Cristalizador FC

Princípio de funcionamento

1. Circulação e Evaporação: 

A solução da matéria-prima entra no cristalizador pela entrada, mistura-se com a solução-mãe em circulação e é então bombeada para o aquecedor (por exemplo, um trocador de calor de casco e tubos) por uma bomba de circulação externa.

A solução aquecida entra na câmara de evaporação, onde vaporiza instantaneamente sob pressão reduzida ou normal. Parte do solvente evapora, criando um estado de supersaturação, e o soluto começa a cristalizar.

A solução supersaturada entra em contato com os cristais em suspensão na câmara de evaporação, e o soluto se deposita na superfície do cristal, promovendo o crescimento cristalino e mantendo uma supersaturação estável.

2. Classificação e descarga de cristais:

A suspensão cristalina deposita-se no fundo da câmara de evaporação. Os cristais maiores são separados por um dispositivo de separação (por exemplo, um classificador) e descarregados de forma contínua ou intermitente pela porta de descarga inferior.

Cristais finos entram no tubo de circulação juntamente com a solução-mãe. Alguns retornam ao aquecedor para se dissolverem, enquanto outros continuam a crescer na câmara de evaporação. A distribuição do tamanho das partículas de cristal é mantida controlando-se a vazão de circulação.

3. Controle da supersaturação: 

Ajustando a temperatura de aquecimento, a pressão da câmara de evaporação ou a taxa de fluxo de alimentação, a supersaturação da solução é controlada com precisão para evitar a nucleação espontânea e promover o crescimento dos cristais existentes.

Estrutura e componentes principais

1. Câmara de evaporação: A unidade principal, que contém um espaço de separação para a separação gás-líquido e o crescimento de cristais. Geralmente é equipada com um dispositivo antiespumante para evitar o transbordamento de espuma.

2. Bomba de Circulação: Força a circulação da solução em alta velocidade, garantindo a suspensão dos cristais e a transferência eficiente de calor.

3. Aquecedor: Normalmente um trocador de calor de casco e tubos, que fornece calor para evaporar e concentrar a solução.

4. Dispositivo de classificação: Como um classificador de pernas ou um hidrociclone, que utiliza princípios da dinâmica de fluidos para separar cristais de diferentes tamanhos de partículas.

5. Sistema de Remoção de Cristais Finos: Controlando a vazão de desvio no circuito de circulação, alguns cristais finos são dissolvidos ou retornam à zona de crescimento, otimizando a distribuição do tamanho das partículas.

6. Sistema de Controle: Integra sensores de temperatura, pressão e nível, bem como válvulas de regulagem automática, para obter o controle de parâmetros em circuito fechado.

Vantagens e limitações significativas

Vantagens:

1. Alta eficiência de evaporação: O design de circulação externa forçada encurta o caminho de transferência de calor, tornando-o adequado para materiais de alta viscosidade e reduzindo a resistência à transferência de calor.

2. Qualidade de cristal controlável: O tamanho das partículas é classificado por meio de um dispositivo de classificação, resultando em cristais uniformes e de alta pureza.

3. Alta flexibilidade operacional: Parâmetros como a taxa de fluxo de circulação e a temperatura de aquecimento podem ser ajustados para se adaptarem às diferentes características do material.

4. Alta adaptabilidade: Compatível com os modos de cristalização por evaporação e por resfriamento; a operação multifuncional pode ser alcançada trocando o trocador de calor.

5. Manutenção prática: Os tubos de circulação e os componentes de aquecimento são fáceis de limpar, reduzindo o impacto da formação de incrustações.

Limitações:

1. Alto consumo de energia: A circulação forçada requer uma potência significativa da bomba, especialmente na produção em larga escala.

2. Estrutura complexa: O sistema de circulação externa aumenta a área ocupada pelos equipamentos e os custos da tubulação.

3. Sensibilidade do material: Materiais altamente corrosivos ou que cristalizam e entopem facilmente exigem materiais especiais ou designs anti-entupimento.

Áreas de aplicação

1. Tratamento de águas residuais: Tratamento de águas residuais com alta salinidade (como águas residuais contendo cloreto de sódio e sulfato de sódio) e recuperação de recursos de sais cristalinos.

2. Indústria Química: Produção de sais inorgânicos (como cloreto de potássio e sulfato de amônio) e ácidos orgânicos (como ácido oxálico).

3. Produtos Farmacêuticos e Alimentos: Separação por cristalização de ingredientes ativos e aditivos alimentares (como glicose e lactose).

4. Novos Materiais Energéticos: Purificação e cristalização de sais de lítio de grau de bateria, sais de níquel-cobalto e outros materiais.

Principais pontos de operação e otimizações

1. Controle da taxa de circulação: Mantenha uma taxa de fluxo adequada para garantir a suspensão dos cristais e evitar sedimentação ou desgaste excessivo.

2. Ajuste da pressão e temperatura da câmara de evaporação: Ajuste o nível de vácuo de acordo com o ponto de ebulição do material para otimizar a taxa de evaporação.

3. Gestão de sementes: Adicione cristais de semente conforme necessário para controlar a taxa de nucleação e estabilizar o crescimento dos cristais.

4. Medidas anticalcário: Limpe o elemento de aquecimento regularmente ou aplique um revestimento anticalcário e monitore a eficiência da transferência de calor.

Os cristalizadores FC, com sua circulação de alta eficiência, operação flexível e qualidade de cristal controlável, tornaram-se equipamentos importantes para o processamento da cristalização de materiais complexos. Eles apresentam desempenho particularmente bom em cenários que exigem alta eficiência de evaporação ou controle rigoroso do tamanho das partículas de cristal. No entanto, é necessário encontrar um equilíbrio entre o consumo de energia e o custo do equipamento, e a operação econômica pode ser alcançada por meio da otimização do processo.