Вакуум-кристаллизатор Советский патент 1993 года по МПК B01D9/02 

Изобретение относится к аппаратам для кристаллизации из растворов и может быть использовано в калийной промышленности для получения кристаллического хлорида калия.

Цель изобретения - увеличение крупности и прочности кристаллов хлорид калия в горизонтальном вакуум-кристаллизаторе и снижение инкрустации вала за счет создания обратного циркуляционного потока во всем заполненном объеме ступени и введения непосредственно в него интенсифицирующих добавок, а также за счет увеличения скорости относительного движения взаимодействующих фаз.

Предлагаемое.устройство позволяет задержать поток твердой фазы в ступени кристаллизации, сформировать Обратный циркуляционный поток во всем объеме ступени и увеличить скорость относительного движения 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, устраняющей проскок суспензии через ступень кристаллизации. В аппарате реализуется возможность введения интенсифицирующих добавок непосредственно в зону кристаллизации, где воздействие обратного циркуляционного потока создает оптимальные условия для контактирования добавки с твердой фазой.

При столкновении потока суспензии с дополнительной мешалкой, отражающей поток, Последний изменяет направление движения. Возникающие при этом инерционные силы различны для твердой и жидкой фаз, так как при прочих равных условиях они пропорциональны плотности фазы. Так как кристаллы более инерционны, чем раствор, возникает относительная скорость движения фаз, увеличивающая скорость роста кристаллов, а в зоне действия дополнительной мешалки повышается концентрация твердой фазы и время ее пребывания.в ступени.

Дополнительная мешалка формирует в ступени обратный циркуляционный поток, способствующий дополнительной турбули- зации потока, что приводит, с одной стороны, к снятию локальных зон пересыщения, снижению вероятности зародышеобразова г

Ё

00

ю

о

Јv VI

ния, увеличению скорости роста кристаллов, с другой стороны, способствует разрушению малрпрочных сростков кристаллов, увеличивая их прочность.

Вода, попадая из полых ребер в зону интенсивного перемешивания, способствует снятию локальных зон пересыщения и снижает вероятность зарод ышеобразова- ния 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 предприятиях.

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

Увеличение сечения 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 действия дополнительной мешалки. Уменьшение сечения 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 действия дополнительной мешалки.

Изобретение поясняется 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 для ввода 2 и-. вывода 3 суспензии. Вертикальные неподвижные дискообразные перегородки 4 и 5 с П-образной выемкой в нижней части, доходящей до оси вала мешалки, делят корпус на три ступени кристаллизации с заборниками пара 6, 7 и- 8. Полый вращающийся 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 набегания суспензии, герметично закреплены полые ребра 16, соединенные с полостью вала 9. На ребрах 16с тыльной по отношению к потоку стороны расположены отверстия 17 для подачи в зону кристаллизации интенсифицирующих добавок. Количество ребер составляет 2-3.

Устройство работает следующим образом. Исходная суспензия непрерывно подается через патрубок 2 в первую ступень кристаллизатора, где в результате изотермического испарения воды происходит выделение и рост кристаллов, пар удаляется через заборник пара 6. Суспензия перетекает из ступени в ступень через П-образную выемку в неподвижных перегородках 4-5 и удаляется из аппарата через патрубок 3.

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

поток и увеличивают относительную скорость движения фаз. Профилированные неподвижные вертикальные перегородки 4-5 устраняют проскок суспензии через ступени кристаллизации, способствуя созданию

обратного потока во всем объеме ступени. Через отверстия 17 в полых ребрах 16 в зону . кристаллизации поступает вода, под действием разрежения, возникающего с тыльной стороны ребра. В результате действия устройства снижается зародышеобразование, увеличивается скорость роста кристаллов и вр,емя их- пребывания в аппарате, размер кристаллов увеличивается в 1,4-1,7 раза, а их прочность увеличивается на 30-40%.

Пример конкретного выполнения.

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 вращающимся 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 набегания суспен-. зии дополнительная мешалка имеет 3 полых

радиальных ребра длиной 0,75 м, шириной 0,1 м, сообщающихся с полостью вала. На каждом ребре с тыльной по отношению к набегающему потоку стороны находятся 7 отверстий диаметром 0,02 м для подачи в зону массообмена интенсифицирующих добавок. Неподвижные вертикальные перегородки, разделяющие 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.

Каждая 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, проводился, исходи из экспериментальных значений потребляемой на перемешивание мощности по прототипу (горизонтальный вакуум-кристаллизатор с рамными мешалками 4 СОФ) и по предлагаемому варианту..

Установочная мощность двигателя в промышленном аппарате (прототип) составляет 22 кВт. При этом мощность на перемешивание - 6,4 кВт,

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

N2 6,9 кВт ЫА 7,3 кВт

N6-7,7 кВт

Отношение между установочной мощностью двигателя и мощностью на перемешивание известно:

м -2.5--1.2-N . .

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

Минимальное количество ребер из соображений балансировки вала составляет 2. Таким образом, число ребер на дополнительной мешалке должно составлять 2-3.

П р и м е р 2. Выбор шага витка шнека дополнительной мешалки проводился 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 время пребывания 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 проводился по зави10 симости среднего размера кристаллов KCI на выходе из аппарата (R) и коэффициента заполнения 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 заполнения

0 аппарата Кз. Из практики эксплуатации вакуум-кристаллизационных установок калийных предприятий 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 увеличивается более, чем на 16%. Поэтому дальнейшее увеличение шага шнека нецелесообразно. При S/d 0,22 Кз увеличился 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 уменьшится.

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

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

5 мешалка, отличающийся тем, что, с

целью увеличения крупности и прочности кристаллов и снижения инкрустации вала, каждая секция 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 набегания потока герметично закреплены полые радиаль5 ные ребра, сообщающиеся с полостью вала, с отверстиями для подачи интенсифицирующих добавок, расположенными с тыльной к набегающему потоку стороны ребра, а перегородки выполнены в виде диска с П-образной выемкой в нижней части, доходящей до уровня вала, при этом S - (0,13-тельной мешалки составляет 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-личающийся тем, что число радиальных

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

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

Я - R

м

16

Фое. /