Физико-химические закономерности процесса кристаллизации карбамида из водных растворов

• Автор: Серый, Петр Валерьевич
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Содержание работы Введение.

1. Анализ научной литературы но современным представлениям, методам моделированию и аппаратурному оформлению процессов массовой кристаллизации

1.1. Теоретические основы кристаллизации.

1.2. Моделирование процесса массовой кристаллизации.

1.3. Аппаратурное оформление кристаллизации.

1.4. Выводы из анализа литературы.

2. Методики исследования

2.1. Физикохимические свойства карбамида.

2.2. Методики исследования кинетики процесса кристаллизации карбамида.

2.3. Методика исследования массовой кристаллизации в политермическом режиме

2.4. Методика исследования массовой кристаллизации в изотермическом режиме.

2.5. Методика исследования ультразвукового воздействия на суспензию карбамида.
2.6. Методика проведения основной серии промышленных экспериментов.
3. Изучение кинетики кристаллического росла карбамида на одиночном кристалле при постоянном переохлаждении.
3.1. Определение механизма роста кристалла
3.2. Влияние температуры насыщения и переохлаждения на форму кристалла.
3.3. Влияние органических примесей на скорость роста кристалла.
3.4. Влияние перемешивания на скорость роста кристалла.
3.5. Исследование кинетики роста кристалла 22 в процессе политерм и ческой кристаллизации.
4. Изучение процесса кристаллизации карбамида в условиях массовой кристаллизации.
4.1. Исследование кинетики роста в условиях массовой кристаллизации при политермическом режиме.
4.2. Исследование кинетики роста в условиях массовой кристаллизации при изотермическом режиме
4.3. Результаты исследований воздействия ультразвуковой обработки на гранулометрический состав и форму кристаллов карбамида.
5. Промышленные испытания на производстве карбамида
5.1. Исследование влияния технологических параметров на гранулометрический состав кристаллического карбамида
5.2. Исследование влияния способа подачи исходного раствора в кристаллизатор на гранулометрический состав карбамида
Список литературы


Материалы диссертации докладывались и обсуждались на областной дистанционной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Молодежная наука Прикамья» (Пермь ), на областной конференции молодых ученых и студентов «Химия и экология» (Пермь, ), на I Всероссийской конференции «Молодежная наука в развитии регионов» (Березники ). Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 научных статей, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 8 страницах и состоит из введения, обзора литературы, методической части, результатов исследования и их обсуждения, выводов, списка цитируемой литературы из 3 источников. Работа содержит рисунка и таблицы. Основополагающие моменты процессов, сопровождающих кристаллизацию, описаны во многих научных трудах. Несмотря на довольно детальную изученность общих закономерностей процесса кристаллизации, множества предложенных теорий зародышеобразования, кристаллического роста и вариантов их математического описания, отсутствует возможность моделировать результат в реальных условиях и проектировать производства без экспериментальной проверки. В настоящее время большой интерес проявляется к моделированию процессов кристаллизации с целью определения технологических параметров проведения процессов в промышленности. Развитие нового комплексного подхода к изучению процесса массовой кристаллизации даст основу для разработки более гибких промышленных технологий, которые позволят получать продукты с новым более высоким уровнем качества. Авторы /1-4/ показали основные стадии зарождения кристаллов, определили условия, при которых возможна кристаллизация. Кристаллизация характеризуется одновременным протеканием следующих основных процессов: создание пересыщения, зародышеобразование и рост кристаллов /5, 6/. Известно, что для придания кристаллизации конечной скорости, раствор карбамида можно переохладить, создать пересыщение по кристаллизуемому веществу, либо внести раствор во внешнее поле, позволяющее снизить растворимость кристаллизующейся фазы. В пересыщенном растворе карбамида происходит зарождение центров кристаллизации (зародышеобразование), которые превращаются в кристаллы и растут согласно правилам кинетики роста кристаллов. При этом изменяются их форма, содержание примесей, дефектность. Агломерация, и разрушение кристаллов. Движущей силой процесса массовой кристаллизации является пересыщение. Величину максимального пересыщения характеризует ширина метастабильной зоны, т. В работе /7/ описан механизм процесса. Показано существование фа-ницы метастабильности, которая делит область пересыщения на две зоны: метастабильную, где спонтанная кристаллизация невозможна, и лабильную, где она уже возможна. Образование метастабильной области связано с энергетическими затратами на появление зародыша кристалла критического размера. В метастабильном состоянии растворы относительно устойчивы. В области лабильных растворов, легко образуются зародыши новой фазы за счет спонтанных флуктуаций концентрации целевого вещества. Метаста-бильное состояние отличается от лабильного временем начала кристаллизации. На устойчивость некоторых метастабильных растворов оказывают влияние механические, электрические (разряд) и другие факторы /8/. Влияние многих факторов на устойчивость пересыщенных растворов приводит к тому, что разфаничительная линия между метастабильной и лабильной областями обычно не может быть четко определена. Положение этой линии, зависит от примесей, наличие которых в промышленной практике трудно проконтролировать. Таким образом, управляемое выращивание кристаллов возможно только из метастабильных растворов. При этом если температурный коэффициент растворимости (фактор растворимости), заметно отличается от нуля, допустимо использование методов кристаллизации за счет изменения температуры раствора. Если же температурный коэффициент растворимости очень мал, кристаллизацию можно проводить методом испарения растворителя или за счет химической реакции. Абсолютная величина растворимости при этом не играет особой роли, но в методах испарения растворителя она не должна быть очень низкой. Для слаборастворимых веществ целесообразно использовать кристаллизацию, осуществляемую за счет протекания химической реакции - «химическое осаждение» /8,/.