Под действием напора, создаваемого циркуляционным насосом (поз. 11), перегретый маточный раствор, поступающий из греющей камеры (поз 12), вытекая из сопла (поз. 9) струйного насоса с большой скоростью, подсасывает суспензию, циркулирующую в аппарате.

Поступающий исходный раствор и образовавшаяся смесь поднимается по центральной циркуляционной трубе (поз. 3) вверх и на выходе из нее вскипает вследствие наличия разряжения 1,5–1,9 кПа в сепараторе (поз. 2) вакуум – кристаллизатора.

При кипении раствор теряет тепло перегрева и охлаждается до равновесной температуры кипения раствора при данном остаточном давлении. В результате охлаждения, а также за счет испарения при кипении части растворителя, в растворе создается пересыщение и происходит выделение зародышей кристаллической соли медного купороса и рост кристаллов на зародышах, которые поступили ранее из центральной циркуляционной трубы (поз. 3) в зону кипения.

Образовавшиеся кристаллы в виде суспензии частично выводятся из вакуум – кристаллизатора. Основная часть образовавшейся в зоне кипения суспензии движется по кольцевому зазору между стенкой корпуса, цилиндрической отстойной перегородкой (поз. 4) и центральной циркуляционной трубой (поз. 3), опускаясь в нижнюю часть кристаллизатора.

По мере движения вниз, происходит снятие остаточного пересыщения раствора на поверхности готовых кристаллов и сгущение кристаллов, путем отвода части осветленного маточного раствора и мелкодисперсной фракции из отстойной камеры (поз. 15) в наружный циркулярный контур (поз. 7, 11). При этом осветленный маточный раствор с мелочью из отстойной камеры по обратной циркуляционной трубе (поз. 7) засасывается циркуляционным насосом (поз. 11) и нагнетается им в греющую камеру (поз. 12).

Далее нагретый в греющей камере маточный раствор поступает в сопло струйного насоса (поз. 9), где он используется в качестве рабочей жидкости. Струя нагретого раствора, вытекая из сопла с большой скоростью, подсасывает исходный раствор, подаваемый в эту зону сепаратора, и суспензию, движущуюся вниз, и нагнетает образовавшуюся смесь в центральную трубу. Цикл многократно повторяется.

Таким образом, суспензия, непрерывно движущаяся в корпусе кристаллизатора по центральной трубе (поз. 3) вверх и вне центральной трубы вниз, образует внутренний циркуляционный контур, здесь происходит рост и укрупнение кристаллов до определенной величины с последующим выводом готовых кристаллов из аппарата.

Осветленный маточный раствор, непрерывно отбираемый из отстойной камеры (поз 15) и движущийся по обратной циркуляционной трубе (поз 7) во всасывающий патрубок циркуляционного насоса, а затем нагнетаемый через трубки греющей камеры (поз. 12) в сопло (поз. 9), образует наружный циркуляционный контур, здесь происходит перегрев раствора с одновременным растворением зародышей.

С целью достижения определенной интенсивности теплопередачи в греющей камере и исключения солевых отложений на теплопередающих поверхностях греющих трубок, за счет высокой скорости движения раствора по трубкам, греющая камера выполнена 6‑ходовой по раствору.

Отвод продукционной суспензии из вакуум–кристаллизатора может

осуществляться непрерывно тремя способами:

· на I стадии с донной части аппарата – через стакан (поз. 24);

· на II стадии с уровня кипящего раствора – через «фонарь»;

· на III стадии – через пульпоотводящую трубу (поз. 10).

Эти пульпоотводящие узлы выполнены таким образом, что при работе их в вакуум – кристаллизаторе автоматически поддерживается рабочее положение уровня раствора. Основным является отвод продукционной суспензии с донной части аппарата.

На процесс кристаллизации оказывают влияние следующие факторы:

а) Температура

Повышение температуры пересышенного раствора увеличивает скорость образования кристаллических зародышей. С повышением температуры снижается поверхностное натяжение между раствором и образующимся микрозародышем и облегчается работа по образованию мелких кристаллов.

Для создания условий роста кристаллов необходимо регулировать процесс (снижать) образования микрозародышей. На практике это достигается путем поддержания разницы температур на входе и выходе из греющей камеры, для того, чтобы микрозародыши успевали раствориться, проходя по трубкам греющей камеры.

б) Растворимые примеси

Примеси, присутствующие в растворе, оказывают различное влияние на скорость образования центров кристаллизации, одни из них резко повышают скорость кристаллизации, другие действуют как поверхностно – активные вещества на поверхности микрозародышей и препятствуют кристаллизации пересыщенных растворов.

Для определения расчетных технологических параметров работы оборудования проведены материально – тепловые расчеты. В расчетах приняты номинальные значения параметров.

Уравнение материального баланса

ύ0iρ0i = ύsi ρci + W, (11)

где ύ0, ύs – объемный расход исходного раствора и суспензии, м3/ч;

ρ0, ρc – плотность исходного раствора и суспензии, кг/м3;

W – массовый расход вторичного пара, кг/ч;

i – индекс, обозначающий стадию кристаллизации.

Расход вторичного пара после преобразования уравнения

Wi = ύ0iρ0i – ύsi ρci (12)

Расход вторичного пара на каждую стадию равен:

Первая стадия W1 = 4,69 х 1155 – 1,85х 1395 = 2836 кг/ч;

Вторая стадия W2 = 1,49х1200 – 0,75х1400 = 738 кг/ч;

Третья стадия W3 = 2,44х1255 – 1,63х1380 = 813 кг/ч/

Уравнение теплового баланса кристаллизатора:

S0i C0i t0i + λ Sкр.i + φгр.i = Wi ίi + (S0i – Sкр. i – Wi)* Cмi ti + Sкр.i Cкр ti + φгрCкi tкi (13)

откуда расход греющего рара с учетом его неполноты конденсации равен

φгр. i = 1,05 , (14)

где S0i, Sкрi – массовый расход исходного раствора и кристаллического медного купороса, кг/ч.

S0 = υ0 ρ0 (15)

λ = – 315,3 кДж/кг – теплота кристаллизации медного купороса;

C0i, Cмi, Cкр, Cкi – теплоемкость исходного раствора, маточного раствора, кристаллов медного купороса, конденсата греющего пара, кДж/кгС0;

t0i – температура исходного раствора, 0С;

ti = 450С, температура кристаллизации;

tк = tгр – 2 = 105 – 2 = 103 0С;

tni = ti – δ – температура вторичного пара, 0С;

tni = 45 – 5 = 400С;

δ = 50 С – температурная депрессия упаренного раствора;

ϊ= 2574 кДж/кг – теплосодержание вторичного пара при температуре;

ϊг = 2684,1 кДж/кг – теплосодержание греющего пара;

1,05 – коэффициент, учитывающий неполноту конденсации греющего пара.

По формуле (14) рассчитаем расход греющего пара на каждую стадию кристаллизации.

I стадия выпарки

φгр. 1= 1,05*= 3048,5 кг/ч;

φгр. 2= 1,05= 832 кг/ч;

φгр. 3= 1,05=990 кг/ч.