Вакуум-кристаллизатор

(5)5 В О 1 09 т-.щщ ,Б ЕТЕН ледовательскийгиилло тка природных ник. Л 1985,ГОСУДАРСТВЕН.ОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Всесоюзный научно-исси проектный институт галур(56) И,Д.Соколова, Перерабсолей и рассолов, Справас.123,Изобретение относится к аппаратам для кристаллизации иэ растворов и может быть использовано в калийной промышленности для получения кристаллического хлорида калия,Цель изобретения - увеличение крупности и прочности кристаллов хлорид калия в горизонтальном вакуум-кристаллиэаторе и снижение инкрустации вала за счет создания обратного циркуляционного потока во всем заполненном объеме ступени и введения непосредственно в него интенсифицирующих добавок, а также за счет увеличения скорости относительного движения взаимодействующих фаз.Предлагаемое, устройство позволяет задержать поток твердой фазы в ступени кристаллизации, сформировать обратный циркуляционный поток во всем объеме ступени и увеличить скорость относительного движения фаз за счет инерционных сил, возникающих при столкновении потока суспензии с дополнительной мешалкой, выполненной в аиде витка шнека, и оптимального размера и формы переточной выемки в неподвижной вертикал ьной перегородке, устраняющей проскок суспензии через сту(54) ВАКУУМ-КРИСТАЛЛИЗАТОР(57) Использование: при кристаллизации солей иэ растворов. Сущность изобретения состоит в том, что в вакуумном кристаллиэаторе каждая секция снабжена дополнитель, ной мешалкой в виде Сплошного витка шнека, отражающего поток суспензии. На шнеке предусмотрены полые ребра с отверстиями для подачи через них интенсифицирующих добавок. 2 з,п. ф-лы, 2 ил,пень кристаллизации. В аппарате реализуется возможность введения интенсифицирующих добавок непосредственно в зону кристаллизации, где воздействие обратного циркуляционного потока создает оптимальные условия для контактирования добавки с твердой фазой,При столкновении потока суспензии с дополнительной мешалкой, отражающей поток, последний изменяет направление движения. Возникающие при этом инерционные силы различны для твердой и жидкой фаэ, так как при прочих равных условиях они пропорциональны плотности фазы, Гак как кристаллы более инерционны, чем раствор, возникает относительная скорость движения фаз, увеличивающая скорость роста кристаллов, а в зоне действия дополнительной мешалки повышается концентрация твердой фазы и время ее пребывания. в ступени.Дополнительная мешалка формирует в ступени обратнйй циркуляционный поток, способствующий дополнительной турбулизации потока, что приводит, с одной стороны, к снятию локальных зон пересыщения, снижению вероятности зародышеобраэова 1819647ния, увеличению скорости роста кристаллов, с другой стороны, способствует разрушению малопрочных сростков кристаллбв, увеличивая их прочность.Вода, попадая иэ полых ребер в зону интенсивного перемешивания, способствует снятию локальных зон пересыщения и снижает вероятность эародышеобразова ния в зоне массообмена. Помимоэтого она вызывает слабое поверхностное растворение кристаллов, способствующее их упрочнению, а также снижению инструкции муфтовых соединений вала.Увеличение шага дополнительной мешалки свыше 0,30(где б-диаметр мешалки) увеличивает уровень суспензии в ступени более чем на 15;, допустимых по опыту эксплуатации вакуум-кристаллизационных установок ва калийных предприятиях,Уменьшение. шага менее 0,22 б не обеспечивает циркуляцию суспензии во всем заполненном обьеме ступени, не создает необходимую турбулизацию суспензии и относительную скорость движения фаз, что не позволяет повысить размер кристаллов более чем в 1,4 раза.Увеличение сечения П-образной выемки в дискообразной вертикальйой неподвижной перегородке Д более чем 0,15 Яал 1 о (где Б;ц;в - сечение полого аппарата) увеличивает проскок суспензии через аппарат и снижает эффективность действия дополнительной мешалки, Уменьшение сечения выемки ниже 0,13 Я повышает. уровень суспензии в ступенй.и ухудшает работу барометрических конденсаторов пара.Увеличение количества радиальных ребер на,дополнительной мешалке более 3увеличиваег затраты электроэнергии на перемешивание, Уменьшение их числа до 1 вызывает разбалансировку вала и снижает эффективность действия дополнительной мешалки.Изобретение поясняется чертежами;где на фиг. 1 изображен продольный разрез.кристаллизатора; на фиг. 2 - изображен поперечный разрез криствллизатора.Горизонтальный трехступенчатый вакуум-кристаллизатор состоит из цилиндриче-.ского корпуса 1 с патрубками для ввода 2 и вывода 3 суспензии, Вертикальные неподвижные дискообразные перегородки 4 и 5 с П-образной выемкой в нижней части, доходящей до оси вала мешалки, делят корпус на три стугени кристаллизации с заборниками пара 6, 7 и 8. Полый вращающийся вал 9 в зонекристаллизации имеет рамные мешалки 10, 11, 12 и дополнительные мешалки 13, 14, 15, жестко закрепленные на валу 9. Дополнительные мешалки 13,.14, 15 установлены непосредственно на выходе суспензии из каждой ступени между рамной мешалкой и неподвижной перегородкой и выполнены в виде сплошного витка шнека с 5 шагом 0,22 - 0,3 диаметра рамной мешалки содинаковым направлением навивки, отражающей поток суспензии. На мешалках 13, 14, 15, со стороны набегания суспенэии, герметично закреплены полые ребра 16, соеди ненные с полостью вала 9. На ребрах 16 стыльной по отношению к потоку стороны расположены отверстия 17 для подачи в зону кристаллизации интенсифицирующих добавок. Количество ребер составляет 2-315 . Устройство работает следующим образом, Исходная суспензия непрерывно подается через патрубок 2 в первую ступень кристаллизатора, где в результате иэотермического испарения воды происходит вы деление и рост кристаллов, пар удаляетсячерез эаборник пара 6, Суспензия перетекает из ступени в ступень через П-образную выемку в неподвижных перегородках 4-5 и удаляется из аппарата через патрубок 3.Вращающиеся рамные мешалки 10, 11,12 создают в каждой ступени тангенциальное перемешивание суспензии. Дополнительные мешалки 13, 14, 15 формируют в каждой ступени обратный циркуляционный 30 поток и увеличивают относительную скорость движения фаз. Профилированные неподвижные вертикальные перегородки 4 - 5 устраняют проскок суспензии через ступени кристаллизации, способствуя созданию 35 обратного потока во всем обьеме ступени.Через отверстия 17 в полых ребрах 16 в зонукристаллизации поступает вода, под действием разрежения, возникающего с тыльной стороны ребра. В результате действия уст ройства снижается эародышеобраэование,увеличивается скорость роста кристаллов и время их пребыванйя в аппарате, размер кристаллов увеличивается в 1,4-1,7 раза, а их прочность увеличивается на 30-40, 45, Пример конкретного выполнения,Трехступенчатый горизонтальный вакуум-кристаллизатор длиной 16,4 м, диаметром 3,6 м с установленным по всей длине аппарата, на высоте 0,9 м от нижней отметки аппарата, полым вращающимся валом,имеет на валу в каждой ступени по две рамные мешалки шириной 1,4 м, радиусом 0,8 м и одну дополнительную мешалку, установленную между рамной мешалкой и непод вижной вертикальной перегородкой ивыполненную в виде сплошного витка шнека диаметром 1,6 м, с шагом 0,4 м, с направ-.лением навивки шнека, отражающим поток суспенэии. Со стороны набегания суспен-эии дополнительная мешалка имеет 3 полых1819647 5радиальных ребра длиной 0,75 м, шириной0,1 и, сообщающихся с полостью вала, Накаждом ребре с тыльной по отношению кнабегающему потоку стороны находятся 7отверстий диаметром 0,02 м для подачи в 5зону массообмена интенсифицирующих до-бавок. Неподвижные вертикальные перегородки. разделяющие аппарат на ступени,выполнены в виде диска диаметром 3,6 м сП-образной выемкой в нижней части, имею.щей высоту от нижней отметки аппарата0,96 м, ширйну 1,6 м.Каждая ступень аппарата имеет автономный заборник пара диаметром 2 м; высотой 2,5 м. 15П р и м е р 1, Выбор оптимального числаребер установленных на дополнительныхмешалках,. проводилСя, исходИ из экспери-ментальных значений потребляемой на пе-,ремешивание мощности по прототипу 20. рамными мешалками 4 СОФ) и по предлага.емому варианту.Установочная мощность двигателя впромышленном аппарате(прототип) составляет 22 кВт, При этом мощность на переме. шивание - 6,4 кВт,, Мощность на перемешивание в.том жеаппарате с двумя дополнительными мешалками без радиальных ребер составила 65 ЗОкВт. Для мешалок с радиаЛьными ребрами(число ребер 2, 4, 6) соответственно получены значения мощности на перемешивание:Й 2 6,9 кВтНа=73 кВт3586=7,7 кВтОтношение между установочной мощностью двигателя и мощностью на перемешивание известно:251,2 й . 40Уст. 0,95Отсюда максимально возможное значение потребляемой на перемешиваниемощности(при условии, что замена действующего в промышленном аппарате двигателяна более мощный экономически.. нецелесообразна) составит 7 кВт. Это соответствует числу ребер - 3.Минимальное количество ребер из соображений балансировки вала составляет 2, 50Таким образом, число ребер на дополнительной мешалке должно составлять 2-3.П р и м е р 2. Выбор шага витка шнекадополнительной мешалкй проводился- поэкспериментальным данным, полученным в 55опытном непрерывно действующем двухступенчатом вакуум-кристаллизаторе, собьемом суспензии в ступени 15 л, выпол-ненном по прототипу и предлагаемому вариантам с дополнительными мешалками, имеющими различный шаг навивки.Расчетное среднее время пребывания суспензии в ступени 2 мин. Оцыты проводи; лись в насыщенном при 50, растворах КО и йаС. Исходные кристаллы КС имели размер 0,2 мм. Их обьемное содержание в суспензии 2,5.Выбор шага шнека проводился по зависимости среднего размера кристаллов КС на выходе из аппарата (В) и коэффициента заполненияступени аппарата от шага шнека КЗ.В-аппарате по прототипуразмер кристаллов вырос с 0,2 до 0,24 мм. В аппарате по предлагаемому варианту при увеличении 3/б (б - диаметр мешалки) конечные кристаллы имеют больший размер. Однако при этом растет их коэффициент заполнения аппарата Кз, Иэ практики эксплуатации вакуум-кристаллизационных установок калийных предприятий известно, что превышение Кз ступени болев, чем на 15, выше оптимального ведет к ухудшению работы барометрических конденсаторов пара. При 3/бО,З Кз увеличивается более, чем на 160/,. Поэтому дальнейшее увеяичение шага шнека нецелесообразно. При Зй0,22 Кз увеличился лишь на 7 ф, но и круп- . ность кристаллов, по. сравнению с 0,24 мм по прототипу, увеличилась в 1,4 раза, а нв в 1,7 раза, как ппи 3/б,3, Поэтомудальнейшее уменьшение шага шнека нецелесообразно, так как эффект предлагаемого устройства существенно уменьшится. Формула изобретения 1, Вакуум-кристаллизатор, включающий горизонтальный цилиндрический корпус с патрубками для ввода и вывода суспензии, разделенный вертикальными неподвижными перегородками на секции, в каждой из которых на полом приводном валу, смещенным,ниже оси корпуса, установлена рамная мешалка, отл ича ю щи й с я тем, что, с целью увеличения крупности и прочности кристаллов и снижения инкрустации вала, каждая секция снабжена дополнительной мешалкой, выполненной в виде сплошного однонаправленного витка шнека с диаметром рамной мешалки и установленной на выходе из секции около, перегородки, при этом на шнеке со стороны набегания потока герметично закреплены полые радиальные ребра, сообщающиеся с полостью вала, с дтверстиями для подачи интенсифицирующих добавок, расположенными с тыльной к набегающему потоку стороны ребра, а перегородки выполнены в виде диска с П-образной выемкой в нижней части, до1819647 аар 4 иф. / Составитель Г, Игнатьевадактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор О. Густи аказ 1994 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб 4/5 НТ ССС тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина изводственно ходящей до уровня вала, при этом 3 - 0,13- -0,15)Яами, где Зал - сечение полого аппарата, 8 - сечение перегородки.2, Вакуум-кристаллизатор по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что шаг дополнительной мешалки составляет 0,22-0,3 ее диаметра.3. Вакуум-кристаллизатор по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что число радиальных б ребер равно 2-3,