Исследование и математическое моделирование механизма вторичного контактного зародышеобразования в циркуляционном кристаллизаторе

• Автор: Дорофеева, Мария Игоревна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 208 с. : ил.

1.1. Кристаллизация из растворов

1.1.1. Пересыщение

1.1.2. Зародышеобразование и метастабильное состояние

1.1.2.1. Механизмы первичного гомогенного зародышеобразования

1.1.2.2. Механизмы первичного гетерогенного зародышеобразования

1.1.2.3. Механизмы вторичного зародышеобразования

1.1.2.3.1. Контактное вторичное зародышеобразование

1.1.2.3.2. Физическая модель измельчения

1.1.2.3.3. Исследование кристаллов на прочность

1.1.3. Механизмы роста кристаллов

1.1.4. Механизмы растворения кристаллов

1.2. Структура кристаллов сульфата аммония, их физические свойства, получение и применение
1.3. Постановка задач исследования
Глава 2. Экспериментальные исследования механизма вторичного контактного зародышеобразования измельчения и роста кристаллов сульфата аммония в лабораторном Скристаллизаторе
2.1. Особенности и условия проведения экспериментальных
исследований механизма вторичного контактного зародышеобразования
2.1.1. Анализ полученных экспериментальным путм размеров частиц и функций распределения частиц по размерам
2.2. Особенности и условия проведения экспериментальных
исследований процесса изогидрической кристаллизации в
лабораторном Скристаллизаторе
2.2.1. Анализ полученных экспериментальным путм размеров кристаллов, функций распределения частиц по размерам и значений относительного пересыщения
2.3. Экспериментальное определение характеристик процессов измельчения и кристаллизации в лабораторном ГС
кристаллизаторе
Глава 3. Вывод математической модели и исследование процесса измельчения кристаллов сульфата аммония в измельчителе
3.1.Основные допущения при выводе математической модели
процесса измельчения
3.2. Вывод математической модели процесса измельчения
3.2.1. Различные подходы к составлению баланса числа частиц
при измельчении кристаллов
3.2.2. Разностные схемы и рекуррентные соотношения для решения уравнений математической модели процесса измельчения
3.2.3. Последовательность проведения расчта процесса измельчения
3.3. Определение параметров модели измельчения кристаллов сульфата аммония
3.4. Выбор адекватно отвечающего экспериментальным данным
уравнения баланса числа частиц
3.5 Анализ характеристик процесса, вычисленных в соответствии с разработанной математической моделью процесса
измельчения
3.6. Влияние скорости циркуляции суспензии, размера цилиндра и
диаметра выпускного отверстия в измельчителе на получаемый
средний размер частиц
Глава 4. Вывод математической модели и исследование процесса изогидрической кристаллизации в лабораторном Скристаллизаторе с измельчением кристаллов в измельчителе
4.1. Основные допущения при выводе математической модели процесса изогидрической кристаллизации в лабораторном РСкристаллизаторе
4.2. Построение зонной математической модели процесса изогидрической кристаллизации в лабораторном РСкристаллизаторе
4.2.1 Метод решения уравнений математической модели
4.2.2. Последовательность проведения расчта процесса изогидрической кристаллизации
4.3. Определение механизма роста кристаллов сульфата аммония
4.4. Анализ вычисленных в соответствии с разработанной математической моделью характеристик процесса кристаллизации
4.5. Влияние скорости циркуляции суспензии, диаметра выпускного отверстия в измельчителе и массового расхода подачи исходного раствора на получаемые средний размер кристаллов и относительное пересыщение
Глава 5. Математическое моделирование процесса промышленной изогидрической кристаллизации в Скристаллизаторе и оптимизация условий его проведения
5.1. Построение зонной математической модели процесса промышленной изогидрической кристаллизации в РСкристаллизаторе
5.1.1. Основные допущения при выводе математической модели процесса промышленной кристаллизации
5.1.2. Математическая модель процесса промышленной кристаллизации
5.1.3. Последовательность проведения расчта процесса промышленной кристаллизации
5.2. Влияние числа оборотов и количества лопастей ротора насоса, массовой концентрации и массового расхода подачи исходного раствора на получаемые характеристики продукта, и анализ полученных результатов вычислений
5.3. Выбор конструкции насоса и оптимальных условий проведения процесса промышленной кристаллизации в Скристаллизаторе при минимальном расходе энергии для получения продукта заданного
размера
Глава 6. Структура и возможности компьютерной программы, разработанной для реализации расчта процессов измельчения и кристаллизации в лабораторном и промышленном РСкристаллизаторах
6.1. Пользовательский интерфейс, структура и возможности
программы
6.2. Необходимые для расчтов исходные данные
Заключение
Список литературы


Этапы либо следуют один за другим, либо протекают почти одновременно, совмещаясь друг с другом. К ним относятся образование пересыщенного раствора или переохлаждение расплава, появление зародышей, рост кристаллов и перекристаллизация. Очердность отдельных этапов во времени может быть разной. Кроме того, отдельные стадии процесса осложняются в свою очередь различными процессами, протекающими в них. Например, образование зародышей может происходить в гомогенной или гетерогенной среде в зависимости от условий кристаллизации. Рост кристаллов может происходить за счт увеличения размеров соответствующих зародышей или за счт срастания отдельных кристаллов. Кристаллизация как суммарный процесс осложняется также в ряде случаев разрушением части кристаллов в результате их столкновения друг с другом, с поверхностями конструкций кристаллизатора, мешалки и т. В общем случае изменение концентрации кристаллизующегося вещества в растворе может быть представлено кривой, изображенной на рис. Рис. Изменение концентрации кристаллизующегося вещества. Границы между участками кривой в известной мере условны. Эти участки можно охарактеризовать следующим образом. Участок аЬ на этой кривой соответствует индукционному периоду, который также называют латентным, или скрытым. Концентрация раствора на протяжении периода индукции остается практически постоянной. Длительность периода индукции зависит от степени пересыщения раствора, природы кристаллизуемого вещества и растворителя, интенсивности перемешивания раствора, наличия примесей и других факторов. Участок аЬ наблюдается, как правило, при сравнительно не больших пересыщениях. С ростом пересыщения он уменьшается. Даже при очень больших пересыщениях необходимо некоторое время для образования и роста зародышей до видимых размеров, поэтому этот участок существует всегда. Однако это время может быть настолько мало может равняться долям секунды, что экспериментально его трудно измерить. Участок Ьс соответствует самой кристаллизации. За период времени ьс происходит основной рост кристаллов. Этот этап интересен с различных точек зрения. Вопервых, по нему можно судить о механизме кристаллизации. Вовторых, скорость, с которой идт кристаллизация, определяет длительность технологического цикла и качество продукта. Участок сс1 характеризуется медленной кристаллизацией. Ему главным образом соответствует процесс перекристаллизации, который обусловлен снятием остаточного пересыщения. Процесс перекристаллизации может идти как в пересыщенных, так и в насыщенных растворах. Сущность его заключается в сочетании процессов кристаллизации и растворения. Часть кристаллов или отдельных кристаллических слоев растворяется, и вместо них из раствора выкристаллизовываются новые кристаллические образования. Перекристаллизация в насыщенных растворах происходит благодаря динамическому характеру равновесия между жидкой и тврдой фазами. Далее будет рассматриваться только кристаллизация из растворов. Кристаллизация из растворов. При кристаллизации из растворов состояние термодинамической неравновесности между тврдой и жидкой фазами компенсируется переходом вещества из жидкой фазы в тврдую. Эта неравновесность описывается в обеих фазах при постоянном давлении и температуре через химические потенциалы. Д Яо. ЛПп4 ЛГ1п4 1. В нм используются стандартные составляющие и ц2. При равновесии активность а кристаллизующегося компонента равна равновесной активности а, и движущая сила процесса кристаллизации будет равна нулю. V стехиометрический коэффициент. V у 1. Стехиометрические коэффициенты V и V. При этом движущую силу кристаллизации можно точно описать, используя необходимые данные для коэффициентов активности. Во многих случаях они неизвестны. Дефицит этих знаний представляется тогда идеальным поведением 7, которое применяют при описании процесса кристаллизации. Пересыщение. Пересыщение является движущей силой процесса кристаллизации. Пересыщенными растворами называются растворы, концентрация которых превышает равновесную концентрацию растворимость.