ТРУБЧАТЫЙ КРИСТАЛЛИЗАТОР

Предлагаемое техническое решение относится к переработке нефти и нефтепродуктов, в частности к аппаратам для кристаллизации парафинов на установках депарафинизации жидких углеводородов.
Известна конструкция трубчатого кристаллизатора для концентрирования высокозастывающих компонентов из жидких углеводородов методом вымораживания, выполненный в виде кожухотрубного аппарата, в межтрубном пространстве которого одновременно находиться хладагент и теплоноситель, а в трубном -  разделяемый жидкий углеводород, который после кристаллизации кратковременно нагревают.  Кристаллы, образовавшие осадок на внутренней стенке трубок, теряют с ними сцепление. Под действием напора нового сырья стержень, состоящий из кристаллов и маточного раствора, продвигаеться вперед и на выходе разрезается ножом (Патент GB 1507034,B01D9/02, 1975).
Недостатком известной конструкции является то, что кристаллическую часть необходимо каждый раз отделять от маточного раствора. Это приводит к дополнительным затратам времени, снижению общей производительности.
Известен трубчатый кристаллизатор, выполняемый в виде кожухотрубного теплообменника, состоящего из цилиндрического корпуса, снабженного штуцером подачи сырьевого раствора и штуцера для вывода продуктов, трубных решеток, с закрепленными в них пучками трубок и полусферических крышек, при этом корпус кристаллизатора установлен под углом α=2÷7° к горизонту, насадная трубка снабжена спиральным электронагревателем, а штуцер вывода продуктов снабжен трехходовым краном (Патент на полезную модель №192489 РФ, B01D9/2, С10G73/02, 2019).
К причинам, препятствующим достижению заданного технологического результата, относится длительность технологических операций, связанных с плавлением кристаллов спиральным теплоэлектронагревателем и полным удалением их раствора из труб, что уменьшает производительность.
Известен трубчатый кристаллизатор, содержащий корпус, перемешивающий и охлаждающий элементы, системы подвода и отвода рабочего агента, перегородкой, выполненной в виде тора, и камерой, герметично прикрепленной к боковой стенке корпуса, в которой установлен охлаждающий элемент в виде рукава, один конец которого закреплен на реверсивном барабане (Патент РФ №2034613 B01D9/00, 1995).
К недостаткам  данной конструкции кристаллизации относится сложность конструкции и необходимость подвода дополнительной энергии для вращения реверсивного барабана, что приводит к дополнительным затратам времени, снижению производительности.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип относится двухтрубный теплообменник или теплообменник типа «труба в трубе», состоящий из наружной и внутренней теплообменных труб с патрубками для входа и выхода теплоносителей и элементов их соединения, причем внутренние трубы соединены между собой коленьями (калачами), а наружные - штуцерами с фланцами с образованием вертикальных звеньев, которые крепятся к металлическому каркасу (Ю.Н.Шаповалов., В.С. Шеин. Машины и аппараты общехимического назначения. Учебное пособие Воронеж: Издательство Воронежского университета, 1981, с. 110, 111).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится длительность технологической операции плавления образовавшихся на поверхности внутренней трубы слоя кристаллов при подаче в межтрубное пространство горячего теплоносителя - пара и удаления этого расплава из внутренней трубы, что приводит к снижению производительности.
Техническим результатом предлагаемой конструкции трубного кристаллизатора является увеличение производительности.
Технический результат достается тем, что к двухтрубному теплообменнику, состоящему из наружной и внутренней теплообменных труб с патрубками для входа и выхода обрабатываемого раствора и теплоносителя, к патрубку входа внутренней трубы дополнительно герметично присоединена входная трубная секция с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру внутренней трубы, в верхней части которой установлены патрубок с вентилем для подачи сырьевого раствора и патрубок с вентилем для подачи сжатого воздуха, а в нижней части - патрубок с заслонкой для отвода кристаллического продукта, к патрубку выхода внутренней трубы герметично присоединена выходная трубная секция с внутренним диаметром трубы, равным внутреннему диаметру внутренней трубы, в верхней части которой установлен патрубок с вентилем для подачи сжатого воздуха, а в нижней части - патрубок с вентилем для отвода очищенного раствора, при этом между этими патрубками внутри выходной трубной секции установлен плунжер с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру внутренней трубы.
Присоединение двух дополнительных трубных секций на входе и выходе внутренней трубы с внутренними диаметрами, равными внутреннему диаметру внутренней трубы, и установка внутри выходной трубной секции плунжера, с наружным диаметром, равным внутреннему диаметру обеих трубных секций и внутренней трубы, создает единый канал для движения плунжера в обеих присоединенных секциях и самой внутренней трубе, что позволяет быстро перемещать плунжер из одной дополнительной секции в другую без лишних затрат времени, и повышает производительность. Установление плунжера с наружным диаметром равным внутреннему диаметру внутренней трубы обеспечивает полное срезание осадка кристаллов, образующихся на внутренней поверхности внутренней трубы при их вымораживании, что позволяет отказаться от технологической операции плавления осадка кристаллов при подаче горячего теплоносителя - пара или его нагревания ТЭНом и слива жидкого осадка из центральной трубы. Это так же способствует росту производительности.
Установка патрубка с вентилем для подачи сырьевого раствора в верхней части входной секции и патрубка с вентилем для отвода очищенного раствора в нижней части выходной секции позволяет подавать исходный раствор и отводить очищенный раствор при проведении основной технологической операции - вымораживания кристаллического продукта на внутренней стенке внутренней трубы. Установка в верхней части обеих секций патрубков с вентилями для подачи сжатого воздуха обеспечивает перемещение плунжера в выходную секцию при проведении основной технологической операции - вымораживания кристаллов из сырьевого раствора, а затем его перемещение во входную секцию в технологической операции удаления слоя кристаллов с внутренней поверхности внутренней трубы, что также способствует снижению затрат времени и росту производительности.
Установка в нижней части входной секции патрубка с заслонкой для отвода кристаллического продукта позволяет быстро отводить этот продукт из трубчатого кристаллизатора. Эта вспомогательная технологическая операция занимает немного времени, не требует плавления кристаллического продукта, а значит способствует росту производительности.
На фиг. представлена схема предлагаемой конструкции трубчатого кристаллизатора.
Он состоит из внутренней трубы 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 обрабатываемого раствора, герметично присоединенной к внутренней трубе 1, и наружной трубы 4 и с патрубками выхода 5 и входа 6 теплоносителя (хладагента).
К патрубку входа 2 герметично присоединена входная трубная секция 7 с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру внутренней трубы 1, в верхней части которой установлен патрубок с вентилем 8 для подачи сырьевого раствора  и  патрубок с вентилем 9 для подачи сжатого воздуха, а в нижней части входной трубы секции 7 установлен патрубок с заслонкой 10 для отвода кристаллического продукта в емкость 11.
К патрубку выхода 3 также герметично присоединена выходная трубная секция 12 с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру внутренней трубы 1. В верхней части выходной секции 12 установлен патрубок с вентилем 13 для подачи сжатого воздуха, а в нижней части выходной секции 12 установлен патрубок с вентилем 14 для отвода очищенного раствора, при этом между патрубками 13 и 14 внутренней выходной секции 12 с возможностью осевого продольного перемещения установлен плунжер 15, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру внутренней трубы 1, входной трубной секции 7 и выходной трубной секции 12. Для ограничения перемещения плунжера 15 перед патрубком с вентилем 13 установлены вертикальные упоры 16. Такие же упоры 17, ограничивающие перемещение плунжера 15 (показано пунктиром) до патрубка с вентилем 9 и патрубка с заслонкой 10, установлены во входной трубной секции 7. Для сброса воздуха из секций 7 и 12 на их торце установлены воздушные клапаны 18 и 19.
Трубчатый кристаллизатор работает следующим образом. Закрывают вентили на патрубках 13, 9 и 19, а также заслонку на патрубке 10. Открывают вентили на патрубках 8 и 14, подают сырьевой раствор по патрубку 8 во входную трубную секцию 7, а из нее во внутреннюю трубу 1. В межтрубное пространство наружной трубы 4 по патрубку 6 подводят теплоноситель (хладагент) и отводят его по патрубку 5. На внутренней стенке внутренней трубы 1 по мере движения обрабатываемого раствора происходит вымораживание кристаллов и образование их слоя на этой стенке, а очищенный раствор отводится по патрубку 14.
Затем, после образования на внутренней стенке внутренней трубы 1 слоя кристаллов номинальной массы, подачу теплоносителя (хладагента) по патрубку 6 прекращают, закрывают вентиль 8, 14 и отрывают вентиль на патрубке 13, соединенный с магистралью  сжатого воздуха (или компрессором), открывают также заслонку на патрубке 10. Под давлением сжатого воздуха плунжер 15 движется слева направо, срезая с внутренней стенки внутренней трубы 1 кристаллический осадок, который сбрасывается через патрубок 10 в емкость 11. Плунжер 15 продвигается по выходной цилиндрической секции 12, внутренней трубе 1 и  входной трубной секции 7 слева направо до упоров 17 не перекрывая выходное сечение патрубка 10. Выдавливаемый воздух сбрасывается через воздушный клапан 19. Крайнее правое положение плунжера 15 показано на рисунке пунктиром.
Затем, при закрытых вентилях на патрубках 8, 9, 13, 14 и закрытой заслонке на патрубке 10, открывают вентиль на патрубке 9, по которому от магистрали сжатого воздуха или компрессора подают во входную трубную секцию 7 воздух под давлением. Под действием этого давления плунжер 15 перемещается справа налево последовательно по входной трубной секции 7, внутренней трубе 1 и выходной трубной секции 12 до упоров 16, выдавливая воздух из этих секций через воздушный клапан 18.
Трубчатый кристаллизатор готов к новому основному циклу работы - вымораживанию кристаллов из обрабатываемого раствора.
Предлагаемая конструкция трубного кристаллизатора позволяет использовать промышленные двухтрубные теплообменники, описанные в прототипе, герметично устанавливая на них входные 7 и выходные 12 трубные секции с описанными патрубками с вентилями и заслонкой 8,9,10,13,14,18 ,19, с установкой внутри плунжера 15, что позволяет избежать длительной и дорогостоящей технологической операции плавления кристаллического осадка, образующегося на внутренней стенке внутренней трубы 1, и отвода этого расплава из трубчатого кристаллизатора. Это уменьшает рабочее время цикла и приводит к увеличению производительности.