Krystalizace, sublimace

Prezentace na téma: "Krystalizace, sublimace"— Transkript prezentace:

1 Krystalizace, sublimace
Střední odborná škola Otrokovice Krystalizace, sublimace Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Emil Vašíček Dostupné z Metodického portálu ISSN:  , financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

2 Charakteristika DUM Název školy a adresa
Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ /2 Autor Ing. Emil Vašíček Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-Gu-CHTe/1-PV-3/18 Název DUM Krystalizace, sublimace Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 28-52-H/01 Obor vzdělávání Gumař-plastikář Vyučovací předmět Chemická technika Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 15 – 16 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce s doplňujícím výkladem vyučujícího; náplň: krystalizace, fázový diagram, krystalizace chlazením, krystalizace odpařením, sublimace Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Krystalizace, fázový diagram, chlazeni, odpařování, sublimace Datum

3 Krystalizace, sublimace
Náplň výuky (obsah hodiny) Krystalizace Fázový diagram voda + sůl Krystalizace chlazením Krystalizace odpařováním Sublimace

4 Krystalizace [1] Krystalizace (růst krystalů, vytváření pravidelné struktury) – druh fázové přeměny, při které dochází k pravidelnému uspořádání částic do krystalové mřížky. Snadno krystalizují látky s jednoduchou atomovou strukturou (kovy, jednoduché iontové a kovalentní látky) Obtížně krystalizují polymery a jiné látky s makromolekulárními řetězci Obr. 1: 3D model iontového krystalu Na(modrá)-Cl(zelená)

5 Krystalizace [2] Při krystalizaci vzniká z neuspořádané (energeticky bohatší) soustavy (roztoku) soustava energeticky chudší (krystaly a matečný louh). Rozdíl energií se projeví jako krystalizační teplo. Na fázovém diagramu voda + sůl je krystalizace podmíněna překročením křivky nasycení. Když chladíme nenasycený roztok o nižší koncentraci soli, než je eutektická, začnou se nám vylučovat krystalky ledu. Když vycházíme z nenasyceného roztoku, jehož koncentrace je vyšší než eutektická, budou se nám po překročení křivky nasycenosti vylučovat krystalky soli. Obr. 2: krystal NaCl

6 Fázový diagram voda + sůl
Podmínky krystalizace: překročení křivky nasycenosti a vytvoření krystalizačních zárodků Překročení křivky nasycenosti z roztoku (R) odpařováním vody (tím se zvýší koncentrace soli; v grafu směr 1) chlazením roztoku (směr 2) kombinací obou (směr 3) voda 100 % sůl 100 % T [°C] TE Jen krystaly vody i soli Nasycený + krystaly vody Nasycený roztok + krystaly soli Nenasycený roztok TV TS R 2 1 3 E Fázový diagram vyjadřuje závislost koncentrace soli v roztoku (vodorovná osa) na teplotě (svislá osa). TS – teplota tání soli TV – teplota tání vody TE – teplota eutektického bodu E – eutektický bod Obr. 3: fázový diagram

7 Krystalizační zárodky
Vytvoření krystalizačních zárodků: Nukleace – překročením křivky nasycenosti až do labilní oblasti vznikají krystalizační zárodky spontánně Naočkování – v metastabilní oblasti se vnesou zárodky krystalů, dochází pak k růstu vložených krystalů (lze vypěstovat i velmi velké krystaly) Oblast stabilní metastabilní labilní Krystalizace se provádí chlazením odpařováním kombinací Obr. 5: krystal ametystu 6x12 cm Obr. 4: oblasti stability

8 Krystalizace chlazením
Získání krystalů při ochlazení směsi heterogenní směs krystalů a matečného roztoku se oddělí v odstředivce či filtrací krystaly se usadí v krystalizátoru, odkud se odvádějí Používají se tyto chladicí krystalizátory korytový duplikátorový s vysunutým chladičem rotační šupinkový Obr. 6: chlazený krystalizátor

9 Korytový krystalizátor
Korytové krystalizátory mají tvar koryta (žlabu) s dvojitým pláštěm chlazeným vodou. Do koryta se přivádí horký nasycený roztok (chladí se vodou ve dvojitém plášti, vzduchem a případně i vodou chlazeným dutým šnekem), na opačné straně se z koryta odvádí směs krystalů a matečného louhu. Korytové krystalizátory se vyrábí jak jednošnekové tak i vícešnekové. Obr. 7: historický jednošnekový korytový krystalizátor z cukrovaru Všetuly

10 Duplikátorový krystalizátor
horký roztok voda Duplikátorový krystalizátor je přetržité (diskontinuální) zařízení. Do duplikátoru (dvouplášťová válcová nádoba chlazená vodou) se přivádí horký roztok. Míchadlo napomáhá lepšímu chlazení a seškrabuje ze stěn krystaly. Vzniklá směs (krystaly a matečný louh) se po vypuštění dolním hrdlem oddělí na odstředivce. Obr. 8: duplikátorový krystalizátor

11 Krystalizátor s vysunutým chladičem
Pracuje kontinuálně: čerpadlo žene horký roztok přes chladič umístěný vně krystalizátoru (chlazení vodou), vzniklé krystaly vrácené do krystalizátoru klesnou ke dnu, odkud se vypouští. Roztok horký roztok voda chladič krystalizátor Obr. 9: vysunutý chladič

12 Rotační šupinkový krystalizátor
Používá se pro krystalizaci z taveniny. Vodou chlazený válec se otáčí namočený v tavenině, která na povrchu válce ztuhne a při seškrabávání nožem tvoří šupinky. Obr. 10: rotační šupinkový krystalizátor

13 Krystalizace odpařováním
Používá se tehdy, když se rozpustnost při zahřívání jen málo zvyšuje. Principem odpařování a konstrukci odparek je věnována prezentace VY_32_INOVACE_DSO3PV12 – Odpařování a sušení takže bez bližších podrobností jen přehled typů odparek Obr. 11: s přirozenou cirkulací Obr. 12: s nucenou cirkulací Obr. 13: s kapalinovým filmem

14 Kombinovaná krystalizace
Roztok Je to krystalizace se současným chlazením a odpařováním. Příkladem zařízení je vakuový krystalizátor s cirkulací roztoku: horký roztok přivede čerpadlo do nádoby se sníženým tlakem (vakuová komůrka). Roztok začne vřít a ochlazuje se (teplo k odpaření si bere sám ze sebe) – adiabatický děj. Krystaly padají do krystalyzátoru, odebírají se dnem. Podtlak udržuje vývěva. Obr. 14: vakuový krystalizátor

15 Obr. 16: resublimovaný jod
Sublimace Při sublimaci se tuhá látka mění přímo v páry (plynné skupenství). Používá se na oddělení nečistot z pevných látek (je jedno, která část sublimuje). Příklad: čištění jódu Teplo Pára Zbytek Surovina Vývěva Chlazení Retorta Kondenzátor Produkt Obr. 15: jednoduchá sublimace Obr. 16: resublimovaný jod

16 Kontrolní otázky: Na jakém principu je založena krystalizace?
Co to je fázový diagram? Jak pracuje duplikátorový krystalizátor pro krystalizaci chlazením?

17 Seznam obrázků: Obr. 1: Benjah-bmm27. Sodium-chloride-3D-ionic. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [cit ]. Dostupné z: Obr. 2: Rob Lavinsky. Halite In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [cit ]. Dostupné z: jpg Obr. 3: vlastní Obr. 4: vlastní Obr. 5: Eurico Zimbres. Amethist_quartz. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [cit ]. Dostupné z: Obr. 6: Elmschrat Coaching38. 1-cooling-crystallizer-schladen. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [cit ]. Dostupné z: Obr. 7: vlastní Obr. 8: vlastní Obr. 9: vlastní

18 Seznam obrázků: Obr. 10: vlastní Obr. 11: vlastní Obr. 12: vlastní
Obr. 16: Sato. Resublimiertes Iod. In: Wikipedia: otevřená encyklopedie [online] [cit ]. Dostupné z: chenform.jpg

19 Seznam použité literatury:
[1] Wikipedie: otevřená encyklopedie. WIKIMEDIA FOUNDATION. Krystalizace [online] [cit ]. Dostupné z: [2] HRANOŠ PŘEMYSL. Stroje a zařízení v chemickém průmyslu: studijní text pro SPŠCH. Ostrava: nakladatelství Pavel Klouda, ISBN

20 Děkuji za pozornost 