УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Полезная модель относится к технике для проведения химико-технологических процессов, а именно к аппаратам для проведения процессов кристаллизации и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтяной, фармацевтической, пищевой и других областях промышленности.
В настоящее время известно большое количество типов устройств для кристаллизации (Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Химия, 1987. стр.359-362, авт.св. №1738297, 1990, кл. В 01 D 9/00). Выбор конкретного типа установки определяется особенностями выпариваемой смеси и технико-экономическими показателями. Кристаллизаторы подразделяются на две большие группы: по способу создания пересыщения - изогидрические и изотермические, подразделяющиеся на аппараты с циркулирующим раствором и циркулирующей суспензией. Существует два способа создания пересыщения в кристаллизующемся растворе: способ удаления
растворителя испарением, т.е. при постоянной температуре, применяемым для кристаллизации веществ с относительно низким температурным коэффициентом растворимости и называемым изотермической кристаллизацией и способ понижения растворимости выделяемого кристаллизацией вещества за счет охлаждения раствора с высоким температурным коэффициентом растворимости и называемым изогидрической кристаллизацией.
Наибольшее распространения в настоящее время для изотермической кристаллизации получили трубчатые аппараты, содержащие корпус со штуцерами для подвода теплоносителя внутри которого помещены трубки с выпариваемым раствором (авт. св. СССР №712098, 1980, кл. B 01 D 1/00; авт. св. СССР №1797933, 1993, кл. B 01 D 1/00; авт. св. СССР №1490111, 1989, кл. B 01 D 1/00).
Недостатками указанных аппаратов являются большие энергозатраты, частые случаи перегрева стенок трубок, относительно невысокая производительность, ограничения по составу выпариваемой жидкости.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является выпарной аппарат, используемый для выпаривания водных растворов мочевины (авт. св. СССР №1490111, 1989, кл. B 01 D 1/00).
Аппарат содержит трубчатую греющую камеру, сепарирующее устройство с распределителем парожидкостных потоков выпариваемой смеси и блок подачи разделяемого продукта, подсоединенный к трубкам камеры через штуцер таким образом, чтобы трубки являлись между собой сообщающимися сосудами.
Недостатками устройства также являются большие энергозатраты, частые случаи перегрева стенок трубок, относительно невысокая производительность и низкое качество получаемого конечного продукта: образование агломератов, раковин в кристаллах, широкий разброс по размерам кристаллов, трудность получения продукта с заданными свойствами.
Задачей, решаемой авторами, является создание устройства для кристаллизации при пульсационных воздействиях с высокоэффективным режимом тепломассообмена благодаря турбулизации потоков за счет равномерности распределения пульсаций по сечению аппарата, организации структуры потоков в кристаллизаторе. Все это позволяет получить продукт с заданными свойствами.
Указанная задача решается за счет создания установки, которая должна состоять из блока подачи выпариваемого раствора, ∪-образный аппарата (кристаллизатора) представляющего собой две вертикальной трубчатые греющие камеры, соединенные между собой и обеспечивающие связь между жидкостью в трубках по принципу сообщающихся сосудов и сепарационного устройства, дополнительно оборудовано сепарационным устройством над каждой группой обогреваемых труб и связано с блоком попеременного создания отрицательного давления над каждой группой труб.
Вышеуказанный блок, например, пневмоклапаны связанные с вакуум насосом, обеспечивают разность давления между коленами ∪-образного аппарата (кристаллизатора) при пульсационном перемешивании за счет попеременного соединения их через пневмоклапаны с большим и меньшим разряжением которое создается вакуум насосом и натекателями связанные с атмосферой.
Путем поочередного набора и сброса пониженного давления в отдельных трубках или группах трубок, связанными с другими трубками как сообщающиеся сосуды, возникают колебания жидкости. Распределительное устройство и разделительная камера между трубками сконструированы таким образом, чтобы они обеспечивали по крайней мере в двух разных трубках выпарного устройства, работающих по принципу сообщающихся сосудов, имеется различное отрицательное давление в переменном пульсирующем режиме.
Указанная задача решалась созданием устройства, в состав сепарирующего устройства включен аппарат для создания на выходе отрицательное давление в системе по сравнению со входом. В качестве аппарата для создания отрицательного давления в системе можно использовать, например вакуум-насос. При этом, оптимально, чтобы аппарат обеспечивал по крайней мере в двух разных трубок выпарного устройства различное отрицательное давление в системе.
Общая схема заявляемого выпарного устройства приведена на фиг.1.
Установка (Фиг.1) состоит из емкости 4 с мешалкой и рубашкой предназначена для приготовления и хранения исходного раствора, который подогревается теплоносителем. Основным аппаратом установки является ∪-образный аппарат (пульсационный кристаллизатор) 1. В аппарате поддерживается постоянная температура за счет подведения тепла. Перемешивание в аппарате создается за счет периодического создания разности давлений в коленах аппарата, за счет чего создается колебательное движение раствора в аппарате. Отбор проб из аппарата 1 осуществляется пробоотборником 5. При упаривании раствора образуются пары растворителя которые конденсируются в конденсаторах 6, 7 и попадают в сборники 8, 9. Разность давления между коленами аппарата 1 при пульсационном перемешивании создается за счет попеременного соединения их через пневмоклапаны VA1, VA2 и VA3, VA4 с частями аппарата с большим и меньшим разряжением которое создается вакуум насосами NI1, NI2 и натекателями 10, 11.
Установка должна работать следующим образом. В обогреваемой емкости 4 готовится насыщенный раствор. Для этого в емкость 4 загружают расчетное количество воды и продукта при включенном перемешивающем устройстве. Во время растворения продукта емкость обогревается через рубашку. Если раствор приготовлен ранее, необходимо лишь довести его до заданной температуры. В змеевик конденсатора-холодильника 3, 6, 7 подается охлаждающая вода. После
растворения продукта и установления заданной температуры в емкости включают вакуум насос и создают в установке разряжение. После этого заполняют кристаллизатор 1. Исходный раствор из емкости 4 подается в кристаллизатор 1 за счет разряжения, создаваемого вакуум насосом. Затем включается обогрев и набирается вакуум. С помощью пульта управления пульсацией (ППУ) в аппарате создают перемешивание заданной интенсивности. Амплитудно-частотные характеристики процесса изменяются с помощью ППУ, а также регулированием перепада давления между двумя коленами аппарата с помощью натекателей 10, 11. Началом выпарки считается момент, когда первый конденсат попадает в сборники 8, 9. Испаряясь, исходный раствор становится пересыщенным. Началом кристаллизации считается момент когда в объеме раствора начинают появляться мелкие кристаллы (обычно начало выпарки и кристаллизации совпадали). Для поддержания постоянного уровня упариваемого раствора в аппарате из обогреваемой емкости 4 периодически добавляется свежий раствор. Заданная тепловая нагрузка устанавливается. Профиль температур в аппарате и температура внешней стенки аппарата измерялись с помощью 7 термозондов и устройства контроля температуры.
Разработанное пульсационное кристаллизационное устройство позволяет получать кристаллы правильной формы, более однородные по фракционному составу и в меньшей степени агрегированы.