| Дәріс 15. Кристалдану.
Дәріс жоспары.
1. Жалпы түсінік.
2. Кристалдану тәсілдері және кристаллизаторлар түрлері.
3. Кристаллизаторларды есептеу. Кристалданудың материалдық балансы.
Ертінділер және балқымалардан қатты фазаның кристалл күйінде бөлініп шығу процесі кристалдану процесі деп аталады. Химия өндірісінде кристалдану процесі тұздар және таза қатты заттар өндіруде қолданылады.
Ертінділердегі кристалдану процесі қатты заттың шектеулі ерігіштігіне негізделген. Аса қаныққан ерітінділерден еріген заттың артықша мөлшері кристалданып бөлінгенде ерітінді қаныққан болады. Бұл ертіндіні қалдық ертінді /маточный раствор/ деп атайды. Қалдық ерітіндіні кристалдан центрифугалау және т.б. тәсілдермен ажыратады.
Қаныққан ерітіндінің концентрациясы температура көбейген сайын артады және еріген зат пен еріткіштің қасиеттеріне байланысты болады.
Көптеген қатты заттардың ерігіштігі температура көбейген сайын артады, ал кейбір заттардың ерігіштігі азаяды.
Кристалдану процесі екі сатыдан құралады: кристалдану орталықтарынаң пайда болуы және қристалдардың өсуі. Кристалдану центрлері аса қаныққан ерітінділерде өздігінен пайда болуы мүмкін. Бұл кезде екі процесте (центрдің пайда болуы және кристалдың өсу) бірдей өтеді.
Егер центрлердің пайда болуы жылдамдағы оның өсу жыладамдығынан көп болса, онда қөптеғен майда кристалдар пайда болады. Егер өсу жылдамдығы центрлер пайда болу жылдамдығынан көп болса, ірі кристалдар пайда болады. Кристалдану процесінің жылдамдығы ерітіндінің аса қанығу дәрежесіне, араластыру қарқындылығына және т.б. байланысты болады.
Кристалдардың қасиетіне төмеңдегі факторлар әсер етеді: кристалдар пішіні, оның өлшемі мен фракциялық құрамы және алынатын қристалдың тазалығы.
Кристалдар пішіні кристалданатын заттың табиғатымен анықталады және ерітіндідегі қоспаларға байланысты болады. Мысалы, таза су ерітіндісімен хлорлы калий куб пішіңді, ал ерітіндіде мочевина болса - октаэдрлі куб пішінді кристалданады.
Кристалдардың өлшемі олардың өсу жылдамдығына байланысты.
Температура және ерітінді концентрациясының шегін азайтқанда майда кристалдар азаяды да, кристалдардың фракциялық құрамын өзгертеді. Майда кристалдардың сыртқы беті үлкен болғаңдықтан, оларда қалдық ерітінді көп қалып қояды, яғни кристалдардың тазалығы азаяды. Өте таза кристалдар алу үшін оларды қайтадан кристалдандырады.
Оларадағы қалған ерітінді жуу және кептіру арқылы шығарады.
Кристалдану тәсілдері және кристаллизаторлар түрлері
Кристалданудын төмендегі тәсілдері жиі қолданылады:
1) Еріткіштің бір бөлігін шығару арқылы кристалдау. Бұл тәсілде еріткіштің бір бөлігі буландыру аппаратында буланады да, ерітінді аса қанығып, осы аппаратта кристалданады. Ерітіндіде кристалдардың пайда болуына байланысты буландыру аппараттарының құрылысына өзгерістер енгізіледі. 16.1-суретте ысытатын камерасы аспалы буландыру аппараты - кристаллизатор, ал 16.2-суретте ысытатын камерасы сыртқа шығарылған буландыру аппараты - кристаллизатор көрсетілген. Жылу мөлшерін азайту мақсатында процесті көп корпусты қоңдырғыда өткізеді. Бұл кезде параллельді тәсімді /9.4-сурет/ пайдаланады. Бір бағытты ағынды тәсімді /9.2-сурет/ пайдалануға болмайды, себебі ерітіндінің температурасының төмендеуіне /корпустан корпусқа/ кристалданып, құбырлар бітеліп қалуы мүмкін.
2) Ерітіндіні суыту арқылы кристалдау. Аса қаныққан ерітінді суыту арқылы кристалдандырылады. Суыту үшін су, ауа қолданылады. Аумен суытқанда процесс жай өтеді, бірақ кристалдар ірі және біркелкі болады. 16.3-суретте көрсетілген өндірісте кенінен таралған сумен суытылатын барабаңнды кристаллизатор баңдажда /1/ роликтер /5/ арқылы айналатын жейделі /4/ цилиндрлі корпустан /3/ құралған. Суытатын су ерітіндіге қарама-қарсы бағытта өтеді. Бұл аппараттың кемшілігі ішкі бетіне кристалдар жабысып қалады.
|
16.3-сурет. Барабанды кристаллизатор:1-бандаждар; 2 -тісті донғалақ; 3 -корпус; 4 -жейде; 5 -таяныш роликтер.
|
Білікшелі кристаллизатор /16.4-сурет/ төменгі жағы астауға /1/ батырылган айналмалы екі қабыргалы барабаннан /5/ құралған. Астаудың жейдесіне бу беріледі. Барабан жай айналып төменгі жағымен өзіне ертіндіні ілестіреді. Барабанның суытылған қабырғасында кристалл қабықшасы пайда болады да, пышақпен /3/ түсіріледі.
|
16.4-сурет. Білікшелі кристаллизаторлар: 1 –астау; 2 – барабан; 3 – пышақ.
|
Кристаллизаторларды есептеу.
Кристаллданудың материалдық балансы.
Төмендегі белгілерді қабылдаймыз:
Ge, Gкp, Gқ
|
-
|
бастапқы ерітіндінің, алынатын кристалдың және қалдық ерітіндінің мөлшерлері, кг
|
ве, вқ
|
-
|
бастапқы және қалдық ертінділердін концентрациялары, массалык үлес.
|
|
-
|
абсолют құрғақ еріген заттың және кристаллогидраттын молекулалық салмақтарының қатынасы.
Егер зат құрғақ күйінде кристалданса: М=Мкр, а=1
|
W
|
-
|
буланған еріткіш мөлшері, кг.
|
Еріткіштін бір бөлігін шығару арқылы кристалданса, жалпы баланс:
Ge = Gкp + Gқ + W /16.1/
абсолют құрғақ еріген зат бойынша:
Ge ве = Gкpа + Gқ вқ /16.2/
Алынған кристалдын мөлшері /кг/ /16.1/ және /16.2/ тең-
деулерінен анықталады. Әдетте Ge, ве, вқ және а берілген болады. W мәнін /9.4/-теңдеуден анықтауға болады. Онда:
/16.3/
егер а = 1 болса
/16.4/
Еріткішті шығармай кристалданса, яғни W = 0 болса:
а = 1 болса
Кристалданудың жылу балансы.
Төмендегі белгілерді қабылдаймыз:
Достарыңызбен бөлісу: | 
