Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку гидравлическое сопротивление контура этих аппаратов невелико (0,5—1,0 м), вместо центробежных насосов для циркуляции целесообразно использовать низконапорные пропеллерные* (осевые) насосы, позволяющие уменьшить расход энергии в 1,5—2 раза. Конструктивное оформление циркуляционных вакуум-кристаллизаторов в этом случае может быть таким, как это показано на рис. 110.
и ^
" \? и
<20 60 30 22 >в 15
производительность кристаллизатора Е^;Ю2, кг/сек a
|р Скорость циркуляции w, п/сек
щ
: г
fe- „,г к.,, <¦
20
30
10
ВО
30 Ь5 Концентрация кристаллов i, посс. %
Рис. 109. Зависимость среднего размера кристаллов rfcр. от производительности кристаллизатора по соли GKp. (а), скорости циркуляции раствора w (б) и концентрации кристаллов в суспензии k (в) при различных числах оборотов рабочего колеса насоса п {рад/сек):
¦ 1 — л=47 (450 об/жину, 2 — л-63 (600 об/мин); 3 — п —100 (960 об/мин)-, 4 — л-150 (1450 об/мин)', —время пребывания суспензии в кристаллизаторе (в мин),
При установлении режима работы промышленных кристаллизаторов и при проведении исследовательских работ возникает необходимость в определении скорости циркуляции суспензии. Непосредственное ее измерение является затруднительным, так как обычные приборы не могут быть использованы для определения линейных скоростей и расходов кристаллизующихся растворов, содержащих большое количество твердой фазы. Учитывая важность затронутого вопроса и слабое освещение его в литературе, остановимся на нем несколько подробнее.
В наших работах степень смешения потоков и скорость раствора в центральной трубе (в аппаратах, изображенных на рис. 105—108) подсчитывались из материального и теплового балансов процессов смешения. С достаточной степенью точности можно принять, что теплоемкости питающего и маточного растворов и раствора после смешения равны между собой, поэтому после совместного решения указанных уравнений получаем простое выражение для расчета коэффициента смешения [65]:
из которого следует, что для определения величины U достаточно знать показания точных термометров (или термистеров) на линии подачи питающего раствора (^Рас.), в сепараторе кристаллизатора (?мат.) и в центральной трубе после смешения раствора (fCM.)-
Зная степень смешения U и объемный расход питающего раствора Крас. (м3/свк), нетрудно определить и линейную скорость циркуляции w в центральной трубе [69]:
где /Тр. — площадь поперечного сечения трубы, м2.
В более поздней работе [73] скорость циркуляции суспензии в центральной трубе достаточно точно была определена нами при помощи специальной гидродинамической трубки 1 (рис. 111), предварительно оттарированной на воде. При работе на суспензии трубка периодически промывалась водой через патрубки 2. U-образный манометр 3 заполнялся ртутью или четыреххлористым углеродом в зависимости от величины измеряемых перепадов ДА.
В литературе [76, 77] описан также специальный измеритель потока для определения скорости циркуляции суспензий. В циркуляционном контуре, где движение суспензии направлено сверху вниз (см. рис. 102 и 110), на фланцах точно по диаметру трубы (рис. 112) устанавливается небольшая вставка /, в которой сделано два щелевых выреза, расположенных друг против друга и закрытых смотровыми стеклами 2. Внутри вставки помещено кольцо 3 в виде усеченного конуса, подвешенного на пружине 4 к кронштейну 5. В зависимости от скорости потока кольцо перемещается вниз, натягивая при этом пружину.
W
Рис. 112. Пружинный измеритель потока:
•/•—корпус; 2 — смотровые окна; 3— коническое кольцо; -/ — пружина; 5—кронштейн.
221
Местоположение кольца фиксируется специальной шкалой, которая нанесена на одном из смотровых стекол и показывает скорость движения потока.
Итак, циркуляционные вакуум-кристаллизаторы можно рассматривать как наиболее перспективные аппараты для кристаллизации из растворов. Они отличаются простотой изготовления и обслуживания, обладают высокой производительностью и позволяют получать достаточно крупнокристаллический продукт. При использовании этих аппаратов ликвидируются частые простои оборудования, связанные с остановками для удаления инкрустаций, полная герметичность этих аппаратов создает хорошие санитарно-технические условия труда для обслуживающего персонала, что имеет особенно важное значение для химических производств.
Расчет в а к у ум-кри стал л изаторо в с циркуляцией суспензии [69, 71]. Расчет сводится к определению диаметров сепаратора Dc, корпуса dK и центральной трубы ofT, а также барометрической высоты Нб и высоты сепаратора #с (см. рис. 106).
За основу расчета диаметра циркуляционной трубы dr принимается скорость циркуляции в ней раствора w, при выборе которой необходимо учитывать следующее. Во-первых, скорость циркуляции должна значительно превышать скорость гравитационного осаждения наиболее крупных кристаллов. Во-вторых, с увеличением скорости движения раствора уменьшается вероятность образования инкрустаций на стенках аппарата, но зато увеличивается механическое истирание кристаллов. В-третьих, с увеличением w возрастает сопротивление циркуляционного контура и уменьшается коэффициент инжекции струйного насоса [78, 79], а следовательно, увеличивается перегрев раствора и его пересыщение при кристаллизации.
