравнения (43) рассчитывают значение А/, а по его величине—и необходимое остаточное давление в аппарате.
Существующие конструкции вакуум-кристаллизаторов рассматриваются ниже в порядке их исторического развития. 199
Вакуум-кристаллизаторы периодичесного действия
При небольшой производительности или периодичности предыдущих производственных процессов используются кристаллизаторы периодического действия. Один из таких аппаратов изображен на рис. 92. Он представляет собой герметичный реакционный сосуд 1 с мешалкой, соединенный через поверхностный конденсатор 4 с вакуум-насосом. Через штуцер 2 в кристаллизатор примерно на 2/3 его объема заливается горячий исходный раствор и включается вакуум-насос. По мере понижения давления в аппарате раствор вскипает и вследствие испарения части растворителя охлаждается до температуры, соответствующей температуре кипения при данном разрежении. Образующиеся пары удаляются через штуцер 3 и конденсируются в теплообменнике 4, из которого неконденсирующиеся газы через брызго-уловитель 5 удаляются при помощи вакуум-насоса. Конденсат по барометрической трубе отводится в гидрозатвор 6. После охлаждения раствора до конечной температуры в аппарате постепенно повышают давление до атмосферного и суспензию по штуцеру 7 отводят на центрифугу.
Из-за высокого пересыщения при кристаллизации раствора получают мелкокристаллический продукт, на внутренней поверхности аппарата, особенно в зоне кипения раствора, образуются наросты соли. Размер полученных кристаллов будет возрастать при постепенном увеличении вакуума в аппарате, хотя это и при* ведет к уменьшению производительности установки.
Путем эмалирования внутренних стенок кристаллизатора и обеспечения высоких скоростей перемешивания раствора можно
Рис. 92. Вакуум-крнсталлизатор периодического действия.
/ — корпус кристаллизатора; Р—штуцер для подачи раствора; 3 —штуцер сокового пара; 4 — поверхностный конденсатор; 5—брызго уловитель; 6 — гидравлический затвор; 7 —штуцер для выгрузки суспензии-
существенно уменьшить скорость образования инкрустации. Однако следует иметь в виду, что при периодической работе кристаллизатора отложение соли на стенках не создает особых неудобств при эксплуатации аппарата, так как после каждой новой загрузки горячего раствора эти осадки полностью растворяются.
При перемешивании кристаллизующегося раствора устраняется друзовый рост кристаллов на дне и стенках аппарата и обеспечивается полное снятие пересыщения раствора. Следует отметить, что с повышением вакуума в аппарате возрастает относительное влияние гидростатического давления столба раствора на повышение его температуры кипения. Так, при остаточном давлении 2,67 кн/м2 (20 мм рт. ст.) температура кипения насыщенного раствора ЫаЫОз равна 27,6° С. Однако в точках, расположенных на глубине 0,5 и 1,0 м от уровня раствора (плотность р = 1390 кг/м3), при повышении давления соответственно на 1390 • 0,5 • 9,81 =6817,9 н/м2 (51,1 мм рт. ст.) и 1390 • 1,0 • 9,81 =
