Охолоджувальна кристалізація персульфату амонію в кристалізаторі з псевдозрідженим шаром
Анотація
Обґрунтовано доцільність використання класифікуючих кристалізаторів для одержання крупнокристалічного продукту однорідного гранулометричного складу. При цьому зазначено, що в цьому типі кристалізаційного обладнання, на відміну від відомих конструкцій, разом із процесом зростання кристалів у висхідному потоці розчину відбувається їх гідравлічна класифікація за розмірами. Метою роботи є проведення експериментальних досліджень та виявлення основних факторів, що впливають на процес кристалізації персульфату амонію у псевдозрідженому шарі, а також розроблення методики розрахунку охолоджувального класифікуючого кристалізатора у виробництві персульфату амонію. Розроблена авторами методика математичного оброблення результатів дослідів базується на динамічній моделі процесу гідрокласифікації та зростання кристалів у циліндроконічному класифікуючому кристалізаторі. При цьому запропоновано весь об’єм псевдозрідженого шару кристалів розглядати розділеним на кінцеву кількість вузьких монофракцій, кожна з яких характеризується певними гідродинамічними та масообмінними параметрами. Результатами експериментальних досліджень та їх математичного оброблення визначені основні параметри процесу кристалізації персульфату амонію в псевдозрідженому шарі. Зазначено, що розчини персульфату амонію і сульфату амонію є помірно стійкими, що за умов невисокого контрольованого пересичення розчину та наявності достатньої маси псевдозрідженого шару дозволяє їх використовувати в класифікуючих кристалізаторах для одержання крупнокристалічного класифікованого продукту гарної якості
Ключові слова
класифікуючий кристалізатор; кристали; пересичення розчину; гідрокласифікація; масопередача
Використані джерела
[1] Handbook of Industrial Crystallization, 3rd ed., Allan S. Myerson, Massachusetts Institute of Technology, Deniz Erdemir, BristolMyers Squibb, USA, Alfred Y. Lee, Merck & Co., Inc., Eds. Cambridge University Press, 2019. doi: 10.1017/9781139026949.
[2] S. Y. Misyura, and V. S. Morozov, "Crystallization of salt solutions on surface of droplet and layer", J. Eng. Thermophys., no. 28, pp. 381-391, 2019. doi: 10.1134/S1810232819030081.
[3] D. A. Weingaertner, S. Lynn, and D. N. Hanson, "Extractive crystallization of salts from concentrated aqueous solution", Ind. Eng. Chem. Res., vol. 30, iss. 3, pp. 490-501, 1991. doi: 10.1021/ie00051a009.
[4] H. Svanoe, "Krystal" classifying crystallizer", Ind. Eng. Chem., vol. 32, iss. 5, рр. 636639, 1940. doi: 10.1021/ie50365a011.
[5] J. W. Mullin, "Crystallizer design and operation", in Industrial Crystallization, J. W. Mullin, Ed. Springer, Boston, MA., рр. 291-302, 1976. doi: 10.1007/978-1-4615-7258-9_28.
[6] C. D. Han, and R. Shinnar, "The steady state behavior of crystallizers with classified product removal", AIChE Journal, vol. 14, iss. 4, pp. 612-619, 1968. doi: 10.1002/aic.690140413.
[7] A. P. Vragov, "Simulating and designing cylinder-cone classifying crystallizers", Chem. Petrol Eng., no. 35, pp. 189-198, 1999. doi: 10.1007/BF02368679.
[8] C. Frances, B. Biscans, and C. Laguerie, "Modelling of a continuous fluidized-bed crystallizer effects of mixing and segregation on crystal size distribution during the crystallization of tetrahydrate sodium perborate", Chem. Eng. Science, vol. 49, iss. 19, pp. 3269-3276, 1994. doi: 10.1016/0009-2509(94)00135-9.
[9] E. Temmel, J. Gänsch, A. SeidelMorgenstern, and H. Lorenz, "Systematic investigations on continuous fluidized bed crystallization for chiral separation", Crystals, vol. 10, no. 394, 2020. doi: 10.3390/cryst10050394.
[10] K. Shimamura, T. Tanaka, Y. Miura, and H. Ishikawa, "Development of a highefficiency phosphorus recovery method using a fluidized-bed crystallized phosphorus removal system", Water Science and Technology, vol. 48, no. 1, pp. 163-170, 2003.
[11] D. Binev, A. Seidel-Morgenstern, and H. Lorenz, "Continuous separation of isomers in fluidized bed crystallizers", Cryst. Growth Des., vol. 16, no. 3, pp. 1409-1419, 2016. doi: 10.1021/acs.cgd.5b01513.
[12] C. Y. Tai, Ch.-Yu Chen, and J.-F. Wu, "Сrystal dissolution and growth in a lean fluidized bed crystallizer", Chem. Eng. Communications, vol. 56, iss. 1-6, pp. 329340, 1987. doi: 10.1080/00986448708911953.
[13] D. Zheng, W. Zou, J. Yan et al., "Coupling of contact nucleation kinetics with breakage model for crystallization of sodium chloride crystal in fluidized bed crystallizer", Journal of Chemistry, vol. 2019, pp. 1-11, 2019. doi: 10.1155/2019/2150560.
[14] C. Y. Taia, P. C. Chenb, and T. M. Tsao, "Growth kinetics of CaF2 in a pH-stat fluidized-bed crystallizer", Journal of Crystal Growth, vol. 290, iss. 2, pp. 576-584, 2006. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2006.02.036.
[15] C. Bartscha, V. Wiedmeyer, Z. Lakdawala et al., "Stochastic-deterministic population balance modeling and simulation of a fluidized bed crystallizer experiment", Chem. Eng. Science, vol. 208, no. 115102, 2019. doi: 10.1016/j.ces.2019.07.020.
[16] Ja. E. Mikhajlovskiy, "Dynamics of the crystallization process in a cylindroconical classifying crystallizer", Ph.D. thesis, Vyd-vo SumDU, Sumy, 1999 [in Ukrainian].
[17] Fluidization, J. F. Davidson, and D. Harrison, Eds, Moscow, Russia: Khimiia, 1974 [in Russian].
[18] A. P. Vragov, Design and calculation of crystallization plants with classifying molds. Kiev, Ukraine: UMK VO, 1988 [in Russian].
[19] A. P. Vragov, Zhurn. prykl. khimiyi, vol. 60, no. 9, pp. 2007-2019, 1987 [in Russian].