Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Влипиие ирироды нристаппиэуемой соли
Размер кристаллов, получаемых массовой кристаллизацией, при прочих равных условиях должен зависеть от физико-химических свойств кристаллизуемой соли и, в первую очередь, от ее способности образовывать пересыщенные растворы. Действительно, для растворов, не способных к сколько-нибудь заметному пересыщению, основная масса кристаллизуемого вещества будет выделяться в виде вновь и вновь образующихся зародышей, в то время как скорость их роста очень мала. Для подобных солей скорость образования зародышей будет значительно преобладать над скоростью их роста, в результате чего можно ожидать образования мелкокристаллического продукта. Напротив, для солей, образующих растворы с большой степенью пересыщения, скорость роста кристаллов будет уже значительной, и в этих условиях возможно получение более крупнокристаллического продукта.
Рассмотрение многочисленных литературных данных и наш опыт работы по кристаллизации различных солей полностью подтверждают сделанное предположение.
Таким образом, можно сформулировать следующее правило: размер кристаллов, получаемых массовой кристаллизацией, при прочих равных условиях тем больше, чем сильнее склонность данной соли к образованию пересыщенного раствора.
Способность различных неорганических солей образовывать пересыщенные растворы рассматривалась выше (см. главу вторую), поэтому на основе табл. 2 приведенное выше правило можно сформулировать по-иному: размер получаемых кристаллов при прочих одинаковых условиях возрастает с увеличением J10 произведения валентности составляющих соль ионов, а также
с увеличением числа молекул кристаллогидратной воды, входящих в ее состав.
Табл. 2 может быть использована при проектировании кристаллизационного оборудования. В самом деле, если при определенном режиме работы данной конструкции кристаллизатора для кристаллизующейся соли известна величина dcp., то при работе этого аппарата и в том же режиме, но при кристаллизации другой соли с помощью табл. 2 можно ориентировочно предсказать, в какую сторону будет изменяться крупность получаемых кристаллов.
Влияние режима работы аппарата на размер кристаллов продукта рассматривается во второй части книги.
Влипиие перемешивании раствора
Скорость движения раствора при кристаллизации является одним из важнейших факторов, определяющих размер получаемых кристаллов.
В работах [31—38] по изогидрической кристаллизации различных солей (КС1, KNO3, NaNCb, Pb(N03)2, K4Fe(CN)6-3H20, CuS04-5H20, NH4A1(S04)2* 12НгО), отличающихся между собой физико-химическими и кристаллографическими свойствами, нами было показано, что переход от кристаллизации в покое к кристаллизации с размешиванием раствора приводит к резкому уменьшению крупности кристаллов, причем с увеличением скорости размешивания происходит дальнейшее постепенное уменьшение среднего размера кристаллов.
На рис. 57 представлены результаты ситовых анализов кристаллов NaN03 и NH4A1(S04)2* 12Н20 в зависимости от числа оборотов мешалки, а в табл. 4 приведено влияние того же фактора на средневзвешенный размер кристаллов dcp. различных солей, вычисленный по данным гранулометрического состава.
ТАБЛИЦА 4
Изменение средневзвешенного размера кристаллов продукта dcp при различных скоростях вращения мешалки п
Число оборотов мешалки п Кристаллизуемое вещество
рад/сек об/мин KCI KN03 NaNOs Pb(N03)2 Сц50,-5Н20 K,Fe(CN),;-3H20 NH4A1(SO,)j.12HjO
0,063 0,6 0,45 0,89 0,93 0,69 1,69 1,72 1,80
0,63 6 0,39 0,61 0,45 0,51 0,90 0,84 0,99
.S’3 60 0,37 0,43 0,30 0,23 0,46 0,57 0,58
18,9 180 0,23 0,23 0,28 0,14 0,39 0,27
Кристаллизация каждой соли проходила при одних и тех же условиях, за исключением числа оборотов мешалки.
Полученные результаты можно легко объяснить, если исходить из того, что пересыщенные растворы представляют собой гетерогенные системы. В этом случае с повышением числа оборотов мешалки, как уже указывалось в главе второй, должна увеличиваться скорость образования зародышей за счет инерционного выброса неустойчивых «дозародышей» из обедненных и нагретых вследствие их образования участков материнской среды в соседние более богатые и холодные участки, где значительно облегчается рост зародышей до устойчивых размеров. Однако повышение интенсивности движения раствора увеличи-
Рис. 57. Г ранулометрический состав кристаллов NH4AI (SOt)2\ X 12HsO (а) и NaN03 (б), полученных при различных числах оборотов мешалки п (рад/сек):
1 — п = 0,063; 2-п = 0,63; 3-п = 6,3; 4-п= 18,9.
вает и скорость роста кристаллов за счет ускорения диффузионного переноса кристаллизующегося вещества к их граням. Плавное уменьшение среднего размера кристаллов dcv. с увеличением скорости размешивания указывает, прежде всего, на то, что количественное влияние скорости движения раствора как на скорость роста кристаллов, так и на скорость образования зародышей примерно одинаково.
Уменьшение величины dcp. по мере увеличения числа оборотов мешалки позволяет предполагать, что при этом скорость образования зародышей несколько обгоняет скорость роста кристаллов. Последнее объясняется структурой турбулентного движения, которая по мере возрастания степени турбулентности становится все более измельченной в отношении отдельных вихрей и участков пульсирующих скоростей [39, 40]. При интенсивном турбулентном движении становится возможным захват и выброс в соседние участки среды все более мелких кристаллических образований — «дозародышей». Следовательно, становится все более эффективным ускоряющее действие размешивания на образование зародышей. В то же время влияние все более интенсивного перемешивания на скорость роста кристаллов постепенно уменьшается [8, 41].
