Crystallization 1

เป็�นการแยกแบบ solid-liquid เช่�น การผลิ�ตน��าตาลิซู�โครสจากอ้�อ้ย น��าตาลิซู�โครสจะถู�ก

ตกผลิ�กอ้อ้กมาจากสารลิะลิายน��าอ้�อ้ย การที่!"ที่�าให้�เก�ดอ้น&ภาคที่!"เป็�นร�ป็ขอ้งแข*งจากสารลิะลิายที่!"อ้ย��ในร�ป็ homogeneous phase

ห้ร+อ้อ้าจจะเป็�นการสร�างอ้น&ภาคขอ้งแข*งจากขอ้งเห้ลิวที่!"ได�จากการห้ลิอ้มเห้ลิว ห้ร+อ้การสร�าง

ผลิ�กขอ้งแข*งจากสารลิะลิาย เร�"มจากการที่�าให้�สารลิะลิายเข�มข�น แลิะที่�าให้�เย*น

จนกระที่."งความเข�มข�นขอ้งต.วถู�กลิะลิายม!ค�าส�งกว�าค�า solubility ที่!"อ้&ณห้ภ�ม�น.�นๆ จากน.�นต.วถู�ก

ลิะลิายก*จะสามารถูตกผลิ�กอ้อ้กมาได� โดยม!ลิ.กษณะเป็�นผลิ�กที่!"บร�ส&ที่ธิ์�3

บทท�� 2 การตกผลึ�ก (Crystallization)

กระบวนการกระบวนการผลึ�ตน��าตาลึในผลึ�ตน��าตาลึในอุ�ตสาหกรรมอุ�ตสาหกรรม

Heat distribution – Material separation system

ภาพแสดงโรงงานผลึ�ตภาพแสดงโรงงานผลึ�ตน��าตาลึน��าตาลึ

ห้ลิ.งการตกผลิ�กจะได�ขอ้งผสมที่!"ม!สอ้งเฟส (two-phase mixture)

Magma

Mother liquor Crystal

ที่างการค�า ค�า yield แลิะความบร�ส&ที่ธิ์�3ขอ้งผลิ�กม.กไม�ส�าค.ญเที่�าก.บขนาดแลิะร�ป็ร�างขอ้งผลิ�ก ค+อ้ ผลิ�กที่!"ต�อ้งการจะต�อ้งม!ความสม�"าเสมอ้ขอ้งขนาด ที่.�งน!�เพื่+"อ้ลิดการเก�ดการจ.บต.วก.นในบรรจ&ภ.ณฑ์8 (caking in the package) แลิะเพื่+"อ้ให้�ง�ายต�อ้การเที่, การลิ�างแลิะการกรอ้ง แลิะในบางคร.�งความสม�"าเสมอ้ขอ้งร�ป็ร�างก*อ้าจเป็�นที่!"ต�อ้งการเช่�นก.น

การแยกผลิ�กอ้อ้กจากขอ้งเห้ลิวที่!"เร!ยกว�า mother liquor ผลิ�กต�อ้งม!ขนาดที่!"ให้ญ�พื่อ้สมควร แลิะขนาดขอ้งผลิ�กต�อ้งม!ความสม�"าเสมอ้ ด.งน.�นกระบวนการตกผลิ�กที่!"เก!"ยวข�อ้งก.บการแยก ม.กอ้อ้กแบบเพื่+"อ้ให้�เก�ดผลิ�กต�างๆ แต�ลิะผลิ�กม!ขนาดแลิะร�ป็ร�างเฉพื่าะ

การตกผลิ�กที่!"ไม�เก!"ยวข�อ้งก.บการแยก การควบค&มขนาดขอ้งผลิ�กก*ม!ความส�าค.ญเช่�นเด!ยวก.น (ควบค&มลิ.กษณะเน+�อ้ส.มผ.ส)

ห้าก mother liquor ม!ความบร�ส&ที่ธิ์�3 (degree of impurity) ต�"า จะที่�าให้�ได�ผลิ�กที่!"ไม�บร�ส&ที่ธิ์�3

ที่างป็ฏิ�บ.ต� mother liquor จะถู�กแยกโดยการใช่�การกรอ้งแลิะการเห้ว!"ยง แลิ�วลิ�างด�วยต.วที่�าลิะลิายบร�ส&ที่ธิ์�3 โดยป็ระส�ที่ธิ์�ภาพื่ในการที่�าให้�บร�ส&ที่ธิ์�3ย.งข��นก.บขนาดแลิะความสม�"าเสมอ้ขอ้งต.วผลิ�กด�วย

กระบวนการตกผลิ�ก1. การที่�าให้�เย*น (cooling)

2. การระเห้ย (evaporating) ผลึขอุงส��งแปลึกปลึอุม

ส.มป็ระส�ที่ธิ์�3ขอ้งการลิะลิาย (solubility coefficient)

C = ความสามารถูในการลิะลิายขอ้งต.วถู�กลิะลิายในสารลิะลิายที่!"ไม�บร�ส&ที่ธิ์�3 ณ อ้&ณห้ภ�ม�ที่!"ให้� ความสามารถูในการลิะลิายขอ้งต.วถู�กลิะลิายในต.วที่�าลิะลิายบร�ส&ที่ธิ์�3ที่!"อ้&ณห้ภ�ม�เด!ยวก.น

ถู�าม!ส�"งป็นเป็;� อ้นซู�"งที่�าให้�ค�า c มากกว�า 1 จะเร!ยกต.วถู�กลิะลิายว�า salt in

ถู�า c น�อ้ยกว�า 1 จะเร!ยกต.วถู�กลิะลิายว�า salt out เช่�น ในน��าอ้�อ้ย ม.กพื่บค�า c < 1

ความสามารถในการลึะลึาย (solubility) = น��าห้น.กส�งส&ดขอ้งต.วถู�กลิะลิายที่!"เป็�นแอ้นไฮดร.ส (anhydrous) ที่!"สามารถูลิะลิายได�ในต.วที่�าลิะลิาย 100 กร.ม ในอ้&ตสาห้กรรมอ้าห้ารน.�นต.วที่�าลิะลิายม.กเป็�นน��า

ความสามารถูในการลิะลิายเป็�นฟ=งก8ช่.นก.บอ้&ณห้ภ�ม�

ความด.นม!ผลิน�อ้ยมากต�อ้ความสามารถูในการลิะลิาย

mechanism spontaneous nucleation

เห้น+อ้เส�นอ้�"มต.วย�"งยวด (supersolubility curve) labile zone

secondary nucleation metastable region อ้.ตราเร�"มต�นขอ้งการเก�ดผลิ�กจะช่�า โมเลิก&ลิจะเข�ามารวมต.วก.นแลิ�วแยกอ้อ้กจากก.นอ้!กแลิะจะไม�เต�บโตจนกว�าจะม!การเต�มผลิ�กเพื่+"อ้ลิ�อ้ (seed crystals)

undersaturated zone ไม�ม!ผลิ�กเก�ดข��น

Equilibrium solubility ในการตกผลึ�ก

ทฤษฎี�ขอุงการตกผลึ�ก (crystallization theory)

เก�ดข��นในขอุงผสมเน'�อุเด�ยว (homogeneous mixture)

กระบวนการตกผลึ�กเก�ดจากสารลึะลึายอุ��มต)วย��งยวด (supersaturated solution) ประกอุบไปด+วย 2 ข)�นตอุน ค'อุ 1. nucleus formation หร'อุ nucleation2. crystal growth

แรงข)บด)น หร'อุ driving force ค'อุ ภาวะอุ��มต)วย��งยวด

U M IS T

I n t e r f a c e sCCCC

C o l l o i d sC r y s t a l s &

II R e s e a r c hG r o u pG r o u p

N u c l e a t i o n : a s s e m b l y p r o c e s s e s

(a) Form I

(b) Form II

(c) Form III

(d) Form IV

U M IS T

I n te r fa c e sCCCC

C o l lo id sC ry s ta ls &

II R e s e a rc hG r o u pG r o u p

Sulphathiazole

I II

III IV

Two-sized hard spheres …

4.0B

A

r

r

NaCl structure!

Andrew Schofield/Peter Pusey/NASA

ภาวะอุ��มต)วย��งยวด (supersaturation)

ระด)บขอุงความอุ��มต)วย��งยวด ค-าส)มประส�ทธิ์�/ความอุ��มต)วย��งยวด (supersaturation coefficient : S)

S = C/CO

เม'�อุ C = ความเข+มข+น (w/w) ขอุงต)วถ0กลึะลึายในต)วท�าลึะลึายท��อุ�ณหภ0ม�หน��ง

CO= ความเข+มข+น (w/w) ขอุงต)วถ0กลึะลึายในต)วท�าลึะลึายในสารลึะลึาย อุ��มต)วท��อุ�ณหภ0ม�เด�ยวก)น

S > 1 เป2นสารลึะลึายอุ��มต)วย��งยวด S = 1 เป2นกราฟการลึะลึาย

ค�ณสมบ)ต�ทางกายภาพขอุงการเร��มเก�ดน�วคลึ�ไอุ

ส)มประส�ทธิ์�/การแพร-ลึดลึงอุย-างมากเม'�อุความเข+มข+นเพ��มข��น (สภาพอุ��มต)วย��งยวดอุย-างมาก) ขณะท��ความหน'ดก4เพ��มข��นอุย-างมากด+วย

Supersaturation,

crit.

Nu

cle

atio

n r

ate

, J