ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кристаллизация с использованием испаряющихся хладоагентов из "Основы техники фракционной кристаллизации" Данный метод фракционной кристаллизации иаиболее широко используется для опреснения воды [53, 56, 173—175], а также для концентрирования различных водных растворов [13, 139]. В последние годы появился ряд сообщений об успешном использовании данного процесса для разделения и других веществ [176—180]. [c.144] При опреснении воды, а также при выделении из водных растворов неорганических солей в качестве испаряющихся хладоагентов используют н-бутан, изобутан, хлористый метил, бутилен, бутан-бутиленовые смеси, а также различные фреоны [53, 173—174]. При кристаллизации органических веществ таким хладоагентом может быть вода [74, 152]. В рассматриваемом процессе хладоагент, как правило, циркулирует в замкнутом цикле. [c.145] Достоинствами контактной кристаллизации с испаряющимся хладоагентом являются высокая интенсивность теплообмена (обусловленная тем, что при кипенпи хладоагента образуется развитая межфазная поверхность и интенсивно перемешивается кристаллизующаяся смесь) незначительное количество требуемого хладоагента (поскольку тепло отводится в результате изменения агрегатного состояния хладоагента) простота отделения отработанного хладоагента от охлаждаемой смеси. [c.145] Недостатком данного способа контактной кристаллизации является необходимость использования дополнительного оборудования (компрессоров, конденсаторов и др.). [c.145] Для осуществления рассматриваемого процесса применяют кристаллизаторы различных типов [53]. Их можно разделить на горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные кристаллизаторы, как правило, представляют собой удлиненные цилиндрические аппараты, в нижней части которых располол ены диспергирующие устройства (коллекторы, сопла, форсунки и т. п.), а в верхней части — штуцер для отвода отработанного газообразного хладоагента. Исходный раствор подается с одного конца аппарата, а образующаяся кристаллическая суспензия выводится с другого конца его. Чтобы в верхней части аппарата оставалось свободное пространство для отвода отработанного хладоагента аппарат частично заполняют кристаллизующейся смесью. В свободном пространстве часто устанавливают сепарирующие устройства для отделения капель кристаллизующейся смеси от отработанного хладоагента. [c.145] Вертикальные кристаллизаторы бывают нескольких типов барботажные, струйные, роторные и др. Барботалсные кристаллизаторы с испаряющимся хладоагентом по своей конструкции близки к аналогичным аппаратам с газообразным хладоагентом. Для интенсификации перемешивания они снабжены внутренней циркуляционной трубой. В роторных кристаллизаторах перемешивание осуществляется лопастными мешалками, укрепленными на вертикальном валу. В струйных кристаллизаторах с помощью форсунок производится одновременное диспергирование хладоагента и исходного раствора. [c.145] Рабочий объем кристаллизаторов с испаряющимся хладоагентом, используемых в промышленных установках опреснения морской воды, может достигать нескольких кубических метров. При этом их удельная производительность составляет от 200 до 6000 кг/(м -ч). [c.146] Иногда для улучшения диспергирования хладоагента в кристаллизующейся смеси его подают через распределительные устройства в виде паро-жидкостной эмульсии [179, 180]. В этом случае жидкий хладоагент перед подачей в кристаллизатор, илн же в самом распределительном устройстве несколько нагревается, в результате чего он частично испаряется, образуя паро-жид-костную эмульсию. [c.146] Для интенсификации теплообмена в кристаллизаторах с газообразным хладоагентом используют комбинированный способ охлаждения [152], заключающийся в том, что в поток газообразного хладоагента перед его подачей в аппарат впрыскивают некоторое количество жидкого хладоагента. При контакте такой газо-жидкостной смеси с кристаллизующейся смесью содержащийся в нем жидкий хладоагент испаряется. При этом значительно интенсифицируется процесс отвода тепла от кристаллизующейся смеси и снижается расход газообразного хладоагента. При разделении органических смесей данным способом в качестве жидкого хладоагента может быть использована вода, а ири кристаллизации неорганических продуктов — различные легколетучие органические вещества. [c.146] Большинство контактных кристаллизаторов с испаряющимся хладоагентом работает под атмосферным или избыточным давлением. Однако процесс может осуществляться и под вакуумом. При этом достигается существенная интенсификация процесса испарения, так как при снижении давления понижается температура насыщения паров хладоагента. Такой процесс кристаллизации применительно к выделению серы из ее раствора в керосине [74] осуществляют в циркуляционном вакуум-кристаллизаторе типа Кристалл . В циркулирующий раствор (102°С) вводится вода (15—38 °С). В кристаллизаторе под вакуумом вода вскипает при 89 °С, в результате чего раствор интенсивно охлаждается и образуются кристаллы серы. [c.146] При контакте с кристаллизующейся смесью жидкий фреон испаряется. Пары его собираются в верхней части аппарата, где они конденсируются на поверхности охлаждаемого змеевика. Капли сконденсировавшегося фреона падают вниз и смешиваются с циркулирующей кристаллизующейся смесью. В результате этого смесь непрерывно охлаждается. Кристаллизатор предлагается использовать для очистки /г-ксилола, уксусной кислоты, депарафинизации нефти, разделения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. [c.147] Большинство теоретических и экспериментальных исследований закономерностей контактной кристаллизации с испаряющимся хладоагентом выполнено применительно к процессу опреснения воды методом вымораживания. [c.147] В данном случае на эффективность разделения сильно влияет скорость охлаждения кристаллизующейся смеси [53, 173], которая определяется в основном плотностью орошения охлаждаемой смеси хладоагентом (тепловой нагрузкой процесса). 15 промышленных аппаратах в зависимости от качества диспергирования хладоагента, интенсивности перемешивания кристаллизующейся воды, а также конструкции кристаллизатора она изменяется от 300 до 1000 кг/(м -ч). С увеличением плотности орошения интенсивность процесса кристаллизации увеличивается. Однако при этом снижаются средний размер образующихся кристаллов льда и эффективность процесса опреснения. [c.147] На процесс образования кристаллов льда, их размеры и эффективность разделения существенно влияет содержание солей в исходной воде. С увеличением Ср средний размер получаемых кристаллов понижается, а количество захватываемой соли кристаллической фазой возрастает [53], в результате чего приходится увеличивать затраты опресненной воды на промывку кристаллов льда на стадии сепарации. [c.147] С увеличением продолжительности пребывания кристаллизующейся воды в кристаллизаторе т повышается эффективность разделения. Однако для этого-требуется увеличивать рабочий объем кристаллизатора. Для промышленных аппаратов т=4—10 мин [173]. [c.147] Установлено [181, 182], что интенсивность теплообмена при кристаллизации воды в опреснительных установках зависит от плотности орошения, значения At, концентрации соли в исходной воде и других параметров. Полученные опытные данные обобщены в виде эмпирических зависимостей. Закономерности роста кристаллов льда в переохлажденных водных растворах экспериментально исследованы в работе [175]. [c.147] Исследования процесса выделения неорганических солей из водных растворов с использованием в качестве испаряющегося хладоагента фреонов выполнены в работах [176, 178]. В [177] приведены данные по выделению и очистке уксусной кислоты из разбавленных водных растворов с использованием контактной кристаллизации с испаряющимся хладоагентом. Отмечается, что затраты на осуществление такого процесса разделения составляют около 15% от затрат на аналогичное разделение методом ректификации. [c.147] Вернуться к основной статье