Кристалізація речовин з розчинів стічних вод
Для виділення речовин з концентрованих розчинів використовують методи кристалізації і сушіння. Речовини, розчинність яких істотно зростає з підвищенням температури (позитивна розчинність), кристалізують при охолодженні їх насичених розчинів - це політермічна або ізогідрична кристалізація, що перебігає при незмінному вмісті води у системі.
Якщо зі зростанням температури розчинність речовини знижується (негативна розчинність), то кристалізацію здійснюють при нагріванні розчину. Речовини, які мало змінюють розчинність при зміні температури, кристалізують шляхом випаровування води при постійній температурі - ізотермічна кристалізація.Кристалізацію солі можна також здійснювати введенням у концентрований розчин речовин, що зменшують її розчинність. Це речовини, які містять
однаковий іон з даною сіллю або зв'язують воду. Кристалізацію такого типу називають висолюванням.
Поширеним видом кристалізації є хімічне осадження речовини з розчинів з застосуванням реагентів.
Виділення кристалів відбувається лише з пересичених розчинів. Пересичені розчини характеризують різницею між концентраціями пересиченого Сп і насиченого С* розчинів, відносним пересиченням (Сп - С*)* або коефіцієнтом пересичення Сп/С*.
Утворення кристалів складається з двох послідовних стадій:
- виникнення у пересиченому розчині центрів кристалізації - зародків кристалів;
- зростання кристалів на базі цих зародків.
Для зародка сферичної форми робота утворення дорівнює
де r - розмір зародка; σ - коефіцієнт поверхневого натягу.
Ймовірність утворення зародків зростає з підвищенням температури. Цьому процесу сприяє механічна вібрація, перемішування, вплив акустичного і магнітних полів.
Зростання кристалів відбувається у результаті дифузії речовини з основної маси розчину до поверхні зростаючого кристала з подальшим включенням часток розчиненої речовини у кристалічну решітку.
Загальне рівняння швидкості кристалізації має вигляд
де Мт - кількість дифузійної речовини; τ - час; β і βf,l, - коефіцієнт масовіддачі і процесу кристалізації; F - площа поверхні кристала; Скр - концентрація речовини біля поверхні кристала; ккр - коефіцієнт швидкості кристалізації.
Апарати для здійснення ізогідрічної кристалізації можна поділити на кристалізатори періодичної дії, кристалізатори безперервної дії та вакуум- кристалізатори.
Найпростішими кристалізаторами періодичної дії є вертикальні циліндричні апарати зі змійовиками і механічними мішалками. Процес кристалізації у них відбувається з охолодженням розчину. На рис. 3.22 показаний кристалізатор коритного типу зі стрічковою мішалкою. Замість стрічкової мішалки може використовуватись шнекова мішалка, яка виконана у вигляді нескінченного гвинта. Середній розмір кристалів у таких кристалізаторах не перевищує 0,5-0,6 мм.
Кристалізатори коритного типу досить поширені у промисловості завдяки простоті обслуговування і надійності роботи.
1 - коритоподібний корпус; 2 - водяна оболонка; 3 - мішалка Рисунок 3.22 - Кристалізатор коритного типу зі стрічковою мішалкою
3.6.3