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) в выпарных 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.