Автоматизация процесса кристаллизации

Кристаллизация

Также кристаллизацией называется процесс образования кристаллов с данной структурой из кристаллов иной структуры или процесс перехода из жидкого состояния в твердое кристаллическое. Благодаря кристаллизации происходит образование льда, минералов, зубной эмали, костей живых организмов. В химической промышленности процесс кристаллизации используется для получения веществ в чистом виде. Кристаллизация происходит в соответствии со следующими принципами

1. Кристаллизация начинается только после охлаждения жидкости
2. Во время кристаллизации температура не изменяется.
3. Температура кристаллизации равняется температуре плавления.

Во время образования кристаллов происходит фазовый переход - переход вещества из одной термодинамической фазы в другую. Образование кристаллов из растворов, газов, стекла или расплавов представляет собой фазовый переход первого рода, а кристаллизация при полиморфных превращениях является фазовым переходом второго рода. Кристаллизация начинается при условии достижения некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости или перенасыщения пара, когда возникают центры кристаллизации - большое количество мелких кристаллов. Такие кристаллики растут и присоединяют молекулы или атомы из пара либо жидкости. Грани кристаллов растут послойно. Зависимость скорости роста от условий кристаллизации приводит к разнообразию форм кристаллов. При кристаллизации всегда возникают некоторые дефекты. На количество центров кристаллизации и скорость роста влияет степень переохлаждения.

Автоматизация процесса кристаллизации

Принцип автоматизации процесса кристаллизации рассмотрим на примере однокорпусной выпарной установки естественной циркуляции, схема которой представлена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема однокорпусной выпарной установки естественной циркуляции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Здесь: 1 - кипятильник; 2 - выпарной аппарат; 3 - устройство для измерения температурной депрессии.

Показателем эффективности процесса кристаллизации является концентрация упаренного раствора, а целью управления - поддержание определенного значения этой концентрации. Расход свежего раствора можно изменять или стабилизировать, чтобы достигнуть цели управления процессом выпаривания, потому что он является основным в химическом производстве. Его уменьшение является причиной снижения скорости движения раствора по установке, то есть увеличения концентрации. Концентрация свежего раствора определяется предшествующими технологическими процессами. Изменение концентрации является сильным возмущающим воздействием для выпаривания. Расход пара растворителя определяется параметрами исходного раствора и режимными параметрами в установке. Если допустить, что цель управления достигнута, то между температурой и давлением в рассматриваемой установке соблюдается определенная зависимость. Таким образом достаточно стабилизировать только один из этих параметров. В большинстве случаев стабилизации подвергается давление в аппарате, которое регулируется посредством отбора пара из установки. В настоящее время концентрация определяется по разности температур кипения раствора и растворителя - температурная депрессия. О ее значения можно делать вывод по следующим косвенным параметрам:

1. Удельная электропроводность.
2. Плотность.
3. Температура замерзания упаренного раствора.
4. Показатель преломления света.

Таким образом, для того, чтобы достигнуть цели управления необходимо регулировать температурную депрессию, расход теплоносителя и давление в установке. Чтобы поддерживать материальный баланс в установке необходимо регулировать уровень раствора посредством изменения расхода упаренного раствора. Во время выпаривания контролю подвергаются расходы растворов и паров растворителя; температура раствора; уровень, температура и давление в установке; давление, температура и расход теплоносителя; температурная депрессия. В рассматриваемом случае сигнализации подлежат отклонения концентрации от заданных значений, а также прекращение подачи раствора.