CZ201952A3 - Crystallization evaporator - Google Patents

Abstract

Krystalizační odparka je vytvořena pro přímou výrobu krystalů oddělováním látky rozpuštěné v kapalině od kapaliny, které se děje odpařováním kapaliny do meze, kdy dochází ke kontinuální tvorbě krystalů z látky rozpuštěné v kapalině. Krystalizační odparku tvoří krystalizační nádoba (2) a nad ní umístěná odpařovací brýdová nádoba (1). Ke krystalizační nádobě (2) je ze spodu upevněna sedimentační nádoba (3) a k této je upevněna výpustná nádoba (4), která je uzavřena dnem. Krystalizační nádoba (2) má tangenciálně zaústěné vstupní hrdlo (12) přehřátého roztoku a v jejím nitru je obtokový válec (6) pro vedení proudu přehřátého roztoku. Obtokový válec (6) má nahoře kryt s odvzdušňovacím otvorem (17) a dolní část obtokového válce (6) překrývá horní konec sací trubky (5). Tato je do krystalizační nádoby (2) zavedena přes výpustnou nádobu (4) a přes sedimentační nádobu (3) a vyúsťuje ze dna výpustné nádoby (4), nad kterým je vypouštěcí hrdlo (15) krystalové suspenze a nad ním vstupní hrdlo (14) matečného roztoku.The crystallization evaporator is formed for the direct production of crystals by separating the substance dissolved in the liquid from the liquid, which is done by evaporating the liquid to the limit where the crystals are continuously formed from the substance dissolved in the liquid. The crystallization evaporator consists of a crystallization vessel (2) and a vaporization vaporization vessel (1) placed above it. A sedimentation vessel (3) is attached to the crystallization vessel (2) from below and an outlet vessel (4) which is closed with a bottom is attached to it. The crystallization vessel (2) has a tangentially connected inlet throat (12) of the superheated solution and there is a bypass cylinder (6) therein for guiding the flow of the superheated solution. The bypass cylinder (6) has a cover with a vent hole (17) at the top and the lower part of the bypass cylinder (6) overlaps the upper end of the suction pipe (5). This is introduced into the crystallization vessel (2) via the discharge vessel (4) and through the sedimentation vessel (3) and results from the bottom of the discharge vessel (4), above which the discharge neck (15) of the crystal suspension and the inlet neck (14) mother liquor.

Description

Krystalizační odparkaCrystallization evaporator

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká krystalizační odparky, která je využitelná pro přímou výrobu krystalu oddělováním látky rozpuštěné v kapalině od kapaliny. Oddělování rozpuštěné látky se děje procesem odpařování kapaliny do meze, kdy dochází ke kontinuální tvorbě krystalu z látky rozpuštěné v kapalině, k separování krystalu a jejich odvodu z odparky.The present invention relates to a crystallization evaporator which is useful for the direct production of a crystal by separating a substance dissolved in a liquid from a liquid. Separation of the solute takes place by the process of evaporation of the liquid to the limit where continuous crystal formation occurs from the substance dissolved in the liquid, separation of the crystal and their removal from the evaporator.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V současné době se používají při odpařování, to je při oddělování páry od vroucí kapaliny, dva typy odparek různých konstrukcí. Jeden typ představují tak zvané odparky zahušťovací. To jsou odparky, u kterých dochází při odpařování pouze ke zvýšení koncentrace pevné fáze, která je rozpuštěná ve vroucí kapalině. Druhý typ představují odparky krystalizační. Jsou to odparky, kde dochází k odpařování takového množství kapaliny, při němž koncentrace pevné fáze rozpuštěné v kapalině dosáhne meze nasycení a při pokračujícím dalším odpařování dochází k separování této pevné fáze ve formě krystalů, které jsou odváděny z odparky. Konstrukčně bývají krystalizační odparky řešeny jako duplikované nádoby, které fungují diskontinuálně. nebo jako kontinuální odparky, které například sestávají ze dvou válcových nádob ve vertikálním kolonovém uspořádání s nejméně dvěma vnitřními funkčními prostory, přičemž odpařovací nádoba je umístěna nad krystalizační nádobou. Spodní prostor odparky je řešen jako usazovací prostor bez pohybu kapaliny. V tomto prostoru klesají krystaly k jeho dnu a kapalina je odsávána z místa nad usazenými krystaly, jak je patrné např. z českého patentu CZ 101378 B6. U tohoto řešení se vyskytuje problém, kterým je nežádoucí usazování krystalů z krystalové suspenze. Usazování je zapříčiněné nedostatečným promícháváním krystalové suspenze. Tím dochází k zarůstání a ucpávání tras pro odvod krystalů z odparky. U cirkulačních odparek bez usazovacího prostoru používaných pro oddělování rozpuštěné látky v kapalině, dochází k vyššímu opotřebení cirkulačního čerpadla krystaly, které jsou obsaženy v cirkulující kapalině nebo k následnému usazování krystalů v aparátech přes které prochází cirkulující kapalina se sníženou její rychlostí. To se stává například ve vařáku v provedení deskového výměníku, což představuje značnou nevýhodu. Cílem tohoto vynálezu je proto vytvoření krystalizační odparky, kterou se dosáhne vysoké produkce výroby krystalů při jednoduché konstrukci odparky a rovněž pň nižších výrobních a provozních nákladech.Currently, two types of evaporators of different designs are used in evaporation, i.e. in the separation of steam from boiling liquid. One type is the so-called thickening evaporators. These are evaporators in which the evaporation only increases the concentration of the solid phase which is dissolved in the boiling liquid. The second type is crystallization evaporators. These are evaporators where the amount of liquid evaporates at which the concentration of the solid phase dissolved in the liquid reaches the saturation limit and as further evaporation continues, this solid phase separates in the form of crystals which are discharged from the evaporator. Structurally, crystallization evaporators are designed as duplicate vessels, which operate batchwise. or as continuous evaporators, which for example consist of two cylindrical vessels in a vertical columnar arrangement with at least two internal functional spaces, the evaporation vessel being located above the crystallization vessel. The lower space of the evaporator is designed as a settling space without liquid movement. In this space, the crystals sink to its bottom and the liquid is sucked out of the place above the settled crystals, as can be seen, for example, from the Czech patent CZ 101378 B6. There is a problem with this solution, which is the undesirable deposition of crystals from the crystal suspension. Sedimentation is caused by insufficient mixing of the crystal suspension. This overgrows and clogs the paths for the removal of crystals from the evaporator. In circulating evaporators without a settling space used for separating the solute in the liquid, there is a higher wear of the circulating pump by crystals contained in the circulating liquid or a subsequent settling of crystals in the apparatus through which the circulating liquid passes at a reduced velocity. This happens, for example, in a reboiler in the form of a plate heat exchanger, which is a considerable disadvantage. It is therefore an object of the present invention to provide a crystallization evaporator which achieves a high production of crystal production with a simple evaporator design as well as lower production and operating costs.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedený cíl splňuje krystalizační odparka podle tohoto vynálezu. Její základní konstrukci tvoří krystalizační nádoba a s touto prostorově spojená a nad ní umístěna odpařovací brýdová nádoba. Podstata krystalizační odparky podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že ke krystalizační nádobě je vertikálně a průchodně upevněna sedimentační nádoba a k sedimentační nádobě je průchodně upevněna výpustná nádoba, která je uzavřena dnem. Krystalizační nádoba je opatřena tangenciálně zaústěným vstupním hrdlem pro přívod přehřátého roztoku. Uvnitř krystalizační nádoby je v její podélné ose upevněn obtokový válec přehřátého roztoku. Tento válec je nahoře uzavřen kuželovým krytem s odvzdušňovacím otvorem ve vrcholu krytu, který přečnívá do odpařovací brýdové nádoby. Dolní konec obtokového válce překrývá horní konec sací trubky, která je do krystalizační nádoby zavedena přes výpustnou nádobu a přes sedimentační nádobu, vyúsťuje ze dna výpustné nádoby a slouží pro odsávání kapaliny z přehřátého roztoku v krystalizační nádobě. Nad dnem výpustné nádoby je umístěno vypouštěcí hrdlo krystalové suspenze a nad ním vstupní hrdlo matečného roztoku. Řešení krystalizační odparky podle vynálezu, kdy přehřátý roztok proudí do krystalizační nádoby tangenciálně a obtéká spirálovitě obtokový válec, významně kladně ovlivňuje jednak proces oddělování rozpuštěné látky z roztokuThe crystallization evaporator according to the invention fulfills this object. Its basic construction consists of a crystallization vessel and an evaporative vapor vessel spatially connected to it and placed above it. The essence of the crystallization evaporator according to the present invention lies in the fact that a sedimentation vessel is vertically and permeably attached to the crystallization vessel and a discharge vessel which is closed by the bottom is continuously attached to the sedimentation vessel. The crystallization vessel is provided with a tangentially opening inlet for the supply of superheated solution. Inside the crystallization vessel, a bypass cylinder of the superheated solution is mounted in its longitudinal axis. This cylinder is closed at the top by a conical cover with a vent hole in the top of the cover which projects into the evaporating vapor container. The lower end of the bypass cylinder overlaps the upper end of the suction tube, which is introduced into the crystallisation vessel via the discharge vessel and via the sedimentation vessel, opens from the bottom of the discharge vessel and serves to aspirate liquid from the superheated solution in the crystallisation vessel. Above the bottom of the discharge vessel is the discharge neck of the crystal suspension and above it the inlet of the mother liquor. The solution of the crystallization evaporator according to the invention, where the superheated solution flows tangentially into the crystallization vessel and bypasses the spiral bypass cylinder, significantly has a positive effect on the process of separating the solute from the solution.

- 1 CZ 2019 - 52 A3 ve formě krystalů a jednak zvyšuje jejich výrobu při nižších výrobních a provozních nákladech.- 1 CZ 2019 - 52 A3 in the form of crystals and on the one hand increases their production at lower production and operating costs.

Objasnění výkresuExplanation of the drawing

Na připojeném výkresu je znázorněno schematicky příkladné provedení krystalizační odparky podle tohoto vynálezu a její zapojení ve vyhřívacím potrubním okruhu a potrubním okruhu separace krystalů.The accompanying drawing schematically shows an exemplary embodiment of a crystallization evaporator according to the invention and its connection in a heating pipe circuit and a crystal separation pipe circuit.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Krystalizační odparka podle vynálezu má základní konstrukci podobnou jako mají dosavadní známé kontinuální krystalizační odparky To znamená, že je v podstatě tvořena několika válcovými nádobami ve vertikálním kolonovém uspořádání. V tomto příkladném provedení je krystalizační odparka tvořena krystalizační nádobou 2 válcového tvaru, k jejímu hornímu čelu je upevněna přírubovým spojem 7 brýdová nádoba 1 ve tvaru válce o přibližně dvojnásobném průměru než má krystalizační nádoba 2 a k jejímu spodnímu čelu je upevněna přírubovým spojem 8 sedimentační nádoba 3 kuželového tvaru. K čelu menšího průměru sedimentační nádoby 3 je upevněna válcová výpustná nádoba 4, která je uzavřena šikmým dnem pod úhlem cca 45°. Brýdová nádoba 1 je uzavřena kulovým vrchlíkem s vývodem 16 brýdových par. Krystalizační nádoba 2 je opatřena v horní části vstupním hrdlem 12, které je tangenciálně zaústěno do jejího nitra. Uvnitř krystalizační nádoby 2 je v její podélné ose umístěn obtokový válec 6 o přibližně polovičním průměru než má krystalizační nádoba 2, který je upevněn průchozím držákem 9. Obtokový válec 6 je uzavřen kuželovým krytem s odvzdušňovacím otvorem 17 v jeho vrcholu přečnívajícím do brýdové nádoby Obtokový válec 6 překrývá část horního konce sací trubky 5, která zasahuje přibližně do poloviny výšky krystalizační nádoby 2, prochází středem sedimentační nádoby 3 a vyúsťuje svým odsávacím hrdlem 13 ze šikmého dna výpustné nádoby 4. Sací trubka 5 je upevněna v průchozím držáku 10 přírubového spoje 8 a v místě překrytí obtokovým válcem 6 je sací trubka 5 vůči němu distančně fixována průchozím držákem 18. Spodní konec u šikmého dna výpustné nádoby 4 je opatřen vypouštěcím hrdlem 15 a nad ním výstupním hrdlem 14 matečných roztoků. Pro ustavení krystalizační nádoby v nosné konstrukci je tato opatřena patkami 11, Krystalizační odparka je instalována ve vyhřívacím cirkulačním potrubním okruhu 19 s napojeným přívodem 20 roztoku obsahujícím rozpuštěnou látku, jak je čárkovaně znázorněno na výkrese. Potrubní okruh 19 obsahuje čerpadlo 21 a vařák 22. Do potrubního okruhu 19 je krystalizační odparka napojena vstupním hrdlem 12 a odváděcím hrdlem 13. Přehřátý roztok je do krystalizační nádoby 2 přiváděn vstupním hrdlem 12 tangenciálně, čímž obtéká spirálovitě obtokový válec 6. Tvořící se krystaly se vlivem odstředivé síly tlačí ke stěně krystalizační nádoby 2 a klesají do sedimentační nádoby 3 a dále ve stavu krystalové suspenze do výpustné nádoby 4. Z této je krystalová suspenze vypouštěna přes vypouštěcí hrdlo 15 do potrubního okruhu 23 separace krystalů, ve kterém je čerpadlem 24 čerpána do separátoru 25, odkud se krystaly vedením 26 odvádějí k dalšímu zpracování a matečný roztok se vrací vstupním hrdlem 14 zpět do výpustné nádoby 4 krystalizační odparky a z této na opětovnou separaci. Odvzdušňovací otvor 17 v kuželovém krytu obtokového válce 6 při tom zamezuje vzniku vzduchového polštáře v jeho vnitřním prostoru. V rozšířeném prostoru brýdové nádoby 1 se snižuje rychlost proudění brýdových par. Tím se její drobné kapky nedrží ve vznosu, zachytávají se na stěně brýdové nádoby 1 a stékají zpět do krystalizační nádoby 2. Z brýdové nádoby 1 pak vychází ven vývodem 16 očištěná pára.The crystallization evaporator according to the invention has a basic construction similar to that of the known continuous crystallization evaporators, i.e. it consists essentially of several cylindrical vessels in a vertical column arrangement. In this exemplary embodiment, the crystallization evaporator is formed by a cylindrical crystallization vessel 2, to its upper face a cylindrical vessel 1 of approximately twice the diameter of the crystallization vessel 2 is fixed by a flange joint 7 and a sedimentation vessel 3 is fixed to its lower face by a flange joint 8. conical shape. Attached to the front of the smaller diameter sedimentation vessel 3 is a cylindrical discharge vessel 4, which is closed by an inclined bottom at an angle of about 45 °. The bladder vessel 1 is closed by a spherical canopy with a 16-vapor outlet. The crystallization vessel 2 is provided in the upper part with an inlet neck 12, which is tangentially opening into its interior. Inside the crystallization vessel 2, a bypass cylinder 6 of approximately half the diameter of the crystallization vessel 2 is located in its longitudinal axis, which is fixed by a through holder 9. The bypass cylinder 6 is closed by a conical cover with a vent 17 at its apex projecting into the vapor vessel. 6 covers a part of the upper end of the suction pipe 5, which extends approximately half the height of the crystallisation vessel 2, passes through the center of the sedimentation vessel 3 and opens with its suction nozzle 13 from the sloping bottom of the discharge vessel 4. The suction pipe 5 is fixed in the through holder 10 of the flange connection 8 and at the point of overlap of the bypass cylinder 6, the suction pipe 5 is remotely fixed to it by a through holder 18. The lower end at the inclined bottom of the discharge vessel 4 is provided with a discharge spout 15 and above it an outlet spout 14 of mother liquors. To set up the crystallization vessel in the supporting structure, it is provided with feet 11. The crystallization evaporator is installed in a heating circulation pipe 19 with a connected solution supply 20 containing a solute, as shown in dashed lines in the drawing. The pipe circuit 19 comprises a pump 21 and a reboiler 22. The crystallization evaporator is connected to the pipe circuit 19 via an inlet 12 and a discharge 13. The superheated solution is fed to the crystallization vessel 2 tangentially through the inlet 12, thereby spirally flowing around the bypass cylinder 6. due to centrifugal force they push against the wall of the crystallization vessel 2 and descend into the sedimentation vessel 3 and further in the state of crystal suspension into the discharge vessel 4. From this the crystal suspension is discharged through the discharge port 15 into the crystal separation pipe 23. separator 25, from where the crystals are discharged via line 26 for further processing and the mother liquor is returned through the inlet neck 14 to the discharge vessel 4 of the crystallization evaporator and from there to re-separation. The vent hole 17 in the conical cover of the bypass cylinder 6 prevents the formation of an air cushion in its inner space. In the enlarged space of the vapor vessel 1, the flow velocity of the vapor vapors decreases. As a result, its tiny droplets are not held in suspension, are trapped on the wall of the vapor vessel 1 and flow back into the crystallisation vessel 2. From the vapor vessel 1, the cleaned steam then exits through the outlet 16.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Krystalizační odparka podle tohoto vynálezu je využitelná pro kontinuální separaci látek rozpuštěných v kapalinách, které vznikají v některých technologických procesech chemické a hutnické výroby.The crystallization evaporator according to the present invention can be used for the continuous separation of substances dissolved in liquids, which arise in some technological processes of chemical and metallurgical production.

Claims (26)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Krystalizační odparka, tvořená krystalizační nádobou a nad ní umístěnou odpařovací brýdovou nádobou, vyznačující se tím, že ke krystalizační nádobě (2) je vertikálně a průchodně upevněna sedimentační nádoba (3) a k této je průchodně upevněna výpustná nádoba (4) uzavřená to dnem, přičemž krystalizační nádoba (2) je opatřena tangenciálně zaústěným vstupním hrdlem (12) přehřátého roztoku a v jejím nitru je upevněn obtokový válec (6) pro vedení proudu přehřátého roztoku, který je shora uzavřen krytem s odvzdušňovacím otvorem (17) a dole překrývá horní konec sací trubky (5), která je do krystalizační nádoby (2) zavedena přes výpustnou nádobu (4) a přes sedimentační nádobu (3) a vyúsťuje ze dna výpustné nádoby (4), 15 nad kterým je provedeno vypouštěcí hrdlo (15) krystalové suspenze a nad ním vstupní hrdlo (14) matečného roztoku.Crystallisation evaporator, consisting of a crystallisation vessel and an evaporation vapor vessel located above it, characterized in that a sedimentation vessel (3) is mounted vertically and continuously to the crystallization vessel (2) and to which a discharge vessel (4) closed at the bottom is fixedly mounted. , wherein the crystallization vessel (2) is provided with a tangentially opening inlet neck (12) of the superheated solution and inside it is mounted a bypass cylinder (6) for conducting a stream of superheated solution, which is closed from above by a cover with a vent hole (17) and the end of the suction pipe (5), which is introduced into the crystallization vessel (2) via the discharge vessel (4) and through the sedimentation vessel (3) and opens from the bottom of the discharge vessel (4), 15 above which a crystal discharge neck (15) is formed. suspension and above it the inlet neck (14) of the mother liquor. 1 výkres1 drawing Seznam vztahových značekList of reference marks 1 - brýdová nádoba1 - vapor container 2 - krystalizační nádoba2 - crystallization vessel 3 - sedimentační nádoba3 - sedimentation vessel 4 - výpustná nádoba4 - drain container 5 - sací trubka5 - suction pipe 6 - obtokový válec6 - bypass cylinder 7 - přírubový spoj7 - flange connection 8 - přírubový spoj8 - flange connection 9 - průchozí držák9 - through holder 10 - průchozí držák10 - through holder 11 - patka11 - foot 12 - vstupní hrdlo12 - inlet neck 13 - odváděči hrdlo13 - outlet 14 - vstupní hrdlo14 - inlet neck 15 - vypouštěcí hrdlo15 - drain neck 16 -vývod16 -pins 17 - odvzdušňovací otvor17 - vent hole 18 - průchozí držák18 - through holder 19 - potrubní okruh19 - piping circuit 20 - přívod20 - inlet 21 - čerpadlo21 - pump 22 - vařák22 - boiler 23 - potrubní okruh23 - piping circuit 24 - čerpadlo24 - pump 25 - separátor25 - separator 26 - vedení26 - management