Кристалізація. Матеріальний і тепловий баланси.

11.1 Рівновага

11.2 Матеріальний і тепловий баланси

11.3 Кинетика кристалізації.

Кристалізацією називають виділення твердої фази у вигляді кристалів з розчинів або розплавів. У хімічній технології, процес кристалізації використовують для отримання речовин в чистому твіді. Кристалізацію проводять зазвичай з водних розчинів, знижуючи розчинність речовини, що кристалізується, за рахунок зміни температури або видалення частини розчинника. Кристалізацію ведуть також з розплавів шляхом їх охолоджування.

В умовах виробництва процес кристалізації складається з окремих операцій: власне кристалізації, відділення кристалів від розчину (званого в цьому випадку матковим), промивки кристалів і їх подальшої сушки. Як попередня операція, попередній кристалізації і що забезпечує необхідну концентрацію розчину, як правило, проводять випаровування.

Розчинність більшості речовин при підвищенні температури збільшується, і, отже, для виділення кристалів з розчину (насиченого) необхідне охолоджування речовини. У тих випадках, коли розчинність мало залежить від температури, для проведення процесу кристалізації слід видалити частину наявного розчинника.

Швидкість кристалізації залежить від ряду чинників: ступені пересичення розчину, інтенсивності перемешивавия, наявності домішок і інших причин. Кристалізація починається з виникнення зародків, або центрів кристалізації, навколо яких відбувається зростання кристалів. Швидкість освіти зародків залежить від температури, механічних дій (перемішування, струшування), ступеня шорсткості, перемішуючих пристроїв в ін.

Швидкість кристалізації не є постійною величиною: спочатку вона збільшується, а потім падає. З підвищенням температури швидкість росту кристалів збільшується оскільки при цьому прискорюється дифузія, полегшується підхід з розчину нових молекул речовини, з яких складається структура кристала. На властивості отримуваних кристалів впливають умови, при яких відбувається процес кристалізації (швидкість охолоджування, перемішування і ін.).

Форма кристаліввизначається природою коисталлизирующегося речовини і деякої міри залежить від наявності домішок в розчині.

Розмір кристалівзалежить від швидкості росту кристалів. Крупніші кристали виходять при повільному зростанні і невеликому пересиченні розчину. Крупні кристали отримують, вводячи заздалегідь в розчин кристали приманок і видаляючи із зони кристалізації дрібні фракції.

Чистота отримуваного продукту (кристалів) залежить; від ряду чинників, зокрема від розмірів кристалів. Дрібні кристали мають велику зовнішню поверхню, на якій затримується матковий розчин, і, отже, продукт в цьому випадку містить більше домішок, чим при утворенні крупних кристалів. Проте і крупні кристали можуть містити включення розчину в тріщинах, порожнинах або адсорбувати його гранями. При отриманні особливо чистих речовин їх піддають перекристалізації з видаленням маткового розчину, промивкою і сушкою отриманого продукту.

Фракційний складкристалів регулюють звуженням меж температури і концентрації розчину, що забезпечує зменшення змісту дрібних фракцій.