Устройство выпарных аппаратов

Разнообразие свойств выпариваемых растворов; различие в' про­изводительности и в применяемых теплоносителях обусловливают разнообразие в конструктивном оформлении выпарных аппаратов.

В зависимости от организации .процесса различают периодически и непрерывно действующие аппараты. Второму типу аппаратов, осо­бенно для больших производительностей, всегда отдается предпоч­тение. Различают аппараты прямоточные — с однократным прохож­дением растворов через них — и аппараты с многократной циркуля­цией. Циркуляция растворов может осуществляться за счет

143

различия плотностей в отдельных точках аппаратов и обеспечивать тем самым естественную циркуляцию раствора; для ее усиления устанавливают насосы, обеспечивающие более энергичную, прину­дительную, циркуляцию.

Втор ичный. ~~ пар

Теплообменные поверхности аппара­тов с обогревом водяным паром изготав­ливаются из трубных элементов, которые позволяют в малом объеме развивать зна­чительные поверхности теплообмена.

. Упаренный \раствор

Упаренный растВор

Раствор на шпаридание

Вторичный

Рис. 129. Аппарат с со-осиой греющей камерой:

/ — корпус греющей камеры, 2— теплообменная поверх­ность, 3 — сепаратор, 4 — брызгоуловитель, 5 — цирку­ляционная труба, 6—отвод конденсата

Рис. 130. Аппарат с вынесенной гре­ющей камерой:

/ — греющая камера, 2 — сепаратор, 3— брызгоуловитель, 4 — циркуляционная тру­ба, 5 — нижняя камера

Аппарат с соосной греющей камерой и естественной циркуляци­ей раствора (рис. 129) состоит из стального корпуса /, трубчатой теплообменной поверхности 2, сепаратора 3 с брызгоуловителем 4 и циркуляционой трубы 5. Раствор поступает на выпаривание в нижнюю часть трубчатой поверхности 2 и вскипает в трубках.за счет теплоты греющего пара, поступающего в межтрубное пространство. Образующийся в трубках вторичный пар отделяется в сепараторе 3, брызгоуловителе 4 от образующихся капель и удаляется из верх­ней части аппарата. В растворе за счет разности плотностей в труб­чатке и'циркуляционной трубе возникает циркуляция, интенсифи­цирующая процесс теплообмена. Упаренный раствор удаляется из верхней части циркуляционной трубы. Аппараты изготавливаются с поверхностями нагрева от 10 до 800 м².

Аппарат с вынесенной греющей камерой (рис. 130) состоит из греющей камеры /, выполненной из труб, сепаратора 2 с брызгоуло-

144

вителем 3 и циркуляционной трубы 4, соединенной с нижней каме­рой 5. Греющий пар поступает в межтрубноё пространство трубной камеры и обогревает трубки, заполненные жидкостью. Кипящая жидкость образует парожидкостную смесь, разделяемую в сепарато­ре на вторичный пар и жидкость, поступающую в циркуляционную трубу 4. За счет увеличения высоты трубок до 4—5 м создается

Вторичный.

^ Упаренны й раствор

Упаренный 2 раствор Греющий

раствор

Раствор на

^■^----------------------------------------------------

выпарку

Рис. 131. Аппарат с принудительной циркуляцией и вынесенной зоной ки­пения:

/—греющая камера, 2— сепаратор, 3—

труба вскипания, 4— отбойник, 5 — брыз-

гоуловнтель, 6 — циркуляционная труба,

7 — осевой насос

Рис. 132. Выпарной аппарат пленочного типа:

1 — греющая камера, 2 — сепаратор, . 3 — отбойник, 4 — брызгоуловнтель

значительная разность.давлений парожидкостного столба в труб­ках / и столба жидкости в циркуляционной трубе 4, что обеспёчива-: ет интенсивную естественную циркуляцию. Для улучшения отделе­ния пара и брызг жидкости парожидкостная смесь вводится из гре­ющей камеры в сепаратор тангенциально, по касательной. Капли, как более тяжелые частицы, ударяясь о внутренние стенки сепара­тора, собираются и стекают в его нижнюю часть, а.вторичный пар поступает в брызгоуловнтель 3, где очищается дополнительно.

Преимущество этих аппаратов заключается также в том, что греющая камера расположена отдельно; это позволяет легко осмат­ривать ее, чистить внутреннюю поверхность или заменять камеру. Аппараты могут иметь поверхность нагрева от 25 до 800 м².

Аппарат с принудительной циркуляцией и вынесенной зоной ки­пения (рис. 131) состоит из греющей камеры 1, сепаратора 2 с трубой вскипания 3, отбойника 4, брызгоуловителя 5, циркуляцион­ной трубы 6 и осевого насоса 7.

По сравнению с рассмотренными ранее аппарат этого типа име­ет некоторые особенности. Скорость жидкости в трубах за счет ра­боты осевого насоса поднимается до 2—2,5 м/с, что обеспечивает

145

более интенсивную циркуляцию. Помимо улучшения коэффициента теплопередачи за счет большей скорости омывания теплопередаю-щей поверхности выпариваемым раствором в этом случае уменьша­ется возможность отложения кристаллов и накипи на поверхности, что также улучшает условия теплопередачи. Кипение раствора в трубах теплопередающей поверхности незначительно, раствор пере--гревается за счет дополнительного гидростатического давления, и основное парообразование происходит в трубе вскипания 3, когда перегретый раствор поднимается и дополнительное гидростатиче­ское давление падает. Поверхности нагрева аппаратов .от 25 до 1000 м². *

. Пленочный выпарной аппарат (рис. 132) состоит из греющей камеры /, сепаратора 2, отбойника 3 и брызгоуловителя 4. Грею­щий пар поступает в межтрубное пространство,- отдает скрытую теплоту парообразования трубкам и удаляется- в виде конденсата из нижней части межтрубного пространства. Трубки греющей каме­ры длиннее (5,0—7,0 м), чем в рассмотренных выше конструкциях, и принцип действия этого аппарата существенно отличается от других типов.

Раствор поступает в нижнюю часть аппарата и заполняет труб­ки на 20—25% их высоты. Он энергично вскипает, и парожидкост-ная эмульсия в виде пленки жидкости, соприкасающейся с внут­ренней стенкой трубки и центральной частью потока—г вторичным паром, с большой скоростью поднимается по трубкам вверх, обес­печивая малое время пребывания жидкости в аппарате. Из верхней части трубок смесь выбрасывается, поступает на отбойник 3, жид­кость стекает вниз, а пар дополнительно освобождается от капель жидкости в брызгоуловителе 4. Поскольку плотность парожидкост-ной смеси очень мала, гидростатические потери в этом аппарате, несмотря на большую высоту труб, не учитываются, аппарат рабо­тает при однократном прохождении жидкости, циркуляция в нем отсутствует. Поверхности нагрева аппаратов изменяются в широком диапазоне — от 63 до 2500 м².

Существует также аппарат, в котором выпаривание раствора осуществляется за счет подвода теплоты при сгорании газа непо­средственно в растворе с помощью погруженных горелок. Аппараты этого типа выгодно отличаются от рассмотренных тем, что не имеют поверхности нагрева и теплота, образующаяся при сгорании газов, непосредственно генерируется в растворе. Однако условия работы аппарата не обеспечивают полноты сгорания топлива, и поэтому их можно применять в тех случаях, когда не требуется высокой чисто­ты получаемого раствора.

Вопросы для повторения. 1. Что называется процессом.выпаривания? Поче­му необходимо принимать меры, обеспечивающие экономное ведение процесса? 2. Как осуществляется выпаривание в одиокорпусной установке? В чем его пре* имущества? 3. Из каких стадий прихода и расхода складывается тепловой ба­ланс простого выпаривания? 4. Опишите устройство и работу многокорпусных выпарных установок. 5. Чем определяется число корпусов в многокорпусной вы­парной установке? 6. Как устроен и работает аппарат с вынесенной греющей ка­мерой? 7. Каковы особенности работы пленочного выпарного аппарата?

146

глава12. Кристаллизация

Общие сведения

Кристаллизацией называют выделение твердой фазы в виде кристалла из растворов или расплавов. В химической технологии процесс кристаллизации используют для получения веществ в чис­том виде. Кристаллизацию проводят обычно из водных растворов, понижая растворимость кристаллизуемого вещества за счет измене­ния температуры или удаления части растворителя. Кристаллиза­цию ведут также из расплавов путем их охлаждения.

В условиях производства процесс кристаллизации складывает­ся из отдельных операций: собственно кристаллизации, отделения кристаллов от раствора (называемого в этом случае маточным), промывки кристаллов и их последующей сушки. В качестве пред­варительной операции, предшествующей кристаллизации и обеспе­чивающей необходимую концентрацию раствора, как правило, про­водят выпаривание.

Растворимость большинства веществ при повышении темпера­
туры увеличивается, и, следовательно, для выделения кристаллов
из раствора (насыщенного) необходимо охлаждение вещества.
В тех случаях, когда растворимость- мало зависит от температуры,
для проведения процесса кристаллизации следует удалить часть
имеющегося растворителя.                                   ■  .. —

Скорость кристаллизации зависит от ряда факторов: степени пересыщения раствора*, интенсивности перемешивания, наличия примесей и других причин. Кристаллизация начинается с возникно­вения зародышей, или центров кристаллизации, вокруг которых происходит рост кристаллов. Скорость образования зародышей за­висит от температуры, механических воздействий (перемешивание, встряхивание), степени шероховатости стенок и др. Скорость крис­таллизации не является постоянней величиной: вначале она увели­чивается, а затем падает. С повышением температуры скорость роста кристаллов увеличивается, поскольку при этом ускоряется диффузия, облегчается подход из раствора новых молекул вещест­ва, из которых складывается структура кристалла. На свойства получаемых кристаллов влияют условия, при которых происходит процесс кристаллизации (скорость охлаждения, перемешивание и др.).

, Форма кристаллов определяется природой кристаллизующего-ся вещества и в некоторой степени зависит от наличия примесей в растворе. Размер кристаллов зависит от скорости'роста кристал­лов. Более крупные кристаллы получаются при медленном росте и

* Пересыщенным называется раствор в таком неустойчивом состоянии, при котором концентрация растворенного вещества, превышает равновесную концент­рацию. При внесении зародышей кристаллов в такой раствор, а также вследст­вие трения или других причин происходит быстрое выпадение кристаллов до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

147

небольшом пересыщении раствора. Крупные кристаллы получают, вводя предварительно в раствор затравочные кристаллы и удаляя из зоны кристаллизации мелкие фракции.

Чистота получаемого продукта (кристаллов) зависит от ряда факторов, в том числе от размеров кристаллов. Мелкие кристал­лы имеют большую наружную поверхность, на которой задержива­ется маточный раствор, и, следовательно, продукт в этом случае содержит больше примесей, чем при образовании крупных кристал­лов. Однако и крупные кристаллы могут содержать включения рас­твора в' трещинах, полостях или адсорбировать его гранями. При получении'особо чистых веществ их подвергают перекристаллизации, с удалением маточного раствора, промывкой и сушкой полученного продукта.

Фракционный состав кристаллов регулируют сужением пределов температуры и концентрации раствора, обеспечивающим уменьше­ние содержания мелких фракций.

Способы кристаллизации

Кристаллизацию с изменением температуры раствор* проводят из растворов, у которых растворимость веществ с увеличением тем­пературы растет (положительная растворимость). Для выделения кристаллов в этом случае необходимо охладить раствор. Охлажде­ние проводят путем отбора теплоты через стенку водой или охлаж­дающими рассолами либо обдувом воздухом. При охлаждении воз­духом отводить теплоту труднее, чем при охлаждении водой или раесолом. Поэтому процесс кристаллизации протекает медленнее, но образуются более крупные и однородные кристаллы.

При отрицательной растворимости веществ, когда с повышением температуры их растворимость падает, кристаллизацию осуществля­ют путем нагрева теплой водой или водяным паром.

Кристаллизацию с удалением части растворителя проводят при его частичном испарении или вымораживании. Часто это заключи­тельная фаза процесса удаления основной массы растворителя (процесса выпаривания). Основные затруднения, которые возника­ют в заключительной стадии процесса выпаривания, заключаются в 'отложении кристаллов — инкрустации теплопередающих поверхно­стей, вызывающей ухудшение теплопередачи. Для уменьшения твер­дых отложений на стенках выпарных аппаратов и кристаллизато­ров увеличивают скорость движения раствора, применяя принуди­тельную циркуляцию и механическое перемешивание раствора. Отделение кристаллов от маточного раствора проводят на центри­фугах или фильтрах.

В некоторых случаях применяют комбинированные способы кристаллизации с испарением части растворителя и одновремен­ным охлаждением раствора, а также кристаллизацию под вакуумом и дробную кристаллизацию. В этом случае создают условия для последовательного осаждения находящихся в растворе веществ

148

частичной дробной кристаллизацией и таким образом последова­тельно извлекают из раствора содержащиеся в нем вещества.

Кристаллизации из расплавов подвергают такие вещества, как натфалин, сера, паранитроанилин и др., когда в процессе участву­ет зся масса расплавленного продукта.

⇐ Предыдущая25262728293031323334Следующая ⇒

Поделиться: