化工原理-結(jié)晶課件

1、化工原理結(jié)晶化工原理結(jié)晶結(jié)晶工業(yè)結(jié)晶方法與設(shè)備溶液的過飽和與介穩(wěn)區(qū)結(jié)晶機(jī)理與動(dòng)力學(xué)相平衡與溶解度結(jié)晶的基本概念結(jié)晶工業(yè)結(jié)溶液的結(jié)晶相平衡結(jié)晶的溶液結(jié)晶（一）結(jié)晶的基本概念1.什么是結(jié)晶 所謂結(jié)晶是指物質(zhì)以晶體的狀態(tài)從溶液、熔融混合物或蒸氣中析出的過程稱為結(jié)晶(crystallization)，結(jié)晶是生物化工生產(chǎn)中，獲得純固態(tài)物質(zhì)的一種重要的分離方法。 例如：巖白菜素(溶液) 巖白菜素(飽和液)降溫蒸發(fā)溶劑苯甲酸萘(混熔物) 苯甲酸(晶體)+ 混熔物降溫硫(固體) 硫(蒸氣) 硫(結(jié)晶)加熱升華降溫巖白菜素(晶體)加熱蒸發(fā)溶液結(jié)晶（一）結(jié)晶的基本概念1.什么是結(jié)晶 所謂結(jié)晶是還可分為間歇式和連續(xù)

2、式。還分為無攪拌式和有攪拌式。 2.結(jié)晶操作的類型結(jié)晶溶液結(jié)晶升華結(jié)晶沉淀結(jié)晶熔融結(jié)晶還可分為間歇式和連續(xù)式。還分為無攪拌式和有攪拌式。 2.結(jié)晶3、結(jié)晶過程的特點(diǎn)（1）能從雜質(zhì)含量相當(dāng)多的溶液或多組分的熔融混合物中形成純凈的晶體。而用其他方法難以分離的混合物系，采用結(jié)晶分離更為有效。如同分異構(gòu)體混合物、共沸物系、熱敏性物系等。 （2） 固體產(chǎn)品有特定的晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)(如晶形、粒度分布等)。 （3）能量消耗少，操作溫度低，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求不高，三廢排放少，有利于環(huán)境保護(hù)。 （4）結(jié)晶產(chǎn)品包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存或使用都很方便。3、結(jié)晶過程的特點(diǎn)（1）能從雜質(zhì)含量相當(dāng)多的溶液或多組分的熔（二）相平衡與溶解

3、度（1）相平衡在一定溫度下，當(dāng)固體物質(zhì)與其溶液相接觸時(shí)。溶液恰好飽和，則固體的溶解與析出的速率相等，此時(shí)固體與其溶液達(dá)到相平衡。（2）溶解度溶解度的大小可采用在一定質(zhì)量（如1000g）的溶劑中溶解的無水溶質(zhì)的質(zhì)量或物質(zhì)的量來表示。（二）相平衡與溶解度（1）相平衡溶質(zhì)的溶解度特征，既表現(xiàn)在溶解度的大小，也表現(xiàn)在溶解度隨溫度的變化： 有些物質(zhì)的溶解度隨溫度的升高而增加，稱為正溶解度， 有些物質(zhì)的溶解度隨溫度的升高而降低，稱為倒溶解度，了解物質(zhì)的溶解度特性有助于結(jié)晶方法的選擇，例如：溶解度曲線與溶液的過飽和溶質(zhì)的溶解度特征，既表現(xiàn)在溶解度的大小，也表現(xiàn)在溶解度隨溫度一些鹽的溶解度曲線Temperat

4、ure CSolubility (g of salt in 100g H2O)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0K2Cr2O7KClO3KNO3NaClKClPb(NO3)2NaNO3CaCl2氯化鈉 蒸發(fā)結(jié)晶，硝酸鉀 冷卻結(jié)晶一些鹽的溶解度曲線Temperature CSolubil(1)對(duì)于溶解度曲線隨溫度變化敏感的物質(zhì)，可選用變溫方法結(jié)晶分離；(2)溶解度隨溫度變化緩慢的物質(zhì)慢，可采用移除一部分溶劑的方法分離。溶解度曲線對(duì)操作的指導(dǎo)意義：溶解度曲線有折點(diǎn)，主要是由于物質(zhì)的組成有所改變;受溫度的影

5、響不顯著;溶解度曲線有三種類型：隨溫度升高而明顯增大;(1)對(duì)于溶解度曲線隨溫度變化敏感的物質(zhì)，可選用變溫方法結(jié)晶(三)溶液的過飽和與介穩(wěn)區(qū)如果溶液含有超過飽和量的溶質(zhì)，該溶液稱為過飽和溶液。同一溫度下，過飽和溶液與飽和溶液間的濃度差，稱為過飽和度。過飽和度是結(jié)晶過程必不可少的推動(dòng)力。溶液的過飽和度與結(jié)晶的關(guān)系可用下圖說明：(三)溶液的過飽和與介穩(wěn)區(qū)如果溶液含有超過飽和量的溶質(zhì)，該溶溶液的過飽和與超溶解度曲線溫度濃度不穩(wěn)區(qū)介穩(wěn)區(qū)穩(wěn)定區(qū)MSZW(no solids)溶解度曲線介穩(wěn)區(qū)寬度MSZW (with solids)超溶解度曲線在穩(wěn)定區(qū)（不飽和區(qū)）晶體的成核和生長(zhǎng)不會(huì)產(chǎn)生，也就是，溶質(zhì)溶解，

6、不會(huì)從溶液中結(jié)晶出來;在介穩(wěn)區(qū)，自發(fā)成核不會(huì)產(chǎn)生，但當(dāng)晶種存在時(shí)，二次成核、晶體的生長(zhǎng)會(huì)發(fā)生;在不穩(wěn)定區(qū)，自發(fā)成核會(huì)產(chǎn)生。如圖中的ABCDE點(diǎn)。 AEBCD溶液的過飽和與超溶解度曲線溫度濃度不穩(wěn)區(qū)介穩(wěn)區(qū)穩(wěn)定區(qū)MSZW（五）結(jié)晶機(jī)理與動(dòng)力學(xué)1.晶核的形成晶核過飽和溶液中最初生成的微小晶粒，晶體成長(zhǎng)過程中必不可少的。成核方式初級(jí)成核二次成核均相初級(jí)成核非均相初級(jí)成核溶液達(dá)到過飽和狀態(tài)是結(jié)晶的前提。過飽和度是結(jié)晶的推動(dòng)力。（五）結(jié)晶機(jī)理與動(dòng)力學(xué)1.晶核的形成晶核過飽和溶液中最初生2.晶體的成長(zhǎng) 在過飽和溶液中，溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在過飽和度推動(dòng)力的作用下，向晶核或加入晶種運(yùn)動(dòng)，并在其表面有序堆積，使晶核或晶種不斷長(zhǎng)大形成晶體。3.雜質(zhì)的影響一般對(duì)晶核的形成有抑制作用 對(duì)晶體的成長(zhǎng)速率的影響較為復(fù)雜，有的雜質(zhì)能抑制 晶體的成長(zhǎng)，有的能促進(jìn)成長(zhǎng)。2.晶體的成長(zhǎng) 在過飽和溶液中，溶質(zhì)質(zhì)