結(jié)晶,工程學(xué)長(zhǎng)

1、 結(jié)晶結(jié)晶 本章涉及的名記術(shù)語 2化工單元操作過程之結(jié)晶 本章培訓(xùn)目標(biāo) 1.熟知結(jié)晶過程的基本概念，掌握結(jié)晶操作的基本 原理。 2.會(huì)對(duì)結(jié)晶過程進(jìn)行簡(jiǎn)單物料衡算。 3.了解晶體生成的過程，能根據(jù)結(jié)晶操作的影響因 素進(jìn)行主要環(huán)節(jié)的控制。 4.熟知工業(yè)上常用的結(jié)晶方法，了解結(jié)晶設(shè)備的基 本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。 3化工單元操作過程之結(jié)晶 11.1 結(jié)晶過程的基本原理 結(jié)晶是使固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從氣相、溶液或熔融 的物質(zhì)中析出，以達(dá)到溶質(zhì)與溶劑分離的單元操作。 4化工單元操作過程之結(jié)晶 工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)結(jié)晶是在溶液中產(chǎn)生的。工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)結(jié)晶是在溶液中產(chǎn)生的。 主要用于混合物的分離。主要用于混合物的分離

2、。 特點(diǎn)： 結(jié)晶操作可從含雜質(zhì)量較多的溶液中分離出高純度的晶 體（形成混晶的情況除外）。 因沸點(diǎn)相近的組分其熔點(diǎn)可能顯著區(qū)別，故高熔點(diǎn)混合 物、相對(duì)揮發(fā)度小的物系及共沸物、熱敏性物質(zhì)等難分 離物系，可考慮采用結(jié)晶操作加以分離。 結(jié)晶操作能耗低，對(duì)設(shè)備要求不高，一般無“三廢”排放。 此外，結(jié)晶產(chǎn)品的外觀優(yōu)美，生產(chǎn)操作彈性較大，是很 多產(chǎn)品進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的最好、緊經(jīng)濟(jì)的方法，也是小 規(guī)模制備某些純凈物質(zhì)的最方便的方法。 5化工單元操作過程之結(jié)晶 結(jié)晶過程的基本原理 溶解與結(jié)晶 溶解性 一種物質(zhì)溶解在另一種物質(zhì)中的能力叫溶解性一種物質(zhì)溶解在另一種物質(zhì)中的能力叫溶解性。 溶解性的大小與溶質(zhì)和溶劑的性質(zhì)

3、有關(guān)。相似相溶理論認(rèn)為，溶溶解性的大小與溶質(zhì)和溶劑的性質(zhì)有關(guān)。相似相溶理論認(rèn)為，溶 質(zhì)能溶解在與它結(jié)構(gòu)相似的溶劑中。如油脂分子和有機(jī)溶劑的分質(zhì)能溶解在與它結(jié)構(gòu)相似的溶劑中。如油脂分子和有機(jī)溶劑的分 子都屬于非極性分子，兩種分子結(jié)構(gòu)相似，因此可以互溶；而水子都屬于非極性分子，兩種分子結(jié)構(gòu)相似，因此可以互溶；而水 分子是極性分子，大多數(shù)無機(jī)物分子也是極性分子，因此這些無分子是極性分子，大多數(shù)無機(jī)物分子也是極性分子，因此這些無 機(jī)物一般溶于水。機(jī)物一般溶于水。 6化工單元操作過程之結(jié)晶 溶解與結(jié)晶 結(jié)晶 在一定條件下，一種晶體作為溶質(zhì)可以溶解在某種溶劑 之中而形成溶液。在固體溶質(zhì)溶解的同時(shí)，溶液中同

4、時(shí)進(jìn) 行著一個(gè)相反的過程，即已溶解的溶質(zhì)粒子撞擊到固體表 面時(shí)，又重新變成固體而從溶劑中析出，這個(gè)過程叫結(jié)晶。 溶解與結(jié)晶是可逆過程。當(dāng)固體物質(zhì)與其溶液接觸時(shí)，如 溶液尚未飽和，則固體溶解；當(dāng)溶液恰好達(dá)到飽和時(shí)，固 體與溶液達(dá)到相平衡狀態(tài)，溶解與結(jié)晶速度相等，此時(shí)溶 質(zhì)在溶劑中的溶解量達(dá)到最大限度，如果溶質(zhì)量超過此極 限，則有晶體析出。 7化工單元操作過程之結(jié)晶 11.1.2 溶解度曲線 結(jié)晶過程是溶質(zhì)由液相轉(zhuǎn)移到固體的傳質(zhì)過程，因此遵循傳 質(zhì)的一般規(guī)律。 8化工單元操作過程之結(jié)晶 （1 1）溶解度）溶解度 定義：在一定條件下，某些物質(zhì)在水（或其他溶劑）里達(dá)到定義：在一定條件下，某些物質(zhì)在水（

5、或其他溶劑）里達(dá)到 飽和狀態(tài)時(shí)所溶解的數(shù)量，叫做這種物質(zhì)的飽和狀態(tài)時(shí)所溶解的數(shù)量，叫做這種物質(zhì)的溶解度溶解度。 通常用通常用100kg100kg溶劑中溶解的溶質(zhì)數(shù)表示。溶劑中溶解的溶質(zhì)數(shù)表示。 濃度超過溶解度的溶液稱為過飽和溶液。濃度超過溶解度的溶液稱為過飽和溶液。 顯然，溶質(zhì)可以繼續(xù)溶解于未飽和溶液中，直至濃度達(dá)到顯然，溶質(zhì)可以繼續(xù)溶解于未飽和溶液中，直至濃度達(dá)到 溶解度為止。而過飽和溶液可析出過多的溶質(zhì)成為飽和溶液，溶解度為止。而過飽和溶液可析出過多的溶質(zhì)成為飽和溶液， 即結(jié)晶只能在過飽和溶液中進(jìn)行。即結(jié)晶只能在過飽和溶液中進(jìn)行。 9化工單元操作過程之結(jié)晶 溶解度曲線 （2 2）溶解度曲線

6、）溶解度曲線 定義：一種物質(zhì)在一定溶劑中的溶解度主要隨溫度而變化。定義：一種物質(zhì)在一定溶劑中的溶解度主要隨溫度而變化。 以溶解度為縱坐標(biāo)，溫度為橫坐標(biāo)，繪制出溶解度與溫度的以溶解度為縱坐標(biāo)，溫度為橫坐標(biāo)，繪制出溶解度與溫度的 變化關(guān)系曲線，即為溶解度曲線。變化關(guān)系曲線，即為溶解度曲線。 不同無機(jī)鹽在水中的溶解度曲線 10化工單元操作過程之結(jié)晶 11.1.2 11.1.2 溶解度曲線溶解度曲線 （2 2）溶解度曲線（例圖）溶解度曲線（例圖） 大多數(shù)固體物質(zhì)的溶解度隨溫度的升高 而明顯增大，有些物質(zhì)的溶解度受溫度 變化的影響較小，曲線比較平坦，還有 一部分物質(zhì)的溶解度曲線中間有折點(diǎn)， 折點(diǎn)表明物質(zhì)

7、的組成發(fā)生變化。 溶解度曲線上各點(diǎn)表示溶液里溶質(zhì)的量 達(dá)到了對(duì)應(yīng)溫度下的溶解度，這種溶液 不能再溶解更多的溶質(zhì)，是飽和溶液。 在曲線下方的區(qū)域，表示在某一溫度時(shí)， 溶液里溶質(zhì)的質(zhì)量小于此溫度下的溫解 度，還能繼續(xù)溶解更多的溶質(zhì)，這種溶 液叫做不飽和溶液。 過飽和曲線 （1）過飽和溶液和過飽和度 11化工單元操作過程之結(jié)晶 當(dāng)溶液濃度正好等于溶質(zhì)的溶解度時(shí)，即液固達(dá)到平衡狀態(tài)當(dāng)溶液濃度正好等于溶質(zhì)的溶解度時(shí)，即液固達(dá)到平衡狀態(tài) 時(shí)，該溶液稱為時(shí)，該溶液稱為飽和溶液飽和溶液; ; 當(dāng)溶液濃度低于溶質(zhì)溶解度時(shí)，該溶液為當(dāng)溶液濃度低于溶質(zhì)溶解度時(shí)，該溶液為不飽和溶液不飽和溶液; ; 若溶液濃度大于溶解

8、度，則形成若溶液濃度大于溶解度，則形成過飽和溶液。過飽和溶液。 關(guān)于飽和溶液的幾個(gè)概念：關(guān)于飽和溶液的幾個(gè)概念： 11.1.3 過飽和曲線 （1）過飽和溶液和過飽和度 12化工單元操作過程之結(jié)晶 p 飽和溫度：飽和溫度：不飽和溶液經(jīng)過冷卻降溫而達(dá)到飽和時(shí)的溫度稱為不飽和溶液經(jīng)過冷卻降溫而達(dá)到飽和時(shí)的溫度稱為飽和飽和 溫度。溫度。 p 并不是所有的飽和溶液在冷卻后都能自發(fā)地把多余的溶質(zhì)分離出來。并不是所有的飽和溶液在冷卻后都能自發(fā)地把多余的溶質(zhì)分離出來。 如果飽和溶液純凈、無雜質(zhì)，在無攪拌和振蕩條件下冷卻，則溶液如果飽和溶液純凈、無雜質(zhì)，在無攪拌和振蕩條件下冷卻，則溶液 降到飽和溫時(shí)，即成為飽和

9、溶液，但不會(huì)有晶體析出，結(jié)果成為過降到飽和溫時(shí)，即成為飽和溶液，但不會(huì)有晶體析出，結(jié)果成為過 飽和溶液。飽和溶液。 p 過飽和度：過飽和度：常以過飽和溶液的濃度與同溫度的飽和溶液的濃度差表常以過飽和溶液的濃度與同溫度的飽和溶液的濃度差表 示示過飽和度過飽和度。即同一溫度下，過飽和溶液與飽和溶液的濃度差。 p 過飽和溶液的性質(zhì)不穩(wěn)定，如果輕微振動(dòng)或在其中加入一小顆粒溶過飽和溶液的性質(zhì)不穩(wěn)定，如果輕微振動(dòng)或在其中加入一小顆粒溶 質(zhì)時(shí)，多余的溶質(zhì)就會(huì)以晶體的形式析出，直到溶液變?yōu)轱柡腿芤嘿|(zhì)時(shí)，多余的溶質(zhì)就會(huì)以晶體的形式析出，直到溶液變?yōu)轱柡腿芤?為止。為止。因此溶液的過飽和度是結(jié)晶析出過程的推動(dòng)力因

10、此溶液的過飽和度是結(jié)晶析出過程的推動(dòng)力。 11.1.3 過飽和曲線 （2）過飽和曲線 13化工單元操作過程之結(jié)晶 p 自發(fā)地析出晶體的過飽和溶液的濃自發(fā)地析出晶體的過飽和溶液的濃 度與溫度關(guān)系的曲線稱為過飽和，度與溫度關(guān)系的曲線稱為過飽和， 也稱超溶解度曲線。它與溶解度曲也稱超溶解度曲線。它與溶解度曲 線大致相平行。線大致相平行。 p 如圖，這兩條曲線把圖形分成三個(gè)如圖，這兩條曲線把圖形分成三個(gè) 區(qū)域。區(qū)域。 過飽和曲線 溶解度曲線 穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定區(qū) 溶解曲線下方為穩(wěn)定尚未達(dá)到飽和，溶解曲線下方為穩(wěn)定尚未達(dá)到飽和， 沒有結(jié)晶的可能。沒有結(jié)晶的可能。 介穩(wěn)區(qū)介穩(wěn)區(qū) 兩曲線之間為介穩(wěn)區(qū)。在此區(qū)域中不能

11、自兩曲線之間為介穩(wěn)區(qū)。在此區(qū)域中不能自 發(fā)的析出晶體，如果在溶液中加入晶種（少量溶發(fā)的析出晶體，如果在溶液中加入晶種（少量溶 質(zhì)晶體的小顆粒），或受某些外部因素的誘發(fā)，質(zhì)晶體的小顆粒），或受某些外部因素的誘發(fā)， 會(huì)析出晶核且逐漸成長(zhǎng)。會(huì)析出晶核且逐漸成長(zhǎng)。 不穩(wěn)區(qū)不穩(wěn)區(qū) 過飽和曲線以上為不穩(wěn)定區(qū)。溶液過飽和曲線以上為不穩(wěn)定區(qū)。溶液 處于這個(gè)區(qū)域內(nèi)，將自發(fā)地析出大量細(xì)處于這個(gè)區(qū)域內(nèi)，將自發(fā)地析出大量細(xì) 小晶體。小晶體。 11.2 結(jié)晶過程的物料衡算 對(duì)總量進(jìn)行物料衡算，則 14化工單元操作過程之結(jié)晶 結(jié) 晶 器 F，wF W E M,wM WMEF (11-1)(11-1) 對(duì)溶質(zhì)進(jìn)行物料衡算，

12、則對(duì)溶質(zhì)進(jìn)行物料衡算，則 MFMwREFw/ (11-2)(11-2) 聯(lián)解上述方程，得聯(lián)解上述方程，得 M MMF w R WwwwF E 1 )( (11-3)(11-3) 其中 F-加入原料量，kg/h E-獲得的結(jié)晶量，kg/h W-蒸發(fā)的溶劑，kg/h M-母液的量，kg/h WF-原料液的質(zhì)量分?jǐn)?shù) WM-母液的質(zhì)量分?jǐn)?shù) R-水合鹽與無水鹽的分 子量之比 ，稱為結(jié)晶水含量 的特性系數(shù)（無水結(jié)晶時(shí)R=1) 11.3 結(jié)晶過程的操作與控制 晶格 構(gòu)成晶體的微觀粒子（分子、原子或離子）按一定的集 合規(guī)則排列，由此形成的最小單元稱為晶格 晶體可以按晶格空間結(jié)構(gòu)的區(qū)別分為不同的晶系 。同一物質(zhì)

13、在不同的 條件下可形成不同的晶系，或?yàn)閮煞N晶系的混合物。 15化工單元操作過程之結(jié)晶 晶晶 體體 按按 其其 晶晶 格格 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 可可 分分 為為 七七 種種 晶晶 系系 16化工單元操作過程之結(jié)晶 11.3 結(jié)晶過程的操作與控制 晶習(xí)晶習(xí) 微觀粒子的規(guī)則排列可以按不同方向發(fā)展，即各晶面以 下同的速率生產(chǎn)，從而形成不同外形的晶體，這種習(xí)性以 及最終形成的晶體外形稱為晶習(xí)。 同一晶系的晶體在不同結(jié)晶條件下的晶習(xí)不同，改變結(jié)晶條件也 會(huì)使晶習(xí)改變，從而得到不同的晶體外形。 因此控制結(jié)晶操作的條件以改善晶習(xí)，獲得理想的晶體外形區(qū)別于 其他分離操作。 晶體從溶液中析出一般可分三個(gè)階段： 17化工單

14、元操作過程之結(jié)晶 11.3.1 結(jié)晶生成過程 過飽和溶液的形成過飽和溶液的形成 晶核的生成晶核的生成 晶體的成長(zhǎng)階段晶體的成長(zhǎng)階段 過飽和溶液析出過量的溶質(zhì)過飽和溶液析出過量的溶質(zhì) 產(chǎn)生晶核，然后晶核長(zhǎng)大形成產(chǎn)生晶核，然后晶核長(zhǎng)大形成 宏觀的晶體。宏觀的晶體。 在溶液中，晶核形成進(jìn)入成在溶液中，晶核形成進(jìn)入成 長(zhǎng)階段后，還有新晶核繼續(xù)形長(zhǎng)階段后，還有新晶核繼續(xù)形 成。成。結(jié)晶過程后兩個(gè)階段通常結(jié)晶過程后兩個(gè)階段通常 同時(shí)進(jìn)行。同時(shí)進(jìn)行。 結(jié)晶生成過程 晶核形成有兩種情況： 18化工單元操作過程之結(jié)晶 核核 一次成核一次成核是過飽和溶液達(dá)到不穩(wěn)區(qū)后自發(fā)形成晶核。是過飽和溶液達(dá)到不穩(wěn)區(qū)后自發(fā)形成晶

15、核。 二次成核二次成核是過飽和溶液在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)受到攪拌、外來物質(zhì)、電是過飽和溶液在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)受到攪拌、外來物質(zhì)、電 磁波輻射等外界因素誘發(fā)而形成晶核。磁波輻射等外界因素誘發(fā)而形成晶核。 工業(yè)結(jié)晶通常加入一定數(shù)量的晶種以誘發(fā)晶核。工業(yè)結(jié)晶通常加入一定數(shù)量的晶種以誘發(fā)晶核。 成核速率隨溶液的過飽和度的增大而增大，在生產(chǎn)中常常不希望產(chǎn)生過成核速率隨溶液的過飽和度的增大而增大，在生產(chǎn)中常常不希望產(chǎn)生過 量的晶核，以免使產(chǎn)品的粒度大小及分布不合格，所以，量的晶核，以免使產(chǎn)品的粒度大小及分布不合格，所以，控制晶核生成控制晶核生成 速率速率是結(jié)晶操作重點(diǎn)解決的問題。是結(jié)晶操作重點(diǎn)解決的問題。 （1 1）晶核的生

16、成）晶核的生成 19化工單元操作過程之結(jié)晶 11.3.1 結(jié)晶生成過程 （2 2）晶體的成長(zhǎng)）晶體的成長(zhǎng) 晶核在過飽和溶液中將不斷成長(zhǎng)。晶核在過飽和溶液中將不斷成長(zhǎng)。 晶體長(zhǎng)大的過程實(shí)質(zhì)上是溶液中過剩溶質(zhì)向晶核表面粘附，而使晶體擴(kuò)大的過程。晶體長(zhǎng)大的過程實(shí)質(zhì)上是溶液中過剩溶質(zhì)向晶核表面粘附，而使晶體擴(kuò)大的過程。 晶體成長(zhǎng)分為兩步晶體成長(zhǎng)分為兩步 首先以濃度差為推動(dòng)力，使溶液中過剩的溶質(zhì)從溶液主體首先以濃度差為推動(dòng)力，使溶液中過剩的溶質(zhì)從溶液主體 擴(kuò)散到晶體表面；擴(kuò)散到晶體表面； 其次到達(dá)晶面的溶質(zhì)的分子或離子以某種方式嵌入晶格，其次到達(dá)晶面的溶質(zhì)的分子或離子以某種方式嵌入晶格， 而組成有規(guī)則的

17、結(jié)構(gòu)，使晶體增大，同時(shí)放出結(jié)晶熱；而組成有規(guī)則的結(jié)構(gòu)，使晶體增大，同時(shí)放出結(jié)晶熱； 第二個(gè)過程稱為表面反應(yīng)過程。第二個(gè)過程稱為表面反應(yīng)過程。 晶體成長(zhǎng)過程是溶質(zhì)的擴(kuò)散過和和表面反應(yīng)過程串聯(lián)的聯(lián)合過。表面反應(yīng)過程的晶體成長(zhǎng)過程是溶質(zhì)的擴(kuò)散過和和表面反應(yīng)過程串聯(lián)的聯(lián)合過。表面反應(yīng)過程的 速度一般很快。速度一般很快。擴(kuò)散過程是晶體成長(zhǎng)速率的控制步驟。擴(kuò)散過程是晶體成長(zhǎng)速率的控制步驟。 通常，晶體成長(zhǎng)速率隨溶液的過飽和度或冷度的增加而增大。通常，晶體成長(zhǎng)速率隨溶液的過飽和度或冷度的增加而增大。 結(jié)晶操作的影響因素 晶核的生成和晶體的成長(zhǎng)速率大小，對(duì)結(jié)晶產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響。 晶體的成核速率是決定晶體

18、產(chǎn)品粒度分布的首要因素。 成核速率過恰快，將導(dǎo)致晶體產(chǎn)品細(xì)碎，粒度分布范圍寬，產(chǎn)品質(zhì)量低劣，影響結(jié)晶 器的生產(chǎn)強(qiáng)度。 反之，如果成核速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于晶體成長(zhǎng)速率，溶液中晶核數(shù)量較小，隨后析出的溶質(zhì) 都供長(zhǎng)大，產(chǎn)品的顆粒較大且均勻。 如果兩者相近，最形成的晶核成長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)，后來形成的晶核成長(zhǎng)時(shí)間短，結(jié)果是產(chǎn)品 的粒度大小參差不一。 晶體顆粒本身的質(zhì)量也受到這兩種速率的影響。 晶體成長(zhǎng)速率快，有可能導(dǎo)致若干晶體顆粒聚結(jié)，形成晶簇，將雜質(zhì)包藏其中，嚴(yán)重 影響了產(chǎn)品的純度。 結(jié)晶操作影響因素主要考慮晶核形成速率與晶體成長(zhǎng)速率的影響因素。 20化工單元操作過程之結(jié)晶 21化工單元操作過程之結(jié)晶 11.3.2

19、結(jié)晶操作的影響因素 過飽和度的影響過飽和度的影響 攪拌的影響攪拌的影響 冷卻（蒸發(fā)）的影響冷卻（蒸發(fā)）的影響 雜質(zhì)的影響雜質(zhì)的影響 晶種的影響晶種的影響 結(jié)晶操作的影響因素 晶體生成的速率和晶體成長(zhǎng)速率均隨過飽各度的增加而增大。 在不穩(wěn)定區(qū)，溶液會(huì)產(chǎn)生大量晶核，不利于晶體成長(zhǎng)。所以，過飽和 度值應(yīng)大致使操作控制在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)，又保持較高的晶體成長(zhǎng)速率，使 結(jié)晶操作高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。 適宜的過飽和度值一般由實(shí)驗(yàn)確定。 22化工單元操作過程之結(jié)晶 過飽和度的影響過飽和度的影響 結(jié)晶操作的影響因素 攪拌裝置的目的： 使溶液的溫度均勻，防止局部濃度不均、結(jié)垢等弊??； 1. 提高溶質(zhì)擴(kuò)散的速率，使晶核散布均勻，有利

20、于晶體成長(zhǎng)，防止晶體 粘連在一起形成晶簇，降低產(chǎn)品質(zhì)量。 23化工單元操作過程之結(jié)晶 攪拌的影響攪拌的影響 使用攪拌器時(shí)的注意事項(xiàng)：使用攪拌器時(shí)的注意事項(xiàng)： 選擇適宜形式的攪拌器，可以減少晶體在壁上的沉積；選擇適宜形式的攪拌器，可以減少晶體在壁上的沉積； 適當(dāng)?shù)臄嚢鑿?qiáng)度，可以降低過飽和度，減少大量晶核出的可能。但要適當(dāng)?shù)臄嚢鑿?qiáng)度，可以降低過飽和度，減少大量晶核出的可能。但要 避免攪拌強(qiáng)度過大，否則會(huì)導(dǎo)致超越避免攪拌強(qiáng)度過大，否則會(huì)導(dǎo)致超越“介穩(wěn)區(qū)介穩(wěn)區(qū)”而產(chǎn)生細(xì)晶，同時(shí)會(huì)而產(chǎn)生細(xì)晶，同時(shí)會(huì) 使大粒晶體摩擦撞擊面破碎。使大粒晶體摩擦撞擊面破碎。 結(jié)晶操作的影響因素 24化工單元操作過程之結(jié)晶 冷

21、卻（蒸發(fā)）的影響冷卻（蒸發(fā)）的影響 實(shí)際生產(chǎn)中，冷卻是使溶液產(chǎn)生過飽和度的重要手段之一。實(shí)際生產(chǎn)中，冷卻是使溶液產(chǎn)生過飽和度的重要手段之一。 冷卻或蒸發(fā)速度的大小影響到操作時(shí)過飽和度的大小。冷卻或蒸發(fā)速度的大小影響到操作時(shí)過飽和度的大小。 冷卻速度快，過飽和度增大就快，容易超越冷卻速度快，過飽和度增大就快，容易超越“介穩(wěn)區(qū)介穩(wěn)區(qū)”極限，達(dá)到不極限，達(dá)到不 穩(wěn)定區(qū)時(shí)將析出大量晶核，影響結(jié)晶粒度。穩(wěn)定區(qū)時(shí)將析出大量晶核，影響結(jié)晶粒度。 因此，結(jié)晶操作過程的冷卻速度不宜太快。因此，結(jié)晶操作過程的冷卻速度不宜太快。 結(jié)晶操作的影響因素 25化工單元操作過程之結(jié)晶 雜質(zhì)的影響雜質(zhì)的影響 物系中雜質(zhì)的存在

22、對(duì)晶體的生長(zhǎng)有很大的影響。物系中雜質(zhì)的存在對(duì)晶體的生長(zhǎng)有很大的影響。 不同的雜質(zhì)產(chǎn)生的影響效果和影響途徑也各不相同，因此應(yīng)該盡量去不同的雜質(zhì)產(chǎn)生的影響效果和影響途徑也各不相同，因此應(yīng)該盡量去 除雜質(zhì)，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。除雜質(zhì)，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 結(jié)晶操作的影響因素 26化工單元操作過程之結(jié)晶 晶種的影響晶種的影響 晶體的作用主要是用來控制晶核的數(shù)量，以得到較大而均勻的結(jié)晶產(chǎn)晶體的作用主要是用來控制晶核的數(shù)量，以得到較大而均勻的結(jié)晶產(chǎn) 品。品。 晶種的加入一般都是人為加入。晶種的加入一般都是人為加入。 加入晶種的時(shí)機(jī)是在溶液進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)內(nèi)適當(dāng)溫度時(shí)加入。加入晶種的時(shí)機(jī)是在溶液進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)內(nèi)適當(dāng)溫度時(shí)

23、加入。 如果溶液溫度高于飽和溫度，加入晶種可能部分或全部被溶化；如果溶液溫度高于飽和溫度，加入晶種可能部分或全部被溶化； 如果溫度過低已進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，溶液中已自發(fā)產(chǎn)生大量晶核，再如果溫度過低已進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，溶液中已自發(fā)產(chǎn)生大量晶核，再 加晶種已不起作用。加晶種已不起作用。 加晶種時(shí)，應(yīng)當(dāng)輕微地?cái)噭?dòng)，以使其均勻地散布在溶液之中。加晶種時(shí)，應(yīng)當(dāng)輕微地?cái)噭?dòng)，以使其均勻地散布在溶液之中。 結(jié)晶過程的操作控制 兩大操作方式：連續(xù)式、間歇式 27化工單元操作過程之結(jié)晶 應(yīng)根據(jù)料液處理量結(jié)晶物持的特性以及生產(chǎn)具體條件來確定生產(chǎn)的操作方式。應(yīng)根據(jù)料液處理量結(jié)晶物持的特性以及生產(chǎn)具體條件來確定生產(chǎn)的操作方式。

24、大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，一般都采用連續(xù)操作。如果晶體的生產(chǎn)速率較慢，用間歇扣作相大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，一般都采用連續(xù)操作。如果晶體的生產(chǎn)速率較慢，用間歇扣作相 對(duì)較容易；如果料液處理量較大，則最好選用連續(xù)操作方式。對(duì)較容易；如果料液處理量較大，則最好選用連續(xù)操作方式。 28化工單元操作過程之結(jié)晶 結(jié)晶過程的操作控制 對(duì)結(jié)晶操作的基本要求是對(duì)結(jié)晶操作的基本要求是使結(jié)晶器穩(wěn)定運(yùn)行，提高生產(chǎn)強(qiáng)度，使結(jié)晶器穩(wěn)定運(yùn)行，提高生產(chǎn)強(qiáng)度， 減少細(xì)晶與結(jié)垢，延長(zhǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行周期。減少細(xì)晶與結(jié)垢，延長(zhǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行周期。 結(jié)晶器的形式很多，各有其特點(diǎn)，主要取決于采用的。 29化工單元操作過程之結(jié)晶 結(jié)晶設(shè)備 常用結(jié)晶設(shè)備（四大類

25、） 30化工單元操作過程之結(jié)晶 冷卻型結(jié)晶器冷卻型結(jié)晶器 蒸發(fā)型結(jié)晶器蒸發(fā)型結(jié)晶器 真空蒸發(fā)冷卻真空蒸發(fā)冷卻 結(jié)晶器結(jié)晶器 鹽析結(jié)晶器鹽析結(jié)晶器 桶管式桶管式 結(jié)晶器結(jié)晶器 夾套螺旋夾套螺旋 帶式結(jié)晶器帶式結(jié)晶器 循環(huán)冷卻循環(huán)冷卻 結(jié)晶器結(jié)晶器 結(jié)晶設(shè)備 （1）冷卻型結(jié)晶器 31化工單元操作過程之結(jié)晶 相當(dāng)于一個(gè)夾套式換熱器。相當(dāng)于一個(gè)夾套式換熱器。 裝有錨式或框式攪拌器，有些在內(nèi)裝有錨式或框式攪拌器，有些在內(nèi) 壁裝有毛刷，可起到攪拌及減緩結(jié)壁裝有毛刷，可起到攪拌及減緩結(jié) 垢速度的作用。垢速度的作用。 可連續(xù)或間歇操作?？蛇B續(xù)或間歇操作。 也可將幾個(gè)設(shè)備串聯(lián)使用。也可將幾個(gè)設(shè)備串聯(lián)使用。 優(yōu)點(diǎn)

26、：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易。 缺點(diǎn)：傳熱系數(shù)不高，晶體易在器缺點(diǎn)：傳熱系數(shù)不高，晶體易在器 壁積垢。壁積垢。 桶管式結(jié)晶器桶管式結(jié)晶器 32化工單元操作過程之結(jié)晶 結(jié)晶設(shè)備 （1 1）冷卻型結(jié)晶器）冷卻型結(jié)晶器 長(zhǎng)的半筒容器，其中裝有一個(gè)長(zhǎng)螺長(zhǎng)的半筒容器，其中裝有一個(gè)長(zhǎng)螺 距的帶式攪拌器，外部裝有夾套冷距的帶式攪拌器，外部裝有夾套冷 卻器。卻器。 溶液從一端進(jìn)入，從另一端流出，溶液從一端進(jìn)入，從另一端流出， 溶液流動(dòng)中被降溫，實(shí)現(xiàn)過飽和而溶液流動(dòng)中被降溫，實(shí)現(xiàn)過飽和而 析出晶體。析出晶體。 缺點(diǎn)：無法控制過飽和度，受冷卻缺點(diǎn)：無法控制過飽和度，受冷卻 面積的限制而無

27、法大型化，機(jī)械傳面積的限制而無法大型化，機(jī)械傳 動(dòng)部分結(jié)構(gòu)煩瑣，設(shè)備費(fèi)用高。動(dòng)部分結(jié)構(gòu)煩瑣，設(shè)備費(fèi)用高。 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)一此高黏度、高塑性、高優(yōu)點(diǎn)：對(duì)一此高黏度、高塑性、高 固液比的特殊結(jié)晶十分有效。如石固液比的特殊結(jié)晶十分有效。如石 油化工中高分子樹脂和石蠟等。油化工中高分子樹脂和石蠟等。 夾套螺旋帶式結(jié)晶器夾套螺旋帶式結(jié)晶器 33化工單元操作過程之結(jié)晶 結(jié)晶設(shè)備 （1 1）冷卻型結(jié)晶器）冷卻型結(jié)晶器 循環(huán)冷卻結(jié)晶器連續(xù)操作，濃溶液循環(huán)冷卻結(jié)晶器連續(xù)操作，濃溶液 經(jīng)過反復(fù)循環(huán)，在器內(nèi)某處形成過飽經(jīng)過反復(fù)循環(huán)，在器內(nèi)某處形成過飽 和溶液；當(dāng)循環(huán)至另一處時(shí)，則進(jìn)行和溶液；當(dāng)循環(huán)至另一處時(shí)，則進(jìn)行 結(jié)晶

28、而消除過飽和，使晶體長(zhǎng)大；符結(jié)晶而消除過飽和，使晶體長(zhǎng)大；符 合粒度要求的晶體，從結(jié)晶器底部出合粒度要求的晶體，從結(jié)晶器底部出 口管排出；未達(dá)到所需粒度的晶體繼口管排出；未達(dá)到所需粒度的晶體繼 續(xù)循環(huán)，使其成長(zhǎng)至所需粒度再排出。續(xù)循環(huán)，使其成長(zhǎng)至所需粒度再排出。 循環(huán)冷卻結(jié)晶器循環(huán)冷卻結(jié)晶器 34化工單元操作過程之結(jié)晶 結(jié)晶設(shè)備 （2 2）蒸發(fā)結(jié)晶器）蒸發(fā)結(jié)晶器 通過蒸發(fā)使溶液濃綜而結(jié)晶是一種古老的方法。如將海水引入鹽田析通過蒸發(fā)使溶液濃綜而結(jié)晶是一種古老的方法。如將海水引入鹽田析 出鹽粒的操作，是一種自然蒸發(fā)結(jié)晶。出鹽粒的操作，是一種自然蒸發(fā)結(jié)晶。 把溶液加熱到沸點(diǎn)，使之蒸發(fā)濃縮而結(jié)晶所用的

29、蒸發(fā)結(jié)晶器與一般溶把溶液加熱到沸點(diǎn)，使之蒸發(fā)濃縮而結(jié)晶所用的蒸發(fā)結(jié)晶器與一般溶 液濃縮所用蒸發(fā)器在原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)及操作上并無不同，但一般的蒸液濃縮所用蒸發(fā)器在原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)及操作上并無不同，但一般的蒸 發(fā)器對(duì)晶體的粒度不能有效加以控制，在需要嚴(yán)格控制晶體粒度時(shí)，發(fā)器對(duì)晶體的粒度不能有效加以控制，在需要嚴(yán)格控制晶體粒度時(shí)， 則要在蒸發(fā)器中濃縮至略低于飽和濃度，然后移送至有較充分的粒度則要在蒸發(fā)器中濃縮至略低于飽和濃度，然后移送至有較充分的粒度 分級(jí)作用的結(jié)晶器，以完成結(jié)晶過程。分級(jí)作用的結(jié)晶器，以完成結(jié)晶過程。 35化工單元操作過程之結(jié)晶 結(jié)晶設(shè)備 （2 2）蒸發(fā)結(jié)晶器）蒸發(fā)結(jié)晶器 自然蒸發(fā)結(jié)晶

30、槽自然蒸發(fā)結(jié)晶槽是一敞槽式設(shè)備，是結(jié)晶器最簡(jiǎn)單的一種。是一敞槽式設(shè)備，是結(jié)晶器最簡(jiǎn)單的一種。 槽中的溶液表面溶劑部分汽化，溶液冷卻并緩慢濃縮而達(dá)到過飽和。槽中的溶液表面溶劑部分汽化，溶液冷卻并緩慢濃縮而達(dá)到過飽和。 通常不攪拌，不加入晶種，也不控制晶核形成速率和晶體成長(zhǎng)速率，通常不攪拌，不加入晶種，也不控制晶核形成速率和晶體成長(zhǎng)速率， 故所得的晶體較大而粒度參差不齊，易形成晶簇。故所得的晶體較大而粒度參差不齊，易形成晶簇。 操作分批進(jìn)行，操作周期長(zhǎng)，生產(chǎn)能力低，體力勞動(dòng)強(qiáng)度大。操作分批進(jìn)行，操作周期長(zhǎng)，生產(chǎn)能力低，體力勞動(dòng)強(qiáng)度大。 缺點(diǎn)：操作過程受氣候的影響較大。缺點(diǎn)：操作過程受氣候的影響較大

31、。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。造價(jià)低廉。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。造價(jià)低廉。 用在處理物料量較小、對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的純度和粒度要求不高的操作中。用在處理物料量較小、對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的純度和粒度要求不高的操作中。 結(jié)晶設(shè)備 36化工單元操作過程之結(jié)晶 （2 2）蒸發(fā)結(jié)晶器）蒸發(fā)結(jié)晶器 蒸發(fā)結(jié)晶器蒸發(fā)結(jié)晶器也常在減壓下操作，其操作真空度不是很高，可稱之為減也常在減壓下操作，其操作真空度不是很高，可稱之為減 壓蒸發(fā)結(jié)晶器。壓蒸發(fā)結(jié)晶器。 采用減壓的目的在于增大傳熱溫差，利用低能階的熱能，并組成多效采用減壓的目的在于增大傳熱溫差，利用低能階的熱能，并組成多效 蒸發(fā)裝置。蒸發(fā)裝置。 蒸發(fā)結(jié)晶器的一個(gè)重要用途是用于蒸發(fā)結(jié)晶器的一個(gè)重要用

32、途是用于NaClNaCl的生產(chǎn)，它們一般具有較大的的生產(chǎn)，它們一般具有較大的 生產(chǎn)規(guī)模，效數(shù)多采用四效或五效，年產(chǎn)量可達(dá)百萬噸，結(jié)晶蒸氣分生產(chǎn)規(guī)模，效數(shù)多采用四效或五效，年產(chǎn)量可達(dá)百萬噸，結(jié)晶蒸氣分 離室的直徑可達(dá)離室的直徑可達(dá)8 8米。米。 37化工單元操作過程之結(jié)晶 結(jié)晶設(shè)備 （3 3）循環(huán)真空蒸發(fā)結(jié)晶器）循環(huán)真空蒸發(fā)結(jié)晶器 與循環(huán)冷卻結(jié)晶器相似，只是以加熱器與循環(huán)冷卻結(jié)晶器相似，只是以加熱器 代替了冷卻器，在加熱器與結(jié)晶器之間增加代替了冷卻器，在加熱器與結(jié)晶器之間增加 一個(gè)蒸發(fā)室，其蒸氣出口與真空設(shè)備連接。一個(gè)蒸發(fā)室，其蒸氣出口與真空設(shè)備連接。 溶液的過過飽和度是靠溶劑的絕熱蒸發(fā)溶液的過過飽和度是靠溶劑的絕熱蒸發(fā) 和溶液的冷卻兩個(gè)作用造成的，其粒析作用和溶液的冷卻兩個(gè)作用造成的，其粒析作用 與循環(huán)冷卻器相同。與循環(huán)冷卻器相同。 操作連續(xù)，蒸發(fā)室維持一定的真空度，操作連續(xù)，蒸發(fā)室維持一定的真空度， 使室內(nèi)溶液的沸點(diǎn)低于回流管內(nèi)溶液的溫度；使室內(nèi)溶液的沸點(diǎn)低于回流管內(nèi)溶液的溫度； 溶液進(jìn)入蒸發(fā)室即閃急絕熱蒸發(fā)，同時(shí)溫度溶液進(jìn)入蒸發(fā)室即閃急絕熱蒸發(fā)，同時(shí)溫度 下降，使溫室度下降，使溶液迅速進(jìn)入介穩(wěn)下降，使溫室度下降，使溶液迅速進(jìn)入介穩(wěn) 區(qū)，在結(jié)晶器內(nèi)析出晶體。區(qū)，在結(jié)晶器內(nèi)析出晶體。 38化工單元操