Периодические методы химического осаждения.
Малопроизводительный метод.
∑τ= τ1+ τ2+ τ3+ τ4, где τ - время на технологический цикл, τ1- время, затрачиваемое на подготовку реактора(очистка), τ2-время, затрачиваемое на загрузку реагентов, τ3-время, затрачиваемое на протекание химической реакции (продолжительность контролируется заданными параметрами: pH, расход одного из реагентов), τ4-время, затрачиваемое на выгрузку продукта. В результате один технологический цикл может исчисляться часами и следовательно характеризуется низкой производительностью.
Пример: имеется реактор с мешалкой, получают гидратированный оксид металла.
Точка 1 – образование устойчивой твердой фазы, точка 2 – окончание образования твердой фазы, после т.2 pH изменяется за счет разбавления. При периодическом способе осаждения изменяются параметры процесса в частности pH среды, соотношение между реагентами, изменяется и характер физико-химических процессов, протекающих в системе. Следовательно, т.к. изменяются параметры процесса, химизм процесса по мере осаждения, то состав осадка получаемого в различных условиях различен. Если осаждается соединение поливалентного металла, то образуется соединение являющееся рентгеноаморфным. Анализируя ход химического взаимодействия, можно прийти к выводу, что при периодическом способе осаждения образующаяся твердая фаза в конце осаждения может представлять смесь веществ. Периодический способ химического осаждения имеет ряд недостатков: низкая производительность, несоответствие получаемого продукта заданному составу, образующиеся продукты грубодисперсные и имеют полидисперсный состав.
Непрерывные способы осаждения.
Высокопроизводительный метод.
∑τ= τ3, где τ3- время, затрачиваемое на химическое взаимодействие. Данный метод можно осуществлять в системе раствор-раствор, раствор-газ, раствор-твердое – гетерогенные способы осаждения.
Раствор-раствор
Процесс протекает в реакторе с мешалкой. Происходит подача реагентов А и В. Контроль pH осуществляется путем регулирования расхода реагентов.
Осаждение происходит при постоянных параметрах, следовательно, образующаяся твердая фаза в реакционном объеме будет иметь постоянный состав. Непрерывность – одновременная загрузка реагентов и выгрузка продуктов. Недостатки данного метода: в том месте, куда попадают реагенты, могут возникать зоны локального пересыщения. В этих точках концентрация реагентов отличается от концентрации в объеме. В этих точках наступает пересыщение и образуется новая твердая фаза, которая по составу может отличаться от состава твердой фазы, образующейся в объеме. Гидродинамические условия, которые создаются в реакторе, влияют не только на состав образовавшейся фазы, но также и на дисперсность. Время пребывания определяется реакционным объемом, реакционный объем определяется исходя из кинетики химической реакции, протекающей в объеме.
Раствор-газ
В качестве осадителя используются газообразные вещества: NH3, CO2, SO2, SO3 и другие. Чаще более целесообразно использовать газообразные вещества, чем жидкие осадители. Это связано с тем, что при использовании газовых осадителей требуется меньший реакционный объем и, следовательно, меньший объем реактора. Кроме того при использовании газообразных осадителей содержание побочных продуктов образующихся в жидкой фазе существенно выше, чем при осаждении растворами осадителя. Это дает возможность целенаправленно использовать жидкую фазу в качестве целевого продукта.
Пример: получение полигидрата оксида алюминия. При использовании нитрата алюминия в качестве исходной соли и раствор аммиака, содержащий в жидкой фазе нитрат аммония. Применение разбавленных растворов нитрата аммония экономически не целесообразно, т.к. затраты на перевозку не окупаются. Если применить газ NH3, то концентрацию нитрата аммония можно повысить в несколько раз, т.е. можно получать концентрированные растворы, которые далее целесообразно использовать для приготовления жидких комплексных удобрений. Преимущества данного варианта осаждения: образующаяся твердая фаза имеет более равномерную дисперсность и одинаковый состав в результате того, что газообразная фаза равномерно распределена по реакционному объему при барботировании.