Конспект лекций для студентов специальности 5В070900 Металлургия Шымкент, 2020 г
жүктеу/скачать 8,06 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Схема устройства вальцового кристаллизатора
| Кристаллизация растворов
Кристаллизация – это процесс выделения твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов, протекающий без каких-либо химических реакций. Для осуществления процесса кристаллизации в растворе необходимо создать пересыщение. По способу создания в растворах явления пересыщения различают два метода: -изогидратическая (политермическая) кристаллизация охлаждение горячих насыщенных растворов. -изотермическая кристаллизация удаления части растворителя путем выпаривания. Политермическая кристаллизация. Как известно, растворимость большинства веществ уменьшается с понижением температуры. Поэтому при охлаждении горячих растворов возникает перенасыщение, обусловленное выделением кристаллов вещества. Изотермическая кристаллизация перевод раствора в перенасыщенное состояние, а это всегда возможно осуществить за счет удаления части растворителя при выпаривании, которое происходит при постоянной температуре его кипения. Кристаллизация раствора также возможна при добавлении к нему веществ понижающих их растворимость, которая называется высаливанием. Вещества, высаливатели обычно имеют одинаковый ион с кристаллизуемой солью. В производственных условиях процесс кристаллизации состоит из нижеследующих операций: -собственно кристаллизации; -отделение кристаллов из маточного раствора; -перекристаллизации (в случае необходимости); - промывки и сушки кристаллов. Сам процесс кристаллизации включает две стадии: образование кристаллических зародышей и их дальнейший рост. На образование центров кристаллизации влияет такие факторы, как степень пересыщения, а также температура, растворимые примеси, перемешивание раствора, готовая кристаллическая поверхность, нерастворимые примеси и т.д. Центры кристаллизации возникают гомогенно в объеме начальной фазы и гетерогенно на поверхностях посторонних твердых частиц (первичное зародышеобразование), а также вблизи поверхности ранее сформировавщихся кристаллов новой фазы (вторичное зародышеобразование). Более крупные кристаллы получаются при медленном их росте и небольших степенях перенасыщения раствора. При этом необходима оптимальное перемешивание. При массовой кристаллизации вещества из раствора происходит перераспределение примесей между остающейся жидкой фазой (фильтратом, маточным раствором) и кристаллами. При наличии в растворе одновременно нескольких подлежащих извлечению веществ, проводят дробную кристаллизацию. Это многостадийный процесс, на первой стадий исходный раствор делят на две фракции, отделяя концентрат (твердая фаза, обогащенная одним из компонентов) и хвосты (раствор, обедненный этим компонентом). Для этого производится частичная кристаллизация компонентов раствора путем охлаждения, добавления веществ, понижающих растворимость, или же изотермическим испарением. На второй стадий дробной кристаллизации каждую из фракций, полученных в результате первой стадий, делят вновь на две фракций и т.д. Эффективность разделения зависит от соотношения количеств разделяемых компонентов, их растворимости, а также от условий дробной кристаллизации. Процесс кристаллизации в промышленных условиях проводят в кристаллизаторах, которые по принципу действия подразделяются на аппараты: - с удалением части растворителя; - с охлаждением раствора; - вакуум-кристаллизаторы; - с псевдоожиженным слоем. Для удаления части растворителя обычно используют выпарные аппараты-кристаллизаторы с принудительной циркуляцией раствора и выносной нагревательной камерой. Для снижения расхода тепла процесс осуществляют в много корпусных установках. Простейшие кристаллизаторы периодического действия с охлаждением раствора представляет собой цилиндрические вертикальные аппараты с охлаждающими змеевиками (или рубашками) и механическими мешалками для перемешивания раствора. Такие аппараты нередко располагаются каскадом, соединяясь последовательно для увеличения времени пребывания раствора в установке. Поверхностные кристаллизаторы. На рис. 5.3. представлена схема устройства изогидрического поверхностного вальцового кристаллизатора, который обычно используется для кристаллизации солей с существенно снижающейся растворимостью при понижении температуры. Аппарат представляет собой горизонтальный вращающийся барабан 1 с водяной рубашкой, погруженный в корыто 2 с кристаллизуемым раствором. Во избежание преждевременной кристаллизации корыто снабжено паровой рубашкой 5 для нагревания раствора. За один оборот барабана (со скоростью порядка 0,1-1 м/с) на его поверхности образуется слой кристаллов, который снимается с барабана ножом 3. Одним из наиболее распространенных механических кристаллизаторов является барабанный вращающийся кристаллизатор с водяным или воздушным охлаждением, представляющий собой вращающийся барабан, установленный под наибольшим углом к горизонту. Ускорение процесса кристаллизации достигается при перемешивании раствора в шнековых кристаллизаторах которые могут работать периодический и непрерывно. Рис. 5.3. Схема устройства вальцового кристаллизатора: 1 - барабан; 2 - корыто; 3 - нож для съема кристаллов; 4 — полые валы; 5 — паровая рубашка жүктеу/скачать 8,06 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|