1.3.8. Кристаллизация
Кристаллизация – выделение вещества из жидкой фазы, расплавов или паров в виде твердой фазы (кристаллов).
Поведение системы кристалл-раствор или кристалл-расплав в широком интервале температур, давлений и концентраций отображает диаграмма состояния, или фазовая диаграмма, на которой графически изображается равновесие между различными фазами данной системы (рис. 1.9).
Линия FS на диаграмме является геометрическим местом точек, соответствующих насыщенным растворам, а линия SD – находящимся в равновесии со льдом. Таким образом, линия FS является кривой растворимости NH4Cl в воде, а линия SD соответствует условиям выделения льда в системе соль-вода. Точка S является эвтектической точкой системы, в которой раствор находится в равновесии с двумя твердыми фазами: солью и льдом. В водных системах эвтектическую смесь называют криогидратом, а саму точку – криогидратной точкой.
Процесс кристаллизации состоит из двух последовательных стадий: образования зародышей кристаллов и роста кристаллов. Образование зародышей происходит в пересыщенных растворах, когда пересыщение достигает определенной величины. Разность между концентрацией раствора, при котором начинают образовываться зародыши, и концентрацией насыщенного раствора называют максимальным пересыщением. После возникновения в пересыщенном растворе зародышей кристаллов с размерами, большими критических (нерастворимых в пересыщенном растворе), на их поверхности начинает отлагаться кристаллическое вещество. Рост кристаллов, образование зародышей во многом зависят от температуры и интенсивности перемешивания.
Процесс кристаллизации ведется в специальных кристаллизаторах.
Рис. 1.9. Фазовая диаграмма для двухкомпонентной системы Н2О – NH4Cl
1.4. Процессы разделения неоднородных и гетерогенных систем
1.4.1. Классификация неоднородных и гетерогенных систем
Неоднородными называют системы, образованные двумя или большим числом фаз, которые взаимно нерастворимы друг в друге. Эти системы обладают различной степенью устойчивости и могут быть, как правило, разделены под воздействием механических сил. Одна из фаз, сплошная, называется дисперсионной, а другая, мелкораздробленная и распределенная в первой – дисперсной фазой. В зависимости от вида дисперсионной среды различают неоднородные смеси, жидкие и газовые (табл. 1.2).
Частицы веществ дисперсной фазы могут иметь различные размеры и форму. Раздробленность определяется размером тела по наименьшей оси (а). Она также характеризуется величиной обратной «а», называемой дисперсностью (D). Все дисперсные системы классифицируются по степени дисперсности: грубодисперсные (а › 10-3см), микрогетерогенные (10-3 ≥ а › 10-5см), коллоидные (10-5 ≥ а ›10-7 см), молекулярные коллоиды (растворы высокомолекулярных соединений) с размером частиц менее 10-7 см. Частицы с размером менее 10-8 см образуют растворы.
Дисперсные системы с частицами коллоидных размеров называют золями, системы с газовой дисперсионной средой независимо от природы газа называют аэрозолями, а системы с жидкой дисперсионной средой – лиозолями.
Таблица 1.2