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.

Определим напор и выберем циркуляционный насос.

Циркуляционный насос, установленный в наружном циркуляционном контуре, должен обеспечить требуемую подачу раствора для преодоления гидростатического давления, возникающего за счет разности плотностейй суспензии внутри аппарата и маточного раствора в наружном контуре.

В днище кристаллизатора установлено сопло, которое вместе с центральной циркуляционной трубой образует струйный насос, обеспечивающий циркуляцию суспкнзии по внутреннему контуру.

Определяющим геометрическим параметром струйного насоса является отношение площади поперечного сечения камеры смешения (центральной циркуляционной трубы) к площади поперечного сечения выходного отверстия сопла. Оптимальное значение отношения этих сечений для струйного насоса без диффузора определяем из уравнения

, (16)

n = , (17)