Тепловий баланс кристалізації

Тепловий баланс процесу ізогідричної кристалізації може бути записаний у вигляді

(10.4)

де с_н, c_к, c_L, с_ох — теплоємності початкового і маткового розчинів, кристалів і охолоджуючого агента; t_н, t_к, t_L, t_ox.н, t_{ox. к} – температури початкового і маткового розчинів, кристалів, початкова і кінцева охолоджуючого агента; W_ох — потік охолоджуючого агента; q_крист — теплота кристалізації; Q_п — втрати теплоти.

Рівняння (10.4) і (10.1) дозволяють визначити витрату охолоджуючого агента для здійснення процесу ізогідричної кристалізації

Тепловий баланс процесу кристалізації методом видалення розчинника при нагріванні розчину глухою парою може бути записаний у вигляді

((10.5)

де D_гр.п — витрата гріючої пари; i_S, i_конд, i_W — ентальпії гріючої пари, конденсату і видаленого у вигляді пари розчинника відповідно.

По рівнянню (10.6) визначають необхідну витрату гріючої пари

(10.6)

10.4 Устаткування кристалізації

Технологічний процес кристалізації з розчинів складається з наступних стадій: кристалізація; відділення кристалів, що утворилися; перекристалізація; промивка і сушка кристалів. Останні дві стадії не є обов'язковими і призначаються відповідно до вимог до кінцевого продукту.

Перша із стадій здійснюється в апаратах спеціальних конструкцій — кристалізаторах.

Відмінність вимог до цільового продукту і умов здійснення процесу зумовило різноманіття конструкцій кристалізаторів.

За способом роботи вони діляться на апарати періодичної і безперервної дії.

Апарати періодичної дії використовують звичайно в установках кристалізацій невеликої продуктивності. Вони достатньо економічні, прості по конструкції і забезпечують необхідну якість продукту. Недоліком є відносно велика частка допоміжних операцій (завантаження, розвантаження і т.д.).

Кристалізатори безперервної дії застосовують в умовах забезпечення високої продуктивності.

За способом створення пересичення всі кристалізатори можна розділити на випарні, охолоджувальні, випарні, хімічні і ін.

Випарні кристалізатори, використовувані для проведення ізотермічної кристалізації з видаленням частини розчинника у вигляді пари, частіше всього представляють випарні апарати (див. гл. 7) з внутрішньою циркуляційною трубою, підвісною гріючою камерою, виносною гріючою камерою і інші, як при природній, так і вимушеній циркуляції розчину. Проте при кристалізації виникають специфічні умови — наявність твердої фази в розчині, можливість відкладення кристалів на стінках апарату і гріючих трубках, необхідність регулювання розміру кристалів в продукті. Все це вимагає ряду змін в конструкції звичних випарних апаратів.

На рис. 10.2 зображений випарний апарат — кристалізатор 1 з підвісною нагрівальною камерою 2 і двома працюючими по черзі нутч-фільтрами 3 для відділення кристалів.

Випарний апарат — кристалізатор 1 з винесеною нагрівальною камерою 2 і збірником кристалів 3 показаний на рис. 10.3.

Охолоджувальні кристалізатори застосовують для ізогідричної кристалізації розчинів речовин з прямою розчинністю.

У малотоннажних виробництвах застосовують кристалізатори, обладнані перемішуючими пристроями, теплообмінними оболонками або змійовиками. На рис. 15.4 показаний кристалізатор 1 ємнісного типу із змійовиком 3, розташованим усередині апарату, і лопатевою мішалкою 2.

Для безперервної кристалізації застосовують барабанний кристалізатор 1 (рис. 10.5), що є циліндровою ємністю з водяною оболонкою 2, встановленою на роликах 3 під невеликим кутом до горизонту. Недоліком цих апаратів є значна кристалізація внутрішньої поверхні апарату, тому для руйнування кристалів на стінці в барабан можуть поміщати спеціальні насадки (ланцюги і штанги).

Рис. 10.2 – Схема випарного каталізатора з підвісною гріючою камерою: 1 – кристалізатор; 2 – гріюча камера; 3 нутч-фільтр

Рис. 10.3 – Схема випарного кристалізатора з винесеною гріючою камерою: 1 – кристалізатор; 2 – гріюча камера; 3 – збірник кристалів

Випарні кристалізатори можна розділити на кристалізатори з повітряним охолодженням і вакуум-кристалізатори.

У апаратах першої групи охолоджування розчину проводиться шляхом безпосереднього зіткнення його з повітрям. Внаслідок цього одночасно з охолоджуванням відбувається випаровування частини розчинника.

У вакуум-кристалізаторах створюється знижений тиск за допомогою вакуум-насосу, що сприяє випаровуванню частини розчинника з одночасним охолоджуванням розчину.

Апарати цього типу знайшли широке розповсюдження в промисловості завдяки високій продуктивності, герметичності, простоті виготовлення і обслуговування, надійності в роботі.

Хімічні кристалізатори використовуються для проведення в одному апараті хімічної реакції і кристалізації твердої фази, що утворюється при цьому.

Контрольні питання

1. У чому полягають призначення і основні принципи процесу кристалізації?

2. Які технічні способи процесу кристалізації використовують в промисловості?

3. Які типи апаратів використовуються для здійснення процесу кристалізації?

Рис. 10.4 – Схема кристалізатора ємнісного типу з змієвиком і мішалкою:

1 – кристалізатор; 2 – лопатева мішалка; 3 – змійовик

Рис. 10.5 – Схема барабанного кристалізатора:

1 – барабанний кристалізатор; 2 – водяна оболонка; 3 -- ролик

Лекція 11

АДСОРБЦІЯ