Кристализација

Кристализација је настајање кристала у којем се основне честице (атоми, јони или молекули) правилно слажу у простору стварајући кристалну структуру. У природи кристали могу настати на различите начине: из водених и других раствора при собној температури (на пример: камених соли, гипса и низ других соли из мора или језера), из врућих раствора, хидротермалних извора, из силикатноге раствора, магме, из које се кристалише главнина такозваних примарних петрогених минерала, као што су силикати, кремен и неки рудни минерали, из гасовитог стања (на пример снежне пахуље из водене паре, сумпор из вулканских гасова), из чврстог стања (на пример старењем или загревањем нестабилног стакла), из густих агрегата каткад при високим температурама, нижих од тачке топљења, када полако настају крупнији зрнасти агрегати (на пример мермер из густог кречњака, зрнасте метаморфне стене из густих седимената).

Кристализација је настајање кристала у којем се основне честице (атоми, јони или молекули) правилно слажу у простору стварајући кристалну решетку.

Кристализација меда.

Микроструктура бронзе која показује дендритичка (у облику јелке) кристална зрна.

Кристализатор који се користи у производњи кристала шећера из шећерне репе.

Кристализација започиње када се досегне презасићено стање, то јест када концентрација материје постане већа од равнотежне, што се најчешће постиже хлађењем раствора, паре или гаса или смањењем количине растварача у раствору. Процес зависи од физичких и хемијских својстава материје, од средине у којој кристал расте, примеса и температуре. Ако за кристализацију има довољно простора и ако она тече полагано, без примеса које би отежавале раст кристала, обликоваће се јединични кристал (монокристал) као правилна геометријска тела. Ако нема услова за несметану кристализацију, уместо јединичних кристала развиће се кристални агрегати, накупине ситних кристала које као целина немају правилан облик. Тако, на пример, већ према условима, материје се могу кристализовати у облику иглица (вискери), разгранати се попут биљке (дендрити) или расти у облику танких слојева. Без обзира на различитост облика, унутрашња грађа сваког појединог кристалног тела задржаће исти просторни поредак основних честица, као и у идеалном јединичном кристалу. Природне супстанце, минерали, најчешће расту у облику агрегата и других посебних облика, а ретко као правилни јединични кристали.

Врсте кристализације

Развојем инструменталних техника развиле су се и лабораторијске и индустријске методе за раст јединичних кристала потребних у науци и техници, посебно у електроници. Кристализацијом из раствора могу се добити јединични кристали масе и од неколико килограма. Према методи Јан Чохралскога (пољског хемичара, 1885. – 1953), полирана кристална плоча малог кристалног зрна додирује раствор основног материјала из којег треба добити јединични кристал. Полаганим једноликим подизањем зрна, каткад брзином мањом од 1 милиметар на сат, постиже се континуирани раст јединичнога кристала исте кристалне оријентације као и у почетном зрну. Та метода најповољнија за кристализацију већине метала и легура те за неке полупроводничке материјале (германијум, силицијум).

Бриџманова метода (Перси Вилијамс Бриџман, амерички физичар, 1882. – 1961) служи углавном за кристализацију материја које се праве као двокомпонентни и вишекомпонентни полупроводници. Раствор основног материјала спушта се полагано из топлијег у хладнији део пећи и притом се кристализује. Температура топлијег дела треба да буде само неколико степени виша од тачке топљења материјала, а хладнијег дела нижа од тачке топљења.

Вернеловом методом (Огист Вернел, француски хемичар, 1856. – 1913) додаје се фини прашак на површину раствора малог исходног кристала, који затим расте у облику стожастога једидничнога кристала. Метода се примјењује за материјале високих тачки топљења, као што су ферити, гранати и вештачки рубини. За раст великих кристала из водених раствора користе се посуде са засићеном раствором материје која се кристализује, уз додатак малих кристалних језгара. Малом променом температуре, најчешће снижавањем, повећава се презасићеност раствора, па кристална језгра контролисано расту. Тако се могу припремити велики монокристали технички важних пироелектричних и пиезоелектричних материја. Посебно је важна кристализација силицијум диоксида, то јест припрема вештачких јединичних кристала кремена, из алкалних водених раствора у аутоклавима с температурним градијентом. У почетку се поликристални материјал налази у засићеном раствору у врућем делу аутоклава, а кристална језгра у његову хладном делу, па до преноса материјала и раста кристала долази услед температурне разлике. Највећа температура у аутоклаву износи до 400 °Ц, а притисак око 100 MПа.

За биолошке молекуле у којима су канали растварача и даље присутни да би се задржала нетакнуту тродимензионалну структуру, микрошаржна кристализација под уљем и дифузијом паре су уобичајене методе

Настанак кристалног зрна метала

Када се чисти метал охлади испод своје критичне температуре топљења (тачке топљења), стварају се многобројне клице међусобним везивањем спорокрећућих атома (центри кристализације). Центром кристализације назива се група атома који формирају најмању честицу фазе са способношћу даљег раста.

Појава прелаза из течног у чврсто стање назива се кристализација. За разлику од аморфних тела, која се поступно стврдњавају током наглог хлађења, метали се кристалишу при константној температури, која се назива критична температура фазне конверзије. Општа теорија кристализације течности допушта могућност јаког потхлађења раствора, при којем број клица и брзина раста кристала постају једнаки нули, тако да се течност згусне, претварајући се у стакласти материјал, тј. не подлијежући кристализацији.

Облик кристалног зрна зависи од стварних услова кристализације: брзине и смера одвођења раствора, присуства нерастворљивих честица, ступња подхлађења, брзине појаве кристализације, струјања раствора, итд. Да би кристал имао правилан облик потребно је лагано хлађење, мали број центара кристализације, неометан раст у свим правцима итд. Како се ово веома ретко остварује, кристал обично има неправилан облик и равни кристали расту неједнаким брзинама. Одвођење раствора при хлађењу се одвија кроз чврсту и течну (талина) фазу. Како одвођење раствора није једнако у свим правцима, раст кристала ће бити бржи на оним граничним површинама које имају нижу температуру од температуре течне фазе. На брзину раста кристала утичу и примесе. Наиме, оне се могу апсорбовати на површини одређених равнина и успорити њихов раст изазивајући неправилан облик кристала. Последица свега овога је да се из центра кристализације развијају у правцима најбржег раста гране кристала. Из њих се такође развијају нове гране под одређеним углом. Овакав раст кристала назива се дендритски, а кристали дендрити.

Термодинамичко гледиште

Кристализација снежне пахуље из водене паре може се одвити на разне начине.

Нискотемпературна СЕМ магнификација серије снежних кристала. Кристали се скупљају, складиште и распршивањем прекривају платином на крио-температурама за снимање.

Процес кристализације наизглед крши Други принцип термодинамике. Док се већина процеса који дају уређеније резултате то постиже применом топлоте, кристали се обично формирају на нижим температурама - посебно потхлађивањем. Међутим, услед ослобађања топлоте фузије током кристализације, ентропија васионе се повећава, тако да овај принцип остаје непромењен.

Молекули унутар чистог, савршеног кристала, када се греју спољашњим извором, постају течни. То се догађа на оштро дефинисаној температури (различитој за сваку врсту кристала). Како се утечњава, сложена архитектура кристала се урушава. Топљење се јавља зато што ентропија (S) добијена у систему просторном рандомизацијом молекула превладава губитак енталпије (H) услед :$T(S_{\text{tečnost}}-S_{\text{čvrsta mat.}})>H_{\text{tečnost}}-H_{\text{čvrsta mat.}},$

$G_{\text{tečnost}}<G_{\text{čvrsta mat.}}.$

Што се тиче кристала, не постоје изузеци од овог правила. Слично томе, када се растопљени кристал охлади, молекули ће се вратити у свој кристални облик након што температура падне испод прекретне тачке. До тога долази зато што топлотна рандомизација околине надокнађује губитак ентропије који настаје услед преуређивања молекула унутар система. Течности које се кристализирају при хлађењу су изузетак, а не правило.

Природом процеса кристализације управљају и термодинамички и кинетички фактори, што га може учинити веома променљивим и тешким за контролисање. Фактори као што су ниво нечистоћа, режим мешања, дизајн посуде и профил хлађења могу имати велики утицај на величину, број и облик произведених кристала.

Процес

Такође погледајте: Кристализација § Динамика

Временски лапс раста кристала лимунске киселине. Видео покрива површину од 2,0 са 1,5 мм и снимљен је током 7,2 минута.

Процес кристализације се састоји од два главна догађаја, нуклеације и раста кристала који су вођени термодинамичким својствима као и хемијским својствима. Нуклеација је корак у коме молекули растворене супстанце или атоми дисперговани у растварачу почињу да се окупљају у кластере, на микроскопској скали (подижући концентрацију растворене супстанце у малом региону), који постају стабилни у тренутним оперативним условима. Ови стабилни кластери чине језгра. Стога, кластери треба да достигну критичну величину да би постали стабилна језгра. Такву критичну величину диктира много различитих фактора (температура, презасићеност, итд.). У фази нуклеације атоми или молекули се распоређују на дефинисан и периодичан начин који дефинише кристалну структуру. Треба имати на уму да је „кристална структура“ посебан термин који се односи на релативни распоред атома или молекула, а не на макроскопска својства кристала (величина и облик), иако су она резултат унутрашње структуре кристала.

Раст кристала је накнадно повећање величине језгара која успевају да постигну критичну величину кластера. Раст кристала је динамички процес који се одвија у равнотежи где се молекули раствора или атоми таложе из раствора и поново се растварају у раствор. Презасићење је једна од покретачких снага кристализације, пошто је растворљивост врсте равнотежни процес квантификован помоћу К_сп. У зависности од услова, или нуклеација или раст могу бити доминантни у односу на други, што диктира величину кристала.

Многа једињења имају способност кристализације, а нека имају различите кристалне структуре, што се назива полиморфизам. Одређени полиморфи могу бити метастабилни, што значи да иако није у термодинамичкој равнотежи, он је кинетички стабилан и захтева одређени унос енергије да започне трансформацију у фазу равнотеже. Сваки полиморф је заправо различито термодинамичко чврсто стање и кристални полиморфи истог једињења показују различита физичка својства, као што су брзина растварања, облик (углови између фасета и стопе раста фасета), тачка топљења, итд. Из тог разлога, полиморфизам је од великог значаја у индустријској производњи кристалних производа. Поред тога, кристалне фазе се понекад могу међусобно конвертовати различитим факторима као што је температура, попут трансформације анатазних у рутилне фазе титанијум диоксида.

У природи

Постоје многи примери природних процеса који укључују кристализацију.

Примери процеса на геолошкој временској скали укључују:

• Природно (минерално) стварање кристала (види такође драги камен);
• Сталактит/сталагмит, формирање прстенова;

Примери процеса људске временске скале укључују:

• Стварање снежних пахуља;
• Кристализација меда (скоро све врсте меда кристализирају).

Методе

Формирање кристала се може поделити на два типа, где се први тип кристала састоји од катјона и ањона, такође познатих као со, као што је натријум ацетат. Други тип кристала се састоји од ненаелектрисаних врста, на пример ментола.

Кристали се могу формирати различитим методама, као што су: хлађење, испаравање, додавање другог растварача да би се смањила растворљивост раствора (техника позната као антирастварач или утапање), наношење слојева растварача, сублимација, промена катјона или ањона, као нпр. као и друге методе.

Формирање презасићеног раствора не гарантује формирање кристала, а често је потребан семени кристал или гребање стакла да би се формирала места нуклеације.

Типична лабораторијска техника за формирање кристала је растварање чврсте супстанце у раствору у којој је делимично растворљива, обично на високим температурама да би се постигло презасићење. Врућа смеша се затим филтрира да би се уклониле све нерастворљиве нечистоће. Филтрат се остави да се полако охлади. Кристали који се формирају се затим филтрирају и исперу са растварачем у коме нису растворљиви, али се мешају са матичном течношћу. Процес се затим понавља да би се повећала чистоћа у техници познатој као рекристализација.

За биолошке молекуле у којима су канали растварача и даље присутни да би задржали тродимензионалну структуру нетакнуту, микросеријска кристализација под дифузијом уља и паре је уобичајена метода.

Типична опрема

Опрема за главне индустријске процесе за кристализацију.

• Танк кристализатори. Резервоарска кристализација је стара метода која се још увек користи у неким специјализованим случајевима. Засићени раствори, у резервоарској кристализацији, се остављају да се охладе у отвореним резервоарима. Након одређеног времена, матична течност се исцеди и кристали се уклоне. Нуклеацију и величину кристала је тешко контролисати. Обично су трошкови рада веома високи.
• Мешовита суспензија, уклањање мешаних производа (МСМПР): МСМПР се користи за неорганску кристализацију много већег обима. МСМПР може кристализовати растворе на континуиран начин.

Динамика

Као што је горе поменуто, кристал се формира према добро дефинисаном патерну, или структури, коју диктирају силе које делују на молекуларном нивоу. Као последица тога, током процеса формирања кристал се налази у окружењу где концентрација раствора достиже одређену критичну вредност, пре него што промени статус. Формирање чврсте материје, немогуће испод прага растворљивости при датим условима температуре и притиска, може се тада десити у концентрацији већој од теоретског нивоа растворљивости. Разлика између стварне вредности концентрације растворене супстанце на граници кристализације и теоретског (статичког) прага растворљивости назива се презасићеност и основни је фактор у кристализацији.

Нуклеација

Главни чланак: Нуклеација

Нуклеација је иницирање промене фазе у малом региону, као што је формирање чврстог кристала из течног раствора. То је последица брзих локалних флуктуација на молекуларној скали у хомогеној фази која је у стању метастабилне равнотеже. Тотална нуклеација је збир ефеката две категорије нуклеације – примарне и секундарне.

Примарна нуклеација

Примарна нуклеација је почетно формирање кристала где нема других кристала или где, ако постоје кристали присутни у систему, они немају никакав утицај на процес. Ово се може десити под два услова. Прва је хомогена нуклеација, што је нуклеација на коју ни на који начин не утичу чврсте материје. Ове чврсте материје укључују зидове посуде кристализатора и честице било које стране супстанце. Друга категорија је, дакле, хетерогена нуклеација. Ово се дешава када чврсте честице страних супстанци изазивају повећање брзине нуклеације које иначе не би било видљиво без постојања ових страних честица. Хомогена нуклеација се ретко дешава у пракси због велике енергије неопходне за почетак нуклеације без чврсте површине која би катализовала нуклеацију.

Примарна нуклеација (хомогена и хетерогена) је моделована на следећи начин:

$B={\dfrac {dN}{dt}}=k_{n}(c-c^{*})^{n},$

где је

Б је број формираних језгара по јединици запремине у јединици времена,

Н је број језгара по јединици запремине,

к_н је константа брзине,

ц је тренутна концентрација растворене супстанце,

ц^* је концентрација растворене супстанце при засићењу,

(ц − ц^*) је такође познато као презасићење,

н је емпиријски експонент који може бити и до 10, али се генерално креће између 3 и 4.

Секундарна нуклеација

Секундарна нуклеација је формирање језгара које се може приписати утицају постојећих микроскопских кристала у магми. Једноставније речено, секундарна нуклеација је када се раст кристала започне са контактом других постојећих кристала или „семена“. Први тип познате секундарне кристализације може се приписати смицању течности, а други сударима између већ постојећих кристала или са чврстом површином кристализатора или са самим другим кристалима. Нуклеација течности се дешава када течност путује кроз кристал великом брзином, уклањајући језгра која би иначе била уграђена у кристал, узрокујући да однесена језгра постану нови кристали. Утврђено је да је контактна нуклеација најефикаснији и најчешћи метод за нуклеацију. Предности укључују следеће:

• Низак кинетички ред и брзина пропорционална суперсатурацији, омогућава лаку контролу без нестабилног рада.
• Јавља се при ниској презасићености, где је стопа раста оптимална за добар квалитет.
• Ниска потребна енергија при којој кристали ударају избегава разбијање постојећих кристала у нове кристале.
• Квантитативне основе су већ изоловане и уводе се у праксу.

Следећи модел, иако донекле поједностављен, често се користи за моделовање секундарне нуклеације:

$B={\dfrac {dN}{dt}}=k_{1}M_{T}^{j}(c-c^{*})^{b},$

где је

к₁ је константа брзине,

M_Т је густина суспензије,

ј је емпиријски експонент који може да се креће до 1,5, али је генерално 1,

б је емпиријски експонент који може да се креће до 5, али је генерално 2.

Кристални раст

Раст кристала

Главни чланак: Раст кристала

Једном када се први мали кристал, језгро, формира, он делује као тачка конвергенције (ако је нестабилан због презасићености) за молекуле растворене супстанце кој га додирују, или су у близини кристала, тако да повећава сопствене димензије у узастопним слојевима. Образац раста подсећа на колутове црног лука, као што је приказано на слици, где свака боја означава исту масу растворене супстанце; ова маса ствара све тање слојеве због све веће површине растућег кристала. Маса презасићене растворене супстанце коју првобитно језгро може да ухвати у временској јединици назива се брзина раста изражена у кг/(м²*х), и та константа је специфична за процес. На брзину раста утиче неколико физичких фактора, као што су површински напон раствора, притисак, температура, релативна брзина кристала у раствору, Рејнолдсов број, и тако даље.

Стога су главне вредности које треба контролисати:

• Вредност презасићености, као индекс количине растворене супстанце доступне за раст кристала;
• Укупна површина кристала у јединичној маси течности, као индекс способности растворене супстанце да се фиксира на кристал;
• Време задржавања, као индекс вероватноће да молекул растворене супстанце дође у контакт са постојећим кристалом;
• Образац тока, опет као индекс вероватноће да молекул растворене супстанце дође у контакт са постојећим кристалом (већи у ламинарном току, нижи у турбулентном току, али обрнуто важи за вероватноћу контакта).

Прва вредност је последица физичких карактеристика раствора, док друге дефинишу разлику између добро дизајнираног и лоше дизајнираног кристализатора.

Дистрибуција по величини

Изглед и распон величина кристалног производа је изузетно важан у кристализацији. Ако се жели даља обрада кристала, велики кристали уједначене величине су важни за прање, филтрирање, транспорт и складиштење, јер је велике кристале лакше филтрирати из раствора него мале кристале. Такође, већи кристали имају мањи однос површине и запремине, што доводи до веће чистоће. Ова већа чистоћа је због мањег задржавања матичне течности која садржи нечистоће и мањег губитка приноса када се кристали исперу да би се уклонила матична течност. У посебним случајевима, на пример током производње лекова у фармацеутској индустрији, мале величине кристала су често пожељне да би се побољшала брзина растварања лека и биодоступност. Теоријска расподела величине кристала може се проценити као функција радних услова са прилично компликованим математичким процесом који се назива популациона теорија баланса (користећи једначине популационог баланса).

Главни процеси кристализације

Кристализација натријум ацетата.

Неки од важних фактора који утичу на растворљивост су: концентрација, температура, састав смеше растварача, поларитет, и јонска јачина. Дакле, могу се идентификовати две главне породице процеса кристализације: расхладна и испаривачка. Ова подела није баш јасна дефинисана, пошто постоје хибридни системи, где се хлађење врши испаравањем, чиме се истовремено добија и повећана концентрација раствора.

Процес кристализације који се често помиње у хемијском инжењерству је фракциона кристализација. Ово није другачији процес, већ посебна примена једног (или оба) од горе наведеног.

Расхладна кристализација

Апликација

Већина хемијских једињења, растворених у већини растварача, показује такозвану директну растворљивост, односно праг растворљивости расте са температуром.

Растворљивост система На₂СО₄ – Х₂О

Дакле, кад год су услови повољни, формирање кристала је резултат једноставног хлађења раствора. Овде је хлађење релативан појам: кристали аустенита у челику се формирају знатно изнад 1000 °Ц. Пример овог процеса кристализације је производња Глауберове соли, кристалног облика натријум сулфата. На дијаграму, где је равнотежна температура на x-оси и равнотежна концентрација (као масени проценат растворене супстанце у засићеном раствору) на y-оси, јасно је да растворљивост сулфата брзо опада испод 32,5 °Ц. Под претпоставком да је засићен раствор на 30 °Ц, хлађењем на 0 °Ц (имајте на уму да је то могуће захваљујући смањењу тачке смрзавања), долази до преципитације масе сулфата која одговара промени растворљивости од 29% (равнотежна вредност на 30 °Ц) до приближно 4,5% (на 0 °Ц) – заправо се таложи већа кристална маса, пошто сулфат увлачи хидратациону воду, а то има споредни ефекат повећања коначне концентрације.

Постоје ограничења у употреби расхладне кристализације:

• Многе растворене материје се таложе у хидратном облику на ниским температурама: у претходном примеру то је прихватљиво, те чак и корисно, али може бити штетно када је, на пример, маса хидратационе воде да се постигне стабилан облик кристализације хидрата већа од расположиве воде: формираће се један блок раствора хидрата – то се дешава у случају калцијум хлорида);
• Максимално презасићење ће се десити у најхладнијим тачкама. То могу бити цеви размењивача топлоте које су осетљиве на стварање каменца, и размена топлоте може бити знатно смањена или прекинута;
• Смањење температуре обично подразумева повећање вискозитета раствора. Превисок вискозитет може изазвати хидрауличке проблеме, а ламинарни ток који се тако ствара може утицати на динамику кристализације.
• Није применљиво на једињења која имају реверзну растворљивост, термин који означава да се растворљивост повећава са смањењем температуре (пример се јавља са натријум сулфатом, где је растворљивост обрнута изнад 32,5 °Ц).

Расхладни кристализатори

Најједноставнији расхладни кристализатори су резервоари са мешалицом за унутрашњу циркулацију, где се смањење температуре постиже разменом топлоте са међутечношћу која циркулише у омотачу. Ове једноставне машине се користе у серијским процесима, као у преради фармацеутских производа и склоне су скалирању. Серијски процеси обично обезбеђују релативно променљив квалитет производа заједно са серијом.

Свенсон-Валкеров кристализатор је модел који је специфично осмислила компанија Сwенсон Цо. око 1920. године, који има полуцилиндрично хоризонтално шупље корито у које се шупљи пужни транспортер или неки шупљи дискови, у којима циркулише расхладна течност, урањају током ротације на уздужној оси. Течност за хлађење понекад такође циркулише у омотачу око корита. Кристали се таложе на хладним површинама завртња/дискова, са којих се скидају стругачима и таложе на дну корита. Завртањ, ако постоји, потискује суспензију ка испусном отвору.

Уобичајена пракса је хлађење раствора брзим испаравањем: када се течност на датој температури Т₀ пренесе у комору под притиском П₁ тако да је температура засићења течности Т₁ на П₁ нижа од Т₀, течност ће ослободити топлоту према температурној разлици и количини растварача, чија је укупна латентна топлота испаравања једнака разлици у енталпији. Једноставним речима, течност се хлади испаравањем њеног дела.

У индустрији шећера, вертикални расхладни кристализатори се користе за исцрпљивање меласе у последњој фази кристализације низводно од вакуумских посуда, пре центрифугирања. Масекут улази у кристализаторе на врху, а расхладна вода се пумпа кроз цеви у супротном току.

Испаривачка кристализација

Друга опција је да се оствари, на приближно константној температури, таложење кристала повећањем концентрације растворене супстанце изнад прага растворљивости. Да би се ово постигло, масени однос раствора/растварача се повећава употребом технике испаравања. Овај процес је неосетљив на промену температуре (све док стање хидратације остаје непромењено).

Сва разматрања о контроли параметара кристализације су иста као и код модела хлађења.

Испаривачки кристализатори

Већина индустријских кристализатора је евапоративног типа, као што су веома велике јединице за натријум хлорид и сахарозу, чија производња чини више од 50% укупне светске производње кристала. Најчешћи тип је модел са принудном циркулацијом (ФЦ) (види испаривач). Уређај за пумпање (пумпа или мешалица аксијалног протока) држи кристалну кашу у хомогеној суспензији у читавом резервоару, укључујући измењивачке површине; контролисањем протока пумпе постиже се контрола времена контакта кристалне масе са презасићеним раствором, заједно са разумним брзинама на површинама размене. Осло, који је горе поменут, је рафинација кристализатора са принудном циркулацијом испаравања, који је сада опремљен великом зоном таложења кристала да би се повећало време задржавања (обично мало у ФЦ) и да би се грубо одвојиле зоне тешке суспензије од бистре течности. Испарљиви кристализатори имају тенденцију да дају већу просечну величину кристала и сужавају криву расподеле величине кристала.

ДТБ кристализатор

ДТБ кристализатор

Шема ДТБ-а

Без обзира на облик кристализатора, да би се постигла ефикасна контрола процеса важно је контролисати време задржавања и кристалну масу, како би се постигли оптимални услови у погледу кристалне специфичне површине и најбржег могућег раста. Ово се постиже одвајањем – једноставније речено – кристала из течне масе, како би се на другачији начин управљало са ова два тока. Практичан начин је да се изврши гравитационо таложење да би се могла екстраховати (и евентуално одвојено рециклирати) (скоро) бистра течност, док се управља протоком масе око кристализатора да би се добила прецизна густина суспензије негде другде. Типичан пример је ДТБ (Драфт Тубе анд Баффле) кристализатор, идеја Ричарда Чисума Бенета (инжењера у Свенсону и каснијег председника Свенсона) крајем 1950-их. ДТБ кристализатор (погледајте слике) има унутрашњи циркулатор, типично мешач аксијалног протока – жути – који се гура нагоре у цеви за вучу док се изван кристализатора налази област таложења у прстенастом простору; у њему се излазни раствор креће нагоре веома малом брзином, тако да се велики кристали таложе – и враћају у главну циркулацију – док се само ситне честице, испод дате величине зрна, екстрахују и на крају уништавају повећањем или смањењем температуре, стварајући тако додатну презасићеност. Квази-савршена контрола свих параметара се постиже, јер ДТФ кристализатори нуде супериорну контролу над величином и карактеристикама кристала. Овај кристализатор и деривати (Кристал, ЦСЦ, итд) могли би бити ултиматно решење ако не и због великог ограничења у капацитету испаравања, због ограниченог пречника главе паре и релативно ниске спољне циркулације која не дозвољава велике количине енергија која се испоручује систему.

Примена

У процесној хемијској индустрији кристализација је топлотни сепарациони процес у којем се чврста фаза хлађењем издваја из течне или парне фазе, или из раствора. У пракси је најчешћа кристализација из течне фазе или из раствора. Због тога се индустријска кристализација спроводи у кристализаторима, а то су испаривачи с уређајима за скупљање и издвајање излучених кристала, или су то велике посуде у којима се растовор меша и ваздухом или водом хлади. Добијени сирови кристали издвајају се из раствора таложењем, филтрацијом или центрифугирањем, испирају се растварачом и суше. Величина, облик и чистина кристала зависе од услова извођења процеса (температуре, притиска, ступањ презасићења, брзине хлађења).

Види још

• Абнормалан раст зрна
• Хирална резолуција кристализацијом
• Кристална структура
• Кристалит
• Фракциона кристализација (хемија)
• Кристализација протеина
• Рекристализација (хемија)
• Рекристализација (металургија)
• Витрификација
• Рендгенска кристалографија

Литература

• А. Мерсманн, Црyсталлизатион Тецхнологy Хандбоок (2001) ЦРЦ; 2нд ед. ISBN 0-8247-0528-9
• Тине Аркенбоут-де Врооме, Мелт Црyсталлизатион Тецхнологy (1995) ЦРЦ ISBN 1-56676-181-6
• "Small Molecule Crystallization" (PDF) at Illinois Institute of Technology website
• Geankoplis, C.J. (2003) "Transport Processes and Separation Process Principles". 4th Ed. Prentice-Hall Inc.
• S.J. Jancic, P.A.M. Grootscholten: “Industrial Crystallization”, Textbook, Delft University Press and Reidel Publishing Company, Delft, The Netherlands, 1984
• RL Barto; LJ Ebert (1971). „Deformation stress state effects on the recrystallization kinetics of molybdenum”. Metallurgical Transactions. 2 (6): 1643–1649. Bibcode:1971MT......2.1643B. doi:10.1007/BF02913888. 
• HM Chan; FJ Humphreys (1984). „The recrystallisation of aluminium-silicon alloys containing a bimodal particle distribution”. Acta Metallurgica. 32 (2): 235–243. doi:10.1016/0001-6160(84)90052-X. 
• RD Doherty (2005). „Primary Recrystallization”. Ур.: RW Cahn; et al. Encyclopedia of Materials: Science and Technology. Elsevier. стр. 7847–7850. 
• RD Doherty; DA Hughes; FJ Humphreys; JJ Jonas; D Juul Jenson; ME Kassner; WE King; TR McNelley; HJ McQueen; AD Rollett (1997). „Current Issues In Recrystallisation: A Review”. Materials Science and Engineering. A238: 219–274. 
• FJ Humphreys; M Hatherly (2004). Recrystallisation and related annealing phenomena. Elsevier. 
• Laurence M. Harwood; Christopher J. Moody; Jonathan M. Percy. Experimental organic chemistry: standard and microscaling. 
• John Leonard; B. Lygo; Garry Procter. Advanced practical organic chemistry. 
• Hook, J.R.; Hall, H.E. (2010). Solid State Physics. Manchester Physics Series (2nd изд.). John Wiley & Sons. ISBN 9780471928041. 
• West, Anthony R. (1999). Basic Solid State Chemistry (2nd изд.). Wiley. стр. 1. ISBN 978-0-471-98756-7. 
• „4. Direct and reciprocal lattices”. CSIC Dept de Cristalografia y Biologia Estructural. 6. 4. 2017. Приступљено 18. 5. 2017. CS1 одржавање: Формат датума (веза)
• Edington, J. W. (1975). Electron Diffraction in the Electron Microscope (на језику: енглески). ISBN 978-0-333-18292-5. doi:10.1007/978-1-349-02595-4. 
• Ashcroft, N.; Mermin, D. (1976). „Chapter 7”. Solid State Physics. Brooks/Cole (Thomson Learning, Inc.). ISBN 978-0030493461. 
• Donald E. Sands (1994). „§4-2 Screw axes and §4-3 Glide planes”. Introduction to Crystallography (Reprint of WA Benjamin corrected 1975 изд.). Courier-Dover. стр. 70—71. ISBN 978-0486678399. 
• Ellis, Arthur B.; et al. (1995). Теацхинг Генерал Цхемистрy: А Материалс Сциенце Цомпанион (3рд изд.). Wасхингтон, DC: Америцан Цхемицал Социетy. ИСБН 084122725X. 
• Паркер, C.Б., ур. (1994). МцГраw Хилл Енцyцлопаедиа оф Пхyсицс (2нд изд.). МцГраw-Хилл. ИСБН 978-0070514003. 
• Каллаy, Никола (2000). Интерфациал Дyнамицс. ЦРЦ Пресс. ИСБН 978-0824700065. 
• Хоган, C. M. (1969). „Денситy оф Статес оф ан Инсулатинг Ферромагнетиц Аллоy”. Пхyсицал Ревиеw. 188 (2): 870—874. Бибцоде:1969ПхРв..188..870Х. дои:10.1103/ПхyсРев.188.870. 
• Зханг, X. Y.; Сухл, Х (1985). „Спин-wаве-релатед период доублингс анд цхаос ундер трансверсе пумпинг”. Пхyсицал Ревиеw А. 32 (4): 2530—2533. Бибцоде:1985ПхРвА..32.2530З. ПМИД 9896377. дои:10.1103/ПхyсРевА.32.2530. 
• Цоуртнеy, Тхомас (2000). Мецханицал Бехавиор оф Материалс. Лонг Грове, ИЛ: Wавеланд Пресс. стр. 85. ИСБН 978-1-57766-425-3. 
• L. Паулинг (1929). „Тхе принциплес детермининг тхе струцтуре оф цомплеx иониц црyсталс”. Ј. Ам. Цхем. Соц. 51 (4): 1010—1026. дои:10.1021/ја01379а006. 
• Паулинг, Линус (1938). „Тхе Натуре оф тхе Интератомиц Форцес ин Металс”. Пхyсицал Ревиеw. 54 (11): 899—904. Бибцоде:1938ПхРв...54..899П. дои:10.1103/ПхyсРев.54.899. 
• Паулинг, Линус (1947). „Атомиц Радии анд Интератомиц Дистанцес ин Металс”. Јоурнал оф тхе Америцан Цхемицал Социетy. 69 (3): 542—553. дои:10.1021/ја01195а024. 
• Паулинг, L. (1949). „А Ресонатинг-Валенце-Бонд Тхеорy оф Металс анд Интерметаллиц Цомпоундс”. Процеедингс оф тхе Роyал Социетy А. 196 (1046): 343—362. Бибцоде:1949РСПСА.196..343П. дои:10.1098/рспа.1949.0032 . 
• Хуме-ротхерy, W.; Ирвинг, Х. M.; Wиллиамс, Р. Ј. П. (1951). „Тхе Валенциес оф тхе Транситион Елементс ин тхе Металлиц Стате”. Процеедингс оф тхе Роyал Социетy А. 208 (1095): 431. Бибцоде:1951РСПСА.208..431Х. С2ЦИД 95981632. дои:10.1098/рспа.1951.0172. 
• Алтманн, С. L.; Цоулсон, C. А.; Хуме-Ротхерy, W. (1957). „Он тхе Релатион бетwеен Бонд Хyбридс анд тхе Металлиц Струцтурес”. Процеедингс оф тхе Роyал Социетy А. 240 (1221): 145. Бибцоде:1957РСПСА.240..145А. С2ЦИД 94113118. дои:10.1098/рспа.1957.0073. 
• Лиу, Ганг (2015). „Дyнамицал еqуатионс фор тхе период вецторс ин а периодиц сyстем ундер цонстант еxтернал стресс”. Цан. Ј. Пхyс. 93 (9): 974—978. Бибцоде:2015ЦаЈПх..93..974Л. С2ЦИД 54966950. арXив:цонд-мат/0209372 . дои:10.1139/цјп-2014-0518. 
• {{ците јоурнал | дои=10.1007/с10853-010-5113-0 | титле=Ревиеw оф тхе анатасе то рутиле пхасе трансформатион | дате=2011 | ласт1=Ханаор | фирст1=Дориан А. Х. | ласт2=Соррелл | фирст2=Цхарлес C. | јоурнал=Јоурнал оф Материалс Сциенце | волуме=46 | иссуе=4 | пагес=855–874 | дои-аццесс=фрее | бибцоде=2011ЈМатС..46..855Х }
• Молодетс, А. M.; Набатов, С. С. (2000). „Тхермодyнамиц Потентиалс, Диаграм оф Стате, анд Пхасе Транситионс оф Тин он Схоцк Цомпрессион”. Хигх Температуре. 38 (5): 715—721. Бибцоде:2000ХТемп..38..715М. С2ЦИД 120417927. дои:10.1007/БФ02755923. 
• Холлеман, Арнолд Ф.; Wиберг, Егон; Wиберг, Нилс (1985). „Тин”. Лехрбуцх дер Анорганисцхен Цхемие (на језику: немачки) (91–100 изд.). Wалтер де Груyтер. стр. 793—800. ИСБН 978-3-11-007511-3. 
• Сцхwартз, Мел (2002). „Тин анд Аллоyс, Пропертиес”. Енцyцлопедиа оф Материалс, Партс анд Финисхес (2нд изд.). ЦРЦ Пресс. ИСБН 978-1-56676-661-6. 

Спољашње везе

• Batch Crystallization
• Industrial Crystallization
• „Црyсталлизатион”. www.реципроцалнет.орг. Архивирано из оригинала 2016-11-27. г. Приступљено 2017-01-03. 
• Тхе интернал струцтуре оф црyсталс... Црyсталлограпхy фор бегиннерс
• Дифферент тyпес оф црyстал струцтуре
• Аппендиx А фром тхе мануал фор Атомс, софтwаре фор XАФС
• Интро то Минералс: Црyстал Цласс анд Сyстем
• Интродуцтион то Црyсталлограпхy анд Минерал Црyстал Сyстемс
• Црyстал планес анд Миллер индицес
• Интерацтиве 3Д Црyстал моделс
• Специфиц Црyстал 3Д моделс