Вопросы для самопроверки:
-
Чем отличается процесс дистилляции от процесса ректификации?
-
Что такое флегмовое число?
-
Объясните принцип действия и устройство ректификационной колонны непрерывного действия.
-
Как определяется материальный баланс колонны?
-
Какие аппарата используют в ректификационных установках?
-
Какие виды колонн применяют для ректификации под вакуумом и как они работают?
Лекция №17 кристаллизация. Мембранные процессы план:
-
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
-
МЕМБРАННЫЕ ПРОЦЕССЫ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
1.Кристаллизация. Общие сведения.
Кристаллизация – процесс выделения твердой фазы из растворов, расплавов и паров.
Применяется с целью выделения твердой фазы, разделения веществ, очистки веществ и выращивания монокристаллов.
Кристаллизация состоит из двух основных стадий – образования зародышей кристаллов и роста кристаллов. Обе стадии протекают одновременно.
Если wобр>wрост, то получается большое количество мелких кристаллов, если wобр<wрост, то образуются кристаллы больших размеров.
Начало кристаллизации осуществляется в центрах кристаллизации, в качестве которых могут выступать механические примеси, шероховатость стенок.
Условие протекания процесса – пересыщение раствора, т.е. действительная концентрация раствора вещества должна быть выше равновесной.
Величина предельного пересыщения зависит от свойств растворенного вещества и растворителя, температуры раствора, скорости охлаждения, наличия примесей, механического воздействия.
Принципиальная схема кристаллизации
Принципиальная схема кристаллизации показана на рис.17.1.
Рис.17.1. Принципиальная схема кристаллизации
Равновесие процесса кристаллизации
Кристаллизация – это процесс, обратный растворению. Зависимость между давлением и температурой при фазовом переходе в условиях кристаллизации определяется уравнением Клайпейрона Клазиуса:
,
(17.1)
где q – теплота кристаллизации;V1– удельный объем вещества в жидком состоянии;V2 – удельный объем вещества в твердом состоянии.
В
действительности
вследствие увеличения плотности.
Следовательно,
,
то естьдавление,
при котором совершается фазовый переход,
увеличивается с увеличением температуры.
На рис.17.2 представлена диаграмма состояний «газ жидкость твердое тело».
Рис.17.2.
Диаграмма состояний
«Пар жидкость твердое тело»
Точка
А является тройной: в этой точке в
равновесии
одновременно
находятся газ, жидкость и твердое тело,
что соответствует правилу фаз Гиббса.
Линия ОА является кривой сублимации и отражает условия пере-хода твердого тела в пар, минуя жидкое состояние.
Линия АК является кривой перехода жидкости в газообразное состояние. При температуре выше критической отсутствует различие между газом и жидкостью.
Линия АВ отражает условия перехода жидкости в твердое состояние; продолжается безгранично в вверх.
Условия равновесия удобно иллюстрировать с помощью фазовых диаграмм в координатах «Сt» (рис.17.3).
Рис.17.3.Зависимость равновесной концентрации (1) и пересыщения (2) от температуры
Кривая 1 соответствует условиям растворимости вещества в зависимости от температуры; кривая 2 – условиям пересыщения. На диаграмме выделено три области:
I – зона до насыщенного раствора; пунктирной линией обозначено устойчивое состояние перенасыщенного раствора;
II – метастабильная зона (происходит рост кристаллов);
III – лабильная зона (зона неустойчивого состояния раствора, где из раствора мгновенно выпадают кристаллы).
Существует два метода создания перенасыщения:
1) изогидрический (количество растворителя не изменяется); эффективен для солей со значительной зависимостью растворимости от давления;
2) изотермический (испаряют растворитель, при постоянной температуре); растворимость не зависит от температуры.