Naslov
Utjecaj miješanja na kinetiku nukleacije i rasta kristala boraksa u šaržnom kristalizatoru s dvama miješalima
(Influence of mixing on nucleation and crystal growth kinetics of borax in dual impeller batch crystallizer)

Autori
Antonija Kaćunić

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Kemijsko-tehnološki fakultet

Mjesto
Split

Datum
10.11

Godina
2016

Stranica
269

Mentor
Ćosić, Marija

Ključne riječi
Miješanje, sustav s dvama miješalima, šaržna kristalizacija, boraks, tokovi fluida, nukleacija, rast kristala
(Mixing, dual impeller system, batch crystallization, borax, fluid flow pattern, nucleation, crystal growth)

Sažetak
Cilj rada je bio ispitati utjecaj hidrodinamičkih uvjeta u kristalizatoru s dvama turbinskim miješalima na kinetiku kristalizacije dinatrijevog tetraborat dekahidrata (boraksa) tijekom njegove šaržne kristalizacije kontroliranim hlađenjem. Proces je provođen u kristalizatoru volumena 15 dm3, u kojem je omjer visine stupca matične otopine i promjera kristalizatora iznosio 1.3 što je zahtijevalo uvođenje drugog miješala u sustav. Miješanje se provodilo korištenjem triju različitih konfiguracija dvaju miješala: PBT-PBT, SBT-SBT te PBT-SBT. Za svaku primjenjenu konfiguraciju miješala detaljno je ispitan utjecaj brzine vrtnje, promjera miješala, udaljenosti donjeg miješala od dna te međusobne udaljenosti dvaju miješala na mehanizam i brzinu nukleacije, kinetiku rasta kristala boraksa te granulometrijske karakteristike finalnog produkta. U radu je također analiziran i utjecaj brzine hlađenja matične otopine na kinetiku ispitivanog procesa. Da bi se dobio potpuniji uvid u hidrodinamička zbivanja u ispitivanom sustavu, pri svim uvjetima miješanja je određeno vrijeme homogenizacije te je vizualizirana struktura toka kapljevine fotografiranjem tokova kao i simulacijom istih uporabom programskog paketa Visimix 2000 Turbulent. Primjenom Mersmannovog nukleacijskog kriterija je utvrđeno da je pri svim ispitivanim parametrima miješanja nukleacija započela primarnim heterogenim mehanizmom. Za definirani mehanizam su određene brzine nukleacije čime je sagledan utjecaj parametara miješanja i brzine hlađenja na ovu veličinu. Priroda sveukupnog toka suspenzije, definirana strukturom toka kapljevine, intenzitetom konvekcijskog toka te smičnim naprezanjima u zoni oko miješala, također se odražava i na promjenu linearne veličine kristala. Na temelju tih podataka su izračunate brzine te određeni parametri rasta kristala. Korištenjem Mersmannovog modela je pokazano da se pri svim ispitivanim uvjetima provedbe procesa rast odvija integracijskim mehanizmom. Hidrodinamički uvjeti se u konačnici odražavaju i na svojstva finalnog produkta procesa kristalizacije. Granulometrijska analiza prosijavanjem ukazuje na pojavu sekundarne nukleacije i aglomeracije pri određenim uvjetima provedbe procesa. Ukoliko je pak u bilo kojem od ispitivanih sustava bilo osigurano stanje intermedijalne suspenzije, aglomeracija je bila manje izražena. Najpravilniji kristali uz najužu raspodjelu veličina se pak dobivaju primjenom SBT-SBT konfiguracije miješala. Primjena različitih parametara miješanja se odrazila i na utrošak snage miješanja. Najveći utjecaj na ovu veličinu, pri svim ispitivanim konfiguracijama, ima brzina vrtnje miješala, a potom promjer korištenih miješala. S obzirom na navedeno, zaključuje se kako je pri odabiru uvjeta provedbe kristalizacije boraksa kontroliranim hlađenjem u šaržnim kristalizatorima s dvama miješalima neophodno detaljno ispitati utjecaj operacije miješanja na sve stupnjeve kristalizacijskog procesa. Kako parametri miješanja bitno utječu na kinetiku nukleacije i rasta kristala sasvim jasno da oni određuju i karakteristike finalnog produkta kristalizacije. Pravilnim odabirom konfiguracije dvaju miješala i podešavanjem uvjeta miješanja moguće je dobiti produkt željenih karakteristika uz minimalne energetske troškove.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Kemijsko inženjerstvo

POVEZANOST RADA