Кристаллизация — это выделение твердой фазы из жидкого расплава данного вещества или из раствора. Это один из основных способов получения твердых веществ в чистом виде.

В промышленности кристаллизацию производят охлаждением растворов или расплавов либо удалением части растворителя выпариванием; другими словами, возможна кристаллизация без удаления растворителя и кристаллизация с удалением растворителя. В некоторых случаях для проведения кристаллизации необходимо понизить растворимость кристаллизуемого продукта, что достигается внесением в раствор извне той или иной растворимой соли в сухом виде или в виде насыщенного раствора.

Простейшим устройством для проведения кристаллизации является выпарной аппарат с коническим днищем. Угол наклона конуса должен быть больше, чем угол естественного откоса для данного материала. Для обеспечения непрерывного выпаривания аппарат может быть соединен с двумя вакуум-фильтрами: поочередно в одном фильтруется выпадающий из раствора осадок, другой в это время разгружается от осадка. При выпадении кристаллов необходима интенсивная естественная или принудительная циркуляция раствора. При принудительной циркуляции образуются кристаллы значительно более мелкие, чем при естественной циркуляции. Для того чтобы мелкие кристаллы могли осаждаться в довольно вязком насыщенном растворе, необходимо обеспечить наибольшую скорость движения жидкости в солеотстойнике.

Аппараты, в которых из растворов выделяются кристаллы во время процесса концентрирования, должны иметь приспособление для удаления кристаллов. Прерывать процесс при непрерывном режиме весьма нежелательно, поэтому испаритель снабжается двойной камерой-солеуловителем. Для получения крупных кристаллов большое значение имеет предельная концентрация, достигаемая при выпаривании. Не всегда рационально выпаривать растворы до насыщения, так как при охлаждении таких растворов кристаллизация протекает слишком быстро, что ведет к образованию очень мелких кристаллов, а иногда даже к затвердению всей массы раствора. В каждом конкретном случае нужно знать ту предельную концентрацию, до которой можно выпаривать раствор, что устанавливается только опытным путем.

Наиболее интенсивно растворитель удаляется в вакуум-кристаллизаторах. В них благодаря созданию вакуума и испарению при этом части растворителя раствор охлаждается и выделяются кристаллы. Если теплый насыщенный раствор вводить в пространство, в котором поддерживается вакуум, соответствующий температуре кипения раствора более низкой; чем температура подачи, то введенный раствор разбрызгивается и охлаждается в результате адиабатического испарения. Это охлаждение вызывает не только кристаллизацию, но и испарение. Благодаря наличию вакуума можно регулировать величину и характер кристаллов изменением температуры и скорости их образования из выпариваемого раствора.

По расходу энергии на создание вакуума наиболее экономичными являются многокорпусные вакуум-кристаллизационные установки. В многокорпусных установках часть жидкости (в первых ступенях) испаряется при низком вакууме, а более высокий вакуум достигается в последней ступени. Установки работают непрерывно и имеют значительную производительность.

На рис. 48 показана схема установки для проведения такого процесса. Насыщенный раствор расширяется в вакуумном кристаллизаторе /, и при этом частично испаряется растворитель и охлаждается раствор. Образовавшийся вторичный пар отсасывается пароструйным насосом и поступает в конденсатор. Такой процесс повторяется в нескольких ступенях. Образующиеся кристаллы вместе с остатком раствора перекачиваются из последней ступени кристаллизатора в предварительный сгуститель 4. Из верхней части предварительного сгустителя стекает осветленный раствор. Сгущенный концентрат подается на центрифуги 5, в которых твердый материал окончательно отделяется от раствора.

Вакуумная кристаллизация вместо выпаривания применяется в производстве концентрированных фруктовых соков. При создании соответствующего вакуума фруктовый сок охлаждается ниже его точки замерзания и обра-зуются кристаллы льда. Далее в центрифуге кристаллы льда отделяются сконцентрированного сока. Процесс проводится при низких температурах без подвода тепла снаружи, что благоприятно сказывается на качестве получаемого продукта. Сконцентрированный таким образом сок можно в дальнейшем подвергнуть сублимационной сушке. Этот же принцип применяется ая получения пресной воды из морской.

Новой областью применения бесповерхностной вакуум-кристаллизации является также получение высокомолекулярных ароматических оксидных соединений из смесей с низкомолекулярными соединениями. Раньше для этого использовали лишь дистилляцию. На рис. 49 дана диаграмма расплава, А — легкокипящий компонент, В — труднокипящий. С падением температуры понижается растворимость продукта В, значит этот продукт можно делить в твердом виде вакууумной кристаллизацией, если оба компонента перед поступлением в кристаллизатор будут жидкими. Минимальная температура, до которой нужно охладить смесь компонентов А и В — это температура в точке Е; в противном случае начнется кристаллизация и компонента А.

 Если имеется смесь состава C1 при температуре tx, то при охлаждении этой смеси до температуры t2 в результате кристаллизации устанавливается концентрация с2, и количество выкристаллизовавшегося вещества зависит от разности концентраций C1 - C2- Благодаря высокой чистоте получаемого продукта и более низким рабочим температурам вакуумная кристаллизация в этом случае предпочтительнее ректификации.

Вакуумную кристаллизацию применяют в промышленности пластических масс для получения фенола и его производных и для получения лактама как основного материала в производстве нейлона. В табл. 21 приведены основные характеристики выпарных и кристаллизационных аппаратов