Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Политермная диаграмма совместной растворимости позволяет также решать вопрос о порядке и степени выделения в осадок одной из солей при добавлении к раствору другой соли. Например, из диаграммы (см. рис. 31) следует, что если к раствору, насыщенному КС1, добавить твердую соль NaCl, то она, растворяясь, вытесняет из раствора часть хлористого калия
Рис. 32. Изотермическая диаграмма рас- N(NaCl)
в осадок. Фигуративная точка раствора перемещается при этом по кривой растворимости АВ по направлению к эвтонической точке В, в которой и заканчивается процесс высаливания.
Умение пользоваться диаграммами совместной растворимости совершенно необходимо для разработки наиболее рациональных технологических схем получения того или иного продукта. Для пояснения рассмотрим принцип переработки сильвини-товых руд, представляющих собой смесь КС1 и NaCl. Компоненты этой смеси можно разделить, проводя последовательно процессы растворения и кристаллизации. При растворении сильвинита можно получить насыщенный раствор обеих солей, т. е. эвтонический раствор. Из сопоставления изотерм растворимости системы КС1—NaCl—Н2О (см. рис. 31) видно, что такой эвтонический раствор при 100°С (точка В) содержит КС1 в количестве 36 г, a NaCl — 26 г на 100 г воды. При температуре 40° С насыщенный обеими солями раствор (точка В2) содержит 19 г КС1 и 28 г NaCl на те же 100 г воды. Таким образом, при охлаждении эвтонического раствора от 100 до 40° С (процесс изобразится линией BD) из него будет кристаллизоваться только КС1, количество которого характеризуется отрезком BD =
= 36—21 = 15 г на каждые 100 г растворителя. В процессе кристаллизации раствор становится ненасыщенным по NaCl. Если после отделения выпавшего кристаллического КС1 маточный раствор вновь нагреть до 100° С, то он будет сильно ненасыщен по хлористому калию и лишь слегка недонасыщен по хлористому натрию. Поэтому при обработке свежих порций сильвинита горячим маточным раствором в нем будет растворяться преимущественно КС1 и, таким образом, вновь будет получен эвтонический раствор состава, характеризуемого точкой В. При охлаждении этого раствора опять начнется кристаллизация КС1. Таким цикличным процессом можно полностью разделить сильвинит на КС1 и NaCl.
Для изображения плоских диаграмм растворимости тройных систем используется треугольная система координат, а сама 51
л*
диаграмма, представленная в виде равностороннего или прямоугольного треугольника, носит название треугольника состава системы. Концентрация компонентов в растворе на таких диаграммах выражается в массовых или молярных процентах.
На рис. 32 в виде равностороннего треугольника состава изображена изотермическая диаграмма растворимости той же тройной системы КС1—NaCl—НгО при 100° С. Вершины тре-угольника О, N и К соответствуют компонентам ЩО, NaCl и КС1. Любая точка, расположенная на одной из сторон треугольника, представляет состав смеси, состоящий только из двух компонентов. Так, точки на сторонах треугольника ON иОК отвечают составам растворов соответственно NaCl и КС1 в воде. Точка В соответствует насыщенному раствору NaCl, а точка А — насыщенному раствору КСI.
Точки внутри треугольника представляют собой смеси, состоящие из трех компонентов, соотношение которых определяют, опуская из соответствующей точки перпендикуляры на все три стороны треугольника (сумма этих перпендикуляров всегда равна высоте треугольника). Длина каждого перпендикуляра отвечает относительному количеству того компонента в смеси, который расположен в вершине треугольника, лежащей против стороны, на которую опущен перпендикуляр.
Линия ВС представляет растворы, насыщенные NaCl, а линия АС — растворы, насыщенные КСI. Точка С (эвтоническая точка) характеризует состав раствора, насыщенного обеими солями. Площадь ОВСА представляет область ненасыщенных растворов; площадь BCN — область смеси насыщенных растворов NaCl с избытком твердой соли NaCl; площадь АСК — область смеси насыщенных растворов КС1 с избытком твердой солиКС1; площадь CNK — эвтонический раствор состава С, насыщенный обеими солями в присутствии смеси твердых солей NaCl и КС1.
С помощью таких изотермических диаграмм растворимости удобно рассчитывать процессы при постоянной температуре,
например процесс изотермической кристаллизации солей. Так, если ненасыщенный раствор (точка а) испарять при 100° С, то его фигуративная точка, двигаясь по лучу испарения ОаЕ, дойдет до кривой растворимости хлористого калия АС. В точке Е раствор станет насыщенным КС1 и при дальнейшем упаривании раствора из него начнет кристаллизоваться хлористый калий, а фигуративная точка раствора будет перемещаться по линии ЕС. По достижении эвтонической точки С начнется совместная кристаллизация КС1 и NaCl, и состав раствора останется постоянным до полного его упаривания.
Для удобства пользования на изотермические диаграммы растворимости иногда наносят несколько изотерм (на рис. 32 изотерма при 10° С показана пунктирными линиями BiCj и CiAi).
Если треугольная диаграмма растворимости используется в основном для численных расчетов, то ее изображают в виде прямоугольного равнобедренного треугольника с фигуративной точкой воды в вершине прямого угла. Подобная диаграмма растворимости тройной системы КС1—NaCl—Н20 при 25 и 100° С изображена на рис. 33. Катеты треугольника разбиты на 100 равных частей и на них отложена концентрация растворенных солей КС1 (по оси О К) и NaCl (по оси ON). Количество воды (в %) в растворе определяется арифметически как недостающее к сумме значений концентраций обеих солей до 100%. Общий вид диаграммы растворимости в форме прямоугольного треугольника напоминает диаграмму в форме равностороннего треугольника; сохраняются описанные выше значения полей, линий и точек диаграммы.
