Контактная кристаллизация веществ из растворов с применением испаряющегося хладагента

Цели. Статья анализирует возможность применения контактной кристаллизации с использованием испаряющихся хладагентов для выделения веществ из их водных растворов на примере извлечения некоторых солей (KNO₃, NaI, (NH₂)₂CO) и сахарозы. В качестве хладагента использован изобутан.

Методы. Изучение влияния основных технологических параметров – температуры охлаждения раствора, его исходной концентрации и давления сжатых паров хладагента – на ход рассматриваемого процесса разделения, а также выявление закономерностей его протекания проводилось с помощью выведенных ранее Н.И. Гельпериным и Г.А. Носовым математических зависимостей для каждой стадии процесса контактной кристаллизации. Авторы исследовали влияние указанных параметров на выход кристаллической и жидкой фаз, расход хладагента и мощность компрессора.

Результаты. Установлено, что применение испаряющихся хладагентов позволяет существенно интенсифицировать процесс кристаллизации и облегчает отделение отработанного хладагента от образующейся кристаллической суспензии. Это обусловлено тем, что при контакте жидкого хладагента с раствором происходит его испарение, которое сопровождается интенсивным охлаждением раствора. Установлено, что такой процесс может осуществляться при разности температур хладагента и кристаллизующейся смеси порядка 0.5–1.0 °C.

Выводы. Контактная кристаллизация с использованием испаряющихся хладагентов может быть успешно применена для выделения различных веществ из водных растворов. Важным преимуществом проведения подобного процесса является относительно не- большой расход хладагента, поскольку отвод теплоты из раствора осуществляется в результате изменения агрегатного состояния хладагента. Использование контактной кристаллизации позволяет также значительно упростить аппаратурное оформление процесса.

1. Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности. М.: Химия; 1968. 304 с.

2. Гельперин Н.И., Носов Г.А. Основы техники фракционной кристаллизации. М: Химия; 1986. 304 с.

3. Mullin J.W. Crystallization. Oxford: Butterworth-Heinemann; 2001. 594 p.

4. Михалёв М.Ф., Щупляк И.А. Контактная кристаллизация. Л.: Изд-во ЛГУ; 1983. 190 с.

5. Challener C.A. Considering continuous crystallization. Pharm. Technol. 2015;39(5):38-40.

6. Elfassy E., Basel Y., Mastai Y. Crystallization of amino acids at the chiral ionic liquid/water interface. CrystEngComm. 2016;18(45):8769-8775. https://doi.org/10.1039/C6CE01726F

7. Kim H.J., Lee J. Novel porous materials prepared by repeated directional crystallization of solvent. Polymer Korea. 2015; 9(1):151-156. https://doi.org/10.7317/pk.2015.39.1.151

8. Liu S., Hao L., Rao Z., Zhang X. Experimental study on crystallization process and prediction for the latent heat of ice slurry generation based sodium chloride solution. Appl. Energy. 2017;185(2):1948-1953. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.10.073

9. Stamenov L., Stefanova V., Petkov K., Iliev P. Study of the crystallization process of ferric sulfate hydrate from rich of Fe(III) waste solutions. J. Chem. Technol. Metall. 2017;52(2):333-339.

10. Rachah A., Noll D. Mathematical Analysis of a Continuous Crystallization Process. In: Anastassiou G., Duman O. (eds.). Intelligent Mathematics II: Applied Mathematics and Approximation Theory. Advances in Intelligent Systems and Computing. Springer, Cham. 2016;441:283-301. https://doi.org/10.1007/978-3-319-30322-2_20

11. Horst J.H., Schmidt C., Ulrich J. Fundamentals of Industrial Crystallization. In book: Handbook of Crystal Growth. Bulk Crystal Growth: Second Edition. 2015;2:1317-1349. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63303-3.00032-8

12. Price C.J. Continuous Pharmaceutical Crystallization from Solution. In: Roberts K., Docherty R., Tamura R. (eds.). Engineering Crystallography: From Molecule to Crystal to Functional Form. NATO Science for Peace and Security Series A: Chemistry and Biology. Springer, Dordrecht. 2017;1:315-329. https://doi.org/10.1007/978-94-024-1117-1_19

13. Mancigotti S., Hamilton A. Salt crystallisation in pores: The effect of crystal growth rate on damage. WIT Trans. Built Environ. 2017;171:207-214. https://doi.org/10.2495/STR170181

14. Harada R. Development of small continuous crystallizer. J. Soc. Powder Technol. Japan. 2017;54(7):478-482. https://doi.org/10.4164/sptj.54.478

15. Пап Л. Концентрирование вымораживанием. М.: Лёгкая и пищевая промышленность; 1982. 96 с.

16. Филаткин В.Н., Плотников В.Т. Разделительные вымораживающие установки. М.: Агропромиздат; 1987. 352 с.

17. Носов Г.А., Кесоян Г.А., Попов Д.А. Контактная кристаллизация с использованием охлажденных растворителей. Тонкие химические технологии. 2008;3(2):40-44.

18. Семенов Е.В., Славянский А.А. Особенности процесса разделения суспензий в роторах фильтрующих центрифуг. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2017;5:7-12.

19. Носов Г.А., Уваров М.Е. Двухстадийная перекристаллизация с регенерацией растворителя. Тонкие химические технологии. 2017;12(1):50-56. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2017-12-1-50-56