Кристаллизация из растворов в химической промышленности - Лебедев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Введение органических растворителей в водные растворы неорганических солей увеличивает эффективность процесса кристаллизации, обеспечивая высокую степень извлечения соли из раствора и возможность получения продукта в чистом виде. Недостатком этого способа является сравнительно высокая стоимость органических растворителей, регенерация которых требует проведения дополнительных операций (например, ректификации и дистилляции) и связана с некоторой потерей реагента.
В органической технологии для кристаллизации из органических растворителей в качестве высаливающей добавки часто используется вода, резко снижающая растворимость кристаллизуемых веществ.
Кристаллизация вымораживанием
В некоторых случаях кристаллизацию проводят охлаждением растворов до температур ниже 0°С. Такой метод кристаллизации, называемый вымораживанием, используется преимуще-
ственно для выделения отдельных компонентов из естественных рассолов — рапы соляных озер н морских заливов.
Так, при охлаждении рапы соляных озер в зимнее время из насыщенных рассолов вымерзает дигидрат хлористого натрия NaCl-2H20 (рис. 69).
Выход соли возрастает с понижением температуры кристаллизации вплоть до температуры выделения криогидрата (—21,2° С). После извлечения дигидрата из рапы и повышения температуры воздуха выше +0,15° С происходит разложение NaCl-2H20 с образованием поваренной соли. Так как кристаллизующийся дигидрат не содержит примесей, то его вымораживание из рассола является одним из методов получения чистой поваренной соли [9, 10].
При осенне-зимнем охлаждении рапы сульфатных озер и морских заливов происходит вымораживание мирабилита Na2S04 • IOH2O, обезвоживанием которого затем можно получить сульфат натрия Na2S04 [11—13].
Вымораживанием получают железный купорос из травильных растворов [14], а также четырехводный нитрат кальция Са(Г\Юз)г * 4Н20 из растворов после разложения апатита азотной кислотой [15].
Иногда способ вымораживания используется для концентрирования растворов путем частичного удаления из них растворителя в виде льда. В этом случае кристаллизуется не соль, а растворитель — вода. Концентрируя морскую воду вымораживанием льда, получают 8%-ный рассол (по соли), который в дальнейшем используется для получения хлористого натрия [16].
Кристаллизация в результате жимичеснсй реанцин
Выделение кристаллической фазы из раствора можно осуществить за счет пересыщения, возникающего в результате химических реакций. Такой химический метод кристаллизации используется в аналитической практике, а также в ряде химических производств.
Этим путем, например, в коксохимическом производстве в больших масштабах получают кристаллический сульфат аммония при нейтрализации растворов серной кислоты аммиаком,
Рис. 69. Диаграмма растворимости системы NaCl—Н20.
содержащимся в коксовом газе. В сатураторах, используемых для этой цели, протекает следующая реакция:
2NH3-fH2S04 —> (NH4)2S04
В производстве кальцинированной соды промежуточный продукт (бикарбонат натрия NaHC03) также получают вследствие химической реакции, протекающей при абсорбции аммиачносоляным раствором двуокиси углерода. Эта реакция может быть выражена суммарным уравнением:
NaCl -f NH3 -f С02 -f Н20 —> NaHC03 -f NH4C1
В образующемся растворе наименее растворимой солью является бикарбонат натрия, который выпадает в виде кристаллического осадка и служит для получения кальцинированной соды.
Другими способами получения кристаллических продуктов в результате химических реакций являются: кристаллизация хлористого аммония при нейтрализации газообразным аммиаком водных растворов NH4C1, насыщенных хлористым водородом; осаждение мелкокристаллического сульфата бария при обработке растворов солей бария (например, ВаС12) серной кислотой или сернокислыми солями (например, Na2S04); кристаллизация нитрата бария при сливании насыщенных растворов хлористого бария и азотнокислого аммония и др.
Каждая из приведенных выше химических реакций лежит в основе технологического процесса лишь конкретного производства, поэтому химические методы кристаллизации и их аппаратурное оформление в настоящей книге не рассматриваются.
ТЕХНИКА
МАССОВОЙ
КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Различные авторы все кристаллизационное оборудование классифицируют по-разному: по способу работы аппаратов (периодического и непрерывного действия);
по размеру получаемых кристаллов (с регулируемым и нерегулируемым ростом);
по способу выгрузки кристаллов из аппарата (с гидравлической классификацией и без классификации);
по способу охлаждения раствора (водой, воздухом, с использованием вакуума) и т. п.
Мы полагаем, что наиболее правильно кристаллизаторы классифицировать по способу создания пересыщения. В этом отношении все кристаллизаторы можно подразделить на две большие группы:
1) аппараты для изогидрической кристаллизации (с охлаждением раствора);
2) аппараты для изотермической кристаллизации (с удалением растворителя).
Иногда в отдельную группу выделяют вакуум-кристаллизаторы, в которых пересыщение создается комбинацией двух методов: охлаждением и удалением части растворителя. Однако количество испаряющегося растворителя сравнительно невелико и составляет обычно около ]0% от его общего содержания в растворе, и основную роль в создании пересыщения играет все же охлаждение раствора при его адиабатическом испарении. Поэтому мы считаем наиболее целесообразным отнести вакуум-кристаллизаторы к группе аппаратов для изогидрической кристаллизации, рыделив их описание в самостоятельный раздел.
