Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 251
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
Процесс дальнейшего роста зародышей протекает довольно сложно, параллельно с кристаллизацией, перекристаллизацией структурообразованием. Рост первоначальных частиц происходит двумя путями:
. Непрерывный рост кристаллических зародышей, вследствие роста их граней при процессе кристаллизации;
. Слипание кристаллических зародышей с образованием крупных рыхлых агрегатов. Процесс коагуляции (слипания) обычно сопровождается структурированием агрегатов при их осаждении.
Рост частиц вследствие кристаллизации происходит следующим образом. Пересыщенный слой раствора находится на некотором расстояние от поверхности кристаллического зародыша. На участке между пересыщенным слоем и поверхностью кристалла концентрация осаждаемого кристаллического вещества убывает вследствие выделения твердой фазы. Этот участок называют «двориком кристаллизации».
Гидратная оболочка вокруг ионов и молекул и на поверхности кристаллов препятствует кристаллизации. Наличие «дворика кристаллизации» также снижает скорость роста кристаллов, так как перенос вещества через эту зону осуществляется путем медленного процесса молекулярной диффузии. При повышение температуры раствора и его перемешивание размеры «дворика кристаллизации» уменьшаются, и ускоряется перенос вещества к поверхности, на которой происходит кристаллизация. Повышение температуры раствора способствует увеличению скорости молекулярной диффузии, а перемешивание создает более интенсивную турбулентную диффузию. Кроме того, с повышением температуры уменьшается вязкость раствора, и создаются более благоприятные условия для устранения гидратной оболочки и уменьшение расклинивающего давления промежуточного слоя. /11/
Теория образования осадка за счет возникновения кристаллических зародышей в реакторе осаждения была описана Веймарном П.П. Скорость зародышеобразования характеризуется уравнением Веймарна представленного ниже (2.2.1.):
(2.2.1.)где
- скорость химического осаждения кристаллических зародышей;
- константа уравнения;
- общее количество твердого вещества, возникающего в растворе, в единицу объема;
- растворимость макрочастиц;
- абсолютное пересыщение;
- относительное пересыщение в начальный момент осаждения.Таким образом, скорость находиться в прямой зависимости от относительного пересыщения раствора (
): снижается с уменьшением пересыщения и возрастает с его увеличением. Скорость осаждения при равных абсолютных пересыщениях ( ) тем выше, чем меньше растворимость макрочастиц.Для получения крупнокристаллического осадка относительное пересыщение (
) должно быть как можно меньше, что достигается снижением абсолютным пересыщением ( ) или увеличением растворимости макрочастиц в среде, из которой происходит осаждение.На основе изученных процессов осаждения Веймарн установил три обобщенные закономерности, связывающие размеры частиц осадка с условиями осаждения:
. При непрерывном увеличении концентрации реагирующих растворов средний размер частиц осадков, определяемый через заданные промежутки времени после начала осаждения, проходит через максимум. С увеличением продолжительности осаждения концентрация, соответствующая максимальному размеру частиц, уменьшается, а максимальный размер возрастает.
. Закономерность связывает средние размеры частиц осадков по окончании процесса осаждения с концентрацией реагирующих растворов:
, т.е. применение реагирующих растворов повышенной концентрации, приводит к уменьшению среднего размера частиц.
. Если данное вещество имеет различную растворимость в ряде дисперсных сред, то при любой концентрации раствора частицы наименьшего размера будут образовываться в той среде, где их растворимость наименьшая.
Эти закономерности явились базой для формулирования правила химического осаждения осадков: химическое осаждение рекомендуется вести из разбавленных растворов, медленно приливая осадитель, при умеренном, интенсивном, тщательном перемешивании.
Используя диффузионное уравнение, Нойес и Нернст выразили кинетику роста зародышей. Уравнение роста зародышей получило одноименное название его изобретателей, уравнение Нойеса- Нернста (2.2.2): /11/
(2.2.2.)где
- скорость роста зародышей;
- коэффициент диффузии;
- высота диффузионного слоя;
- поверхность частиц;
- концентрация раствора, в котором происходит рост кристаллических зародышей;
- растворимость частиц осадка приданной степени их дисперсностиТаким образом, на процесс роста зародышей влияют такие факторы как:
. Температура;
. Пересыщение;
. Перемешивание.
Влияние температуры на процесс роста зародышей.
С повышением температуры растворимость осадков увеличивается, уменьшается вязкость раствора, увеличивается скорость диффузии молекул вещества к поверхности, на которой происходит кристаллизация. Таким образом, создаются более благоприятные условия для устранения гидратной оболочки и уменьшения расклинивающего давления промежуточного слоя. Следовательно, увеличивается компактность вторичных частиц и скорости их коагуляции.
Влияние пересыщения на процесс роста зародышей.
Скорость роста зародышей определяется величиной пересыщения. При пересыщении раствора скорость зародышеобразования значительно превышает скорость роста кристаллов и образуется мелкокристаллический продукт. Для получения более крупного кристалла необходимо незначительное пересыщение раствора, что достигается медленной скоростью подачи реагентов.
Скорость роста зародышей зависит от концентрации раствора. Так как растворимость осадков мала процесс необходимо вести из разбавленных растворов. Образование осадка и рост кристаллов происходит медленно из-за незначительного пересыщения. Формирование структуры осадков, вероятно, происходит не за счет роста, а за счет агрегации ранее образовавшихся частиц.
Влияние перемешивания на процесс роста зародышей.
Перемешиванием раствора обеспечивается равномерный приток кристаллического вещества к границе раздела, тем самым устраняется влияние концентрационных потоков, что способствует образованию кристаллов правильной формы. Перемешиванием достигается уменьшение диффузионного слоя около кристаллов, что обеспечивает увеличение скорости кристаллизации. Однако слишком интенсивное перемешивание отрицательно влияет на свойства получаемых осадков, так как при этом происходит разрушение скоагулировавшихся частиц, образуется более мелкий осадок, который плохо фильтруется.
С точки зрения кинетики увеличение температуры благоприятно влияет на ход процесса. При повышении температуры скорость химического взаимодействия веществ, уменьшается вязкость раствора. Следовательно создаются более благоприятные условия для образования и роста кристаллов.
Осаждение необходимо вести при непрерывном перемешивании, так как это улучшает условия образования осадков (
, (или
)) и способствует росту кристаллов.Процесс также целесообразно проводить при незначительном пересыщении раствора, что достигается медленным вводом реагентов, а не мгновенным их смешивании. В результате получаются более крупнокристаллические осадки, которые лучше фильтруются.
В процессе гранулирования формируется дисперсная структура, которая характеризуется определенной пористостью зерна, плотностью упаковки кристаллических блоков, концентрацией и прочностью фазовых контактов между ними, количеством и видом дефектов отдельных блоков гранулы в целом.
Повышение качества флотационного хлористого калия связано с улучшением его физико-механических и физико-химических свойств. Это улучшение может достигаться гранулированием продукта, высушиванием, модифицированием. Структура сформировавшейся гранулы определяет ее механическую прочность, гигроскопичность, слеживаемость. Гранулируемость удобрения улучшается увеличением пластичности исходного материала.
Пластическая деформация твердого тела всегда сопровождается его упрочнением, характеризуемым коэффициентом упрочнения:
, (2.2.3.)где Еп - модуль нормальной пластичности;
Р - напряжение;
- величина пластической деформации.Гранулирование порошков следует вести при максимальном значении пластической прочности, то есть в области верхнего предела пластичности. В дисперсных структурах большую роль играют пограничное скольжение частиц относительно друг друга.
Здесь возможны виды взаимодействий между первичными зернами, участвующими в гранулировании материала:
молекулярное - под действием сил Ван-дер-Ваальса;
осмотическое - пол действием капиллярных сил.
Основываясь на квантово-механической истории молекулярных сил можно рассчитать силы притяжения Ван-дер-Ваальса для двух плоских плит площадью Sпл, находящихся на расстоянии х:
, (2.2.4.)где А=10-19Дж.
Гранулирование прессованием и таблетированием используется для сухих порошковых материалов, в том числе для хлорида калия.
Структура гранул, полученных методом прессования, относятся к типу С2 - пористая зернистая структура, представленная друзами более мелких частиц (образующаяся при окатывании увлажненной смеси). С3- плотная зернистая структура, формирующаяся при прессовании порошков.
Возникновение достаточно прочных фазовых контактов возможно под большим давлением. Прочное молекулярное сцепление может возникнуть и в том случае, когда площадь контактов увеличивается на несколько порядков и сила сцепления рассчитывается по уравнению (2.2.4.). Если принять, что площадь взаимодействия двух частиц составляет примерно 0,01мм