Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Турбінні мішалки мають форму коліс водяних турбін. В апаратах з турбінними мішалками створюються переважно радіальні потоки. Турбінні мішалки широко застосовують для утворення зависей розчинення, при проведенні хімічних реакцій, абсорбції газу та інтенсифікації теплообміну.
Пневматичне перемішування стиснутим повітрям або інертним газом використовують тоді, коли треба перемішувати агресивну рідину, яка швидко руйнує мішалки. Під час перемішування повітрям відбувається окислення і навіть осмолення речовин. Для перемішування стиснутим газом апарати мають барботажні труби з отворами, розміщеними на дні апарата, завдяки чому барботаж відбувається через весь шар рідини.
Кристалізація — це процес виділення твердої фази у вигляді кристалів з розчинів або розплавів. Кристали — це однорідні тверді тіла різної геометричної форми, обмежені плоскими гранями. Кожній хімічній речовині відповідає одна або кілька кристалічних форм, які відрізняються положенням і числом осей симетрії.
Масову кристалізацію проводять переважно з водних розчинів, знижуючи розчинність речовини, що є в розчині, зміною температури розчину або видаленням частини розчинника випарюванням. Кристалізацію з розплавів здійснюють за допомогою охолодження їх. У виробничих умовах процес кристалізації складається з таких операцій: власне кристалізації, відділення кристалів від маточного розчину, перекристалізації в разі потреби, промивання і висушування кристалів.
Рівновага при кристалізації. У більшості речовин з підвищенням температури розчинність збільшується. Такі речовини мають «позитивну» розчинність. У речовин з «негативною» розчинністю, навпаки, з підвищенням температури розчинність зменшується.
Як відомо, розчин, який перебуває при даній температурі в рівновазі з осадом, є насиченим. У насичених розчинах між кристалами і розчином виникає динамічна рівновага, при якій в одиницю часу кількість речовини, що розчиняється, дорівнює кількості речовини, яка випадає в осад. При певних умовах концентрація розчиненої речовини може бути більшою за її розчинність. Такі розчини називаються пересиченими, вони нестабільні і легко переходять у стан насичення. При цьому з них випадає частина твердої фази.
а 5
Рис. 86. Діаграми стану розчинів.
Користуючись діаграмами стану розчинів (рис. 86), можна спостерігати поведінку розчину під час його кристалізації і добути дані для вибору найбільш ефективного способу проведення кристалізації. На рисунку нанесені діаграми стану для трьох бінарних систем. У кожній системі нижче від лінії 1—/ (лінії розчинності) знаходиться область ненасичених розчинів (область В). Штрихова лінія 2—2 умовно ділить область пересичених розчинів на дві частини. Між лініями І—1 і 2—2 розміщена відносно стійка, або метастабільна, область Б і над лінією 2—2 нестійка, або лабільна, область А. Пересичені розчини з концентраціями, які відповідають лабільній області, кристалізуються миттю, в метастабільній же області ці розчини деякий час залишаються без зміни. Кристалізувати розчини, близькі до насичення (рис. 86, а), доцільно охолоджуючи їх, тобто здійснюючи швидкий перехід в сприятливу для кристалізації метастабільну область.
Для сполук, розчинність яких з підвищенням температури зростає поступово (рис. 86, б), перехід в область пересичених розчинів (з точки с, до cx) відбувається лише при значному зниженні температури. Як видно з рисунка, стан розчину, який відповідає області його пересичення, може бути досягнутий швидко і при сталій температурі, що вказує на можливість кристалізації розчину видаленням частини розчинника. Для таких розчинів питання про вибір оптимального способу кристалізації може бути розв'язано тільки техніко-економічними розрахунками.
Якщо розчинність речовини майже зовсім не змінюється в широкому діапазоні температур (рис. 86), то кристалізацію доцільно вести, випарюючи розчинник.
Щоб утворювалось мало зародків кристалів і вони росли швидко, кристалізацію з розчинів треба вести з помірним пересиченням з метастабільної області (точка сх). На швидкість кристалізації впливають ступінь пересичення розчину, його температура, утворення зародків кристалів, інтенсивність перемішування, наявність домішок та ін.
Зародки, або центри кристалізації, в пересичених або переохолоджених розчинах утворюються самочинно. За сучасними теоріями, зародки виникають внаслідок утворення асоціації частинок під час зіткнення в розчині окремих іонів (молекул) розчиненої речовини і посту-
пово досягають субмікроскопічних розмірів. Зародки перебувають у динамічній рівновазі з розчином і видимої кристалізації не відбувається. Такий прихований період початку кристалізації називають індукційним. Початок масової видимої кристалізації відповідає моменту порушення динамічної рівноваги між зародком і розчином. Швидкість утворення зародків можна збільшити підвищенням температури, перемішуванням, тертям, ударом, струшуванням розчину та ін. Введення в розчин поверхнево-активних речовин істотно впливає на швидкість утворення зародків і на форму кристалів. Закономірність утворення зародків у промислових умовах кристалізації встановлюють за практичними даними і дослідом.
