Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 2 (1044949), страница 124
Текст из файла (страница 124)
Вращение барабана со скоростью 1 — 2 рад/с (-10— 20 об/мин) осуществляется через зубчатый венец 7, который входит в зацепление с шестерней привода. Горячий раствор по штуцеру 8 подается в верхний конец барабана и при непрерывном перемешивании вследствие вращения барабана медленно движется к противоположному разгрузочному концу. Охлаждающая вода подается противотоком раствору через распределительное устройство 9 и отводится в кожух 10 через отверстие в рубашке. Отношение длины рубашки барабана Ь„ к его внутреннему диаметру Ю,„обычно задается в пределах от 10 до 12.
По нормалям машиностроения принимаются следующие значения Ю „(м): 0,5; 0,7; 0,9; 1,1 и 1,5. Толщина слоя раствора в аппарате обычно составляет 1/8 -. 1/5 его диаметра, т.е. 100 — 200 мм. Толщина слоя раствора в барабане, угол наклона и число оборотов барабана, т.е. факторы, определяющие при данной производительности время пребывания раствора в аппарате, выбираются в зависимости от свойств кристалли- зуемого вещества и требуемого качсства продукта. Как и во всех механических кристаллизаторах с водяным охлаждением, в них образуются довольно мелкие, но внутренне однородныс кристаллы, Производительность кристаллизаторов зависит от их размера и от природы кристаллизуемого вещества. Так, для аппаратов длиной !О м она может составлять от 350 до бОО кг/ч кристаллического продукта. Потребляемая мощность и расход воды на 1 м' кристаллизусмого раствора в среднем составляют 1 — 2 кВт иЗ вЂ” 5м' Кристаллизатор с воздушным охлаждением (рис.
2.91) нс имеет водяной рубашки; раствор охлаждается сильной струей воздуха, подаваемой вентилятором 1 внутрь барабана противотоком движению раствора. Охлаждение в таком кристаллизаторе происходит не только за счет передачи воздуху физического тепла раствора, но главным образом в результате испарения раствора. Так как при вращении барабана его стенки смачиваются раствором, создастся значительная поверхность испарения, и скорость охлаждения достаточно Глава 2.
Оборудование для физико-химических методов очистки высока. Конец барабана, откуда выходит влажный воздух, помещается обычно в кожух (на рисунке не показан), соединенный с вытяжной вентиляцией. Чтобы предупредить образование инкрустаций при охлаждении раствора через стенки, барабан снаружи теплоизолируется или помещается в кожух 2 с трубой 3 для парового обогрева. Выпускаемые промышленностью кристаллизаторы имеют диаметры (в м) 0,6; 0,8 и 1,0; отношение длины барабана к его диаметру составляет 16 — 20. Вследствие снижения скорости охлаждения в барабанных кристаллизаторах с воздушным охлаждением получают более крупнокристаллический продукт по сравнению с продуктом из аппаратов с водяным охлаждением.
Однако при этом снижается и производительность кристаллизаторов, которая в большой степени зависит от температуры подаваемого воздуха и его влажности. Так, производительность аппарата диаметром 1,0 м и длиной 20 м в зависимости от свойств кристаллизуемой соли в зимних условиях работы колеблется от 100 до 400 кг/ч, а в летних условиях она составляет 60 †2 кг/ч.
Расход воздуха равен в среднем 0,65 — 1,6 м'/с, потребляемая мощность (с учетом работы вентилятора) — 4,5 — 8,0 кВт. Расчет поверхностных нристаллизаторов непрерывного действия (по Л.Н. Матусевичу) Расчет сводится к определению необходимой поверхности теплопередачи Е Основным расчетным уравнением является известное уравне- 642 ние теплопередачи для установившегося состояния процесса: Д = КЖ|,, (2.45) где Д представляет собой количество тепла, отводимое от раствора в единицу времени. Коэффициент теплопередачи К в общем случае может быть определен из уравнения: 6, 6, Ь, + + + + %1 Л~ Л2 Лз с~з где а, и а, — коэффициенты теплоотдачи соответственно от раствора к стенке и от стенки к охлаждающей среде, Вт/(м' град); б,, б,, 5, — толщина слоя соли на стенке со стороны раствора, самой стенки и слоя ржавчины, окалины, ила на стенке со стороны охлаждающего агента, м; Л„Л, и Л, — коэффициенты теплопроводности указанных слоев, Вт/(м град).
Коэффициенты теплоотдачи а, и а, могут быть определены из уравнений, приводимых в справочной и специальной литературе обычно в критериальной форме: 1Чц = А Ке" Рг". При ориентировочных расчетах его значение для шнековых и барабанных кристаллизаторов с водяным охлаждением может быть принято в пределах 90 — 115 Вт/(м'.
град) или 75 — 100 ккал/(м'ч. град), адля качающихся кристаллизаторов и барабанных с воздушным охлаждением — в пределах от 6 до 25 Вт/(м' град) или от 5 до 20 ккал/(м' ч ° град). Значение средней разности температур Ь|„ рассчитывается в за- Часть Л1. Основное оборудование для очистки сточных вод висимости от граничных условий процесса, т.е. от соотношения разности температур между обеими средами на входе в кристаллизатор Ы„и на выходе из него Лг„. Поскольку для кристаллизаторов характерно противоточное движение сред, Лг =Лг, — Лг, иЛ| =Л|, — Лг2.
Если отношение большей разйости температур к меньшей больше или равно 2, т.е„например, Лг„/ Л~ > 2, то Лг, определяется как среднелогари4мическая разность температур: Л|„-Л~„ (2.46) 2,31д —" Л|„ Лг„ Если же Лг„/Лг„< 2, то с достаточной степенью точности можно использовать значение средней арифметической разности температур: (г„, -г,„)+(г,„-г,„) Лх„+Лг„ Еще раз укажем, что при кристаллизации не всегда принимаются максимально возможные для данных условий значения средней разности температур ЛГ,„. Граничные температурные условия, т.е.
желаемые темпы охлаждения, выбираются, исходя из природы кристаллизуемой соли и требуемого качества продукта. Количество испаряющегося растворителя И~ (кг/ч) с открытой поверхности раствора (например, в качающихся и шнековых кристаллизаторах) может быть определе- но по приближенному закону Даль- тона: в = кг(р, — р), где р, и р, — давление паров над раствором и в окружающем воздухе, Па; à — поверхность испарения, м', К, — коэффициент пропорциональйости„зависящий от свойств жидкости и скорости движения воздуха над раствором. Для воды и водных растворов значения К, при движении воздуха параллельно поверхности раствора можно определить из соотношения: К, = 0,0745( р)" где и — скорость движения воздуха, м/с; р — плотность воздуха, кг/м', или по Формуле: К, = 0,0433ь".
Если растворитель удаляется в результате испарения при продувании воздуха над горячим раствором (например, в барабанных вращающихся кристаллизаторах с воздушным охлаждением), то И~= Х. (х, — х,), где Š— расход сухого воздуха, кг/ч; х, и х, — начальное и конечное влагосодержание воздуха, кг/кг сухого воздуха. В качестве примера приведем расчет непрерывно действующего шнекового кристаллизатора с водяным охлаждением (ширина корыта б00 мм). Кристаллизуется 23%-й водный раствор Иа,РО„охлаждаемый с 40 до 25 С, выпадающая соль имеет состав Иа,РО, 12Н,О. Производительность аппарата по соли 0,139 кг/с (500 кг/ч). Следует определить необходимую теплопереда- б43 Глава 2. Оборудование для физико-химических методов очиевки ющую поверхность Г и расход охлаждающей воды 6,, если общий коэффициент теплопередачи К = = 105 Вт/(м' град) или 90 ккал/ /(м'-ч град). В расчете нужно учесть, что через открытую поверхность кристаллизатора испаряется 0,8 % (от общего количества раствора) воды.
Растворимость Иа,РО4 при 25 С составляет 15,5 частей безводной соли на 100 частей воды. Средняя теплоемкость раствора в интервале температур 40 — 25 'С равна 3,22 кДж/ /(кг град) или 0,77 ккал/(кг град), скрьггая теплота кристаллизации д = = 139,84 кДж/кг или 33,4 ккал/кг. Охлаждающая вода поступает в рубашку при температуре 15 С и нагревается в кристаллизаторе до 20 С. Концентрация соли в маточном растворе (в мас.
долях) составляет: 15,5 — — = 0,1З4. 115,5 Молекулярный вес Ха,РО4 равен 163,95; вес ХазРО4 12Н,Π— 380,14, следовательно, 163,95 =0,43. 380,14 1. Определим количество кристаллизующегося раствора при заданной производительности: О~— С (К„-а,) (а, -и,)+0,008а, 0,139(0,43 — 0,134) (0,23-0,134)+0,008 0,134 = 0,43 кг/с(1550 кг/ч). 2. Из теплового баланса определим количество отводимого тепла: 0= 0,43-3,22(40 — 25) + 0,43 139,84— — 0,008 0,43 2417,63 = 31,89 кВт, где 2417,63 кДж/кг (577 ккал/кг)— теплота парообразования воды при средней температуре (40 + 25)/2 = =325 С.
3. Величину Ы определяем по уравнению (2.46): Ьг„-Ь|„ 2,318 —" Ьг„ (40- 20) - (25-15) 231 40-20 25-15 4. По уравнению (2.45) находим поверхность теплопередачи: О 31 890 =20,94 м' КЬ|,р 105-14,5 5. Для шнековых кристаллизаторов с шириной корыта 600 мм на 1 м длины аппарата теплопсредающая поверхность составляет 0,9 м' Требуемая длина кристаллизатора в этом случае будет равна: 20,94 Ь= — '=23,2 м. 0,9 Таким образом, для обеспечения заданной производительности потребуется два шнековых кристаллизатора, каждый из них длиной 12 м, собирается из четырех секций (по 3 м). 6.
Расход охлаждающей воды составляет: З1 890 с,(с,„- г „) 4190(20 — 15) = 1,52 кгlс (5470 кг/ч), где 4190 — теплоемкость воды (Дж/кг град). Часть КП Основное оборудование для очиопки сточных вод Вакуум-кристаллизаторы, Вакуум-кристаллизаторы составляют большую группу аппаратов, в которых раствор охлаждается вследствие адиабатического испарения части растворителя. На испарение жидкости расходуется физическое тепло раствора, который при этом охлаждается до температуры, соответствующей его температуре кипения при данном остаточном давлении.
Количество испаряющегося растворителя сравнительно невелико (примерно 8 — 12 % от общей массы раствора), поэтому основное значение в создании пересыщения имеет не концентрирование раствора, а его охлаждение в процессе ссамоиспарения» Вакуум-кристаллизаторы отличаются большой производительностью. Они нашли широкое применение при очистке травильных растворов в черной и цветной металлургии, а также сточных вод производств минеральных удобрений. Кристаллизаторы просты по конструкции, нс имеют громоздкого привода и в ряде случаев могут быть выполнены вообще без каких- либо движущихся частей. Отсутствие тсплопередающих поверхностей позволяет изготавливать их из любых коррозионно-стойких материалов, в том числе обладающих малой теплопроводностью (керамика, специальные сорта сталей), или облицовывать их изнутри (резина, фторопласт, стеклопластики, эмаль и т.п.), Это обстоятельство часто оказывает решающее значение при выборе кристаллизационного оборудования для химических производств, где обычно приходится иметь дело с агрессивными растворами.
Большим достоинством вакуумкристаллизаторов является их герметичность, позволяющая создать хорошие санитарно-гигиенические условия труда, что особенно важно для химических производств, связанных с переработкой не только коррозионно-активных, но и токсичных растворов. Важной составной частью вакуум-кристаллизаторов является аппаратура для создания и поддержания вакуума.
В качестве вакуум-насосов для кристаллизационных установок обычно применяются эжскторные пароструйные насосы, которые компактны, просты по устройству и в эксплуатации и не требуют при монтаже специального фундамента. Большим преимуществом таких насосов является отсутствие движущихся частей, благодаря чему они могут быть изготовлены из различных коррозионно-стойких материалов и использованы для удаления агрессивных парогазовых смесей. Правда, их КПД значителыго ниже механических вакуум-насосов. Для уменьшения расхода пара, который потребовался бы для обеспечения необходимой степени сжатия в одной ступени, используются многоступенчатые пароструйныс насосы или так называемые пароэжскторные блоки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
