结晶原理与结晶器讲座课件.ppt

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1、结晶原理与结晶器讲座赵彦宏2008.5内蒙古大学化学化工学院工业结晶的基本概念主要内容：结晶的动力学、热力学原理结晶过程以及晶体形貌、粒度的影响因素晶体相关数据的测定、分析结晶罐、搅拌器的介绍等电点结晶、共沸结晶技术一、工业结晶的基本概念1、结晶：固体物质呈晶态从蒸汽、溶液或熔融物质中析出的过程。工业结晶过程是一个复杂的多相传热、传质过程，最大生产能力由热力学相平衡数据确定。结晶是一个可逆的相变过程，可分为溶液结晶、熔融结晶、升华结晶及沉淀结晶四大类，其中溶液结晶是化学工业中最常采用的结晶方法。过饱和度是溶液结晶的推动力。2、溶液结晶的基本类型：结晶类型产

2、生过饱和度的方法1、冷却结晶2、蒸发结晶3、真空结晶4、反应结晶5、沉淀结晶6、加压结晶7、等电点结晶降低温度溶剂的蒸发溶剂的闪蒸由于放热效应移去溶剂外加物质以降低溶解度改变压力，降低溶解度控制pH值，降低溶解度３、结晶过程的特点：（2）、能从杂质含量相当多的溶液或多组元的熔融混和物中，分离出高纯或超纯的晶体。（3）、对于许多难分离的混和物系，例如同分异构体混和物，共沸物系，结晶方法效果较好。（1）、作为一个分离过程，结晶与蒸馏及其它常用的分离方法相比较，能量消耗低。（4）、结晶是一个很复杂的单元操作，是多相、多组分的传热传质过程，涉及到表面反应过程。（5

3、）、结晶产品，无论包装、运输、贮存或使用都比较方便。二、结晶热力学、动力学原理1、结晶热力学、溶液的性质溶解度是状态函数、随温度和压力而改变。压力恒定时，溶解度的经验表达式：当溶质粒子小到微米级时，溶解度不仅是温度的函数，而且是粒度的函数：—粒径为r的溶质溶解度—正常平衡溶解度—溶质分子质量—结晶界面张力—固体密度—每摩尔电解质形成离子摩尔数—粒子半径溶液的过饱和、超溶解度曲线、介稳区过饱和：溶液含有超过饱和量的溶质。超溶解度：标志溶液过饱和而欲自发产生晶核的极限浓度。介稳区：超溶解度曲线与溶解度平衡曲线之间的区域。测定过饱和度的方法测量技术测量方法测量的

4、量声学超声波声速化学滴定浓度指示剂颜色电导Kohelrausch池、感应电导率电位测量Ionspecific离子电极、膜离子电导率光学折射仪、干涉仪折射率、干涉旋光计、浊度计偏振面旋转、浊度光谱分光光度计、红外光谱吸收谱辐射线测定核放射吸收谱重力密度计密度粒子分析粒度分布仪粒度分布、粒子密度溶解度温度介稳溶液（介稳区）超溶解度曲线（过饱和曲线）不稳区稳态溶液Fig.1温度-溶解度图2、结晶动力学晶核的生成：在过饱和溶液中形成的新相（固相）的结晶微粒称为晶核。初级成核：无晶体存在下的成核二次成核：有晶体存在下的成核初级成核可分为：均相初级成核非均相初级成核均

5、相初级成核速率：均相初级成核：是指在完全洁净的过饱和溶液中，溶质分子、原子或离子构成的运动单元，互相碰撞结合形成晶胚线体，晶胚线体可逆的解离或生长。非均相初级成核速率：—表观界面能Es—　晶体的表面能B0—成核速率；Zc—频率因子；γ—每个溶质分子中的粒子数目；Na—阿弗加德罗常数；R—　气体常数；Es—　晶体的表面能；Vm—　晶体的摩尔体积。结晶过程成核与生长推动力：—玻尔兹曼常数；—溶液中溶质的活度；—平衡状态时溶质的活度。在工业结晶中，一般使用如下简单的经验关联式：—速率常数—过饱和度初级成核速率：二次成核速率：—能量输入项—二次成核速率常数—悬浮密

6、度—绝对过饱和度总成核速率：—总成核速率常数晶核的生长：一旦晶核在溶液中生成,溶质分子或离子会一层层排列上去形成晶粒。晶习、晶体粒度、纯度、强度、完美性等，都源于晶体的生长过程。经典的扩散理论认为溶液中晶体的生长主要由三步组成：（1）、溶质分子从溶液主体到结晶表面的扩散；（2）、溶质分子嵌入晶格中的表面反应；（3）、结晶热从结晶表面到溶液主体的传递。Fig.2溶液结晶的浓度推动力晶体吸附层晶体与溶液界面静止液层扩散推动力表面反应推动力CCiCj晶体生长速率：——生长速率常数晶体的粒度(sizeofcrystal)：是指晶体的粒径大小。晶体的晶习（habit

7、ofcrystal）：是指晶体的生长习性，是指一种晶体在一定物理、化学条件下的结晶形态特征，也就是说，同一种晶体在不同的生长条件下，其晶体形态也会有所不同，因为晶体的结晶形态除了与晶体内部的结构有关之外，还与生长时的物理、化学条件密切相关，在不同的结晶条件下可以得到不同的晶习。三、等电点结晶等电点结晶：利用溶质在溶液中的溶解度随溶液pH值的变化而变化，在等电点溶解度最小的原理，通过控制溶液的pH值，在等电点将溶质从溶液中结晶的方法。1、以6-APA（6-AminopenicillanicAcid）为例：NH2OSCH3CH3COOH6-APA工业制备方法：

8、霉法裂解青霉素G钾盐在溶液中，6-APA是一种两性电解质，以三种阳