7.4 Кинетика процесса кристаллизации

В явлениях кристаллизации основную роль играет процесс диффузии. Переход молекулы в твердую фазу снижает концентрацию раствора, непосредственно прилегающего к поверхности кристалла. Это явление способствует возникновению диффузии в пограничном слое. Следовательно, скорость кристаллизации будет зависеть как от скорости перехода молекул, находящихся на поверхности раздела фаз, в кристаллическую решетку, так и от условий диффузии в жидком пограничном слое. Этот слой расположен на поверхности кристалла и рассматривается как насыщенный слой.

Разность концентраций пересыщенного и насыщенного растворов является движущей силой диффузии молекул из свободного объема пересыщенного раствора к поверхности кристаллов.

Процесс кристаллизации характеризуется массопереносом в по граничном слое и скорость фазового превращения на границе кристалла. Удельный поток вещества к грани кристалла называется скоростью кристаллизации и определяется как диффузией в пограничном слое, так и скоростью фазового превращения.

Итак, взаимодействие растущего кристалла с окружающей средой и механизм перехода вещества из раствора на его грани рассматривается диффузионной теорией роста.

Процесс встраивая молекул в кристалл идет с большой скоростью, и кинетика процесса определяется скоростью подвода вещества к поверхности кристалла. В этом случае, в соответствии с законом Щукарева, скорость процесса кристаллизации определится уравнением

, (7.3)

где B- коэффициент массоотдачи; Cp- концентрация насыщения; C- концентрация пересыщения; F поверхность кристалла.

Процесс подвода вещества к поверхности кристалла протекает с большой процесса определяется скоростью встраивания молекул скоростью, и кинетика в кристалл. Скорость процесса кристаллизации в этом случае выражается равенством

, (7.4)

где Kв - константа скорости встраивания молекул в кристалл; n- постоянная определяемая опытным путем.

Оба процесса протекают с соизмеримыми скоростями. Скорость процесса кристаллизации записывается в виде

, (7.5)

где K- общий коэффициент скорости процесса.

В случае, если скорость встраивания молекул в кристалл протекает аналогично скорости химической реакции первого порядка, величину K определяют из соотношения

, (7.6)

Следует отметить, что диффузионная теория не объясняет всех особенностей роста кристаллов, в частности, их огранку плоскостями. Кроме того, экспериментально доказано, что зависимость между скоростью роста и пресыщением в большинстве случаев не линейна.

На кинетику процесса кристаллизации влияет большое число торов, из которых основными являются: пресыщение, температура, интенсивность перемешивания. Количественный эффект воздействия того или иного фактора определяется экспериментально для конкретной системы.