7.2. Кинетика процессов кристаллизации.

При концентрации растворов ниже концентрации насыщения кристаллы не образуются. При концентрации выше насыщения начинается процесс кристаллизации, который можно подразделить на две стадии: образование кристаллических зародышей и их рост. Кинетика процесса кристаллизации характеризуется скоростью образования зародышей и скоростью роста кристаллов. Кристаллизацию из растворов соответственно проводят смещая равновесие в системе за счет увеличения концентрации (испарение растворителя) или за счет изменения температуры раствора (охлаждение).

Скорость роста каждого из кристаллов зависит от интенсивности внешнего массообмена и скорости включения молекул растворенного вещества в кристаллическую решетку.

Скорость подвода вещества к поверхности кристалла описываются уравнением массоотдачи:

(7.1)

где М – масса кристаллической фазы (кг), β_с – коэффициент массоотдачи в жидкой (сплошной) фазе, с – концентрация вещества в объеме раствора, - концентрация вещества у поверхности кристалла, F – поверхность кристалла.

Если скорость прироста массы кристаллов велика, то общую скорость процесса кристаллизации можно определить по уравнению (7.1), так как в этом случае основное сопротивление процессу будет сосредоточена в фазе раствора (диффузионная область).

Скорость прироста массы кристалла (скорость встраивания молекул в кристалл) может быть описана следующим выражением:

(7.2)

где - коэффициент массоотдачи в твердой (дисперсной) фазе, - концентрация насыщения. По уравнению (7.2) можно определить общую скорость процесса кристаллизации, если скорость подвода вещества к поверхности кристалла велика, т.е. в этом случае лимитирующей стадией процесса является скорость прироста массы кристалла (кинетическая область).

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

(7.3)

где - коэффициент массопередачи. В диффузионной области, при кристаллизация существенно ускоряется за счет возрастания значений параметров, уменьшающих толщину диффузионного пограничного слоя.

Возрастание температуры также увеличивает скорость образования кристаллов. Соотношение скорости образования зародышей и их роста определяет конечный размер кристаллов. Увеличение температуры кристаллизации, а также быстрое охлаждение раствора уменьшают средний размер образующихся кристаллов. Однако надо иметь ввиду, что быстрый рост кристаллов ухудшает их однородность. Функции распределения кристаллов по размерам для диффузионной и кинетической областей отличаются: в диффузионной области кривая имеет максимум, когда как в кинетической области кривая плавная.