Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
С достаточной степенью точности можно утверждать, что использование затравочных кристаллов должно быть тем эффективнее, чем больше склонность вещества к образованию пересыщенных растворов. Действительно, если взять предельный случай, когда кристаллизуемая соль не дает сколько-нибудь заметного пересыщения, то уже при самом малом его значении в растворе будет возникать большое количество новых центров кристаллизации и даже при использовании затравки вряд ли можно ожидать получения крупнозернистого продукта.
Наоборот, при кристаллизации солей, образующих сильно пересыщенные растворы, процесс можно организовать таким образом, чтобы снимать возникающее пересыщение на поверхности 22 затравочных кристаллов, предупреждая тем самым возникнове-
ние новых зародышей. Подтверждением этому является промышленная практика применения затравочных кристаллов при кристаллизации сахара из водных растворов, которые даже при значительном пересыщении обладают большой стабильностью.
Для ориентировочной оценки эффективности использования затравки можно воспользоваться данными табл. 2, которые характеризуют способность различных солей образовывать пересыщенные растворы. С этой точки зрения применение затравки при кристаллизации солей I и II группы нецелесообразно, а наиболее эффективно при кристаллизации солей V и особенно
VI группы.
Можно сделать предположение, что для каждых конкретных условий существует оптимальное количество затравки (для кристаллов данного размера), позволяющее получать наиболее крупнокристалический продукт. Уменьшение количества затравки снизит величину кристаллической поверхности в растворе настолько, что ее может оказаться недостаточно для снятия всего пересыщения. Это приведет к образованию новых зародышей и уменьшению среднего размера зерна в продукте. Такой же результат будет получен и при увеличении количества вводимых затравочных кристаллов.
Априори можно утверждать, что введение затравки тем эффективнее, чем меньше скорость создания пересыщения в растворе. Однако при этом будет соответственно уменьшаться и производительность аппарата.
Отвод наиболее мелких кристаллов из аппарата также является техническим приемом, который используется для увеличения среднего размера зерна в продукте. В самом деле, удаление избыточных центров кристаллизации уменьшает число одновременно растущих кристаллов в растворе, способствуя приросту каждого из них на большую величину. Целесообразность такого приема станозится очевидной, если учитывать, что удаляемые мельчайшие кристаллы, обладая максимальной удельной поверхностью, значительную часть общего пересыщения снимают именно в процессе своего роста, увеличивая при этом лишь немного свои размеры.
Удаление мелких кристаллов из системы широко используется в кристаллизаторах со взвешенным слоем [4, 51, 79], а также в вакуум-кристаллизаторах с циркулирующей суспензией [49, 80—82]. Эти кристаллы обычно удаляются через специальные осветлители-отстойники или растворяются в них при подаче в аппарат острого пара с возвратом полученного раствора.
Чистота продуита
Кристаллизация является одним из наиболее эффективных методов получения веществ в чистом виде. Степень чистоты получаемого продукта при этом зависит как от условий проведения
процесса кристаллизации и последующих вспомогательных операций (фильтрации, промывки), так и от характера самих примесей, присутствующих в растворе. Прнмесн можно разделить на три большие группы: обычные (неизоморфные), изоморфные (а также изодиморфные) и адсорбируемые. Примеси могут захватываться кристаллами путем включений маточного раствора (таким способом в продукт могут попадать все виды примесей); в результате образования смешанных кристаллов (характерно для изоморфных и изодиморфных примесей), а также вследствие адсорбции примесей гранями растущих кристаллов (при наличии в растворе адсорбируемых примесей).
В зависимости от характера примесей для повышения чистоты кристаллов могут быть использованы различные методы.
Обычные (нензоморфные) ярнмеон
Этот вид примесей переходит в готовый продукт за счет включений маточного раствора в трещины и поры кристаллов, по местам их спайки, а также в результате смачивания раствором поверхности кристаллов.
Загрязнение кристаллов примесями можно уменьшить предварительной очисткой исходных растворов, с помощью последующей промывки продукта или путем повторной его кристаллизации. Кроме того, захват кристаллами обычных примесей в большой степени определяется условиями проведения самого процесса кристаллизации — интенсивностью перемешивания кристаллизующегося раствора, а также его пересыщением.
Предварительная очистка исходных растворов от нежелательной примеси понижает ее концентрацию в маточном растворе, а следовательно, и в готовом продукте. На заводах химических реактивов, например, одной из основных стадий производства неорганических солей из технических продуктов является именно очистка растворов от примесей, главным образом железа, тяжелых металлов, иногда от ионов SO4- и т. д. [83]. В ряде случаев такая предварительная очистка растворов позволяет резко повысить сортность получаемого кристаллического продукта [84—86].
