8.1.9 Расчет сушилок

Для проектирования сушильной установки должны быть заданы:

1) конструкция сушилки;

2) вид сырого материала, подвергающегося сушке и сушильного агента;

3) производительность;

4) режим сушки (температура сушки, кривая сушки, скорость сушильного агента и др.);

5) начальная и конечная влажность материала.

Необходимо определить: основные физические параметры высушиваемого материала и сушильного агента, количество испаряемой влаги, расход воздуха на сушку, расход тепла, размеры сушилки.

Для определения поверхности сушилки вводится понятие напряжения сушилки по влаге – А. Напряжение сушилки по влаге может быть объемное и поверхностное .

В этом случае необходимо определить скорость, время, в зависимости от типа сушилки напряжение по влаге или (А_s, или A_v), поверхность или объем сушилки.

8.2 Кристаллизация

Кристаллизация – процесс выделения твердой фазы из растворов, расплавов и паров.

Применяется с целью выделения твердой фазы, разделения веществ, очистки веществ и выращивания монокристаллов.

Кристаллизация состоит из двух основных стадий – образования зародышей кристаллов и роста кристаллов. Обе стадии протекают одновременно.

Если w_обр > w_рост, то получается большое количество мелких кристаллов, если w_обр < w_рост, то образуются кристаллы больших размеров.

Начало кристаллизации осуществляется в центрах кристаллизации, в качестве которых могут выступать механические примеси, шероховатость стенок.

Условие протекания процесса – пересыщение раствора, т.е. действительная концентрация раствора вещества должна быть выше равновесной.

Величина предельного пересыщения зависит от свойств растворенного вещества и растворителя, температуры раствора, скорости охлаждения, наличия примесей, механического воздействия.

8.2.1 Принципиальная схема кристаллизации

Принципиальная схема кристаллизации показана на рисунке 8.16.

Рисунок 8.16 – Принципиальная схема кристаллизации

8.2.2 Равновесие процесса кристаллизации

Кристаллизация – это процесс, обратный растворению. Зависи-мость между давлением и температурой при фазовом переходе в условиях кристаллизации определяется уравнением Клайпейрона  Клазиуса:

, (8.25)

где q – теплота кристаллизации;

V₁ – удельный объем вещества в жидком состоянии;

V₂ – удельный объем вещества в твердом состоянии.

В действительности вследствие увеличения плотности. Следовательно, , то есть давление, при котором совершается фазовый переход, увеличивается с увеличением температуры.

На рисунке 8.17 представлена диаграмма состояний «газ  жидкость  твердое тело».

Т

Рисунок 8.17 – Диаграмма состояний

«пар  жидкость  твердое тело»

очка А является тройной: в этой точке в равновесии одновременно находятся газ, жидкость и твердое тело, что соответствует правилу фаз Гиббса.

Линия ОА является кривой сублимации и отражает условия пере-хода твердого тела в пар, минуя жидкое состояние.

Линия АК является кривой перехода жидкости в газообразное состояние. При температуре выше критической отсутсвует различие между газом и жидкостью.

Линия АВ отражает условия перехода жидкости в твердое состояние; продолжается безгранично в вверх.

Условия равновесия удобно иллюстрировать с помощью фазовых диаграмм в координатах «Сt» (рисунок 8.18).

Рисунок 8.18 – Зависимость равновесной концентрации (1)

и пересыщения (2) от температуры

Кривая 1 соответствует условиям растворимости вещества в зависимости от температуры; кривая 2 – условиям пересыщения. На диаграмме выделено три области:

I – зона до насыщенного раствора; пунктирной линией обозначено устойчивое состояние перенасыщенного раствора;

II – метастабильная зона (происходит рост кристаллов);

III – лабильная зона (зона неустойчивого состояния раствора, где из раствора мгновенно выпадают кристаллы).

Существует два метода создания перенасыщения:

1) изогидрический (количество растворителя не изменяется); эффективен для солей со значительной зависимостью растворимости от давления;

2) изотермический (испаряют растворитель, при постоянной температуре); растворимость не зависит от температуры.