Что такое кристаллизация способы

Способы кристаллизации

Известны следующие способы кристаллизации: кристаллизация с удалением части растворителя, кристаллизация с охлаждением или нагреванием раствора, комбинированные способы.

Кристаллизация с удалением части растворителя. Частичное удаление растворителя производят или его испарением, или вымораживанием. Наибольшее распространение получило испарение. Растворитель ( испаряют) ввыпарных аппаратах (см. главу IX), подводя к нему тепло извне, через стенку. После достижения нужной степени пересыщения, как правило, в тех же аппаратах осуществляют и кристаллизацию. Этот способ кристаллизации называют изотермическим.

Общий недостаток процесса кристаллизации при выпаривании — это отложение кристаллов (инкрустация) на теплопередающих поверхностях; одновременно концентрируются примеси, имевшиеся в исходном растворе. Для уменьшения количества твердых отложений повышают скорость циркуляции раствора и вводят в аппарат вещества, препятствующие образованию накипи.

Отделение от маточного раствора и промывку кристаллов производят вне аппарата — на фильтрах или центрифугах. Маточные растворы и промывные воды, если они не содержат

большого количества нежелательных примесей, возвращают для дальнейшего концентрирования

* Изоморфные вещества — это вещества, образующие с другими веществами кристаллы одинаковой формы

Кристаллизация с изменением температуры раствора. Такой способ называют изогидрическим, так как он осуществляется при постоянном содержании в растворе растворителя. Незначительные потери растворителя за счет его испарения в окружающую среду в открытых кристаллизаторах (см. ниже) в этом случае можно не учитывать. В химической промышленности наибольшее распространение имеет кристаллизация солей с положительной растворимостью. Пересыщение растворов таких солей достигается охлаждением раствора. Процесс ведут как в аппаратах периодического, так и непрерывного действия, одиночных или многокорпусных, располагаемых ступенчато (каскадом). В качестве охлаждающей среды применяют главным образом воду. При охлаждении воздухом процесс протекает гораздо медленнее, но кристаллы получаются более крупными и однородными. Реже в качестве охлаждающей среды используют холодильные рассолы. Для кристаллизации солей с отрицательной растворимостью применяют нагревание.

Комбинированные способы. К ним относятся: вакуум-кристаллизация, кристаллизация с испарением части растворителя в токе носителя и дробная кристаллизация.

Вакуум-кристаллизация. При вакуум-кристаллизации испарение растворителя происходит не путем подвода тепла через стенку, а за счет отдачи раствором своего физического тепла, которое расходуется на испарение части растворителя (приблизительно 10 вес. %). Пары откачиваются вакуум-насосом. Температура поступающего горячего насыщенного раствора снижается до температуры кипения раствора, соответствующей давлению в аппарате. Процесс протекает адиабатически. Пересыщение раствора достигается в основном его охлаждением, так как концентрация при этом изменяется незначительно. Растворитель может испаряться не только за счет физического тепла раствора, но и за счет выделяющейся теплоты кристаллизации. Испарение с одновременным охлаждением раствора и кристаллизацией происходит во всем объеме раствора. Это значительно уменьшает отложение кристаллов на стенках аппарата, сокращая непроизводительные затраты времени на его очистку.

Кристаллизация с испарением части растворителя в токе носителя (воздуха). При этом способе часть растворителя испаряется в движущийся непосредственно над раствором воздух. Одновременно раствор охлаждается.

Дробная, или фракционированная, кристаллизация. При наличии в растворе одновременно нескольких подлежащих извлечению веществ его подвергают дробной, или фракционированной, кристаллизации, создавая условия для последовательного осаждения этих веществ путем изменения температуры и концентрации раствора.

Источник

Способы кристаллизации

Для создания перенасыщенных растворов, т.е. проведения процесса кристаллизации, используют следующие ее способы:

1. изменение температуры раствора;
2. удаление части растворителя;
3. комбинирование;
4. кристаллизация из расплавов.

При положительной растворимости (с повышением температуры растворимость растет) для выделения кристаллов раствор необходимо охладить. Охлаждение проводят путем отбора тепла водой через стенку, охлаждающими рассолами либо обдувом воздухом. При обдуве воздухом процесс кристаллизации протекает медленнее, но образуются однородные и более крупные кристаллы.

При отрицательной растворимости (при повышении температуры растворимость падает) кристаллизацию осуществляют путем нагрева теплой водой или водяным паром.

Кристаллизацию с удалением части растворителя проводят при его частичном испарении или вымораживании.

При комбинированном способе кристаллизации ее проводят с испарением части растворителя и одновременным охлаждением раствора. В некоторых случаях проводят кристаллизацию под вакуумом и дробную кристаллизацию. При дробной кристаллизации содержащиеся в растворе вещества извлекают из него последовательно.

Кристаллизации из расплавов подвергают такие вещества, как нафталин, сера, паранитроанилин и подобные, когда в процессе участвует вся масса расплавленного вещества.

Одним из способов кристаллизации также является добавление в раствор водоотнимающих веществ, или высаливание, т.е. добавление в раствор веществ, понижающих растворимость выделяемой соли. При высаливании используют вещества, связывающие воду (например, кристаллизация сульфата натрия при добавлении спирта или аммиака), или соединения, содержащие одинаковый ион с данной солью (например, кристаллизация хлористого натрия при добавлении хлористого магния, кристаллизация медного купороса при добавлении концентрированной серной кислоты).

Источник

Кристаллизация в чем состоит, метод разделения, типы и примеры

кристаллизация это процесс, в котором твердое тело образуется с атомами или молекулами в организованных структурах, которые называются кристаллическими сетями. Кристаллы и кристаллические сети могут образовываться в результате осаждения раствора, путем синтеза и, в некоторых случаях, путем прямого осаждения газа..

Структура и природа этой кристаллической сети будет зависеть от условий, в которых происходит процесс, включая время, прошедшее до достижения этого нового состояния. Кристаллизация как процесс разделения чрезвычайно полезна, поскольку она позволяет гарантировать, что структуры получаются только из желаемого соединения..

Кроме того, этот процесс гарантирует, что прохождение других частиц не будет разрешено, учитывая упорядоченную природу кристалла, что делает этот метод отличной альтернативой для очистки растворов. Много раз в химии и химическом машиностроении необходимо использовать процесс разделения смешения.

Эта потребность возникает либо для повышения чистоты смеси, либо для получения ее конкретного компонента, и по этой причине существует несколько методов, которые можно использовать в зависимости от фаз, в которых обнаружена эта комбинация веществ..

• 1 Что такое кристаллизация??
  • 1.1 Нуклеация
  • 1.2 Рост кристаллов
• 2 Как метод разделения
  • 2.1 Рекристаллизация
  • 2.2 В промышленной сфере
• 3 типа кристаллизации
  • 3.1 Кристаллизация при охлаждении
  • 3.2 Кристаллизация выпариванием
• 4 примера
• 5 ссылок

Из чего состоит кристаллизация??

Кристаллизация требует двух шагов, которые должны произойти, прежде чем может быть образование кристаллической сети: во-первых, должно быть достаточно накопления атомов или молекул на микроскопическом уровне, чтобы началось так называемое зародышеобразование.

Эта стадия кристаллизации может происходить только в переохлажденных жидкостях (т. Е. Охлажденных ниже точки замерзания, не делая их твердыми) или перенасыщенных растворах..

После начала зародышеобразования в системе ядра могут быть сформированы достаточно стабильными и достаточно большими, чтобы начать второй этап кристаллизации: рост кристаллов.

зарождение

На этом первом этапе определяется расположение частиц, которые будут образовывать кристаллы, и наблюдается влияние факторов окружающей среды на образовавшиеся кристаллы; например, время, необходимое для появления первого кристалла, называется временем зарождения.

Существует две стадии нуклеации: первичная и вторичная нуклеация. В первом случае новые ядра образуются, когда в середине нет других кристаллов или когда другие существующие кристаллы не влияют на их образование..

Первичное зародышеобразование может быть гомогенным, при котором нет влияния на часть твердых веществ, присутствующих в среде; или он может быть гетерогенным, когда твердые частицы внешних веществ вызывают увеличение скорости нуклеации, которое обычно не происходит.

При вторичном зародышеобразовании новые кристаллы образуются под воздействием других существующих кристаллов; это может произойти из-за сил резания, которые делают сегменты существующих кристаллов новыми кристаллами, которые также растут с собственной скоростью.

Этот тип зародышеобразования выгоден в системах с высокой энергией или в потоке, где вовлеченная жидкость вызывает столкновения между кристаллами.

Рост кристаллов

Это процесс, в котором кристалл увеличивает свой размер путем агрегации большего количества молекул или ионов в промежуточные положения своей кристаллической сети..

В отличие от жидкостей, кристаллы растут равномерно только тогда, когда молекулы или ионы входят в эти положения, хотя их форма будет зависеть от природы рассматриваемого соединения. Любое неправильное расположение этой структуры называется дефектом кристалла..

Рост кристалла зависит от ряда факторов, среди которых, среди прочего, поверхностное натяжение раствора, давление, температура, относительная скорость кристаллов в растворе и число Рейнольдса..

Самый простой способ обеспечить рост кристаллов до больших размеров и их высокую чистоту — это контролируемое и медленное охлаждение, которое предотвращает образование кристаллов за короткое время и попадание посторонних веществ внутрь. они.

Кроме того, важно отметить, что с маленькими кристаллами намного сложнее манипулировать, хранить и перемещать, и их фильтрация из раствора стоит дороже, чем более крупные. В подавляющем большинстве случаев самые крупные кристаллы будут наиболее желательными по этим и другим причинам..

Как метод разделения

Необходимость в очистке растворов является общей в химии и химической инженерии, поскольку может возникнуть необходимость в получении продукта, который гомогенно смешан с другими или другими растворенными веществами..

Вот почему было разработано оборудование и методы для проведения кристаллизации как процесса промышленного разделения..

Существуют различные уровни кристаллизации, в зависимости от требований, и могут быть выполнены в небольшом или крупном масштабе. Следовательно, его можно разделить на две основные классификации:

перекристаллизация

Это называется перекристаллизацией в технику, которая используется для очистки химикатов в меньших масштабах, обычно в лаборатории.

Это делается с помощью раствора желаемого соединения вместе с его примесями в подходящем растворителе, стремясь тем самым осаждать в виде кристаллов некоторые из двух частиц, которые впоследствии будут удалены..

Существует несколько способов перекристаллизации растворов, среди которых перекристаллизация с растворителем, с несколькими растворителями или с горячей фильтрацией..

-Единый растворитель

Когда используется один растворитель, для получения насыщенного раствора готовят раствор соединения «А», примеси «В» и минимально необходимого количества растворителя (при высокой температуре)..

Затем раствор охлаждают, что приводит к падению растворимости обоих соединений и перекристаллизации соединения «А» или примеси «В». В идеале желательно, чтобы кристаллы были из чистого соединения «А». Может быть необходимо добавить ядро, чтобы начать этот процесс, который может даже быть осколком стекла.

-Различные растворители

При перекристаллизации нескольких растворителей используют два или более растворителей, и проводят тот же процесс, что и с растворителем. Преимущество этого процесса состоит в том, что соединение или примесь будут осаждаться при добавлении второго растворителя, поскольку они не растворимы в нем. В этом методе перекристаллизации нет необходимости нагревать смесь.

-Горячая фильтрация

Наконец, рекристаллизация с горячей фильтрацией используется, когда есть нерастворимое вещество «С», которое удаляется с помощью высокотемпературного фильтра после выполнения той же процедуры перекристаллизации одного растворителя..

В промышленной сфере

В промышленной области мы хотим осуществить процесс, называемый фракционной кристаллизацией, который представляет собой метод, который очищает вещества в соответствии с их различиями в растворимости..

Эти процессы напоминают процессы перекристаллизации, но используют разные технологии для обработки больших количеств продукта.

Применяются два метода, которые будут лучше объяснены в следующем утверждении: кристаллизация охлаждением и кристаллизация испарением.

Будучи крупномасштабным, этот процесс генерирует отходы, но они обычно рециркулируются системой для обеспечения абсолютной чистоты конечного продукта..

Типы кристаллизации

Как указано выше, существует два типа крупномасштабной кристаллизации: охлаждение и испарение. Также были созданы гибридные системы, где оба явления происходят одновременно.

Кристаллизация при охлаждении

В этом методе раствор охлаждают, чтобы уменьшить растворимость желаемого соединения, заставляя его начать осаждаться с желаемой скоростью..

В химическом машиностроении (или процессах) кристаллизаторы используются в форме резервуаров со смесителями, которые циркулируют хладагенты в отсеках, которые окружают смесь, так что оба вещества не вступают в контакт, пока происходит теплопередача хладагента в раствор..

Для удаления кристаллов используются скребки, которые толкают твердые фрагменты в яму.

Кристаллизация выпариванием

Это еще один вариант достижения осаждения кристаллов растворенного вещества с использованием процесса испарения растворителя (при постоянной температуре, в отличие от предыдущего метода), чтобы концентрация растворенного вещества превышала уровень растворимости..

Наиболее распространенными моделями являются так называемые модели с принудительной циркуляцией, которые удерживают раствор кристаллов в однородной суспензии через резервуар, управляя их потоком и скоростью, и обычно генерируют кристаллы большего размера, чем те, которые образуются при кристаллизации. охлаждением.

примеров

Кристаллизация — это процесс, часто используемый в промышленности, и можно привести несколько примеров:

— При добыче соли из морской воды.

— В производстве сахара.

— При образовании сульфата натрия (Na₂SW₄).

— В фармацевтической промышленности.

— При изготовлении шоколада, мороженого, масла и маргарина, в дополнение ко многим другим продуктам.

Источник