Salting out crystallization of sodium sulfate

Authors


Abstract

The growth and nucleation rates of sodium sulfate crystals salted out from their solution in a 38% w/w sulfuric acid solvent by the addition of an 80:20 w/w methanol:water solution, were determined from measurements of the steady-state crystal size distribution (CSD) generated in a continuous mixed-suspension, mixed-product-removal (MSMPR) salting out crystallizer. The effects of the supersaturation, the crystal suspension density and the temperature on these rates were investigated. The effect of the Cr+++ impurity was also briefly studied.

The growth rate kinetic order g was determined to be essentially unity. The nucleation rate kinetic order b was determined as 2.11. The corresponding kinetic rate constants KG and KB were fitted to an Arrhenius type temperature dependence to give.

KG = 43960 exp(-24600/RT)

and

KB = 0.064 exp(70900/RT)

where R is in kJ/kmol · K. An increase in chromate impurity concentration caused an increase in the growth rate constant KG but had no significant effect on the nucleation kinetics.

The kinetiics of crystallization as determined for this system would indicate that a high temperature, high crystal suspension density and long residence time are conditions which are favorable for the production of large sodium sulfate crystals.

Abstract

Les vitesses de croissance et de nuciéation de cristaux de sulfate de sodium séparés de leur solution dans un solvant d'acide sulfurique de 38% en poids par addition d'une solution méthanol:eau de 80:20 en poids, ont été déterminées à partir de mesures de la distribution de la taille des cristaux en régime permanent obtenues à partir d'un cristalliseur de séparation continu à suspension mixte et à retrait du produit mixte. On a étudié les effets de la sursaturation, de la densité de suspension des cristaux et de la température sur ces vitesses. L'effet de l'impureté de Cr+ + + a également été brièvement étudié.

On a déterminé que l'ordre de la cinétique du taux de croissance g était essentiellement égal à un et celui du taux de nuciéation b égal à 2,11. Les constantes de vitesse cinétiques correspondantes KG et KB ont été calées à l'aide d'un modèle de température de type Arrhenius et l'on a obtenu:

KG = 43960 exp(-24600/RT)

et

KB = 0.064 exp(70900/RT)

R est exprimé en kJ/kmol · K. Une augmentation de la concentration des impuretés de chromate entraîne une augmentation de la constante du taux de croissance KG mais n'a pas d'effet significatif sur la cinétique de nuciéation. La cinétique de cristallisation de ce système indiquerait qu'une température élevée, une forte densité de suspension des critsaux et un long temps de séjour sont des conditions favorables pour la production de gros cristaux de sulfate de sodium.

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