第十一章工业结晶技术ppt课件.ppt

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1、2021/8/3生物分离过程的一般流程第十一章结晶技术第一节基本概念第二节结晶热力学与动力学第三节结晶操作和结晶设备了解结晶的基本概念，结晶过程的热力学与结晶过程的动力学。结晶含义固体物质以晶体状态从溶液、熔融混合物或蒸气中析出的过程。第一节基本概念固体产品可分为晶体和无定型两类。晶体:原子、离子或分子按一定的空间次序排列而形成的固体。无定型:粒子的无规则排列-沉淀。晶体结构与特性晶格：构成晶体的微观质点在晶体所占有的空间中按三维空间点阵规律排列，各质点间在力的作用下，得以维持在固定的平衡位置，彼此之间保持一定距离的结构。晶体按其晶格结构可分为七种晶系晶体结构与特性晶形

2、(晶习)：晶体的宏观外部形状。它受结晶条件或所处的物理环境的影响比较大，对于同一种物质，即使基本晶系不变，晶形也可能不同，如六方晶体，它可以是短粗形、细长形或带有六角的薄片状，甚至旱多棱针状。如果生长环境好，则可形成有规则的多面体外形多面体。结晶多面体的面称为晶面，棱边称晶棱。晶体结构与特性自范性：晶体具有自发地生长为多面体结构的可能性。即晶体常以平面作为与周围介质的分界面。均匀性：晶体中每一宏观质点的物理性质和化学组成都相同(因内部晶格相同)。正因为有了晶体的均匀性这一性质，才保证了工业生产的晶体产品具有高的纯度。各向异性：晶体的几何特性及物理效应常随方向的不同而表现

3、出数量上的差异的性质。结晶过程_特点高排它性：“格格不入”----只有同类分子或离子才能排列成晶体，因此结晶过程具有良好的选择性。易分离性：在结晶过程中，溶液中大部分的杂质会留在母液中，再通过过滤、洗涤，可以得到纯度较高的晶体。结晶过程具有成本低、设备简单、操作方便，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。结晶产品包装、运输、储存或使用都很方便。第二节结晶热力学与动力学液固平衡：任何固体物质与其溶液相接触时，当溶液尚未饱和，则固体溶解；当溶液恰好达到饱和，则固体溶解与析出的量相等，此时固体与其溶液已达到相平衡。溶解度：固液相平衡时，单位质量的溶剂所能

4、溶解的固体的质量。溶解度的影响因素：溶质溶解度与温度、溶质分散度（晶体大小）、溶质及溶剂的性质、温度及压强有关。结晶过程原理_液固平衡溶解度曲线:溶解度对温度之间的关系曲线。正溶解度特性：溶解度随温度的升高而增加，在溶解过程中需要吸收热量的特性。L一维生素C、L一精氨酸逆溶解度特性：物质的溶解度随温度升高反而下降，在溶解过程中放出热量的特性有一些形成水合物的物质，在其溶解度曲线上有折点，对应存在不同水分子数的水合物之间的变态点。如L一精氨酸、柠檬酸等。饱和溶液：溶液恰好饱和，溶质既无溶解也无结晶，即溶质与溶液处于平衡状态，此溶液称为饱和溶液。未饱和溶液：若添加固体则固体

5、溶解。过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解度时，该溶液称之为过饱和溶液。过饱和度：同一温度下，过饱和溶液与饱和溶液的浓度差。溶液的过饱和度是结晶过程的推动力。结晶过程原理_过饱和溶液饱和曲线：溶解度曲线。饱和曲线是固定的。不饱和曲线受搅拌、搅拌强度、晶种、晶种大小和多少、冷却速度的快慢等因素的影响。稳定区：溶液尚未饱和，没有结晶的可能。介稳区：也不会自发产生晶核，但如已有晶核，则晶核长大而吸收溶质直至浓度回落到饱和线上。不稳区：能自发产生晶核。结晶过程原理_介稳区结晶过程原理_成核–动力学从不饱和溶液里析出晶体，要经过下列步骤：不饱和溶液→饱和溶液→过饱和溶液→晶核的产生→

6、晶体生长等过程。结晶过程原理_成核晶核的产生晶核:过饱和溶液中新生成的微小晶体粒子，是晶体生长过程的核心。晶核的大小粗估为数十纳米至几微米。成核速率：单位时间内在单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；晶胚:在晶核形成之初，快速运动的溶质质点相互碰撞结合成的线体单元，线体单元增大到一定限度后粒子。晶胚极不稳定。晶胚生长到足够大，能与溶液建立热力学平衡时称之为晶核。初级成核：在没有晶体存在的条件下自发产生晶核的过程。初级成核分为均相和非均相初级成核。均相初级成核：洁净的过饱和溶液进入介稳区时，还不能自发地产生晶核，只有进入不稳区后，溶液才能自

7、发地产生晶核。非均相初级成核：溶液中有外来固体物质颗粒，如大气中的灰尘或其他人为引入的固体粒子，这些外来杂质粒子对初级成核过程有诱导作用。非均相成核可在比均相成核更低的过饱和度下发生。结晶原理_初级成核成核方式可分为初级成核和二次成核两类。二次成核：在已有晶体的条件下产生晶核的过程。二次成核的机理主要有流体剪应力成核和接触成核。剪应力成核：当过饱和溶液以较大的流速流过正在生长中的晶体表面时，在流体边界层存在的剪应力能将一些附着于晶体之上的粒子扫落，而成为新的晶核。接触成核：在过饱和溶液中，晶体只要与固体物进行能量很低的接触，就会产生大量的