Материальный и тепловой балансы кристаллизации

Материальный баланс процесса кристаллизации по общим потокам веществ может быть представлен в виде

,                                                  (4.49)

а баланс по безводному веществу – в виде

,                                               (4.50)

где ,  и  – потоки исходного, маточного растворов и полученных кристаллов, соответственно; – поток выпаренной воды;  и – концентрации соответственно исходного и маточного растворов;  – отношение молекулярных масс безводной соли и кристаллогидрата.

Количество получаемого продукта находят путем совместного решения уравнений (4.49) и (4.50):

.                                        (4.51)

В случае изогидрической кристаллизации количество выпаренной воды 0, и уравнение (4.51) сводится к виду

.                                     (4.52)

Для процесса кристаллизации методом удаления растворителя из насыщенного раствора () уравнение (4.51) принимает вид

.                                           (4.53)

Тепловой баланс процесса изогидрической кристаллизации может быть записан в виде равенства на основе схемы тепловых потоков, представленных на рис. 4.65:

,    (4.54)

где  – поток охлаждающей воды; , , , ,  – теплоемкости исходного и маточного растворов, охлаждающей воды и кристаллов, соответственно; , , , ,  – температуры исходного и маточного растворов, охлаждающей воды и кристаллов, соответственно; – теплота кристаллизации;  – потери тепла в окружающую среду.

Рис. 4.65. Схема тепловых потоков при изогидрической кристаллизации

Уравнения (4.54) и (4.49) позволяют определить расход охлаждающей воды на процесс изогидрической кристаллизации:

.                   (4.55)

Тепловой баланс процесса кристаллизации методом удаления растворителя при нагревании раствора глухим паром может быть записан на основе схемы тепловых потоков, представленных на рис. 4.66:

 ,                  (4.56)

где  – расход греющего пара; ,,  – энтальпии греющего пара, конденсата и удаленного в виде пара растворителя соответственно.

По уравнениям (4.49) и (4.56) определяют расход греющего пара:

.                 (4.57)

При кристаллизации солей из растворов молекулы и атомы растворенного вещества значительно сближаются друг с другом, что вызывает тепловой эффект (в большинстве случаев положительный). В практике кристаллизации теплоту кристаллизации  обычно принимают равной по величине и противоположной по знаку теплоте растворения. 

Рис. 4.66. Схема тепловых потоков при кристаллизации методом удаления растворителя