Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Скорость размешивания растворов при кристаллизации оказывает существенное влияние на загрязнение кристаллов обычными примесями. Специальными опытами [35, 87—90] было установлено, что переход от кристаллизации в покое к кристаллизации с размешиванием раствора, а также повышение интенсивности его перемешивания ведет к систематическому уменьшению содержания этих примесей в продукте.
Результаты опытов по кристаллизации калиевой селитры и желтой кровяной соли в присутствии хлористого калия, представленные на рис. 61, а, показывают, что при максимальной скоро-
сти вращения мешалки л = 18,9 рад/сек содержание ионов хлора в кристаллах снижается на 70—80 отн.% по сравнению с кристаллизацией в покое.
Приведенная зависимость объясняется следующим образом. Ранее указывалось, что перемешивание раствора препятствует осаждению кристаллов на дне и стенках аппарата и тем самым предупреждает возможность их совместного друзового роста. В случае друзового роста маточный раствор всегда перекрывается гранями рядом растущих кристаллов.
Кроме того, при размешивании повышается внутренняя однородность отдельных кристаллов, так как около них ликвидируются концентрационные потоки, способствующие включению маточного раствора. Наконец, с повышением интенсивности движения раствора снижается количество агрегатов в продукте (рис. 61,6), а следовательно, уменьшается и захват маточного раствора, который всегда неизбежен по местам спайки отдельных кристалликов, образующих агрегат. Следовательно, крупнокристаллический продукт, получаемый при малой интенсивности размешивания, не должен оцениваться высоко.
Итак, для получения чистого продукта в ряде случаев может оказаться достаточным только выбор соответствующих гидравлических условий проведения процесса кристаллизации.
Пересыщение раствора при кристаллизации влияет на степень агрегированности кристаллов [33], а следовательно, на захват ими маточного раствора и чистоту продукта.
В специальном исследовании [89] при изогидрической кристаллизации KN03 и K4Fe(CN)e" ЗН2О в присутствии КС1 было показано, что при прочих равных условиях с уменьшением скорости кристаллизации (обусловленной замедленным охлаждением) снижается степень агрегированности продукта и повышается его химическая чистота, определяемая по содержанию примеси С1" (табл. 7).
Рис. 61. Влияние числа оборотов мешалки п на содержание нонов хлора в продукте (а) и степени агрегированности кристаллов (б):
/-для K<Fe (CN)„ • 3H20; 2-для KNOa.
Таблица 7
Содержание Cl (в масс. %) в кристаллах в зависимости от времени кристаллизации т и числа оборотов мешалки
т ч п рад сек Система (основное вещество — примесь)
KtFe<CN)t.3H20-r КС1 KNO 4- КС1
степень агрегиро- ванности % концентрация KCI кг/м5 степень агрегиро- ванности % концентрации КС1 30 кг/л*
21 42
0,75—1,00 0,063 93 0,025 0,050 100 0,060
0,63 68 0,020 0,045 100 0,054
6,3 45 0,020 0,045 52 0,035
18,9 2 0,010 0,020 18 0,044
9,5—10,5 0,063 67 0,020 0,050 79 0,035
0,63 32 0,015 0,035 66 0,035
6,3 5 0,015 0,025 6 0,026
18,9 0 0,010 0,015 0 0,019
Из данных таблицы следует, что с уменьшением времени кристаллизации (при прочих равных условиях) систематически увеличивается степень агрегированности кристаллов и содержание в них примеси С1~. Это можно объяснить только тем, что с увеличением скорости охлаждения раствора возрастает пересыщение, при котором начинается и протекает в дальнейшем кристаллизация [33, 91]. В этих условиях блоковый механизм роста кристаллов преобладает над молекулярно-диффузионным, в результате чего значительное количество маточника захватывается в промежутках между отдельно срастающимися блоками, а сам кристалл в процессе роста приобретает явно выраженную агрегированную форму.
Промывка кристаллов. Большая часть маточного раствора с примесями, содержащимися в нем, сосредоточена на поверхно-t сти полученных кристаллов. Количество этого маточного раствора зависит от гранулометрического состава продукта и способа разделения суспензии. Чем меньше размер кристаллов, тем больше их удельная поверхность и тем, следовательно, больше маточного раствора приходится на единицу массы кристаллов. К тому же мелкокристаллический продукт значительно труднее отделяется от раствора, поскольку он обладает большим удельным сопротивлением фильтрации.
Наиболее целесообразно разделять суспензию на центрифуге. После нее влажность кристаллов в зависимости от размера и плотности составляет в среднем от 2 до 5%, в то время как содержание влаги в продукте после фильтров колеблется от 15 126 ДО 25%.
Для характеристики степени очистки вещества в процессе кристаллизации от неизоморфной примеси Г. И. Горштейн [92, 93] предлагает пользоваться коэффициентом кратности очистки &Кр., который представляет собой отношение концентрации примеси в растворе, поступающем на кристаллизацию, к концентрации примеси в кристаллическом продукте вследствие включений маточного раствора (концентрации берутся в пересчете на основное вещество), и может быть определен из соотношения:
1 _ ^ • См (19)
