МАШИНОСТРОЕНИЕ

ВЫПАРНЫЕ КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ

В выпарных кристаллизаторах пересы­щение раствора достигается за счет частичной отгонки растворителя [4, 42, 47, 66]. Такие ап­параты применяют для кристаллизации ве­ществ, растворимость которых мало зависит от температуры, а также для вещее г в, обладаю­щих обратной растворимостью [42]. По конст­рукции выпарные кристаллизаторы напомина­ют обычные выпарные аппараты, дополненные узлом вывода кристаллической суспензии. Они могут иметь внутреннюю или выносную греющую камеру.

По принципу организации потоков все выпарные кристаллизаторы можно разделить на гри группы: кристаллизаторы с естествен­ной или принудительной циркуляцией раство­ра (суспензии) и аппараты со взвешенным сло­ем.

Конструкции выпарных кристаллиза­торов. Выпарной кристаллизатор с естест­венной циркуляцией маточного раствора снабжен выносной нагревательной камерой 4 и солесборником 5 (рис. 5.3.14). Нагревательная камера 4 и сепаратор 2 соединены между собой циркуляционными трубами 3 и 6. В греющих трубках раствор испытывает дополнительное давление столба жидкости, находящейся в «подъемной» трубе 3, поэтому интенсивное парообразование начинается лишь при перехо­де перегретого раствора по трубе 3 в сепаратор.

В сепараторе происходит разделение па­рожидкостной смеси: соковый (вторичный) пар отводится через штуцер /, а суспензия, со­стоящая из маточного раствора и кристаллов, по трубе 6 поступает в солесборник 5. В кони­ческой части солесборника кристаллы осажда­ются и периодически или непрерывно в виде сгущенной суспензии отводятся на центрифу­гирование. Маточный раствор с мелкими кри­сталлами из солесборника возвращается в на­гревательную камеру, многократно циркулируя по контуру аппарата.

Довольно большой объем раствора в се­параторе способствует более полному снятию пересыщения и уменьшает вероятность образо­вания инкрустации в циркуляционной трубе 6.

Благодаря наличию солесборника из ап­парата можно отводить довольно концентриро­ванную суспензию. Однако при этом уменьша­ется содержание кристаллов в циркулирующей суспензии, а следовательно, возрастает опас­ность их образования на стенках аппарата. По-

Этому очень часто из циркуляционного контура исключают солесборник, что способствует увеличению концентрации кристаллов в сус­пензии и скорости снятия возникающего в рас­творе пересыщения.

Длина труб в выпарных кристаллизаторах с выносными греющими камерами обычно со­ставляет 3...6 м. Их диаметр должен быть не менее 50 мм [42]. Скорость циркуляции рас­твора в трубках 1...2 м/с, при этом коэффици­ент теплопередачи в кристаллизаторах состав­ляет 900... 1400 Вт/(м2-°С).

Для того чтобы избежать инкрустации стенок сепаратора, их часто полируют или производят их орошение небольшим количест­вом конденсата [42].

Общим недостатком выпарных аппаратов с естественной циркуляцией является сравни­тельно небольшая скорость движения жидко­сти в трубках греющей камеры, что не всегда может предупредить образование инкрустаций. Кроме того, скорость циркуляции в большой степени зависит от стабильности параметров греющего пара и его подачи. Для поддержания возможно больших ее значений требуется зна­чительная разность температур между грею­щим паром и раствором (до 20...25 °С), что не позволяет варьировать тепловую нагрузку ап­парата в сторону ее уменьшения для получения более крупнокристаллического продукта.

В выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией раствора увеличение скорости циркуляции раствора уменьшает вероятность образования в нем инкрустаций и повышает надежность его работы. Принудительная цир­куляция в выпарных аппаратах создается спе­циальными насосами, которые помещают сна­ружи или внутри аппарата и могут обеспечи­вать любую заданную скорость движения рас­твора.

В аппаратах небольших размеров для создания циркуляции могут быть использова­ны быстроходные пропеллерные мешалки. В выпарном кристаллизаторе с подвесной грею­щей камерой циркуляция осуществляется при помощи пропеллерного насоса 2, установ­ленного над нагревательной камерой 3 (рис. 5.3.15). Для создания равномерного пото­ка суспензии и уменьшения гидравлического сопротивления насос снабжен направляющим патрубком /, а под нагревательной камерой расположена отражательная перегородка 4. Образующиеся кристаллы циркулируют по контуру аппарата и отводятся вместе с маточ­ным раствором через штуцер 5.

Более простым и надежным в эксплуата­ции является аппарат с выносной нагреватель­ной камерой, для циркуляции раствора в кото­ром используется насос 7, установленный вне аппарата (рис. 5.3.16). Питающий раствор, по­даваемый в обратную трубу 2, смешивается с большим количеством циркулирующего ма­точного раствора, после чего подается в нагре­вательную камеру 3. Небольшая величина пе­регрева жидкости, а также наличие подъемной трубы 4 устраняют закипание раствора в греющих трубках; оно переносится в верхнюю часть трубы 4 и сепаратор 5. Для предупреж­дения отложений соли подъемную трубу ино­гда помещают на 1... 1,5 м ниже уровня раство­ра. В этом случае парообразование происходит в основном в сепараторе.

Суспензию отводят через фонарь б, по­зволяющий поддерживать постоянный уровень раствора в сепараторе. Наличие выносной на­гревательной камеры, помимо эксплуатацион­ных преимуществ (свободного доступа для ос­мотра и ремонта), позволяет осуществить тан­генциальный (безударный) ввод парожидкост - ной смеси в сепаратор, что улучшает сепара­цию пара от капелек раствора.

Оптимальная скорость циркуляции рас­твора по греющим трубкам 2...3 м/с. При меньших скоростях возможно отложение соли на теплопередающей поверхности. Увеличение скорости циркуляции не экономично ввиду резкого возрастания гидравлического сопро­тивления контура, а следовательно, расхода энергии на привод насоса. К тому же при ско­рости раствора свыше 3...3,5 м/с становится заметным механическое истирание кристаллов.

Допустимое содержание кристаллов в циркулирующей суспензии в аппаратах с при­нудительной циркуляцией значительно выше, чем в аппаратах с естественной циркуляцией и может достигать 20 % (по массе). Это, с одной стороны, снижает вероятность инкрустации внутренних поверхностей кристаллизатора, а с другой, - способствует увеличению значений коэффициентов теплопередачи [42]. Эти пре­имущества обусловили широкое применение таких аппаратов для выпаривания кристалли­зующихся растворов солей как с прямой, так и с обратной растворимостью [42].

Выпарные аппараты со взвешенным сло­ем предназначены для получения крупнокри­сталлического продукта. Это аппараты с при­нудительной циркуляцией раствора, включаю­щие в свой контур кристаллораститель, в кото­ром поддерживается взвешенный слой кри­сталлов.

Кристаллизатор (рис. 5.3.17) состоит из кристаллорастителя 1, сепаратора 2, насоса 3, греющей камеры 4, отстойника для мелких кристаллов 5 и циркуляционных труб б, 7, 8. Аппарат работает следующим образом. Исход­ный раствор III, смешиваясь с циркулирующим маточником, насосом 3 направляется в грею­щую камеру 4, а затем по трубе 8 в сепаратор 2, в котором он вскипает. Образующий соковый пар V отводится из сепаратора, а пересыщен­ный раствор по трубе 6 поступает в кристалло - раститель 1, где во взвешенном слое происхо­дит рост кристаллов. По мере прохождения раствора через взвешенный слой пересыщение раствора постепенно снимается. Из верхней части криталлорастителя осветленный раствор засасывается по трубе 7 насосом 3. Сгущенная суспензия IV отводится из нижней части кри­сталлорастителя. Избыток маточника раствора может отводиться через фонарь 9. Для получе­ния более крупных кристаллов кристаллизатор снабжен отстойником 5 мелких кристаллов, которые периодически выводятся из аппарата и додаются на растворение.

Выпарные кристаллизаторы с взвешен­ным слоем позволяют получать однородный кристаллический продукт размером 0,6...2 мм [42, 47].

Расчет выпарных кристаллизаторов.

При проведении выпарной кристаллизации, как и обычной кристаллизации, выход кристалли­ческого продукта К и маточника М можно определить из уравнений материального и теп­лового балансов процесса.

Материальный баланс выпарной кристал­лизации описывается уравнениями:

F = K + M + W -

Fxf =Кхк +Мхм + Wxw, (5.3.14)

Где F, Хр - соответственно масса (поток) ис­ходного раствора и содержание (концентрация) в нем растворенного вещества; W, Хцг - соот­ветственно масса удаляемых вторичных паров и содержание в них растворенного вещества; jck и jcm - концентрация растворенного веще­ства соответственно в кристаллической фазе и маточнике.

Если принять, что летучесть растворен­ного вещества мала и с потоком вторичного пара не уносятся капли маточника, то можно принять

Хцг =0. (5.3.15)

Тогда при совместном рассмотрении уравнений (5.3.13) - (5.3.15) получается сле­дующая зависимость для выхода кристалличе­ского продукта

F(xF-xM) + fVxM

(5.3.16)

Если при рассмотрении процесса выпар­ной кристаллизации принять определенное со­отношение между содержанием кристалличе­ской фазы и маточником в получаемой суспен­зии

Ь = К/М, (5.3.17)

То при решении системы уравнений (5.3.13) - (5.3.15) получается более удобная расчетная зависимость для определения выхода кристал­лов

BxF

(5.3.18)

Ьхк+хм

(5.3.19)

BxK +хи

В случае кристаллизации безводных со­лей можно принять хк=\. При образовании

Кристаллогидратов величину хк можно опре­делить по уравнению (5.3.5).

Если при кристаллизации достигается равновесие фаз, то концентрацию получаемого маточника JtM можно принять равной концен­трации насыщенного раствора хн при его температуре кипения tK (рис. 5.3.18). В свою

Очередь, температура кипения раствора зависит от давления Р в аппарате и температурной де­прессии раствора 6Т [42]. При этом темпера­тура

TK=tB+bT.

Где /в - температура насыщенных паров рас­творителя (воды) при давлении в аппарате р.

Расход теплоты на проведение выпарной кристаллизации QH можно определить из теп­лового баланса процесса

Qh =V(ln - cBtn) = WI-K(rKp-cKtK)-

— Fcftf + McMtK, (5.3.21)

Где D - расход греющего пара на процесс кри­сталлизации; св - теплоемкость конденсата

(воды); /п, / - энтальпии соответственно греющего и вторичного пара; tn - температу­ра насыщения греющего пара.

Из уравнения (5.3.21) можно определить расход греющего пара на проведение процесса

Qh

D--

М-К(гкр-cKtK )-FcFtF +McMtK

(5.3.22)

Б)

Площадь поверхности теплообмена грею­щей камеры кристаллизатора

Q*

(5.3.23)

Ч'п-'к)

Где к - коэффициент теплопередачи от конден­сирующегося пара к кипящему раствору.

5.3.4. ВАКУУМ-КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ

В вакуум-кристаллизаторах процесс кри­сталлизации осуществляют без подвода тепло­ты в результате адиабатического испарения части растворителя путем понижения давле­ния, т. е. за счет самоиспарения. При этом на растворение испарителя расходуется физиче­ская теплота самого раствора, что приводит к его охлаждению до температуры кипения при остаточном давлении. В этом случае пересы­щение достигается вследствие как повышения концентрации раствора, так и за счет пониже­ния температуры. Количество испаряющегося растворителя обычно составляет 8...10% об­щей массы раствора. Такой процесс называют также вакуумный, вакуум-выпарной или адиа­батной кристаллизации.

Вакуум-кристаллизаторы в меньшей сте­пени подвержены инкрустации по сравнению с кристаллизаторами других типов, отличаются значительной производительностью и большим разнообразием конструкций. Они относительно просты по конструкции, не имеют громоздкого привода и в ряде случаев могут быть выполне­ны без каких-либо движущихся частей. Отсут­ствие теплопередающих поверхностей позво­ляет изготовлять их из любых коррозионно - стойких материалов, в том числе обладающих малой теплопроводностью или облицовывать их изнутри коррозионными материалами. Это обстоятельство часто оказывает решающее значение при выборе кристаллизационного оборудования для химических производств с агрессивными растворами.

При вакуумной кристаллизации стано­вится возможным использовать скрытую теп­лоту конденсации соковых паров для нагрева исходных растворов или воды, направляемой на растворение сырья. Кроме того, выделяю­щаяся при выпадении кристаллов теплота по­лезно расходуется на выпаривание растворите­ля. В охладительных кристаллизаторах это ко­личество теплоты необходимо отводить с ох­лаждающим агентом.

Применение вакуумной кристаллизации особенно целесообразно для веществ, раство­римость которых относительно медленно уменьшается с понижением температуры.

Существенными недостатками вакуум - кристаллизаторов долгое время оставалось по­лучение в них только мелкокристаллического продукта, средний размер которых не превы­шает 0,10...0,15 мм, а также образование ин­крустаций в зоне кипения раствора, для удале­ния которых аппараты необходимо было оста­навливать на промывку. Эти недостатки устра­нены в циркуляционных вакуум-кристалли - заторах, что обеспечило их широкое распро­странение.

При небольшой производительности или периодичности предыдущих производствен­ных процессов иногда используют вакуум - кристаллизаторы периодического действия. По мере понижения давления в аппарате раствор вскипает и вследствие испарения части раство­рителя охлаждается до температуры, соответ­ствующей температуре кипения при данном разрежении. После охлаждения раствора до конечной температуры в аппарате повышают давление до атмосферного и полученную сус­пензию отводят на центрифугирование.

Ввиду высокого пересыщения раствора при периодической кристаллизации часто по­лучают мелкокристаллический продукт, а на внутренней поверхности аппарата, особенно в зоне кипения раствора, образуются наросты соли [42]. Путем эмалирования внутренних стенок кристаллизатора и обеспечения высоких скоростей перемешивания раствора можно су­щественно уменьшить скорость образования инкрустаций. Однако следует отметить, что при периодической работе кристаллизатора от­ложение соли на стенках не создает особых не­удобств при эксплуатации аппарата, так как после каждой новой загрузки горячего раство­ра эти осадки полностью растворяются.

Конструкции вакуум-кристаллизато­ров. Простейшим вакуум-кристаллизатором непрерывного действия является однокорпус - ный аппарат с гидравлическим затвором (рис. 5.3.19). Через штуцер 2 в аппарат непрерывно подается горячий раствор, образующиеся кри­сталлы вместе с маточным раствором посту­пают по барометрической трубе 4 в гидроза­твор, откуда через переливной штуцер 7 отво­дятся на последующие технологические опера­ции. Для предупреждения осаждения соли на дно гидрозатвор снабжается мешалкой 6.

Разница уровней раствора в сепараторе и гидрозатворе (барометрическая высота #б) за­висит от атмосферного давления, плотности суспензии и остаточного давления в сепарато­ре.

Гидрозатворы кристаллизаторов могут выполняться и без мешалки. В этом случае они имеют вид цилиндра, диаметр которого выби­рают так, чтобы скорость восходящего потока была в несколько раз больше скоростей осаж­дения наиболее крупных кристаллов. Однако гидрозатворы без мешалок менее надежны в работе, так как уменьшение скорости подачи питающего раствора в кристаллизатор или временное прекращение его подачи могут вы­звать осаждение кристаллов и забивание баро­метрической трубы.

Вследствие быстрого вскипания и охлаж­дения раствора в рассматриваемом аппарате процесс кристаллизации протекает при высо­ком пересыщении, что приводит обычно к об­разованию мелкокристаллического продукта с кристаллами размером не более 0,1 мм [42].

Этого типа аналогичны описанному выше ох­ладительному кристаллизатору со взвешенным слоем с той лишь разницей, что пересыщение в них создается не охлаждением через стенку, а в результате самоиспарения раствора под вакуу­мом. Такие кристаллизаторы бывают открыто­го и закрытого типов.

В кристаллизаторе открытого типа горя­чий концентрированный раствор поступает в аппарат через штуцер 8, смешивается с цирку­лирующим маточным раствором (в соотноше­нии 1 : 50 ... 1 : 200), перегревая его при этом на 0,2...2,0 °С и насосом 7 подается в сепара­тор (рис. 5.3.20). Раствор вскипает в сепараторе и охлаждается на эту же величину 0,2.. .2 °С.

Подвод питания через штуцер, располо­женный выше уровня раствора, позволяет уменьшить скорость образования инкрустаций на стенках аппарата. Однако питающий шту­цер очень быстро зарастает осадком, так как именно здесь раствор вскипает и создается наибольшее пересыщение. Для устранения ин­крустаций в штуцере на его конец монтируется резиновый насадок 8. При разбрызгивании рас­твора насадок подвергается вибрации, препят­ствующей отложению солей.

Вакуум-кристаллизаторы со взвешенным слоем применяют для получения крупнокри­сталлического продукта (с кристаллами разме­ром 1 ...2 мм). По принципу действия аппараты

18 - 10358

Таким образом, возникающее пересыщение не выходит за пределы, допустимые для получе­ния крупных кристаллов в оборудовании этого типа. Пересыщенный раствор по трубе 2 по­ступает в корпус 1, и далее процесс идет так же, как в охладительном кристаллизаторе. Со­ковый пар из сепаратора удаляется через шту­цер 4.

Кристаллизаторы закрытого типа имеют более сложную конструкцию [42, 47, 66].

В аппаратах со взвешенным слоем, как и во всех вакуум-кристаллизаторах, наиболее опасными с точки зрения образования инкру­стаций являются внутренние поверхности се­паратора, а также трубы 2, которые соприка­саются с максимально пересыщенным раство­ром.

Для предотвращения образования инкру­стаций можно рекомендовать полировку сте­нок сепаратора или орошение их конденсатом, экранирование стенок от кипящего раствора эластичными вибрирующими материалами, местный обогрев стенок ниже уровня раствора ит. д.

Циркуляционные вакуум-кристаллизато­ры находят в химической промышленности все более широкое распространение. Отличаясь от аппаратов со взвешенным слоем более высокой производительностью, они в то же время по­зволяют получать сравнительно крупнокри­сталлический продукт, средний размер которо­го 0,25...0,45 мм, а в случае удаления мелочи - даже 0,65...0,80 мм [42].

Отличительная особенность этих аппара­тов состоит в том, что благодаря интенсивной циркуляции горячий питающий раствор пред­варительно смешивается с уже охлажденным маточным раствором. В результате такого смешения температура раствора становится всего лишь на несколько градусов (или даже десятых долей градуса) выше температуры ки­пения при данном вакууме, и при самоиспаре­нии раствора в нем возникает сравнительно небольшое пересыщение. Кроме того, путем циркуляции в зоне кипения раствора поддер­живается большое количество кристаллов. Они при своем росте быстро снимают пересыще­ние, снижая тем самым скорость образования новых зародышей.

Таким образом, смешение питающего раствора с большим количеством маточного и наличие сильно развитой кристаллической по­верхности в зоне кипения раствора резко сни­жают пересыщение при кристаллизации, что

Позволяет не только получить сравнительно крупные кристаллы, но и существенно умень­шить или даже полностью устранить образова­ние инкрустаций на внутренней поверхности аппарата.

Циркуляционные вакуум - кристаллизато­ры бывают с внутренним и внешним контуром циркуляции [42, 47].

В кристаллизаторах с внутренним конту­ром циркуляцию обычно создают с помощью пропеллерных мешалок [4, 42, 47] (рис. 5.3.21). По оси корпуса I расположена циркуляционная труба 2 и пропеллерная мешалка 3. Горячий раствор, поступая через штуцер 4, смешивается с циркулирующим маточным раствором. Обра­зовавшиеся кристаллы в виде суспензии отво­дятся по переливной трубе 5 насосом 6 на по­следующую переработку. Продолжительность работы такого аппарата между промывками колеблется от двух до четырех недель.

В кристаллизатор с циркуляционным на­сосом 2 (рис. 5.3.22) горячий раствор поступает во всасывающую линию /, смешивается с большим количеством циркулирующего ма­точного раствора и по трубе 3 подается в кри­сталлизатор. Суспензия из сепаратора сливает­ся по трубе 4 и насосом 5 подается на центри­фугу.

Гидравлическое сопротивление контура кристаллизатора обычно невелико (не выше 1,0...1,5 мм рт. ст.), поэтому можно пользо­ваться низконапорными пропеллерными осе­выми насосами, имеющими большую произ­водительность при сравнительно небольшой потребляемой мощности.

Для получения крупнокристаллического продукта в циркуляционных вакуум-кристал­лизаторах иногда осуществляют искусственное сгущение суспензии и удаление наиболее мел­ких кристаллов путем отвода части маточного раствора через специальный осветитель [42, 47].

Вакуум-кристаллизатор с естественной циркуляцией раствора (рис. 5.3.23) состоит из корпуса 4, циркуляционной трубы 5, сепарато­ра/и гидрозатвора 8 с мешалкой. Сверху над центральной трубой расположен отбойник 3 для гашения кинетической энергии парожид - костной смеси и уменьшения, тем самым, брызгоуноса в конденсатор. Аппарат промыва­ется при помощи оросительного устройства 2.

Питающий раствор по штуцеру 6 подает­ся в центральную трубу 5. Поднимаясь, он вскипает в ее верхней части вследствие пони­жения давления. Так как в трубе образуется парожидкостная эмульсия, плотность которой меньше плотности суспензии в кольцевом про­странстве между центральной трубой и корпу­сом 4, в кристаллизаторе возникает естествен­ная циркуляция раствора вверх по центральной трубе и вниз по кольцевому сечению. Образо­вавшиеся кристаллы по барометрической трубе 7 отводятся в гидрозатвор 8, откуда поступают на центрифугу.

Для аппаратов с естественной циркуляци­ей степень смешения обычно равна 10... 12, а температура раствора после смешения на 5...6 °С выше его температуры кипения в сепа­раторе. Средний размер получаемых кристал­лов составляет 0,30...0,35 мм. Наибольшая скорость циркуляции в центральной трубе (0,3...0,4 м/с) достигается, если верхний конец ее расположен на 100... 150 мм ниже уровня кипящего раствора в сепараторе.

По сравнению с описанными выше цир­куляционными кристаллизаторами аппарат с центральной трубой отличается простотой кон­струкции, так как для создания циркуляции не используется пропеллерная мешалка или насос. Иногда циркуляцию раствора в кристаллизато­рах рассматриваемого типа производят с по­мощью струйных насосов.

Многокорпусные вакуум-кристаллизато - ры, в которых процесс охлаждения раствора разбивается на ряд ступеней, получили распро­странение в крупнотоннажных производствах. На рис. 5.3.24 представлена схема четырехкор - пусной вакуум-кристаллизационной установки, в каждом из корпусов которой поддерживается различный, постепенно возрастающий вакуум. В верхней части каждого корпуса 1 установле­ны трубчатые поверхностные конденсаторы 2, последовательно соединенные друг с другом по охлаждающей воде. Горячий раствор через штуцер 3 подается в первый корпус, где вски­пает и за счет самоиспарения охлаждается до температуры, соответствующей остаточному давлению в этом корпусе. Частично охлажден­ный раствор с выпавшими кристаллами само­теком переходит во второй корпус и охлажда­ется аналогично. Наряду с образованием новых зародышей во втором корпусе происходит рост тех кристаллов, которые поступили в него из первого корпуса. Затем маточный раствор с кристаллами таким же образом переходит в по­следующие корпуса, а из последнего по баро­метрической трубе 4 отводится в гидрозатвор 5 и далее на центрифугу.

Так как с повышением вакуума возраста­ет барометрическая высота, то уровень раство­ра в корпусах повышается от первого аппарата к последнему, и при большой разности давле­ний между корпусами их приходится устанав­ливать ступенчато. Число ступеней в таких многокорпусных установках может доходить до 12... 14 и даже 24. Однако наибольшее рас­пространение в практических условиях полу­чили трех- и четырехкорпусные установки.

Многокорпусные вакуум-кристаллизато - ры позволяют существенно снизить расход ох­лаждающей воды. Теплоту конденсации соко­вых паров можно использовать для нагрева ис­ходного раствора, если его направить в по­верхностные конденсаторы вместо охлаждаю­щей воды.

Многокорпусные установки более эконо­мичны и по расходу энергии на создание ва­куума, так как основная масса растворителя испаряется при сравнительно небольшом оста­точном давлении (в первых ступенях), макси­мальный же вакуум поддерживается только в последней ступени.

В таких установках, естественно, замед­ляется охлаждение раствора, что позволяет по­лучить более крупные кристаллы.

Чтобы сделать установку более компакт­ной, часто в одном корпусе размещают три-че­тыре ступени. При этом кристаллизатор обыч -

Но выполняют в виде горизонтально располо­женного цилиндрического корпуса 1, который по всей длине имеет лопастную мешалку 3 и разделен на отдельные камеры перегородками 5 с отверстием в нижней части для перетока суспензии из одной камеры в другую (рис. 5.3.25). В каждой камере поддерживается свой постепенно повышающийся вакуум. Го­рячий раствор непрерывно подается в первую ступень через штуцер 4, маточный раствор с кристаллами отводится из последней ступени через штуцер 2. Для смыва инкрустаций с внутренних поверхностей аппарата каждая ступень имеет специальное разбрызгивающее устройство б, через которое стенки могут оро­шаться водой.

Важной составной частью вакуум-крис­таллизаторов является аппаратура для создания и поддержания вакуума. В качестве вакуум - насосов для кристаллизационных установок обычно применяют эжекторные пароструйные насосы, которые компактны, просты по уст­ройству и в эксплуатации и не требуют при монтаже специального фундамента [4, 42]. Большим преимуществом таких насосов явля­ется отсутствие движущихся частей, благодаря чему они могут быть изготовлены из различ­ных коррозионно-стойких материалов и ис­пользованы для удаления агрессивных парога­зовых смесей. Правда, их КПД значительно ниже КПД механических вакуум-насосов.

Для уменьшения расхода пара часто ис­пользуются многоступенчатые пароструйные насосы или, так называемые, пароэжекторные блоки [42]. В этом случае воздух и другие не- конденсирующие примеси газов, попадающие в пар из раствора или при подсосе через не­плотности аппаратуры, откачиваются из ос­новного конденсатора эжектором первой сту­пени. Затем паровоздушная смесь поступает в промежуточный конденсатор (обычно конден­сатор смешения), в котором конденсируется основная масса пара, а оставшийся пар вместе с примесями сжимается эжектором второй сту­пени и подается во второй промежуточный конденсатор смешения и т. д.

В зависимости от создаваемого вакуума, параметров охлаждающей воды и пара для ва- куум-кристаллизационных установок обычно используются двух-, трех - или черырехступен - чатые пароэжекторные блоки. При температу­ре охлаждающей воды 15...20 °С и давлении пара 0,6...0,9 МПа такие блоки позволяют соз­дать в системе вакуум, соответствующий оста­точному давлению 5,3...3,3 кПа и температуре кипения воды 34...26 °С. При необходимости эту температуру можно понизить путем созда­ния более глубокого вакуума.

Для конденсации сокового пара могут быть использованы либо поверхностные кон­денсаторы, либо конденсаторы смешения [4, 42].

Расчет вакуум-кристаллизаторов. Ма­териальный баланс вакуумной кристаллизации такой же, как и при выпарной кристаллизации. Он описывается уравнениями (5.3.13) - (5.3.16). При этом, как и в случае выпарной кристаллизации, концентрация получаемого маточника jcm зависит от температуры кипе­ния раствора в сепараторе tK. В свою очередь, температура tK зависит от остаточного давле­ния в сепараторе и температурной депрессии раствора.

Уравнение теплового баланса в данном случае имеет вид

FcFtF +Кгкр =KcKtK +McMtK +WI.

При совместном решении уравнений (5.3.13) - (5.3.15) и (5.3.24) получается сле­дующая зависимость для определения выхода кристаллической фазы в процессе вакуумной кристаллизации:

^ _ {xF-xM)I^xFcJK~xMcFtF К— г ----------- .

(^кр ~~~(ХК ~-*-М