Аппараты процесса кристаллизации - Технология конструкционных материалов
Для получения продуктов в виде тонких пластинок или чешуек используют непрерывно действующие ленточные, вальцевые и дисковые кристаллизаторы, где отверждение происходит значительно интенсивнее, чем в формах. В ленточном кристаллизаторе исходный расплав тонким слоем подается на движущуюся металлическую ленту, на которой он охлаждается до полного затвердевания.
В вальцевом аппарате продукт кристаллизуется на наружной поверхности охлаждаемого изнутри вращающегося полого барабана (вальца), частично погруженного в ванну с расплавом; кристаллы снимаются с барабана неподвижным ножом. В дисковых аппаратах отверждение продуктов происходит на поверхности охлаждаемых изнутри вращающихся дисков.
Конструкционный материал кристаллизация керамический
При приготовлении гранулирующих продуктов расплав диспергируют непосредственно в поток хладагента газообразного, в основном воздуха (производство аммиачной селитры, карбамида и др.), или жидкого, например воды либо масла (производство пластмасс, серы и т. п.) в полых башнях или аппаратах с псевдоожижeнным слоем, где кристаллизуются мелкие капли расплава). Кристаллизацию из растворов используют преимущественно для выделения ценных компонентов из растворов, а также их концентрирования и очистки веществ от примесей.
Вещества, растворимость которых сильно зависит от температуры (например, KNO3 в воде), кристаллизуют охлаждением горячих растворов, при этом исходное количество растворителя, который содержится в маточной жидкости, в системе не изменяется (изогидрическая кристаллизация). В малотоннажных производствах применяют емкостные кристаллизаторы периодического действия, снабженные охлаждаемыми рубашками. В таких аппаратах раствор охлаждают при непрерывном перемешивании по определенной программе. Для предотвращения интенсивной инкрустации поверхностей охлаждения разность температур между раствором и хладагентом должна быть не более 8-10°С.
В крупнотоннажных производствах используют, как правило, скребковые, шнековые, дисковые, барабанные и роторные кристаллизаторы непрерывного действия. Скребковые аппараты обычно состоят из нескольких последовательно соединенных трубчатых секций, в каждой из которых имеется вал со скребками и которые снабжены общей или индивидуальными охлаждающими рубашками. При вращении вала скребки очищают внутреннюю поверхность охлаждаемых труб от осевших на них кристаллов и способствуют транспортированию образовавшейся сгущенной суспензии из секции в секцию. В шнековых кристаллизаторах раствор перемешивают и перемещают с помощью сплошных или ленточных шнеков. Дисковые кристаллизаторы снабжены неподвижными либо вращающимися дисками.
В первом случае по оси аппарата расположен приводной вал со скребками для очистки поверхностей дисков от осаждающихся кристаллов; исходный раствор подается в кристаллизатор сверху, а образующаяся суспензия последовательно проходит в пространстве между охлаждаемыми дисками и выгружается через нижний штуцер. Во втором случае вал с дисками размещен внутри корыта или горизонтального цилиндрического сосуда; кристаллы снимаются с поверхности дисков неподвижными скребками.
Основной элемент барабанного кристаллизатора - полый барабан с опорными бандажами, установленный под углом 15° к горизонтальной оси и вращающийся с частотой 5-20 мин-1. Раствор, охлаждаемый водяной рубашкой или воздухом (который нагнетают вентилятором через внутреннюю полость барабана), поступает с одного его конца, а суспензия отводится с другого. Вязкие растворы (например, жирных кислот) часто охлаждают в роторных кристаллизаторах - цилиндрических аппаратах, внутри которых с большой скоростью вращается ротор с ножами. Последние под действием центробежной силы прижимаются к внутренней поверхности кристаллизатора, очищая ее от осевших кристаллов. Раствор обычно подастся в аппарат под избыточным давлением. Для увеличения времени пребывания в кристаллизаторе раствора и большего его переохлаждения последовательно соединяют несколько аппаратов. При использовании скребковых, шнековых, роторных и иногда дисковых кристаллизаторов часто образуются мелкие кристаллы (0,1-0,15 мм), что приводит к увеличению слеживаемости и адсорбционного загрязнения продукта, а также ухудшает его фильтруемость. Поэтому для укрупнения кристаллов продукта после упомянутых аппаратов устанавливают так называемые кристаллорастворители, в которых концентрируется суспензия, выдерживается при медленном охлаждении, что приводит к росту кристаллов до 2-3 мм. Для получения крупнокристаллических однородных продуктов часто применяют кристаллизаторы с псевдоожиженным слоем.
Исходный раствор вместе с циркулирующим осветленным маточником подается насосом в теплообменник, где в результате охлаждения раствор пересыщается и поступает по циркуляционной трубе в нижнюю часть кристаллорастворителя, в котором кристаллы поддерживаются во взвешенном состоянии восходящим потоком раствора. Кристаллизация происходит в основном на готовых центрах кристаллизации, при этом крупные кристаллы осаждаются на дно аппарата, откуда удаляются в виде сгущенной суспензии. Осветленный маточник разделяется на две части: одна отводится из верхней части аппарата, другая подается на рециркуляцию.
В ряде случаев кристаллизацию растворов осуществляют непосредственным смешением их с жидкими, газообразными и испаряющимися хладагентами в смесительных, барботажных, распылительных и других аппаратах. Если растворимость вещества мало изменяется с изменением температуры (например, NaCl в воде), кристаллизацию проводят частичным или практически полным испарением растворителя путем выпаривания насыщенного раствора при почти постоянной температуре (изотермическая кристаллизация). По конструкции выпарные кристаллизаторы в значительной степени напоминают выпарные аппараты и могут иметь внутреннюю или выносную греющие камеры. В таком кристаллизаторе исходный и циркулирующий растворы, проходя через камеру, нагреваются до температуры кипения. Образовавшаяся парожидкостная смесь поступает в сепаратор, где пар отделяется от раствора. Кристаллы, осаждающиеся в сепараторе, вместе с маточной жидкостью направляются в специальный аппарат, в котором отделяются от нее и выводятся в виде концентрированной суспензии.
Осветленный маточник возвращается в камеру. Для предотвращения инкрустации (обрастания) поверхностей нагрева раствор должен циркулировать в кристаллизаторе с достаточно большой скоростью (до 3 м/с), что часто достигается применением осевых насосов. При одновременном охлаждении и выпаривании растворителя кристаллизацию осуществляют в вакуум-кристаллизаторах периодического или непрерывного действия, с принудительной либо естественной циркуляцией раствора. Раствор охлаждается вследствие адиабатического испарения части растворителя при создании в таком аппарате определенного разрежения. Количество испаренного растворителя обычно составляет 8-10% от общей массы раствора. В кристаллизаторе с естественной циркуляцией исходный раствор подается в нижнюю часть циркуляционной трубы и вместе с циркулирующей суспензией поднимается вверх, где в результате понижения давления вскипает. Образовавшиеся пары проходят через сепаратор и поступают в барометрический конденсатор. Пересыщенный раствор и выделившиеся кристаллы движутся вниз по барометрической трубе, откуда кристаллы, вместе с частью маточной жидкости выводятся в гидрозатвор. Для поддержания разрежения используют вакуум-насосы или пароструйные инжекторы. В крупнотоннажных производствах широко распространены многокорпусные вакуум-кристаллизационные установки с числом корпусов 4-24, в которых глубина разрежения постепенно возрастает от первого корпуса к последнему. Вакуум-кристаллизаторы более производительны и экономичны, чем выпарные кристаллизаторы. Кристаллизацию некоторых веществ можно осуществить высаливанием. При выделении неорганических соединений используют органические вещества (например, Na2SO4 кристаллизуют, добавляя к его водному раствору метанол, этанол либо NH3) или содержащие одинаковый ион с выделяемым соединением (например, FeSO4 кристаллизуют из травильных растворов добавкой концентрированной H2SO4);
Кристаллизация из паровой фазы позволяет кристаллизовать вещества, обладающие высоким парциальным давлением паров над твердой фазой и способные непосредственно переходить из газообразного состояния в кристаллическое (например, йод, фталевый ангидрид). Такую кристаллизацию используют для выделения ценных компонентов из парогазовых смесей, получения аэрозолей, нанесения тонких кристаллических слоев на поверхность различных тел (например, в производстве полупроводниковых материалов) и т. д.
Кристаллизацию аморфной твердой фазы и рекристаллизацию осуществляют, как правило, при температурах, близких к температурам плавления кристаллизуемых веществ. При этом в результате термодиффузионных процессов изменяется первичная кристаллическая структура вещества либо происходят зарождение и рост кристаллов из аморфной фазы.
С увеличением скорости охлаждения степень переохлаждения возрастает и процесс кристаллизации протекает при температурах, лежащих значительно ниже равновесной температуры кристаллизации.
Число центров кристаллизации и скорость роста кристаллов зависят от степени переохлаждения. Число зародышей скорость роста их при равновесной температуре кристаллизации Тs равны нулю. При увеличении степени переохлаждения они возрастают и достигают максимума. При больших степенях переохлаждения число центров кристаллизации и скорость роста равны нулю, так как при низких температурах диффузионная подвижность атомов мала, а тем самым уменьшена способность системы к превращению.
Чем больше скорость образования зародышей и меньше скорость их роста, тем меньше размер кристалла (зерна), выросшего из одного зародыша, и, следовательно, более мелкозернистой будет структура металла.
При небольшой степени охлаждения Т (малой скорости переохлаждения) число зародышей мало. В этих условиях будет получено крупное зерно. С увеличением степени переохлаждения скорость образования зародышей возрастает, количество их увеличивается, и размер зерна в затвердевшем металле уменьшается.
Похожие статьи
-
Кристаллизация - это переход вещества из газообразного (парообразного), жидкого или твердого аморфного состояния в кристаллическое, а также из одного...
-
Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники
Задание. Перечислите виды термообработки, объясните сущность и назначение закалки и отпуска и определите по диаграмме состояния Fc-Fe3 C температуру...
-
Технологическая схема зависит от вида и характера, вида и качества исходных материалов, от уровня развития техники (рис.1.). Рисунок 1- Технологическая...
-
Анализ конструкции (объекта дипломного проектирования) на предмет снижения ее массы, применения новых материалов, совершенствования конструктивных...
-
Технологичность конструкций литых деталей - Технология конструкционных материалов
Конструкция литой детали должна обеспечивать высокий уровень механических и эксплуатационных характеристик при заданной массе, конфигурации, точности...
-
Повышение эффективности технологических процессов и производств будет осуществляться путем роста единичных мощностей устанавливаемого оборудования,...
-
Основные положения к выбору способа литья - Технология конструкционных материалов
При выборе способа литья для получения заготовки в первую очередь должен быть рассмотрен вопрос экономии металла. Металлоемкость можно снизить...
-
Выбор материала изделия. Обоснование катетов сварных швов Материал изделия для изготовления сварной конструкции, необходимо выбирать в зависимости от...
-
Технология и оборудование производства молока питьевого Сырое молоко с температурой 6?С поступает в приемный бачок 1 (рисунок 1.1), через впускной...
-
Сравнительная характеристика абсорберов - Процессы химической технологии
Абсорберы - аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы. Так как абсорбция протекает поверхности раздела фаз, то абсорберы должны иметь...
-
Стальной аппарат с мешалкой. Он состоит из корпуса и перемешивающего устройства с приводом. Корпус! включает в себя: цилиндрическую обечайку с приварным...
-
Введение, Характеристика готового продукта - Разработка технологии получения строительного материала
В данной курсовой работе "разработка технологии получения строительного материала" мы будем рассматривать следующие решения задач, для достижения цели:...
-
Выбор материала и технология производства заготовок деталей и инструментов
ВЫБОР МАТЕРИАЛА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ И ИНСТРУМЕНТОВ Цель работы - провести анализ условий работы заданного изделия, выбор...
-
Материальный баланс процесса выпаривания Основные уравнения материального баланса: Где - массовые расходы начального и конечного раствора, кг/с; ХНач,...
-
Сплав Д1 - относится к числу дюралюминов. Такой вид сплавов обладает достаточно высокой прочностью, пластичностью и относится к числу нормальных...
-
При механической и тепловой кулинарной обработке происходят глубокие изменения в продуктах. Правильная обработка влияет на качество готового блюда....
-
В настоящее время предусматривается не только значительное увеличение количества вырабатываемых молочных продуктов, но и повышение их питательных и...
-
Маршрутная технология процесса изготовления деталей - Ремонт токарного станка
Выбор заготовки: при выборе заготовки для механической обработки заменяемой детали нужно учитывать технические требования, предъявляемые к детали....
-
Общая характеристика металлов - Металлические сплавы как основа конструкционных материалов
Физические свойства металлов и сплавов 1) Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В...
-
Для технологии процессов химической переработки нефтяного сырья характерно преимущественное применение высоких температур и зачастую высоких давлений....
-
Механизация и автоматизация технологических процессов Технология переработки полимеров - это область науки и техники, изучающая процессы, предназначенные...
-
Выбор сварочных материалов - Технологический процесс сборки и сварки кронштейна
Выбор сварочной проволоки Сварочные материалы при сварке кронштейна принимаются исходя из способа сварки. Для стали 09Г2 сварочная проволока марки...
-
ВВЕДЕНИЕ - Процессы химической технологии
При стремительном темпе развития нефтеперерабатывающей промышленности большое значение приобретает надежность работы абсорбционных аппаратов на...
-
Конструкционные материалы - Электротехника. Электротехническое материаловедение
Задача 1 . Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения при...
-
2.2.1 Определение средних температур теплоносителей . Рис. 1 Температурная схема Где t'Нач - начальная температура исходного раствора (по заданию) TБ, tМ...
-
Технологический процесс получения гранулированного материала (стеклопора) состоит из следующих основных операций: приготовления смеси из раствора жидкого...
-
Физическая сущность процесса пайки. - Технологии изготовления кремниевых полупроводниковых приборов
Пайкой называется технологический процесс соединения металлических за - готовок без их расплавления посредством введения между ними расплавленного...
-
Получение сульфата аммония основано на поглощении аммиака из коксового газа раствором серной кислоты и протекании реакции нейтрализации....
-
Полигонизацией называют стадию возврата, при которой в пределах каждого кристалла образуются новые малоугловые границы. Процесс протекает при нагреве до...
-
Получение охмеленного сусла - Технология производства светлого пива
Процесс получения охмеленного сусла включает следующие операции: кипячение сусла с хмелем, отделение хмелевой дробины, осветление и охлаждение сусла....
-
Оценивание уровня качества продукции, в частности полукопченых колбас, будем производить методами, принятыми в квалиметрии. Квалиметрия - научная...
-
Овощной цех, организация работы овощного цеха. Овощной цех ресторана или столовой вместе с кладовой овощей размещается в едином блоке со складскими...
-
В данном разделе мы рассчитаем потребное количество сырья, вспомогательным материалов и тары в 1 смену для выпуска готовой продукции в установленном...
-
Организация рабочего места при приготовлении блюд Холодные цехи предназначены для приготовления, порционирования и оформления холодных блюд и закусок....
-
Сырье поступает на предприятие автотранспортом, разгружается в цехе кран-балкой и складируется на отведенных для складирования местах в отделении...
-
Типовой технологический процесс ЭЭО на копировально-прошивочных станках заключается в следующем: 1. Заготовку фиксируют и жестко крепят на столе станка...
-
Конструкционные материалы - Металлические сплавы как основа конструкционных материалов
Конструкционные материалы, материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими...
-
Блюда фаршированная курица подается как горячее и холодное блюдо. Но это блюда подано в горячем виде. Кожа курицы наполнена фаршем куриным и бараньим...
-
Как уже отмечалось в современных условиях, для организации ремонта двигателя ЯМЗ-240 рекомендуется не обезличенный поточный способ ремонта, при котором...
-
Подготовка сырья к производству блюда Телятина заливная производится в соответствии со сборником рецептур и кулинарных изделий для предприятий...
Аппараты процесса кристаллизации - Технология конструкционных материалов