CS215450B1 - Způsob úpravy distribuce velikostí krystalů - Google Patents

Abstract

Vynález spadá do oboru krystalizačních procesů a řeší problém separovatelnosti krystalických produktů ze suspenze. Řešení spočívá v úpravě distribuce velikostí krystalů produktu, která se provede rozpuštěním jemnožrnných podílů po skončení krystalizačního procesu a vyloučením hmoty takto přešlé do roztoku na hrubozrnných podílech. Tato úprava se může provést buď provedením teplotního cyklu, při němž se suspenze krystalů ohřeje o teplotní diferenci odpovídající rekrystalizačnímu kvocientu v rozmezí 0,70 až 1,25 a poté se ochladí rovnovážným způsobem na původní teplotu, nebo přidáním rozpouštědla v množství potřebném pro rozpuštění jemnožrnných frakcí a následujícím odpařením rozpouštědla rovnovážným způsobem až do složení výchozího systému.

Description

Vynález se týká způsobu úpravy distribuce velikostí krystalů produktu v suspenzi.

Oddělování krystalických produktů z jejich suspenze, ať už prováděné filtrací nebo odstřeďováním, závisí značně na charakteristikách vyloučené tuhé fáze. Je obecně známo (J. W. Mullin: Crystallization, Butterworths, London 1972), že separace krystalů je snadnější u produktů s velkou střední velikostí částic a úzkou distribucí velikostí. Praktické zkušenosti ukazují, že o snadnosti separace rozhoduje především distribuce velikosti částic: je-li distribuce široká, krystaly příslušející k jemnozrnným frakcím mohou separaci značně zpomalovat.

Vzhledem k tomu, že při krystalizací z roztoků probíhá vždy současně nukleace, tj. tvorba nových I krystalových zárodků, a růst krystalů, představuje i produkt krystalizace téměř vždy směs částic všech velikostí od nejmenších do největších. Úzkou , distribuci velikostí poskytují pouze klasifikační' krystalizátory anebo diskontinuální krystalizátory v případě, že výchozí roztok byl naočkován dostatečným množstvím násady a chlazen nebo odpařován podle odpovídajícího programu (J. Nývlt: Industrial Crystallisation from Solutions, Butter- i worths, London 1971). Obě uvedené výjimky jsou však ekonomicky náročné a proto se v převážné většině případů používají krystalizátory s promíchávanou suspenzí a s odběrem produktu s širokou distribucí velikostí částic, nejčastěji v diskontinuální operaci.

Výše uvedený problém řeší předložený způsob úpravy distribuce velikostí krystalů produktu v suspenzi, jehož podstata spočívá v tom, že se jemnozrnné krystaly po skončení krystalizačního procesu rozpustí a hmota takto přešlá do roztoku se vyloučí na hrubozrnných podílech. Při způsobu podle vynálezu se postupuje tak, že se suspenze krystalů ohřeje o teplotní diferenci odpovídající rekrystalizačnímu kvocientu v rozmezí 0,70 až 1,25, a potom se systém rovnovážným způsobem ochladí na konečnou teplotu. Podle vynálezu lze alternativně postupovat i tak, že se k suspenzi přidá rozpouštědlo v množství potřebném pro rozpuštění jemnozmných frakcí, které se potom rovnovážným způsobem odpaří až do složení výchozího systému.

Způsob podle tohoto vynálezu zužuje distribuci velikosti krystalů zejména v oblasti drobných částic > a tak zlepšuje separovatelnost produktu ze suspen-) ze. Princip postupu spočívá v rozpuštění drobných částic po skončení vlastního krystalizačního procesu a v přednostním vyloučení takto rozpuštěné hmoty na přítomných větších krystalech. K rozpuštění drobných částic se na konci krystalizačního procesu provede jeden teplotní cyklus, spočívající v jednorázovém ohřevu a pozvolném ochlazení suspenze na konečnou teplotu. Amplituda teplotního cyklu se volí tak, aby odpovídala rekrystalizačnímu kvocientu v rozmezí 0,70 až 1,25. Rekrystalizační kvocient zde představuje poměr m₁/m₂, kde m_x je hmotnost látky, která se rozpustí změnou teploty o ΔΤ, a která je dána součinem teplotní diference ΔΤ a teplotního koeficientu dané látky, a m₂ je hmotnost krystalů, které je zapotřebí rozpustit pro úplné vymizení nežádoucích jemnozrnných podílů. V půlperiodě ohřevu se rozpustí převážná část krystalů nejmenších rozměrů a tím i vymizí ze systému. V půlperiodě chlazení se pak hmota rozpuštěných částic vyloučí na větších krystalech, které se v půlperiodě ohřevu rozpustily pouze částečně. To znamená, že ze systému částic o výchozí distribuci velikostí prakticky vymizí krystaly drobné a naopak dojde k dalšímu zvětšení hrubozrnnějších frakcí, což má za následek snadnější separovatelnost krystalů a rovněž zvýšení jejich čistoty.

Rozpuštění jemnozmných podílů lze dosáhnout nejen popsaným teplotním cyklem, ale i přísadou rozpouštědla nebo přehřátím matečného roztoku. V případě přídavku rozpouštědla se však sníží výtěžek krystalizace a nedojde ke zvětšení krystalů v hrubozrnnějších frakcích, pokud by ovšem přidané rozpouštědlo nebylo opět kontrolované odpařeno.

Výhody způsobu podle vynálezu jsou dále ilustrovány několika příklady jeho provedení.

Příklad 1

Do roztoku síranu draselného nasyceného při 20 °C byla vnesena stejná množství (7,50 g) krystalů o dvou rozdílných velikostech (frakce 0,2 až 0,3 mm a frakce 0,5 až 0,6 mm). Suspenze byla ohřátá rychlostí zhruba 30 K/h na teplotu 28 °C. Tato teplota byla udržována 10 min a poté byl systém rovnovážným způsobem ochlazen na původní teplotu, při které byl udržován dalších 10 min. Po skončení pokusu byl produkt filtrován a vysušen a na sítě o velikosti ok 0,4 mm byly zjištěny hmotnosti obou frakcí. Nadsítný podíl činil

14,2 g, což odpovídá úbytku jemnozmné frakce z původních 50 na 5,3 %. Použité teplotní diferenci a dosažené změně v zastoupení obou frakcí odpovíj dá hodnota rekrystalizačního kvocientu 1,08. í Příklad 2

I Po krystalizací síranu hlinito-draselného byla I získána suspenze o teplotě 20 °C, obsahující zhruba 15 kg krystalů o distribuci velikostí, která je uvedena v tabulce 1. Za stálého míchání suspenze byla teplota suspenze během 17 min zvýšena na 25 °C a při této teplotě ponechána dalších 10 min. Potom bylo započato s chlazením tak, aby teplota suspenze opět klesla na 20 °C (za 45 min). Výsledná distribuce velikostí krystalů stanovená sítováním separovaných a vysušených krystalů je uvedena v tabulce 1. Ze srovnání výchozí a konečné distribuce velikostí krystalů vyplývá, že došlo k podstatnému zvětšení krystalů ve frakcích nad /0,20 mm a k praktickému vymizení krystalů o veliI kostech pod 0,20 mm. Hodnota rekrystalizačního kvocientu odpovídající použité teplotní diferenci a dosažené změně v distribuci velikostí krystalů ¹ sírariu hlinito-dřaselného je 0,70.

Tabulka 1

Velikost krystalů (mm)	Zastoupení frakce
v pův. vzorku • (%)	po rekrystalizaci (%)
0,75	2,55	2,51
0,50	6,33	13,90
0,40	10,22	21,58
0,30	17,55	24,59
0,20	23,76	26,72
0,08	34,58	10,03
0,08	5,02	0,69

že amplituda teplotního cyklu byla 8 °Č. Výsledná distribuce velikosti krystalů po rekrystalizaci je rovněž uvedena v tabulce 2. Hodnota rekrystalizačního kvocientu pro tento případ je 1,02.

Příklad 3

Obdobným způsobem jako v příkladu 2 byl proveden teplotní cyklus pro suspenzi krystalů síranu hlinito-draselného o distribuci velikosti částic, která je uvedena v tabulce 2, s tím rozdílem,

Claims (3)

1. í PŘEDMĚT

   I .

   1. Způsob úpravy distribuce velikostí krystalů produktu v suspenzi, vyznačený tím, že se jemnozrnné podíly po skončení krystalizačního procesu rozpustí a hmota takto přešlá do roztoku se vyloučí na hrubozrnných podílech.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se suspenze krystalů ohřeje o teplotní diferenci odpovídající rekrystalizačnímu kvocientu v rozmezí

   Tabulka 2

   Velikost krystalů (mm) Zastoupení frakce v pův. vzorku (%) po rekrystalizaci (%) 0,60 5,26 7,71 0,50 \ 7,89 13,44 0,40 λ 15,79 22,40 0,30 \\ 21,71 23,23 0,20 Ů 0,08 24,68 23,71 19,73 9,24 0,08 \\ 4,93 0,26

   VYNÁLEZU

   0,70 až 1,25 a poté se systém rovnovážným způsobem ochladí na konečnou teplotu.
3. 3. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se k suspenzi přidá rozpouštědlo v množství potřebném pro rozpuštění jemnozrnných frakcí, které se potom rovnovážným způsobem odpaří až do složení výchozího systému.