Материальный и тепловой балансы кристаллизации

Масса кристаллической фазы (G _т) определяется из материального баланса кристаллизации по сумме массы растворенного вещества и растворителя (уравнение (5.1)) и по массе растворенного вещества (уравнение (5.2)):

, (5.1) , (5.2)

где - расход соответственно начального и конечного (маточного) растворов, кг/с; - расход соответственно кристаллической фазы в перерасчете на растворенное вещество и кристаллической фазы, включающей растворитель (кристаллосольвата или кристаллогидрата, если растворитель вода), кг/с; W - расход удаляемого растворителя, кг/с; у _н и у _к - концентрация соответственно начального и конечного (маточного) растворов, масс. доли.

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

, (5.3)

где - молекулярная масса соответственно кристаллов без растворителя и кристаллосольвата.

Из уравнений (5.1)- (5.3) получают расход кристаллической фазы:

. (5.4)

Если кристаллическая фаза не включает растворитель (т.е. =1), уравнение (5.4) приобретает вид

. (5.5)

В случае изогидрической кристаллизации (W =0) уравнение (5.3) принимает вид

/ . (5.6)

При =1 получим

/ . (5.7)

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

, (5.8)

где с _н, с _к, с _т, кДж/(кг·К)- теплоемкость соответственно начального, маточного раствора и кристаллов; t _н, t _к, ^оС- температуры соответственно начального и маточного растворов; q – теплота кристаллизации, кДж/кг; Q - приход теплоты с теплоносителем, Вт; Q _п - потери теплоты, Вт; Н _в - энтальпия вторичных паров, Дж/кг.

Если в качестве нагревающего агента используется насыщенный водяной пар, то с помощью уравнения (5.8) можно определить его расход D [с учетом того, что ]:

. (5.8а)

Здесь Н _в и r – соответственно энтальпия и теплота конденсации водяного пара; - соответственно теплоемкость и температура конденсата.

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

(5.9)

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

Тогда расход охлаждающей жидкости будет определяться по формуле

. (5.10)

Более подробно процессы кристаллизации рассмотрены в [3, 4, 7].

Вопросы для самоконтроля

1. Что понимается под кристаллизацией? Для каких целей применяется кристаллизация? В чем ее достоинства и недостатки?

2. Охарактеризуйте изотермический и изогидрический методы кристаллизации. В каких случаях целесообразно применение этих методов?

3. Проведите анализ диаграмм состояний системы газ-жидкость-твердое тело.

4. Составьте материальный и тепловой балансы кристаллизации

5. Поясните особенности кинетики кристаллизации. Запишите уравнения массоотдачи и массопередачи при кристаллизации. В чем заключаются трудности использования уравнения массопередачи для определения скорости процесса кристаллизации?

6. Опишите процессы разделения растворов частичной кристаллизацией. Сопоставьте коэффициент разделения при кристаллизации с коэффициентом относительной летучести при перегонки жидкостей.

7. Как определяют число ступеней разделения при разделении растворов методом фракционированной кристаллизации?

8. Поясните определение ступеней изменения концентрации при разделении растворов противоточной многоступенчатой кристаллизацией.

9. Объясните принцип работы кристаллизаторов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: