Реакционный кристаллизатор

Полезная модель относится к аппаратам для получения осадков малорастворимых соединений в результате химического взаимодействия реагентов и/или термической кристаллизации и может быть использована в химической технологии, в радиохимии, в гидрометаллургических процессах, в пищевой и фармацевтической промышленности.
Наиболее близким является реакционный кристаллизатор (патент RU №1536549, МПК B01d 9/02) содержащий вертикальный сужающийся книзу корпус, внутри которого расположены циркуляционная труба с перемешивающим устройством и концентрическая перегородка, разделяющая объем кристаллизатора на зону циркуляции суспензии внутри перегородки и зону осветления суспензии между перегородкой и стенкой корпуса. При этом верхний торец перегородки расположен выше указателя уровня, а нижний - ниже верхнего торца циркуляционной трубы. Реакционный кристаллизатор снабжен струйными насосами, диффузоры которых соединены с патрубками ввода реагентов, расположенными в нижней части корпуса, а приемные камеры струйных насосов 6 сообщены патрубками с корпусом выше нижнего торца концентрической перегородки.
Недостатками прототипа является возможность налипания на перешивающее устройство и стенки корпуса кристаллизатора, что приводит к необходимости периодической остановки процесса для очистки их поверхностей, а также невозможность вывода твердой фазы в виде плотного осадка непосредственно из кристаллизатора, что требует дополнительной стадии фильтрации суспензии в отдельном аппарате, что в совокупности снижает производительность, надежность и работоспособность реакционного кристаллизатора.
Задача - разработка конструкции реакционного кристаллизатора, позволяющей снизить энергетические затраты па этот процесс, увеличить размер и степень однородности частиц твердой фазы за счет создания условий, исключающих механическое разрушение частиц, и осуществить эффективное отделение полученной твердой фазы от маточного раствора.
Технический результат - повышение производительности, надежности и работоспособности реакционного кристаллизатора, ускорение процесса кристаллизации.
Технический результат достигается в реакционном кристаллизаторе, содержащем корпус, патрубки ввода реагентов, патрубок вывода суспензии, указатель уровня, причем патрубок ввода исходного раствора расположен тангенциально стенке корпуса для циркуляции исходного раствора вдоль стенки корпуса, а патрубок ввода осаждающего реагента выполнен в виде «трубы в трубе» с возможностью подачи в зазор, образованный его внешней и внутренней трубами, промывного реагента и/или инертного газа, при этом реакционный кристаллизатор снабжен центральной трубой с верхними патрубками для отвода маточного раствора, промывного реагента, инертного газа.
Патрубок вывода суспензии соединен с двух- или трехпозиционным полнопроходным краном.
Нижняя часть корпуса в зоне накопления твердой фазы в суспензии оснащена датчиком уровня, подающим по мере ее накопления сигнал на выгрузку.
Потоки реагентов перемешивают за счет высокой линейной скорости подачи и способа подачи потоков исходного раствора и осаждающего реагента, причем подачу исходного раствора осуществляют через патрубок ввода тангенциально корпусу кристаллизатора, перпендикулярно образующей внутренней поверхности стенки корпуса, а подачу осаждающего раствора производят сверху, параллельно образующей внутренней поверхности стенки корпуса кристаллизатора. Такое техническое решение позволяет осуществить эффективное перемешивание растворов за счет вихревого движения жидкой фазы в корпусе, при этом достигается предотвращается или снижается агломерация и налипание твердой фазы на стенки корпуса кристаллизатора. Исключается механическое разрушение частиц, и происходит эффективное отделение полученной твердой фазы от маточного раствора. Таким образом, повышается производительность, надежность и работоспособность реакционного кристаллизатора, ускоряется процесс кристаллизации.
На фигуре изображен общий вид реакционного кристаллизатора.
Реакционный кристаллизатор содержит цилиндрический корпус 1 с днищем в форме усеченного конуса. На цилиндрическом корпусе размещены входные патрубки 2 ввода исходного раствора, патрубок 3 ввода осаждающего реагента и инертного газа и/или промывного реагента, центральная труба 4 с верхним патрубком 5 для отвода маточного раствора и/или промывного реагента и патрубком 6 для отвода инертного газа. В нижнем сечении днища корпуса располагается двух- или трехпозиционный полнопроходный кран 7 для периодической выгрузки твердой фазы в виде суспензии или плотного осадка, при этом нижний торец центральной трубы 4 расположен выше или на уровне с коническим днищем корпуса. Нижняя часть корпуса в зоне накопления твердой фазы в суспензии оснащена датчиком уровня 8, подающим по мере ее накопления сигнал на выгрузку.
Реакционный кристаллизатор работает следующим образом:
Через патрубок 2 подачи исходного раствора подают исходный раствор, при этом за счет тангенциального расположения патрубка к стенке корпуса начинается циркуляционное движение исходного раствора в корпусе 1 аппарата. Одновременно подают осаждающий реагент через патрубок 3. Подачу исходного раствора и осаждающего реагента осуществляют до заполнения аппарата, о чем судят по началу отвода маточного раствора из патрубка 5. Далее включают подачу промывного реагента, которым может служить маточный раствор, полученный ранее, и/или инертного газа в зазор, образованный внешней и внутренней трубами патрубка 3 подачи осаждающего реагента. Образующуюся твердую фазу в виде суспензии или плотного осадка, периодически выгружают из аппарата через полнопроходный кран 7. Смесь маточного и промывного растворов и инертный газ отводят из корпуса по патрубку 5 отвода растворов и патрубку 6 отвода инертного газа. Способ подачи исходного раствора и осаждающего реагента обеспечивает стабильность образования твердой фазы, позволяет увеличить размер и степень однородности частиц твердой фазы за счет создания условий, исключающих механическое разрушение частиц, и осуществить эффективное отделение полученной твердой фазы от маточного раствора.
Выгрузку твердой фазы осуществляют двух- или трехпозиционным полнопроходным краном 7, расположенным в нижнем сечении конического днища аппарата. Отвод маточного раствора осуществляют через верхний патрубок 5 отвода раствора под действием статического давления в аппарате, создаваемого потоками исходного раствора и осаждающего реагента, а также промывным реагентом и/или инертным газом, подаваемыми в зазор, образованный внешней и внутренней трубами патрубка 3. Способ измерения уровня накопления твердой фазы в суспензии осуществляется датчиком уровня 8 через стенку аппарата радиометрическим, индуктивным, емкостным, ультразвуковым или другим методом, а также использованием их в комбинации друг с другом.
Таким образом, разработана конструкция реакционного кристаллизатора, позволяющая снизить энергетические затраты на процесс кристаллизации, увеличить размер и степень однородности частиц осадка за счет создания условий, исключающих механическое разрушение частиц, улучшить фильтрационные характеристики осадков и осуществить отделение полученного осадка от маточного раствора.