Кристаллизатор

КРИСТАЛЛИЗАТОР, аппарат для выделения веществ в кристаллическом состоянии – кристаллизации. В К. проводятся процессы из расплавов (для отверждения расплавленных веществ, их фракционного разделения и выращивания монокристаллов), растворов (для выделения ценных компонентов, их концентрирования, очистки веществ от примесей), реже из газообразных и твёрдых аморфных фаз. Простейший кристаллизатор (первое упоминание относится к 5-6 векам) представлял собой ёмкость, наполненную водой, в которую выливался расплавленный металл. Конструкции современных кристаллизаторов разнообразны. Небольшие (лабораторные) кристаллизаторы для проведения кристаллизации из расплавов представляют собой формы (определённых размеров и конфигурации), в которых расплав охлаждается путём естественного теплообмена (с окружающей средой). Промышленные кристаллизаторы в виде водоохлаждаемых форм (изложниц) для ускоренного затвердевания жидкого металла применяются в металлургическом производстве в установках непрерывной разливки стали и электрошлакового переплава, в вакуумных дуговых печах и др. Используются кристаллизаторы с глухим (неподвижным) поддоном или с подвижным – для вытягивания слитка. Корпус кристаллизатора представляет собой литую или сварную конструкцию; поступающий в кристаллизатор жидкий металл непосредственно контактирует с водоохлаждаемыми стенками кристаллизатора, формирующими слиток (рис. 1).

Действие кристаллизатора для проведения кристаллизации из раствора основано на изменении температуры раствора (преимущественно при охлаждении) или частичном удалении растворителя (выпаривании). Кристаллизаторы, в которых осуществляется охлаждение горячих растворов, изготавливаются с водяным или воздушным охлаждением. Применяются скребковые, шнековые, дисковые, барабанные и роторные кристаллизаторы непрерывного действия, в которых образуются в основном мелкие кристаллы (0,1-0,15 мм). Кристаллизаторы  для получения продуктов размером до 3 мм содержат так называемые кристаллорастители, в которых концентрированная суспензия медленно охлаждается, что приводит к росту кристаллов. Для получения крупнокристаллических (более 3 мм) однородных продуктов применяют кристаллизаторы с псевдоожиженным слоем. Исходный раствор вместе с циркулирующим осветлённым маточником подаётся в теплообменник, где в результате охлаждения раствор пересыщается, затем поступает в кристаллораститель, в котором кристаллы поддерживаются во взвешенном состоянии восходящим потоком раствора; крупные кристаллы осаждаются на дно аппарата, откуда удаляются в виде сгущённой суспензии.

Кристаллизаторы  с частичным удалением растворителя представляют собой выпарные аппараты с внутренней или выносной греющей камерой. Исходный и циркулирующий растворы, проходя через камеру, нагреваются до температуры кипения. Образовавшаяся парожидкостная смесь поступает в сепаратор, где пар отделяется от раствора. Осаждающиеся в сепараторе кристаллы вместе с маточной жидкостью направляются в центрифугу для их разделения.

В кристаллизаторах, в которых процесс осуществляется с применением разрежения (вакуум-кристаллизатор), происходит одновременное удаление части растворителя (путём испарения в вакууме) и охлаждение раствора. Изготавливаются вакуум-кристаллизаторы периодического или непрерывного действия с принудительной либо естественной циркуляцией раствора. Однокорпусные вакуум-кристаллизаторы обычно представляют собой вертикальные аппараты цилиндрической формы (с якорной или рамной мешалкой), отсасывание и конденсация паров растворителя осуществляются за счёт конденсатора и пароструйного насоса. Вакуум-кристаллизаторы наиболее производительны и экономичны. В крупнотоннажных производствах применяются многокорпусные вакуум-кристаллизационные установки, обычно состоящие из нескольких последовательно соединённых вакуум-кристаллизаторов (рис. 2). В установке раствор перемещается под действием вакуума; глубина разрежения и концентрация раствора постепенно возрастают от первого корпуса к последнему. Кристаллизаторы  широко применяются в металлургической, химической, пищевой промышленности и др.

Лит.: Жучков В. Н., Краснолуцкая Т. И. Современные конструкции кристаллизаторов. М., 1981; Гельперин Н. И., Носов Г. А. Основы техники фракционной кристаллизации. М., 1986.