ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основы метода разделения веществ кристаллизацией из "Кристаллизация в химической промышленности" Кристаллизационные методы разделения смесей получили в настоящее время широкое распространение. В зависимости от того, проводится ли кристаллизация расплава или из раствора, они применяются для разделения металлов, различного рода солей, нефтепродуктов и других веществ [1, 2]. В основе разделительной кристаллизации лежат различия в температурах плавления или растворимостях, а также закономерности, связанные с распределением примесей между фазами. Она в свою очередь является основой кристаллизационных методов очистки от примесей. Кристаллизационные методы разделения компонентов базируются также на положениях физико-химического анализа и в частности на различии в составах жидкой и твердой фаз в ходе образования кристаллов расплавов и из растворов. [c.318] Кристаллизационные методы применимы как в бинарных, так и в многокомпонентных системах. Бинарные системы характерны для кристаллизации расплавов. В случае разделительной кристаллизации из растворов растворитель играет роль третьего компонента. С одной стороны, он является средой, но с другой — может выступать как сольватирующий агент. Сольваты же в известной мере можно рассматривать как индивидуальные вещества. [c.318] Как кристаллизация расплава, так и кристаллизация из раствора имеют свои преимущества и недостатки. При выделении твердой фазы из расплава отсутствует растворитель, могущий сам по себе быть источником загрязнения получаемого продукта. Кристаллизация же из растворов как правило производится при более низких температурах, что требует значительно меньших затрат на энергию, да и на само оборудование. К тому же кристаллизацией из растворов можно очищать ряд термостойких и тугоплавких веществ. [c.318] АВ — исходный продукт 5 растворитель Ь — фильтраты X твердая фаза с различным содержанием примеси. [c.319] Если примеси обладают высокой растворимостью, используется простая перекристаллизация, которую проводят растворением очищаемого вещества в горячем чистом растворителе. Разумеется, при этом растворимость примеси в растворителе должна быть больше, чем в очищаемом продукте, а сам продукт должен обладать меньшей растворимостью, чем примесь. Схема простой перекристаллизации приведена на рис. ХУП-1. В соответствии с этой схемой содержание примеси в твердой фазе после очередной кристаллизации становится все меньше и меньше. Число ступеней процесса определяется требуемой степенью очистки и степенью разделения компонентов смеси в пределах одной операции. [c.319] Надо сказать, что метод перекристаллизации применим к тем веществам, которые обладают достаточно высокой растворимостью и большим температурным коэффициентом растворимости. Перекристаллизация труднорастворимых соединений требует очень больших объемов жидкости, а низкий температурный коэффициент растворимости не позволяет пользоваться методом политермической кристаллизации из-за больших потерь очищаемого вещества с маточными растворами. [c.319] Для повышения выхода кристаллов чистого соединения был предложен ряд других схем перекристаллизации. К ним относятся усложненные схемы простой перекристаллизации, в которых исходное вещество АВ периодически добавляется в полученные в ходе очистки фильтраты [2, с. 188], и различные схемы дробной кристаллизации. Суть дробной или фракционной кристаллизации видна из схемы, приведенной на рис. ХУП-2. На этом рисунке приняты те же обозначения, что и на рис. XVI1-1. [c.319] Процесс такого фракционирования продолжается до получения необходимого результата. Если примесь концентрируется в растворе, в итоге получаются чистые кристаллы основного вещества и раствор примеси. [c.320] Так как по идее к 1, то, судя по (XVII.7) и предшествующим зависимостям, можно достичь очень большой степени разделения. [c.321] Теоретический анализ различных вариантов разделения смесей кристаллизацией приведен в ряде работ [3—5]. В его основе в конечном итоге лежат представления о соосаждении и кристаллизации [5, с. 86—93 6—7]. [c.321] Аналогичным образом происходит разделение компонентов при кристаллизации расплавов. Если компоненты образуют друг с другом непрерывный ряд твердых растворов, их можно разделить путем ряда последовательных операций плавления и кристаллизации. [c.322] Путь разделения виден на рис. ХУП-З, на котором приведена диаграмма плавкости. В основе разделения компонентов здесь лежит различие в составах жидкой и твердой фаз при одной и той же температуре. Если, например, взять расплав состава при температуре и охладить его до температуры Т2, начнется кристаллизация. В результате получатся кристаллы, более богатые по содержанию компонента В (хз), и жидкая фаза, более богатая по компоненту А ( 2)- Если затем полученные кристаллы снова расплавить при Т, и полученный расплав ( . ) охладить до температуры Т , получатся еще более богатые по компоненту В кристаллы и т. д. [c.322] Подобным путем можно разделить и многокомпонентные смеси, но для этого требуется значительно больше ступеней кристаллизации. Кристаллизацией расплава, например, можно разделить органические соединения. Однако подобный путь применим далеко не для всех систем. В частности, нельзя разделить путем обычной кристаллизации смеси компонентов, образующих эвтектику. [c.322] Последнее обстоятельство говорит о том, что характер перехода примеси в твердую фазу в известной мере предопределяет и характер распределения компонентов, и эффективность разделительной кристаллизации. При этом следует учитывать возможность включения маточного раствора в кристаллы и образование самостоятельных кристаллов как одного, так и другого компонента. Вероятность и размеры включений маточного раствора зависят от скорости образования осадка и интенсивности перемешивания раствора. Вероятность же образования механической смеси связана со значениями растворимостей разделяемых компонентов. [c.323] Вернуться к основной статье