Массообменные процессы

При отрицательной растворимости (при повышении температуры растворимость  падает) кристаллизацию осуществляют путем нагрева теплой водой или  водяным паром.

Кристаллизацию с удалением части растворителя проводят при его частичном испарении или вымораживании.

При комбинированном способе  кристаллизации ее проводят с испарением части растворителя и одновременным  охлаждением раствора. В некоторых  случаях проводят кристаллизацию под  вакуумом и дробную кристаллизацию. При дробной кристаллизации содержащиеся в растворе вещества извлекают из него последовательно.

Кристаллизации из расплавов подвергают такие вещества, как нафталин, сера, паранитроанилин и подобные, когда в процессе участвует вся масса расплавленного вещества.

Одним из способов кристаллизации также является добавление в раствор водоотнимающих веществ, или высаливание, т.е. добавление в раствор веществ, понижающих растворимость выделяемой соли. При высаливании используют вещества, связывающие воду (например, кристаллизация сульфата натрия при добавлении спирта или аммиака), или соединения, содержащие одинаковый ион с данной солью (например, кристаллизация хлористого натрия при добавлении хлористого магния, кристаллизация медного купороса при добавлении концентрированной серной кислоты).

Кристаллизация начинается с возникновения зародышей, или центров кристаллизации, вокруг которых происходит рост кристаллов. Облегчают образование зародышей чужеродные поверхности (стенки аппарата, труб, взвешенные пылинки, включение газа и др.). Более крупные зародыши дают начало кристаллам. Образование зародышей может происходить самопроизвольной кристаллизацией.

Оба процесса (образование  зародышей и рост кристаллов) протекают  одновременно. Если скорость образования  зародышей больше скорости их роста, то получается большое количество мелких кристаллов. Если же скорость роста  больше скорости образования зародышей, то получается меньшее количество крупных  кристаллов.

Можно изменять факторы и  регулировать размеры кристаллов. Так, быстрое охлаждение, перемешивание раствора, высокая температура, низкая молекулярная масса кристаллов – факторы, способствующие образованию зародышей и получению мелких кристаллов. Получению крупных кристаллов способствуют медленное охлаждение, неподвижность раствора, низкая температура, высокая молекулярная масса.

Для облегчения образования центров кристаллизации в аппарат вводят «затравку» – мелко измельченный порошок кристаллического вещества, являющийся зародышами кристаллов. Кристаллизация при этом происходит в основном за счет роста внесенных в раствор затравочных кристаллов. Для получения крупных кристаллов число затравочных кристаллов должно быть невелико.

Центры кристаллизации могут быть образованы при воздействии на пересыщенные растворы ультразвука. Количество зародышей будет зависеть от частоты, мощности и времени обработки. Особенно благоприятны волны низкой частоты.

Размеры кристаллов имеют значение для последующей их обработки. Крупные кристаллы легче высушиваются, отстаиваются, отфильтровываются, промываются и удерживают меньше влаги при промывке и фильтровании. Мелкие и крупные кристаллы часто содержат маточник вместе с находящимися в нем примесями. Для получения особо чистых веществ их подвергают перекристаллизации с удалением маточного раствора, промывкой и сушкой полученного продукта.

Во избежание слеживания следует получать более крупные  кристаллы либо мелкие кристаллы  одинакового размера. Мелкие кристаллы  разной величины, особенно кристаллическая  пыль, способствуют слеживанию продукта.

 

Движущей силой кристаллизации является разность концентраций веществ. В пищевых производствах преобладают периодические методы кристаллизации.

Процесс кристаллизации можно  представить как два последовательно  протекающих процесса: диффузия молекул  к кристаллу и их осаждение  на поверхности.

В пищевой промышленности используют следующие методы кристаллизации: с частичной отгонкой воды, с охлаждением  или нагреванием исходного раствора, комбинированные.

Простейшими аппаратами для кристаллизации являются ящичные кристаллизаторы. Они представляют собой открытые прямоугольные ящики, в которых подвешиваются ленты или нити. Кристаллизация происходит путем естественного охлаждения раствора и испарения частиц растворителя в воздухе. Основная масса чистых кристаллов осаждается на поверхности лент или нитей и удаляется вручную. Примеси осаждаются на дне ящиков и удаляются вместе с маточником.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Экстрагирование и экстракция

Экстракция в системе «жидкость – жидкость» – процесс извлечения растворенного вещества или веществ из жидкости с помощью специальной другой жидкости, не растворяющейся или почти не растворяющейся в первой, но растворяющей экстрагируемые компоненты.

Жидкость, используемая для  извлечения компонентов, называется экстрагентом. Массообмен между фазами протекает при их непосредственном контакте. Полученная в результате экстракции жидкая смесь поступает в разделитель, в котором разделяется на экстракт – раствор экстрагированных веществ в экстрагенте и рафинат – остаточный раствор, из которого экстрагированы извлекаемые компоненты. Процесс экстракции проводится в аппаратах различной конструкции – экстракторах.

Экстрагирование в пищевом производстве может быть выполнено различными способами: погружением экстрагируемого материала; ступенчатым орошением растворителем; смешанным способом, при котором материал проходит стадию замачивания, затем стадию орошения.

При погружении экстрагируемого  материала процесс происходит в  условиях противотока, когда растворитель и экстрагируемый материал непрерывно передвигаются навстречу друг другу.  
Преимущество экстрагирования погружением заключается в высокой скорости, простоте конструкции экстракционного аппарата. К недостаткам следует отнести значительные габариты экстракторов по высоте, высокое содержание примесей в конечном продукте, низкую концентрацию конечного продукта. Для очистки целевого продукта применяют отстойники, гидроциклоны и фильтры. По способу погружения различают шнековый экстрактор, двухшнековый наклонный экстрактор.

При экстрагировании ступенчатым орошением непрерывно перемещается только растворитель, а экстрагируемый материал остается в покое в одной и той же перемещающейся емкости (ковше, камере и т.п.) или на движущейся ленте.

Экстрагирование способом орошения обеспечивает получение конечного  продукта (например, мисцелл) повышенной концентрации и чистоты благодаря самофильтрации через слой экстрагируемого материала. Если содержание примесей в целевом продукте невелико, то его пропускают через раствор электролита.

Недостатками данного  способа являются повышенная длительность экстракции, невысокий коэффициент  использования геометрического  объема.

По способу орошения выделяют горизонтальный ленточный экстрактор, вертикальный ковшовый экстрактор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

1. Плаксин Ю. М., Малахов Н.Н., Ларин В. А. Процессы и аппараты пищевых производств. 2-е изд. М.: КолосС, 2007. 760с.
2. Кафаров В. В. Основы массопередачи. 3-е изд. М.: Высшая школа, 1У79. 439 с.
3. Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. М.: Химия, 1976. 432 с.
4. Основы жидкостной зкстракции/Под ред. Г. А. Ягодина. М.: Химия, 1981- 400 с.