Материальный и тепловой балансы кристаллизации

Масса кристаллической фазы (G_т) определяется из материального баланса кристаллизации по сумме массы растворенного вещества и растворителя [уравнение (23.1)] и по массе растворенного вещества [уравнение (23.2)]:

(23.1)

(23.2)

где G_H, G_k,-расход соответственно начального и конечного (маточного) растворов, кг/с. G_T, G_T’,-расход соответственно кристаллической фазы, включающей растворитель (кристаллосольвата или кристаллогидрата, если растворитель вода), и кристаллической фазы в пересчете на растворенное вещество, кг/с; W - расход удаляемого растворителя, кг/с; y_H, у_K, - концентрация соответственно начального и конечного (маточного) растворов, маc. доли.

Ввиду того что число молей в кристаллической фазе в форме кристаллосольвата и без растворителя одно и то же, расход безводной кристаллической фазы 0% может быть выражен через расход кристаллосольвата:

(23.3)

где M,M_КР - молекулярная масса соответственно кристаллов без растворителя и кристаллосольвата.

Из уравнений (23.1)—(23.3) получают расход кристаллической фазы:

(23.4)

Если кристаллическая фаза не включает растворитель (т.е. М/М_КР = 1), уравнение (23.4) приобретает вид:

(23.5)

В случае изогидрической кристаллизации (W= 0) уравнение (23.3) принимает вид:

(23.6)

При М/М_KP = 1 получим:

(23.7)

Уравнение теплового баланса кристаллизации имеет различные составляющие в случаях изотермической и изогидрической кристаллизации. При изотермической кристаллизации его составляют аналогично уравнению баланса теплоты при выпаривании:

(23.8)

где -теплоемкость соответственно начального раствора, маточного раствора и кристаллов; , температуры соответственно начального и маточного растворов; q-теплота кристаллизации, Дж/кг; Q-приход теплоты с теплоносителем, Вт; - потери теплоты, Вт; — энтальпия вторичных паров, Дж/кг.

Если в качестве нагревающего агента используется насыщенный водяной пар, то с помощью уравнения (23.8) можно определить его расход D [с учетом того, что Q = D(Н- c_конt_кон) = Dr]:

(23.8а)

Здесь - соответственно энтальпия и теплота конденсации водяного пара: c_{кон и} t_кон - соответственно теплоемкость и температура конденсата.

В случае изогидрической кристаллизации (W= 0) тепловой баланс имеет следующий вид:

(23.9)

где - соответственно расход и теплоемкость охлаждающей жидкости, и - соответственно начальная и конечная температуры охлаждающей жидкости.

Тогда расход охлаждающей жидкости будет определяться по формуле:

(23.10)