Библиографическое описание:

Шмаль И. И. Аналитические оценки для процесса кристаллизации // Молодой ученый. — 2013. — №7. — С. 30-31.

В статье отражена методика проведения упрощенных оценок для описания фазовых переходов — образования твердой фазы из насыщенного раствора. Расчетная область рассматривается в виде U-образного сосуда, в нисходящей ветви которой поддерживается постоянный уровень, а в восходящей ветви производится подвод тепла, испарение и кристаллизация. Данная оценка может использоваться при описании остывания насыщенных растворов, сопровождающихся снижением растворимости.

Ключевые слова: раствор, твердая фаза, кристаллизация.

При расчете процессов кристаллизации в выпарных установках возникает задача оценки для объема образующейся твердой фазы. Этот вопрос особенно актуален в химических технологиях [1, 2].

В ряде случаев для получения твердой фазы из раствора используются U?образные сообщающиеся сосуды, в одну из половин которых производится подача раствора с малой концентрацией растворенного вещества, а во второй половине происходит подвод тепла, увеличение концентрации и образование твердой фазы. В стандартном расчете выполняются тепловой и массовый балансы, которые используются для определения количества образующейся твердой фазы.

В случае, когда в восходящей ветви происходит процесс кристаллизации, можно получить простые соотношения для описания поведения системы. Пусть будут известны для нисходящей ветви следующие величины: плотность раствора ρd и фиксированное значение уровня hd. Допустим, что для восходящей ветви известны: суммарная масса растворенного вещества , концентрация насыщенного раствора с’ (на единицу массы раствора), плотность раствора  при с’, плотность твердой фазы , зависимость объема от высоты Vup(hup). Тогда можно получить «плотность» растворенного вещества в жидкой фазе (с’) = ·c при с’.

Рассмотрим случай, когда наличие твердой фазы не оказывает значительного влияния на плотность смеси в восходящей ветви устройства, т. е. концентрация раствора при параметрах насыщения, а твердая фаза выпадает, например, на стенках сосуда. Тогда из условия равенства весовых уровней в сообщающихся сосудах можно получить разность уровней раствора в двух ветвях hup = hd·ρd / , суммарный объем смеси Vup = Vup (hup), а также соответствующую плотность «растворенного» вещества в восходящей ветви ρmixt =  / Vup. Далее получаем оценку объемного содержания твердой фазы для смеси α = (mixt(с’)) / ((с’)). Зная объемы, плотности фаз и перечисленные выше величины, можно получить массы раствора и твердой фазы для восходящей ветви.

Новизна в этой оценке — простота методики определения состава двухфазной смеси в условиях кристаллизации с привлечением минимума данных. При описании процессов снижения температуры в химических аппаратах, которые приводят к изменению фазового состава смеси, использование данных оценок не требует больших трудовых затрат. Следует еще раз подчеркнуть способ описания динамических процессов кристаллизации с помощью аналитических оценок, не известных ранее.

В ряде индустриальных технологий возникают очень близкие проблемы, например, в ядерной энергетике [3], где затрагивался вопрос о возможности повышения концентрации и выпадения осадка из насыщенного раствора при длительном кипении теплоносителя в активной зоне. Изложенная методика может быть полезной и в этом случае.

Литература:

1.                           Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Госхимиздат, 1961, 830 с.

2.                           Гельперин Н. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: «Химия», 1981, 812 с.

3.                           Логвинов С. А., Безруков Ю. А., Драгунов Ю. Г. Экспериментальное обоснование теплогидравлической надежности реакторов ВВЭР. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004, 255 с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle