Файл: Вигдорович, В. Н. Совершенствование зонной перекристаллизации.pdf

Пункты 2, 3 и 4 исходных данных позволяют определить коэффи­ циенты очистки а и обогащения Р. По уравнению материального баланса (V.3) определяется соотношение масс выхода очищенного и загрязненного материала за цикл.

По свойствам очищаемого материала выбирается площадь и форма поперечного сечения секции аппарата и слитка. Для увеличения площади сечения загрузки, а следовательно, и материального потока некоторые исследователи рекомендуют выполнять секции аппаратов с центральными полыми элементами, например в виде концентриче­ ски расположенных труб.

Далее проводится предварительный расчет с использованием гра­ фоаналитического материала (рис. 46 и 47).

Для секции очищенного материала в качестве аргумента (пере­ менной расчета) принято отношение массы расплава зоны к массе материала, плавящегося при образовании зоны, т. е. у х по формуле

в зависимости от степени очистки а и коэффициента распределения k по уравнению (V.28) или по кривым рис. 46, б, если k < 1, а если &>■ 1, то по кривым рис. 46, в. По массе плавящегося при образова­ нии зоны материала 1Х, по плотности расплава и твердого материала и по площади поперечного сечения загрузки (секции) определяется масса расплава зоны, масса материала в секции и геометрические размеры секции и зоны.

В секции загрязненного материала сходные по назначению узлы аппарата желательно выполнять одинаковыми, поэтому поперечное сечение секций и нагреватели принимаются одинаковыми, при этом масса расплава зоны секции загрязненного материала будет равна массе материала, плавящегося при образовании зоны секции очищен­ ного материала.

Выход загрязненного материала за один цикл (проход) равен

W = h2~ l 2.

Расчет секции загрязненного материала можно проводить при условия, что кристаллизация последней зоны происходит с равно­ мерным распределением примеси в зоне, или при условии, что в пос-- следней зоне происходит направленная кристаллизация. Желательно проводить расчет для обоих случаев и принимать средний результат.

В качестве аргумента при расчете принята безразмерная перемен­ ная у 2 по формуле (V.29).

Используя выбранное значение у 2, определяется величина v2 (V.29) по уравнению (V.30), или по кривым рис. 47, а.

В зависимости от полученного значения v2 и от величины коэффи­ циента обогащения Р по уравнению (V.31) или по кривым рис. 47, б или а определяется оптимальная масса материала в секции загряз­ ненного материала.

Затем, аналогично расчету секции очищенного материала,, опре­ деляются материальные (по массе) и геометрические параметры сек­ ции загрязненного материала.

126

Получив результаты предварительного графоаналитического рас­ чета аппарата, можно проверить его параметры по аналитическим формулам (V. 10)—(V.18) и (V.20)—(V.25).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ОСУЩЕСТВЛЕННЫЕ АППАРАТЫ КОЛОННОЙ ЗОННОЙ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Первые аппараты колонной зонной перекристаллизации, работающие по полостному и транспортному методам, были предложены Пфанном [22]. Позднее в литературе появились сообщения с указаниями на осуществление аппаратов колонной зонной перекристаллизации,

15 — генератор полостей; 16 — контейнер; 17 — соединение с камерой для

127

ИССЛЕДОВАНИЕ РОЛИ СЕКЦИИ ЗАГРЯЗНЕННОГО МАТЕРИАЛА В АППАРАТАХ КОЛОННОЙ ЗОННОЙ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Роль секции загрязненного материала в аппаратах колонной зонной перекристаллизации исследовали В. Н. Вигдорович и Л. М. Ферштер [114]. Для этой цели была использована получившая распростра­ нение для оценки эффективности разделительных процессов функция Дирака (см. работу [26]):

где С{ — концентрация примеси.

Эта функция характеризует работу разделения, является мерой расходуемой энергии на процесс разделения компонентов и поэтому называется разделительным потенциалом.

Для колонн (а также для каскадов), применяемых при разделении или очистке химических веществ, материальный баланс можно за­

где М 0, М х и М 2— число молей исходного, очищенного и загряз­ ненного материалов соответственно;

С0, Сх и С2 — концентрации примесей в исходном, очищен­ ном и загрязненном материалах соответственно.

Используя представление о разделительном потенциале, можно записать выражение для работы разделения в виде

Л = Д4Д1 — 2СХ) 1п 1~CiCl + М 2(1 — 2С2) 1п - Ц с-2С» -

Стоимость процесса разделения или очистки складывается из стоимости работы разделения и стоимости исходного материала. Если условно примем, что <2д — стоимость единицы работы разде­ ления, a Q0 — стоимость единицы количества исходного материала,

130