Кристаллизаторы с водяным охлаждением

В этих кристаллизаторах тепло от раствора к охлаждающей воде передается через стенку, кристаллизация происходит вследствие охлаждения раствора. В случае необходимости получения более низких температур, чем это возможно при водяном охлаждении, применяют охлаждение при помощи холодильных рассолов.

Кристаллизатор с мешалкой состоит из сосуда, в котором вращается мешалка. Охлаждающий агент (вода или рассол) движется по змеевику. Благодаря вращению мешалки выпадающие кристаллы не осаждаются на дне, а остаются в растворе во взвешенном состоянии. Такие кристаллизатора работают периодически или непрерывно. При периодической работе аппарат заполняют раствором; по окончании кристаллизации производят разгрузку аппарата через патрубок, имеющий клапан. При непрерывной работе соединяют последовательно несколько аппаратов, причем раствор протекает из одного кристаллизатора в другой; при этом раствор удаляется через боковой патрубок. Благодаря простоте эти кристаллизаторы имеют широкое распространение.

Кристаллизаторы изготовляют иногда с рубашками (вместо змеевиков); чтобы устранить выпадение кристаллов на стенках аппарата (что привело бы к ухудшению теплопередачи), лопасти мешалки снабжают скребками или металлическими щетками.

Применяют также горизонтальные кристаллизаторы с мешалками; они состоят из корыта с водяной рубашкой. По всей длине корыта на горизонтальном валу расположена мешалка; кристаллизуемый раствор подается к одному концу корыта и движется к другому его концу, где и удаляется. Эти кристаллизаторы часто соединяют друг с другом последовательно, располагая их, для экономии места, друг над другом.

Недостатками горизонтальных кристаллизаторов являются их громоздкость и небольшая производительность.

Кристаллизаторы с воздушным охлаждением

В таких кристаллизаторах охлаждение раствора производится путем непосредственного соприкосновения его с воздухом. Вследствие этого одновременно с охлаждением происходит испарение части растворителя в воздух.

Барабанный вращающийся кристаллизатор представляет собой цилиндрический аппарат, несколько наклоненный к горизонту. Барабан опирается на две пары вращающихся опорных роликов и приводится во вращение при помощи зубчатого венца.Раствор подается с одного конца барабана, а кристаллы и маточный раствор выходят с другого конца. Воздух нагнетается вентилятором и движется в барабане противотоком движению раствора.

В таких кристаллизаторах основное количество тепла отводится от раствора за счет испарения части растворителя.Производительность кристаллизатора в значительной степени зависит от температуры воздуха (зимой производительность выше, чем летом). Для усиления охлаждения барабан иногда орошается снаружи водой, которая затем стекает в корыто, установленное под кристаллизатором.

Недостатком барабанных вращающихся кристаллизаторов является их громоздкость.

Вакуум-кристаллизаторы

Если поместить раствор в замкнутый сосуд и создать в нем вакуум, то по мере отсасывания вакуум-насосом паров растворителя будет происходить охлаждение раствора, т.к. тепло, необходимое для испарения растворителя, отнимается от раствора. Охлаждение происходит до тех пор, пока температура не станет равной температуре насыщенного пара при давлении, установившемся в аппарате. Таким образом, в вакуум-кристаллизаторах происходит одновременное удаление части растворителя (путем испарения в вакууме) и охлаждение раствора.

Простейший вакуум-кристаллизатор периодического действия представляет собой герметический сосуд с мешалкой, в который заливается раствор, после чего в аппарате создается вакуум. По окончании охлаждения открывают воздушник, и в сосуде устанавливается атмосферное давление. Затем маточный раствор вместе с кристаллами удаляется через нижний патрубок. Для создания вакуума обычно применяются пароструйные эжекторы, отсасывающие из аппарата пары растворителя. Пары растворителя в смеси с рабочим паром эжектора направляются затем в конденсатор. Неконденсирующиеся газы отсасываются из конденсатора пароструйным эжектором или другим вакуум-насосом.

 

V Искусственное охлаждение

Для получения низких температур, недостижимых при охлаждении естественными охлаждающими агентами (вода, воздух), применяют искусственный холод.

Наиболее старым способом искусственного охлаждения является применение холодильных смесей (смеси солей и некоторых других веществ с льдом), дающих при таянии низкие температуры

В настоящее время для получения холода в технике применяют следующие способы:

1) испарение низкокипящих жидкостей;

2) расширение сжатых газов в расширительной машине (детандере). При этом газ совершает внешнюю работу за счет уменьшения своей внутренней энергии, вследствие чего его температура понижается;

3) дросселирование сжатых газов и паров.Дросселированием (мятием) называется такое расширение газа, когда давление его снижается вследствие протекания через сужение или другое препятствие (например, через пористую перегородку); при этом, в отличие от процесса в расширительной машине, расширение происходит без совершения внешней работы;

Условно различают умеренное (до температур порядка -100ºС) и глубокое (до температур ниже -100ºС) охлаждение. Для умеренного охлаждения применяют компрессионные, абсорбционные и пароэжекторные холодильные машины. Для глубокого охлаждения используют холодильные циклы, основанные на дросселировании и расширении газов в детандере.

 

Лекция 5

Массообменные процессы