SU1149992A1

SU1149992A1 - Method of crystallization from solutions

Info

Publication number: SU1149992A1
Application number: SU833627831A
Authority: SU
Inventors: Генрих Арутюнович Кардашев; Александр Васильевич Салосин; Александр Леонидович Шаталов; Маргарита Андреевна Першина; Владимир Павлович Ваганов; Сурен Гургенович Манукян; Андрей Васильевич Мишакин; Виктор Николаевич Поляничев
Original assignee: Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Химического Машиностроения
Priority date: 1983-07-26
Filing date: 1983-07-26
Publication date: 1985-04-15

Abstract

СПОСОБ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ИЗ РАСТВОРОВ, включающий воздействие на раствор ультразвуковом, отличающийс тем, что, с целью интенсификации процесса за счет его ускорени и повышени качества кристаллов , интенсивность ультразвука периодически измен ют относительно уровн , равного порогу кавитации, и одновременно периодически измен ют температуру раствора около точки пересыщени , при этом при температуре раствора вьвпе точки пересыщени действуют ультразвуком с интенсивностью выпе порога кавитации, а при температуре раствора ниже точки пересьпценн действуют ультразву (Л ком с интенсивностью ниже порога кавитации.A METHOD FOR CRYSTALLIZING FROM SOLUTIONS, including an ultrasonic effect on the solution, characterized in that, in order to intensify the process by accelerating it and improving the quality of the crystals, the ultrasound intensity is periodically changed relative to the level of cavitation, and at the same time the temperature of the solution is periodically changed near the point supersaturation; in this case, at the temperature of the solution, the supersaturation points act by ultrasound with an intensity of emission of the cavitation threshold, and at a solution temperature below Perespcenn acts as an ultrasound (Luck with an intensity below the cavitation threshold.

Description

Изобретение относитс к технологии получени кристаллических веществ , кристаллизующихс форме игл и пластин и может быть использовано при вьщелении кристаллов солей из их растоворов.The invention relates to the technology of obtaining crystalline substances, which crystallize in the form of needles and plates, and can be used in the allocation of salt crystals from their solutions.

Совершенствование технологии получени , переработки и хранени кристаллических продуктов невозможно без обеспечени их сыпучести и отсутстви слеживаемости. Рациональньм путем решени этой задачи вл етс получение кристаллов округлой формы монодисперсного состава.Improving the technology of obtaining, processing and storing crystalline products is impossible without ensuring their flowability and lack of caking. Rationalized by solving this problem is to obtain round-shaped crystals of a monodisperse composition.

Известные способы могут быть отнесены к трем группам: механическа окатка путем истирани lj , модифицирование формы путем добавок, способных измен ть габитус криссталов 2, температурно-циклова окатка путем периодического повышени и понижени температуры с целью растворени острых выступов и наростов на гран х кристаллов 3j .The known methods can be classified into three groups: mechanical rolls by abrading lj, modifying the shape by additives that can change the habit of crystals 2, temperature cycling rolls by periodically raising and lowering the temperature to dissolve sharp protrusions and growths on the edges of crystals 3j.

Перва группа способов обладает следующими недостатками; кристаллы получаютс с негладкой поверхностно, в процессе истирани образуетс пыль кристаллы загр зн ютс материалом истирающих поверхностей.The first group of methods has the following disadvantages; the crystals are obtained with a non-smooth surface; in the process of abrasion, dust is formed; the crystals are contaminated with the material of abrasive surfaces.

Способы второй группы отличаютс трудностью подбора модификатора дл заданного продукта и загр знением кристаллов самим модификатором.The methods of the second group are characterized by the difficulty of selecting a modifier for a given product and contaminating the crystals with the modifier itself.

Способы третьей группы длительны и энергоемки и не применимы дл веществ , кристаллизующихс в форме игл и пластин.The methods of the third group are long and energy intensive and are not applicable to substances crystallizing in the form of needles and plates.

Все эти способы не позвол ют достичь высокой монодисперсности конечного продукта.All these methods do not allow to achieve high monodispersity of the final product.

Известен способ кристаллизации, реализованный в устройстве , по которому на раствор действуют ультразвуковьми колебани ми магнитострикциониых излучателей. По этому способу кристаллизующийс раствор вакуумируют и одновременно подвергают действию ультразвука в кавитационном режиме. При этом получаютс кристаллы заданного гранулометрического состава и округлой формы.The known method of crystallization is realized in a device in which the solution is affected by ultrasonic vibrations of magnetostriction emitters. In this method, the crystallizing solution is evacuated and simultaneously subjected to the action of ultrasound in a cavitation mode. Thereby, crystals of a given granulometric composition and round shape are obtained.

Недостатками способа-прототипа вл ютс значительна 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 удлин ет процесс роста кристаллов.The disadvantages of the prototype method are the considerable duration of the process and its energy consumption. The duration of the process is due to the fact that the continuous action of ultrasound in the cavitation mode gives rise to two, but opposite, processes at once. On the one hand, there is a destruction and cleavage of the protrusions of the crystals due to acoustic cavitation, and on the other hand, the growth of crystals due to the acoustic intensification of diffusion processes of mass exchange. The simultaneous action of two opposing factors at once lengthens the process of crystal growth.

Цель изобретени . - интенсификаци процесса за счет его ускорени и повышение качества кристаллов.The purpose of the invention. - intensification of the process due to its acceleration and improvement of the quality of crystals.

Поставленна цель достигаетс тем что в процессе ультразвуковой кристаллизации интенсивность ультразвука периодически измен ют относительно уровн , равного порогу кавитации, и одновременно периодически измен ют температуру раствора около точки пересыщени при этом при температуре раствора вь ие точки пересьш ени действуют- ультразвуком с интенсивностью выше порога кавитации, а при температуре раствора ниже точки пересыщени действуют ультразвуком с интенсивностью ниже порога кавитацииThis goal is achieved by the fact that in the process of ultrasonic crystallization, the ultrasound intensity periodically changes with respect to the level equal to the cavitation threshold, and simultaneously the solution temperature periodically changes around the supersaturation point, while at the solution temperature, ultrasonic with an intensity higher than the cavitation threshold, and when the temperature of the solution is below the supersaturation point, they act by ultrasound with an intensity below the cavitation threshold

Отношение длительностей периодов нагрева и охлаждени равно произведению отношени продольного размера кристаллов к поперечному на отношени интенсивностей ультразвука при охлаждении и нагреве и определ етс по формулеThe ratio of the durations of the heating and cooling periods is equal to the product of the ratio of the longitudinal size of the crystals to the transverse by the ratio of the ultrasound intensities during cooling and heating and is determined by the formula

Т,T,

(1) (one)

5.five.

где v; отношение продольного размера кристалла S j, к поперечному размеру Swhere v; the ratio of the longitudinal crystal size S j to the transverse size S

2 2

- отношение интенсивности ультразвука Т, действующего на фазе охлаждени раствора (ниже порога кавитации ) к интенсивности ультразвука I, , действующего на фазе нагрева (выпе порога кавитации ) .- the ratio of the ultrasound intensity T acting on the cooling phase of the solution (below the cavitation threshold) to the intensity of ultrasound I acting on the heating phase (emitting the cavitation threshold).

Такое совмещение циклов изменени температуры и интенсивности ультразвука снижает общзпо длительность процесса кристаллизации в 3-4 раза и увеличивает конечную плотность кристаллов.Such a combination of cycles of change in temperature and ultrasound intensity reduces the overall duration of the crystallization process by a factor of 3–4 and increases the final density of the crystals.

Физическа сущность изобретени состоит в том, что механизм кавитационного разрушени кристаллов и их акустического наращивани разделены и одновременно дополнены соответствующим тепловым воздействием. На фазе нагрева раствора выше точки пересьпцени и одновременного деистВИЯ ультразвука в режиме кавитации углы и выступы кристаллов скадьгоают с кавитацией и одновременно сглаживаютс образующиес неровности подрастворением из-за недонасыщенкости раствора. На фазе охлаждени раствора ниже точки пересыщени интенсивность ультразвукового воздействи уменьшают ниже порога кавитации . При этом идет интенсивный рост кристаллов за счет пересьпцени раствора при ускорении этого процесса акустическими колебани ми Формула (1) Соотношени длитель ностей обоих периодов обоснована следующим образом. Кавитациркное действие разрушает единичный кристалл игольчатой формы с концов, так как продольна прочность такого кристалла значительно меньше, чем поперечна . Поэтому можно считать, что укорачивание кристаллов пропорционально произведению интенсивности ультразвука I , на врем его 1действи 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 направлени х и скорость роста так же пропорциональна Произведению интенсивности (докавитационной ) Ij на врем действи Т Это произведение Т Тг целесообразно положить пропорциональным поперечной скорости роста кристаллов V 5 котора дл криста лов иго тьчатой формы существенно ме ine V,. Почленно, дел 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 уровнени (2) получаем формулу (1). Подбором величины /} можно сделать отношение периодов равным единице, что удобно с технологической точки зрени . Дл этого необходимо положить /5 а определить из характерных размеров кристалла. Способ осуществл ют 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 уровн ниже порога кавитации и, действу им в течение нескольких минут, одновременно снижают температуру раствора до значе- ни , лежащего ниже равновесного на несколько градусов. Далее этот цикл повтор ют несколько раз до достижени необходимого качества кристаллов. При этом отношение длительностей фаз нагрева и охлаждени подчин етс формуле (1) При небольших объемах обрабатываемых растворов роль нагревател может вьтолн ть 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 дл равенства периодов нагрева и охлаждени выбирают /5 0,1. После истечени 15 мин нагрева снижают интенсивность ультразвука до О,5,Вт/см и одновременно раствор охлаждают до исходной температуры в течение 15 мин. После повторени этого цикла еще один раз раствор содержит однородные кристаллы сферической формы, со средним размером 200 мк. Плотность кристалловThe physical essence of the invention is that the mechanism of cavitation destruction of crystals and their acoustic buildup are separated and simultaneously complemented by the corresponding thermal effect. During the phase of heating the solution above the point of perception and simultaneous ultrasound in cavitation mode, the angles and protrusions of the crystals are cavitated and the resulting irregularities are smoothed by dissolving due to the undersaturation of the solution. In the cooling phase of the solution below the supersaturation point, the intensity of the ultrasonic effect is reduced below the cavitation threshold. In this case, an intensive growth of crystals occurs due to the passage of the solution during the acceleration of this process by acoustic oscillations. Formula (1) The ratio of the durations of both periods is justified as follows. The cavitircus action destroys a single needle-shaped crystal from the ends, since the longitudinal strength of such a crystal is much less than transverse. Therefore, we can assume that the shortening of crystals is proportional to the product of the ultrasound intensity I, for the time of its 1 action in the cavitation mode Tj This product should be proportional to the longitudinal crystal growth rate: T.I, KVj, where K is the proportionality coefficient. In the second phase, the growth phase, the ultrasound intensity is reduced below the cavitation threshold. The growth of crystals proceeds in both directions and the growth rate is also proportional to the product of intensity (pre-cavitation) Ij for the duration of action T This product T Tg is appropriate to assume proportional to the transverse growth rate of crystals V 5 which for crystals is very curved in shape. Terminally, doing each other two introduced equalities, we get: T, I, V, n-lz H The ratio of growth rates can be replaced by an approximately equal ratio of characteristic sizes of crystals: Denoting ll - J .. and dividing by P this ratio both parts level (2) we obtain the formula (1). By selecting the value of /} one can make the ratio of periods equal to one, which is convenient from a technological point of view. To do this, you must put / 5 a to determine the characteristic size of the crystal. The method is carried out as follows. A saturated solution containing a solid phase — crystals in the form of needles and plates — is affected by ultrasound in cavitation mode and simultaneously the temperature of the solution is ignited. The equilibrium temperature is measured by several degrees for several minutes. Then the intensity of ultrasound is reduced to a level below the cavitation threshold and, acting on them for several minutes, simultaneously reduce the temperature of the solution to a value that lies below the equilibrium one by several degrees. This cycle is then repeated several times until the required crystal quality is achieved. In this case, the ratio of the durations of the phases of heating and cooling obeys the formula (1) With small volumes of the treated solutions, the role of the heater can be played by the ultrasonic field itself. In this case (the solution needs only to be cooled. EXAMPLE 1. For a saturated aqueous solution of ammonium seltchma containing needle-shaped nitrate crystals with a spread of length from 20 to 700 μm and a ratio of 1:10, the concentration of the solid phase with respect to a 1: 1 solution, with an initial temperature heated to 22.5 C and simultaneously irradiated with ultrasound with an intensity of 5 W / cm for 15 minutes. Since in this case 10, for equal periods of heating and cooling choose / 5 0.1. After 15 minutes of heating, ultrasound intensity decreases. and up to 0, W / cm and at the same time the solution is cooled to the initial temperature for 15 minutes After repeating this cycle one more time the solution contains homogeneous spherical crystals with an average size of 200 microns. Density of crystals

Claims

METHOD OF CRYSTALLIZATION FROM SOLUTIONS, including ultrasonic treatment of a solution, characterized in that, in order to intensify the process by accelerating it and improving the quality of the crystals, the ultrasound intensity is periodically changed relative to the level equal to the cavitation threshold, and at the same time, the temperature of the solution is changed near the supersaturation point in this case, at the temperature of the solution, the supersaturation points act with ultrasound with the intensity of the cavitation threshold, and at the temperature of the solution below the point n resyscheniya operate with ultrasound cavitation intensity below the threshold.

(L

1149992 A