6.8.2.Выделение растворенных веществ из концентрированных растворов.

Для выделения веществ из концентрированных растворов используют методы кристаллизации и сушки. Сушка - это удаление влаги из твердых материалов, главным образом, путем ее испарения. Кристаллизация - это выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов (концентрированных сточных вод).

При кристаллизации из концентрированных сточных вод выделяют соли магния, кальция, натрия и др. Для расчета теоретической массы образовавшихся кристаллов используют следующую формулу:

( 6.0

где

С - масса образовавшихся кристаллов,

R - отношение молекулярных масс водной и безводной солей,

S - растворимость вещества при конечной температуре процесса,

W_o - масса безводного вещества в исходном растворе,

Н_o - общая масса растворителя в исходном растворе,

Е - масса растворителя, испарившегося в процессе кристаллизации.

Различают следующие способы кристаллизации: с удалением части растворителя, с охлаждением или нагреванием раствора, комбинированные способы. Кроме того, кристаллизацию соли проводят введением в концентрированный раствор веществ, уменьшающих ее растворение (способ высаливания). Как уже указывалось выше, кристаллизацию также можно осуществить, применяя различные реагенты. Например, воздействия на катионы металлов щелочью, их осаждают в виде нерастворимых гидроксидов.

Кристаллизацию с удалением части растворителя производят его испарением. Возможно также использование процесса вымораживания.

Растворитель испаряют в выпарных аппаратах, устройство которых было уже рассмотрено выше. Если вещества мало изменяют растворимость при изменении температуры, то процесс кристаллизации проводят при постоянной температуре - это так называемая, изотермическая кристаллизация.

Если с ростом температуры растворимость веществ уменьшается, то кристаллизацию проводят при нагревании раствора. В противном случае - насыщенные растворы охлаждают. Рассмотренные процессы кристаллизации, идущие при неизменном содержании воды в системе, называют политермическими или изогидрическими.

К комбинированным способам кристаллизации относятся: вакуум-кристаллизация, кристаллизация с испарением части растворителя в токе носителя - а также дробная кристаллизация.

Пpи вакуум-кристаллизации испарение растворителя происходит не путем подвода тепла через стенку, а за счет от дачи раствором своего физического тепла, которое расходуется на испарение части испарителя. Пары откачивают вакуум-насосом. При реализации на практике процесса с испарением части растворителя, последний испаряется в движущейся непосредственно над раствором воздухе. При этом раствор охлаждается. При дробной (фракционированной) кристаллизации, содержащиеся в растворе (сточной воде) несколько веществ извлекаются последовательно, что достигается путем изменения концентрации и температуры раствора.

Процессы кристаллизации проводят в устройствах различного типа, например: в кристаллизаторах с удалением части растворителя, в установках с охлаждением раствора, вакуум-кристаллизаторах и др.

Процесс сушки используют для выделения из сточных вод сухих продуктов. При высушивании твердого вещества одновременно происходят два основных процесса: передача тепла для испарения жидкости и перенос массы внутри твердого тела и с его поверхности.

Механизмов внутреннего потока жидкости может быть несколько, в зависимости от структуры твердого материала.

Наиболее подходящую конструкцию сушилки выбирают путем проведения специальных экспериментов (проводят опытную сушку). Для выделения из сточных вод сухих продуктов обычно используют распылительные сушилки различных конструкций (в них используют центробежные, пневматические или механические распылители). В этих сушилках, сточные воды распыляются на капли, размером в несколько десятков микрометров, которые движутся под действием силы тяжести в среде горячего воздуха или топочных газов. При этом продолжительность сушки не превышает 10^-2 с. Высушенный материал отделяют от газового потока известными методами (улавливание в циклонах, рукавных фильтрах, электрофильтрах и т.д.).

Для интенсификации указанного процесса сушки используют вакуум-распылительные сушилки. Возможно использование сушилок и других конструкций (например, одно- и двухвальцовых сушилок).