Кинетика процесса

Образования центров кристаллов

Рост кристаллов

Кристаллизация идет с достаточной скоростью лишь в пересыщенных растворах. В подобных растворах на начальном этапе образуются «зародыши» кристаллов.

Начало и скорость образования кристаллов зависит:

• от степени пересыщения;

• при проды растворенного вещества и растворителя;

• наличие нерастворимой твердой фазы;

• наличие электрического поля.

Причина появления «зародышей» – флуктуация концентраций, в результате которой образуются «дозародыши» кристаллов, представляющие собой скопления молекул или ионов растворенного вещества. При достижении некоторого критического размера «дозародышей» образуются зародыши кристаллов. Начиная с некоторого критического размера r_кр = 0,5-5нм, начинается быстрый рост зародышей и образование большого числа полидисперсных кристаллов. Чем меньше критический размер кристалла, тем больше должна бють степень пересыщения раствора.

Эта закономерность выражается следующим выражением

где с – действительная концентрация

с^* – равновесная концентрация;

σ – поверхностное натяжение, Н/м;

М – молекулярная масса кристаллов;

ρ_т – плотность кристаллов.

Величина – называется степенью пересыщения.

На стадии роста кристаллов происходит образование крупных кристаллов за счет массообмена с жидкой фазой.

Скорость обоих стадий можно повысить:

• увеличивая степень пересыщения;

• увеличивая температуры;

• используя интенсивное перемешивание;

• добавляя нерастворимые твердые частицы.

Рост самого кристалла протекает в две стадии:

1. Диффузионная – подвод растворенного вещества к поверхности зародыша;

Скорость этой стадии определиться по уравнению:

где G – масса кристаллической фазы, кг;

β_с – коэффициент массоотдачи в жидкой фазе;

с – концентрация вещества в объеме раствора, кг/м³;

с_п – концентрация вещества у поверхности кристалла, кг/м³.

2. Роста кристалла

Скорость этой стадии определиться:

β_т – коэффициент массоотдачи в твердой фазе;

с^* – концентрация насыщения.

Если скорость одной из стадий будет велика, следовательно вторая стадия будет лимитировать процесс.

В случае соизмеримых скоростей процессов в сплошной и дисперсной фазах общая скорость процесса определиться по уравнению массопередачи:

где – коэффициент массопередачи при кристаллизации.

Конструкции аппаратов

Аппараты в которых осуществляют процесс кристаллизации называются кристаллизаторы.

По условию образования и роста кристаллов кристаллизаторы классифицируются:

1. Поверхностные, в которых образование кристаллов происходит на охлаждаемой поверхности;

2. Объемные, в которых образование и рост кристаллов происходят во всем объеме аппарата;

3. Смешанного типа, в которых образование и рост кристаллов происходят на охлаждаемой поверхности и в объеме аппарата (прямоточные, емкостные, циркуляционные).

По типу создания условий пересыщения кристаллизаторы можно подразделить на три группы:

1. Изогидрические;

2. Вакуумные;

3. Испарительные.