Способ кристаллизации солей из водных растворов

 

Способ кристаллизации солей из водных растворов может быть использован в химической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности и обеспечивает интенсификацию процесса за счет исключения в зоне кипения локальных областей парообразования и пересыщения раствора. Способ кристаллизации включает циркуляцию раствора с кристаллами и ввод нагретой суспензии в зону кипения под уровень с последующим разделением нагретой суспензии в виде отдельных восходящих струй со скоростью 0,8 - 2,0 м/с. 1 табл.

Изобретение относится к способам кристаллизации в выпарных и вакуум-испарительных циркуляционных кристаллизаторах, которые широко применяются в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - интенсификация процесса за счет исключения в зоне кипения локальных областей парообразования и пересыщения раствора. Способ осуществляется следующим образом. Вводимые в зону кипения кристаллизатора восходящие затопленные струи нагретой суспензии, распределенные по площади зоны кипения, при движении вверх подсасывают окружающую их прокипевшую суспензию. За счет турбулентного обмена на границе раздела струи интенсивно перемешиваются с массой прокипевшей суспензии и на определенной высоте рассеиваются без образования фонтанирующего слоя и без раскачки рабочего уровня в кристаллизаторе. Поскольку суммарная боковая поверхность отдельно вытекающих струй значительно больше боковой поверхности общего потока, то кратность смещения нагретого раствора с прокипевшей суспензией, как показали наши исследования, при струйном течении увеличиваются в 2,5-3,0 раза по сравнению с прототипом. Интенсивное перемешивание в зоне кипения, обусловленное струйным режимом ввода нагретой суспензии, уменьшает перегрев вводимой в зону кипения суспензии устраняет локальные области парообразования и высокие местные пересыщения раствора, обеспечивает равномерное вскипание перегретого раствора и распределение твердой фазы по всему объему кипящей суспензии. В результате достигается резкое снижение брызгоуноса и, следовательно, повышение чистоты конденсата вторичного пара, полное устранение образования инкрустаций и увеличение крупности получаемых кристаллов, т.е. значительно возрастает эффективность процесса кристаллизации. Экспериментально было установлено, что отмеченные положительные эффекты в совокупности проявляются при начальной линейной скорости V_н истечения струй в интервале от 0,8 до 2,0 м/с. При значениях V_н<0,8 м/с уже на малых участках движения происходит гашение восходящих струй и не обеспечивается транспортировка крупных кристаллов по всей высоте зоны кипения. В итоге верхние слои кипящей суспензии оказываются обедненными по твердой фазе, что обуславливает появление инкрустаций на стенках аппарата в зоне кипения раствора. При этом сохраняется высокое качество конденсата вторичного пара. Когда начальная скорость затопленных струй превышает 2 м/с, их дальнодействие становится настолько значительным, что они "пробивают" зону кипения и большие массы сильно перегретой суспензии выносятся на границу раздела рабочего уровня со вторичным паром. Это сопровождается бурным прокипанием раствора в местах проявления фонтанирующих с интенсивным брызгообразованием. В результате возрастает брызгоунос и заметно увеличивается загрязнение солями конденсата вторичного пара. При этом не наблюдается отложение инкрустаций в зоне кипения, но появляется налет твердой фазы на стенках кристаллизатора в паровой зоне. П р и м е р. Исходный раствор, имеющий температуру 50^оС и содержащий 150-200 г/л хлоридов, нитридов, сульфатов и фосфатов натрия и калия, с расходом 5 м³/ч подают в выпарной кристаллизатор, в котором с помощью насоса осуществляют циркуляцию суспензии с объемным расходом 30 м³/ч. При прохождении через греющую камеру, обогреваемую паром суспензия нагревается от 70 до 73^оС и по подъемной трубе поступает в зону кипения. Истечение перегретой суспензии из подъемной трубы в зону кипения осуществляют в виде восходящих затопленных струй, начальную скорость которых изменяют от 0,5 до 2,5 м/с. При движении вверх затопленные струи подсасывают окружающую их прокипевшую суспензию и смешиваются с ней. За счет интенсивного перемешивания достигается понижение температуры перегретой суспензии, вводимой в зону кипения в режиме струйного истечения, с 73 до 71^оС, т.е. величина перегрева суспензии уменьшается в три раза, что обеспечивает "мягкое" прокипание раствора до 70^оС и протекание процесса кристаллизации при низком уровне пересыщения. В таблице приведены экспериментальные данные, показывающие влияние линейной скорости истечения струй перегретой суспензии на образование инкрустаций и загрязнение конденсата при высоте затопления 800 мм. Как видно из таблицы, при скорости истечения струй менее 0,8 м/с хотя и достигается минимальное загрязнение конденсата вторичного пара (массовая концентрация солей в конденсате не превышает 0,1 г/л), однако на стенках кристаллизатора в зоне кипения суспензии появляется слой инкрустаций высотой 300-400 мм. При начальной скорости движения струй более 2 м/с наблюдается снижение в 2-3 раза качества конденсата вторичного пара и образование солеотложений на стенках сепаратора в паровой зоне. При скоростях истечения струй суспензии в диапазоне 0,8-2,0 м/с обеспечивается низкое содержание солей в конденсате (в пределах 0,06-40,14 г/л) и одновременно полностью устраняется обра- зование инкрустаций, что обусловлено устранением локальных областей парообразования и пересыщения раствора в зоне кипения.

Формула изобретения

СПОСОБ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СОЛЕЙ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ в вакуумвыпарном аппарате с циркуляционным контуром и установленной на нем выносной греющей камерой путем нагрева исходного раствора, его выпаривания в зоне кипения под вакуумом до получения суспензии кристаллов, пропускания полученной суспензии по циркуляционному контуру с промежуточным ее нагревом в греющей камере и ввода нагретой суспензии в зону кипения под уровень кипящего раствора, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет исключения в зоне кипения локальных областей парообразования и пересыщения раствора, ввод суспензии в зону кипения осуществляют в виде отдельных восходящих струй со скоростью 0,8-2,0 м/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1