RU1819647C - Вакуум-кристаллизатор - Google Patents

Abstract

Использование: при кристаллизации солей из растворов. Сущность изобретени  состоит в том, что в вакуумном кристаллизаторе кажда  секци  снабжена дополнительной мешалкой в виде сплошного витка шнека, отражающего поток суспензии. На шнеке предусмотрены полые ребра с отверсти ми дл  подачи через них интенсифицирующих добавок. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к аппаратам дл  кристаллизации из растворов и может быть использовано в калийной промышленности дл  получени  кристаллического хлорида кали .

Цель изобретени  - увеличение крупности и прочности кристаллов хлорид кали  в горизонтальном вакуум-кристаллизаторе и снижение инкрустации вала за счет создани  обратного циркул ционного потока во всем заполненном объеме ступени и введени  непосредственно в него интенсифицирующих добавок, а также за счет увеличени  скорости относительного движени  взаимодействующих фаз.

Предлагаемое.устройство позвол ет задержать поток твердой фазы в ступени кристаллизации , сформировать Обратный циркул ционный поток во всем объеме ступени и увеличить скорость относительного движени  фаз за счет инерционных сил, возникающих при столкновении потока суспензии с дополнительной мешалкой, выполненной в виде витка шнека, и оптимального размера и формы переточной выемки в неподвижной вертикальной перегородке, устран ющей проскок суспензии через ступень кристаллизации. В аппарате реализуетс  возможность введени  интенсифицирующих добавок непосредственно в зону кристаллизации, где воздействие обратного циркул ционного потока создает оптимальные услови  дл  контактировани  добавки с твердой фазой.

При столкновении потока суспензии с дополнительной мешалкой, отражающей поток, Последний измен ет направление движени . Возникающие при этом инерционные силы различны дл  твердой и жидкой фаз, так как при прочих равных услови х они пропорциональны плотности фазы. Так как кристаллы более инерционны, чем раствор, возникает относительна  скорость движени  фаз, увеличивающа  скорость роста кристаллов, а в зоне действи  дополнительной мешалки повышаетс  концентраци  твердой фазы и врем  ее пребывани .в ступени .

Дополнительна  мешалка формирует в ступени обратный циркул ционный поток, способствующий дополнительной турбули- зации потока, что приводит, с одной стороны , к сн тию локальных зон пересыщени , снижению веро тности зародышеобразова г

Ё

00

ю

о

Јv VI

ни , увеличению скорости роста кристаллов , с другой стороны, способствует разрушению малрпрочных сростков кристаллов, увеличива  их прочность.

Вода, попада  из полых ребер в зону интенсивного перемешивани , способствует сн тию локальных зон пересыщени  и снижает веро тность зарод ышеобразова- ни  в зоне массообмена. Помимо этого она вызывает слабое поверхностное растворение кристаллов, способствующее их упрочнению , а также снижению инструкции муфтовых соединений вала.

Увеличение шага дополнительной мешалки свыше 0,3d (где d - диаметр мешалки) увеличивает уровень суспензий в ступени более чем на 15%, допустимых по опыту эксплуатации вакуум-кристаллизационных установок на калийных предпри ти х.

Уменьшение.шага менее 0,22d не обеспечивает циркул цию суспензии во всем заполненном объеме ступени, не создает необходимую турбулизацию суспензии и относительную скорость движени  фаз, что не позвол ет повысить размер кристаллов более чем в 1,4 раза.

Увеличение сечени  П-образной выемки а дискообразной вертикальной неподвижной перегородке (S) более чем 0,15 Samio (где Sanii сечение полого аппарата) увеличивает проскок суспензии через аппарат и снижает эффективность действи  дополнительной мешалки. Уменьшение сечени  выемки ни- же 0,13 S повышает уровень суспензии в ступени и. ухудшает работу барометрических конденсаторов пара.

Увеличение количества радиальных ребер на .дополнительной; мешалке более 3 увеличивает затраты электроэнергии на перемешивание . Уменьшение их числа до 1 вызывает разбалансировку вала и снижает эффективность действи  дополнительной мешалки.

Изобретение по сн етс  чертежами,- гденафиг. 1 изображен продольны и разрез кристаллизатора; на фиг. 2 - изображен поперечный разрез кристаллизатора.

Горизонтальный трехступенчатый вакуум-кристаллизатор состоит из цмлиндриче ского корпуса 1 с патрубками дл  ввода 2 и-. вывода 3 суспензии. Вертикальные неподвижные дискообразные перегородки 4 и 5 с П-образной выемкой в нижней части, доход щей до оси вала мешалки, дел т корпус на три ступени кристаллизации с заборниками пара 6, 7 и- 8. Полый вращающийс  вал 9 в зоне кристаллизации имеет рамные мешалки 10,11,12 и дополнительные мешалки 13, 14, 15, жестко закрепленные на валу 9. Дополнительные мешалки 13, 14, 15 установлены непосредственно на выходе суспензии из каждой ступени между рамной мешалкой и неподвижной перегородкой и выполнены в виде сплошного витка шнека с

шагом 0,22-0,3 диаметра рамной мешалки с одинаковым направлением навивки, отражающей поток суспензии. На мешалках 13, 14, 15, со стороны набегани  суспензии, герметично закреплены полые ребра 16, соединенные с полостью вала 9. На ребрах 16с тыльной по отношению к потоку стороны расположены отверсти  17 дл  подачи в зону кристаллизации интенсифицирующих добавок. Количество ребер составл ет 2-3.

Устройство работает следующим образом . Исходна  суспензи  непрерывно подаетс  через патрубок 2 в первую ступень кристаллизатора, где в результате изотермического испарени  воды происходит выделение и рост кристаллов, пар удал етс  через заборник пара 6. Суспензи  перетекает из ступени в ступень через П-образную выемку в неподвижных перегородках 4-5 и удал етс  из аппарата через патрубок 3.

. Вращающиес  рамные мешалки 10, 11, 12 создают в каждой ступени тангенциальное перемешивание суспензии. Дополнительные мешалки 13, 14, 15 формируют в каждой ступени обратный циркул ционный

поток и увеличивают относительную скорость движени  фаз. Профилированные неподвижные вертикальные перегородки 4-5 устран ют проскок суспензии через ступени кристаллизации, способству  созданию

обратного потока во всем объеме ступени. Через отверсти  17 в полых ребрах 16 в зону . кристаллизации поступает вода, под действием разрежени , возникающего с тыльной стороны ребра. В результате действи  устройства снижаетс  зародышеобразование, увеличиваетс  скорость роста кристаллов и вр,ем  их- пребывани  в аппарате, размер кристаллов увеличиваетс  в 1,4-1,7 раза, а их прочность увеличиваетс  на 30-40%.

Пример конкретного выполнени .

Трехступенчатый горизонтальный вакуум-кристаллизатор длиной 16,4 м, диаметром 3,6 м с установленным по всей длине аппарата, на высотеО,9 м от нижней отметки аппарата, полым вращающимс  валом, имее)г на валу в каждой ступени по две рамные мешалки шириной 1,4 м, радиусом 0,8 м и одну дополнительную мешалку, установленную между рамной мешалкой и непод . аижной вертикальной перегородко й и выполненную в виде сплошного витка шнека диаметром 1,6 м, с шагом 0,4 м, с направлением навивки шнека, отражающим поток

суспензии. Со стороны набегани  суспен-. зии дополнительна  мешалка имеет 3 полых

радиальных ребра длиной 0,75 м, шириной 0,1 м, сообщающихс  с полостью вала. На каждом ребре с тыльной по отношению к набегающему потоку стороны наход тс  7 отверстий диаметром 0,02 м дл  подачи в зону массообмена интенсифицирующих добавок . Неподвижные вертикальные перегородки , раздел ющие аппарат на ступени, выполнены в виде диска диаметром 3,6 м с П-образной выемкой в нижней части, имеющей высоту от нижней отметки аппарата 0,96м, ширину 1,6 м.

Кажда  ступень аппарата имеет автономный заборник пара диаметром 2 м; высотой 2,5 м.

П р и м е . Выбор оптимального числа ребер,-установленных на дополнительных мешалках, проводилс , исходи из экспериментальных значений потребл емой на перемешивание мощности по прототипу (горизонтальный вакуум-кристаллизатор с рамными мешалками 4 СОФ) и по предлагаемому варианту..

Установочна  мощность двигател  в промышленном аппарате (прототип) составл ет 22 кВт. При этом мощность на перемешивание - 6,4 кВт,

. Мощность на перемешивание в том же аппарате с двум  дополнительными мешалками без радиальных ребер составила 6,5 кВт. Дл  мешалок с радиальными ребрами (число ребер 2,4,6) соответственно получены значени  мощности на перемешивание:

N2 6,9 кВт ЫА 7,3 кВт

N6-7,7 кВт

Отношение между установочной мощностью двигател  и мощностью на перемешивание известно:

м -2.5--1.2-N . .

Отсюда максимально возможное значение потребл емой на перемешивание мощности (при условии, что замена действующего в промышленном аппарате двигател  на более мощный экономически нецелесообразна) составит 7 кВт. Это соответствует числу ребер - 3.

Минимальное количество ребер из соображений балансировки вала составл ет 2. Таким образом, число ребер на дополнительной мешалке должно составл ть 2-3.

П р и м е р 2. Выбор шага витка шнека дополнительной мешалки проводилс  по экспериментальным данным, полученным в опытном непрерывно действующем двухступенчатом вакуум-кристаллизаторе, с объемом суспензии в ступени 15 л, выполненном по прототипу и предлагаемому вариантам с дополнительными мешалками, имеющими различный шаг навивки.

Расчетное среднее врем  пребывани  суспензии в ступени 2 мин. Опыты проводи- 5 лись в насыщенном при 50°, растворах KCI и NaCI. Исходные кристаллы KCI имели размер 0,2 мм. Их объёмное содержание в суспензии 2,5%.

Выбор шага шнека проводилс  по зави10 симости среднего размера кристаллов KCI на выходе из аппарата (R) и коэффициента заполнени  I ступени аппарата от шага шне- . каКЗ.;

В аппарате по прототипу размер кри15 сталлов вырос с 0,2 до 0,24 мм. В аппарате по предлагаемому варианту при увеличении S/d (d - диаметр мешалки) конечные кристаллы имеют больший размер. Однако при этом растет их коэффициент заполнени 

0 аппарата Кз. Из практики эксплуатации вакуум-кристаллизационных установок калийных предпри тий известно, что превышение Кз ступени более, чем на 15%, выше оптимального ведет к ухудшению ра5 боты барометрических конденсаторов пара. При S/d 0,3 Кз увеличиваетс  более, чем на 16%. Поэтому дальнейшее увеличение шага шнека нецелесообразно. При S/d 0,22 Кз увеличилс  лишь на 7%, но и круп0 ность кристаллов, по сравнению с 0,24 мм по прототипу, увеличилась в 1,4 раза, а не в 1,7 раза, как при S/d 0,3. Поэтому дальнейшее уменьшение шага шнека нецелесообразно , так как эффект предлагаемого

5 устройства существенно уменьшитс .

Ф о р му л а и з о б р е т е н и   1. Вакуум-кристаллизатор, включающий горизонтальный цилиндрический корпус с

0 патрубками дл  ввода и вывода суспензии, разделенный вертикальными неподвижными перегородками на секции, в каждой из которых на полом приводном валу, смещенным .ниже оси корпуса, установлена рамна 

5 мешалка, отличающийс  тем, что, с

целью увеличени  крупности и прочности кристаллов и снижени  инкрустации вала, кажда  секци  снабжена дополнительной мешалкой, выполненной в виде сплошного

0 однонаправленного витка шнека с диаметром рамной мешалки и установленной на выходе из секции около, перегородки, при этом на шнеке со стороны набегани  потока герметично закреплены полые радиаль5 ные ребра, сообщающиес  с полостью вала, с отверсти ми дл  подачи интенсифицирующих добавок, расположенными с тыльной к набегающему потоку стороны ребра , а перегородки выполнены в виде диска с П-образной выемкой в нижней части, доход щей до уровн  вала, при этом S - (0,13-тельной мешалки составл ет 0,22-0,3 ее ди-0 ,15)San. где San -сечение полого аппара-аметра.

та, S - сечение перегородки. 3. Вакуум-кристаллизатор по п. 1. о т 2 , Вакуум-кристаллизатор по п.1,от-личающийс  тем, что число радиальных

лишающийс  тем. что шаг дополни-5 ребер равно 2-3,

Я - R

м

16

Фое. /