Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
kKp. 100 — W 100— См 1 — а у 1
где W — свободная влажность кристаллов после разделения суспензии, масс. %;
См — концентрация основного вещества в маточном растворе, масс. %; а— степень кристаллизации основного вещества, рассчитываемая по уравнению
100 сн— см
100 — Су
(20)
где Сн — концентрация основного вещества в исходном растворе перед кристаллизацией, масс. %.
Концентрации Сн и См в соотношениях (19) и (20) соответствуют составу кристаллизующейся твердой фазы (например, в случае кристаллогидрата CuS04 • 5Н20 величины Сн и См выражаются в % CuS04 • 5Н20).
Из соотношения (19) следует, что кратность очистки кристаллов от неизоморфной примеси помимо свободной влажности W и степени кристаллизации а зависит от концентрации основного вещества в маточном растворе См. Чем меньше растворимость соли, тем эффективней ее очистка от примесей. Результаты опытов [93], представленные в табл. 8, иллюстрируют это положение.
Для удаления маточного раствора с поверхности кристаллов они промываются водой. Причем, чтобы уменьшить растворение продукта, берут минимальное количество холодной воды, необходимой лишь для вытеснения маточного раствора с поверхности кристаллов (в среднем это количество составляет 0,1—0,2 кг воды на 1 кг кристаллов).
С учетом промывки уравнение (19) может быть переписано в виде [94]:
1 W См 11
*кР. “ 100— W ‘ 100—См ' 1 — а ' it
где р. — коэффициент, учитывающий дополнительный эффект
очистки кристаллов от примеси в результате промывки. 127
ТАБЛИЦА 8
Кратность очистки соли k^p. от неизоморфных примесей при кристаллизации из водных растворов (конечная температура 20° С)
Основное вещество Прнмесь См масс. % а *кр.
Nal • 2Н20 Са2+ 80 0,6 5
Nal • 2Н20 so42- 80 0,6 6
ВаС12 • 2Н20 Са2+ 32,6 0,28 18
К2Сг207 Са2+ 10,9 0,53 37
Ba(N03)2 Са2+ 8,1 0,53 136
Ba(N03)2* Са2+ 0,34 0,94 308
* Получали высаливанием азотной кислотой.
Коэффициент (д, можно выразить уравнением
где q—количество воды, взятое для промывки кристаллов; U^j и W2—влажность кристаллов до и после промывки;
г—практический коэффициент, учитывающий к. п. д. промывки (можно принять равным 0,7).
Для того чтобы полностью избежать растворения продукта при промывке, вместо воды иногда применяется насыщенный раствор кристаллизуемой соли.
Промывка кристаллов часто бывает настолько эффективной, что позволяет без повторной кристаллизации получать продукт требуемой чистоты. Маточный раствор, включенный в кристаллы, а также в агрегаты и друзы, не может быть удален из продукта промывкой. Его содержание в кристаллах может быть снижено только за счет перекристаллизации.
Перекристаллизация. Многократное повторение процесса кристаллизации позволяет получить продукт высокой степени чистоты.
Чтобы представить возможные технологические схемы многократной перекристаллизации, рассмотрим подробно различные циклы однократной кристаллизации [95], широко распространенной в производственной практике. Наиболее просто этот цикл осуществляется при изогидрической кристаллизации без возврата маточного раствора (рис. 62, а). Однако в этом случае коэффициент К использования сырья сравнительно невелик и равен степени кристаллизации ос. Он может быть рассчитан по 128 уравнению (20).
Если в результате такого процесса получаются кристаллы, содержащие значительно меньшее количество примесей по сравнению с допустимым, то для увеличения выхода соли в виде готового продукта целесообразно возвращать маточный раствор в цикл кристаллизации. При этом чтобы предупредить накапливание примесей в кристаллизуемом растворе сверх нормы, можно осуществлять либо полный возврат маточного раствора в цикл в течение нескольких последовательных операций (рис. 62, б) с последующим отводом всего маточного раствора, содержащего максимальное количество примесей; либо частичный возврат в цикл определенной части маточного раствора (рис. 62, в).
Можно также направлять некоторые маточные растворы на выпаривание и последующую кристаллизацию. Полученные кристаллы присоединяют к готовому продукту, если содержание примесей в них не превышает допустимого предела, или же возвращают в цикл кристаллизации (рис. 62, г). Вторичные маточные растворы в свою очередь могут быть упарены и подвергнуты кристаллизации с возвращением кристаллов в цикл кристаллизации (рис. 62,5).
На основании общего математического анализа различных схем однократной кристаллизации было показано [95], что для увеличения выхода готового кристаллического продукта вариант с возвратом в цикл всего маточного раствора (рис. 62, б) и полным отводом его лишь после определенного числа операций является более эффективным по сравнению с методом непрерывного возврата в цикл только определенной части маточного раствора (рис. 62, в). Выход готового продукта можно значительно повысить также при выпаривании маточных растворов с возвратом в цикл полученных из них кристаллов (рис. 62, г и д).
-*-к
С—О^п
-*-к
С—*0—
м
с—О
Км
г
*П—
"М
-А
С—О
О--
М
D—д
д-
Км
д
Я
О - растворение
? - кристаллизация
/\~ Выпаривание
С — исходная сопь
