Способ кристаллизации из растворов Советский патент 1985 года по МПК B01D9/02 

Изобретение относится к технологии получения кристаллических веществ, кристаллизующихся форме игл и пластин и может быть использовано при вьщелении кристаллов солей из их растоворов.

Совершенствование технологии получения, переработки и хранения кристаллических продуктов невозможно без обеспечения их сыпучести и отсутствия слеживаемости. Рациональньм путем решения этой задачи является получение кристаллов округлой формы монодисперсного состава.

Известные способы могут быть отнесены к трем группам: механическая окатка путем истирания lj , модифицирование формы путем добавок, способных изменять габитус криссталов 2, температурно-цикловая окатка путем периодического повышения и понижения температуры с целью растворения острых выступов и наростов на гранях кристаллов 3j .

Первая группа способов обладает следующими недостатками; кристаллы получаются с негладкой поверхностно, в процессе истирания образуется пыль кристаллы загрязняются материалом истирающих поверхностей.

Способы второй группы отличаются трудностью подбора модификатора для заданного продукта и загрязнением кристаллов самим модификатором.

Способы третьей группы длительны и энергоемки и не применимы для веществ, кристаллизующихся в форме игл и пластин.

Все эти способы не позволяют достичь высокой монодисперсности конечного продукта.

Известен способ кристаллизации, реализованный в устройстве , по которому на раствор действуют ультразвуковьми колебаниями магнитострикциониых излучателей. По этому способу кристаллизующийся раствор вакуумируют и одновременно подвергают действию ультразвука в кавитационном режиме. При этом получаются кристаллы заданного гранулометрического состава и округлой формы.

Недостатками способа-прототипа являются значительная длительность процесса и его энергоемкость. Длительность процесса обусловлена тем, что непрерывное действие ультразвука в кавитационном режиме порождает течение сразу двух, но противоположных процессов. С одной стороны, происходит разрушение и скол выступов кристаллов за счет акустической кавитации, а с другой - рост кристаллов за счет акустической интенсификации диффузионных процессов массообмена. Одновременное действие сразу двух противоборствующих факторов удлиняет процесс роста кристаллов.

Цель изобретения. - интенсификация процесса за счет его ускорения и повышение качества кристаллов.

Поставленная цель достигается тем что в процессе ультразвуковой кристаллизации интенсивность ультразвука периодически изменяют относительно уровня, равного порогу кавитации, и одновременно периодически изменяют температуру раствора около точки пересыщения при этом при температуре раствора вьяие точки пересьш ения действуют- ультразвуком с интенсивностью выше порога кавитации, а при температуре раствора ниже точки пересыщения действуют ультразвуком с интенсивностью ниже порога кавитации

Отношение длительностей периодов нагрева и охлаждения равно произведению отношения продольного размера кристаллов к поперечному на отношени интенсивностей ультразвука при охлаждении и нагреве и определяется по формуле

Т,

(1)

5.

где v; отношение продольного размера кристалла S j, к поперечному размеру S

2

- отношение интенсивности ультразвука Т, действующего на фазе охлаждения раствора (ниже порога кавитации) к интенсивности ультразвука I, , действующего на фазе нагрева (выпе порога кавитации) .

Такое совмещение циклов изменения температуры и интенсивности ультразвука снижает общзпо длительность процесса кристаллизации в 3-4 раза и увеличивает конечную плотность кристаллов.

Физическая сущность изобретения состоит в том, что механизм кавитационного разрушения кристаллов и их акустического наращивания разделены и одновременно дополнены соответствующим тепловым воздействием. На фазе нагрева раствора выше точки пересьпцения и одновременного деистВИЯ ультразвука в режиме кавитации углы и выступы кристаллов скадьгоают ся кавитацией и одновременно сглаживаются образующиеся неровности подрастворением из-за недонасыщенкости раствора. На фазе охлаждения раствора ниже точки пересыщения интенсивность ультразвукового воздействия уменьшают ниже порога кавитации. При этом идет интенсивный рост кристаллов за счет пересьпцения раствора при ускорении этого процесса акустическими колебаниями Формула (1) Соотношения длитель ностей обоих периодов обоснована следующим образом. Кавитациркное действие разрушает единичный кристалл игольчатой формы с концов, так как продольная прочность такого кристалла значительно меньше, чем поперечная. Поэтому можно считать, что укорачивание кристаллов пропорционально произведению интенсивности ультразвука I , на время его 1действия в кавитационном режиме Tj Это произведение должно быть пропорционально продольной скорости роста кристалла: Т.I, KVj , где К - размерный коэффициент пропорциональности. Во второй фазе, фазе роста, интенсивность ультразвука уменьшают ниже порога кавитации. Рост кристаллов идет в обоих направлениях и скорость роста так же пропорциональна Произведению интенсивности (докавитационной) Ij на время действия Т Это произведение Т Тг целесообразно положить пропорциональным поперечной скорости роста кристаллов V 5 которая для криста лов иго тьчатой формы существенно ме ine V,. Почленно, деля друг на друга два введенных равенства, получим: Т, I, V, n-lz Ч Отношение скоростей роста можно заменить приблизительно равньм ему отношением характерных размеров кри таллов: Обозначив ll - J.. и разделив на Р это отношение обе части уровнения (2) получаем формулу (1). Подбором величины /} можно сделать отношение периодов равным единице, что удобно с технологической точки зрения. Для этого необходимо положить /5 а определить из характерных размеров кристалла. Способ осуществляют следующим образом. На насыщенный раствор, содержащий твердую фазу - кристаллы в виде игл и пластин - воздействуют ультразвуком в режиме кавитации и одновременно повьпиают температуру раствора На несколько градусов выпе равновесной в течение нескольких минут. Затем интенсивность ультразвука снижают До уровня ниже порога кавитации и, действуя им в течение нескольких минут, одновременно снижают температуру раствора до значе- ния, лежащего ниже равновесного на несколько градусов. Далее этот цикл повторяют несколько раз до достижения необходимого качества кристаллов. При этом отношение длительностей фаз нагрева и охлаждения подчиняется формуле (1) При небольших объемах обрабатываемых растворов роль нагревателя может вьтолнять само ультразвуковое поле. В этом случа(е раствор необходимо только охлаждать. П р и м е р 1. На сыщенный вод- ньй раствор аммиачной селтчма, содержащий кристаллы селитры игольчатой формы с разбросом длины от 20 до 700 мкм и соотношением сторон 1:10, концентрацией твердой фазы по отношен о к раствору 1:1, с начальной температурой нагревают до 22,5 С и одновременно облучают ультразвуком с интенсивностью 5 Вт/см в течение 15 мин. Так как в данном случае 10, то для равенства периодов нагрева и охлаждения выбирают /5 0,1. После истечения 15 мин нагрева снижают интенсивность ультразвука до О,5,Вт/см и одновременно раствор охлаждают до исходной температуры в течение 15 мин. После повторения этого цикла еще один раз раствор содержит однородные кристаллы сферической формы, со средним размером 200 мк. Плотность кристаллов

СПОСОБ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ИЗ РАСТВОРОВ, включающий воздействие на раствор ультразвуковом, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет его ускорения и повышения качества кристаллов, интенсивность ультразвука периодически изменяют относительно уровня, равного порогу кавитации, и одновременно периодически изменяют температуру раствора около точки пересыщения, при этом при температуре раствора вьвпе точки пересыщения действуют ультразвуком с интенсивностью выпе порога кавитации, а при температуре раствора ниже точки пересьпцення действуют ультразву(Л ком с интенсивностью ниже порога кавитации.