ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм образования и отложения солен в процессе выпаривания из "Трубчатые выпарные аппараты для кристаллизующихся растворов" При выпаривании насыщенных растворов кристаллы соли выделяются как в объеме движущегося раствора, так и на поверхностях деталей выпарного аппарата (греющие трубки, сепаратор, отбойник и др.). [c.8] Выделение кристаллов солей из раствора представляет собой двухступенчатый процесс сначала образуются центры кристаллизации, а затем происходит рост кристаллов. Главным процессом, определяющим интенсивность выделения солей из пересыщенного раствора, является процесс зарождения кристаллов. [c.9] В настоящее время нет единой теории зарождения кристаллов соли в пересыщенном растворе. Наиболее известны флуктуацион-ная теория Фольмера и молекулярно-кинетическая теория Стран-ского. В основе этих теорий лежат предпосылки, разработанные Гиббсом, согласно которым изолированная система абсолютно стабильна, если при постоянстве энергии системы любое конечное изменение ее состояния оставляет неизменной энтропию (или даже уменьшает). Если же при некоторых конечных изменениях состояния (пересыщение раствора) энтропия возрастает, то система может быть относительно устойчивой (метастабильной). Метастабильное состояние является одним из возможных устойчивых при данных условиях состояний системы, которое не соответствует наименьшему значению свободной энергии. Таким образом, энтропия определяет устойчивость системы и вероятность зарождения кристаллов в пересыщенном растворе. [c.9] Так как при кипении температура и энергия системы постоянны, то 5г —52 =Еа, т. е. / = Л1 ехр( - л/ 7 )й Ц Ц2 .1з, где Ел — работа, затраченная на создание зародыща новой фазы Т—абсолютная температура раствора, К. [c.10] Из зависимости (4) видно, что с повышением температуры уменьшается размер зародыша. Это, в свою очередь, ведет к повышению скорости образования зародышей, в связи с чем при высоких температурах кипения раствора образуется большое число мелких кристаллов, что затрудняет их дальнейшую переработку. Для увеличения размеров кристаллов необходимо увеличить время их пребывания в аппарате (выпарные аппараты имеют большие объемы сепаратора и обратной циркуляционной трубы), уменьшить интенсивность процесса испарения раствора и величину его перегрева (пересыщения). Раствор должен быть перегрет на 1—2 градуса. [c.10] Скорость образования зародыша кристаллов (снятия пересыщения) зависит также и от режима течения раствора по контуру аппарата, т. е. от числа Рейнольдса Ке. Чем больше число Ре, тем интенсивней процесс зарождения кристаллов. Установлено, что чем больше пересыщение циркулирующего раствора, тем при меньшем значении Ре образуются зародыши кристаллов. [c.10] Результаты теоретических и экспериментальных исследований показывают, что размер выделяемых в процессе выпаривания кристаллов зависит от способности соли образовывать пересыщенные растворы, режима движения раствора по контуру аппарата, интенсивности кипения раствора в трубе вскипания, температуры кипения раствора, содержания кристаллов в циркулирующей суспензии, перегрева раствора относительно температуры кипения при давлении в сепараторе. [c.11] Способность соли образовывать пересыщенные растворы является одним из основных факторов, определяющих размер получаемых кристаллов и интенсивность засоления поверхностей аппарата. Практически установлено, что с увеличением склонности соли к образованию пересыщенного раствора, т, е. с увеличением произведения валентпостеи составляющих соль ионов на число молекул кристаллогидратной воды в ней, возрастает размер образующихся кристаллов. Это вызвано двумя ирнчинами степенью пересыщения раствора, от которой зависит скорость роста кристаллов, находящихся в циркулирующей суспензии (рис. 2), и возрастанием возможности роста блоков, т. е. сращивания зародышей с готовыми кристаллами (агрегатирования), с повышением степени пересыщения. [c.11] Интенсивное кипение раствора в трубе вскипания выпарного аппарата (при значительном перегреве и малом диаметре трубы) резко повышает турбулентность движения суспензии и степень пересыщения раствора. Эти явления, как уже отмечено, приводят к резкому возрастанию скорости образования зародышей, т. е. уменьшению размеров получаемых кристаллов. Для снижения интенсивности кипения раствора в трубе вскипания и скорости движения в ней суспензии уменьшают перегрев раствора и увеличивают площадь сечения трубы. [c.12] Из уравнений (5) видно, что повышение температуры кипения раствора увеличивает скорость роста кристаллов. Однако при этом необходимо учитывать, что повышение температуры кипения раствора приводит к интенсификации процессов образования зародышей и теплообмена, повышению температуры перегрева раствора, поэтому, как показывает практика, размер кристаллов при повышении температуры кипения уменьшается. [c.12] Концентрация кристаллов в движущейся суспензии также влияет на размер и форму получаемых кристаллов. Большое содержание кристаллов в движущейся суспензии приводит к их разрушению и уменьшению размеров. Получаемые кристаллы имеют сглаженную форму с разрушенными углами и ребрами. Находящиеся в движущемся пересыщенном растворе готовые кристаллы служат центрами кристаллизации выделяемая при снятии пересыщения соль расходуется в основном на их рост. При недостаточном для снятия пересыщения количестве готовых кристаллов образуются новые зародыщи и, как результат, уменьшаются их размеры. При повышенном содержании кристаллов. в пересыщенном растворе меньшее количество выделяющейся соли оседает на каждом из них, т. е. кристаллы будут мельче. [c.12] Другим важным вопросом, с которым приходится сталкиваться при выпаривании кристаллизующихся растворов, является отложение (инкрустация) кристаллов солей на поверхностях выпарного аппарата. При этом инкрустации подвергаются поверхность нагрева аппарата, труба вскипания, отбойник, брызгоотделитель и стенки сепаратора (рис. 3). Из рис. 3 видно, что отложение кристаллов обычно начинается на выступающей части трубы, затем постепенно захватывает область над верхней частью трубы и переходит во внутреннюю часть. Толщина отложения располагается по высоте трубы неравномерно, а при выпаривании раствора поваренной соли уменьшается сверху вниз. [c.13] В процессе эксплуатации выпарного аппарата отложение кристаллов солей в виде корки или наростов происходит также и на внутренних устройствах и стенках сепаратора. Причинами этого являются прилипание выбрасываемых кристаллов к шероховатой поверхности, а также попадание на нее уносимого вторичным паром раствора с последующим охлаждением его и образованием корки. [c.13] Инкрустацию поверхностей выпарного аппарата авторы рассматривают как процесс, происходящий в основном по следующид причинам. [c.13] Сравнивая уравнения (3) и (6), видим, что работа образования центра кристаллизации (зародыша) на твердой поверхности всегда меньше, чем работа его спонтанного образования в объеме раствора, т. е. инкрустация происходит при значительно меньшем пересыщении раствора. [c.13] После того как на поверхности теплообмена осели первые кристаллы солей с обратной растворимостью, вследствие межмолеку-лярного взаимодействия начинают выпадать и откладываться в виде блоков кристаллы других солей, растворимых в выпариваемом растворе. Отложение солей па поверхности трубы вскипания вызвано также исиарением прилегающего к пей слоя раствора, что приводит к увеличению локальной концентрации солей в этом слое. Образовавшиеся ири исиарении слоя раствора пузырьки пара, отрываясь от твердой поверхности, оставляют на ней кольцеобразный след, состоящий пз сцементированных крошечных кристаллов соли. Процесс осаждения кристаллов соли протекает непрерывно. Выпавшие кристаллы наслаиваются один па другой и образуют сплошную корку. [c.14] Вернуться к основной статье