Материальный и тепловой балансы кристаллизации

Материальный баланс процесса кристаллизации по общим потоком веществ может быть представлен в виде

, (7.7)

а баланс по безводному веществу -в виде

, (7.8)

где G_н, G_к, L - потоки соответственно исходного и маточного растворов, а также полученных кристаллов, кг/с; W - поток выпаренной воды, кг/с; x_н и x_{к -} концентрации соответственно исходного и маточного растворов, масс, доли; - отношение молекулярных масс безводной соли и кристаллогидрата.

Количество получающегося в процессе продукта находят путем совместного решения уравнений (7.7) и (7.8)

, (7.9)

В случае изогидрической кристаллизации W = 0, и уравнение (7.9) сводится к виду

, (7.10)

Для процесса кристаллизации методом удаления растворителя из насыщенного раствора x_н = x_к уравнение (7.10) принимает вид

, (7.11)

Тепловой баланс процесса изогидрической кристаллизации может быть записан в виде равенства на основе схемы тепловых потоков, представленных на рисунок 86:

, (7.12)

где в дополнение к ранее принятым введены следующие обозначения; W_ох- поток охлаждающей воды, кг/с; C_н,C_к, C_охн, C_охк, C_L- теплоемкости соответственно исходного и маточного растворов, охлаждающей воды, а также кристаллов, кДж/(кг К);t_н,t_к,t_охн,t_охк,t_L- температуры соответственно исходного и маточного растворов, кристаллов, а также начальная и конечная температуры охлаждающей воды; q_кр - теплота кристаллизации, кДж/кг кристаллов; Q_п- потери тепла в окружающую среду, кДж/с.

Рисунок 86- Схема тепловых потоков для изогидрической кристаллизации.	Рисунок 87 -Схема тепловых потоков при кристаллизации методом удаления растворителя.

Уравнения(6.12) и (6.7) дают возможность определить расход охлаждающей воды на процесс изогидрической кристаллизации:

,(7.13)

Тепловой баланс процесса кристаллизации методом удаления растворителя при нагревании раствора глухим паром может быть записан на основе схемы тепловых потоков, представленных на рисунок 87:

, (7.14)

где в дополнение к ранее принятым обозначениям введены следующие: D- расход греющего пара, кг/с; H, H_к, H_W - энтальпия со- ответственно греющего пара, конденсата и удаленного в виде пара растворителя, кДж/(кг К).

По уравнениям (7.14) и (7.7) определяют расход греющего пара:

, (7.15)

При кристаллизации солей из растворов молекулы и атомы растворенного вещества значительно сближаются друг с другом, что вызывает тепловой эффект, в большинстве случаев положительный. В практике кристаллизации теплоту кристаллизации q_кр обычно принимают равной по величине и противоположной по знаку теплоте растворения.

Вопросы для повторения

1. Назначение и область применения кристаллизатора.

2. Физико-химические основы процесса кристаллизации.

3. Равновесие в процессах кристаллизации.

4. Образование и рост кристаллов.

5. Кинетика процесса кристаллизации.

6. Методы кристаллизации.

7. Классификация кристаллизаторов.

8. Устройство, принцип действия, преимущества, недостатки, область применения кристаллизатора с водяным охлаждением.

9. Устройство, принцип действия, преимущества, недостатки, область применения кристаллизатора Вултора - Бокка.

10. Устройство, принцип действия, преимущества, недостатки, область применения шнекового кристаллизатора.

11. Устройство, принцип действия, преимущества, недостатки, область применения барабанного погружного кристаллизатора.

12. Устройство, принцип действия, преимущества, недостатки, область применения барабанного вращающегося кристаллизатора.

13. Устройство, принцип действия, преимущества, недостатки, область применения кристаллизатора со взвешенным слоем кристаллов.

14. Устройство, принцип действия, преимущества, недостатки, область применения вакуум-кристаллизатора.

15. Устройство, принцип действия, преимущества, недостатки, область применения кристаллизатора типа выпарной аппарат с выносной нагревательной камерой.

16. Устройство, принцип действия, преимущества, недостатки, область применения кристаллизатора типа выпарной аппарат с подвесной греющей камерой.

17. Подходы к определению методики расчета кристаллизационного оборудования.

18. Материальный баланс процесса кристаллизации.

19. Тепловой баланс изогидрического кристаллизатора.

20. Тепловой баланс кристаллизатора с удалением части растворителя