Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
На основании экспериментальных данных нам удалось установить, что для кристаллизаторов с естественной циркуляцией (см. рис. 105), а также с подачей питания через струйный насос (см. рис. 106 и 107) в качестве оптимальной скорости можно принять w = 0,4—0,7 м/сек, чему соответствуют коэффициенты смещения U (или коэффициенты инжекции) от 6—8 до 15—20.
Это объясняется тем, что за счет только одной естественной циркуляции при остаточном давлении в сепараторе 5,33— 6,27 кн/м2 (40—20 мм рт. ст.), нельзя получить скорость
большую, чем 0,4 м/сек. При естественной циркуляции, усиленной работой струйного насоса, можно получить скорость и выше 0,7 м/сек, однако при этом уже заметно возрастает сопротивление контура, приводящее к уменьшению коэффициента инжектирования, а следовательно, и к увеличению пересыщения рас-222 твора при кристаллизации.
Если пренебречь потерями напора на преодоление сил трения в зоне кипения и на увеличение скорости движения пара как малыми величинами, то можно написать следующее балансовое уравнение напоров:
"к
J ф(/0<///+Ар + ДЛ = 2Сн^.+-г^.-^- (47)
О
к
где J г\>(H)dH— движущий напор естественной циркуляции,
0 обусловленный уменьшением плотности паро-
жидкостной смеси в зоне кипения (Нк — высота зоны кипения, ф(Я) —объемное паросо-держание на расстоянии Н от верхнего конца трубы);
Ар— напор, создаваемый разностью плотностей жидкости в циркуляционной трубе при температуре ?См. и в корпусе кристаллизатора при температуре маточного раствора ^мат. (напор Ар учитывается только для контура с малым сопротивлением);
Арс — напор, создаваемый струйным насосом (если насос отсутствует, Арс = 0);
до 2
—напор, теряемый на преодоление сил трения и
местные сопротивления в некипящем участке контура (2?н — сумма коэффициентов сопротивления на этом участке);
\h
г-------------напор, теряемый на ускорение жидкости в зо-
1 УК S
не кипения [80] (фк — конечное паросодержа-ние на выходе из циркуляционной трубы).
Решая уравнения (47) относительно w, получаем
J y(H)dH + APc+hp
-----------g (48)
Таким образом, для определения скорости циркуляции необходимо знать величину Арс, глубину закипания Нк и изменение паросодержания вдоль трубы ip.
Экспериментально было установлено, что при остаточном давлении 4,0—5,0 кн/м* (30—40 мм рт. ст.) глубина закипания Нк
(в м) зависит от перегрева раствора Д/ = /См. — /мат- и от коэффициента смешения по эмпирическому уравнению
Нк = 0,000174(7 At2'5 (49)
Изменение же истинного объемного паросодержания вдоль участка кипения хорошо описывается уравнением
яДоов (50)
С помощью уравнений (48) — (50) можно определить скорость циркуляции w и диаметр центральной трубы dт методом
последовательных приближений.
Задавшись скоростью циркуляции со' (в интервале 0,4—
0,7 м/сек) и ориентировочным значением диаметра трубы dT = = 6|^Vpac. (где Крас. — расход питающего раствора, мг/сек) из уравнения (45) и соотношения
4 (<Змат, -|- Gpac.)
— 2
Л^тРсус.
определяют коэффициент смешения
Лй^рсус. • W 4G0
U = -^---------------------------1 (51)
¦'рас.
где рсус. — плотность суспензии.
Если циркуляция осуществляется при помощи струйного насоса, то по его характеристике находят значение напора, создаваемого насосом Дрс [79].
Далее, зная температуру раствора после самоиспарения /Мат. (в зависимости от его температурной депрессии и остаточного давления в сепараторе) и температуру питающего раствора tpac., а также Gpac. и U, из уравнения (46) определяют температуру смеси tGM. в центральной трубе
^ ^рас. “Ь ^"^мат.
по которой рассчитывают и величину hp
*»"i (•-&) <62’
где L — длина центральной трубы;
Рсм. и рмат. — плотность суспензии в центральной трубе (при температуре t0H.) и в корпусе кристаллизатора (при 224 температуре /мат.).
Затем из уравнений (49) и (50) находят величины Нк и ф,
"к
после чего определяют значение J 4'(H)dH.
о
Нк
Найденные значения t|>, J ty(H)dH, Арс и Лр подставляют
о
в уравнение (48), из которого вычисляют скорость циркуляции w. Если w = w', то расчет на этом заканчивается. Если же хюфхю', то задаются следующим значением скорости циркуляции со", равным полученному значению w, и весь расчет повторяется. Так поступают до тех пор, пока принятое значение скорости циркуляции не будет достаточно близко его расчетному значению по уравнению (48).
Чтобы уменьшить сопротивление циркуляционного контура, скорость раствора в корпусе можно принять равной 0,5 w. Отсюда диаметр корпуса
dK = dT Уз ^ l,73dT
Диаметр сепаратора Dc необходимо выбирать, исходя из требуемой чистоты сокового пара. А. Н. Красиков и К- Н. Шабалин [81] показали, что для барботажных аппаратов, условия работы которых в отношении брызгоуноса близки к условиям выхода паро-жидкостной смеси из циркуляционной трубы кристаллизатора, при отсутствии каких-либо сепарирующих устройств коэффициент очистки К0ч. (отношение концентрации вещества в растворе к концентрации его в паре) является функ-
( Wn \
цией динамического давления пара, т. е. Коч. — f Iр"I.
Указанные авторы приводят экспериментальные данные о зависимости коэффициентов очистки от скорости пара в сепараторе, полученные при остаточном давлении 21,4 кн/м2 (160 мм рт. ст.).
