|
17-БОБ. К Р И С Т А Л Л А Н И Ш
17.1. УМУМИЙ ТУШУНЧАЛАР
Эритма, эриган қотишма ва газ фазаси таркибидан кристаллар ҳолатидаги қаттиқ фазани ҳосил қилиш жараёни кристалланиш деб аталади. Ушбу жараён саноатнинг нефть ва газни қайта ишлаш, кимё, металлургия, озиқ-овқат, дори-дармон ишлаб чиқариш каби тармоқларида ишлатилади.
Кристалланиш жараёнлари ёрдамида қуйидаги вазифалар ҳал қилинади:
заррачаларнинг тўплами, гранула, тангача ва бошқа шаклдаги қаттиқ маҳсулотларни олиш;
турли аралашмаларни фракцияларга ажратиб, уларни бирорта компонент билан бойитиш;
техник ёки табиий эритмалардан турли моддаларни ажратиб олиш;
моддаларни аралашмалардан чуқур тозалаш;
суюлтирилган эритмаларни эритувчини музлатиш орқали қуйиқлаштириш;
маълум физик-механик хоссаларга эга бўлган моддаларни олиш;
қаттиқ жисмлар юзасига турли қопламаларни суртиш ва ҳоказо.
Кристалланиш жараёнини амалга оширишда турли-туман услублардан фойдаланилади. Уларни асосан беш гуруҳга бўлиш мумкин: эриган қотишмалардан кристаллар ҳосил қилиш; эритмалардан кристаллар ҳосил қилиш; буғ ёки газ фазасидан кристаллар ҳосил қилиш; қаттиқ ҳолатдаги кристалланиш; моддаларнинг ўзаро кимёвий таъсири пайтида кристаллар ҳосил қилиш.
Кристалланиш жараёнининг қонуниятлари бир қатор омилларга боғлиқ бўлади: аралашма ёки эритма таркибидаги дастлабки модданинг таркиби, унинг физик-кимёвий хоссалари, кўрилаётган система фазалари мувозанат диагрммасининг кўриниши, туйинган эритма ҳосил қилиш усули, иссиқлик бериш ва узатиш жадаллиги, аралаштириш тезлиги ва бошқалар.
Газ фазасидан кристалларни ҳосил қилиш десублимация ёки «қаттиқ фазали» конденсация деб аталади.
Модданинг бевосита қаттиқ ҳолатдан газ ҳолатига ўтиши сублимация дейилади. Тескари жараён, яъни модданинг газ ҳолатидан қаттиқ ҳолатга ўтиши эса десублимация деб юритилади. Баъзи адабиётларда сублимацияни буғланиш ёки қаттиқ фазани ҳайдаш (қаттиқ фазани бевосита буғга айлантириш) дейилади, десублимацияни эса - қаттиқ фазали конденсация ёки буғ фазасидан кристалланиш деб аталади.
Саноатда эритмалар таркибидан кристаллар ҳолатида қаттиқ фазани ҳосил қилиш ва уни ажратиб олиш жараёни кўпроқ ишлатилади. Бундай мақсадни амалга оширишда асосан икки хил услубдан фойдаланилади: 1) изотермик – бунда бир хил концентрацияга эга бўлган (ҳарорат ўзгармас) эритмани туйинтириш учун эритувчининг бир қисми буғлатилади; 2) изогидрик – бунда эритувчининг массаси ўзгармаган ҳолатда эритмани тўйинтириш учун эритувчи совитилади.
Кристалланиш жараёни эритишнинг тескариси ҳисобланади. Иккала жараён ҳам қаттиқ фаза-суюқлик системасида юз беради. Кристалланиш жараёни одатда сувли эритмадаги кристалланиши лозим бўлган модданинг эрувчанлигини камайтириш орқали, яъни унинг ҳароратини ўзгартириш ёки эритувчининг бир қисмини буғлатиш йўли билан амалга оширилади. Эриган қотишмалардан кристалларни ажратиб олиш учун эса улар совитилади.
Кристалланиш жараёни эритмадаги қаттиқ фаза эрувчанлигининг ўзгаришига асосланган. Ҳароратнинг ортиши билан моддаларнинг эрувчанлиги кўпайиб, улар яхши эрувчанлик хусусиятига эга бўлади. Ҳароратнинг ортиши билан баъзи моддаларнинг эрувчанлиги камайиб кетади ва улар ёмон эрувчан моддалар ҳисобланади.
Берилган ҳароратда эритманинг қаттиқ фаза билан мувозанат ҳолатида бўлиши тўйинган эритма дейилади. Тўйинган эритма таркибидаги эриган модданинг миқдори эрувчанлик даражасини белгилайди. Эрувчанлик эриган модданинг ва эритувчининг хоссаларига, ҳароратга ҳамда қўшимча компонентларнинг борлигига боғлиқ. Тўйинган эритма ўз таркибида имкони борича кўп миқдорда эриган модда ушлайди. Бу ҳолатдаги эритма турғун бўлади.
Ўта тўйинган эритма эса ўз таркибида эрувчанлик хусусиятига нисбатан ортиқча миқдорда эриган модда ушлайди. Шу сабабли ўта туйинган эритмалар турғун бўлмайди. Бунда эритмалардан ортиқча эриган моддалар кристалл ҳолида ажралади, сўнгра эса эритма яна тўйинган ҳолатга ўтади.
Эритмаларнинг ўта тўйиниш ҳолатига қуйидаги усуллар билан эришиш мумкин: 1) очиқ идишда эритувчининг бир қисмини буғлатиш; 2) буғлатиш ускунасида қайнаётган эритмадаги эритувчининг бир қисмини буғлатиш; 3) эритмага сувни ўзига тортувчи моддаларни қўшиш; 4) тўйинган эритмани совитиш.
Кристалланиш тезлиги бир неча омилларга боғлиқ бўлади: эритманинг ўта тўйиниши даражаси, аралаштириш тезлиги, эритма таркибида қўшимчаларнинг борлиги ва ҳоказо. Ушбу жараён одатда кристалланиш марказларининг пайдо бўлишидан бошланади, сўнгра бу марказлар атрофида кристалларнинг ўсиши юз беради. Кристалланиш марказларининг пайдо бўлиш тезлигига ҳарорат, механик кучлар (масалан, аралаштириш, силкитиш), ускуна юзасининг ғадир-будирлиги, аралаштиргичнинг тури, қўшимча моддаларнинг борлиги (масалан, сирт-фаол моддалар) ва бошқа шу каби омиллар таъсир қилади.
Кристалланиш тезлиги доимий катталик эмас; бу қиймат дастлаб катталашиб боради, сўнгра камаяди. Ҳароратнинг кўтарилиши билан кристалларнинг ўсиши тезлашади, чунки бунда диффузия тезлашади ва эритмадаги янги-янги молекулаларнинг қаттиқ фаза томон силжиши осонлашади.
Саноатда кристалланиш жараёни қуйидаги босқичларда боради: 1) кристалланиш; 2) ҳосил бўлган кристалларни эритмалардан ажратиб олиш; 3) кристалларни ювиш ва қуритиш.
Кристалланиш жараёнларидан нефть мойларини депарафинизация қилишда, олтингугурт, парафин ва церезинлар ишлаб чиқаришда ҳамда ксилолларни ажратишда фойдаланилади.
Айрим ҳолатдарда кристалланиш жараёни кимёвий реакция ёрдамида амалга оширилади. Бундай жараён аддуктив кристалланиш деб юритилади. Бунинг учун эритмага шундай реагент қўшиладики, у ажралаётган модда билан комплекс бирикма – аддукт ҳосил қилади. Ҳосил бўлган кристаллсимон комплекс бирикма эритмадан ажралади (масалан, фильтрлаш йўли билан), сўнгра комплекс бирикма иссиқлик таъсирида парчалантирилади, оқибат натижада керакли маҳсулот комплекс ҳосил қилувчидан ажратиб олинади.
Кристалланиш моддаларни ажратишнинг бошқа усулларига нисбатан бир қатор афзалликларга эга: 1) энергетик ҳаражатлари паст, чунки моддаларнинг солиштирма суюлиш иссиқлиги уларнинг буғланиш солиштирма иссиқлигига нисбатан 6-8 маротаба кам бўлади; 2) иш ҳароратлари паст; 3) яқин қайновчи компонентли ва азеотроп аралашмаларни ажратиш имконияти мавжуд; 4) эритувчиларни ишлатишга эҳтиёж йўқ; 5) модда суюлтирилган ҳолатдан кристалл ҳолатга ўтганида катта термодинамик ажратиш коэффициентига эга бўлганлиги сабабли кристалланиш юқори самарадорликка эга.
Do'stlaringiz bilan baham: |
