Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Толщина слоя раствора в барабане, угол наклона и число оборотов барабана, т. е. факторы, определяющие при данной производительности время пребывания раствора в аппарате, выбираются в зависимости от свойств кристаллизуемого вещества и требуемого качества продукта. Как и во всех механических кристаллизаторах с водяным охлаждением, в них образуются довольно мелкие, но внутренне однородные кристаллы.
Производительность кристаллизаторов зависит от их размера и от природы кристаллизуемого вещества. Так, для аппаратов Длиной 10 м она может составлять от 350 до 600 кг/ч кристаллического продукта.
Рис. 78. Барабанный кристаллизатор с водяным охлаждением:
7 —барабан; 2 — водяная рубашка; «3 —бобышкн; 4 — бандаж; 5— опорный ролик; 6 — упорные ролики; 7 —зубчатое колесо; 8 — штуцер для подачи раствора; 9 — распределительное устройство для ввода охлаждающей воды; 10 — кожух.
Потребляемая мощность и расход воды на 1 мг кристаллизуемого раствора в среднем составляют 1—2 кет и 3—5 м3.
Существенным недостатком барабанных кристаллизаторов с водяным охлаждением является значительная инкрустация внутренних поверхностей вследствие резкого охлаждения стенок барабана и сравнительно небольших скоростей движения раствора! Для устранения пристенных осадков в барабан на всю его длину помещают тяжелую цепь, шарнирно закрепленную на его верхнем конце. При вращении барабана цепь перекатывается по его внутренней поверхности и механически сбивает наросты соли. Для этой же цели используется уголок (или штанга треугольного сечения), который помещается внутрь барабана на всю его длину и при вращении свободно перекатывается по стенкам. Правда, такие цепи или уголки способствуют значительному истиранию как кристаллов, так и стенок аппарата и загрязнению продукта частицами металла.
Иногда для охлаждения раствора стенки кристаллизатора орошают водой (в этом случае аппарат изготавливается без рубашки), которая собирается в специальном поддоне, установленном под кристаллизатором.
В целях предупреждения образования инкрустаций используются барабанные кристаллизаторы с воздушным охлаждением.
Кристаллизатор с воздушным охлаждением (рис. 79) не имеет водяной рубашки; раствор охлаждается сильной струей воздуха, подаваемой вентилятором 1 внутрь барабана противотоком движению раствора. Охлаждение в таком кристаллизаторе происходит не только за счет передачи воздуху физического 174 тепла раствора, но главным образом в результате испарения
раствора. Так как при вращении барабана его стенки смачиваются раствором, создается значительная поверхность испарения, и скорость охлаждения достаточно высока. Конец барабана, откуда выходит влажный воздух, помещается обычно в кожух (на рисунке не показан), соединенный с вытяжной вентиляцией.
Чтобы предупредить образование инкрустаций при охлаждении раствора через стенки, барабан снаружи теплоизолируется или помещается в кожух 2 с трубой 3 для парового обогрева.
Выпускаемые в Советском Союзе кристаллизаторы [24] имеют диаметры (м) 0,6; 0,8 и 1,0; отношение длины барабана к его диаметру 16—20.
Вследствие снижения скорости охлаждения в барабанных кристаллизаторах с воздушным охлаждением получают более крупнокристаллический продукт по сравнению с продуктом из аппаратов с водяным охлаждением. Однако при этом, естественно, снижается и производительность кристаллизаторов, которая в большой степени зависит от температуры подаваемого воздуха и его влажности. Так, производительность аппарата диаметром 1,0 м и длиной 20 м в зависимости от свойств кристаллизуемой соли в зимних условиях работы колеблется от 100 до 400 кг/ч, а в летних условиях она составляет 60—200 кг/ч. Расход воздуха составляет в среднем 0,65—1,6 м3/сек, потребляемая мощность (с учетом работы вентилятора) 4,5—8,0 кет.
Кристаллизаторы с внутренним охлаждением воздухом также оказались практически не свободными от инкрустаций. Причина этого состоит в резком охлаждении пленки раствора в верхней части внутренней поверхности вращающегося барабана. Эта тонкая пленка успевает, видимо, охладиться до стенки и вызывает первоначальную инкрустацию, а затем от оборота к обороту осадок нарастает толстым слоем на стенке. Следует отметить, что слой инкрустаций в данной конструкции не препятствует дальнейшей теплопередаче, но из-за утяжеления аппарата его
Рис. 79. Барабанный кристаллизатор с воздушным охлаждением:
J — вентилятор; 2 —теплоизоляционный кожух; <3 — труба для парового обогрева.
175
Раст8ор
Вода
Рис- 80. Схема протнвоточного тепло-
обмена в кристаллизаторе.
приходится довольно часто останавливать на промывку для растворения слоя кристаллов.
Расчет кристаллизаторов непрерывногодей-с т в и я. Расчет сводится к определению необходимой поверхности теплопередачи F. Основным расчетным уравнением является известное уравнение теплопередачи для установившегося состояния процесса
Q = KF Д^ср. (37)
где Q представляет собой количество тепла, отводимое от раствора в единицу времени.
Коэффициент теплопередачи К в общем случае может быть определен из уравнения (34). При ориентировочных расчетах его значение для шнековых и барабанных кристаллизаторов с водяным охлаждением может быть принято в пределах 90— 115 вт!(м2-град) или 75—100 ккал/(м2 ¦ ч • град), а для качающихся кристаллизаторов и барабанных с воздушным охлаждением— в пределах от 6 до 25 вт/(м2~град) или от 5 до 20 ккал! (м.2 ¦ ч ¦ град) [23, 25].
