МНОГОСЕКЦИОННЫЙ КРИСТАЛЛИЗАТОР

Полезная модель относится к аппаратам охлаждающего типа для получения кристаллов определенного гранулометрического состава и может быть использована в химической и пищевой промышленности при производстве кристаллических продуктов, например, хлористого бария, хлористого натрия, сульфата и тиосульфата натрия, лимонной кислоты.
2
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является многосекционный кристаллизатор [АС №202873 по МПК кл В01D 9/02,.опубл. в Б.И. №20, 1967 г.], состоящий из отдельных вертикальных секций, каждая из которых имеет цилиндрический корпус, внутри которого размещен кожухотрубный теплообменник, коническая решетка с переточным патрубком. Каждая секция аппарата снабжена патрубком для периодического отбора кристаллов. Диаметр корпуса вышележащих секций увеличивается, что позволяет регулировать скорость восходящего потока в каждой секции.
Мелкие кристаллы и образующиеся из новых кристаллов зародыши из нижних секций уносятся средой в вышерасположенные секции, а в нижней секции происходит рост крупных кристаллов. Перед входом во вторую секцию аппарата раствор охлаждается и становится вновь пересыщенным.
Недостатком многосекционного кристаллизатора является невысокое качество получаемого продукта, относительно невысокая производительность, так как скорость потока среды во второй и последующих секциях меньше, чем в первой секции, то в них ниже и скорость роста кристаллов, так же при условии прохождения мелких кристаллов через распределительные решетки над теплообменными устройствами, возможен рост кристаллов при создании пересыщения в теплообменных устройствах и в пространстве перед распределительными решетками и их зарастание, что обуславливает остановку аппарата с целью его чистки.
Техническая задача - повышение качества получаемого продукта и производительности аппарата, увеличение периода безостановочной работы кристаллизатора между периодами его чистки, интенсификация процесса кристаллизации.
Техническая задача полезной модели достигается тем, что в многосекционном кристаллизаторе, включающем цилиндрический корпус, состоящий из размещенных в нем кожухотрубных теплообменных секций с патрубками для ввода и вывода теплоносителя, конической решетки, переточного патрубка, дозирующего устройства и патрубка для отбора кристаллов, новым является то, что цилиндрический корпус многосекционного кристаллизатора, выполненный в форме Тора, расположен в горизонтальной плоскости, внутри каждой секции размещены по концентрическим окружностям теплообменные трубы, закрепленные в трубной решетке, причем размещенные на каждой окружности теплообменные трубы имеют одинаковый диаметр, увеличивающийся в направлении к центральным окружностям, при этом диаметр теплообменных труб имеет наибольшую величину в окружности, наиболее близко расположенной к центру трубной решетки, и наименьшую величину - на внешней образующей окружности теплообменных труб трубной решетки, диаметр теплообменных труб в трубной решетке должен быть таким, чтобы был обеспечен развитый турбулентный режим движения теплоносителя в них и достигалось наибольшее сходство по величине скоростей движения теплоносителя по всему профилю скоростей в свободном сечении многосекционного кристаллизатора, соотношение диаметра теплообменных труб к их длине должно составлять соответственно 0,1-0,05, секции кристаллизатора соединены между собой промежуточными камерами, представляющими собой конический отстойник, оборудованный механическим затвором для периодической разгрузки кристаллического осадка, причем одна из полых промежуточных камер служит для подачи исходного раствора в кристаллизатор и представляет собой входную камеру с установленной внутри нее сплошной перегородкой и отбойником, снабженную патрубком для отбора маточного раствора, роль дозирующего устройства выполняет насос, соединенный с входной камерой, который также обеспечивает циркуляцию рабочей среды в многосекционном кристаллизаторе.
Технический результат заключается в повышении производительности аппарата и качества готового продукта.
На фиг.1 изображена схема предлагаемого многосекционного кристаллизатора, вид сверху; на фиг.2 - разрез А-А теплообменной секции аппарата на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б промежуточной царги аппарата на фиг.1.
Многосекционный кристаллизатор, выполненный в форме Тора, расположен в горизонтальной плоскости, внутри каждой теплообменной секции 1 размещены по концентрическим окружностям теплообменные трубы 3, закрепленные в трубной решетке 4, причем размещенные на каждой окружности теплообменные трубы имеют одинаковый диаметр, увеличивающийся в направлении к центральным окружностям, при этом диаметр теплообменных труб имеет наибольшую величину в окружности, наиболее близко расположенной к центру трубной решетки 4, и наименьшую величину - на внешней образующей окружности теплообменных труб трубной решетки, диаметр теплообменных труб в трубной решетке должен быть таким, чтобы был обеспечен развитый турбулентный режим движения теплоносителя в них и достигалось наибольшее сходство по величине скоростей движения теплоносителя по всему профилю скоростей в свободном сечении многосекционного кристаллизатора, а количество концентрических окружностей, по которым располагаются теплообменные трубы в трубной решетке, зависит от производительности многосекционного кристаллизатора, и соотношение диаметра теплообменных труб к их длине должно составлять соответственно 0,1-0,05. В теплообменную секцию с помощью штуцеров 5 и 6 подается холодный или горячий теплоноситель. Секции кристаллизатора соединены между собой промежуточными камерами 7, представляющими собой конический отстойник, оборудованный механическим затвором 9 для периодической разгрузки кристаллического осадка, причем одна из полых промежуточных камер служит для подачи исходного, раствора в кристаллизатор и представляет собой входную камеру с установленной внутри нее сплошной перегородкой 2 и отбойником 13, снабженную патрубком для отбора маточного раствора 12, роль дозирующего устройства выполняет насос 10, соединенный с входной камерой, который также обеспечивает циркуляцию рабочей среды в многосекционном кристаллизаторе.
Многосекционный кристаллизатор работает следующим образом.
Смесь питающего и маточного раствора через штуцер 11 поступает во входную камеру и благодаря отбойнику 13 равномерно распределяясь по всему ее объему поступает в трубки теплообменной секции. В теплообменную секцию с помощью штуцеров 5 и 6 подается холодный или горячий теплоноситель. Так как длина трубок в секции невелика, то и мала и толщина термического пограничного слоя, а следовательно, коэффициент теплоотдачи велик. Охлаждение раствора способствует его пересыщению, а локальное переохлаждение раствора - зародышеобразованию. В промежуточной камере 7 обеспечивается интенсивное перемешивание кристаллической суспензии за счет того, что параллельные векторы скоростей потоков на выходе из трубок разных диаметров различны по абсолютной величине. Интенсивное перемешивание суспензии в промежуточной камере способствует росту относительной скорости между кристаллом и раствором, а, следовательно, интенсификации процесса массообмена при кристаллизации и повышению производительности аппарата. Быстрое выравнивание профилей концентрации и температуры в промежуточной камере способствует росту кристаллов правильной формы. Одновременно с силами инерции на кристаллы в промежуточной камере действует сила тяжести, под действием которой кристаллы, достигшие определенного размера (и веса) осаждаются в коническом отстойнике 8 и периодически выгружаются через механический затвор 9. Кристаллы, не достигшие в рассматриваемой камере требуемого размера (и веса), под действием преобладающих сил инерции остаются во взвешанном состоянии и поступают в трубки следующей секции. Прохождение кристаллов в трубном пространстве теплообменной секции, т.е. непосредственно в зоне создания пересыщения, положительно сказывается на росте кристаллов правильной формы и исключает зарастание трубок холодильника. В последующих промежуточных камерах кристаллы достигают требуемого размера и осаждаются в конических отстойниках 8.
Заданная площадь поверхности теплопередачи, а, следовательно, и производительность аппарата, обеспечиваются необходимым количеством унифицированных секций и камер.
Размер охлаждающихся кристаллов зависит от сил инерции, обусловленных перемешиванием суспензии в промежуточной камере и определяемых скоростью движения суспензии в замкнутом контуре кристаллизатора, поэтому регулирование процесса по размерам кристалла осуществляют путем изменения скорости (расхода) раствора в циркуляционном контуре кристаллизатора.
В случае образования в кристаллизаторе большого количества мелких кристаллов, одна или несколько теплообменных секций 1 могут работать как нагреватели для растворения мелких кристаллов. Для этого в межтрубное пространство этих теплообменных секций вместо охлаждающего агента подают теплоноситель. В остальных секциях кристаллизатора при этом продолжается процесс кристаллизации.
Предложенный многосекционный кристаллизатор позволяет:
- улучшить качество получаемого готового продукта (однородные по размеру и форме кристаллы);
- повысить производительность многосекционного кристаллизатора;
- снизить и/или исключить время простоев многосекционного кристаллизатора;
- интенсифицировать процесс работы многосекционного кристаллизатора за счет сокращения времени проведения вспомогательных операций, выравнивания профилей температуры и концентрации, увеличения относительных скоростей между кристаллами и раствором при интенсивном перемешивании в промежуточных камерах, исключения времени простоев на чистку теплообменных устройств и растворение мелких кристаллов повысить производительность на 15-20% и улучшить качество готового продукта (равномерность кристаллов правильной формы), получать кристаллы заданных размеров.