A simplified approach to the operation of a batch crystallizer

Authors

  • S. Rohani,

    1. Technisch-Chemisches Laboratorium, ETH Zentrum, 8092 Zurich, Switzerland
    Current affiliation:
    1. On sabbatical leave from the Department of Chemical Engineering, University of Saskatchewan, Saskatoon, Canada
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  • J. R. Bourne

    1. Technisch-Chemisches Laboratorium, ETH Zentrum, 8092 Zurich, Switzerland
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Abstract

A general model for a seeded cooling batch crystallizer based on first principles is developed, incorporating either size-dependent or size-independent growth rates. A simple approach is proposed to obtain temperature-time trajectories at constant supersaturation or nucleation rate, without resorting to optimization techniques. Cooling curves at constant supersaturation, which lead to a substantial improvement (a smaller coefficient of variation and a larger mean size) of the terminal crystal size distribution, can be determined even in the absence of precise nucleation and growth kinetics, whereas properties related to the crystal size distribution are sensitive to such kinetics. Experimental results for the potassium sulfate-water system, potash alum-water system, and hexamethylenetetramine in ethanol, methanol, and 2-propanol/water are predicted reasonably well by the model. Extension to any type of batch crystallization with super-saturation induced by means other than cooling, such as reactive precipitation and salting out, is briefly discussed.

Abstract

On a mis au point un modèle général pour un cristalliseur discontinu inoculé à refroidissement basé sur les premiers principes, qui utilise des vitesses de croissance dépendant ou non de la taille. On propose une méthode simple pour obtenir des trajectoires temps-température à sursaturation ou à vitesse de nucléation constantes, sans faire appel à des techniques d'optimisation. Des courbes de refroidissement à sursaturation constante, qui entra îne une amélioration substantielle (coefficient de variation plus petit et taille moyenne plus grande) de la distribution terminale de taille des cristaux, peuvent être déterminées même en l'absence de nucléation précise et de cinétique de croissance, alors que les propriétés liées à la distribution de taille des cristaux sont sensibles à ces cinétiques. Les résultats expérimentaux pour le système sulfate de potassium-eau, alun de potasse-eau et hexaméthylènetétramine dans l'éthanol, le méthanol et le 2-propanol-eau sont prédits raisonnablement bien par le modèle. On analyse brièvement la possibilité d'étendre le modèle à n'importe quelle méthode de cristallisation discontinue oú la sursaturation est provoquée autrement que par refroidissement, comme la précipitation réactive et le désalaee.

Ancillary