新型分离技术第二章结晶ppt课件.ppt

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1、第二章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。溶液结晶熔融结晶1结晶过程的特点：（1）能分离出高纯或超纯的晶体，产品在包装、运输、储存或使用上都较方便。（2）许多难分离的混合物系适宜用结晶分离。（3）结晶能耗低得多，因结晶热一般为蒸发潜热的1/3～1/10。操作相对安全。一般无有毒废气逸出，有利于环境保护。（4）结晶是一个很复杂的分离操作，结晶过程及其设备种类繁多。2第一节基本概念晶体是内部结构的质点元(原子、离子或分子)作三维有序规则排列的固态物质。结晶多面体是指晶体所形成的有规则的多面体外形。晶面

2、是指结晶多面体的表面。棱称为晶棱。晶系是指在一定的环境中，结晶的外部形态。一、晶体的有关概念：34晶体的粒度分布是指不同粒度的晶体质量（或粒子数目）与粒度的分布关系。晶体的粒度可用一长度来度量。对于一定形状的晶体粒子，可选择某长度为特征尺寸L，该尺寸对应于体积形状因子kv和面积形状因子ka，则晶体的体积Vc和总表面积Ac可分别写成：例：对立方晶体，选择边长为特征尺寸L，则Vc＝L3，Ac＝6L2，即kv＝1，ka＝6。5二、结晶过程溶质从溶液中结晶的推动力是一种浓度差，称为溶液的过饱和度。结晶过程经历两个步骤：成核→晶体生

3、长。晶浆（悬浮体）：结晶器中由溶液结晶出来的晶体与余留下来的溶液构成的混合物。母液：晶浆去除了悬浮于其中的晶体后所余留的溶液。1、溶液结晶：62、熔融结晶：熔融结晶是根据待分离物质之间的凝固点不同而实现物质结晶分离的过程，推动力是过冷度。熔融结晶主要应用于有机物的分离提纯。熔融结晶有两种操作模式：一种是在冷却表面上沉析出结晶层固体；另一种是在熔融体中析出处于悬浮状态的晶体粒子。7第二节固液平衡固体物质的溶解度是指在一定的温度下，某物质在100克溶剂里达到饱和状态时所溶解的克数,用字母s表示，其单位是“g/100g水”。在未

4、注明的情况下，通常溶解度指的是物质在水里的溶解度。一、溶解度1、溶解度曲线溶解度曲线即溶解度对温度所标绘的曲线。正溶解度特性（如NaCl-水）逆溶解度特性（如熟石灰）82、溶解度关系（1）热力学概念和理想物系的溶解度溶质在固相和溶液中成固液平衡的条件是化学位相等。经热力学推导，得到溶液中溶质的逸度用活度系数表示：（※)式中：－－固相中溶质的逸度，Pax2－－溶质在溶液中的摩尔分数－－标准态逸度，Pa－－溶质的活度系数（※）式是任何溶质在任何溶剂中溶解度的计算通式。9由普遍化溶解度方程可得溶解度的表达式：分别用熔融焓△H

5、m和熔点温度Tm代替三相点相变焓和三相点温度，则上式变为：对于理想溶液，γ2＝1，则上式简化为：10由上式可见：☆理想溶液的溶解度随温度升高而增大，其增长速率近似与熔融热成正比；☆对于熔点相近的物质，熔融热越小，则溶解度越小；☆对于熔融热相近的物质，熔点阅越低，则溶解度越大。上式可用于比较各种溶质的相对溶解度，不可虑所选溶剂或溶质与溶剂的相互作用。若探讨溶剂的作用，必须计算活度系数。11（2）经验关系式式中：x－－溶质在溶液中的摩尔分数T－－溶液温度，Ka,b或A,B,C－－用实验溶解度数据回归的经验常数12第三节结晶

6、机理一、溶液的过饱和，超溶解度曲线及介稳区AB线－－溶解度曲线CD线－－超溶解度曲线（有多条）AB线以下－－稳定区AB线以上－－过饱和区AB与CD线之间－－介稳区CD线以上－－不稳区13过饱和度的常用表示方法：（1）浓度推动力△c：（2）过饱和度比S：（3）相对过饱和度σ：式中：c－－过饱和浓度；c*－－饱和浓度由于超溶解度曲线受搅拌强度、晶种和杂质等因素的影响，其测定是比较困难的。一种近似的方法是将介稳区宽度表示为温度差△θ的关系，其斜率取计算点溶解度曲线处的斜率，即：过饱和度的测定一般可应用平衡溶解度测定方法。

7、14二、晶核形成和成核速率晶核的形成模式大体分为两类：（1）初级成核：无晶体存在下的成核，其中又分为均相成核和非均相成核；（2）二次成核：有晶体存在下的成核，其中又分为流体剪应力、磨损和接触成核。1、初级成核（1）初级均相成核Kelvin方程描述了临界晶核与溶液过饱和度之间的关系：发生于无晶体或任何外来微粒存在的条件下。15式中：Ln－－临界晶核粒度；Vm－－晶体的摩尔体积；σ－－固体和溶液之间的界面张力；v－－每分子溶质中离子的数目；S－－过饱和度比。成核速率B0可用下式表示：式中：A－－指前因子，其理论值为1030

8、核数/（cm3s）；k－－Bolzmann常数；16（2）初级非均相成核由大气灰尘或其他外来粒子诱导的初级成核。初级成核速率BP与过饱和度的关系可用下式表示：式中：KP－－初级成核速率常数；n－－成核指数，一般大于2。KP和n的数值由具体系统的物理性质和液体力学条件而定。需指出：相对于二次成核速率，初级