Кристаллизация. Равновесие при кристаллизации. Кристаллизация из расплавов. Устройство кристаллизаторов, страница 3

Пересыщенные растворы, с концентрацией соответствующей лабильной области, кристаллизуются практически мгновенно.  В метастабильной области пересыщенные растворы некоторое время остаются без изменений, происходит только рост тех кристаллов, которые уже имеются в растворе.  Граница метастабильной области зависит от многих факторов: температуры раствора, скорости охлаждения или испарения, перемешивания, наличия примесей и других факторов.

41.3. Материальный баланс кристаллизации

В общем случае материальный баланс процесса кристаллизации определяется уравнением

                                  ,                                (41.2)

где  – расход исходного и маточного (конечного) растворов; кг/с;  – расход кристаллов; кг/с  – расход испаренной воды, кг/с.

Материальный баланс кристаллизации по безводному веществу определяется уравнением

                              ,                            (41.3)

где   – концентрация соли в исходном и маточном растворах; массовые доли;  – отношение молекулярных масс безводной соли и кристаллогидрата,  (для безводных кристаллов ).

В результате совместного решения уравнений (41.2) и (41.3) теоретическая производительность по твердой фазе при условии, что концентрация соли в маточном растворе соответствует его конечной температуре, или отсутствии пересыщения маточного раствора, определяется уравнением

                            .                          (41.4)

При изотермической кристаллизации солей с прямой растворимостью , и первый член в уравнении (41.4) имеет отрицательное значение.  В этом случае выделение кристаллов из раствора возможно лишь при выполнении неравенства , что необходимо учитывать при выборе условий проведения процесса.

При изогидрической кристаллизации , и уравнение (41.4) принимает вид

                                  .                                (41.5)

Концентрацию соли в маточном растворе определяют в зависимости от конечной температуры маточного раствора.

При испарении растворителя в воздух или газ расход газа определяют по формуле

                                         ,                                       (41.6)

где –  расход сухого воздуха, кг/с;  – начальное и конечное влагосодержание воздуха или газа, кг/кг.

41.4 Тепловой баланс кристаллизации

В общем случае тепловой баланс кристаллизации имеет следующие составляющие:

Здесь – расход исходного раствора и маточника, кг/с;  – теплоемкость исходного раствора и маточника, Дж/(кг·К);  – температура исходного раствора и маточника;  – производительность по испаренной воде, кг/с;  – энтальпия вторичного пара, Дж/кг.

Приход теплоты с теплоносителем  определяют следующим образом.

Для насыщенного водяного пара

                                   ,                                 (41.7)

где  – расход греющего пара, кг/с;  – удельная теплота парообразования, Дж/кг;  – влагосодержание пара, масс. доли.

Для теплоносителей, не изменяющих агрегатного состояния,

                                   ,                                 (41.8)

где  – расход горячего теплоносителя, кг/с; – начальная и конечная энтальпии теплоносителя, соответственно, Дж/кг.

Теплота кристаллизации  определяется по формуле

                                         ,                                       (41.9)

где  – производительность по твердой фазе, кг/с;  – теплота кристаллизации, Дж/кг.

Величину теплоты дегидратации  раствора для приближенных расчетов обычно принимают равной величине теплоте кристаллизации  или обратной ей по знаку теплоте растворения, т.е. .

При охлаждении раствора водой или холодильным рассолом  определяют по формуле

                                 ,                              (41.10)