Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Качество получаемого продукта и стабильность работы аппарата во многом зависят от правильного выбора технологических параметров — производительности по соли GKp. (кг/сек), массы кристаллов во взвешенном слое Мв (кг), объемной V (м3/сек) и линейной w (м/сек) скоростей движения раствора в корпусе кристаллизатора. От соотношения этих величин зависит пересыщение, величина которого определяет как размер получаемых кристаллов, так и скорость образования инкрустаций.
Понятно, что пересыщение раствора в различных частях кристаллизатора неодинаково. Если не принимать во внимание
* Если для прогрева используется пар его можно подавать и непосредственно в трубки теплообменника, но при этом раствор несколько разбавляется. 181
местное переохлаждение вблизи поверхности теплопередачи, то максимальным пересыщением П1 (кг/м3) обладает раствор, выходящий из теплообменника. Проходя далее через слой кристаллов, он теряет значительную часть своего пересыщения и выходит из корпуса кристаллизатора с остаточным пересыщением Щ, которое составляет 5—10% от величины П4[29]. При смешении циркулирующего и питающего растворов пересыщение почти не изменяется, так как одновременно с повышением концентрации циркулирующего раствора повышается и его температура.
В идеальных условиях (при отсутствии продольного перемешивания суспензии) изменение пересыщения по высоте взвешенного слоя должно подчиняться логарифмическому закону. Однако в реальных аппаратах продольное перемешивание значительно [35, 36], и оно способствует выравниванию пересыщения по всему слою. Поэтому среднее пересыщение раствора в слое ПСр. намного меньше максимального П1 и приближается к остаточному пересыщению Пг.
Точное измерение или расчет действительного пересыщения в работающем кристаллизаторе крайне затруднительны, поэтому для характеристики работы аппарата принимают условное пересыщение
П = ~у~ (40)'
представляющее собой выход соли с единицы объема циркулирующего раствора. При достаточно полном снятии пересыщения в слое оно приблизительно равно Пь т. е. П**Ш.
Для обеспечения непрерывной работы кристаллизатора и получения достаточно крупных кристаллов необходимо, чтобы значение пересыщения П лежало несколько ниже границы метастабильности (по терминологии Оствальда) для предупреждения образования центров кристаллизации в объеме раствора.
Максимально допустимые значения П для каждой соли определяют опытным путем. В зависимости от природы растворенного вещества оно может изменяться примерно от 0,5 до 4,0 кг/м3. Зная условное пересыщение П и производительность кристаллизатора по соли GKp., из уравнения (40) нетрудно подсчитать необходимый расход циркулирующего раствора V.
Если максимальное пересыщение не превышает допустимого значения, то образование кристаллических зародышей происходит преимущественно в самом взвешенном слое (благодаря наличию здесь готовой кристаллической поверхности) и определяется средним пересыщением Пср.. Эта же величина пересыщения определяет и скорость роста кристаллов. При увеличении Пср. скорость образования центров кристаллизации возрастает
Рис. 83. Средний размер кристаллов NaN03 dcp. (в мм) в зависимости от их массы в слое Л1в (а) и производительности кристаллизатора по соли GKр. (б).
50 75 ЮО 125 150 О Ц5 1,0 1,5 2,0
Масса кристаллов Производительность в слое /Ув, кг кристаллизатора
9кр-10>кг/дек
а б
в большей степени, чем скорость роста (см. рис. 58), и, следовательно, размер получаемых кристаллов уменьшается.
Величина ПСр. прямо пропорциональна производительности кристаллизатора по соли GKp. и обратно пропорциональна поверхности растущих кристаллов, которая связана с массой кристаллов в слое Мв. Поэтому увеличение производительности при постоянной массе слоя приводит к уменьшению среднего размера кристаллов dср. (рис. 83,6), а увеличение массы слоя при постоянной производительности — к укрупнению продукта (рис. 83,а).
Т^к как отношение массы кристаллов в слое Мв к производительности есть не что иное, как время пребывания соли в аппарате, то отсюда следует, что размер кристаллов возрастает с увеличением времени пребывания. Это, конечно, справедливо лишь в том случае, если в аппарате отсутствуют посторонние источники образования зародышей (области с лабильным местным пересыщением раствора, с повышенным истиранием кристаллов и т. д.). Необходимо также, чтобы кристаллы не попадали в циркуляционный контур, поскольку в этом случае зародыши будут образовываться преимущественное теплообменнике.
Количество образующихся в аппарате кристаллов, а следовательно, их средний размер в продукте зависит и от объема раствора во взвешенном слое, который пропорционален его по-розности е.
Зависимость среднего размера кристаллов dcp (мм) от основных технологических величин в общем случае можно выразить [37] приближенным полуэмпирическим уравнением:
<«>
Ш
где К и р—константы, зависящие от природы кристаллизуемого вещества и температуры кристаллизации и определяемые опытным путем. Так, для азотнокислого натрия при 30° С /С = 0,028 мм/сек?л\ Р = 3,8.
