Кристаллизация
Кристаллизация - процесс образования кристаллов из растворов, газов, стекол или расплавов.
Благодаря процессу кристаллизации образуются лед, минералы, зубная эмаль, кости живых организмов. Рост большого количества кристаллов используется в металлургии и других областях промышленности. В современной химической промышленности кристаллизация используется для получения веществ в чистом виде. При образовании кристаллов происходит фазовый переход - переход вещества из одной термодинамической фазы в другую. Образование кристаллов из стекол, растворов, газов и расплавов является фазовым переходом первого рода, а кристаллизация в случае полиморфных превращений может быть фазовым переходом второго рода. Процесс кристаллизации начинается в случае достижения некоторого предельного значения, к которым относятся пересыщение пара, переохлаждение жидкости и т. п.
Степень переохлаждения - уровень охлаждения жидкого металла ниже той температуры, при которой он переходит в твердую модификацию.
Управление процессом кристаллизации
В настоящее время существует несколько подходов к управлению процессом кристаллизации с использованием средств автоматизации, широко использующихся в современной промышленности:
- Термодинамический подход. Данный подход основан на изучении свойств системы во время процесса кристаллизации. Они применяется для определения температурных режимов, а также условий, при которых образуются кристаллы с необходимыми чистотой и свойствами.
- Кинетический подход. Данный подход основан на изучении кинетических параметров процесса кристаллизации. Кинетический подход применяется с целью определения скорости образования кристаллов, а также изменения их размеров, формы и структуры во времени. Такой подход позволяет контролировать скорость процесса кристаллизации и получать готовый продукт с необходимыми свойствами.
- Модификация роста кристаллов. Данный подход состоит из различных методов и техник, которые направлены на изменение условий роста кристаллов. Например, использование добавок или специальных технологических процессов с целью получения кристаллов определенной формы, ориентации или размеров.
- Использование промежуточных продуктов. Такой подход основывается на использовании промежуточных продуктов или интермедиатов с целью контроля процесса кристаллизации.
Одним из самых распространенных методов управления процессом кристаллизации является изменение температурных условий. Снижение температуры приводит к замедлению кинетики роста кристаллов, что в свою очередь способствует получению кристаллов высокого качеств с меньшим количеством дефектов. Замедление процесса кристаллизации может быть использовано для улавливания реакционных промежуточных продуктов или изменения морфологии кристаллов. Увеличение температуры способствует активации кристаллогенезиса, то есть ускорению роста кристаллов, а также увеличению их размеров. При помощи повышения температуры можно также изменить структуру кристаллов, вызвать переход в другую фазу или улучшить кристаллическую ориентацию. Изменение температурных условий может осуществляться следующими способами:
- Нагрева раствора.
- Охлаждение раствора.
- Введение теплоносителей.
- Контроль окружающей среды.
- Использования специальных оборудованных кристаллизаторов.
Во время кристаллизации могут использоваться различные добавки, влияющие на размер, форму, скорость образования кристаллов. Такие добавки вводятся в процесс при помощи специального автоматического оборудования - дозаторов и т. п. Основными составляющими специальных добавок являются:
- Ингибиторы. Данные вещества замедляют рост и образование кристаллов. Они используются при изготовлении некоторых продуктов, чтобы их стабилизировать и улучшить внешний вид.
- Промотеры. Данные вещества способствуют образованию кристаллов. Они применяются, когда существует необходимость получения определенной структуры или формы кристаллов. Промотеры широко используются в синтезе полимеров и в производстве лекарственных средств.
