Oficiální časopis Akademie věd ČR

 


Z monitoringu tisku

 

Akademický bulletin 2010–2015

Plakat_obalky_web.jpg



Stopy AB v jiných titulech

Stopa AB v dalších médiích a knižních titulech

Abicko  > archiv  > 2003  > březen  > obsah

40 let základního výzkumu průmyslové krystalizace v Čechách

Koncem 50. let řešil Chemoprojekt Praha výrobu kaprolaktamu pro Spolanu Neratovice. Částí projektu byla krystalizace síranu amonného. Vypracování podkladů pro návrh zařízení a technologie tohoto uzlu Chemoprojekt zadal Výzkumnému ústavu anorganické chemie v Ústí n. L. (VÚAnCh). V té době jsem po skončení aspirantury nastoupil do ústavu v Ústí a jako jeden z prvních úkolů jsem dostal dovedení tohoto projektu (s názvem Výroba síranu amonného ve formě rýžového zrna) do zdárného konce. Brzy bylo zřejmé, že pro systematičtější přístup je nutno se seznámit s teoretickými základy krystalizace. V Československu se jí tehdy zabývala pouze VŠCHT v Pardubicích (prof. Mýl, dr. Šolc), a to se zaměřením převážně na pěstování monokrystalů (v návaznosti na aplikovaný výzkum v Turnově). Ve světě se jí věnovalo několik málo pracovníků v Anglii (prof. Mullin, prof. Strickland-Constable), v USA (prof. McCabe, prof. Larson), v Rusku (dr. Matusevič, prof. Todes) a v Německu (dr. Matz, dr. Honigmann, prof. Stranski). V literatuře se o měření rychlosti růstu krystalů dala najít řada prací, horší to bylo s kinetikou tvorby krystalových zárodků. Při zpracování pokusů s měřením šířky metastabilní oblasti se nám podařilo najít souvislost s kinetikou nukleace a vypracovat zárodek metody pro její kvantitativní vyhodnocení. Ta se v pozdějších letech upřesnila a používá se k měření vlivu parametrů na nukleaci nejen u nás, ale i v zahraničí.

Aby se shromážděné poznatky zpřístupnily i většímu okruhu zájemců, uspořádal VÚAnCh v roce 1960 seminář o průmyslové krystalizaci, který položil základ k pořádání Sympozií o průmyslové krystalizaci, od 3. sympozia s mezinárodní účastí a od 4. sympozia jako mezinárodní akce s účastí několika set zájemců. Účastníci přijížděli nejen z Evropy, ale i z USA, z Japonska a mnoha dalších zemí. Prvních šest sympozií se konalo v Československu, pozdější se uskutečnila pod záštitou Evropské federace chemického inženýrství v řadě evropských států. V roce 1963 byl dokončen rukopis první československé monografie o průmyslové krystalizaci (vyšla v roce 1967 v Bratislavě a byla přeložena do angličtiny a ruštiny).

Laboratoř krystalizace ve VÚAnCh pak dostávala další úkoly související s krystalizační tematikou, např. krystalizace tetrahydrátu dusičnanu vápenatého při výrobě hnojiva NPK vymražovací technologií, krystalizace síranu železnatého z mořicích louhů aj. Každý takový úkol přinášel podněty pro zaměření základního výzkumu krystalizace, který se tak stal jakýmsi vedlejším produktem aplikovaného výzkumu a jenž postupně přerostl v úkol dominující. Základní výzkum krystalizace začal být koordinován Ústavem teoretických základů chemické techniky ČSAV. Studium krystalizace tetrahydrátu dusičnanu vápenatého vyvolalo potřebu bližšího výzkumu podmínek pro tvorbu inkrustací, přeměny krystalohydrátů při srážení síranu vápenatého, vlivu provozních parametrů na velikost krystalů produktu a nakonec i řešení problematiky spékavosti krystalů. Další úkol vyvolal potřebu zabývat se distribucí velikosti krystalů v sériích krystalizátorů a optimalizací režimu série krystalizátorů. Pro vyhodnocování distribuce velikosti krystalů byla navržena grafická metoda, tzv. z-L diagramy, která se později osvědčila i pro zpětné stanovení kinetiky krystalizace za daných experimentálních podmínek a užívá se i na několika pracovištích u nás i v zahraničí.

Již v počátku systematického studia průmyslové krystalizace jsme pociťovali závažnost chybějící vazby mezi kinetikou krystalizace a výslednou návazností mezi výkonem krystalizátoru a velikostí krystalů produktu. Postupně byly vypracovány původní vztahy pro diskontinuální a kontinuální míchaný krystalizátor, klasifikační krystalizátor (1969 - tato práce byla vyhodnocena jako nejlepší v prestižním časopise v roce 1970).

V tomto roce jsem byl pozván i k řadě přednášek na univerzitách v Holandsku, Švýcarsku, Německu, Francii a Royal Inst. of Engineers v Holandsku. Teprve později byla závislosti velikosti krystalů produktu na výkonu krystalizátoru věnována pozornost ve světě (Randolph a Larson 1971), sice na základě obecnějšího matematického aparátu, ale s obdobnými výsledky. K popularizaci výsledků českého výzkumu přispěl i můj studijní pobyt na University College v Londýně u prof. Mullina, zejména ve dvou směrech: 1. optimalizace chlazení diskontinuálního krystalizátoru; 2. periodické chování kontinuálních krystalizátorů.

V té době mělo naše pracoviště krystalizace v Ústí n. L. přes 15 spolupracovníků. Zájem o průmyslovou krystalizaci narůstal i ve světě, ale jednotlivá pracoviště dosud neudržovala vzájemné kontakty. V roce 1967 mne vyzval prof. Bažant z ÚTZCHT, československý reprezentant ve Vědecké radě Evropské federace chemického inženýrství (EFChI), abych se pokusil v rámci EFChI o založení Pracovní skupiny krystalizace (PSK). Vědecká rada EFChI na své schůzi v dubnu 1968 v Oslu rozhodla, že sekretariát nové pracovní skupiny bude v Československu. Byl jsem pověřen, abych zorganizoval schůzi přípravného výboru PSK. Konala se v březnu 1969 v Londýně a připravila tzv. memorandum, které tvořilo podklad pro konečné rozhodnutí EFChI. Memorandum deklarovalo zaměření PSK na oblast krystalizace z roztoků, suspenzí, tavenin a plynů. Toto zaměření bylo dále specifikováno:

  1. teoretické základy krystalizace významné pro průmyslovou krystalizaci
  2. aplikace teoretických poznatků z oboru průmyslové krystalizace společně s dalšími poznatky chemického inženýrství se zaměřením na navrhování procesu včetně experimentálního ověření
  3. studium procesu krystalizace v provozním měřítku s ohledem na řadu dalších faktorů jako tvorba inkrustací, aglomerace, otěr krystalů, vliv nečistot a tvorba inklusí, což jsou vlivy těžko předvídatelné, jež se uplatňují především v průmyslovém měřítku.

Ke konečnému schválení PSK došlo na valném shromáždění EFChI v září 1969. Záštitou nad činností sekretariátu PSK byla pověřena chemicko-inženýrská sekce v Československé chemické společnosti a sekretariát byl oficiálně ustaven ve VÚAnCh v Ústí n. L. (do roku 1978) a po roce 1978 v Ústavu anorganické chemie ČSAV v Praze. Byl jsem zvolen za předsedu PSK a v této funkci jsem setrval 25 let. Členských zemí bylo nejprve 15 a dnes jejich počet přesahuje 25.

K význačným aktivitám PSK patří bezesporu příprava a vydávání různých doporučení. Jedním z prvních byl návrh jednotných symbolů v průmyslové krystalizaci, které se dodnes užívají na sympoziích a používá je ve svých publikacích mnoho autorů. Aktivní spolupráce s německou skupinou krystalizace vedla k publikování krystalizační terminologie, které se stalo normou VDI. Vyčleněná komise PSK ukončila svou práci publikováním doporučených metod pro měření krystalizačních rychlostí. V současné době se obdobná činnost PSK soustřeďuje na metody stanovení nukleační rychlosti; monografie vyšla v roce 2002. Hlavní činnost PSK spočívá v organizaci Mezinárodních sympozií o průmyslové krystalizaci. Tato sympozia a knižně publikované texty jejich přednášek se staly jedním z nejvýznamnějších zdrojů informací z oboru průmyslové krystalizace a jednotlivé příspěvky jsou citovány v Chemical Abstracts a dalších referativních časopisech. Sympozií bylo již 15 a v současné době se jich zúčastňuje na 300 odborníků z celého světa. V mezidobích se po řadu let pořádaly národní konference o krystalizaci za účasti 30-70 odborníků z průmyslu, škol a výzkumných ústavů.

Jak jsem již uvedl, látková a tepelná bilance a dále kinetika krystalizace tvoří základ pro matematické modelování krystalizátorů. Ve VÚAnCh jsme proto věnovali zvýšenou pozornost metodice měření, přesnosti a spolehlivosti naměřených dat a jejich aplikaci na výpočty krystalizátorů. Monografie vydaná ve Weinheimu shrnovala základní poznatky a dočkala se dvojího vydání. Laboratorní aparatury vyvinuté na našem pracovišti jsou popsány i ve zmíněné monografii PSK. Pro různé typy krystalizace (chlazení, odpařování, adia-batické chlazení, vysolování, chemická reakce) byla sestavena obecná forma spojené látkové a tepelné bilance. Základem látkové bilance jsou pochopitelně fázové rovnováhy ve dvou- a vícesložkových systémech. Pro odhad fázových rovnováh ve vícesložkových systémech, jejichž data nebývají k dispozici, byla vypracována řada korelačních metod; jejich přehled byl shrnut v monografii. Protože data literatury o rozpustnostech jednotlivých látek vykazují často značný rozptyl, provedli jsme jejich kritické hodnocení. Údaje, které jsme na základě rozboru považovali za nejspolehlivější, jsme zpracovali do podrobných tabulek rozpustnosti. Souběžná výchova vědeckých pracovníků na téma krystalizace obohatila studovanou tematiku např. o metodiku měření tvorby inkrustací na chladicích plochách krystalizátorů.

Začátkem 70. let odešel z VÚAnCh doc. Skřivánek a v Ústavu anorganické chemie ČSAV založil skupinu krystalizace. Nosným výzkumným tématem bylo pokračování ve zkoumání vlivu periodických změn teploty na krystalizaci; dále se část skupiny zabývala kalorimetrií roztoků. Koncem roku 1979 jsem přešel z Ústí n. L. do ÚACH ČSAV právě do této skupiny krystalizace. Pracoviště ČSAV studovalo různé aspekty krystalizace, počínaje fázovými rovnováhami, přes kinetiku krystalizace, ekonomickou optimalizaci krystalizace, distribuci velikosti neizomorfních krystalů, metastabilní oblasti a fázové přechody až po tepelné zabarvení krystalizace a vliv příměsí na krystalizaci. V oblasti fázových rovnováh byla ve spolupráci s PřF UK nalezena závislost interakčních konstant korelační metody na vnitřním uspořádání roztoků; byly vypracovány metody pro stanovení kinetiky krystalizace z jednoduchého diskontinuálního pokusu; byl proveden teoretický rozbor Ostwaldova pravidla fází a analyzována krystalizace různých hydrátů; kalorimetricky byla stanovena krystalizační tepla řady látek a byly shrnuty a kriticky zhodnoceny dostupné kalorimetrické údaje literatury. Zároveň se sumarizovaly dosažené poznatky z oblasti kinetiky krystalizace, metodiky výpočtu krystalizátorů, nukleace a vlivu příměsí na krystalizaci. Rozsáhlá databáze pramenů o krystalizaci obsahuje v počítačovém provedení na 28 000 citací a umožňuje rychlé retrospektivní rešerše podle autorů i obsahu prací. V rámci 40letého pěstování základního výzkumu krystalizace v Čechách bylo publikováno na 350 prací v odborných časopisech a přes 30 monografií. Závěrem je nutno se zmínit i o souhrnných pracích zahrnujících celý obor průmyslové krystalizace a s tím spojenými kurzy krystalizace doma i v zahraničí.

V uplynulých desetiletích vzrůstal ve světě zájem o průmyslovou krystalizaci - vznikla řada nových pracovišť zabývajících se touto problematikou: namátkou jmenujme Holandsko, Německo, Francii, Polsko, Izrael, Španělsko, Itálii, Čínu. Naproti tomu se zdá, že kapacita výzkumu krystalizace Čechách limituje k nule: výzkum průmyslové krystalizace ve VÚAnCh v Ústí n. L. prakticky zanikl, v ÚACH AV ČR se dnes touto tematikou zabývají pouze dva pracovníci a na VŠCHT v Praze tematiku pěstuje v omezeném rozsahu Ústav technologie sacharidů. Konec století je charakterizován intenzivnějším studiem krystalizace v zahraničí a útlumem v Čechách. Zřetelně jej dokumentuje přesun sekretariátu PSK do Německa a drastický úbytek pracovníků na našich pracovištích systematicky se zabývajících touto problematikou, ve které zbývá ještě nespočet nedořešených problémů.

Jaroslav Nývlt