16. Выпарные установки.
На заводах процессы выпаривания ведут в многоступенчатых установках непрерывного действия с использованием образующегося вторичного пара каждой ступени в последующих корпусах с более низким давлением или с передачей части вторичного пара др. тепловым потребителям. Раствор в таких установках перетекает из корпуса в корпус, выпариваясь частично и последовательно в каждой ступени до определенной концентрации.
Различают следующие виды выпарных аппаратов:
1. Аппараты с естественной циркуляцией раствора.
Движущей силой естественной циркуляции раствора является разность между столбом жидкости в опускных трубах и парожидкостной эмульсии в подъемных за счет разности плотностей. Движущий напор расходуется на преодоление местных сопротивлений и сопротивлений трения, на создание динамического напора потока, кот. определяется скоростью циркуляции.
Для упаривания маловязких некристаллизующихся растворов получили распространение аппарата типа ВВ с внутренней греющей камерой и центральной циркуляционной трубой.
Этот аппарат состоит из стального корпуса , имеющего теплообменную поверхность в виде трубок. В верхней части аппарата – сепараторе установлен брызгоуловитель для отделения вторичного пара от брызг раствора, увлекаемых при кипении. В центральной части трубчатого теплообменника имеется труба большого диаметра.
– выпарные аппараты с подвесной греющей камерой применяют для упаривания кристаллизующихся, агрессивных и умеренно вязких растворов;
– с выносной опускной трубой для растворов, образующих осадок на греющей поверхности;
– с выносным расположением сепаратора и опускной трубы;
– с включением нескольких кипятильников или греющих камер на один сепаратор;
2. Аппараты с принудительной циркуляцией раствора.
Для выпарки вязких растворов, когда получается малая разность температур греющего пара и раствора, получили применение аппараты, в кот. циркуляция жидкости обеспечивается центробежным или лопастным насосом, перекачивающим раствор из сепаратора в греющую камеру. На перекачку жидкости тратится значительное количество электроэнергии, поэтому выбор естественной и вынужденной циркуляции раствора должен решаться технико-экономическим расчетом.
3. Пленочные аппараты.
Применяют для выпарки чистых некристаллизующихся растворов и чувствительных к высоким температурам. Он состоит из греющей камеры, сепаратора, отбойника, брызгоуловителя. Греющий пар поступает в межтрубное пространство, отдает скрытую теплоту парообразования трубкам и удаляется в виде конденсата. Раствор поступает в нижнюю часть аппарата и заполняет трубки. Раствор вскипает и парожидкостная эмульсия поднимается по трубкам вверх. Смесь поступает на отбойник, жидкость стекает вниз, пар освобождается от оставшихся капель жидкости в брызгоуловителе.
Существуют аппараты, в кот. выпаривание раствора осуществляется за счет тепла от сгорания газа в растворе с помощью погруженных горелок.
17. Основы процессов кристаллизации.
Кристаллизацией называют процесс выделения твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Кристаллизацию проводят из водных растворов, понижая растворимость кристаллизуемого вещества за счет изменения температуры или удаления части растворителя (воды). Кристаллизацию ведут также из расплавов путем их охлаждения.
Так как растворимость большинства веществ увеличивается с ростом температуры, то выделение кристаллов из насыщенного раствора можно осуществить путем охлаждения вещества. В случаях, когда растворимость мало зависит от температуры, для кристаллизации следует удалить часть имеющегося растворителя.
Скорость кристаллизации зависит от ряда факторов: степени пересыщения раствора, интенсивности перемешивания, наличия примесей. Кристаллизация начинается с возникновения кристаллизационных центров, вокруг кот. происходит рост кристаллов. Скорость образования центров зависит от температуры, механических воздействий (перемешивания, встряхивания), степени шероховатости перемешивающих устройств. Скорость кристаллизации не является постоянной величиной: вначале она увеличивается, а затем падает. С повышением температура скорость роста кристаллов увеличивается, т.к. при этом ускоряется диффузия, облегчается подход из раствора новых молекул вещества, из кот. складывается структура кристалла.
Существует несколько способов кристаллизации:
Кристаллизация с изменением температуры раствора проводят из растворов, у кот. растворимость веществ с увеличением температуры растет. Для выделения кристаллов из раствора, его необходимо охлаждать. Процесс протекает медленно, но образуются кристаллы более крупные и однородные. При отрицательной растворимости веществ, раствор нагревают водой или паром.
Кристаллизация с удалением части растворителя производится при его частичном испарении или вымораживании. Затруднения в отложении кристаллов, ухудшение теплопередачи. Для уменьшения отложений увеличивают скорость движения раствора. Отделение кристаллов от маточного раствора производят на фильтрах или центрифугах.
Комбинированные способы кристаллизации с испарением части растворителя и с одновременным охлаждением раствора производят создавая условия для последовательного осаждения находящихся в растворе веществ частичной дробной кристаллизацией и т.о. извлекают из раствора содержащиеся в нем кристаллы.