Введение к работе
Актуальность работы. В современной химической промышленности широкое распространение имеют вакуумные кристаллизаторы с перемешиванием суспензии, отбором классифицированного продукта и принудительной циркуляцией (FC-кристаллизаторы) Они обладают высокой производительностью, обеспечивают низкие степени пересыщения, что позволяет получать сравнительно крупнокристаллический продукт и существенно уменьшить или даже полностью устранить образование инкрустаций Для обеспечения принудительной циркуляции в FC-кристаллизаторах более целесообразно использовать насос вместо мешалки, так как при этом достигается большая мощность при сравнительно небольшом расходе энергии и лучшая герметичность кристаллизатора, т е возможность его работы при более глубоком вакууме
Кинетика процесса кристаллизации характеризуется образованием зародышей и их ростом В FC-кристаллизаторах зародыши образуются в результате столкновений кристаллов с лопастями ротора насоса и другими конструкциями (вторичное контактное зародышеобразование) Механизмы данных явлений являются наименее изученными Лишь в 1999 г после десятилетий полуэмпирических подходов моделирования немецкие ученые Gahn С и Mersmann А представили модель механизма вторичного контактного зародышеобразования для случая столкновения кристаллов с лопастями мешалки, основанную на научных знаниях об измельчении и дроблении Они впервые физически обосновали многие параметры модели и вывели математические зависимости, характеризующие функцию распределения фрагментов по размерам и их количество Применимость модели проверялась на примерах кристаллизации 1) нитрата калия в непрерывных MSMPR {Gahn С, Mersmann А, 1999) и в DTB, DT- кристаллизаторах (Neumann AM, 2001), 2) сульфата аммония и гидроксиметилметана в MSMPR и FC-кристаллизаторах (LiebA, KindM, 2003-2005) Для управления промышленными ^С-кристаллизаторами требуется проведение комплексных исследований, которые включают в себя экспериментальные исследования, позволяющие определить механизмы зародышеобразования и роста кристаллов, и математическое моделирование процесса, позволяющее выявить влияние режимных параметров на характеристики получаемого продукта
Работа была выполнена при финансовой поддержке Германского сообщества по обмену молодыми учеными {Kompetenznetz Verfahrenstechmk PR03 є V 2003, РгоЗ process engineering expertise network)
Цели работы. Цели работы. 1) исследовать механизм вторичного контактного зародышеобразования на примере столкновений кристаллов с цилиндром в измельчителе, 2) исследовать механизм роста кристаллов на примере кристаллизации сульфата аммония, 3) разработать математическую модель процесса измельчения кристаллов, 4) разработать математическую модель процесса кристаллизации в лабораторном FC-кристаллизаторе, 5) разработать математическую модель промышленного процесса кристаллизации сульфата аммония в FC-кристаллизаторе и оптимизировать условия его проведения
Научная новизна. Изучен механизм вторичного контактного зародышеобразования На примере моделирования столкновений кристаллов сульфата аммония с цилиндром в измельчителе и с ротором насоса показана возможность использования механизма для столкновений кристаллов любых веществ с конструкциями любых типов Изучен механизм роста кристаллов сульфата аммония Разработана математическая модель, учитывающая столкновения кристаллов с цилиндром в измельчителе Разработана зонная математическая модель процесса изогидрической кристаллизации в лабораторном FC-кристаллизаторе, в состав которой входит модель измельчения кристаллов Разработана зонная математическая модель процесса промышленной кристаллизации в FC-кристаллизаторе, учитывающая столкновения кристаллов с лопастями ротора насоса Определено влияние условий процесса кристаллизации на характеристики получаемого продукта Выявлено, что изменение характеристик продукта имеет колебательный характер Определено влияние режимных параметров на возникающие в системе колебания
Практическая ценность работы. Создана лабораторная установка непрерывного процесса FC-кристаллизации, позволяющая изучать механизмы вторичного контактного зародышеобразования и роста кристаллов для различных систем веществ
Выбраны оптимальные условия проведения процесса промышленной кристаллизации сульфата аммония в стандартном FC-кристаллизаторе фирмы Messo (Германия) Подобраны характеристики насоса и режим его работы для получения продукта заданного размера при минимальном расходе энергии
Создано программно-алгоритмическое обеспечение, позволяющее рассчитать рассматриваемые процессы при различных условиях их проведения для различных систем веществ, и различных размеров используемой аппаратуры
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 16ой Международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях", г Санкт-Петербург, 2003 г, 17ой, 19ой и 20ой Международных конференциях молодых ученых по химии и химической технологии, г Москва, 2003, 2005, 2006 г, 160м и 170м Международном конгрессе по химической технологии, "CHISA", г Прага, 2004, 2006 г, 4ой Международной научной конференции по кинетике и механизмам кристаллизации, г Иваново, 2006 г
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы из Qif наименования, содержит Р59 рисунков, /У таблиц и ^приложений на %р страницах Общий объем работы составляет Л/страниц печатного текста
