Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Более простым и надежным в эксплуатации является аппарат с выносной нагревательной камерой (рис. 120), для циркуляции раствора в котором используется насос /, установленный вне аппарата. Питающий раствор, подаваемый в обратную трубу 2, смешивается с большим количеством циркулирующего маточного раствора, после чего подается в нагревательную камеру 3. Небольшая величина перегрева жидкости, а также наличие подъемной трубы 4 устраняют закипание раствора в греющих трубках; оно переносится в верхнюю часть трубы 4 и сепаратор 5. Для предупреждения отложений соли подъемную трубу иногда помещают на 1,0—1,5 м ниже уровня раствора. Таким образом, парообразование происходит в сепараторе.
Суспензию отводят через фонарь 6, позволяющий поддерживать постоянный уровень раствора в сепараторе. Наличие выносной нагревательной камеры, помимо эксплуатационных преимуществ (свободный доступ для осмотра и ремонта), позволяет осуществить тангенциальный безударный ввод паро-жидкостной
Соковый
С~пдр
Рнс. 120. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и выносной нагревательной камерой:
1 — циркуляционный насос; 2—обратная труба; 3 — нагревательная камера; 4 —подъемная тру« ба; 5—сепаратор; б —фонарь.
смеси в сепаратор, что улучшает сепарацию пара от капелек раствора.
Оптимальной скоростью циркуляции раствора по греющим трубкам следует считать 2,0—3,0 м/сек. При меньших скоростях возможно отложение соли на теплопередающей поверхности. Увеличение скорости циркуляции не экономично из-за резкого возрастания гидравлического сопротивления контура, а следовательно, и расхода энергии на привод насоса. К тому же при
шо
&
3000
Рис. 121. Изменение коэффициента теплопередачи К для выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией в зависимости от температуры кипеиия раствора t и скорости его движения по греющим трубкам tv:
/ — 01 = 2,0 м/сек; 2—in = 1,4 м/сек",
3 — «1 = 1,3 м/сек; 4 — w — 0,9 м/сек;
5—щ> = 0,8 м/сек.
Кривые 4 н 5 относятся к аппаратам с про-242 целлериой мешалкой.
I
I 2000
I
|
§ 1000
I
2 а. <
S’ J} ^ 3
5
iO
60
Температура, °С
скорости движения раствора свыше 3,0—3,5 м/сек становится заметным механическое истирание кристаллов.
Чтобы уменьшить измельчение кристаллов в циркуляционном насосе, скорость вращения рабочего колеса не должна превышать 50—60 рад/ сек, или 480—570 об/мин. Так как сопротивление циркуляционного контура аппарата невелико, целесообразно использовать пропеллерные насосы, обладающие большой производительностью при сравнительно небольшом расходе энергии.
Значения коэффициентов теплопередачи для аппаратов с принудительной циркуляцией при выпаривании кристаллизующихся растворов в зависимости от температуры кипения раствора и скорости его движения по трубкам представлены на рис. 121 [101, 102]. Как следует из приведенных данных, полученных для циркулирующей суспензии, которая содержит от 10 до 20 масс % кристаллов, аппараты отличаются высокими значениями коэффициента теплопередачи.
Большим преимуществом аппаратов этого типа, как уже указывалось, является возможность регулирования процесса выпаривания. Действительно, хотя такие выпарные аппараты и отличаются высокими коэффициентами теплопередачи, однако скорость процесса может быть при желании снижена путем уменьшения полезной разности температур до нескольких градусов (5—3°С и даже менее), что позволяет получать сравнительно крупнокристаллический продукт.
Высокие скорости циркуляции суспензии, содержащей большое количество кристаллов, хорошо предохраняют внутренние поверхности аппаратов от зарастания солью.
Указанные преимущества обусловили широкое применение этих аппаратов для выпаривания кристаллизующихся растворов солей как с прямой, так и с обратной растворимостью [103]. Понятно, что по сравнению с аппаратами естественной циркуляции такие кристаллизаторы требуют больших эксплуатационных расходов за счет расхода энергии на создание циркуляции. Они более сложны и по своему устройству.
За рубежом [101, 102] применяется несколько видоизмененная конструкция выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией и выносной нагревательной камерой. Ее особенностью (рис. 122) является наличие отмучивающего колена, через которое выгружаются только наиболее крупные кристаллы, мелкие же уносятся восходящим потоком питающего раствора обратно в циркуляционный контур для дальнейшего роста.
3. Выпарные аппараты со взвешенным слоем
Выпарные аппараты со взвешенным слоем предназначены для получения крупнокристаллического продукта и представляют собой аппараты с принудительной циркуляцией раствора, 243
включающие в свой контур корпус, в котором поддерживается взвешенный слой кристаллов.
Конструкция аппарата ясна из рис. 123. От ранее описанного вакуум-кристаллизатора со взвешенным слоем (см. рис. 100) он отличается только наличием греющей камеры, в которой тепло, необходимое для испарения растворителя, подводится к раствору через теплопередающую поверхность.
Выпарные кристаллизаторы изготавливаются обычно в закрытом исполнении. В них можно получать однородный кристаллический продукт со средним размером от 0,6—1,0 мм до 1,5—2,0 мм, однако по производительности этот аппарат, работающий при сравнительно небольшом пересыщении, значительно уступает выпарным аппаратам других конструкций.
