Исследование процесса кристаллизации

1. Цель работы.

1.1 Изучение устройства и принцип действия кристаллизатора.

1.2 Определение основных параметров кристаллизатора.

2. Основы теории [1,с. 300...306].

Кристаллизация — процесс выделения твердого растворенного вещества в виде кристаллов из раствора. Этот процесс является основным для получения твердых кристаллизующихся веществ в чистом виде благодаря тому, что при кристаллизации всегда можно подобрать такую температуру и концентрацию, при которых нежелательные примеси останутся в растворе.

Процесс кристаллизации широко применяют при получении сахарозы, глюкозы, поваренной соли, лимонной и молочной кислот, глютамата натрия, солянокислого бетанина и др.

Растворения — обратный процесс кристаллизации, при котором твердая кристаллическая фаза переходит в раствор.

3. Описание установки [1, с. 306].

 

Рис. 1. Схема лабораторной установки.

1. Коническая трубная решетка.

2. Камера греющая.

3. Ловушка — сепаратор.

4. Корпус цельносварной.

5. Труба.

6. Устройство клапанное.

7. Труба циркуляционная.

– 1.8 — конденсат,

– 2.1 — пар,

– 2.8 — пар вторичный,

– 3.1 — воздух атмосферный,

– 3.9 — газы,

– 9.2 — сироп.

 

4. Методика проведения работы.

После ознакомления с установкой набрасываем ее эскиз и производим необходимые замеры.

5. Обработка данных [1, с. 308...310]

5.1 Определяем объем кристаллизатора

     V = G_нτ / (0,8n)=...м^3,

где G_н- количество исходного раствора,

           π  D_б²

G_н = ——— (Н+1/3h) ρ=...кг,

            4

  D — внутренний диаметр аппарата, D=...м,

  Н — высота цилиндрической части аппарата, Н=...м,

  h — высота днища аппарата, h =...м,

  ρ — плотность утфеля, ρ= … кг/м³,

  τ — время кристаллизации, τ=...ч,

  n — число кристаллизаторов, работающих последовательно, n =...шт,

0,8 — коэффициент заполнения кристаллизатора раствором.

5.2 Составляем материальный баланс по общей массе

         G_н = G_м  +G_кр +W,

  G_{м —} количество маточного раствора, G_м =...кг,

                G_{кр —} количество кристаллов, G_кр =...кг.

Тогда из данного материального баланса находим количество растворителя, выделенного при испарении

W= G_н - G_м  - G_кр=...кг.

5.3 Составляем тепловой баланс

G_н с_Н t_Н + G_крq_кр = G_М с_М t_М + G_кр с_кр t_кр +Wi+ G_х с_х(t_кт -  t_Н ) +Q_пот

где  с_{Н —} теплоемкость начального раствора,  с_Н = … Дж/(кгК),

   t_{Н —} температура начального раствора, t_Н =...°C,

q_{кр —} теплота кристаллизации, q_кр =...Дж/кг,

с_{М —} теплоемкость маточного раствора, с_М =... Дж/(кгК),

t_М - температура маточного раствора, t_М =...°C,

с_{кр —} теплоемкость кристаллов, с_кр =...Дж/(кгК),

 t_{кр —} температура кристаллов,  t_кр = t_М =...°C,

i — энтальпия паров растворителя, i=...Дж/кг,

с_{х —} теплоемкость хладагента, с_х =... Дж/(кгК),

 t_{Н —} начальная температура хладагента,  t_Н =...°C,

t_кт — конечная температура хладагента, t_кт =...°C,

Q_{пот —} потери тепла от стенок аппарата в окружающую среду, Q_пот = 3...5%,

х_{2 —} коэффициент, учитывающий теплопотери при охлаждении, х₂ = 0,95...0,97.

Из данного теплового баланса определяем расход хладагента

     G_н с_Н t_Н + G_крq_кр - G_М с_М t_М - G_кр с_кр t_кр -Wi

G_х = ————————————————— х₂ =...г/с.

                         С_х (t_кт —  t_Н )

6. Вопросы для самопроверки:

6.1 Массопередача, движущая сила и процессы самообмена.

6.2 Основное уравнение массопередачи, его расшифровка, определение К, F, Δс.

6.3 Молекулярная и конвективная диффузии. Закон Фика, Щукарева.

6.4 Критерии подобия процесса массопередачи Nu, Pr, Re. Термодиффузия.

6.5 Кристаллизация, сущность, цели, способы, применение, регулируемые параметры, растворения.

6.6 Кристаллизаторы, устройство, принцип действия, расчет.

7. Вывод, анализ.