Кристаллизация. 
Процессы и аппараты химической технологии

В последнее время в химической технологии для разделения компонентов все большее значение приобретает кристаллизация из-за меньшей энергоемкости по сравнению с ректификацией, так как теплота кристаллизации обычно намного меньше теплоты испарения. Многоступенчатые кристаллизаторы в результате повышения точности проектирования, степени автоматизации и совершенствования оборудования обеспечивают получение чистых компонентов разделяемой смеси.

Это обусловило интенсификацию исследований в области кристаллизации, поскольку без знания условий образования кристаллов (их чистоты, выхода), без надлежащего выбора растворителя невозможно реализовать процесс кристаллизации Кристаллизация может быть применена прежде всего для веществ, обладающих кристаллической структурой в твердом виде. При проектировании кристаллизатора важно знать, что образуется: чистые кристаллы или смешанные кристаллы, а также наличие эвтектики. Разделение становится трудным или вообще невозможным, если происходит неограниченное образование смешанных кристаллов.

Несмотря на наличие точки эвтектики, в принципе возможно разделение смеси компонентов в одноступенчатом кристаллизаторе, однако выход и состав продукта будут ограничены параметрами эвтектической смеси. Различие в скоростях конденсации компонентов позволяет путем подбора соответствующей температуры выделить практически чистый компонент. С этой целью смесь эвтектического состава подают в кристаллизатор плавления, через который проходит с постоянной скоростью газ-носитель. После выхода из кристаллизатора газ-носитель с парами смеси поступает в конденсатор, где происходит конденсация в соответствии с условиями фазового равновесия. Для смеси нафталин-дихлорбензол таким путем удалось получить дихлорбензол с концентрацией 99% на лабораторной установке (в эвтектической точке содержание дихлорбензола составляло 60,8%).

Одной из основных задач, решаемых при расчете кристаллизаторов, является исследование кинетики процесса кристаллизации, которая включает в себя следующие стадии: создания пересыщения, образования зародышей и роста кристаллов. Кинетика также зависит от перекристаллизации осадка, коалесценции и дробления кристаллов в результате столкновения между собой и со стенками аппарата. На кинетику массовой кристаллизации существенно влияют температура, степень пересыщения раствора, перемешивание, наличие примесей, физико-химические свойства раствора, конструкция аппарата и т. д. Важное значение имеет также описание условий фазового равновесия между сосуществующими фазами: твердое всщество-жидкость, твердое вещество-газ (пар). На основании условий фазового равновесия в первом приближении возможен выбор необходимого растворителя для процесса кристаллизации, а также перекристаллизации.

Таким образом, математическое описание процесса кристаллизации в качестве необходимых элементов должно включать описание явлений кинетики кристаллизации, гидродинамики фаз и фазового равновесия.