Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Для современных крупнотоннажных химических производств характерно применение выпарных аппаратов непрерывного действия. Из многочисленных конструкций выпарных аппаратов, используемых в промышленности, лишь немногие нашли применение для выпаривания кристаллизующихся растворов. Их можно разделить на кристаллизаторы с естественной или принудительной циркуляцией раствора и аппараты со взвешенным слоем.
* В ряде случаев этот способ эффективен для предупреждения образования накипи [18, 93]. Однако при выпаривании кристаллизующихся растворов, как уже указывалось, он не может быть использован, так как вызывает резкое уменьшение размеров получаемых кристаллов [20, 21]. 233
I. Выпарные аппараты с естественной цирнупяцией
Ниже рассматриваются конструкции выпарных аппаратов, циркуляция раствора в которых осуществляется за счет разности плотностей суспензии на различных участках циркуляционного контура.
Авиарат с внутренней цирнуляциоииой трубой
Наиболее простым по конструкции является выпарной аппарат с внутренней циркуляционной трубой (рис. 114), используемый иногда для изотермической кристаллизации. В корпусе 6 между двумя трубными решетками закреплены трубки 7, составляющие нагревательную камеру, в центре которой находится циркуляционная труба 8. Греющий пар подводится вмеж-трубное пространство, образующийся конденсат отводится внизу через конденсационный горшок. Питающий раствор через орошающее устройство 4 подается на стенки сепаратора 5, что уменьшает вероятность образования на них инкрустаций.
Так как в центральной трубе на единицу объема раствора приходится меньшая теплопередающая поверхность, то парожидкостная смесь здесь имеет большую плотность, чем в кипятильных трубках, что и вызывает естественную циркуляцию раствора в аппарате: вниз по центральной трубе и вверх по кипятильным трубкам.
Соковый (или вторичный) пар, пройдя через жалюзийный отбойник 3 и насадку из мелких колец Рашига 2, отводится в конденсатор. Такое сепарирующее устройство позволяет получать коэффициент очистки пара Коч. — Ю5 при скорости пара в сепараторе не свыше 3 м/сек и атмосферном давлении, 6 м/сек и 11 м/сек при остаточных давлениях соответственно 21,3 кн/м2 (160 мм рт. ст.) и 8,0 кн/м2 (60 мм рт. ст.) [81, 94].
Суспензия отводится из аппарата на центрифугу по пульпоотводящим трубам * 10, соединенным через фонарь 11, в котором через трубу 12 поддерживается то же давление, что и в сепараторе. Для устранения инкрустаций пульпоотводящие линии и фонарь снабжены рубашками, в которые подается горячая вода. Фонарь имеет также смотровое стекло для наблюдения за отводом суспензии из аппарата.
Оросительное устройство 1 служит для промывки насадки и жалюзийного сепаратора, а штуцер 9 для опорожнения аппарата.
Диаметр кипятильных труб при выпаривании кристаллизующихся растворов принимается равным 50—75 мм, диаметр цир-
* Недостаток простого слива суспензии с уровня заключается в том, что 234 сливной штуцер быстро зарастет солью.
куляционной трубы выбирается из условия минимального общего сопротивления скорости циркуляции, для чего ее сечение принимают равным примерно суммарному сечению всех греющих трубок. Длина трубок обычно не превышает 1,5—1,8 м.
Скорость циркуляции раствора в большой степени зависит от его уровня в аппарате и разности температур между конденсирующимся паром и кипящим раствором. Максимальное значение скорости (около 0,9 м/сек) достигается в случае, когда уровень раствора расположен на 100—300 мм выше верхней трубной решетки [95]. Путем отвода суспензии через фонарь 11 поддерживается постоянный уровень раствора в аппарате.
Соковый
Рис. 114. Выпарной аппарат с внутренней циркуляционной трубой:
J — оросительное устройство; 2—насадка из колец Рашига; 3—жалюзнйный отбойник;
4—перфорированное кольцо; 6—сепаратор;
6—корпус нагревательной камеры; 7 —греющие трубки; циркуляционная труба;
9— штуцер для опорожнения аппарата;
10—пульпоотводящие трубы; // —фонарь; 12—соединительная труба.
Рис. 115. Выпарной аппарат с подвесной нагревательной камерой:
7 — брызгоуловнтель; 2— труба для возврата уловленных капель; 3— оросительное устройство; 4— паровая труба; 5—корпус аппарата; 6 — греющие трубки; 7 — корпус нагревательной камеры; кронштейн; 9 —фильтр*
235
Общий коэффициент теплопередачи К равен в среднем 300—700 вт/(м2-град) или 250—600 ккал/(м2 • ч • град), достигая иногда величины 1200—1500 вт/(м2-град) или 1000— 1300 ккал,1 (м2 ¦ ч ¦ град), в зависимости от свойств кристаллизуемого раствора, давления в сепараторе и т. д. При образовании инкрустаций на теплопередающих поверхностях величина К резко уменьшается.
Выпарные аппараты с внутренней циркуляционной трубой применяются для кристаллизации солей с прямой растворимостью (например, при упаривании растворов NaN03, сахарных сиропов). Малые скорости циркуляции раствора, кипение его в трубках, сравнительно небольшое количество кристаллов, циркулирующих в контуре аппарата, — все это способствует постепенному зарастанию солью теплопередающих поверхностей и требует периодической остановки аппарата на промывку. В зависимости от кристаллизуемой соли и режима работы выпарного аппарата его межпромывочный пробег может колебаться от
