Конспект лекций по предмету "Масообменные процессы"


ВОПРОС 3. КИНЕТИКА И УСЛОВИЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Переход вещества из раствора в твердую фазу осуществляется путем диффузии растворенного вещества через пограничный слой, окружающий поверхность кристалла. Скорость процесса кристаллизации может определяться скоростью диффузии раство­ренного вещества через пограничный слой либо скоростью слия­ния вещества с телом кристалла или зависеть от обоих факторов одновременно.
Рассмотрим процесс кристаллизации сахарозы. В процессе ро­ста кристаллы окружены пограничным слоем пересыщенного межкристального раствора толщиной 8. Избыток молекул сахаро­зы из этого слоя пересыщенного раствора быстро выделяется на поверхности кристаллов, и раствор становится насыщенным с концентрацией сахарозы ун. На некотором расстоянии от граней кристаллов в окружающем растворе сохраняется пересыщение с концентрацией сахарозы уп.
Вследствие разности концентраций уп -ун сахароза диффунди­рует через пограничный слой раствора. Приблизившись к граням кристаллов, молекулы сахарозы переходят в кристаллическую ре­шетку — происходит фазовый переход. Таким образом, скорость роста кристаллов обусловлена скоростью диффузии сахарозы и скоростью фазового перехода на границе раздела фаз. Если ско­рость фазового перехода намного выше скорости диффузии саха­розы, то лимитирующей стадией процесса кристаллизации саха­розы является ее диффузия. Скорость роста кристаллов сахарозы можно выразить уравнением:

(1)


Интегрируя уравнение (1), получаем М = [D(yn -yH)Fτ]/δ. Скорость кристаллизации

(2)

Толщина пограничного слоя при ламинарном характере обте­кания кристалла пересыщенным раствором,

(3)


уравнение (2), получим

(4)

При µ2= 1 коэффициент к =2318. Тогда последнее уравнение примет вид
(5)


Уравнение (5) применимо для общей качественной оценки процесса роста кристаллов сахарозы в чистых и технических ра­створах.
Основными факторами, определяющими скорость кристалли­зации, являются степень пересыщения раствора, температура, об­разование центров кристаллизации, интенсивность перемешива­ния, наличие примесей в растворе.
Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: образования центров кристаллизации и роста кристаллов.
Оптимизация процесса кристаллизации заключается в устой­чивом регулируемом кристаллообразовании, росте кристаллов, регулируемом отводе или подводе теплоты в системе. Количество и размер зародышей кристаллов зависят от скорости достижения пересыщения раствора и его температуры. Отвод или подвод теп­лоты должен происходить по определенному закону с определен­ной скоростью. При слишком быстром переохлаждении раствора или его концентрировании образование зародышей и рост крис­таллов может затормозиться.
Образование центров кристаллизациив пересыщенных или пе­реохлажденных растворах можно инициировать искусственно, на­пример, при добавлении в раствор тонкодисперсных частиц или «затравки» либо оно может возникать самопроизвольно.
При самопроизвольном возникновении кристаллов существует индукционный период, в котором видимой кристаллизации не происходит. В этот период зародыши кристаллов находятся в под­вижном равновесии с раствором. Массовая кристаллизация начи­нается после нарушения подвижного равновесия между зароды­шами и раствором. Скорость образования зародышей кристаллов увеличивается с повышением температуры, при перемешивании или встряхивании раствора.
Рост кристалловпроисходит на сформировавшемся зародыше в результате адсорбции частиц растворенного вещества из раствора. Кристалл растет одновременно по всем граням, однако с различ­ной скоростью, что приводит к изменению формы и размеров кристаллов в процессе кристаллизации. При получении кристал­лического сахара, соли требуются максимальная однородность кристаллов и их правильная форма.
Форма кристаллов в основном зависит от природы кристал­лизуемого вещества. Кристаллы правильной формы с хорошо развитыми гранями получаются при свободном и равномерном обтекании их раствором. При трении кристаллов о стенки или механические устройства внутри аппарата их форма нарушает­ся в результате сглаживания ребер, что снижает качество про­дукта.
Неоднородность получаемых кристаллов, как правило, связана с плохим перемешиванием раствора. Однако интенсивное переме­шивание раствора, с одной стороны, увеличивает скорость крис­таллизации, а с другой — способствует образованию мелких крис­таллов.
На практике применяют специальные приемы для выведения мелких кристаллов из зоны кристаллизации.
Увеличение однородности кристаллов достигается их последу­ющей классификацией.
Чистота кристаллов зависит от условий проведения кристал­лизации, а также от степени их фильтрования и промывки. Посто­ронние примеси могут попасть внутрь кристаллов с маточным ра­створом или адсорбироваться их гранями. Мелкие кристаллы, как правило, больше сорбируют примесей из маточного раствора, чем крупные.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный конспект лекций Вы можете использовать для создания шпаргалок и подготовки к экзаменам.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем конспект самостоятельно:
! Как написать конспект Как правильно подойти к написанию чтобы быстро и информативно все зафиксировать.