生化分离技术第二版课件 教学课件 作者 于文国 卞进发 主编第9章 结晶技术.ppt

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1、第九章结晶第一节结晶基本原理第二节结晶的类型第三节结晶操作控制第四节结晶技术的实施第五节结晶技术应用实例学习目标了解结晶的类型；掌握结晶的基本原理；理解结晶操作控制要点，能够找出提高晶体质量的方法；能够正确进行结晶操作，会分析结晶过程中相关问题并进行正确处理。结晶的概念溶液中的溶质在一定条件下，因分子有规则的排列而结合成晶体，晶体的化学成分均一，离子和分子在空间晶格的结点上呈规则的排列固体有结晶和无定形两种状态结晶析出速度慢，溶质分子有足够时间进行排列，粒子排列有规则无定形固体析出速度快，粒子排列无规则几种典型的晶体结构结晶的特点只有同类分子或离子

2、才能排列成晶体，因此结晶过程有良好的选择性。结晶过程具有成本低、设备简单、操作方便，晶体外观好，适于商品化及包装，同时能够满足纯度要求，广泛应用于氨基酸、有机酸、抗生素、维生素、核酸等产品的精制。第一节结晶的基本原理一、过饱和溶液的形成饱和溶液过饱和溶液：溶质只有在过饱和溶液中才能以晶体形式析出；结晶过程的实质结晶是指溶质自动从过饱和溶液中析出，形成新相的过程这一过程包括：溶质分子凝聚成固体分子有规律地排列在一定晶格中晶体的形成只有当溶质浓度超过饱和溶解度后，才可能有晶体析出。首先形成晶核，微小的晶核具有较大的溶解度。实质上，在饱和溶液中，晶核是处

3、于一种形成—溶解—再形成的动态平衡之中，只有达到一定的过饱和度以后，晶核才能够稳定存在。结晶的步骤过饱和溶液的形成晶核的形成晶体生长其中，溶液达到过饱和状态是结晶的前提；过饱和度是结晶的推动力。温度与溶解度的关系结晶也是一个质量与能量的传递过程，它与体系温度的关系十分密切。溶解度与温度的关系可以用饱和曲线和过饱和曲线表示饱和曲线和过饱和曲线稳定区和介稳区在温度-溶解度关系图中，SS曲线下方为稳定区，在该区域任意一点溶液均是稳定的；而在SS曲线和TT曲线之间的区域为介稳区，此刻如不采取一定的手段（如加入晶核），溶液可长时间保持稳定；加入晶核后，溶质在

4、晶核周围聚集、排列，溶质浓度降低，并降至SS线；介于饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线之间的区域，可以进一步划分养晶区和刺激结晶区不稳定区在TT曲线的上半部的区域称为不稳定区，在该区域任意一点溶液均能自发形成结晶，溶液中溶质浓度迅速降低至SS线（饱和）；因此，工业生产中通常采用加入晶种（加入的晶体），并将溶质浓度控制在养晶区，以利于大而整齐的晶体形成。影响溶液过饱和度的因素饱和曲线是固定的不饱和曲线受因素的影响①产生过饱和度的速度（冷却和蒸发速度）②加晶种的情况（晶种大小和多少）③机械搅拌的强度结晶与溶解度之间的关系晶体产量取决于溶液与固体之间的溶解

5、—析出平衡；固体溶质加入未饱和溶液——溶解；固体溶质加入饱和溶液——平衡（Vs=Vd）固体溶质加入过饱和溶液——晶体析出过饱和度S结晶过程和晶体的质量都与溶液的过饱和度有关，溶液的过饱和程度可用过饱和度S（%）来表示，即：——过饱和溶液的浓度，g溶质/100g溶剂；——饱和溶液的浓度，g溶质/100g溶剂。S=过饱和溶液的形成结晶的首要条件是产生过饱和，采用何种途径产生过饱和会对目标产品的规格产生重要影响，制备过饱和溶液一般有四种方法。热饱和溶液冷却（等溶剂结晶）适用于溶解度随温度升高而增加的体系；溶解度随温度升高而降低，则采用升温结晶法自然冷却、

6、间壁冷却、直接接触冷却部分溶剂蒸发法（等温结晶法）借蒸发除去部分溶剂，而使溶液达到过饱和的方法。适用于溶解度随温度降低变化不大的体系。加压、减压或常压蒸馏化学反应结晶加入反应剂或调节pH，产生一个可溶性更低的物质，当其浓度超过其溶解度时，就有结晶析出。—盐析反应结晶加入一种物质（另一种溶剂或另一种溶质）于溶液中，使溶质的溶解度降低，形成过饱和溶液而结晶析出的办法，称为盐析反应结晶。加入的溶剂必须能和原溶剂互溶。除单独使用上述四种方法外，还常将以上几种方法结合使用二、晶核的形成成核晶体生长以过饱和度为推动力，在晶体的长大过程中，仍有可能产生晶核。一种

7、是溶液过饱和后自发形成晶核的过程，称为“一次成核”。向介稳区（不能发生初级成核）过饱和度较小的溶液中加入晶种，就会有新的晶核产生，称为二次成核。在工业结晶中，二次成核过程为晶核的主要来源。成核过程从理论上可分为两类均相成核；非均相成核一次成核分为均相成核和非均相成核工业结晶的成核现象通常为二次成核二次成核中有两种起决定作用的机理：液体剪切力成核接触成核——占主导地位在工业的结晶过程中，接触成核有以下3种方式，其中又以第一种方式为主：①晶体与搅拌器螺旋桨或叶轮之间的碰撞；②晶体与晶体的碰撞；③晶体与结晶器壁间的碰撞。晶核的成核速度定义：单位时间内在单

8、位体积溶液中生成新核的数目。是决定结晶产品粒度分布的首要动力学因素；成核速度大：导致细小晶体生成因此，需要避免过量晶核的产