Was ist ein Kristallisator?
Kristallisatoren sind Geräte, die feste Kristalle aus Flüssigkeiten oder Gasen ausfallen lassen.
Die Kristallisation ist eine Technik, die seit der Antike angewandt wird und aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken ist, zum Beispiel bei der Herstellung von Salz. Sie macht sich die Tatsache zunutze, dass die Löslichkeit eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel von der Temperatur abhängt. Der Zustand der maximalen Auflösung des gelösten Stoffes wird als Sättigung bezeichnet.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der gelöste Stoff nicht vollständig auflösen kann und als Kristalle ausfällt, wenn die Löslichkeit aufgrund von Abkühlung, Verdampfung, Lösungsmittelwechsel oder Reaktion abnimmt und den Sättigungszustand überschreitet. Kristallisatoren werden in vielen Bereichen eingesetzt, u. a. in der Chemie, der Pharmazie und der Lebensmittelindustrie und dienen der Qualitätskontrolle und der Entwicklung neuer Substanzen.
Es gibt verschiedene Arten von Kristallisatoren und es ist wichtig, für jeden Zweck und jede Bedingung den richtigen auszuwählen. Ein genaues Verständnis der Kristallisatoren und ihrer Funktionsweise gewährleistet eine effiziente Kristallproduktion und Forschung.
Anwendungen von Kristallisatoren
Kristallisatoren werden für die Kristallherstellung verwendet und erzeugen je nach Geometrie unterschiedliche Kristalle. Es gibt zwei Haupttypen mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften und Verwendungszwecken:
Kristallisatoren sind in der chemischen, pharmazeutischen, Lebensmittel- und anderen Industrien weit verbreitet und die Wahl der geeigneten Ausrüstung gewährleistet eine effiziente Kristallproduktion.
1. Kristall-Oslo-Typ
Bei Kristall-Oslo-Kristallisatoren sind der Bereich der Lösungsmittelverdampfung und der Bereich der Kristallzüchtung getrennt. Das Lösungsmittel wird verdampft und die Kristalle werden durch Wärmezufuhr von außen abgeschieden. Der Vorteil besteht darin, dass im Kristallwachstumsteil keine Pumpenzirkulation stattfindet, so dass die Wahrscheinlichkeit eines Kristallbruchs geringer ist.
Der Nachteil ist jedoch, dass die Konzentration der Lösung verringert werden muss und die Anlage größer wird. Es entstehen Stoffe, die in Galvanisierungsprozessen verwendet werden, wie z. B. Natriumcyanid.
2. Umgekehrter Konustyp
Umkehrkegel-Kristallisatoren haben die Form eines umgekehrten Kegels und nutzen die langsamere Sedimentationsrate größerer Kristalle zur Abtrennung von Lösungsmitteln. Es können Kristalle mit einer größeren Korngröße und einer geringeren Korngrößenverteilung hergestellt werden.
Funktionsweise der Kristallisatoren
Ein Kristallisator ist ein Instrument zur Kristallbildung, und der Kristallisationsmechanismus besteht aus zwei Prozessen: der Bildung und dem Wachstum von Kristallkeimen.
1. Kristallkeimbildung
Druck- und Temperaturänderungen können dazu führen, dass der feste Phasenzustand energetisch stabil wird. Es bilden sich Mikrokristalle von Nanogröße, die als Kristallkeime bezeichnet werden.
Es gibt zwei Arten der Kristallkeimbildung: die primäre Keimbildung, die spontan erfolgt und die sekundäre Keimbildung, bei der der Kern durch eine angewandte Kraft von einem größeren Kristall abgelöst wird. Die primäre Keimbildung ist im Labor vorherrschend, während die sekundäre Keimbildung in der Industrie vorherrschend ist.
2. Kristallwachstum
Kristalle wachsen durch die Anlagerung von Atomen und Molekülen an der Oberfläche des Kristallkerns. Die Kristalloberfläche weist Stufen auf, und die Atome und Moleküle werden in die gekrümmten Teile der Stufen (Knicke) eingebaut, wobei der kontinuierliche Einbau in die Knicke zur Verdickung der Kristallschicht und zum Wachstum führt.
Das Kristallwachstum ist ein komplexer Prozess und der vollständige Mechanismus ist noch nicht in Gänze erforscht.
Weitere Informationen zu Kristallisatoren
Verwendung von Maschinen in Verbindung mit Kristallisatoren
Kristallisatoren sind Spezialgeräte für die Kristallbildung, werden jedoch in Kombination mit anderen Maschinen wie Auflösetanks, Filtrationsanlagen, Temperaturregelungsanlagen und Zentrifugen eingesetzt, um eine effiziente Kristallbildung, -gewinnung und -reinigung zu gewährleisten.
1. Auflösetank
Auflösetanks werden in der Vorbehandlung von Kristallisatoren eingesetzt. Es handelt sich dabei um ein Gefäß zum Auflösen des gelösten Stoffes, das für die Einstellung der richtigen Konzentration der Lösung wichtig ist. Im Lösebehälter werden der gelöste Stoff und das Lösungsmittel gemischt, erhitzt und gerührt, um eine homogene Lösung zu erhalten.
2. Filtrationsanlagen
Die Filtrationsanlage dient dazu, Verunreinigungen aus der Lösung zu entfernen. Der vor der Kristallisation durchgeführte Filtrationsprozess hat einen erheblichen Einfluss auf die Qualität der erzeugten Kristalle. Die Filtrationsanlagen verwenden Filterpapier oder Membranen, um Partikel und Verunreinigungen abzufangen.
3. Geräte zur Temperaturregelung
Thermoregulatoren werden zur Temperaturregelung im Kristallisatoren eingesetzt. Die Temperatur ist ein wichtiger Faktor im Kristallisationsprozess, und eine angemessene Temperaturregelung kann die Geschwindigkeit und Qualität der Kristallbildung erheblich beeinflussen. Zu den Temperaturreglern gehören Heizelemente und Kühlsysteme.
4. Zentrifugen
Zentrifugen werden verwendet, um die in Kristallisatoren erzeugten Kristalle zu sammeln. Die Zentrifugalkraft wird genutzt, um die Kristalle von der Lösung zu trennen, wodurch die Effizienz der Kristallgewinnung erhöht wird. Bei den Zentrifugen kann es sich um kontinuierliche oder diskontinuierliche Systeme handeln.