PA270137

Proces chłodzenia i ogrzewania zachodzi wskutek wymiany ciepła, procesy odparowania, reakcji chemicznej i wys&łania ~ wskutek wymiany masy.

Gdy rozpuszczałoś substancji w temperaturze końcowej procesu jest mała łub umiarkowana i silnie roście z temperaturą wówczas wykorzystuje się proces chłodzenia. Do zalet tego procesu należą prostota operacji, niskie koszty eksploatacyjne, niskie koszty czynników chłodniczych, możliwość chłodzenia do niskich temperatur.

Ze względu na sposób realizacji chłodzenia, proces ten dzieli się na chłodzenie pośrednie (przeponowe) przez przegrodę separującą chłodziwo od roztworu, chłodzenie bezpośrednie (bezprzeponowe) adiabatyczne próżniowe oraz kontaktowe przy zastosowaniu niemieszającej się cieczy lub gazu. ^

Konieczne staje się odparowanie części rozpuszczalnika gdy rozpuszczalność substancji słabo zmienia się z temperaturą. Wymaga to doprowadzenia ciepła do układu.

Wysałanie stosuje się, gdy rozpuszczalność substancji jest znaczna nawet w niskiej temperaturze, a odparowanie nie jest wskazane. Proces wysalania polega na zmniejszeniu rozpuszczalności substancji krystalizowanej w rozpuszczalniku pierwotnym przez dodanie innego rozpuszczalnika.

Przesycenie roztworu z wykorzystaniem reakcji chemicznej polega na tym, że substancja krystalizująca powstaje w wyniku reakcji chemicznej, po zmieszaniu roztworów reagentów i wytrąca się jako najmniej rozpuszczalna. Reagentem mieszanym z roztworem może być gaz bądź ciecz.

Zarodkowanie

Proces powstawania najmniejszych kryształów substancji rozpuszczonej jakie są stabilne termodynamicznie w kontakcie z przesyconym roztworem macierzystym to zarodkowanie (nukleacja). Najmniejsze kryształy to zarodki, składają się z kilkunastu do kilku tysięcy cząsteczek. Najmniejszy rozmiar zarodka, który znajduje się w równowadze z roztworem o danym stopniu przesycenia to rozmiar krytyczny. Kryształy o rozmiarze mniejszym rozpuszczają się w roztworze, a o rozmiarze większym rosną dalej.

Rys. 3.3. Rodzaje i podział zarodkowania (nukleacji).

Zarodkowanie pierwotne wynika z natury roztworu i dzieli się na zarodkowanie homogeniczne i heterogeniczne. Zarodkowanie zachodzące wskutek fluktuacji dużego przesycenia średniego to zarodkowanie homogeniczne. Zarodkowanie heterogeniczne zachodzi przy obecności cząstek obcych np. pyłu.

Nukleacja wtórna zachodzi tylko w obecności kryształów substancji krystalizującej, zależy od jakości i ilości fezy stałej oraz od ruchu zawiesiny w kry stal izat orze, a także od ścierania i łamania się kryształów. Zarodkowanie wtórne można podzielić na tzw. normalne i kontaktowe.

Proces powstawania zarodków opisuje równanie:

Rzą^i zarodkowania (») zależy od rodzaju substancji krystalizującej, a jego wartość zawiera się najczęściej w granicach od 2 do 9.

Szybkości zarodkowania (ku) zależy od:

•    typu i wielkości krysłalizatora,

•    występowania oddziaływań mechanicznych (ultradźwięków, wstrząsów),

•    obecności i stężenia zanieczyszczeń,

•    temperatury krystalizacji,

•    stężenia substancji krystalizującej.

Wpływ procesów towarzyszących na krystalizację

Procesy, które nieodłącznie towarzyszą krystalizacji to: rozkład przesycenia, rozdrabnianie i ścieram* kryształów oraz aglomeracja kryształów.

Rozkład przesycenia

Bez względu na sposób generacji przesycenia, w krystalizatorze przemysłowym występują strefy zwiększonego przesycenia przy powierzchni chłodzącej, przy powierzchni wrzenia roztworu oraz w miejscu dopływu trzeciego składnika przy wysalaniu (łub reagentów przy precypitaeji). Gdy czas cyrkulacji zawiesiny jest dłuższy od czasu potrzebnego do znacznego obniżenia przesycenia maksymalnego przez zarodkowanie i wzrost kryształów, od czasu półtrwania dla przesycenia wówczas rozkład przestrzenny przesycenia jest znaczny. W procesie precypitaeji szczególnie ważne jest mieszanie w fezie ciekłej, gdzie przesycenie źle rozpuszczonej substancji krystalizującej wytwarza się zwykłe przez mieszanie kilku reagentów. Prowadzi to do bardzo dużych przesyceń lokalnych, w szczególności w procesach okresowych uzależnionych od intensywności mikromieszania.

Rozdrabnianie i ścieranie kryształów

W wyniku zderzeń cząstek stałych w zawiesinie, jak również w trakcie zderzeń z urządzeniami mieszającymi oraz elementami konstrukcyjnymi krystalizatora następuje proces rozdrabniania i ścierania kryształów.

Aglomeracja kryształów

Proces aglomeracji kryształów polega na zetknięciu dwóch osobników i ich zrośnięciu. W procesie krystalizacji może być zarówno pożądana jak i szkodliwa. Znaczne przesycenie i lepkość oraz mała intensywność mieszania sprzyjają aglomeracji. Dodatek niektórych środków powierzchniowo czynnych obniża ją. Aglomeracja jest niejako procesem odwrotnym do rozdrabniania.

&L04>QjOD(*/T*U