Кристаллизаторы с удалением части растворителя

Как было указано, наиболее распространенным способом удаления части растворителя является выпаривание. Появление в растворе кристаллов и создание условий для их роста требуют внесения некоторых изменений в конструкцию обычных выпарных аппаратов.

На рисунке изображен выпарной аппарат-кристаллизатор с подвесной нагревательной камерой и двумя работающими поочередно нутч-фильтрами для отделения кристаллов от маточного раствора.

Выпарной аппарат-кристаллизатор с подвижной греющей камерой и нутч-фильтрами:

1 – корпус аппарата; 2 - нагревательная камера; З – нутч-фильтр.

Кристаллизаторы с охлаждением раствора

Простейшие кристаллизаторы периодического действия с охлаждением раствора представляют собой цилиндрические вертикальные аппараты с охлаждающими змеевиками (или рубашками) и механическими мешалками для перемешивания раствора. С целью увеличения времени пребывания раствора в установке эти аппараты часто соединяют последовательно, располагая каскадом.

Расчет кристаллизаторов.

Материальный баланс кристаллизатора:

(1)

где G₀ – масса исходного раствора; G_м – масса оставшегося маточного раствора после отделения кристаллов; G_кр – масса выпавших кристаллов; G_w – масса испаренного растворителя.

Баланс по растворенному веществу:

(2)

где в₀ и в_м – массовая доля растворенного вещества в исходном и в маточном растворе.

Величина в_м равна концентрации насыщенного раствора при температуре t₀ (определяется из справочника).

При температуре кипения концентрация насыщенного раствора равна в_к (определяется из справочника).

Масса испаренного растворителя равна:

(3)

Решая систему из уравнений 1 и 2, находим неизвестные величины G_кр и G_м.

По рассчитанным величинам масс и концентраций подбирают кристаллизатор периодического действия.

По условию образования и роста кристаллов кристаллизаторы подразделяют на следующие основные типы:

1. поверхностные, в которых образование и рост кристаллов происходят на охлаждаемой поверхности;

2. объемные, в которых образование и рост кристаллов происходят во всем объеме аппарата;

3. смешанного типа, которых образование и рост кристаллов происходят на охлаждаемой поверхности и в объеме аппарата.

Объемные кристаллизаторы, в свою очередь, разделяют на прямоточные (в этих аппаратах раствор и кристаллы движутся прямотоком), емкостные (в этих аппаратах с помощью мешалок происходит полное перемешивание кристаллизующейся системы) и циркуляционные (по гидродинамическому режиму они занимают промежуточное положение между прямоточными и емкостными). Циркуляционные кристаллизаторы вследствие достаточно большой их удельной производительности и высокого качества получаемы в них кристаллов находят широкое распространение в технике.

По типу создания условий пересыщения кристаллизаторы можно подразделить на три группы: 1) изогидрические; 2) вакуумные; 3) испарительные.

Поверхностные кристаллизаторы

На рис.1 представлена схема устройства изогидрического поверхностного вальцового кристаллизатора, который обычно используется для кристаллизации солей с существенно снижающейся растворимостью при понижении температуры.

Рис.1. схема устройства вальцового кристаллизатора:

1-барабан; 2-корыто; 3-нож для съема кристаллов; 4-полые валы; 5-паровая рубашка.

Рис.2. ленточный кристаллизатор:

1,5-барабаны; 2-бункер; 3-бортик; 4-отверждаемый слой; 6-приемный бункер; 7-щетки; 8-движущая лента.

Аппарат представляет собой горизонтальный вращающийся барабан 1 с водяной рубашкой, погруженный в корыто 2 с кристаллизуемым раствором. Во избежание преждевременной кристаллизации корыто снабжено паровой рубашкой 5 для нагревания раствора. За один оборот барабана (со скоростью порядка 0,1-1 м/с) на его поверхности образуется слой кристаллов, который снимается с барабана ножом 3.

Вальцовые кристаллизаторы чаще всего применяют для кристаллизации расплавов или из растворов с небольшим содержанием маточного раствора. К недостаткам кристаллизаторов этого типа следует отнести мелкокристалличность получаемого продукта; при этом в кристаллы обычно переходят все содержащиеся в исходном расплаве примеси.

Для кристаллизации расплавов применяют также ленточные кристаллизаторы (рис.2).

Образование отвержденного слоя 4 происходит на бесконечной ленте 8 при охлаждении расплава, то целесообразно использовать этот метод охлаждения). Расплав на ленту можно подавать различным способом: сплошным слоем, полосами и т.п. для очистки ленты о оставшихся на ней кристаллов (после удаления основной массы кристаллов в бункер 6) применяют металлические щетки 7.