Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Полученные нами результаты позднее были подтверждены и другими авторами при кристаллизации неорганических солей [42, 43], сахарозы [44] и других органических веществ [45].
Лишь в одной работе [46] при кристаллизации хлористого аммония было установлено, что средний размер кристаллов несколько возрастает при увеличении числа оборотов мешалки с 250 до 850 об/мин. Авторы не дали какого-либо объяснения этому факту. Нам думается, что это можно объяснить очень высокими скоростями перемешивания раствора, при которых увеличение числа оборотов мешалки может привести к вращению всей массы раствора и уменьшить тем самым скорость движения мешалки относительно жидкости, что равносильно уменьшению механического воздействия на раствор.
Возможно также, что при изменении условий кристаллизации (скорости движения раствора и темпов его охлаждения) кристаллы NH4C1, как это указывают и сами авторы рассматриваемой работы, могут выпадать либо в виде дендритов, либо в кубической и округлой форме.
Таким образом, интенсивность движения раствора при кристаллизации является одним из важнейших’факторов, который оказывает влияние на конечный размер кристаллов и может быть использован в технике массовой кристаллизации для получения продукта требуемого размера dcр..
В связи с разбираемым вопросом укажем, что высокие скорости движения раствора могут оказывать и другое специфическое воздействие на размер получаемых кристаллов, из
способствуя их чисто механическому истиранию. В одной из наших работ [32] было отмечено, что истирание кристаллов становится заметным при оборотах мешалки 19 рад/сек («180 о б/мин) н резко возрастает при дальнейшем повышении скорости ее вращения. Далее было установлено, что механическое истирание кристаллов вследствие трения их друг о друга, о стенки аппарата и лопасти мешалки усиливается с повышением интенсивности размешивания раствора [38], скорости его движения по циркуляционному контуру [47], а также при увеличении концентрации кристаллов в суспензии и времени их пребывания в аппарате [47, 48]. Получаемые кристаллы имеют округлую форму с закругленными углами и ребрами, в конечном продукте резко возрастает количество мелких фракций. Механическое истирание кристаллов в кристаллизаторах отмечалось и другими авторами [49—51].
Особенно сильное истирающее действие оказывает установленный в циркуляционном контуре центробежный или осевой насос [48].
Нами было показано, что кристаллы различных веществ, как и следовало ожидать, обладают различной склонностью к истиранию. Так, кристаллы К2Сг207, Na2Cr207 • 2Н20 и K4Fe(CN)6 • ЗН20 обладают пониженными механическими свойствами и сравнительно легко истираются. Значительно трудней подвергаются истиранию кристаллы NaN03.
Отметим также обстоятельство, которое в ряде случаев не учитывается технологами, эксплуатирующими кристаллизационные установки. Речь идет о существенном измельчении кристаллов при отделении их от маточного раствора на центрифугах непрерывного действия. Так, нами было установлено [52], что при отделении кристаллов К2Сг207 и Na2Cr207 • 2Н20 от маточного раствора на автоматических центрифугах с цикличным характером работы АГ-1800Х700 (горизонтальные, с ножевым съемом осадка, число оборотов ротора л = 60 рад/сек и 76 рад/сек) их средний размер уменьшается примерно в 1,5 раза (табл. 5).
Как следует из табл. 5, основное измельчение кристаллов К2Сг207 наблюдается в процессе самого центрифугирования, а не в результате промывки или ножевого съема. По-видимому, это происходит в момент попадания кристаллов на быстро вращающийся ротор, когда струя суспензии, подаваемая перпендикулярно его поверхности, как бы срезается ротором.
При центрифугировании кристаллов Na2Cr207 • 2Н20 измельчение происходит главным образом при ножевом съеме осадка. Можно сделать предположение, что при увеличении числа оборотов ротора до 76 рад/сек возросшая центробежная сила способствует также уплотнению осадка, который уже труднее снять со стенки. Поэтому срезание осадка ножом и приводит к исти-114 ранию кристаллов.
ТАБЛИЦА 5
Значение среднего размера кристаллов dcp_ на различных стадиях
центрифугирования
(в мм)
Средний размер кристаллов Средний размер кристаллов
после кристал- лизатора в центрифуге после после кристал- лизатора в центрифуге пзсле
центрифу- гирования промывки ножевого съема Центрифу- гирования ПЭ )МЫВКИ ножевого съемз
к2< 0,29 0,32 0,32 0,31 ^г207, п = 0,25 0,19 0,21 0,19 60 рад,'с 0,22 0,17 0,20 0,17 2К 0,20 0,17 0,20 0,17 Na2Cr; 0,46 0,60 0,66 07 •2Н20 0,41 0,54 0,62 п = 76 р ад/сек 0,30 0,41 0,52
Измельчение кристаллов при центрифугировании отмечается и в других литературных источниках [17].
Влннние нерееыщеннн раствора
Вторым важным фактором, который оказывает влияние на размер получаемых кристаллов, является пересыщение раствора.
Как следует из уравнений (9) и (17), с увеличением степени пересыщения возрастает как скорость образования зародышей, так и скорость их роста, однако последняя зависит от пересыщения в меньшей степени.
Теоретическая зависимость между указанными величинами представлена на рис. 58 [27]. Отношение А/I, определяющее размер получаемых кристаллов, резко уменьшается с возрастанием пересыщения. Таким образом, для получения крупнокристалли-
