Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 262
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
2. Теоретический анализ исследуемого процесса
.1 Характеристика исходных материалов
3.2 Выбор метода эксперимента и анализа. Описание техники эксперимента
3.3 Выбор параметров исследования
4. Результаты эксперимента, их обсуждение и теоретическая обработка
.1 Расчет материального баланса
.2 Синтез технологической схемы с экономической оценкой предлагаемой технологии
.2 Контрольно-измерительные приборы и аппараты
Библиографическое описание используемых литературных источников
и 
, данных по скорости осаждения соответствующих соединений не обнаружено, поэтому были проведены такие исследования. Известно, что все факторы, ускоряющие кристаллизацию, ускоряют также процесс седиментации.Мелкие частицы кристаллов находятся в непрерывном тепловом движении (броуновское движение частиц). С увеличением размера частиц в процессе кристаллизации равновесие между силой тяжести и тепловым движением нарушается. Сила тяжести начинает преобладать, и частицы осаждаются. При ламинарном режиме скорость осаждения частиц зависит от их плотности и размеров, и выражается уравнением Стокса (4.1.), выведенном для частиц шарообразной формы:
(4.1.)где
- скорость осаждения частиц, м/сек;
- радиус частицы, м;
- разности плотностей твердого тела и дисперсионной среды, кг/м3;
- ускорение силы тяжести, м/сек2;
- коэффициент вязкости жидкости, 
.Согласно закону Стокса, осаждение частиц происходит индивидуально, и скорость осаждения зависит, прежде всего, от размера частиц. Поэтому в начале на дно оседают более крупные частицы, затем более мелкие и, наконец, мельчайшие. Этому процессу соответствует постепенное осветление раствора. Мутный в начале раствор постепенно светлеет и через продолжительное время становиться прозрачным. В процессе осаждения четкой границы между осаждающимися частицами и раствором не наблюдается. Осадок, образующийся в результате седиментации таких кристаллических частиц, получается компактным и занимает очень незначительный объем по сравнению с общим объемом раствора.
Как говорилось выше, частицы находящиеся в состоянии непрерывного, хаотичного броуновского движения, интенсивность которого с повышением температуры возрастает. Броуновское движение также способствует сближению и столкновению частиц, в результате чего они могут соединяться и укрупняться, т.е. терять свою агрегативную устойчивость. Чтобы столкновение частиц привело к слипанию, они должны слипаться на такое расстояние, при котором энергия их молекулярного притяжения, превышала бы энергию теплового движения молекул. Для более тесного сближения частиц необходимо уменьшать толщину гидратного слоя. В этом случае при достаточно малых расстояниях силы взаимодействия между частицами приводят к коагуляции или слипанию частиц, что приводит к увеличению скорости осаждения частиц. Уменьшение толщины гидратного слоя можно добиться путем введения в раствор больших количеств нейтральной соли.
Вероятность столкновения частиц разных размеров (полидисперсная система) больше, чем монодисперсных. Наличие более крупных частиц, захватывающих при осаждении мелкие, также ускоряют коагуляцию. Ускорению коагуляции способствует также перемешивание раствора и повышение температуры.
Процесс коагуляции частиц часто сопровождается образованием структур. Хлопья, являющиеся по существу местными структурами твердых частиц, имеют ячеистое сетчатое строение, причем содержание дисперсной среды в ячейках может во много раз превышать количество твердой фазы, образующийся каркас структурной сетки. По свойствам хлопьев (плотность, компактность, прочность, форма и т.д.) определяют полноту отделения твердой фазы от жидкой в процессе осаждения. Например, гидроокись магния выделяется в виде элементарных частиц, беспорядочно сцепленных между собой в сетчатую структуру. Это типичная структура коагулированного типа с малой прочностью хлопьев, большим количеством входящей в них воды.
Карбонат магния в зависимости от условий может образовать коагуляционную структуру из зародышей, либо вообще не образовать структуру. Коагуляционная структура в обычных условиях превращается в кристаллизационную вследствие срастания частиц (зародышей). Кристаллизационная структура карбоната магния со временем распадается по мере роста зародышей с образованием отдельных кристалликов. В результате происходит осветление и обесцвечивание раствора.
Процесс отстаивания суспензии можно разделить на четыре стадии (рис.4.11.). Суспензия, образующиеся в первый момент после осаждения солей магния, представляет собой совершенно однородную молочно-белую жидкость, прозрачность которой возрастает по мере увеличения содержания в ней гидроокиси магния. Через некоторое время однородность суспензии нарушается, и во всем объеме появляются мельчайшие уплотнения, превращающиеся в хлопья, размеры которых постепенно возрастают. Хлопьеобразование сопровождается уменьшением прозрачности суспензии и завершается образование во всей массе суспензии крупных хлопьев, изолированных друг от друга осветленным раствором.
Рис. 4.11. Стадии отстаивания суспензии:- период индукции; II - стадия быстрого оседания хлопьев; III - стадия структурообразования; IV - стадия уплотнения осадка.
Стадия индукции процесса седиментации (участок I на рисунке) заканчивается после образования крупных хлопьев. В течение этого периода суспензия медленно отстаивается, и высота осветленного слоя составляет не более 10% от общей высоты слоя отстаивающейся суспензии. Время, необходимое для завершения процесса хлопьеобразования, колеблется от нескольких до сотен минут в зависимости от состава суспензии и условий осаждения.
После образования крупных хлопьев начинается их быстрое оседание (участок II на рисунке). В течение этого периода скорость отстаивания достигает максимума, оставаясь постоянной во времени в условиях данного опыта. Оседающие хлопья все более тесно соприкасаются друг с другом, образуя единую структуру (участок III на рисунке). Затем начинается стадия уплотнения шлама под влиянием силы тяжести (участок IV на рисунке).
Характер седиментационной кривой дает оценить способность суспензии к хлопьеобразованию. Если перегиб на участке I - II слабо заметен, процесс разрыва структуры на хлопья протекает замедленно, наклон же и высота участка IV характеризуют течение процесса уплотнения осадка. /11/ Экспериментальные данные по времени осаждения и высота слоя осадка представлены в таблице 4.15.- 4.16., рис 4.12.-4.13.
Скорость седиментации для Mg(ОН)2 выше, чем для осадка MgCО3, что можно объяснить различными свойства образующихся осадков. Осадок гидроокиси магния выделяется в виде элементарных частиц, беспорядочно сцепленных между собой в сетчатую (коагуляционную) структуру с малой прочностью хлопьев, большим количеством входящей в них воды. Осадок же карбоната магния в зависимости от условий может образовать коагуляционную структуру из зародышей, либо вообще не образовать структуру. Коагуляционная структура осадка в обычных условиях превращается в кристаллизационную, которая в течение значительного промежутка времени распадается с образованием отдельных кристалликов, тем самым скорость осаждения имеет наименьшее значение.
Рис. 4.12. Зависимость скорости седиментации при стехиометрическом соотношении щелок - гидроксид кальция и различной температуре.
Рис. 4.13. Зависимость скорости седиментации от времени при соотношении щелок - гидроксид кальция=1:0,75 и различной температуре.
Таблица 4.15.
Экспериментальные данные процесса седиментации, используя в качестве осадителя гидроксид кальция.
| MgCl2:Са(ОН)2=1:0,75 | MgCl2:Са(ОН)2=1:1 | MgCl2:Са(ОН)2=1:1,25 | |||||||
| время, мин | высота, мм |  | время, мин | высота, мм | | время, мин | высота, мм | | |
| температура 250С | |||||||||
| 0 | 54 | 0 | 0 | 36 | 0 | 0 | 49 | 0 | |
| 10 | 52,5 | 0,214 | 2,5 | 34 | 0,125 | 2,5 | 46 | 0,187 | |
| 20 | 51 | 0,428 | 5 | 28 | 0,5 | 5 | 44 | 0,312 | |
| 25 | 50,5 | 0,5 | 7,5 | 26,5 | 0,593 | 7,5 | 43 | 0,375 | |
| 60 | 47 | 1 | 10 | 26 | 0,625 | 10 | 42 | 0,437 | |
| 90 | 47 | 1 | 12,5 | 25,5 | 0,656 | 12,5 | 41,5 | 0,468 | |
| | | | 15 | 25 | 0,687 | 15 | 41 | 0,5 | |
| | | | 35 | 22 | 0,875 | 35 | 37 | 0,75 | |
| | | | 60 | 20 | 1 | 60 | 33 | 1 | |
| | | | 90 | 20 | 1 | 90 | 33 | 1 | |
| температура 300С | |||||||||
| 0 | 43 | 0 | 0 | 54 | 0 | 0 | 50 | 0 | |
| 2,5 | 41 | 0,105 | 2,5 | 43 | 0,323 | 2,5 | 46 | 0,2 | |
| 5 | 40 | 0,157 | 5 | 30 | 0,705 | 5 | 43 | 0,35 | |
| 35 | 28 | 0,789 | 7,5 | 26 | 0,823 | 7,5 | 41 | 0,45 | |
| 60 | 24 | 1 | 10 | 25 | 0,852 | 10 | 40 | 0,5 | |
| 90 | 24 | 1 | 12,5 | 24 | 0,882 | 12,5 | 39 | 0,55 | |
| 0 | 43 | 0 | 15 | 23 | 0,911 | 15 | 38,5 | 0,575 | |
| | | | 35 | 20,5 | 0,985 | 35 | 34,5 | 0,775 | |
| | | | 60 | 20 | 1 | 60 | 30 | 1 | |
| | | | 90 | 20 | 1 | 90 | 30 | 1 | |
| температура 400С | |||||||||
| 0 | 50 | 0 | 0 | 51,5 | 0 | 0 | 52 | 0 | |
| 2,5 | 21 | 0,7436 | 2,5 | 43 | 0,377 | 2,5 | 45 | 0,274 | |
| 5 | 16 | 0,8718 | 5 | 34 | 0,777 | 5 | 40,5 | 0,451 | |
| 7,5 | 15 | 0,8974 | 7,5 | 32 | 0,866 | 7,5 | 37 | 0,588 | |
| 10 | 14 | 0,9231 | 10 | 30,5 | 0,933 | 10 | 35,5 | 0,647 | |
| 12,5 | 13 | 0,9487 | 12,5 | 29,5 | 0,977 | 12,5 | 34,5 | 0,686 | |
| 15 | 12 | 0,9744 | 15 | 29 | 1 | 15 | 33,5 | 0,725 | |
| 35 | 11 | 1 | 35 | 29 | 1 | 35 | 28 | 0,941 | |
| 60 | 11 | 1 | 60 | 29 | 1 | 60 | 26,5 | 1 | |
| 90 | 11 | 1 | 90 | 29 | 1 | 90 | 26,5 | 1 | |
Таблица 4.16.
Экспериментальные данные процесса седиментации, используя в качестве осадителя насыщенный раствор соды.
| температура 250С | температура 300С | температура 400С | ||||||||
| время, мин | высота, мм |  | время, мин | высота, мм | | время, мин | высота, мм | | ||
| MgCl2: Na2CO3=1:1 | ||||||||||
| 0 | 67 | 0 | 0 | 71 | 0 | 0 | 68 | 0 | ||
| 60 | 66 | 0,083 | 100 | 68 | 0,176 | 90 | 64,4 | 0,2 | ||
| 110 | 65 | 0,166 | 140 | 67 | 0,235 | 140 | 63,5 | 0,25 | ||
| 180 | 64 | 0,25 | 1380 | 54 | 1 | 1380 | 50 | 1 | ||
| 1380 | 55 | 1 | | | | | | | ||