ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кристаллизация в трехфазных дисперсных системах из "Кристаллизация в дисперсных системах" Поиск способов интенсификации процесса кристаллизации привел к созданию отдельного класса аппаратов, в основу работы которых заложен принцип непосредственного контакта пересыщенного раствора или расплава с хладагентом. Для данного способа, по сравнению с охлаждением через стенку, характерно значительное увеличение скорости процесса и простота аппаратурного оформления. [c.117] Этот способ позволяет также повысить производительность с единицы объема аппарата за счет создания развитой поверхности контакта фаз и обеспечить необходимую гидродинамическую обстановку без применения механических перемешивающих устройств, а в качестве хладагента использовать газ или жидкость. [c.117] Теплосъем увеличивается при использовании жидких хладагентов. Основными требованиями к жидким хладагентам являются химическая инертность по отношению к кристаллизуемой системе и полная взаимная их нерастворимость. Чаще всего в качестве хладагента при кристаллизации органических расплавов используется вода [7]. [c.117] Кристаллизаторы непосредственного контакта с жидким хладагентом можно подразделить на аппараты с механическим перемешивающим устройством и аппараты, сконструированные по принципу распылительных колонн. Первые относятся к аппаратам полного перемешивания, вторые — к аппаратам вытеснения. [c.117] При достаточно быстром расслаивании кристаллизуемой жидкости и хладагента процессы кристаллизации и разделения можно совмещать в одном аппарате. Подобные аппараты нашли применение в промышленности [38] для кристаллизации нитрата кальция. [c.118] В кристаллизатор (рис. 2.28) для получения четырехводного нитрата кальция [38] раствор соли подают в верхнюю часть, хладагент (в данном случае нефть) вводят под диффузор через распределительное устройство. Обладающие меньшей плотностью, чем раствор, капли нефти поднимаются вверх, отнимая тепло от раствора и вызвая его циркуляцию, достаточную, чтобы поддерживать мелкие кристаллы во взвешенном состоянии. Крупные кристаллы осаждаются вниз и непрерывно удаляются. При производительности аппарата 0,42 кг/с (по кристаллам) количество циркулирующей нефти составляет 4,4 кг/с. Средний размер кристаллов в готовом продукте находится в пределах 0,4—0,6 мм. Мешалка служит для улучшения выгрузки суспензии. [c.118] Известен также способ кристаллизации бензола при смешении исходного расплава с хладагентом в аппаратах без пермешивающих устройств, а непосредственно в потоке, где происходит взаимное дробление и контакт фаз. В качестве хладагента используется рассол с температурой не выше —15 С. [c.118] Наиболее широко распространенными среди контактных аппаратов являются кристаллизаторы типа распылительной колонны, работающие в режиме вытеснения. [c.118] Аппараты (рис. 2.29) заполняют исходным раствором. Через штуцер подают хладагент, который диспергируется при помощи распределительного устройства и в виде капель, поднимаясь вверх, попадает в отстойник 3 и далее в холодильник 4, откуда опять подается в колонну. Раствор вводят через штуцер сверху. Суспензия собирается в сборнике 2, откуда непрерывно выводится. [c.118] При проведении анализа процессов, лежащих в основе работы аппаратов данного класса, выделялись только те, которые позволили бы разработать методику их расчета с достаточной для инженерной практики точностью. Это гидродинамика, теплообмен при непосредственном контакте двух несмешивающихся жидкостей, массообмен в условиях кристаллизации. [c.119] Кристаллизаторы непосредственного контакта с хладагентом по внутренней гидродинамической обстановке могут быть разделены на три группы типа полного перемешивания, вытеснения и циркуляционного типа. Описание гидродинамики может быть проведено с позиций анализа различных гидродинамических состояний многофазных систем. Такой подход представляется более обобщающим, так как одну и ту же структуру системы можно наблюдать в аппаратах различных конструкций и назначений. [c.119] Образование капель. Формирование структуры потоков в рассматриваемых аппаратах происходит при направленном движении дисперсной жидкой фазы через слой, сплошной в момент образования капель. Гидродинамические режимы при этом определяются не только скоростью движения дисперсной фазы, но и количеством сплошной фазы в двухфазном слое, физико-химическими свойствами сред, способами подвода и распределения дисперсной фазы, наличием кристаллов в одной из жидких фаз, геометрическими характеристиками аппаратов и т. д., то есть задача изучения и количественного описания трехфазных дисперсных систем весьма сложна. [c.119] По данным [43], расхождение опытных и расчетных значений с1 не превышает 20 %. Учитывая слолшость механизма образования капель при струйном режиме истечения и сложности описания этого режима, такое отклонение следует признать вполне удовлетворительным. [c.121] Скорость движения капель. Имеющиеся различия в определении скоростей движения для капель, пузырей и твердых частиц связаны с различным характером их взаимодействия со сплошной средой на границе раздела фаз. На частицу дисперсной фазы, движущейся в среде сплошной фазы, одновременно действуют архимедова сила, сопротивление жидкости и поверхностные силы. Суммарное воздействие этих сил приводит к тому, что зависимость скорости движения капли от ее объема в общем случае носит экстремальный характер. Лишь сравнительно мелкие капли дисперсной фазы имеют сферическую форму. На практике всегда имеют дело с каплями эллиптической или вообще неправильной формы. Поэтому часто при движении капель несферической формы используется понятие об истинном номинальном диаметре , диаметре шара, имеющего такой же объем, что и рассматриваемая несферическая капля. Для капель, помимо этого, наблюдается вращение их вокруг оси и возникновение внутренней циркуляции, при которой мелкие капли движутся быстрее, чем соответствующие твердые частицы, что является следствием подвижности поверхности капли. [c.121] Зависимости для определения скорости дисперсной частицы в системе жидкость — жидкость приведены в [47]. Большинство из них эмпирические, полученные на основании опытных данных для определенных систем жидкостей. Попытки улучшить сходимость расчетных и экспериментальных данных путем введения поправок, учитывающих форму сосуда и влияние физико-химических параметров, не дали положительных результатов. Для описания течения внутри и вне капли при ее движении в вязком потоке используется также уравнение Навье — Стокса. Для Не 1 в уравнении Навье — Стокса можно пренебречь силами инерции по сравнению с силами вязкости. [c.121] Цв = 9-Ю— Па-с — коэффициент динамической вязкости для воды. [c.122] Чтобы проверить возможность практического применения корреляционного уравнения (2.76) для расчета о, были проведены экспериментальные исследования по определению скоростей движения одиночных капель в жидкой среде. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 2.30. [c.122] Как видно из данных, представленных на рис. 2.31, опытные и расчетные значения качественно и количественно согласуются между собой. Расчетные уравнения правильно отражают максимум скорости движения. Это определяет возможность широкого использования корреляционного уравнения (2.76) на практике. [c.123] Теплообмен между каплей и сплошной фазой. При контактной кристаллизации скорость создания пересыщения зависит от скорости охлаждения сплошной фазы (раствора или расплава), то есть от скорости отвода тепла от сплошной фазы к дисперсной каплями инертной жидкости. Представляет интерес выяснение возможности применения имеющихся результатов по массо-передаче между одиночной каплей и сплошной средой для описания процесса теплопередачи. [c.123] В общем случае рассмотрение задачи о массопереносе через сферическую границу раздела фаз включает следующие этапы. Решается система уравнений Навье — Стокса, записанных для каждой из фаз, и определяется распределение скоростей в фазах. Полученное распределение скоростей используется для решения уравнения конвективной диффузии и определяются локальные коэффициенты массопередачи в виде функции сферических координат. Вычисляется среднее по всей поверхности капли значение коэффициента массопередачи в виде функции от времени протекания процесса. Рассчитываются средние по времени коэффициенты массопередачи. Однако, при практическом рассмотрении данного вопроса делаются определенные допущения. Выделяются три случая лимитирующего сопротивления дисперсной фазы лимитирующего сопротивления сплошной фазы и соизмеримых сопротивлений в обеих фазах. [c.123] Вернуться к основной статье