Изотермическая кристаллизация

Перевод исходного раствора, характеризуемого точкой А (рис. 2), в пересыщенное состояние можно осуществить и за счет частичного удаления растворителя при выпаривании раствора. Такой метод получил название изотермической кристаллизации, так как выпаривание насыщенного раствора происходит при постоянной температуре его кипения.

Изменение концентрации исходного ненасыщенного раствора при выпаривании изобразится линией AEG, которая показывает, что с повышением концентрации раствора соответственно возрастает и его температура кипения. Только после перехода раствора в насыщенное состояние при концентрации С₁´ (точка Е) температура уже больше не меняется и остается равной t₁´´.

Понятно, что приведённое выше изображение процесса кристаллизации по линии AEG на диаграмме растворимости является условным, и точка G характеризует лишь общее пересыщение раствора, которое может быть получено при удалении из него определённой части растворителя. В большинстве случаев кристаллизация раствора при выпаривании протекает при постоянной концентрации, очень близкой к состоянию насыщения для данной температуры t₁´´.

Выбор того или иного метода кристаллизации зависит, в первую очередь, от характера изменения растворимости вещества при различной температуре. Для солей, растворимость которых резко уменьшается с понижением температуры, целесообразной является изогидрическая кристаллизация. В этом случае, даже при сравнительно небольшом охлаждении раствора, из него будет выделяться значительное количество соли (см. кривую растворимости KNO₃ на рис. 3). Именно изогидрической кристаллизацией получают большинство солей с резко выраженной прямой растворимостью (NaNO₃, K₂Cr₂О₇; NH₄C1, СuSО₄ • 5Н₂0 и др.).

В тех случаях, когда растворимость соли почти не меняется при изменении температуры, кристаллизация охлаждением становится неэффективной и применяется изотермическая кристаллизация. Кривая растворимости, например, NaC1 (рис. 3) показывает, что при охлаждении насыщенного раствора из него выпадает лишь очень небольшое количество соли, поэтому кристаллизация NaC1 проводится всегда выпариванием.

Рис. 3. Кривые растворимости в воде KNO₃ (1), Ba(NO₃)₂ (2), NaCl (3).

Изотермическая кристаллизация применяется также для солей с обратной растворимостью, например, для Na₂SO₄, растворимость которого, начиная с 32,4 °С, уменьшается с повышением температуры. Для кристаллизации солей с резко выраженной обратной растворимостью иногда используют просто нагревание раствора до высоких температур. Так, например, получают безводный кристаллический сульфат натрия Na₂SO₄ и сульфат марганца MnSO₄.

На практике в ряде случаев комбинируют рассмотренные выше методы создания пересыщения. Так, при вакуум-кристаллизации раствор охлаждается за счет адиабатического испарения части растворителя. Этот метод кристаллизации особенно эффективен для солей, растворимость которых сравнительно плавно уменьшается с понижением температуры, например, для NaС1 (рис. 3), (NН₄)₂SO₄, FeSO₄ • 7Н₂О и др.

Частичное испарение растворителя характерно и для некоторых кристаллизаторов охладительного типа, например, для башенных кристаллизаторов, барабанных с воздушным охлаждением, качающихся и др.