ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кристаллизация на охлаждаемых поверхностях при стеканпн по ним жидкой пленки из "Основы техники фракционной кристаллизации" Рассматриваемый процесс кристаллизации первоначально был использован в ледогенераторах для получения чешуйчатого льда [203, 204]. В дальнейшем фирма Зульцер МИ В применила этот метод кристаллизации в несколько с усовершенствованном виде для разделения и очистки ряда веществ (пат. Швейцарии 501421). [c.169] Процесс разделения может быть однократным или многостадийным. Число стадий определяется исходной концентрацией смеси и требуемыми составами продуктов разделения. Многостадийный процесс разделения можно осуществлять в одном или нескольких кристаллизаторах. [c.170] Кристаллизацию со стекающей жидкой пленкой обычно осуществляют в трубчатых аппаратах. Высота труб в промышленных кристаллизаторах достигает 12 м, диаметр до 50 мм [195]. [c.170] В первом случае некоторое количество обогащенной фракции подают насосом Нз из сборника Са в кристаллизатор. В теплообменнике Т1 эта фракция нагревается и, циркулируя через кристаллизатор, расплавляет кристаллическую фазу. По окончании плавления полученный расплав возвращается в сборник С2. Во втором случае в теплообменнике Тг промежуточный теплоноситель, циркулирующий по контуру охлаждения, нагревают до температуры, обеспечивающей расплавление кристаллической фазы. С целью частичного выплавления из кристаллической фазы низкоплавких примесей, что повышает эффективность разделения, при нагреве часто делают некоторую выдержку при промежуточной температуре, находящейся между точками солидуса и ликвидуса разделяемой смеси. [c.171] Аналогично осуществляется разделение и на других ступенях. При этом низкоплавкая фракция с и-й ступени подается в сборник п—1-й ступени, а высокоплавкая фракция — в сборник и-)-1-й ступени. Цикл начинается с разделения самой низкоплавкой фракции, а заканчивается разделением наиболее высокоплавкой. При этом реализуется схема нротивоточной кристаллизации (см. гл. 2, рис. 2.20). По завершении полного цикла разделения получают два концевых продукта низкоплавкий Ш и высокоплавкий П. Затем цикл разделения повторяют. Если исходная смесь Р содержит значительное количество высоко-плавкого компонента, то она подается не в первую ступень, как это показано на рис. 5.13, а в одну из промежуточных, где концентрация близка к Ср. [c.171] Для смесей, склонных к переохлаждению, производят отдельную стадию зарождения. В этом случае в начале кристаллизации при непрерывной циркуляции разделяемой смеси в межтрубное пространство подают хладоагент с более низкой температурой, чем это требуется для дальнейшего роста кристаллов. После образования тонкого кристаллического слоя на поверхности охлаждаемых труб температуру хладоагента повышают до требуемой для последующего роста кристаллов. В ряде случаев, когда после выплавления кристаллической фазы на стенках труб остается тонкая пленка очищенного вещества, стадию зарождения можно осуществлять без циркуляции исходной смеси. После охлаждения такой пленки образуется достаточное число центров кристаллизации. [c.171] Рассматриваемый метод довольно универсален. Его можно применять как для фракционирования различных расплавов, так и для очистки веществ перекристаллизацией их из раствора. В одной и той же установке можно осуществлять однократный и многостуненчатый процесс разделения смесей с различными температурами кристаллизации. При этом, варьируя число ступеней, можно добиваться высоких коэффициентов извлечения целевых компонентов, а также высокой степени их очистки от примесей. Так как установка состоит в основном из теплообменных аппаратов, емкостного оборудования и насосов, то она обладает высокой надежностью и безопасностью. Все операцип могут быть полностью автоматизированы. Управление процесса осуществляют по заранее заданной программе с использованием миникомпьютера. Подобные установки требуют относительно низких капитальных затрат [195, 210, 211]. [c.172] Для осуществления кристаллизации со стекающей жидкой пленкой требуется умеренный расход энергии. При разделении низкотемпературных смесей для охлаждения тенлообменника Тг применяют испаряющийся хладоагент. В различных ступенях разделения требуются промежуточные хладоагенты с различными температурами, поэтому с целью экономии энергетических затрат используют специальные аккумуляторы холода [210]. Они представляют собой теплоизолированные емкости, в которых сохраняется хладоагент для последующего его использования на той или иной стадии процесса. При разделении высокоплавких веществ с температурой кристаллизации выше 100 °С для охлаждения применяют исиаряюшуюся воду, а образующийся пар используют для подогрева исходной смеси или передают другим потребителям. [c.172] К достоинствам рассматриваемого процесса можно отнести также и то, что при разработке его не возникает особых трудностей с масштабированием оборудования. Результаты лабораторных исследований, выполненные с одной трубой, можно непосредственно использовать для создания крупнотоннажных промышленных установок с числом охлаждающих труб более тысячи. [c.172] Рассматриваемый процесс в промышленных условиях используют для разделения и очистки ряда веществ бензойной кислоты, ароматических нитросоединений, капролактама, нафталина, дихлорбензола, гексахлорбензола, тетрахлорбензола, монохлоруксусной кислоты, изоцианатов, /г-ксилола, фенола, п-крезола, тринитротолуола, жирных кислот и др. [195, 206—211]. [c.172] Рассматриваемый процесс может быть осуществлен не только при стекании маточной жидкости в виде тонкой пленки по внутренней поверхности охлаждаемых снаружи труб, но и при течении пленки по наружным поверхностям охлаждаемых изнутри труб [205], а также по наклонным охлаждаемым поверхностям (пат. США 4228089). [c.173] Предложен (а. с. 1063429) пленочный кристаллизатор, в котором циркуляция маточника происходит в самом аппарате. Он представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, снабженный охлаждающей рубащкой 2 и обогреваемым коническим днищем (рис. 5.14). Внутри аппарата располагаются нагреватель 4 и вращающееся орощающее устройство 5. [c.173] Исходная смесь загружается в аппарат, под действием центробежных сил, возникающих при вращении вала 3, поднимается по трубкам орощающего устройства 5 и в виде пленки стекает вниз по охлаждаемой поверхности. Для предотвращения образования в разделяемой смеси воронки (вследствие ее перемешивания) и исключения попадания воздуха в орошающее устройство в нижней части аппарата устанавливают отражательные ребра 6. [c.173] При охлаждении на внутренней поверхности кристаллизатора образуется кристаллический слой, толщина которого постепенно увеличивается. С помощью центрального нагревателя и подогрева днища в аппарате поддерживают заданный перегрев маточника в процессе разделения. Процесс продолжается до тех пор, пока не закристаллизуется заданная доля разделяемой смеси, о чем можно судить по изменению уровня маточника в аппарате. После этого охлаждение прекращают, оставшийся маточник сливают, кристаллическую фазу расплавляют и выгружают из аппарата. Затем процесс может быть повторен. [c.173] Данный аппарат рационально использовать для фракционирования относительно небольших количеств веществ. С его использованием была проведена очистка от примесей дифенила, трихлорида сурьмы, малеинового ангидрида, адипиновой и себа-циновой кислот. [c.174] Исследования фракционной кристаллизации из стекающей жидкой пленки [50, 205—209, 212] показали, что эффективность разделения существенно зависит от структуры образующегося кристаллического слоя. Для достижения высокой эффективности процесса недопустимо возникновение концентрационного переохлаждения на границе раздела фаз. Показано [50, 206, 212], что определяющими факторами, влияющими на возникновение концентрационного переохлаждения, являются скорость роста кристаллического слоя, степень перегрева расплава, его концентрация, а также условия тепло- и массообмена на границе раздела фаз. [c.174] Одним из определяющих параметров процесса фракционной кристаллизации из стекающей пленки является расстояние от места подачи пленки на охлаждающую поверхность до места возникновения в ней концентрационного переохлаждения /кр (критическая длина участка роста морфологическп устойчивого кристаллического слоя). [c.174] Сопоставление уравнений (5.2) и (5.3) с опытными данными показало, что они неплохо согласуются между собой. [c.174] С увеличением продолжительности и скорости снижения температуры хладоагента возрастает. При этом скорость роста кристаллического 5,о слоя в верху охлаждаемой трубы несколько ниже, чем в нижней ее части. Последнее объясняется уменьшением перегрева расплава по мере его стекания. [c.175] Вернуться к основной статье