Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Кинетика процессов кристаллизации.



 

При концентрации растворов ниже концентрации насыщения кристаллы не образуются. При концентрации выше насыщения начинается процесс кристаллизации, который можно подразделить на две стадии: образование кристаллических зародышей и их рост. Кинетика процесса кристаллизации характеризуется скоростью образования зародышей и скоростью роста кристаллов. Кристаллизацию из растворов соответственно проводят смещая равновесие в системе за счет увеличения концентрации (испарение растворителя) или за счет изменения температуры раствора (охлаждение).

Скорость роста каждого из кристаллов зависит от интенсивности внешнего массообмена и скорости включения молекул растворенного вещества в кристаллическую решетку.

Скорость подвода вещества к поверхности кристалла описываются уравнением массоотдачи:

 

(7.1)

 

где М – масса кристаллической фазы (кг), β с – коэффициент массоотдачи в жидкой (сплошной) фазе, с – концентрация вещества в объеме раствора, - концентрация вещества у поверхности кристалла, F – поверхность кристалла.

Если скорость прироста массы кристаллов велика, то общую скорость процесса кристаллизации можно определить по уравнению (7.1), так как в этом случае основное сопротивление процессу будет сосредоточена в фазе раствора (диффузионная область).

Скорость прироста массы кристалла (скорость встраивания молекул в кристалл) может быть описана следующим выражением:

 

(7.2)

 

где - коэффициент массоотдачи в твердой (дисперсной) фазе, - концентрация насыщения. По уравнению (7.2) можно определить общую скорость процесса кристаллизации, если скорость подвода вещества к поверхности кристалла велика, т.е. в этом случае лимитирующей стадией процесса является скорость прироста массы кристалла (кинетическая область).

В случае соизмеримых скоростей процессов в сплошной и дисперсной фазах общая скорость процесса может быть определена по уравнению массопередачи:

 

(7.3)

 

где - коэффициент массопередачи. В диффузионной области, при кристаллизация существенно ускоряется за счет возрастания значений параметров, уменьшающих толщину диффузионного пограничного слоя.

Возрастание температуры также увеличивает скорость образования кристаллов. Соотношение скорости образования зародышей и их роста определяет конечный размер кристаллов. Увеличение температуры кристаллизации, а также быстрое охлаждение раствора уменьшают средний размер образующихся кристаллов. Однако надо иметь ввиду, что быстрый рост кристаллов ухудшает их однородность. Функции распределения кристаллов по размерам для диффузионной и кинетической областей отличаются: в диффузионной области кривая имеет максимум, когда как в кинетической области кривая плавная.

 

Материальный и тепловой балансы кристаллизации.

Материальный баланс.

Рис.7.5. Схемы материальных и тепловых балансов кристаллизации:

а – изогидрическая кристаллизация, б – изотермическая кристаллизация.

 

Материальный баланс процесса кристаллизации по общим потокам веществ может быть представлена в виде:

 

(7.4)

 

- расход начального раствора,

- расход конечного (маточного) раствора,

- расход кристаллов (кристаллической фазы),

- поток выпаренной воды.

Баланс по безводному веществу имеет вид:

 

(7.5)

 

хн – начальная концентрация растворенного вещества в растворе,

– конечная концентрация растворенного вещества в растворе (маточный раствор).

Здесь - расход кристаллической фазы в пересчете на растворенное вещества. Определяем как:

 

(7.6)

 

где М- молекулярная масса кристалла без растворителя, - молекулярная масса кристалла с учетом растворителя. Например, сульфат меди кристаллизуется при Т=50 как , а при более высоких Т как .

Решая совместно уравнения (7.4) – (7.6) получим расход кристаллической фазы:

 

(7.7)

 

Если кристаллическая фаза не включает растворителя тогда 𝝀 =1:

 

(7.8)

 

При изотермической кристаллизации происходит удаление влаги из насыщенного раствора. Поэтому концентрации начального и маточного раствора равны. Тогда получим:

 

(7.9)

 

При изогидрической кристаллизации , и уравнение (7.8) примет вид:

 

(7.10)

 

 

Тепловой баланс.

Тепловой баланс процесса изогридической кристаллизации может быть записан на основе схемы тепловых потоков, представленных на рис.7.5, в виде:

 

(7.11)

 

Здесь - расход охлаждающей воды, - теплота кристаллизации, - потери теплоты в окружающую среду, Н – энтальпия, индексы: н – начальный, к – конечный, ох – охлаждающий, т – твердый (кристалл).

Уравнения (7.11) и (7.4) дают возможность определить расход охлаждающей воды на процесс изогидрической кристаллизации:

 

(7.12)

 

Тепловой баланс изотермической кристаллизации может быть записана основе схемы тепловых потоков, представленных на рис.7.5, в виде:

 

(7.13)

 

Здесь - расход греющего пара; , и - энтальпии греющего пара, конденсата греющего пара, вторичного пара соответственно.

Совместное решение уравнений (7.13) и (7.4) позволяет определить расход греющего пара:

 

(7.14)

 

В большинстве случаев при кристаллизации тепло выделяется. В практике кристаллизации теплоту кристаллизации обычно принимает равной по величине и противоположной по знаку теплоте растворения.

 


Поделиться:



Популярное:

  1. Автоматизация процессов механической очистки сточных вод
  2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА
  3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕРАБОТКИ КОРМОВ
  4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
  5. Анализ структуры процессов в соответствии с ISO 9000 - стандартом на качество проектирования, разработки, изготовления и послепродажного обслуживания
  6. Безопасность технологических процессов и производственного оборудования
  7. Важнейшей особенностью развития Испании приведшего к этому кризису явилось как влияние мировых экономических процессов, так и политики абсолютной монархии в Испании.
  8. Взаимодействие процессов в Лаборатории аналитического контроля ЦИПТ НИТУ «МИСиС»
  9. Влияние циклических процессов на судьбы людей и щинициации
  10. Возможность автоматизации проектирования технологических процессов
  11. Вопрос 3. Структура и основные модели инновационных процессов
  12. Два подхода к анализу макроэкономических процессов


Последнее изменение этой страницы: 2016-05-30; Просмотров: 953; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.022 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь