Кристаллизация представляет собой процесс выделения твердого растворенного вещества из раствора (кристаллизация из раствора) или твердой фазы при затвердевании веществ, находящихся в расплавленном состоянии (кристаллизация из расплава).
Кристаллизация применяется для получения веществ в чистом виде. Процесс кристаллизации может быть осуществлен следующими способами: путем охлаждения растворов, удаления из них части растворителя, высаливания и с помощью химической реакции. В промышленности наиболее часто осуществляют первые два способа.
Процесс кристаллизации из растворов включает в себя следующие стадии:
∙ собственно кристаллизация;
∙ отделение кристаллов от маточного раствора;
∙ промывка и сушка кристаллов.
В основе процесса кристаллизации лежит ограниченная способность вещества растворяться в различных жидкостях, называемых растворителями. Наиболее распространенным растворителем для неорганических веществ является вода. Для растворения органических веществ используют углеводороды, спирты, эфиры и другие органические соединения. Растворы, содержащие максимальное количество растворенного вещества в определенном количестве растворителя при данной температуре, называют насыщенными. Если раствор содержит большее количество растворенного вещества, то он является пересыщенным. Такие растворы неустойчивы, из них выделяется избыток растворенного вещества — происходит процесс кристаллизации. После выделения кристаллов раствор становится вновь насыщенным и называется маточным раствором.
|
|
Скорость процесса кристаллизации зависит от температуры раствора, степени его пересыщения, скорости образования зародышей кристаллов, интенсивности перемешивания и других факторов.
Первая стадия процесса кристаллизации — образование зародышей, или центров кристаллизации. Они самопроизвольно формируются в пересыщенных или переохлажденных растворах. Скорость их образования можно увеличить посредством повышения температуры и интенсивности перемешивания, путем встряхивания или введения примесей. Вторая стадия процесса — рост кристаллов из зародышей.
В промышленности применяют различные способы создания пересыщенных растворов:
∙ кристаллизацию с охлаждением при постоянном содержании растворителя в растворе;
∙ кристаллизацию с удалением части растворителя посредством испарения или вымораживания;
∙ комбинированные способы кристаллизации (вакуум-кристаллизация, кристаллизация с испарением части растворителя в потоке носителя (обычно воздуха) и др.).