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The first value is a consequence of the physical characteristics of the solution, while the other define a difference between a well- and poorly designed crystallizer.

===Main crystallization processes===

===Classificazione dei processi di cristallizzazione===

The main factors influencing solubility are, as we saw above:

Poiché i fattori che influenzano la [[solubilità]] sono soprattutto [[concentrazione]] e [[temperatura]], si possono distinguere due famiglie di cristallizzatori:

* Concentration

*i cristallizzatori raffreddanti

* Temperature

*i cristallizzatori evaporativi

so we may identify two main families of crystallization processes:

* Cooling crystallization

* Evaporative crystallization

this division is not really clear-cut, since hybrid systems exist, where cooling is obtained through [[evaporation]], thus obtainning at the same time a concentration of the solution.

essendo però chiaro che la distinzione non è così netta, in quanto esistono degli ibridi, nei quali il raffreddamento avviene per [[evaporazione]], e quindi con contemporanea [[concentrazione]] della [[soluzione]].

A crystallization process often referred to in [[chemical engineering]] is the ''fractional crystallization''. This is not a different process, rather a special application of one (or both) of the above.

====Cristallizzazione per raffreddamento====

=====Applicazione=====

La grande maggioranza dei composti chimici, uniti in soluzione alla grande maggioranza dei [[solventi]] hanno caratteristiche di solubilità cosiddetta ''diretta'', ossia il valore di solubilità cresce al crescere della temperatura.

[[Image:Solubilita_Na2SO4.png|right|thumb|Solubilità del sistema Na₂SO₄ - H₂O]]

È quindi evidente che, se le condizioni lo consentono, raffreddando la [[soluzione]] ho formazione di [[cristallo]], col vantaggio aggiuntivo di ottenere una concentrazione residua inferiore. Ovviamente il concetto di raffreddamento è relativo: negli [[acciaio|acciai]] si ottengono cristalli di [[austenite]] a temperature ben oltre i 1000 °C. Questo tipo di processo è impiegato, ad esempio, nella cristallizzazione del [[solfato di sodio|sale di Glauber]]. Si osservi nella figura, che mostra in [[ascissa|ascisse]] le temperature, e in [[ordinata|ordinate]] il valore di [[solubilità]] in [[percentuale]] in peso, come la [[solubilità]] del solfato diminuisca rapidamente al di sotto dei 32.5 °C. Se ho ad esempio una [[soluzione]] satura a 30 °C, e la raffreddo a 0 °C (cosa possibile grazie all'[[abbassamento crioscopico]]), ottengo la precipitazione della quantità di solfato che compete alla riduzione della solubilità dal 29 % al 4.5 % circa (in realtà un po' di più, poiché il solfato, precipitando in forma decaidrata, sottrae [[acqua]], cioè solvente, alla massa, aumentando così la propria concentrazione).

====Cooling crystallization====

I limiti di impiego dei cristallizzatori per raffreddamento stanno nei seguenti aspetti:

=====ApplicazioneApplication=====

*a bassa temperatura, molti composti precipitano in forma idrata: ciò è accettabile nel caso del [[solfato di sodio|sale di Glauber]], ma in altri casi può essere indesiderato, ad esempio perché l'acqua di cristallizzazione necessaria alla forma stabile è più di quella disponibile nella [[soluzione]], causando la formazione di un blocco unico (caso ad esempio del [[cloruro di calcio]]);

Most of [[chemical compounds]], dissolved in most solvents, show the so-called ''direct'' solubility that is, the solubility threshold increases with temperature.

*poiché la cristallizzazione avviene per raffreddamento, si ha la massima sovrasaturazione nei punti più freddi. Questi, nella maggioranza dei casi, sono i tubi dello [[scambiatore di calore]] che quindi diventano sensibili al deposito di cristalli, con conseguente riduzione o cessazione dello [[scambio termico]];

[[Image:Solubilita_Na2SO4.png|right|thumb|SolubilitàSolubility delof sistemathe system Na₂SO₄ - H₂O]]

* al diminuire della [[temperatura]], in genere aumenta la [[viscosità]] delle soluzioni. Una [[viscosità]] alta, oltre a dare problemi di pompaggio, può disturbare il processo di cristallizzazione a causa del [[regime laminare]] che genera.

So, whenever the conditions are favorable, I will obtain the formation of crystals by cooling the solution. Here ''cooling'' is a relative term: [[austenite]] crystals in a steel form well above 1000 [[°C]]. An example of this crystallization process id the production of [[sodium sulphate|Glauber's salt]], a crystalline form of [[sodium sulphate]]. In the picture, where equilibrium temperature is on [[Cartesian_coordinates|x-axis]] and equilibrium concentration (as mass percent of solute in saturated solution) in [[Cartesian_coordinates|y-axis]], it is clear that sulphate solubility quickly decreases below 32.5 °C. Assuming I have a saturated solution at 30 °C, by cooling it to 0 °C (note that this is possible thanks to the [[freezing-point depression]]), I obtain the precipitation of a mass of sulphate corresponding to the change in solubility from 29 % (equilibrium value at 30°C) to approximately 4.5 % circa (at 0°C) - actuallya larger crystal mass is precipitated, since sulphate entrains [[Mineral hydration| hydration]] water, and this has the side effect of increasing the final concentration.

*e, soprattutto, non è applicabile ai composti che hanno caratteristica di [[solubilità]] inversa, per i quali cioè la [[solubilità]] decresce al crescere della temperatura (si veda in figura l'andamento oltre la temperatura di transizione di 32,5 °C).

There are of course limitation in the use of cooling crystallization:

=====Costruzione=====

* Many solute precipitate in hydrate form at low temperatures: in our previous example, this is acceptable, and even useful, but it may be detrimental when, for example, the mass of hydration water to reach a stable hydrate crystallization form is more than the available water: a single block of hydrate solute will be formed - this is the case of [[calcium chloride]]);

* Maximum supersaturation will take place in coldest points. These may be the heat exchanger tubes, so becoming sensitive to scaling, and [[heat exchange]] may be greatly reduced or dicontinued;

* A decrease in temperature usually implies an increase of the [[viscosity]] of a solution. Too high a viscosity may give hydraulic problems, and the [[laminar flow]] thus created may affect the crystallization dynamics.

* It is of course not applicable to compounds having ''reverse'' solubility, a term to indicate that solubiliti increases with temperature decrease (an example is sodium sulphate in the picture, where solubility is reverse above 32.5 °C).

=====Construction of a crystallizer=====

I più semplici cristallizzatori per raffreddamento sono dei [[serbatoi]], agitati, in cui si ottiene un abbassamento della temperatura per [[scambio termico]] con un fluido intermedio freddo che circola nella camicia. Macchine così semplici sono impiegate nei processi discontinui, ad esempio nell'[[industria farmaceutica]], ma sono soggette a frequente sporcamento delle superfici di scambio, e quindi a pulizie frequenti.

[[Image:DTB_Xls.png|frame|left|Cristallizzatore tipo DTB]]

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Qualunque sia la forma del cristallizzatore, per tenere conto dei parametri sopra indicati, è importante controllare il tempo di ritenzione e la quantità di cristalli, in modo da ottenere le migliori condizioni di superficie specifica del cristallo, e quindi l'accrescimento più rapido. Ciò si ottiene realizzando una zona di separazione dei cristalli dalla massa liquida, solitamente per [[sedimentazione]] naturale. In genere i cristalli vengono riciclati nella massa liquida, mentre la soluzione chiarificata (ed esausta) viene estratta. Un caso tipico di applicazione è il cristallizzatore tipo DTB (''Draft Tube and Baffle''), ideato da Richard C. Bennett alla fine degli anni '50. (si narra anzi che il nome derivi da quello dell'inventore, detto Dick Bennett, ma nessuno ha mai trovato la ragione della T). Nel DTB (vedi figura) la circolazione è assicurata da un elica a flusso assiale (in giallo) intubata che spinge verso l'alto, mentre all'esterno del cristallizzatore vero e proprio vi è una corona circolare in cui la soluzione esausta risale a bassa velocità, consentendo la sedimentazione dei cristalli, che vengono risucchiati dal flusso discendente. Si ottiene così un controllo quasi perfetto di tutti i parametri della cristallizzazione.

====CristallizzazioneEvaporative evaporativacrystallization====

L'altra possibilità è di sfruttare, a temperatura più o meno costante, la precipitazione dei cristalli all'aumentare della concentrazione del [[soluto]] al di sopra del limite di [[solubilità]]. Per fare ciò devo rimuovere parte del solvente, e questo viene fatto per [[evaporazione]].

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[[de:Kristallisation]]

[[en:Crystallization processes]]

[[es:Cristalización]]

[[it:cristallizzazione]]

[[nl:Kristallisatie]]

[[simple:Crystallization processes]]