12-1结晶.ppt

《12-1结晶.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、化工原理(下)第12章其他分离方法12.1结晶12.1.1结晶概述1、结晶的概念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，是获得高纯度固体物质的基本单元操作。结晶过程分类：溶液结晶、熔融结晶、升华结晶、沉淀结晶。2、结晶的特点（1）能从杂质多的溶液或熔融混合物中产生纯洁的晶体；（2）能耗少，操作温度低，无“三废”排出；（3）结晶属于传质、传热过程，还涉及表面反应，过程复杂；（4）结晶产品包装、储运方便。12.1结晶3、晶体性质晶体是化学均一，具有规则形状的固体；晶体的微观质点（原子、分子）在空间按点阵规律排列；晶体晶面光洁、平滑，大小不一但

2、晶面角相等；晶体按晶面角和晶轴长度可分为七类：三斜晶体、三方晶体、单斜晶体、斜方晶体、四方晶体、六方晶体、立方晶体。晶体的七种晶系4、结晶过程第一步：成核过程：产生微小的但能够成长的小晶体。第二步：晶核成长：以形成的微小晶体为核心，成长为宏观晶体。结晶推动力：溶液的过饱和度。晶浆（晶糊）：结晶出的晶体和余下的溶液的混合物。母液：从晶浆中去掉晶体后剩下的液体。5、结晶的质量指标——晶体大小和晶粒分布。溶解度曲线—溶解度与温度的关系曲线。2、溶液的相平衡以温度为纵坐标，浓度为横坐标得到溶液物系的平衡曲线，一般有两条:低浓度区—冰点线高浓度区—溶解度曲线两线的交

3、点—低共熔点结晶是以溶解度曲线为基础进行的操作。以冰点线为基础的操作为冷冻浓缩。12.1.2结晶过程的相平衡1、溶解度及溶解度曲线溶解度CS—容剂能溶解溶质的最大程度。影响溶解度的因素：容质性质、温度、压强等。●●●●12.1.2结晶过程的相平衡3、溶液的过饱和饱和溶液—浓度恰好等于溶解度的溶液。过饱和溶液—浓度大于溶解度的溶液。理论上：凡过饱和溶液都会有固体溶质析出。实际上：只有当过饱和达到某种程度才会有固体溶质析出——过饱和度——过饱和溶液——超溶解度曲线(过溶度曲线)。稳定区介稳定区不稳定区不稳定区B过溶度曲线C溶解度曲线AE介稳定区稳定区温度浓度1

4、2.1.3结晶过程的动力学结晶过程的推动力：过饱和度△C=C-CS过冷度△T=TS-T（溶液在某一温度TS下饱和，然后再降温至T，其温差叫过冷度，其实质还是形成过饱和度）1、成核晶核——直径大于某一临界半径能够成长的微小晶体。1)成核的方式：自然成核：均相初级成核和非均相初级成核；二次成核：在已有晶体条件下产生的晶核。2)工业上成核（起晶）的方法：（1）晶种起晶法：在介稳区投入一定大小和数量的晶种粉体。（2）自然起晶法：在不稳区下均相成核和非均相成核；（3）二次起晶法：晶核形成于结晶液中已经存在的大量晶体。二次起晶因操作稳定、易控制，并可在低饱和读下进行，

5、被广泛应用。3)影响成核(速度)的因素(1)溶液推动力△C:△C↑,成核(速度)↑——晶核多但晶核过多，晶粒小，产品质量↓——推动力△C应适当。（2）机械作用的影响：一般搅拌，成核(速度)↑，但其机理不祥；震荡、超声波、电磁场等对其也有影响。（3）杂质影响：可能增加成核(速度)，也可能减少成核(速度)，没普遍规律。12.1.3结晶过程的动力学2、晶体的成长晶核形成后,溶质质点会继续一层一层地在晶体表面有序排列,晶体将长大——晶体的成长。晶体的成长推动力——过饱和度晶体的成长过程，分三步：（1）扩散过程：溶质质点主流体晶体表面扩散。（2）表面反应过程：溶质质

6、点从晶体表面嵌入晶面，放出热量。（3）传热过程：结晶热传向主流体晶体的成长速率：kg/s晶体的成长速度U：m/s晶体的成长外形遵从几何相似原则，晶体的成长速度遵从“△L定律”晶体成长示意图晶体正在成长晶面溶液主体液膜扩散推动力表面反应推动力2、影响晶体的成长的因素(1)溶液推动力△C:△C↑(饱和度高)，晶体的成长速度↑因晶核多——得到晶体颗粒多，晶粒小的产品。△C↓(饱和度底)，晶体的成长速度受抑，——得到晶体颗粒少，晶粒大的产品。（2）温度的影响：温度通过对扩散速度、溶解度、粘度等的影响来影响结晶，影响大，但无普遍规律；（3）机械作用的影响：一般搅拌，

7、成长速度)↑，但其机理不祥；流动等对其也有影响。（4）杂质及媒晶剂的影响：有的杂质可能在特定晶面上有吸附作用，不仅影响到晶体成长，还会使晶体发生变形，成为异型晶体（如食盐为立方形，添加微量铁氰化钾后产生树枝壮晶体），此种杂质称媒晶剂。12.1.4结晶方法与设备1、结晶操作流程结晶操作流程主要分两步：一是建立过饱和度并控制过饱和度；二是从母液中分离成长达到预期大小的晶体。具体流程：原料——过饱和液——成核——养晶——晶体分离——晶体母液确定结晶方法的原则：结晶效率高；晶形大小符合工艺要求。2、工业上建立过饱和的方法1）冷却结晶（不移出溶剂）（a）间接换热冷却

8、结晶——通过间壁式换热冷却来实现过饱和度（过冷度）。（b）直接换热