История развития науки о процессах и аппаратах

Основные положения

1. Кристаллизация — разделение однородных жидких растворов на твердую и жидкую фазы. Растворение - обратный процесс - образование однородного раствора из твердой и жидкой фаз в процессе растворения.
2. Кристаллы выпадают из пересыщенного раствора. Способы пересыщения: выпаривание, охлаждение и высаливание. В процессе пересыщения увеличивается обобщенная движущая сила кристаллизации - разность концентраций фактического и насы­щенного растворов. При достижении критического ее значения процесс кристаллизации начинается самопроизвольно и продолжается до достижения концентрации насыщения. Процесс кристаллизации можно инициировать и раньше, но для этого требуется создать в растворе зародыши кристаллов.
3. Пребывание раствора в пересыщенном состоянии сопровождается одновременным протеканием двух процессов: образования зародышей кристаллов и их растворения. Зародыши образуются при сближении двух или нескольких молекул растворенного вещества вследствие удержания их силами притяжения. Они растворяются в результате ударов по зародышам других молекул и отрыва от них части молекул кристалла. Мелким зародышам, состоящим из 3...10 молекул, удары могут быть нанесены в более опасных направлениях, способствующих отрыву. Это усиливает растворение. Если кристаллы более крупные, то такие удары невозможны.
4. Процесс кристаллизации можно представить как два последовательно протекающие процесса: диффузия молекул к кристаллу и их осаждение на поверхности. Торможение любого из этих процессов блокирует кристаллизацию в целом. Для его блокирования обычно используют торможение диффузии путем охлаждения утфеля. Интенсифицирует диффузию нагревание и перемешивание утфеля.
5. Аппараты для кристаллизации бывают периодического и непрерывного действия. Отдельные стадии процесса, например выпадения кристаллов из утфеля, могут выполняться в отдельных аппаратах. Основное требование к кристаллизаторам: возможность большого уваривания массы и надежная циркуляция утфеля. Для выполнения этих требований применяют специфичные формы рабочих объемов теплообменников: расширенная нижняя часть, крупные кипятильные трубы (не менее 85 мм в диаметре), предельно низко опущенные поверхности нагрева.
6. Расчеты кристаллизаторов включают решение уравнений материального и энергетического балансов. Предварительно изобра­жают схему аппарата, на ней стрелками указывают потоки вещества.