Влияние органических и неорганических примесей на процесс кристаллизации водорастворимых солей из многокомпонентных растворов и суспензий : На примере суспензии гамма-кислоты

• Автор: Орехов, Владимир Святославович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 260 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Современное состояние теории и техники очистки полупродуктов органического синтеза, от водорастворимых примесей
1.1 Структура сложных растворов суспензий, формирующихся при производстве органических полупродуктов
1.2 Способы удаления водорастворимых примесей из паст и суспензий органических соединений

1.2.1 Способы удаления примесей из паст без разрушения их структуры

1.2.2 Способы удаления примесей из паст с разрушением их структуры

1.2.3 Способы снижения содержания водорастворимых примесей в суспензиях

1.2.4 Сравнительный анализ способов удаления примесей из паст и суспензий полупродуктов органических красителей
1.3 Анализ процесса кристаллизации с позиций его применения для удаления водорастворимых примесей из суспензий полупродуктов органических красителей

1.3.1 Способы получения пересыщенных растворов

1.3.2 Факторы, влияющие на процесс кристаллизации
1.3.3 Тепло и массоперенос при изогидрической кристаллизации
1.3.4 Применение метода математического моделирования для исследования процесса массовой кристаллизации
1.3.5 Аппаратурное оформление процесса кристаллизации
1.4 Анализ существующих методик определения количественного состава водных растворов
1.4.1 Анализ методик количественного определения содержания ионов натрия и калия в водных растворах
1.4.2 Выбор метода количественного определения содержания
ионов сульфатной группы в водных растворах Выводы к главе 1 и постановка задачи исследования
2 Математическое описание процесса кристаллизации солей натрия
и калия из суспензий полупродуктов органического синтеза
2.1 Характеристика суспензии как объекта кристаллизации
2.2 Экспериментальное определение состава
р многокомпонентного раствора суспензии
2.2.1 Разработка методики определения содержания ионов калия в
многокомпонентных растворах суспензий
2.2.2 Разработка методики определения содержания сульфатной
группы в растворе
2.2.3 Разработка методики определения содержания ионов
водорода концентрации НгЗОд в растворе определение кислотности раствора
2.3 Исследование влияния температуры на растворимость сульфата
натрия и калия в многокомпонентных растворах суспензий
2.3.1 Исследование влияния концентраций серной и Гаммакислот
на растворимость смеси сульфатов натрия и калия
2.4 Требования предъявляемые к разрабатываемому математическому
описанию процесса изогидрической кристаллизации
ф 2.5 Постановка задачи моделирования
2.6 Система принятых допущений математического описания
процесса кристаллизации кристаллогидратов натрия из многокомпонентных растворов суспензии
2.7 Материальный баланс процесса изогидрической кристаллизации
сульфатов натрия из многокомпонентных растворов суспензий
2.8 Тепловой баланс процесса изогидрической кристаллизации
сульфатов натрия из многокомпонентных растворов суспензий
2.9 Математическое описание процесса зародышеобразования 2. Математическое описание скорости роста одиночного кристалла
2. Математическое описание процесса массовой кристаллизации с учетом гранулометрического состава получаемых солей Выводы к главе 2 и постановка задачи экспериментальных исследований
Ь 3 Исследование кинетических характеристик процесса
изогидрической кристаллизации сульфата натрия 3.1 Определение тепло физических свойств растворов суспензий
3.1.1 Экспериментальное определение плотности многокомпонентного раствора и суспензии
3.1.2 Экспериментальное определение теплоемкости раствора суспензии
3.2 Исследование кинетики процесса изогидрической кристаллизации сульфата натрия из раствора суспензии Гамма кислоты
3.2.1 Оценка влияния органических и неорганических примесей на кинетику процесса изогидрической кристаллизации сульфата натрия
3.2.2 Изучение влияния скорости охлаждения раствора на кинетические характеристики процесса кристаллизации
0 3.2.3 Исследование влияния режима перемешивания на кинетику
процесса изогидрической кристаллизации
3.3 Исследование процесса образования зародышей в многокомпонентном растворе суспензии Гаммакислоты
3.3.1 Изучение критического размера зародыша кристалла сульфата натрия в многокомпонентном растворе суспензии 3.3.2 Определение скорости зародышеобразования
3.4 Экспериментальное определение гранулометрического
состава кристаллогидратов сульфата натрия, полученных из щ раствора суспензии
3.4.1 Влияния нерастворимых примесей на форму и размер получаемых
кристаллов
3.4.2 Влияние скорости охлаждения на форму и размер
кристаллогидратов сульфата натрия
3.4.3 Влияние скорости перемешивания на форму и размер получаемых
р кристаллов
Выводы к главе 3 и постановка задач по разработке инженерной методики расчета процесса изогидрической кристаллизации
4 Разработка инженерной методики расчета процесса
кристаллизации сульфата натрия из многокомпонентных
растворов суспензий
4.1 Проверка адекватности математической модели процесса кристаллизации сульфата натрия из растворов суспензий
4.1.1 Идентификация математической модели процесса кристаллизации сульфата натрия из многокомпонентных растворов суспензий
4.1.2 Алгоритм расчета процесса кристаллизации из многокомпонентных растворов суспензий
4.1.3 Результаты проверки адекватности математической модели реальному процессу на многокомпонентных растворах
4.1.4 Результаты проверки адекватности математической модели реальному процессу на реальной суспензии в лабораторных
и промышленных условиях
4.2 Рекомендации по изменению технологии производства Гаммакислоты с введением дополнительной стадии изогидрической кристаллизации, позволяющие обеспечить снижение содержания во
дорастворимых солей в целевом продукте и сточных водах Выводы к главе
Основные выводы и результаты
Список используемой литературы


Следовательно, способы выделения примесей из суспензий методом кристаллизации могут быть использованы только в случае получения кристаллов водорастворимых солей, значительно отличающихся по гранулометрическому составу от целевого продукта, так как только в этом случае возможно их эффективное отделение. Способы, связанные с кристаллизацией примесей до стадии разделения , напротив позволяют почти полностью устранить вышеперечисленные недостатки. Так, экспериментально установлено , , , что использование предварительной кристаллизации примесей до стадии разделения позволяет до минимума 0, снизить соотношение промывная жидкость исходная суспензия, обеспечивает возможность организации замкнутого цикла по воде промывной жидкости, позволяет получать выделенные примеси в концентрированном виде, пригодном для эффективного их отделения от целевого вещества и создает возможность проведения процессов в одном аппарате. Анализ всех вышеперечисленных способы позволяет сделать вывод, что процесс удаления водорастворимых примесей из суспензий полупродуктов органических красителей следует проводить способом кристаллизации с последующим их разделением с целевым веществом, за счет большой разницы в размере частиц. Применение процесса кристаллизации для извлечения водорастворимых солей в последнее время находит все большее применение, в связи с все возрастающей потребностью промышленности в веществах с высокой степенью чистоты. Как отмечают авторы работ кристаллизационные процессы позволяют в некоторых случаях получать вещества с очень высокой степенью чистоты. В основе процесса кристаллизации из растворов лежит свойство перехода из жидкого состояния в твердое отдельных компонентов при изменении текущей концентрации этого компонента и достижении равновесной, при чем образование твердой фазы проходит избирательно формируется твердая фаза компонента А. Как уже отмечалось, применение метода очистки суспензий полупродуктов органических красителей кристаллизацией применялся авторами работы , , . Кинетика процесса кристаллизации зависит от различных параметров системы так наличие пересыщения характеризует в первую очередь саму возможность кристаллизации и скорость роста кристаллогидратов, скорость охлаждения раствора для изогидрической кристаллизации влияет на форму и размер кристаллов, наличие примесей на предельную растворимость кристаллизуемого вещества. Необходимым условием для выделения кристаллов из раствора, расплава или пара, является наличие пересыщения , . Применительно к растворам под пересыщением принято понимать избыточную сверх его растворимости концентрацию содержащегося в растворе вещества. Пути создания пересыщения для растворов можно разделить на изотермические и политермические . К изотермическим относятся способы, связанные с удалением растворителя, высаливанием, вымораживанием или химическим взаимодействием. Одним из простейших способов перевода раствора в пересыщенное состояние является удаление растворителя испарением. Этот способ, как правило, используется для кристаллизации веществ с низким температурным коэффициентом растворимости и его осуществление сопровождается большими энергетическим затратами. Высаливание, связанное с изменением растворимости кристаллизуемого вещества под действием какоголибо другого, вводимого в систему соединения, широко используется в химической промышленности и, как правило, сводится к введению в раствор именно солей металлов чаще всего это ЫаС1 ,. Однако, такой способ используется для выделения высаливания органических соединений , и мало эффективен при высаливании неорганических соединений. Процесс высаливания можно проводить путем ввода в раствор жидких органических соединений, например, введенный в водный раствор этиловый спирт значительно снижает растворимость многих солей . Этот способ, ввиду высокой стоимости высаливающих соединений, может быть использован только для получения особо чистых веществ в малотоннажных производствах. Способ, связанный с вымораживанием используется преимущественно для выделения отдельных компонентов из смеси растворов и в большей степени относится к способам выделения веществ из раствора, близких по химическому составу и различных по температуре замерзания.