Qúa trình kết tinh Khái niệm Tinh thể cấu trúc tinh thể muối ăn Là trình tách chất rắn hòa tan dung dịch dạng tinh thể Tinh thể vật rắn đồng có hình dạng khác nhau, giới hạn mặt phẳng, tinh thể cấu tạo từ vi hạt ( nguyên tử, phân tử, ion) liên kết chặt chẽ với xếp theo trật tự tuần hồn khơng gian vi hạt ln dao động nhiệt quanh vị trí cân Tính tuần hồn khơng gian tinh thể biểu diễn mạng tinh thể điều kiện cần thiết để có trình kết tinh phải tạo cho dung dịch bõa hòa, tức làm cân pha hệ Do công nghiệp người ta sử dụng nhiều phương pháp: kết tinh tách phần dung môi, kết tinh với thay đổi nhiệt độ, kết tinh chân khơng Q trình kết tinh bao gồm giai đoạn sau: 1/ Giai đoạn kết tinh cách hạ nhiệt độ hay làm bay phần dung môi 2/ Tách tinh thể khỏi dung dịch lại (gọi dung dịch căn, hay nước cái) cách lắng, lọc, li tâm 3/ Kết tinh lại (trong trường hợp cần thiết) 4/ Rửa sấy khô tinh thể Ứng dụng: cơng nghệ hóa chất thực phẩm trình kết tinh ứng dụng rộng rãi để nhận chất dạng sạch, sản xuất muối khống, sản xuất amơnisunphat, sản xuất đường mía, đường củ cải, Các q trình kết tinh: Q trình tạo mầm: Mầm tinh thể gọi tâm kết tinh hình thành dung dịch trạng thái bão hòa dung dịch làm lạnh hay cho bốc phần dung môi (trong nồi nấu đường chẳng hạn) Theo quan điểm đại, mầm tạo liên kết ion (phân tử) va chạm với chất hòa tan dung dịch Mầm tinh thể đạt đến trạng thái cân với dung dịch kết tinh dừng lại Trạng thái bão hòa dung dịch tồn khoảng thời gian định gọi chu kì cảm ứng kéo dài từ vài giây đến vài tháng (vùng đường đường 2) mà khoảng thời gian khơng có mầm tinh thể xuất Chu kì cảm ứng phụ thuộc vào chất chất tan dung môi, vào mức độ bão hòa dung dịch, vào nhiệt độ phương pháp khuấy trộn, vào tạp chất, vào tác động học Nếu trạng thái bão hòa lớn vượt giới hạn định (đến vùng q bão hòa cao) xuất trình kết tinh tự nhiên, lúc lượng mầm tinh thể nhiều, lúc dung dịch đóng rắn khơng tạo thành tinh thể riêng biệt Có số dung dịch có độ q bão hòa lớn khơng xuất mầm tinh thể, cần phải kích thích q trình kết tinh cách cho vào dung dịch lượng nhỏ tinh thể chất tan tinh thể chất khác có cấu trúc tinh thể giống chất tan (chất cho thêm gọi chất trợ mầm), cách tác động học làm rung động, lắc, ma sát, (như làm ma sát tường chai lọ đũa thủy tinh) Độ nhám bề mặt thiết bị kết tinh vật liệu làm cánh khuấy có ảnh hưởng dến trình tạo mầm Nhận xét: - Có hạt mầm lớn lên thành nhiêu hạt tinh thể số mầm nhiều thu tinh thể nhỏ với cạnh phát triển, chủ yếu tạo thành tinh thể dạng mãnh (dạng bản, hay dạng hình kim) Trái lại số mầm tạo điều kiện hình thành tinh thể lớn, cho phép thu tinh thể đặn có bề mặt phát triển tốt - Trong thực tế việc tăng hiệu suất thu hồi giảm thời gian kết tinh yêu cầu lớn sản xuất, nên xu hướng tăng số lượng mầm cần phải ý tinh thể sản xuất có hạt nhỏ khó li tâm Trong thực tế xác nhận trình làm nguội nhanh, khuấy trộn mạnh tạo điều kiện thuận lợi cho trình tạo thành lượng lớn mần tinh thể Do điều gây bất lợi sản xuất Quá trình phát triển mầm tinh thể: Tinh thể phát triển kích thước đạt tới giá trị tới hạn mầm Tinh thể có lượng bề mặt lớn nên hút (hấp thụ) chất hòa tan dung dịch Sự lớn lên mầm tinh thể đồng thời theo mặt nó, vận tốc lớn lên mặt tinh thể có khác Theo thuyết khuyếch tán sau xuất mầm tinh thể, bề mặt mầm tập trung, kết tụ chất hòa tan (ở dung dịch trạng thái tĩnh) Cùng với lớn lên mầm vật chất khuyếch tán từ môi trường xung quanh đến bề mặt mầm, chất lỏng xung quanh mầm lỗng dần chất tan, tức tính chất bão hòa khơng có chất hòa tan từ vùng xung quanh vào khu vực trình lớn lên tinh thể ngừng lại Như đồng thời với trình lớn lên tinh thể xảy trình di chuyển vật chất khuyếch tán phân tử đối lưu chênh lệch nồng độ tâm tạo mầm chất lỏng chung quanh Chiều dày lớp khuyếch tán δ (chuyển động dòng) phụ thuộc vào cường độ khuấy dung dịch Nếu dung dịch không khuấy trộn δ = 20 - 150μm, khuấy trộn mạnh δ→ Kết luận: Quá trình kết tinh trình truyền chất xảy qua lớp màng phim tạo dung dịch nồng độ bão hòa C bao quanh hạt mầm với dung dịch nồng độ bão hòa C0 xung quanh lớp màng phim Hiệu số C0 – C = ΔC động lực trình kết tinh C0 Vì giai đoạn tác dụng khuấy trộn C màng phim có ý nghĩa định: mầm 1/ Làm giảm bề dày lớp màng phim, nhờ tăng tốc độ kết tinh 2/ Làm hạt mầm không lắng xuống đáy nhiệt độ phân bố khối 3/ Làm cho hạt mầm luôn có hội tiếp xúc với dung dịch dẫn đến tăng tốc độ kết tinh 4/ Làm bay nước nhanh 3 Các phương pháp kết tinh: Như xét tùy thuộc vào điều kiện cụ thể mà áp dụng phương pháp kết tinh có tách dung môi không tách dung môi (hạ nhiệt độ dung dịch) kết tinh chân không Các trình kết tinh thực theo phương pháp gián đoạn hay liên tục Q trình gián đoạn có nhược điểm như: thiết bị cồng kềnh, tinh thể nhận không đều, thao thác vất vả Còn q trình kết tinh liên tục ứng dụng rộng rãi công nghiệp suất cao, tinh thể nhận có kích thước đặn Kết tinh tách phần dung môi: Phương pháp áp dụng để kết tinh từ dung dịch độ hòa tan cấu tử phụ thuộc vào nhiệt độ Để tách dung mơi thực theo phương pháp sau: 1/ Cô đặc dung dịch (cho bay nhiệt độ sôi) Phương pháp kết tinh cho bay đặc có nhược điểm tinh thể bị dính lên bề mặt truyền nhiệt đồng thời làm tăng nồng độ tạp chất có dung dịch Để hạn chế lượng chất rắn đọng bề mặt truyền nhiệt phải tăng vận tốc tuần hoàn dung dịch khuấy trộn 2/ Cho bay dung môi nhiệt độ nhỏ nhiệt độ sôi dung dịch Cho bay tự nhiên (thực thiết bị hở), hay cho bay áp suất chân không Kết tinh với thay đổi nhiệt độ: (kết tinh không tách dung môi) Phương pháp áp dụng để kết tinh từ dung dịch độ hòa tan cấu tử phụ thuộc vào nhiệt độ Như trình bày kết tinh có đuổi dung mơi để tạo điều kiện tập hợp liên kết lớn (nếu lượng mầm nhiều tạo thành tinh thể nhỏ, mịn dễ đóng rắn, gây bất lợi) Hơn sản phẩm kết tinh có chứa nhiều tạp chất, ngồi việc đuổi dung môi phương pháp tự bay tiến hành chậm, đặc hút chân khơng tương đối đắt tiền Do đó, việc kết tinh cách hạ nhiệt độ thuận lợi Để hạ nhiệt độ dung dịch thường dùng nước lạnh hay nước muối Phương pháp kết tinh làm việc liên tục hay gián đoạn Kết tinh gián đoạn cách cho dung dịch vào đầy thiết bị,sau kết tinh xong, nước tinh thể tháo Còn kết tinh liên tục thực nhiều thiết bị nối với nhau, dung dịch từ thiết bị qua thiết bị khác sản phẩm lấy liên tục Kết tinh chân không: Trong phương pháp kết tinh chân không, phần dung môi bay nhờ vào nhiệt vật lí dung dịch Hơi bay theo đường bơm chân không Nhiệt độ dung dịch trạng thái bão hòa giảm đến nhiệt độ sôi tương ứng với áp suất chân không thiết bị Dung dịch đạt đến trạng thái q bão hòa kết tinh Dung mơi bay khơng nhiệt vật lí dung dịch mà tỏa nhiệt kết tinh Kết tinh tiến hành đồng thời bay hút chân khơng làm lạnh tăng cường q trình xảy tồn thể tích dung dịch, tinh thể hạn chế dính vào bề mặt thiết bị thời gian rửa thiết bị rút ngắn  ... suất chân không Kết tinh với thay đổi nhiệt độ: (kết tinh không tách dung môi) Phương pháp áp dụng để kết tinh từ dung dịch độ hòa tan cấu tử phụ thuộc vào nhiệt độ Như trình bày kết tinh có đuổi... dụng phương pháp kết tinh có tách dung mơi khơng tách dung môi (hạ nhiệt độ dung dịch) kết tinh chân khơng Các q trình kết tinh thực theo phương pháp gián đoạn hay liên tục Q trình gián đoạn có... bão hòa kết tinh Dung môi bay không nhiệt vật lí dung dịch mà tỏa nhiệt kết tinh Kết tinh tiến hành đồng thời bay hút chân không làm lạnh tăng cường q trình xảy tồn thể tích dung dịch, tinh thể