Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Рнс. 117. Выпарной аппарат с выносной нагревательной камерой без солесборннка:
1 — фонарь; 2—соединительная труба.
Чтобы уменьшить сопротивление циркуляционного контура, отношение сечения подъемной трубы к сечению греющих трубок принимают в пределах 1,5—2,0, что отвечает увеличению объема образующейся паро-жидкостной эмульсии. С этой же целью в верхней части подъемной трубы делается небольшой раструб.
Если упаривают пенообразующие растворы, то подъемную трубу делают сужающейся, а тепловую нагрузку аппарата увеличивают с таким расчетом, чтобы приведенная скорость пара в трубе была не менее 10 м/сек (при атмосферном давлении в сепараторе). Этой скорости достаточно для механического разрушения пены [86].
Выпарные аппараты с выносной нагревательной камерой широко применяются для кристаллизации солей как с прямой растворимостью (например, сульфат аммония [97]), так и с обратной (например, при выпаривании алюминатных щелоков с выделением из них соды и сульфата натрия [86]). Эти аппараты удобны в эксплуатации, так как расположение нагревательной камеры вне аппарата облегчает ее ремонт, а при необходимости и чистку трубок. В случае, если по условиям работы требуется сравнительно частая остановка аппарата для чистки трубок или ремонта, к одному сепаратору могут быть присоединены две или больше нагревательных камер, из которых одна может быть резервной.
Общим недостатком выпарных аппаратов с естественной циркуляцией является сравнительно небольшая скорость движения жидкости, что не всегда может предупредить образование инкрустаций. К тому же скорость циркуляции в большой степени зависит от стабильности параметров греющего пара и его подачи. Кроме того, для поддержания возможно больших скоростей циркуляции требуется иметь значительную разность температур между греющим паром и раствором (до 20—25°С), что не позволяет варьировать тепловую нагрузку аппарата в сторону ее уменьшения с целью получения более крупнокристаллического продукта. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора лишены указанных недостатков.
2. Выпарные аппараты о принудительной циркуляцией
Выше указывалось, что увеличение скорости движения раствора в аппарате является одним из общих методов борьбы с образованием инкрустаций. Это в полной мере относится к случаю выпаривания кристаллизующихся растворов [3].
В специально проведенной работе [98] по упариванию растворов солей с прямой и обратной растворимостью было показано, что скорость образования кристаллов на поверхности теплопередачи является функцией степени турбулентности движущегося раствора. Последняя, в свою очередь, определяет 239
интенсивность теплопередачи. Из этого следует, что при одинаковой скорости кристаллообразования на поверхности существует связь между числом Рейнольдса (Re) и тепловой нагрузкой (<7„р.). Увеличение турбулентности потока снижает скорость кристаллообразования. Так, для растворов Na2S04, Na2HP04 • 7НгО, ЫагНР04- 12Н20 и некоторых других эта связь выражается зависимостью
?кР. = К Re0,43
где qKp. — тепловое напряжение поверхности, соответствующее определенной условной скорости кристаллообразования;
К—постоянная, зависящая от природы раствора и поверхности теплообмена.
Из последнего уравнения следует, что с повышением турбулентности потока можно увеличивать тепловую нагрузку, не изменяя скорость образования инкрустаций. Такой же результат был получен и в других работах [99, 100].
Рис. 118. Выпарной аппарат с пропеллерной мешалкой:
1 — пропеллерная мешалка;
2—спускная труба.
240
Рис. 119. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и подвесной нагревательной камерой:
/ — направляющий патрубок; 2 — пропеллерный насос; 3 — нагревательная камера; 4 — отражательная перегородка; 5— штуцер для отвода суспензии.
Итак, увеличение скорости циркуляции раствора в аппарате уменьшает вероятность образования в нем инкрустаций и увеличивает надежность его работы.
Принудительная циркуляция в выпарных аппаратах создается специальными насосами, которые помещаются снаружи или внутри аппарата и могут обеспечивать любую скорость движения раствора.
В аппаратах небольших размеров для создания циркуляции могут быть использованы быстроходные пропеллерные мешалки. Одна из таких конструкций, изображенная на рис. 118, представляет собой короткотрубчатый выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой, снабженной пропеллерной мешалкой 1. Спускная труба 2 служит для отвода из аппарата наиболее крупных кристаллов, мелкие же кристаллы уносятся обратно в циркуляционный контур восходящим потоком питающего раствора. Нижняя часть отмучивающего колена служит для улавливания сравнительно больших кусков соли, которые могут отваливаться с внутренних стенок аппарата и периодически выгружаться через нижний штуцер.
На рис. 119 показан усовершенствованный вариант подобного аппарата с более длинными трубками и с подвесной нагревательной камерой. Циркуляция в аппарате осуществляется при помощи пропеллерного насоса 2, установленного сверху над нагревательной камерой 3. Для создания равномерного потока суспензии и уменьшения гидравлических сопротивлений насос снабжен направляющим патрубком /, а под нагревательной камерой расположена отражательная перегородка 4. Образующиеся кристаллы циркулируют по контуру аппарата и отводятся вместе с маточным раствором через штуцер 5.
