Кристаллизационная установка непрерывного действия Советский патент 1993 года по МПК B01D9/02 

Изобретение относится к кристаллизационному оборудованию непрерывного действия, применяемому в химической, пищевой, химико-фармацевтической, металлургической и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение производительности установки.

На фиг. 1 изображена установка в сборе; на фиг.2 -узел монтажа трубчатки с возможностью ее колебательных перемещений.

Кристаллизационная установка непрерывного действия включает в себя кристаллизатор 1, циркуляционный насос раствора

2. вертикальный погружной теплообменник

3. всасывающий 4 и напорные 5 и 6 трубопроводы для циркуляции раствора кристаллизуемой соли. Трубное пространство теплообменника 3 соединено трубопроводами е источником подачи хладоносителя, при этом используется циркуляция хладоно- еителя, обеспечиваемая циркуляционным насосом 7, соединенным с теплообменником 3 всасывающим 8 и напорным 9 циркуляционными трубопроводами хладоносителя.

Кристаллизатор 1 состоит из цилиндро- конического корпуса, закрытого снизу днищем 10, на котором смонтирован патрубок 11 для выгрузки кристаллизационной суспензии. На корпусе кристаллизатора 1 имеются сливной патрубок 12 для слива избытка раствора, патрубок 13 для отвода, раствора в циркуляционный цикл, патрубок 14, который соединен с центральной олуск- ной трубой 15 для подачи раствора во взве шенный слой кристаллов. Сверху кристаллизатор 1 закрыт крышкой 16, на которой предусмотрены люк-лаз, воздушник и переливной патрубок 17. На трубе 4 имеется патрубок 18 для подачи в нее исходного раствора.

Вертикальный погружной теплообменник 3 состоит из корпуса с расширенной верхней частью 19 и зауженной нижней частью 20, закрытой снизу коническим днищем 21 с патрубком для подвода раствора.

Верхняя расширенная часть 19 корпуса теплообменника 3 образует кольцевой переточной карман, закрытый снизу наклонным днищем 22, выполненным по спирали и имеющим в самой нижней части ее витка патрубок 23 для отвода охлажденного раствора, соединенный трубопроводом через патрубок 14 с центральной опускной трубой 15 кристаллизатора 1. Патрубок 24 предельного уровня раствора в теплообменнике 3 соединен трубопроводом с переливным . патрубком 17 и с рабочим объемом кристаллизации.

Теплообменник 3 имеет нижнюю трубную доску 25, в которую вварены наружные трубы 26 большего диаметра, а также верхнюю трубную доску 27, в которой укреплены

трубки 28 меньшего диаметра. Трубки большего диаметра 26 под трубной решеткой 25 заглушены и загерметизированы, трубки 28 меньшего диаметра открыты и проходят свободно по центру труб 26 большего диа0 метра с кольцевым зазором. Теплообменник 3 сверху закрыт крышкой 29, на которой имеется патрубок 30 для подвода хладоносителя, на крышке также предусмотрены патрубок 31 для отвода хладоносителя на

5 циркуляцию и патрубок 32 отвода избытка хладоносителя.

В зауженной нижней части 20 корпуса теплообменника 3 трубы 26 большего диаметра размещены компактным пучком, при

0 этом расстояние между стенкой зауженной части корпуса 20 и наружной поверхностью последнего.р.яда труб 26 большего диаметра должно быть минимальным, что должно обеспечить оптимальную скорость движе5 ния раствора в межтрубном пространстве пучка и интенсивный теплообмен раствора с поверхностью охлаждаемых изнутри труб 26.

Трубная доска 25 труб 26 большего ди0 аметра может быть установлена в верхней части 4 теплообменника с возможностью колебательных перемещений, например на пружинной подвеске 33, при этом к нижней трубной доске 25 прикрепляют герметизи5 рующую вставку 34. На крышке 29 может быть установлен вибратор 35 для придания трубчатке малоамплитудных нйзкочастот- . ных колебаний, например, шариковый пневматический,

0 Теплообменник 3 установлен таким образом, что верхняя кромка 36 борта зауженной части 20 корпуса размещена выше сливного патрубка 12 кристаллизатора 1. В нижнем пространстведнища 21 теп5 лообменника 3 установлен турбулизаторЗ, выполненный, например, в виде жестко закрепленного рабочего колеса осевого насо са . - Кристаллизационная установка непре- 0 рывного действия работает следующим образом.

После заполнения кристаллизационной установки маточным раствором кристаллизуемой соли включают в работу циркуляци- 5 онный насос 2, который циркулирует раствор через трубопроводы 4, 5,межтруб- ное пространство теплообменника 3 и трубопровод 6 в кристаллизатор 1, Затем заполняют трубное пространство теплообменника 3 хладоносителем, включают в работу циркуляционный насос 7 и начинают подавать хладоноситель в трубопровод 8 с заданным расходом. Хладоноситель после насоса 7 по трубопроводу 9 подается через патрубок 30 под крышку 29 и по трубам 28 малого диаметра, закрепленным в трубной решетке 27, поступает в нижнюю часть труб 26 большего диаметра и затем, двигаясь вверх в кольцевом пространстве между трубами 26 и 28, равномерно охлаждает наружную поверхность труб 26 большего диаметра. Регулируя расход и температуру подводимого хладоагента управляют скоростью охлаждения раствора и перепадом температур между охлаждаемым раствором и циркулирующим хладоносителем. Оптимальный перепад температур между теплоносителями равен 2-3°С.

Основной объем циркулирующего хла- доносителя отводится из теплообменника 3 на циркуляцию через патрубок 31, избыток подведенного хладоносителя отводится через патрубок 32 и систему захолаживания.

По достижении охлаждаемым раствором температуры кристаллизации во всасывающий трубопровод 5 через патрубок 18 начинают подавать исходный горячий концентрированный раствор кристаллизуемой соли в объемном отношении 1:(100-150) к объемному расходу циркулирующего раствора, побле смешения растворов образуется смесь, содержащая 3-Ю г/литр избытка соли в сравнении с концентрацией насыщенного раствора и несколько перегретая по сравнению с температурой кристаллизации. Смесь насосом 2 по трубопроводу 5 подается в нижнее коническое днище 21 теплообменника 3, проходит через турбули- затор 37, закручиваясь вокруг центральной оси по спирали, и двигаясь вверх, в заужен.- ной части 20 корпуса теплообменника 3 между трубами 26, равномерно омывает их наружную поверхность, охлаждаясь при этом наО,1-0,4°С.

Так как раствор не встречает переохлажденных участков теплообменной поверхности, а также не испытывает резких внезапных сужений и расширений потока, двигаясь в мёжтрубном пространстве, то это снижает вероятность образования инкрустаций на поверхности труб 26, снижает вероятность зародышеобразования и способствует получению устойчивого более пересыщенного раствора. Движение раствора в закрученном потоке интенсифицирует теплообмен. Переохлажденный и пересыщенный раствор, переливаясь через верхнюю кромку 36 зауженной части 20 корпуса теплообменника3 попадаете кольцевой переточный карман расширенной верхней части 19 и движется вниз к патрубку 23, при этом закрученным потоком раствора по наклонному днищу 22 смываются мелкие кристаллы, которые, как правило, находятся в 5 циркулирующем растворе.

Верхняя кромка 36 борта зауженной части 20 корпуса теплообменника 3 размещена выше сливного патрубка 12 кристаллизатора 1, что всегда обеспечивает

0 дополнительный напор раствора, поступающего через патрубок 14 по центральной опускной трубе 15 кристаллизатора 1 во взвешенный слой кристаллов. Поступивший по трубе 15 раствор отражается от днища

5 10, поднимается вверх и контактирует с витающими кристаллами, при этом за счет снятия пересыщения кристаллы растут до заданного размера. Пройдя слой кристаллов, раствор становится насыщенным и че0 рез патрубок 13 поступает во всасывающий трубопровод 4 и таким образом, процесс поддерживается непрерывно в течение нескольких суток. Кристаллическая суспензия отводится через патрубок 11 на разделение,

5 избыток маточного раствора отводится через сливной патрубок 12, поддерживая в кристаллизаторе 1 постоянный уровень раствора.

В верхней расширенной части 19 тепло0 обменника 3 уровень раствора поддерживается самопроизвольно в зависимости от количества кристаллов в кристаллизаторе 1. Патрубок 24 обеспечивает перелив раствора в рабочий объем кристаллизатора 1 че5 рез переливной патрубок 17 в крышке 16 при достижении максимального уровня. В теплообменнике 3 трубная доска 25 полностью вынесена из зоны контакта с раствором, что повышает надежность работы

0 установки.

В установке предусмотрена возможность самопроизвольного вовлечения в теплообмен дополнительной поверхности теплообмена по мере наработки слоя кри5 сталлов. При увеличении массы кристаллов в аппарате растет сопротивление взвешенного слоя, при этом возникает дополнительный напор раствора над верхней кромкой 36 зауженной части корпуса 20, поднимает

0 уровень раствора в расширенной верхней части 19 и при этом в теплообмен вовлекаются дополнительности аппарата за счет более полного извлечения кристаллизуемой соли из раствора.

5

В предлагаемой кристаллизационной установке может быть увеличен межпромывочный пробег за счет крепления на крышке 29 теплообменника вибратора 35 и установки трубной доски 25 на наружной подвеске

33, с использованием герметизирующей вставки 34 что позволяет придать трубкам 26. теплообменника малоамплитудные (0,3- 0,5 мм) и низкочастотное (25-30 Гц) колебания, способствующие снижению инкрустаций наружной поверхности труб 26 и снижению загрязнения их внутренней поверхности. Кроме того, в предложенной к использованию в установке конструкции теплообменника 3 наружная поверхность больших труб 26 может быть при изготовлении отполирована до высокого класса чистоты или защищена напыленной пленкой противоадгезионного покрытия, например, пленкой напыленного фторопласта. Все эти дополнительные новшества, реализуемые только в предложенной конструкции теплообменника, способствуют достижению цели изобретения. При профилактической промывке установки в режиме циркуляции подогретого раствора возможные инкрустации наружной поверхности труб легко размываются при подаче в трубное пространство теплообменника нагретого теплоносителя. Внутренняя поверхность труб также чистится без труда, так как она легкодоступна из-за возможности растягивания трубчатки.

Таким образом, в предложенной кристаллизационной установке непрерывного действия за счет использования теплообменника с двойными трубами, новой организации потоков, новых технологических и конструктивных решений достигается интенсификация процесса охлаждения и кристаллизации, увеличивается производительность кристаллизационной установки и длительность ее работы между промывками, повышается надежность работы установки, повышается производительность труда и снижаются трудозатраты обслуживающего персонала.Ј0

Формула изобретения

1. Кристаллизационная установка непрерывного действия, включающая кристаллизатор с опускной трубой,

циркуляционные насосы, выносной тепло- обменик и соединительные циркуляционные трубопроводы, о т ли ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности, теплообменник выполнен погружного

типа с двойными трубками и соединен по трубному пространству с источником хладо- носителя, корпус его выполнен составным с зауженной нижней и расширенной верхней частью, образующей кольцевой переточный

карман, закрытый снизу наклонным днищем и соединенный отводным патрубком с опускной трубой кристаллизатора, расширенная часть корпуса снабжена патрубком предельного уровня раствора, соединенным с рабочим объемом кристаллизатора, а полость зауженной части корпуса теплообменника снизу сообщена системой трубопроводов с отводным по раствору патрубком кристаллизатора, при этом теплообменник

установлен так, что верхняя кромка борта зауженной части его корпуса размещена выше сливного патрубка кристаллизатора.

2. Установка по п,1, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что наклонное днище переточного кармана расширенной части корпуса теплообменника выполнено по спирали и отводной по раствору патрубок смонтирован в нижней его части.

3. Установка по л. 1, отличающая- с я тем, что крышка теплообменника снабжена вибратором, а трубная доска наружных-труб теплообменника установлена в корпурес возможностью колебательных перемещений.

4. Установка по п.1, о т ли ч а ю щ а я- с я тем, что нижняя зауженная часть корпуса теплообменника снабжена турбулизатором потока раствора, установленным под трубами.

Область использования: изобретение относится к кристаллизационному оборудованию непрерывного действия. Сущность изобретения: установка содержит кристаллизатор 1, циркуляционные насосы 2, 7, выносной теплообменник 3 погружного типа с двойными трубами 26, 28. Верхняя расширенная часть 19 корпуса теплообменника 3 образует кольцевой переточный карман, закрытый снизу наклонным днищем 22 и сообщённый с центральной опускной трубой кристаллизатора 1, За счет оригинального соединения элементов установки движение маточного раствора для охлаждения организовано по межтрубному пространству теплообменника 3 снизу вверх, а хладоноситёля - по трубному пространству в кольцевом сечении между трубами меньшего 28 и большего 26 диаметров, 3 з.п. ф-лы. 2 ил. уп