Автор: Шмаль Игорь Иванович

Рубрика: Химия

Опубликовано в Молодой учёный №7 (54) июль 2013 г.

Статья просмотрена: 19 раз

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.

Основные термины (генерируются автоматически): твердой фазы, насыщенного раствора, восходящей ветви, плотность раствора, массы раствора, раствора и твердой фазы, плотность раствора ρd, концентрация насыщенного раствора, плотность твердой фазы, образования твердой фазы, подача раствора с малой, и образование твердой фазы, единицу массы раствора, получения твердой фазы, разность уровней раствора, наличие твердой фазы, концентрация раствора, содержания твердой фазы, восходящей ветви известны, процессов кристаллизации.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос