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波面管式结晶器动力学模型及工艺参数的优化

刘洋  
【摘要】:蒸发结晶工艺是化工生产中一个重要的操作单元,它的应用在很多化工原料、药物和糖类的制备中十分普遍。目前,新型结晶设备的开发和研究是工业结晶技术发展的趋势之一。所以本文以蒸发结晶工艺中常用的结晶器为主要研究对象,开发设计了一套新型波面管式结晶器,并与石墨换热器相连形成了一套可用于工业含盐废水蒸发和回收盐分的蒸发结晶装置,研究了含盐废水处理中溶质在结晶器内的结晶动力学,同时进行了蒸发结晶工艺参数的优化。 本文研究内容如下: (1)分析了晶体成核和生长的过程,对含盐废水的结晶动力学过程进行了研究,得出了废水中溶质在波面管式结晶器内的结晶动力学方程。研究结果表明,成核速率和生长速率均随过饱和度的增加而增大;晶体的成核速率随晶浆悬浮密度的增加而增大,但晶体的生长速率不受悬浮密度的影响;晶体的成核速率和生长速率也都是随着温度的升高增大。 (2)研究测试了不同工艺参数对蒸发结晶工艺过程的影响,并对各个工艺参数进行优化分析,结果表明: ①温度的影响:不同的蒸汽压力,获得不同温度的过饱和溶液;结晶进料液的温度越高,所得晶体的尺寸越小,但产率增加;结晶过程冷却水的温度越高,得到的晶体会越大,但在高于某一温度后变大的幅度不明显;而晶体的产率不会随冷却水温度降低提高太多。 ②流量的影响:增大流量,间歇过程和连续过程所得的产品粒度均减小,但晶体产率在某一流量下达到最大值。 ③时间的影响:间歇结晶的时间影响产品的属性,结晶时间越久,颗粒的尺寸会越大,但在某一时间值后,晶体的生长速率会减慢。 ④诱导结晶过程:加入晶种的量太多或者太少都会对结晶晶体产生显著的影响;而加入晶种的尺寸可以增大产品的粒径,但只有加入合适尺寸的晶种,才能使获得的晶体大小比较均匀。


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