Кристаллизатор Советский патент 1992 года по МПК B01D9/02 

Изобретение относится к аппаратурному оформлению разделения жидких веществ кристаллизацией и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях народного хозяйства.

Наиболее близким к предлагаемому является кристаллизатор, содержащий камеру испарения с теплообменником, установленный под ней приемник рапы с трубопроводом подвода рассола, имеющий скошенное дно, связанное с элементом отвода кристаллов, трубу, один конец которой соединен с камерой испарения, а другой опущен в приемник рапы, устройство для отвода паров и устройство для регулирования уровня рассола с датчиком уровня.

Недостатком кристаллизатора являются возможные потери тепла в камере испарения в окружающую среду, что снижает эффективность процесса кристаллизации.

Цель изобретения - повышение эффективности работы кристаллизатора за счет рекуперации теплоты конденсации.

На чертеже изображен общий вид кристаллизатора.

Кристаллизатор содержит камеру 1 испарения с теплообменником 2, установленный под ней приемник 3 рапы 2 трубопроводом 4 подвода рассола, имеющий скошенное дно, и установленное в нем устройство 5 отвода кристаллов, выполненное в виде транспорта. Кристаллизатор также содержит трубу 6, один конец которой соединен с камерой 1 испарения, а другой опущен в приемник 3 рапы.

В камере 1 испарения предусмотрен датчик 7 уровня рассола, связанный с регу xj

СО СО

О CJ

о

лирующим органом 10, установленным на трубопроводе 4 развода рассола.

Кристаллизатор снабжен камерой 8 конденсации, камера 1 испарения размещена в последней, труба 6 в зоне соединения, с камерой 1 испарения размещена в камере 8 конденсации с образованием теплообменника труба в трубе. Устройство для отвода паров выполнено в виде эжектора 9.

Камера 8 конденсации снабжена обрат- ным клапаном 12 и может быть снабжена нагревателем 13. Вход 14 активной среды эжектора 9 сообщен с камерой 8 конденсации через циркуляционный насос 15, а вход 16 пассивной среды - с камерой 1 испаре- ния.

Камера испарения представляет собой емкость, заполненную в рабочем режиме до уровня I рассолом, кипящим в поверхностном слое. Подвод тепла к кипящему рассолу осуществляется через стенки трубок теплообменника 2, расположенных, например, с наклоном по ходу теплоносителя в режиме естественной циркуляции. Возможен и режим принудительной циркуляции, для чего эжектора 9 соединяется степлообменником 2. Выше уровня I в камере 1 испарения находится паровая фаза, ниже - рассол.

Пространство между камерами испарения 1 и конденсации 8 до уровня II заполне- но конденсатом. Выше уровня II располагается газовая полость, в которой находится парогазовая смесь под давлением, соответствующем заданному давлению конденсации паров. В случае воды эта по- лость может сообщаться с атмосферой. Тогда давление конденсации паров воды будет равно атмосферному. Переливная трубка 11 служит для поддержания заданного уровня II и отвода излишков конденсата.

По трубе 6 поднимается рассол и опускаются образовавшиеся кристаллы соли.

В приемнике 3 рапы рассол и кристаллы соли образуют рапу. Уровень III рассола в приемнике 3 является подвижным и регули- руемым и зависит от атмосферного давления, температуры и давления кипения рассола в камере 1 испарения и плотности поступающего рассола. Уровень III регулируется с той целью, чтобы уровень I всегда оставался постоянным. Регулировка осуществляется по сигналу датчика 7 уровня.

Кристаллизатор работает следующим образом.

В исходном состоянии камера конден- сации 8 заполнена до уровня II чистым растворителем, например водой, В приемнике 3 рапы на предельном начальном уровне (без перелива) находится рассол. Включается двигатель циркуляционного насоса 15.

Вода засасывается из нижней части камеры 8 и под давлением подавая на вход 14 активной среды эжектора 9, который начинает за счет разрежения откачивать объем камеры 1 испарения, Вышедшая из эжектора 9 вода остается в камере 8 конденсации, а воздух и растворенные газы сбрасываются через обратный клапан 12 в атмосферу. Если клапан 12 сделать подпружиненным, а переливную трубку 11 поднять выше, то в газовой полости камеры 8 можно обеспечить давление конденсации выше атмосферного. По мере понижения давления в камере 1 в нее засасывается рассол из приемника 3 рапы по трубе 6. В это время в приемник 3 подается рассол. При достижении рассолом уровня I срабатывает датчик 7 уровня и подача рассола в приемник 3 прекращается.

При этом устройство для регулирования уровня рассола переходит в режим автоматического слежения за положением уровня , компенсируя его колебания повышением или понижением уровня III и обеспечивая необходимую разность уровней Н, которая равна:

Н(Ратм-Ркип) р g ,

где Ратм - атмосферное давление;

Ркип-давление кипения рассола в камере испарения;

р - средняя плотность столба рассола высотой Н;

g- ускорение свободного падения.

Устройство для регулирования уровня должно отслеживать и изменения атмосферного давления.

В этом состоянии включается нагреватель 13 для подогрева чистого растворителя, а через теплопроводную стенку камеры 1 испарения и рассола до заданной температуры кипения. Рассол вскипает, пары отсасываются из камеры 1 испарения эжектором 9 через вход 16 пассивной среды и сжимаются до давления конденсации. Конденсация паров происходит в струе, которая нагревается, поглощая теплоту конденсации. По достижении стационарного режима, когда теплота поступающего рассола, теплота конденсации и теплота, выде- ляющаяся при торможении струи, компенсируют теплоту испарения, тепло, уносимое сбрасываемым конденсатором, и теплопотери, нагреватель 13 отключается.

Кристаллы соли образуются в процессе испарения рассола в поверхностном слое и опускаются под действием силы тяжести в приемник 3 рапы. Камера 1 испарения имеет форму, позволяющую образовываться конвективным потокам движущимся по контурам, показанным стрелками, что предотвращает кристаллизацию соли на стенках камеры 1, так как поднимающийся поток подогреваемого рассола растворяет их. То же происходит и в трубе 6. Образовавшиеся кристаллы соли могут частично растворяться в движущемся навстречу ненасыщенном растворе, однако после выхода на стационарный режим скорость выпадения соли будет однозначно определяться количеством испаренного рассола в камере 1 испарения

Получение поваренной соли (или аналогичных нелетучих твердых веществ), например из водных растворов происходит с минимальными энергозатратами. Основной дополнительный расход энергии нужен только для поддержания разности температурных уровней кипящего при низкой температуре и низком давлении рассола и конденсации паров чистого растворителя, например при атмосферном давлении. В минимуме эта разность должна быть равна температурной депрессии раствора соли Предполагается, что эта энергия будет поставляться в процессе диссипации энергии струи, выходящей из эжектора, первичным источником которой является двигатель циркуляционного насоса.

Это состояние будет характерным для стационарного режима работы кристаллизатора. Пусковые режимы требуют дополнительных затрат энергии для

предварительного подогрева системы с целью ее последующего выхода на расчетные температурные уровни и для поднятия столба рассола с уровня III на уровень I. В

принципе система позволяет выходить на стационарный режим саморазогревом, так как при работе насоса температура чистого растворителя будет непрерывно повышаться даже без кипения рассола за счет диссипации механической энергии.

Формула изобретения Кристаллизатор, содержащий камеру испарения с теплообменником, установленный под ней приемник рапы с наклонным

дном с трубопроводом подвода рассола и элементом отвода кристаллов, трубу, соединяющую камеру испарения с приемником рапы, устройство для отвода паров и средства для регулирования уровня рассола с

датчиком, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы кристаллизатора за счет рекуперации теплоты конденсации, кристаллизатор снабжен камерой конденсации с переливной

трубой в нижней части, при этом камера испарения размещена в камере конденсации, труба в зоне соединения с камерой испарения размещена в камере конденсации с образованием теплообменника труба

в трубе, а устройство для отвода паров выполнено в виде эжектора, вход активной среды которого связан с камерой конденсации, а вход пассивной среды - с камерой испарения.

Ж

КонВенсат

Изобретение относится к аппаратурному оформлению разделения жидких веществ кристаллизации и может быть использовано в химической и смежным с ней отраслях народного хозяйства. Цель - повышение эффективности работы кристаллизатора за счет рекуперации теплоты конденсации. Кристаллизатор дополнительно снабжен камерой конденсации, в которой размещена камера испарения, соединенная вертикальной трубой с приемником рапы. В зоне соединения с камерой испарения труба размещена в камере конденсации с образованием теплообменника труба в трубе. Устройство для отвода паров выполнено в виде эжектора, входы которого для активной и пассивной среды сообщены соответственно с камерами конденсации и испарения. В камере испарения имеется датчик уровня, связанный с регулирующим органом, установленным на трубопроводе подвода рассола в приемник рамы. Нижняя часть камеры конденсации снабжена переливной трубкой. 1 ил. (Л С