SU1620510A1 - Method of melting and/or crystallizing substances - Google Patents

Method of melting and/or crystallizing substances Download PDF

Info

Publication number
SU1620510A1
SU1620510A1 SU884392495A SU4392495A SU1620510A1 SU 1620510 A1 SU1620510 A1 SU 1620510A1 SU 884392495 A SU884392495 A SU 884392495A SU 4392495 A SU4392495 A SU 4392495A SU 1620510 A1 SU1620510 A1 SU 1620510A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
liquid phase
mass transfer
melt
melting
convection
Prior art date
Application number
SU884392495A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Васильевич Жариков
Леонид Васильевич Приходько
Николай Романович Сторожев
Original Assignee
Институт Общей Физики Ан Ссср
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт Общей Физики Ан Ссср filed Critical Институт Общей Физики Ан Ссср
Priority to SU884392495A priority Critical patent/SU1620510A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1620510A1 publication Critical patent/SU1620510A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B35/00Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к управлению термодинамическими потоками и может быть использовано при разработке и оптимизации различных массо- обменных процессов, включа  тепло- массоперенос в жидкой фазе, плавление и/или кристаллизацию. Изобретение обеспечивает управление конвективным массопереносом, ускорение процессов и снижение энергозатрат. Способ включает нагрев вещества и воздействие на жидкую фазу вибраций, возбуждаемых с помощью системы твердых тел с острыми кромками. Конфигурацию и направление колебаний каждого твердого тела выбирают в соответствии с заданной структурой конвекции , а частоту и амплитуду - из приводимых зависимостей. 3 ил. S ЛThe invention relates to the management of thermodynamic fluxes and can be used in the design and optimization of various mass transfer processes, including heat and mass transfer in the liquid phase, melting and / or crystallization. The invention provides control of convective mass transfer, acceleration of processes and reduction of energy consumption. The method involves heating a substance and exposing the liquid phase to vibrations excited by a system of solid bodies with sharp edges. The configuration and direction of oscillations of each solid body is chosen in accordance with the given structure of convection, and the frequency and amplitude from the given dependencies. 3 il. S l

Description

Изобретение относитс  к управлению термодинамическими потоками и может быть использовано при разработке и оптимизации различных массооб- менных процессов, включающих тепло- массоперенос в жидкой фазе.The invention relates to the control of thermodynamic flows and can be used in the development and optimization of various mass transfer processes involving heat and mass transfer in the liquid phase.

Цель изобретени  - управление конвективным массопереносом, обеспечение за счет этого ускорени  процесса и снижени  энергозатрат.The purpose of the invention is to control convective mass transfer, thereby ensuring that the process is accelerated and energy consumption is reduced.

Изобретение по сн етс  схемами, на которых представлены примеры управлени  тепломассопереносом в жидкой фазе путем создани  заданных структур конвекции, позвол ющих оптимизировать услови  различных массо- обменных процессов,.The invention is illustrated in the diagrams showing examples of controlling the heat and mass transfer in the liquid phase by creating predetermined convection structures that allow optimizing the conditions of various mass transfer processes.

На фиг. 1 изображен процесс плавлени  и испарени  в услови х бокового нагрева открытого тигл ; на фиг„ 2 - процесс массообмена между зонами растворени  и кристаллизации в горизонтальном слое раствора; на фиг 3 - процесс плавлени  исходного вещества и перемешивани  расплава при его непрерывной кристаллизации в контейнере с боковым нагревом.FIG. 1 shows the process of melting and evaporation under conditions of lateral heating of an open crucible; Fig. 2 shows the process of mass transfer between the dissolution and crystallization zones in the horizontal layer of the solution; Fig. 3 shows the process of melting the starting material and stirring the melt during its continuous crystallization in a container with lateral heating.

Пример 1. На фиг. 1 предлагаемый способ использован дл  оптимизации условий плавлени  и испарени  вещества 1, помещенного в цилиндрический тигель 2, который установлен на подставке 3 внутри трубчатого нагревател  4. Тепломассоперенос в ходе этого процесса характеризуетс  тем, что расплав имеет максимальную температуру у стенок тигл , в результате чего в расплаве имеет место термограExample 1. FIG. 1, the proposed method is used to optimize the conditions of melting and evaporation of a substance 1 placed in a cylindrical crucible 2, which is mounted on a stand 3 inside a tubular heater 4. Heat and mass transfer during this process is characterized by the fact that the melt has a maximum temperature at the walls of the crucibles, resulting in the melt has a thermogram

витационна  конвекци , структура которой показана штриховой линией 5. При этом вблизи стенок движение расплава направлено вверх, а в центре тигл  - вниз, и температура расплава на поверхности существенно превышает температуру плавлени , при которой находитс  расплав в нижней части тигл  на границе с твердым веществом 6Ь Р услови х перегрева расплава вблизи стенок может происходить его разложение , а с поверхности - интенсивное испарениесVitation convection, the structure of which is shown by dashed line 5. At the same time, near the walls, the melt movement is directed upwards, and in the center of the crucibles - downwards, and the melt temperature on the surface significantly exceeds the melting temperature, at which the melt is located in the lower part of the crucibles at the interface with the solid substance The conditions of overheating of the melt near the walls may cause its decomposition, and intense evaporation from the surface

Оптимизаци  условий этих процессов заключаетс  в снижении перегрева расплава „ Дл  этого задаетс  структура конвекции, изображенна  линией 7, при которой движение расплава в центр направлено вверх, а у стенок - вниз. Дл  ее создани  твердое тело в виде диска 8, закрепленное с возможностью вертикальных колебаний, приводитс  в контакт с поверхностью расплава (крепление диска на фиг. 1 не показа но). В конкретном случае плавлени  нитрата натри  (скорость звука 1500 м/с, в зкость 3,17 мПа-с) в тигле диаметром 65 мм и высотой 60 мм при диаметре диска 17 мм частота колебаний вз та равной 78 Гц, что меньше предельной величины 20000 Гц, а значение амплитуды задано равным 0,9 мм, что обеспечивает циркул цию расплава во всем объеме тигл . Созданна  структура конвекции позвол ет снизить перегрев расплава на 30°С при полном расплавлении вещества.Optimization of the conditions of these processes consists in reducing the overheating of the melt. For this, the structure of convection, depicted by line 7, is set, in which the melt moves to the center upwards and downwards along the walls. To create it, a solid body in the form of a disk 8, fixed with the possibility of vertical oscillations, is brought into contact with the surface of the melt (the mounting of the disk in Fig. 1 is not shown). In the specific case of sodium nitrate melting (sound speed of 1500 m / s, viscosity 3.17 mPa-s) in a crucible with a diameter of 65 mm and a height of 60 mm with a disk diameter of 17 mm, the oscillation frequency was equal to 78 Hz, which is less than the limit value of 20000 Hz and the amplitude value is set to 0.9 mm, which ensures the circulation of the melt in the entire volume of the crucibles. The created structure of convection allows the melt overheating to be reduced by 30 ° C with the substance completely melted.

Пример 2. На фиг, 2 предлагаемый способ использован дл  оптимизации условий массообмена между зоной 8 растворени  и зоной 9 кристаллизации в горизонтальном слое раствора 10, содержащегос  в сосуде 11.Example 2. In FIG. 2, the proposed method is used to optimize the mass transfer conditions between the dissolution zone 8 and the crystallization zone 9 in the horizontal layer of the solution 10 contained in the vessel 11.

В этом процессе скорость массообмена ограничена скоростью диффузионного переноса растворенного-вещества от зоны растворени  к зоне кристаллизации . Оптимизаци  заключаетс  в увеличении скорости переноса растворенного вещества. Дл  этого задаетс  структура конвекции в растворе, котора  характеризуетс  циркул ционным потоком, простирающимс  от одной зоны к другой. Дл  ее создани  конфигураци  системы твердых тел выбира- In this process, the rate of mass transfer is limited by the rate of diffusion transfer of the dissolved substance from the dissolution zone to the crystallization zone. Optimization is to increase the rate of transfer of the solute. For this, the structure of convection in solution is defined, which is characterized by a circulation flow extending from one zone to another. To create it, the configuration of a system of solids is chosen

етс  в виде вертикальной пластины 12, iis in the form of a vertical plate 12, i

частично погруженной в раствор иpartially immersed in the solution and

закрепленной с возможностью горизонfixed with horizon capability

00

«j Q 5 55"J Q 5 55

30thirty

3535

4040

4545

5050

тальных колебаний, и горизонтальной пластины 13, приведенной в контакт с поверхностью раствора и закрепленной с возможностью вертикальных колебаний (крепление пластин 12 и 13 на фиг. 2 не показано).tal oscillations, and a horizontal plate 13 brought into contact with the surface of the solution and fixed with the possibility of vertical oscillations (the fastening of the plates 12 and 13 in Fig. 2 is not shown).

При малых амплитудах колебаний у пластины возникают циркул ционные потоки 14-17, причем при увеличении амплитуды колебаний потоки 15 и 16 не взаимодействуют и сливаютс  в один поток 18, обеспечивающий перенос растворенного вещества между зонами, а потоки 14 и 17 превращаютс  в потоки 19 и 20 соответственно, способствующие перемешиванию раствора в зонах . В конкретном случае сло  водного раствора нитрата натри  (скорость (звука 1500 м/с, в зкость 1, 1 мПа-с) толщиной 100 мм при рассто нии между 250 мм и размерах пластин по 50 мм частота колебаний пластины 12 выбрана равной 157 Гц, а пластины 13 - 168 Гц,что меньше предельной величины 7000 Гц, а значени  амплитуд заданы равными 3,25 и 3,15 мм дл  пластин 12 и 13 соответственно, что обеспечивает создание структуры конвекции с циркул ционным потоком 18. Созданна  структура конвектши обеспечивает п тикратное ускорение процесса.At small oscillation amplitudes, the plate has circulating streams 14-17, and with an increase in the amplitude of oscillations, streams 15 and 16 do not interact and merge into one stream 18, which provides transfer of the solute between zones, and streams 14 and 17 turn into streams 19 and 20 respectively, contributing to the mixing of the solution in the zones. In the particular case of a layer of an aqueous solution of sodium nitrate (speed (sound 1500 m / s, viscosity 1, 1 mPa-s) 100 mm thick with a distance between 250 mm and plate sizes of 50 mm, the oscillation frequency of plate 12 was chosen to be 157 Hz, the plates are 13–168 Hz, which is less than the limiting value of 7000 Hz, and the amplitudes are set to 3.25 and 3.15 mm for plates 12 and 13, respectively, which creates a convection structure with a circulating flow 18. The convection structure created provides multiple acceleration of the process.

Пример 3. На фиг. 3 предлагаемый способ использован дл  оптимизации процессов плавлени  исходного вещества и перемешивани  расплава 21 в пр моугольном контейнере 22, при движении которого вниз относительно нагревател  23 происходит рост кристаллов 24. R исходном процессе теп- ломассоперенос в расплаве характеризуетс  наличием циркул ционного потока термогравитационной конвекции, структура которого показана штриховой линией 25. Этот поток, направленный в центре контейнера4вниз, вызывает быстрое вертикальное перемещение исходного вещества, непрерывно поступающего на поверхность расплава , что приводит к нарушению стационарности условий кристаллизации вследствие недостаточного прогрева исходного вещества и перемешивани  расплаваExample 3. FIG. 3, the proposed method has been used to optimize the melting processes of the initial substance and the mixing of the melt 21 in the rectangular container 22, when it moves downwardly relative to the heater 23, the crystals grow 24. The initial heat and mass transfer process in the melt is characterized by the presence of a circulation flow of thermogravitational convection, whose structure shown by dashed line 25. This flow, directed down the center of the container 4, causes a rapid vertical movement of the original substance, continuously entering the surface of the melt, which leads to a violation of the stationarity of the crystallization conditions due to insufficient heating of the starting material and mixing of the melt

Оптимизаци  условий массообменных процессов в данном случае заключаетс  в обеспечении нагрева расплавл емого исходного вещества преимущественно в верхней части сло  расплав и улучшении перемешивани  расплава по всему объему. Дл  этого задаетс  структура конвекции в расплаве, котора  характеризуетс  наличием расположенных по вертикали взаимодействующих , но не .ливающихс  циркул ционных потоков. Дл  ее создани  конфигураци  системы твердых тел выбираетс  в виде горизонтальных пр моугольных пластин, наход щихс  в контакте с поверхностью расплава, и параллельно им бруска 26 пр моугольного сечени , погруженного в расплав в промежутке между ними, причем все тела могут совершать вертикальные колебани .Optimization of the conditions of mass transfer processes in this case consists in providing heating of the melted source material mainly in the upper part of the melt layer and improving the mixing of the melt in the whole volume. For this purpose, the structure of convection in the melt is defined, which is characterized by the presence of vertically interacting but not pouring circulation streams. To create it, the configuration of the solid body system is selected as horizontal rectangular plates in contact with the surface of the melt, and parallel to them is a rectangular cross-section bar 26 immersed in the melt between them, all bodies can make vertical oscillations.

При малых амплитудах колебании в этой системе взникают цир л шюн- ные потоки типа обозначенного потока 27, которые по мере увеличени  амплитуд колебаний увеличиваютс  и вступают во взаимодействие, привод щее к заданной структуре конвекции с циркул 71ионнь ми потоками, показанными лини ми 28-31. Така  структура конвекции обеспечивает плавление и нагрев исходного вещества при его циркул ции в потоке 28 и перемешивание расплава во всем объеме за счет взаимодействи  потоков 28-31, ослабл   вли ние процесса плавлени  на процесс кристаллизации.At small amplitudes, oscillations in this system occur in the form of circuits Schun fluxes of the type of the indicated flux 27, which, as the amplitudes of the oscillations increase, increase and interact, leading to a predetermined structure of convection with circulating fluxes shown by lines 28-31. This convection structure provides for the melting and heating of the source material during its circulation in stream 28 and the mixing of the melt in the whole volume due to the interaction of the flows 28-31, weakening the influence of the melting process on the crystallization process.

R конкретном случае непрерывной кристаллизации нитрата натри  в контейнере со стороной 100 мм при ширине пластин 32 и 33 и бруса 26 20 мм, высоте бруса 30 мм , высоте сло  расплава 100 мм, рассто нии между пластинами 32 и 33 20 мм, рассто нии от поверхности расплава до бруса 26 30 мм частоты колебаний пластин 32 и 33 выбраны равными 157 Гц, а бруса 26 - 73 Гц , что меньше предельной величины - 12000 Гц а значени  амплитуд заданы равными 0,3 мм дл  пластин 32 и 33, а дл  бруса - 1,2 мм, что обеспечивает взаимодействие циркул ционных потоков и полное подавление термогравитационной конвекции. Созданна  структура конвекции позвол ет стабилизировать услови  непрерывной кристаллизации .R case of continuous crystallization of sodium nitrate in a container with a side of 100 mm with a width of plates 32 and 33 and a beam of 26-20 mm, a beam height of 30 mm, a melt layer height of 100 mm, a distance between the plates 32 and 33 20 mm, distance from the surface melt to the beam 26–30 mm, the oscillation frequencies of the plates 32 and 33 are chosen to be 157 Hz, and the beam to 26–73 Hz, which is less than the limiting value — 12000 Hz; and the amplitude values are set to 0.3 mm for the plates 32 and 33, and for the beam - 1.2 mm, which ensures the interaction of circulation flows and the complete suppression of thermogravity constant convection. The created structure of convection makes it possible to stabilize the conditions of continuous crystallization.

Конфигурацию и направление колебаний каждого твердого тела во всех примерах выбирают в соответствии с задаваемой структурой конвекции, созThe configuration and direction of oscillations of each solid body in all examples is chosen in accordance with the given structure of convection, cos

даваемой в ре:ультате образовани  у кромки тел вихрей и их взаимодействи . Частоту колебаний устанавливают из услови given in re: ultata of formation at the edge of bodies of vortices and their interaction. The oscillation frequency is set from

f C/4L,f C / 4L,

а амплитуду из зависимостиand the amplitude of the dependence

A(D-d)/(3fC-y2ff), где СA (D-d) / (3fC-y2ff), where C

Т -T -

А DudA dud

ГR

00

|U| U

- скорость звука в жидкой фазе , м/с;- sound velocity in the liquid phase, m / s;

максимальный размер твердого , мм; амплитуда, мм; рассто ни  в направлении от острой кромки тела и границы вихр  соответственно; частота колебаний, Гц; в зкость жидкой фазы, мПас.maximum size of solid, mm; amplitude, mm; distances in the direction from the sharp edge of the body and the edge of the vortex, respectively; oscillation frequency, Hz; viscosity of the liquid phase, mPas.

5five

00

Использование предлагаемого способа управлени  тепломассопереносом в жидкой фазе позвол ет оптимизировать услови  различных массообменных процессов за счет создани  заданной структуры конвекции, от которой существенно зависит пространственное распределение потоков массы и тепла. Как показывает анализ и проведенные экспериментальные исследовани  при использовании предлагаемого способа достигаетс  положительный технико-экономический эффект, выражающийс  в интен- 5 сификации массообменных процессов, повышении качества выходного продукта, ресурсосбережении.Using the proposed method of controlling the heat and mass transfer in the liquid phase makes it possible to optimize the conditions of various mass transfer processes by creating a given convection structure, on which the spatial distribution of mass and heat flux significantly depends. As the analysis and experimental studies show, using the proposed method achieves a positive technical and economic effect, expressed in the intensification of mass transfer processes, improving the quality of the output product, and resource saving.

Claims (1)

Формула изобретени  0Claim 0 Способ плавлени  и/или кристал- веществ, включающий нагрев при воздействии на жидкую фазу вибраций , возбуждаемых с помощью системы твердых тел с острыми кромками, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью управлени  конвективным массо- переносом, обеспечени  за счет этого ускорени  процесса и снижени  энергозатрат , конфигурацию и направлени  колебаний каждого твердого тела выбирают в соответствии с заданной структурой конвекции, создаваемой в результате образовани  у кромки тел 5 вихрей и их взаимодействи , при этом частоту колебаний f (Гц) каждого тела устанавливают из услови A method of melting and / or crystalline substances, which includes heating when vibrations induced by a system of solids with sharp edges are applied to the liquid phase, so that, in order to control convective mass transfer , ensuring due to this acceleration of the process and reduction of energy consumption, the configuration and direction of oscillations of each solid body is chosen in accordance with the predetermined structure of convection created by the formation of vortices at the edge of the bodies 5 and their interaction, while the oscillation frequency f (Hz) azhdogo body set of conditions f C/(4L),f C / (4L), 5five 00 а амплитуду колебаний - из зависимостиand the amplitude of oscillation - from the dependence A(D-d)/(3fay-25),A (D-d) / (3fay-25), где С - скорость звука в жидкой фазе,where C is the speed of sound in the liquid phase, м/с;m / s; L - максимальный размер твердого тела, мм;L is the maximum size of a solid body, mm; А и dA and d РR -амплитуда, мм;- amplitude, mm; -рассто ни  в направлении колебаний от острой кромки тела и границы вихр  до границы жидкой фазы соответственно, мм;- distance in the direction of oscillations from the sharp edge of the body and the border of the vortex to the border of the liquid phase, respectively, mm; в зкость жидкой фазы, мПа-с.viscosity of the liquid phase, mPa-s. Фиг. 1FIG. one тt Фиг. 2FIG. 2 13 А13 A т 172°  t 172 ° . / И. / And 25 2225 22 2121 Фиг. 3FIG. 3
SU884392495A 1988-03-15 1988-03-15 Method of melting and/or crystallizing substances SU1620510A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884392495A SU1620510A1 (en) 1988-03-15 1988-03-15 Method of melting and/or crystallizing substances

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884392495A SU1620510A1 (en) 1988-03-15 1988-03-15 Method of melting and/or crystallizing substances

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1620510A1 true SU1620510A1 (en) 1991-01-15

Family

ID=21361309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884392495A SU1620510A1 (en) 1988-03-15 1988-03-15 Method of melting and/or crystallizing substances

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1620510A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Никитина Г.В., Романенко В.Н., Тучкевич В. С. Вли ние вибраций на выращивание монокристаллов бинарных систем. - В. сб.: Кристаллизаци и фазовые переходы. Минск: Изд-во АН СССР, 1962, с. 379-385. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wilcox Influence of convection on the growth of crystals from solution
RU2160223C2 (en) Method of production of peroxide salts in form of solid particles and device for realization of this method
Jordens et al. Sonocrystallisation: Observations, theories and guidelines
EP1196211B1 (en) Enhanced thawing of biopharmaceutical solutions using oscillatory motion
US20110297239A1 (en) Method and device for the electromagnetic stirring of electrically conductive fluids
JPS6269976A (en) Removal of tartar and apparatus therefor
SU1620510A1 (en) Method of melting and/or crystallizing substances
US4178776A (en) Intermittent vibration in fractional crystallization
US4400189A (en) Pulsed crystallization column and method of countercurrent crystallization
CA2343255A1 (en) Crystallization apparatus and crystallization method
US3645699A (en) Solid-liquid continuous countercurrent purifier method and apparatus
US4462969A (en) Regeneration of sulfur dioxide scrubber liquor
US4891191A (en) High efficiency column crystallizer
JPS57122905A (en) Crystallizer and method of forming crystal by crystallizer
GB2034294A (en) Process for Producing Sodium Bicarbonate
FI78927C (en) Process and apparatus for producing crystallized monohydrate ischemic dextrose.
EP0145693B1 (en) High efficiency column crystallizer
KR960022557A (en) Α-L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester crystallization method in aqueous solution
Waval et al. Experimental studies in antisolvent crystallization: Effect of antisolvent ratio and mixing patterns
SU1662602A1 (en) Method of batch extraction
SU1148698A1 (en) Method of continuous casting of metals
JPS59111914A (en) Defoaming method
RU2125601C1 (en) Apparatus for sedimentation stabilization of juices and wines
RU2167941C1 (en) Method for producing sugar from molasses
JPH0691103A (en) Countercurrent cooling and purifying device for melt and method therefor