Вакуум-кристаллизатор

 

Использование: при кристаллизации солей из растворов. Сущность изобретения состоит в том, что в вакуумном кристаллизаторе каждая секция снабжена дополнительной 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (м)з B 01 0 9/02

ГОСУДАРСТВЕН.ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4903712/26 (22) 21.01.91 (46) 07.06.93. Бюл. М 21 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт галургии (72) Г.П.Игнатьева, В.А,Себалло и Н.М.Вйнников (56) И.Д.Соколова. Переработка природных солей и рассолов. Справочник. Л., 1985, с.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 виде витка шнека, и оптимального размера и формы переточной выемки в неподвижной вертикал ьной перегородке, устраняющей проскок суспензии через сту5U » 1819647 А1 (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, Так 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 зародышеобраэова1819647 ния, 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. Помимо этого она вызывает слабое поверхностное растворение кристаллов, способствующее их упрочнению, а также снижению инструкции муфтовых соединений вала.

Увеличение шага дополнительной мешалки свыше 0,30 (где d - диаметр мешалки) увеличивает уровень суспензии в ступени более чем на 15%, допустимых по опыту эксплуатации вакуум-кристаллизационных установок ва калийных предприятиях.

Уменьшение. шага менее 0,221 не обеспечивает циркуляцию суспензии во всем заполненном объеме ступени, не создает необходимую турбулизациа суспензии и оТносительную скорость движения фаз, что не позволяет повысить размер кристаллов Goлее чем в 1,4 раза. Увеличение сечения П-образной выемки в дискообразной вертикальйой неподвижной перегородке (Я) более чем 0,15 Яалло (где

Sar.n — сечение полого аппарата) увеличивает проскок суспензии через аппарат и снижа6Т эффективность действия дополнительной мешалки, Уменьшение сечения выемки ниже 0,13 Я повышает. уровень суспензии в ступени.и ухудшает работу барометрических конденсаторов пара.

Увеличение количества радиальных ребер на,дополнительной мешалке более 3 увеличиваег 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 ступени кристаллизации с заборниками пара 6, 7 и 8. Полый вращающийся вал 9 в зоне кристаллизации 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 шагом 0,22 — 0,3 диаметра рамной мешалки с одинаковым направлением навивки, отражающей поток суспензии. На мешалках 13, 14, 15, со стороны набегания суспенэии, герметично закреплены полые ребра 16, соеди10 ненные с полостью вала 9. На ребрах 16 с тыльной по отношению к потоку стороны расположены отверстия 17 для подачи s зону кристаллизации интенсифицирующих добавок. Количество ребер составляет 2-3.

15 . Устройство работает следующим образом, Исходная суспензия непрерывно подается через патрубок 2 s первую ступень кристаллизатора, где в результате иэотермического испарения воды происходит вы20 деление и рост кристаллов, пар удаляется через 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 увели ивают относительную скорость движения фаз. Профилированные неподвижные вертикальные перегородки 4 — 5 устраняют проскок суспензии через ступени кристаллизации, способствуя созданию

35 обратного потока во всем объеме ступени.

Через отверстия 17 в полых ребрах 16 в зону .. кристаллизации поступает вода, под действием разрежения, возникающего с тыльной стороны ребра. В результате действия уст40 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 30-407;, 4 ->, 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 непод55 вижной вертикальной перегородкой и выполненную 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 полых

1819647

5 радиальных ребра длиной 0,75 м,шириной

0,1 м, сообщающихся с полостью вала, На каждом ребре с тыльной по отношению к набегающему потоку стороны находятся 7 отверстий диаметром 0,02 м для подачи в 5 зону массообмена интенсифицирующих до- бавок. Неподвижные вертикальные перегородки. разделяющие аппарат на ступени, выполнены в виде диска диаметром 3,6 м с

П-образной выемкой в нижней части, имею- 10 щей высоту от нижней отметки аппарата . 0,96м, ширйну1,6м.

Каждая ступень аппарата имеет автономный заборник пара диаметром 2 м; высотой 2,5 м. 15

Пример1, Выбор оптимального числа ребер,, установленных на дополнительных мешалках,. проводилСя, исходИ из экспери- . ментальных значений потребляемой на пе-, ремешивание мощности по прототипу 20 (горизонтальный вакуум-кристаллизатор с .. рамными мешалками 4 СОФ) и по предлага:емому варианту.

Установочная мощность двигателя в промышленном аппарате(прототип) состав- 25 ляет 22 кВт, При этом мощность íà переме. шивание — 6,4 кВт,, Мощность на перемешивание в.том же аппарате с двумя дополнительными мешалками без радиальных ребер составила 6„5 30 кВт. Для мешалок с радиаЛьными ребрами (число ребер 2, 4, 6) соответственйо получены значения мощности на перемешивание: й2-6,9 кВт

И!=7,3 кВт 35

Из=7,7 кВт

Отношение между установочной мощностью двигателя и мощностью на перемешивание известно:

2,5 1,2 и .. 40 0,95

Отсюда максимально возможное значение потребляемой на перемешивание мощности(при условии, что замена действующего в промышленном аппарате двигате- 45 ля на более мощный экономически. . нецелесообразна) составит 7 кВт. Это соответствует числу ребер — 3.

Минимальное количество ребер из соображений балансировки вала составляет2, 50

Таким образом. число ребер на дополнительной мешалке должно составлять 2-3.

Пример 2. Выбор шага витка шнекадополнительной мешалкй проводился- по экспериментальным данным, полученным в 55 опытном непрерывно действующем двухступенчатом вакуум-кристаллизаторе, с объемом суспензии в ступени 15 л, выполненном по прототипу и предлагаемому вариантам с дополнительными мешалками, имеющими различный шаг навивки.

Расчетное среднее время пребывания суспензии в ступени 2 мин. Оиыты проводи-. лись в насыщенном при 50, растворах KCI и NaCI. 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 (R) и коэффициента заполнения ступени аппарата от шага шнека КЗ.

В-аппарате по прототипу размер кристаллов вырос с 0,2 до 0.24 мм. В аппарате по предлагаемому варианту при увеличении

$/б (d — 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 S/б > 0,3 Кз увеличивается более, чем на 16%. Поэтому дальнейшее увеяичение шага шнека нецелесообразно. При $/б <

<0,22 Кз увеличился лишь на 7%, 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 при $/б- 0,3, 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 и ча ю шийся 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 notaка 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 п р пар

%vi. /

Составитель Г. Игнатьева

Техред М.Моргентал Корректор О. Густи

Редактор С. Кулакова

Заказ 1994 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 ходящей до уровня вала, при этом S -(0,13-0,15)$ап, где San — сечение полого аппарата, 8 — сечение перегородки.

2. Вакуум-кристаллизатор по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что шаг дополнительной мешалки составляет 0,22-0,3 ее диаметра.

3. Вакуум-кристаллизатор по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что число радиальных

5 ребер равно 2-3,