Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 125 схематично изображена трехкорпусная установка. Предварительно нагретый до температуры кипения раствор поступает параллельно в три корпуса установки. В меж-трубное пространство первого корпуса через штуцер 1 подается свежий греющий пар, который, конденсируясь, передает кипящему раствору теплоту конденсации и отводится из аппарата в виде конденсата по штуцеру 2. Образующийся в первом корпусе
соковый пар, пройдя через брызгоуловитель 3, поступает в меж-трубное пространство второго аппарата. Второй корпус работает аналогично первому, но соковый пар из него идет уже в межтрубное пространство третьего корпуса. Соковый пар третьего корпуса также может быть использован подобным образом или же направлен в конденсатор.
Упаренный раствор с выпавшими кристаллами отводится параллельно из всех трех корпусов на последующую переработку. Для обеспечения такой совместной работы выпарных аппаратов необходимо постепенно понижать давление в корпусах (начиная от первого корпуса к последнему), чтобы обеспечить в каждом аппарате необходимую разность между температурой конденсации сокового пара предыдущего корпуса и температурой кипения раствора в данном аппарате.
Необходимость постепенного понижения давления по корпусам ограничивает их количество в батарее. Если в каждом аппарате нужно иметь определенную разность температур, число корпусов в батарее будет определяться граничными параметрами ее работы. Чем выше давление свежего греющего пара, поступающего на обогрев первого корпуса, и чем меньше остаточное давление в последнем корпусе, тем большее число корпусов может быть установлено в батарею. По условиям механической прочности обогрев выпарных аппаратов производится обычно паром с давлением не выше 800 кн/м2 (~8 ат). Остаточное же давление в последнем корпусе (обычно порядка
6,7—13,3 кн/м2, т. е. 50—100 мм рт. ст.) определяется техническими возможностями.
С другой стороны, при заданных граничных параметрах работы батареи число корпусов в ней может быть тем больше, чем меньшая разность температур приходится на каждый аппарат и чем менее интенсивно будет работать каждый из них.
Таким образом, переход от одиночного выпарного аппарата к многокорпусной батарее позволяет уменьшить расход греющего пара. Однако с увеличением числа корпусов возрастает стоимость аппаратуры и эксплуатационные расходы (на создание вакуума, ремонт и т. д.). Поэтому при проектировании многокорпусной выпарки оптимальное число корпусов для каждых конкретных условий определяется на основании технико-эконо-мических расчетов, т. е. путем сопоставления экономии расходов греющего пара и экономии амортизационных и эксплуатационных расходов. Следует также помнить, что в реальных условиях общая разность температур между греющим паром, поступающим в первый корпус, и соковым паром, уходящим из последнего корпуса, должна быть уменьшена на величину «вредных» температурных потерь, которые складываются: 1) из депрессионных потерь, обусловленных понижением давления пара над раствором по сравнению с чистым растворителем; при 253
этом температура конденсации сокового пара снижается по сравнению с температурой кипения раствора в предыдущем корпусе; 2) из гидростатических потерь, обусловленных дополнительным давлением столба раствора в кипятильных трубках, что повышает его температуру кипения; 3) из гидравлических потерь, обусловленных сопротивлением паропроводов, в результате чего несколько снижается давление сокового пара, а следовательно, и его температура конденсации.
Поэтому, если из общей разности температур вычесть сумму всех перечисленных потерь, которая, разумеется, возрастает с увеличением числа корпусов, то в результате остается сравнительно небольшая, так называемая полезная разность температур, которая и распределяется между отдельными корпусами. Этим самым существенно снижается экономичность многокорпусной выпарки, что ограничивает и возможное число аппаратов в батарее.
На практике многокорпусная выпарная установка составляется обычно из двух-трех корпусов и лишь для растворов с очень малой температурной депрессией она может доходить до четырех-пяти.
Схема питания корпусов раствором может быть различна. При выпаривании кристаллизующихся растворов наиболее часто исходный раствор подается параллельно в каждый аппарат установки, как это показано на рис. 125. Это объясняется тем, что при транспортировании кристаллизующихся растворов из одного корпуса в другой часто происходит забивка переточных труб.
В случае, если перед кристаллизацией вначале необходимо упарить раствор, используется противоточное питание корпусов, при котором исходный раствор подается в последний по ходу пара корпус и по мере упаривания последовательно проходит через все аппараты. Кристаллизация раствора происходит в первом корпусе, обогреваемом свежим паром.
Преимуществом такой схемы является уменьшение суммы депрессионных потерь, поскольку при последовательной подаче наиболее концентрированный насыщенный раствор находится лишь в одном (первом) корпусе установки. Противоточная схема удобна также тем, что по мере концентрирования повышается температурная депрессия раствора и, следовательно, для его кипячения требуется греющий пар с более высокой температурой конденсации. К тому же упаривание таких концентрированных растворов в вакууме, т. е. при более низкой температуре, может вызвать преждевременную кристаллизацию таких растворов в промежуточных корпусах (соли с прямой растворимостью) .
