结晶方法和结晶器课件.ppt

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1、第十章结晶结晶是固体物质以晶体状态从蒸气、溶液或熔融物中析出的过程。在化工生产中，常遇到的情况是固体物质从溶液中结晶出来，以达到溶质与溶剂分离的目的，本章重点讨论这种结晶过程。结晶在化工生产中的应用主要是分离和提纯，它不仅能从溶液中提取固体溶质，而且能使溶质与杂质得以分离，提高纯度。由于结晶制取的固体产品纯度高，外表美观，形状规范，便于干燥、包装、运输和储存，所以它在生产中得到广泛应用，是一个重要的化工单元操作。第一节结晶过程的理论基础一、基本概念（1）晶体是内部结构的质点元素（原子、离子或分子）作三维有序规则排列的固体

2、物质，具有规则的几何外形。晶体中每一宏观质点的物理性质和化学组成都相同。当物质在不同的条件下结晶时，所成晶体的形状、大小、颜色等可能不同。例如，因结晶温度的不同，碘化汞的晶体可能是黄色或是红色；氯化钠从纯水溶液中结晶时，为立方晶体，但若水溶液中含有少量尿素，则形成八面体的结晶。物质从水溶液中结晶出来，有时形成晶体水合物。晶体水合物中所含有的水分子，称为结晶水。结晶水的存在不仅影响晶体的形状，也影响晶体的性质。例如，CuSO4溶液在240℃以上结晶时，得到的是白色三棱形针状无水硫酸铜（CuSO4）晶体；而在常温结晶时，得到

3、的则是含有5个结晶水的蓝色大颗粒的CuSO4·5H2O晶体。晶体从溶液中析出后，便可进一步用沉降、过滤、离心分离等方法使其与溶液分离。结晶出来的晶体和剩余的溶液所构成的混合物称为晶浆。分离出晶体后剩余的溶液称为母液。为了保证结晶产品的纯度，生产中，通常在对晶浆进行母液分离后，再用适当的溶剂对固体进行洗涤，以尽量除去由于粘附和包藏母液所带来的杂质。二、结晶过程的相平衡1．溶解度和溶解度曲线（1）溶解度一定条件下，溶解达平衡时的溶液称为饱和溶液，饱和溶液中溶质的浓度称为此条件下该溶质的溶解度。溶质浓度超过溶解度的溶液称为过饱

4、和溶液。显然，溶质可以继续溶解于未饱和的溶液中，直至达到饱和为止。过饱和溶液析出过多的溶质后成为饱和溶液，即结晶只能在过饱和溶液中进行。溶解度常用的表示方法有：溶质在溶液中的质量分数、kg溶质∕100kg溶剂以及mol溶质∕㎏溶剂等。物质的溶解度与其化学性质、溶剂的性质及温度有关。一定物质在一定溶剂中的溶解度主要随温度变化，而随压强的变化很小，常可忽略不计。因此溶解度的数据通常用溶解度对温度所标绘的曲线来表示。（2）溶解度曲线以溶解度为纵坐标，以温度为横坐标，标绘出溶解度随温度变化的关系曲线，这条曲线称为溶解度曲线。某种

5、物质的溶解度曲线就是该物质的饱和溶液曲线。各种物质的溶解度曲线可通过实验确定，图10－1为某些常见盐在水中的溶解度曲线。从图10－1中可以看出，溶解度曲线有三种类型：第一类是曲线比较陡，表明这些物质的溶解度随温度升高而明显增大，如KNO3、Al2（SO4）3等；第二类是曲线比较平坦，表明溶解度受温度的影响并不显著，如NaCl、KCl等；第三类是溶解度曲线有折点，表明物质的组成有所改变，如Na2SO4在305.5K以下为含10个结晶水的盐，溶解度随温度的升高而增大，在305.5K以上时则转变成了无水盐，溶解度随温度的升高而

6、缓慢下降。溶解度曲线对结晶操作的指导意义：①选择结晶方法。对于溶解度随温度变化敏感的物质，可选用变温结晶的方法；对于溶解度随温度变化缓慢的物质，可采用移出部分溶剂的结晶方法。②计算结晶过程的理论产量。通过物质在不同温度下的溶解度数据可以计算结晶过程的理论产量。2．过溶解度曲线与介稳区（1）过饱和溶液与过饱和度①过饱和溶液在一定条件下，溶液中所含溶质的量超过该溶质的溶解度时，称为过饱和溶液。实际生产中的结晶操作，都是利用过饱和溶液来制取晶体。将饱和溶液谨慎、缓慢地冷却，并防止掉进固体颗粒，可制得过饱和溶液。②过饱和度溶液过

7、饱和的程度称为过饱和度。过饱和度是结晶的推动力。过饱和度常用以下两种方法表述。用浓度差表示△C＝C－C*（10-1）用温度差表示△t＝t*－t（10-2）（2）过溶解度曲线与介稳区①过溶解度曲线表示能自发地析出结晶的过饱和溶液的浓度与温度的关系曲线称为过溶解度曲线。它与溶解度曲线大致平行，其位置受多种因素影响。②浓度-温度图的三个区域溶解度曲线以下为稳定区，在此区内溶液未达饱和，没有晶体析出的可能；两曲线之间为介稳区，此区虽为饱和溶液，但不会自发地析出晶体，若加入晶种，能促使溶液析出晶体，通常结晶操作都在介稳区内进行；过

8、溶解度曲线以上为不稳区，溶液处在此区内，能自发地产生晶核。三、结晶过程结晶过程包括晶核的形成和晶体的成长两个阶段。即首先是产生晶核作为结晶的核心；其次是晶核长大成为宏观的晶粒。1．晶核的形成在过饱和溶液中产生晶核的过程称为晶核的形成。晶核形成的方式有两种：初级成核和二次成核。在没有晶体存在的过饱和溶液中产生晶核的过程