Вопрос 2. Статика процесса

ВОПРОС № 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Кристаллизация

ЛЕКЦИЯ № 32

Литература:

1. Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.: ил.

2. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А.Н. Острикова и др.]; под ред. А.Н. Острикова.

План лекции:

1. Общие сведения.

2. Статика процесса.

3. Кинетика и условия кристаллизации.

4. Методы кристаллизации.

5. Материальный баланс кристаллизации.

6. Конструкции кристаллизаторов.

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается сущность процесса кристаллизации? Каково назначение процесса?

2. Какие факторы влияют на равновесие в процессах кристаллизации?

3. Какими способами можно достиг­нуть пересыщения раствора?

4. Перечислите методы кристаллизации.

5. Из ка­ких стадий состоит кристаллизация?

6. Какие применяются кристаллизаторы для кристалли­зации с отгонкой части растворителя? Чем они отличаются от выпарных аппа­ратов?

7. Какие кристаллизаторы применяют для кристаллизации с охлаждением раствора?

Кристаллизация — один из распространенных и наиболее эф­фективных методов получения вещества в чистом виде.

Кристаллизацией называется процесс выделения твердой фазы в виде кристаллов из растворов и расплавов. Кристаллы представ­ляют собой твердые тела различной геометрической формы, ограничейные плоскими гранями. Кристаллы, содержащие молекулы воды, называются кристаллогидратами.

В пищевой технологии выделение твердой фазы из растворов или расплавов в виде кристаллического продукта является завер­шающей стадией технологического процесса получения сахарозы, глюкозы, соли и других кристаллических продуктов.

Кристаллизацию, как правило, проводят из водных растворов. При понижении температуры или удалении части растворителя уменьшается растворимость твердого вещества. Раствор становится пересыщенным, и твердое вещество выпадает из раствора в осадок.

Производственный технологический процесс кристаллизации состоит из нескольких стадий: кристаллизация, отделение крис­таллов от маточных растворов, перекристаллизация (если требует­ся), промывка и сушка кристаллов.

Твердые вещества в зависимости от того, как меняется их ра­створимость с повышением температуры, могут обладать «поло­жительной» или «отрицательной» растворимостью. Если раство­римость увеличивается с повышением температуры, такие веще­ства обладают «положительной» растворимостью, если снижается, говорят об «отрицательной» растворимости вещества в данном ра­створителе.

Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой при дан­ной температуре, называют насыщенным. В таких растворах твердое вещество и раствор находятся в динамическом равнове­сии, характеризующемся тем, что в единицу времени количество частиц, растворяющихся из кристаллов и переходящих в раствор, равно числу частиц, кристаллизующихся в растворе и переходя­щих в твердую фазу.

Пересыщенными называются такие растворы, в которых концентрация растворенного вещества больше его растворимости. Пересыщенные растворы неустойчивы, легко переходят в насы­щенные. При таком переходе из пересыщенных растворов выпа­дает твердая фаза.

Поведение растворов с изменением их температуры характери­зуется диаграммами состояния растворов (рис.1). Растворы при концентрациях, соответствующих лабильной области, крис­таллизуются очень быстро, а растворы при концентрациях, соот­ветствующих метастабильной области, кристаллизуются сравни­тельно медленно в зависимости от температуры раствора, скорос­ти отвода теплоты или скорости испарения растворителя, переме­шивания и других факторов.

Рис. 1. Диаграммы состояния растворов:

1—1 — кривая растворимости; 2—2 — граница метастабильной области; А —область лабильных растворов; 5—об­ласть метастабильных растворов; В — область стабильных растворов

Для растворов веществ, зависимость которых от температуры выражена неяр­ко, переход в область пересыщенных ра­створов происходит только при очень значительном снижении температуры.

При изменении температуры от t₂ до t₁ количество выпавшей из раствора твердой фазы невелико и пропорционально изменению концентрации раствора у_х - у´_о.

Пересыщение раствора может быть достигнуто и при постоян­ной температуре h путем удаления части растворителя. При этом из раствора выпадает часть твердой фазы, пропорциональная раз­ности концентраций у´´_х-у_о. Следовательно, кристаллизацию та­ких растворов можно провести как понижением температуры ра­створа, так и путем удаления части растворителя.

Для веществ с ярко выраженной зависимостью растворимости от температуры оптимальным методом кристаллизации является понижение температуры.

Если растворимость вещества не изменяется с повышением температуры, то кристаллизация осуществляется путем удаления растворителя.

Дата добавления: 2014-01-04