ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кристаллизация в емкостных аппаратах с вращающимися перемешивающнми устройствами из "Основы техники фракционной кристаллизации" Массовая фракционная кристаллизация в аппаратах с внешними охлаждающими поверхностями широко применяется для разделения и очистки различных веществ в лабораторной практике и в промышленности. Для ее осуществления применяют различные аппараты, с охлаждающими рубашками или с погружными элементами (змеевиками, трубчатками, дисками и т.п.). Охлаждающими агентами служат различные жидкости, сохраняющие агрегатные состояния (вода, рассолы, органические вещества с низкой температурой затвердевания и др.), а также испаряющиеся жидкости (аммиак, фреоны, пропан, этан и др.). Последние используют чаще всего при фракционировании низкоплавких смесей. [c.85] Рассматриваемый процесс может осуществляться как в периодическом, так и в непрерывном режиме. В первом случае охлаждающий агент поступает в кристаллизатор с постоянной начальной температурой либо температуру хладоагента в процессе кристаллизации изменяют по определенной программе [72, 73]. Как правило, при программном охлаждении получают более крупные, хорошо сформировавшиеся кристаллы, что повышает эффективность процесса разделения. [c.85] В аппаратах массовой кристаллизации вследствие незначительных градиентов температуры и концентрации зарождение и рост кристаллов чаще всего происходят во всем объеме охлаждаемой смеси. Однако иногда кристаллы образуются первоначально на охлаждаемых поверхностях, с которых они снимаются скребками или ножами и смешиваются во всем объеме охлаждаемой смеси. [c.85] Методика расчета процесса массовой фракционной кристаллизации определяется режимом работы, способом охлаждения, а также структурой потоков, зависящей от конструкции аппарата. Все это пока затрудняет создание единого подхода к расчету аппаратов различной конструкции. [c.85] МИ рубашками или змеевиками, погруженными в кристаллизующуюся смесь. [c.86] Смесь перемешивают рамными, якорными, лопастными или пропеллерными мешалками. При интенсивном перемешивании улучшается теплоотдача от кристаллизующейся смеси к охлаждающему агенту, повышается интенсивность тепло- и массообмена между растущими кристаллами и маточником. Однако при этом средний размер кристаллов, как правило, уменьшается. [c.86] Наиболее ппостымн являются емкостттьтр т- г гтя-7тл т .яторы с охлаждающей рубашкой, имеющие коническое или сферическое днище (рис, 3.1, а, б). Исходную смесь загружают в аппарат в несколько перегретом состоянии. При этом до температуры ликвидуса оиа охлаждается быстро, а затем, с целью понижения скорости зарождения кристаллов и получения более крупных кристаллов, охлаждение замедляют. Режим охлаждения смеси устанавливают с учетом особенностей кристаллизации конкретной смеси, в большинстве случаев плавно понижая температуру в процессе охлаждения. При этом разность температур между кристаллизующейся смесью и охлаждаемой поверхностью не долл на превышать 8—10 °С. [c.86] При кристаллизации смесей, склонных к переохлаждению, в момент, когда температура смеси становится несколько ниже температуры ликвидуса, как правило, вводят затравочные кристаллы. Далее по мере роста кристаллов температуру кристаллизующейся смеси постепенно понижают. [c.87] Чаще всего кристаллизующуюся смесь перемешивают непрерывно. В некоторых же случаях, например, при фракционировании жировых смесей, с целью замедления процесса зарождения кристаллов, мешалку после зарождения кристаллов выключают и включают ее снова лишь перед выгрузкой кристаллизата. [c.87] При кристаллизации расплавов, склонных к инкрустации рабочих поверхностей, используют рамные и якорные мешалки с небольшим зазором между их лопастями и стенками аппарата. В ряде случаев вертикальные лопасти мешалок заменяют цепями, которые при вращении прижимаются центробежной силой к стенкам аппарата [4]. [c.87] Для улучшения перемешивания кристаллизующейся смеси в кристаллизаторе часто используют внутреннюю циркуляцию, осуществляемую пропеллерной мешалкой и направляющей трубой (рис. 3.1, б). При направленном движении суспензии образуются более однородные по размерам кристаллы и понижается склонность к их оседанию на рабочих поверхностях. [c.87] Основной недостаток рассматриваемых кристаллизаторов— небольшая поверхность теплообмена и следовательно, низкая удельная производительность. Этот недостаток в некоторой мере устранен в аппаратах с внутренними охлаждающими змеевиками (рис. 3.1, г), погруженными в расплав. Часто аппараты снабжают одновременно змеевиками и охлаждающими рубашками. Аппараты со змеевиком снабжают, как правило, быстроходными мешалками для повышения интенсивности перемешивания. Недостаток этих аппаратов состоит в том, что затруднена очистка змеевиков от осевших кристаллов. В некоторых случаях удается избежать инкрустацию змеевиков путем их вибрации [4, 5]. [c.87] Получаемую кристаллическую суспензию выгружают через нижний спускной штуцер, на котором закреплена запорная арматура (пробковые краны или пульсирующие клапаны). Для предотвращения забивки спускные штуцеры обычно подогревают паром или горячей водой. В ряде случаев спускные штуцера снабжают специальными очищающими штырями [4]. [c.87] При разделении легкоокисляющихся, взрывоопасных или токсичных веществ аппараты выполняют в герметичном исполнении, а процесс часто осуществляют в атмосфере инертного газа (например, азота). [c.87] Для непрерывной кристаллизации иногда применяют удлиненные вертикальные аппараты, секционированные коническими или горизонтальными кольцевыми перегородками (рис. 3.1, 3). Последние обычно выполнены из перфорированных пластин, неподвижно закрепленных на корпусе аппарата [74]. По оси таких аппаратов расположен приводной вал с укрепленными на нем мешалками. В некоторых аппаратах секционирование осуществляется вращающимися перфорированными дисками, установленными на валу между мешалками [74]. [c.88] Исходная смесь подается в верхнюю часть аппарата, последовательно проходит через все секции, постепенно охлаждаясь. Кристаллизат выгружают через нижний штуцер. Для подачи хладоагента различной температуры рубашка аппарата может быть также разделена на несколько секций. [c.88] Наличие внутри аппарата секционирующих перегородок существенно снижает интенсивность продольного перемешивания кристаллизующейся смеси и существенно выравнивает продолжительность пребывания кристаллов в аппарате. В результате получается кристаллический продукт более однородного гранулометрического состава. [c.88] Математическому анализу процесса массовой кристаллизации в аппаратах емкостного типа посвящено значительное число работ [4, 78—82]. В большинстве анализируются закономерности процесса кристаллизации из растворов. Ниже рассмотрены особенности математического описания массовой фракционной кристаллизации в аппарате емкостного типа применительно к разделению бинарных расплавов. [c.88] При периодической работе аппарата, когда температура исходной смеси выше температуры ликвидуса tл, процесс кристаллизации состоит из двух последовательных стадий (рис. 3.2) охлаждения смеси от исходной температуры tF до температуры г л и кристаллизации ири понижении температуры от /д до конечной температуры фракционирования /ф [83]. [c.88] Продолжительность охлаждения смеси от температуры до г., можно рассчитать по уравнению нестационарного конвективного теплообмена. [c.89] Вернуться к основной статье