Диссертация (1091053), страница 4
Текст из файла (страница 4)
[2, 8-13].Сочетание процессов растворения, кристаллизации и выпариванияСочетание указанных выше процессов в единой технологической схемешироко используется для разделения и очистки различных неорганических иорганических веществ [1-3, 7, 14, 33-39]. При этом предложен целый рядразличных вариантов такого разделения, при осуществлении которых могутиспользоваться одна или несколько стадий растворения, кристаллизации ивыпаривания.Принципиальнаясхемаодногоизвариантовтакогопроцессапредставлена на рис.
1.5 [39]. В данном варианте исходная смесь FТ,находящаяся в твердом виде, подается на стадию растворения Н вместе с25растворителемС. ПолученныйрастворF направляетсянастадиюкристаллизации Кр1, при проведении которой получают очищеннуюкристаллическую фазу К1 и маточник М1, обогащенный примесью. МаточникМ1 направляется на стадию выпаривания В1, в результате чего получаетсярастворитель С1 и упаренный раствор W1. Растворитель С1 возвращается настадию растворения Н, а упаренный раствор W1 поступает на вторую стадиюкристаллизации Кр2. При кристаллизации Кр2 образуется кристаллическаяфаза К2 и маточник М2. В большинстве случаев кристаллы К2 неудовлетворяют требованиям к степени очистки от примесей.
В таком случаеони возвращаются на стадию растворения Н, где объединяются с исходнойсмесью FТ. Маточник М2 направляется на вторую стадию выпаривания В2, гдеиз него отгоняется растворитель С2 с образованием упаренного раствора W2.Растворитель С2 объединяется с растворителем С1 со стадии выпаривания В1и направляется на стадию растворения Н. Однако из-за того, что не удаетсяполностью удалить весь растворитель из маточников М1 и М2, количествополучаемого после объединения потока растворителя С1 + С2 меньшетребуемого для растворения исходной смеси FТ.
В таком случае к немудобавляется дополнительное количество нового свежего растворителя СД.Кубовый остаток W2, содержащий в основном примеси, отбирают в качествевторого продукта разделения.CDС1FТНFКр1К1+М1С1М1В1С2W1Кр2К2+М2С2К1М2В2W2К1Рис. 1.5. Разделение бинарной смеси путем сочетания процессов растворения,фракционной кристаллизации и выпаривания.26Сочетание процессов растворения, кристаллизации и выпариванияможет использоваться для полного разделения эвтектикообразующих иперитектикообразующих смесей, а также смесей, образующих в твердомсостоянии молекулярные соединения [2, 3, 5, 33].Изображениенадиаграммахравновесияфазрассматриваемыхпроцессов применительно к разделению эвтектикообразующих смесейпредставлено на рис.1.6. Исходная смесь F, содержащая xF компонента А,подается на стадию кристаллизации КрА, где охлаждается до температуры tФА= tЕ. В результате получается кристаллическая суспензия КА+МА, котораяразделяется на кристаллы КА и маточник МА.
Кристаллы КА, содержащиепрактически чистый компонент А, отбираются в качестве первого продукта.Маточник МА с концентрацией xМА = xЕ1 смешивается с растворителем С.Последний подбирается с учетом наличия у системы АВС тройной эвтектикиЕТ. При этом растворитель С добавляют в количестве, чтобы получаемыйтройной раствор Р находился на прямой ЕТ–В на тройной диаграммефазового равновесия. Далее полученный тройной раствор Р направляется настадию кристаллизации КрВ, в результате чего образуются кристаллы КВ,обогащенные компонентом В, и маточник МВ состава тройной эвтектики xЕТ.Кристаллы КВ отбираются в качестве второго продукта. Маточник МВнаправляется на стадию отгонки, в результате чего получается отогнанныйрастворитель С и бинарная смесь W.
Растворитель С возвращается на стадиюрастворения маточника МА, а бинарная смесь W направляется на стадиюкристаллизации КрА.Сочетание процессов жидкостной экстракции и фракционнойкристаллизацииСочетание таких процессов используется в основном для разделениясмесей, имеющих низкие коэффициенты разделения, а также для переходачерез особые точки (эвтектики, перитектики и др.) на диаграммах равновесия«жидкость-кристаллы» [2, 3]. В литературе такое разделение часто называюттермином «экстрактивная кристаллизация».
При этом к разделяемой смеси на27ttАFtBКА tфАМАtЕxExWВxFАЕ1WКВРEТЕ3Е2ССРис. 1.6. Изображение процесса разделения бинарной эвтектикообразующей смесипутем сочетания процессов растворения, кристаллизации и отгонки растворителя надиаграммах равновесия фаз.стадии кристаллизации добавляют экстрагент, который хорошо растворяетпримеси, но не растворяет или слабо растворяет очищаемые компоненты.Изображение на диаграммах равновесия фаз процесса разделенияэвтектикообразующейсмесисиспользованиемэкстрактивнойкристаллизации на диаграммах равновесия фаз показано на рис.
1.7.Исходная смесь F состава хF>xЕ первоначально подается на стадию28кристаллизации КрА, где охлаждается до температуры tФА = tЕ. При этомобразуется кристаллическая суспензия КА+МА, которая разделяется накристаллы КА, обогащенные компонентом А, и маточник МА с концентрациейxМА. Кристаллы КА отбираются в качестве одного из продуктов разделения.Маточник МА объединяется с маточником МВ со стадии кристаллизации КрВ иFtАtBtфВКВМВxEВWBКАМАxFМWAtфААRNЭRЭЭECРис. 1.7.
Изображение процесса разделения эвтектикообразующей смеси путемсочетания процессов кристаллизации и жидкостной экстракции на диаграммах равновесияфаз.29смешивается с экстрагентом С. В результате экстрагирования получаетсярафинат R и экстракт Э, которые направляются на стадии разгонки.Регенерированный таким образом экстрагент С возвращается на стадиюсмешения с маточниками, а бинарные смеси WА и WВ направляются на стадиикристаллизацию.
Бинарная смесь WA с концентрацией хWA подается на стадиюкристаллизации КрА, а бинарная смесь WВ с концентрацией хWB подается настадию кристаллизации КрВ, где она охлаждается до температуры tФВ = tЕ. ВрезультатеобразуетсякристаллическаясуспензияКВ+МВ,котораяразделяется на кристаллы КВ и маточник МВ. Кристаллы КВ, обогащенныекомпонентом В, отбираются в качестве второго целевого продуктаразделения. Маточник МВ состава xМВ объединяется с маточником МА состадии кристаллизации КрА и подается на стадию экстракции.Сочетание процессов кристаллизации и фракционного плавленияСочетание фракционной кристаллизации и фракционного плавленияиспользуется для выделения из промышленных смесей ряда органическихвеществ: нафталина, бензола, парафина и др. [1, 2, 30, 42-44], а также дляконцентрированияводныхрастворовразличныхвеществметодомвымораживания.Для осуществления такого разделения предложен целый ряд вариантов,отличающихся различной организацией технологических потоков [45-56].Чаще всего исходная смесь первоначально направляется на стадиюфракционной кристаллизации, где происходит ее частичная кристаллизация[1, 2].
После разделения полученной суспензии получаются маточник М1 икристаллическая фаза К1. Маточник М1 отбирается в качестве низкоплавкогопродукта, а кристаллическая фаза К1 направляется на стадию фракционногоплавления. На этой стадии кристаллы К1 нагреваются до температуры tПЛ, врезультате чего образуется маточник М2 и кристаллическая фаза К2.Маточник М2 возвращается на стадию кристаллизации, а кристаллы К2отбираются в качестве высокоплавкого продукта.30Имеются варианты, в которых используется сочетание несколькихстадий кристаллизации и фракционного плавления [51].
Иногда дляповышенияпромывкастепениочисткикристаллическихвеществфракцийпроизводитсярастворителямидополнительнаяилирасплавомочищаемых веществ [51, 53, 56].Другие варианты сопряженных массообменных процессовПомимо приведенных выше сопряженных процессов существуетогромноеразнообразиедругихвариантовсочетанияразличныхмассообменных процессов. Так, при получении ряда цветных металлов, атакже в технологии извлечения различных солей из минерального сырьядовольночастоиспользуетсясочетаниепроцессоввыщелачивания,фракционной кристаллизации и выпаривания [7, 41]. При этом исходнаясмесь разделяемых компонентов обычно первоначально подается на стадиювыщелачивания, где один из компонентов смеси избирательно растворяется вэкстрагенте. Получившаяся в результате этого суспензия разделяется натвердую фазу и раствор.
Последний подается на стадию кристаллизации, гдеон охлаждается с образованием кристаллической суспензии. После ееразделения получаются кристаллы, обогащенные извлекаемым компонентом,и маточник. Кристаллы отбираются в качестве целевого продукта, аматочникпоступаетнеобходимостикнастадиюотогнанномуупариваниярастворителюрастворителя.добавляетсяПринекотороеколичество свежего растворителя, после чего он возвращается на стадиювыщелачивания.
Получившийся после упаривания растворителя маточникиногдавозвращаетсянастадиюкристаллизации.Такоесочетаниеиспользуют также для извлечения органических веществ из реакционныхсмесей и растительного сырья (например, для получения сахара из свеклы).При этом стадию отгонки применяют для извлечения экстрагента израфината или экстракта. Если летучести экстрагируемого компонента иэкстрагента близки, то выщелачивание следует сочетать с процессомректификации.31В химической, фармацевтической и других отраслях промышленностипри выделении и очистке ряда веществ используется сочетание процессоврастворения, кристаллизации, выпаривания и адсорбции [2, 3, 38].
Однаиз принципиальных схем такого разделения приведена на рис. 1.8. В данномслучае исходная смесь F первоначально полается на стадию растворения Н.Полученный в результате раствор Р подвергается сорбционной очистке А1 инаправляется на стадию кристаллизации Кр1. Полученную кристаллическуюсуспензию разделяют на маточник М1 и кристаллическую фазу К1,отбираемую в качестве первого целевого продукта. Из маточника М1 настадии упаривания В удаляется растворитель С, возвращаемый на стадиюрастворения Н. Полученный кубовый остаток W подается на стадиюсорбционной чистки А2, после чего он подается на вторую стадиюкристаллизации Кр2 с получением кристаллов К2 и маточника М2.
Есликристаллы К2 удовлетворяют требованиям чистоты целевого продукта, то ониотводятся из системы. В противном случае, они возвращаются на стадиюрастворения Н. В частности, такое разделение используется при получениимедицинской аскорбиновой кислоты [38].СFНРM1А1ВКр1WА2Кр2M2К2К1Рис. 1.8. Разделение бинарной смеси путем сочетания процессов фракционнойкристаллизации и адсорбции.При переработке веществ, обладающих высоким давлением паров надтвердой фазой, часто используют процессы сублимации и десублимации [3,57-59]. Сопряжение этих массообменных процессов существенно повышает32эффективность разделения и открывает новые подходы к аппаратурномуоформлению. Здесь на стадиях сублимации и десублимации можно изменятькак температуру, так и давление, а при использовании инертного газаносителя – еще и парциальное давление компонентов в разделяемой смеси.Приразделениимногихвеществпроцессысублимацииидесублимации можно сочетать с ректификацией, адсорбцией, экстракциейи другими массообменными процессами [2, 3].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
