Основні принципи керування процесом кристалізації

Основні принципи керування процесом кристалізації розглянемо на прикладі кристалізатора з виносним холодильником. Показником ефективності процесу являється розмір одержаних кристалів. Для забезпечення текучості і відсутності злежування кристалічних речовин необхідно отримати кристали однакового розміру, що і являється завданням керування. Розмір кристалів залежить від умов при яких проводиться процес (температура в апараті, інтенсивність охолодження і перемішування розчину), а також від властивостей розчину, що поступає на кристалізацію (ступінь насичення твердою фазою, тобто початкова концентрація, температура, вміст домішок і т.д.).

Температура в апараті буде постійною при дотриманні теплового балансу процесу:

G_pc_pt_p+G_xc_xt^´_x+G_крr_кр=G_м.рc_м.рt_м.р+G_cc_ct_c+G_xc_xt^´´_x /6.3/

де G_p, G_м.р, G_c, G_x – витрати відповідно розчину, маточного розчину, суспензії, холодоносія; G_кр – кількість утворених кристалів за одиницю часу; c_p, c_м.р, c_c, c_x – питомі теплоємності відповідно розчину, маточного розчину, суспензії, холодоносія; t_p, t_м.р, t_c – температури відповідно розчину, маточного розчину, суспензії; t^´_x, t^´´_x – відповідно початкова і кінцева температури холодоносія; r_кр – теплота кристалізації.

Багато з цих параметрів (t_p, t^´_x, c_x, G_кр і ін.) змінюються з часом, тому для забезпечення постійності температури в апараті необхідні відповідні регулюючі впливи. Найбільш зручним із них є зміна витрати холодоносія G_x.

Рис. 6.16 Типова схема автоматизації процесу кристалізації: 1 – холодильник; 2 – кристалізатор; 3 – насос суспензії; 4 – циркуляційний насос

Інтенсивність охолодження розчину при постійній температурі в апараті буде визначатись швидкістю проходження розчину через апарат. Для підтримання її на постійному значенні йдуть шляхом стабілізації витрати розчину.

Інтенсивність перемішування розчину в кристалізаторі при використанні насосу з постійними характеристиками можна вважати постійною.

Початкова концентрація твердої фази в розчині, його температура і наявність домішок являються початковими параметрами процесу, що визначаються попередніми технологічними процесами. Їх зміни будуть призводить до порушення технологічного режиму кристалізації.

В зв’язку з тим, що в кристалізаторі мають місце значні збурення, в якості регульованої величини необхідно взяти розмір кристалів. Однак в наш час відсутні датчики як безпосереднього так і непрямого вимірювання розмірів кристалів, тому обмежуються стабілізацією температури в апараті (шляхом зміни витрат G_x і G_p). Для підтримки матеріального балансу кристалізатора слід стабілізувати рівень в апараті. Регулюючим впливом при цьому може бути зміна витрати суспензії. Маточний розчин виводиться з апаратів за рахунок переливу, тому його витрата не регулюється. Стабілізація всіх цих параметрів забезпечує, як правило, задані розміри кристалів.

З міркувань правильної експлуатації апаратів, отримання даних для підрахунку ТЕП (техніко-економічних параметрів) і оперативного управління слід контролювати витрати поступаю чого розчину, маточного розчину, суспензії і холодоносія, іх температури, рівень і температуру в кристалізаторі. Сигналізації підлягають значні відхилення температури в кристалізаторі. Контролюються і сигналізуються, крім того, параметри насосів і суспензії.