Apparecchiature per la cristallizzazione: tecniche di cristallizzazione comuni nell'industria alimentare

La cristallizzazione si riferisce al processo di formazione di particelle solide da una fase omogenea, che comprende la trasformazione da vapore a solido, la solidificazione di fusi liquidi e la cristallizzazione di liquidi. Nell'industria alimentare, il processo di cristallizzazione comprende: la cristallizzazione da una soluzione acquosa per ottenere un prodotto solido, il congelamento dell'acqua da una soluzione diluita per concentrare il soluto, ovvero la concentrazione per congelamento, e il successivo controllo dell'operazione di cristallizzazione per ottenere determinate proprietà reologiche.

Successivamente, l'editore presenterà diverse tecnologie e sviluppi per la produzione di cristalli:

1. Metodo di cristallizzazione per congelamento: la soluzione viene raffreddata fino a raggiungere la saturazione per produrre la cristallizzazione.

Questo metodo viene utilizzato per sostanze la cui solubilità diminuisce con il calo di temperatura, come: nitrato di ammonio, nitrato di potassio, cloruro di ammonio, fosfato di sodio, sale di Glauber, ecc. Il coefficiente di temperatura di solubilità di queste sostanze varia notevolmente. Quando la temperatura scende, la solubilità di queste sostanze diminuisce, formando una soluzione sovrasatura, in uno stato termodinamicamente instabile, il soluto cristallizzerà dalla soluzione; le sostanze chimiche sono particolarmente adatte alla separazione per cristallizzazione a freddo.

2. Evaporare e concentrare la soluzione per renderla satura e cristallizzarla: questo metodo è spesso utilizzato per sostanze con scarsa solubilità, come il sale essiccato al sole (cloruro di sodio) estratto dalle saline.

L'acqua di mare o la salamoia vengono introdotte nel campo di sale, e l'acqua evapora e viene concentrata dal vento e dal sole per cristallizzare il sale da cucina. Il "Tiangong Kaiwu" racconta che i nostri antenati adottarono questo metodo per produrre il sale.

3. Metodo di cristallizzazione frazionata: questo metodo è adatto per la differenza di solubilità di alcuni sali simili.

Grazie a questa differenza, quando i sali della miscela vengono distribuiti tra la fase solida e la fase di soluzione, i componenti a bassa solubilità si arricchiscono nella fase solida, mentre quelli ad alta solubilità rimangono nella fase liquida. Questo metodo è ampiamente utilizzato nella cristallizzazione di varie sostanze. Ad esempio, la separazione dei sali doppi degli elementi delle terre rare può essere utilizzata anche per rimuovere le componenti impure. Il processo di cristallizzazione frazionata utilizza solitamente la cristallizzazione evaporativa o la cristallizzazione per congelamento (raffreddamento).

Dopo un processo graduale, alcuni componenti insolubili e facilmente solubili saranno arricchiti rispettivamente nella prima e nell'ultima parte del processo, per formare prodotti con una purezza più elevata. Nell'industria dell'energia atomica, è richiesto zirconio contenente meno dello 0,01% di afnio, che si ottiene con il metodo di cristallizzazione frazionata di complessi di fluoro. Il vantaggio di questo metodo è la facilità di utilizzo e il consumo di reagenti. Lo svantaggio è la difficoltà di ottenere una produzione continua.

4. Cristallizzazione tramite reazione chimica: si tratta di un metodo comunemente utilizzato nell'industria. La precipitazione (cristallizzazione) del concentrato di uranio nel processo di idrometallurgia dell'uranio è un tipico processo di cristallizzazione tramite reazione chimica.

Il grado di sovrasaturazione della soluzione, la velocità di agitazione, la natura del solvente, la composizione della soluzione e il valore del pH sono tutti fattori che influenzano direttamente o indirettamente la cristallizzazione. Sono molti i fattori che influenzano il processo di cristallizzazione. Quando le condizioni di processo sono ottimali, la chiave per realizzare una produzione industriale è progettare un'eccellente apparecchiatura di reazione. Le apparecchiature di cristallizzazione possono essere suddivise in tre categorie: cristallizzatori a raffreddamento, cristallizzatori evaporativi e cristallizzatori a raffreddamento evaporativo, a seconda del metodo utilizzato per stabilire la sovrasaturazione.

Ogni categoria può essere suddivisa in base ai dispositivi interni di circolazione, agitazione e classificazione. Ad esempio, i cristallizzatori a raffreddamento possono essere suddivisi in cristallizzatori a raffreddamento a circolazione naturale e cristallizzatori a raffreddamento a circolazione forzata. Questi ultimi possono essere suddivisi in tre tipologie: con agitatore, con raschiatore rotante e con pompa a circolazione forzata.

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