Назначение и характеристика процесса получения сульфата магния. Кристаллизаторы, их виды и принцип действия. Определение концентрации маточного раствора и давления в кристаллизаторе. Техники безопасности при эксплуатации кристаллизационной установки.
Аннотация к работе
Вакуум - кристаллизаторы служат для передачи теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Циркуляционные вакуум-кристаллизаторы находят, в химической промышленности все более широкое распространение. Вакуум-кристаллизаторы бывают: Вакуум-кристаллизатор с пропеллерной мешалкой. За последние годы в химической промышленности все более широкое распространение получают циркуляционные вакуум-кристаллизаторы. В данном курсовом проекте поставлена цель: Спроектировать и рассчитать вакуум-кристаллизатор для раствора MGSO , если G=17000 кг/ч, а =0,15, t =60 С, t =20 C .В основу классификации кристаллов положена их симметрия, известно 32 вида симметрии кристаллов. В зависимости от условий кристаллизации (температуры, давления и др.), одно и то же вещество может образовывать разные по симметрии и форме кристаллы, называемые полиморфными разновидностями или модификация. Кристаллизацию можно осуществить различными способами: путем охлаждения растворов, расплавов и паров (при кристаллизации из водных растворов этот способ называют изогидрической кристаллизацией); При кристаллизации высаливанием пересыщение в растворе может создаваться путем добавления в систему какого либо вещества, снижающего растворимость основного вещества в растворителе. Кристаллы, имеющие размер меньше этого минимального, или критического, будут растворяться, а кристаллы, имеющие размер больше критического, будут расти.
Введение
На сегодняшний день, после выхода Послания от 2012 года, президента Н.А.Назарбаева большой вклад основывается на улучшения и развитие химической, нефтяной, аграрной индустрии. Это означает, что Казахстан выходит с каждым разом к своей цели, на укрепление, улучшению экономики Казахстана!
Вакуум - кристаллизаторы служат для передачи теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. Применяется в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.
Кристаллизация переход вещества из газообразного (парообразного), жидкого или твердого аморфного состояния в кристаллическое, а также из одного кристаллического состояния в другое (рекристаллизация, или вторичная К.); фазовый переход первого рода. К. из жидкой или газовой фазы экзотермический процесс, при котором выделяется теплота фазового перехода, или теплота.
Одним из многочисленного выбора теплообменных аппаратов являются вакуум- кристаллизаторы. Циркуляционные вакуум- кристаллизаторы находят, в химической промышленности все более широкое распространение.
Вакуум-кристаллизаторы бывают: Вакуум- кристаллизатор с пропеллерной мешалкой.
Вакуум- кристаллизатор с циркуляционным насосом.
Очевидные преимущества циркуляционных вакуум - кристаллизаторов позволяют считать их наиболее перспективными для химической технологии. Это подтверждается тем фактом, что, несмотря на сравнительно небольшой срок их промышленной эксплуатации, в настоящее время предложено много различных вариантов этих аппаратов.
Отличительной особенностью этих кристаллизаторов является наличие циркуляционной трубы по всей высоте аппарата. Эти недостатки устранены в циркуляционных вакуум - кристаллизаторах, что обеспечило их широкое распространение. За последние годы в химической промышленности все более широкое распространение получают циркуляционные вакуум- кристаллизаторы. В данном курсовом проекте поставлена цель: Спроектировать и рассчитать вакуум- кристаллизатор для раствора MGSO , если G=17000 кг/ч, а =0,15, t =60 С, t =20 C .
1.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Назначение и характеристика процесса вакуум кристаллизатор сульфат магний
Сульфат магния (MGSO)- бесцветные призматические кристаллы, выветривающиеся на воздухе, легко растворимы в воде, практически не растворимы в спирте. Водные растворы имеют горько-соленый вкус.
Сульфат магния оказывает многогранное влияние на организм. При приеме внутрь он плохо всасывается, действует как слабительное средство, подобно натрия сульфату желчегонное действие, что связано с рефлексами, возникающими при раздражении нервных окончаний слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки.
Получение
Получают в промышленности: растворением Mg и медных отходов в разб. H2SO при продувании воздуха; растворением MGO и H2SO ; сульфатизирующим обжигом сульфидов Mg; как побочный продукт электролитич.рафинирования Mg.
Fe 2HCL=FECL2 H2
FECL2 2NAOH = Fe(OH)2 2NACL
В лаборатории можно получить действием концентрированной серной кислотой на медь при нагревании: 4Fe(OH)2 2H2O O2 =4Fe(OH)3
Сульфат магния наиболее важная соль меди, часто служит исходным сырьем для получения других соединений.
Безводный сульфат магния можно использовать как индикатор влажности, с его помощью в лаборатории проводят осушку этанола и некоторых других веществ.
Наибольшее количество непосредственно применяемого MGSO расходуется на борьбу с вредителями в сельском хозяйстве, в составе бордосской смеси с известковым молоком - от грибковых заболеваний и виноградной тли.
В строительстве водный раствор сульфата магния применяется для нейтрализации последствий протечек, ликвидации пятен ржавчины, а также для удаления выделений солей («высолов») с кирпичных, бетонных и оштукатуренных поверхностей; а также как средство для предотвращения гниения древесины.
Барабанные аппараты широко используются в промышленности в качестве сушилок, кристаллизаторов, печей и др. Механические расчеты вращающихся барабанов включают определение толщины стенки барабана, обеспечивающей прочность и жесткость конструкции, расчет на прочность бандажей, а также опорных и упорных роликов.
Барабанные аппараты могут быть использованы для выпаривания раствора древесноуксусного порошка, поступающего из трехкорпусного аппарата с получением пасты и сухого древесноуксусного порошка.
Барабанные аппараты работают обычно на жидком топливе (на мазуте), иногда на газовом топливе. Если бы после барабана имелся побудитель тяги в барабане создавалось бы разрежение и это способствовало бы процессу упарки. Для таких условий трудно подобрать материал, способный противостоять коррозии. Поэтому вопрос решен иначе: газовый поток преодолевает все сопротивление концентратора за счет напора, создаваемого в топке. Для этого топку герметизируют- заключают в стальной кожух, а воздух, необходимый для горения топлива, нагнетают в топку высоконапорной воздуходувкой. Мазут подается в топку через форсунку; парафинистый мазут предварительно подогревается.
Обычно барабанные аппараты имеют две опоры, но барабаны большой длины делают многоопорными. Для восприятия осевых нагрузок устанавливают упорные ролики. Их располагают так, чтобы они касались боковой поверхности одного из бандажей.
Использование барабанных аппаратов без ударного воздействия для растворения мелких фракций менее эффективно, чем шнековых.
При работе барабанных аппаратов, опирающихся на ролики, в материале бандажей и роликов возникают контактные напряжения. Если принять, что между снимаемыми, цилиндрами отсутствует трение, то можно считать, что в точках контакта будут действовать лишь нормальные давления.
Имеются конструкции барабанных аппаратов, например кюль- вальцы.
Такие конструкции применимы лишь в тех случаях, когда объем среды, подаваемой в аппарат и удаляемой из него, невелик и скорость в сечении цапр допустима. Установка бандажей не сужает сечения аппарата. Кроме того, цапфа, являющаяся низшей кинематической парой, выдерживает большие динамические нагрузки, чем высшая кинематическая пара бандаж- ролик. Поэтому аппараты, испытывающие ударную нагрузку, предпочтительно устанавливать на цапках.
Учитывая широкое применение барабанных аппаратов в качестве сушилок, кристаллизаторов и печей, рассмотрим расчет на прочность их главных узлов и деталей.
От этих недостатков свободны барабанные аппараты.
Также он применяется для изготовления минеральных красок, в медицине, как один из компонентов электролитических ванн для меднения и т.п. и как часть прядильных растворов в производстве ацетатного волокна.
В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е519(консервант).
В природе изредка встречается минерал Халькантит, состав которого близок к MGSO4 *5H2O(1,195)
1.2 Описание схемы процесса
Кристаллизаторы с водяным охлаждением
В таких аппаратах охлаждение раствора производится при помощи змеевика (рисунок 1а), рубашки (рисунок 1б) или выносного холодильника.
Рисунок 1 - Кристаллизаторы с водяным охлаждением. а) со встроенным змеевиком: 1 - корпус; 2 - змеевик; 3 - мешалка; 4 - привод; 5 - разгрузочное устройство; 6 - штуцера для ввода и вывода охлаждающей воды; б) с охлаждающей рубашкой: 1 - корпус; 2 - мешалка; 3 - охлаждающая рубашка; 4 - разгрузочное устройство; 5 - штуцер для подачи охлаждающей воды.
В таких аппаратах может проходить как периодический, так и непрерывный процесс кристаллизации.
В непрерывно действующем аппарате отвод маточного раствора осуществляется сверху. Верхняя часть аппарата выполняется кони ческой, чтобы уменьшить скорость движения раствора, циркулирующим под действием мешалки, и, следовательно, уменьшить опасность уноса мелких кристаллов с маточным раствором. Кристаллы выводятся через нижний штуцер.
Рисунок 2 - Изогидрический кристаллизатор с взвешенным слоем.
Вакуумный кристаллизатор представлен аппаратом с мешалкой.
Горизонтальный кристаллизатор (3) отличается наличием нескольких последовательных ступеней в общем кожухе. По сравнению с одноступенчатым вертикальным кристаллизатором с мешалкой горизонтальный кристаллизатор данного типа имеет несколько преимуществ, главное из которых - меньшие инвестиционные расходы. Кристаллизатор с циркуляционной трубой (2) использует вместо мешалки циркуляционный насос, что позволяет непосредственно регулировать пресыщение, т.е. более эффективно предотвратить первичное образование зародышей. Такие аппараты применяются для производства продуктов, кристаллизующихся медленнее и имеющих меньший диапазон метастабильности. Кристаллизатор с принудительной циркуляцией (4) работает аналогично кристаллизатору с циркуляционной трубой. Регулируемый поток суспензии прокачивается осевым насосом через внешний теплообменник. Этот тип кристаллизатора может также применяться для вакуумной кристаллизации (5).
В суспензионных кристаллизаторах постоянная плотность суспензии поддерживается регулированием массового расхода. Единственный способ повысить плотность (например, для быстрейшего снятия пересыщения)- удалять осветленный раствор из кристаллизатора. Такую возможность открывает батарея кристаллизаторов с циркуляционной трубой и перегородкой. Осторожное перекачивание суспензии, раздельное удаление мелочи и осветленного раствора и классификация позволяют получать более крупные кристаллы. В кристаллизаторах этого типа производятся такие продукты как сульфат аммония, хлорид калия или мочевина, со средним размером частиц выше 1,5 мм.
Еще более крупные кристаллы можно получить только на кристаллизаторах с псевдоожиженным слоем. «Oslo» - наиболее известный тип таких аппаратов. В настоящее время существует два варианта этого типа кристаллизаторов. Первый из них, известный как «Krystal» , имеет определенный функциональный недостаток. Инкрустация может вызывать быструю закупорку кольцевой щели, ведущей в псевдоожиженный слой. Такой кристаллизатор необходимо останавливать для промывки. Более современный тип «MESSO» разработан специально для кристаллизации веществ, склонных к инкрустации, и в нем такая проблема не возникает. Направление потока в выпарной секции изменено: перегретый раствор из теплообменника проходит через коническую часть испарителя, прежде чем достигает поверхности, где испаряется и пересыщается. Это устраняет инкрустацию стенок выпарной секции, и аппарат может работать безостановочно в течение многих недель.[2,512-522]
Список литературы
1.Послание президента Назарбаева Н.А. 2012 . 29 с.
2.Основы общей химии, т.3, Б.В. Некрасов. - М.: Химия, 1970. 195с.
3.Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической промышленности, М.: Химия. 1967-842с.
4.Кувшинский М.Н. Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности», М.: высшая школа. 1980-223с.
5.Плановский А.Н. ,Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии М.: Химия. 1987- 496с.
6.Романков П.Г., Курочкина М.И. Примеры и задачи по курсу «Процессы и аппараты химической промышленности» Л.: Химия. 1984- 229с.
7.Романков П.Г., Курочкина М.И. Расчетные диаграммы и номограммы по курсу «Процессы и аппараты химической промышленности» Учебное пособие для техникумов Л.: Химия. 1985-7л.
8.Павков К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов. Л.: Химия,1987, 576 с.
9.Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Под ред. Ю. И. Дытнерского. М.: Химия, 1983, 38, 272 с.
10. Кристаллизация из растворов химической промышленности Л. Н. Матусевич. М.: Химия 1968, 194-210 с.