传质分离技术 教学课件 作者 潘文群 何灏彦 主编 傅梅绮 主审模块四 结晶技术.ppt

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1、传质分离技术模块四结晶技术（一）知识目标1．了解结晶操作技术及其应用范围2．理解结晶操作的基本原理3．掌握结晶操作方法4．理解结晶操作设备的结构、工作原理及操作规程5．了解化工清洁化生产技术6．了解化工安全技术7．了解化工企业成本核算与财务管理一、结晶技术（二）能力目标1．能根据产品性质选择合理的结晶条件和结晶设备2．能对结晶操作的影响因素进行分析，并进行结晶操作的控制与调节（三）素质目标1．培养学生严谨的工作态度2．培养学生理论联系实际的品质3．培养学生安全生产意识4．培养学生严格执行规程的素质5．培养学生团队合作意识6．培养学生应变能力模块四、结晶技术任务单（总）高和化工有限公司硝酸钾车间

2、硝酸钾水溶液中分离硝酸钾：原料处理量为5000kg/h，温度为343K，溶质含量为45%（质量%）。任务要求：1）确定结晶方法；2）选用合适的结晶器形式；3）确定结晶操作条件（通过结晶影响因素分析）。一、结晶概述（一）、什么是结晶？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，是获得纯净固态物质的重要方法之一。（二）、结晶的分类结晶过程的实质是将稀溶液变成过饱和溶液，然后析出结晶。达到过饱和有两种方法：（1）用蒸发移去溶剂；（2）对原料冷却因溶解度下降而达到过饱和。因此结晶过程可以分为溶液结晶、熔融结晶、升华结晶和沉淀结晶。溶液结晶是工业中最常用的结晶方法，故本模块仅讨论溶液结晶。

3、（三）、结晶的基本原理1、基本概念晶体－内部结构中的质点元（原子、离子、分子）作三维有序规则排列的固态物质。晶格－假设通过原子结点的中心划出许多空间直线所形成的空间格架。晶胞—能反映晶格特征的最小组成单元。(a)晶体结构(b)晶格(c)晶胞晶体按晶格结构可分为七个晶系：六方晶系、四方晶系、三斜晶系、单斜晶系、三方晶系、正交晶系、立方晶系。对于一种晶体物质，可以属于某一种晶系，亦可能是二种晶系的过渡。简单六方六方晶系简单四方体心四方四方晶系底心单斜简单单斜单斜晶系简单三斜三斜晶系三方晶系简单三方底心正交简单正交面心正交体心正交正交晶系简单立方体心立方面心立方立方晶系2、结晶过程结晶过程是复杂的，

4、晶体的大小不一，形状各异，形成晶簇等现象，因此有时需要重结晶。3、结晶水若物质结晶时有水合作用，则所得晶体中有一定数量的溶剂分子，成为结晶水。结晶水的含量不仅影响晶体的形状，也影响晶体的性质。通常只有同类的分子或离子才能进行有规律的排列，故结晶过程有高度的选择性。通过结晶溶液中的大部分杂质会留在母液中，再通过过滤、洗涤即可得到纯度高的晶体。二、结晶设备（一）冷却结晶设备冷却结晶是指基本上不除去溶剂，而是使溶液冷却而成为过饱和溶液而结晶。适用于溶解度随温度下降而显著减小的物系。主要设备有：空气冷却式结晶器、釜式结晶器、Krystal—Oslo分级结晶器。（二）蒸发结晶设备蒸发结晶需将溶液加热到沸

5、点，并浓缩达过饱和而产生结晶。蒸发结晶有两种方法：一种是将溶液预热，然后在真空(减压)下闪蒸(有极少数是在常压下闪蒸)；另一种是结晶装置本身附有蒸发器。主要设备有：Krystal—Oslo蒸发式生长型结晶器、DTB型蒸发式结晶器。（三）直接冷却结晶设备三、结晶设备的选择结晶设备选择的一般原则：1）溶解度随温度变化大的物系应采用冷却式结晶器，反之应采用蒸发式结晶器。2)热敏性的物系应采用真空式结晶器。3)处理能力大时应采用连续结晶器，反之采用间歇式结晶器。4)对于有腐蚀性的物系，设备的材质应考虑其耐腐蚀性能。5)对于粒度有严格要求的物系，一般应选用分级型结晶器。6）对于具有特殊溶解性能的物系应根

6、据具体情况选用其他专用的结晶器。（一）溶解度与溶解度图固、液相达到平衡时，单位质量的溶剂所能溶解的固体的质量，称为固体在溶剂中的溶解度。溶解度数据通常用溶解度对温度所标绘的曲线来表示，该曲线称为溶解度曲线。物质的溶解度特征对于结晶方法的选择起决定性的作用。对于溶解度随温度变化敏感的物质，适合用变温结晶方法分离；对于溶解度随温度变化缓慢的物质，适合用蒸发结晶法分离等。图4-9几种无机物在水中的溶解度曲线四、结晶操作条件的选择（二）饱和溶液与过饱和溶液溶液的过饱和度与结晶的关系可用图4-10表示。图中AB线为具有正溶解度特性的溶解度曲线，CD线表示溶液过饱和且能自发产生晶核的浓度曲线，称为超溶解度

7、曲线。这两条曲线将浓度一温度图分为三个区域。AB线以下的区域是稳定区；AB线以上是过饱和区，此区又分为两部分：AB线和CD线之间的区域称为介稳区；CD线以上的区域是不稳区，在此区域中，溶液能自发地产生晶核。工业生产中一般都希望得到平均粒度较大的结晶产品，因此结晶过程应尽量控制在介稳区内进行，以避免产生过多晶核而影响最终产品的粒度。图4-10溶液的过饱和与超溶解度曲线（三）结晶过程的速率1.晶核的形