不同飽和溫度磷酸二氫銨的結(jié)晶行為

不同飽和溫度磷酸二氫銨的結(jié)晶行為

1實(shí)驗(yàn)部分1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備見圖11.2實(shí)驗(yàn)過程1.2.1蛇形冷卻管制備晶種稱取一定量600900m的晶體，加入預(yù)算器，將制備的二羥色胺的溶液加熱到緩沖槽中一定溫度，用水泵將溶液帶到蛇形冷卻管中，冷卻至t1后進(jìn)入飽和裝置，并補(bǔ)充由于結(jié)晶體生長而消耗的溶解。從飽和器出來的溶液用泵將其打到冷卻器,冷卻至t2而成為過飽和溶液,進(jìn)入流化床。投放的晶種在流化床中懸浮、生長。晶種在床內(nèi)生長一定時(shí)間后被取出,過濾、洗滌、干燥、稱重、篩析。由篩析結(jié)果可求出晶體的成核速率。1.2.2冷卻、清洗、冷卻將磷酸二氫銨飽和溶液轉(zhuǎn)移到結(jié)晶器中,讓其自循環(huán),當(dāng)溫度降到冷卻溫度時(shí),將事先稱量及測量好長寬高的一顆晶種放進(jìn)結(jié)晶器,讓其生長2h。然后將晶體取出來,用酒精洗滌,自然干燥。干燥后,稱量及測量其長寬高,利用這些基本數(shù)據(jù)計(jì)算晶體的生長速率。1.3計(jì)算過程1.3.1單晶晶種的質(zhì)量取600~900μm晶種粒子的平均粒徑:d=(0.9+0.6)×10-3/2(m)。一粒晶種的質(zhì)量:MS=4πr3ρ/3(r=d/2)晶種粒數(shù):N=ms/MS式中:MS為一粒晶種的質(zhì)量,kg;ρ為磷酸二氫銨晶體的密度,kg/m3;ms為加入晶種的總質(zhì)量,kg。1.3.2晶體成核速率晶體生長完成后,經(jīng)過篩析得到不同孔徑篩子上的晶體質(zhì)量,然后按以上公式計(jì)算不同粒徑的晶體粒數(shù),將計(jì)算結(jié)果相加得晶體的總粒數(shù)N總。晶體成核速率:B0=(N總-N)/(τV)式中:τ為晶體在結(jié)晶器內(nèi)的停留時(shí)間,s;V為溶液體積,L。1.3.3晶體生長速率一粒晶種的體積:VS=MS/ρ晶種的半徑:r=3VS/(4π)????????√3r=3VS/(4π)3晶體生長速率:G=[(M/MS)1/3-1]r/(2τ)式中:M為晶體最終質(zhì)量,即產(chǎn)品質(zhì)量,kg。2結(jié)果與討論2.1晶體動力學(xué)模型2.1.1冷卻溫度對成核速率的影響根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求,用某公司磷酸二氫銨產(chǎn)品制成不同飽和溫度下的飽和液,分別測定其冷卻至結(jié)晶溫度為15℃和25℃時(shí)的成核速率,結(jié)果見表1(注:所有數(shù)據(jù)都在介穩(wěn)區(qū)寬度內(nèi)測定)。由表1可看出,在15℃和25℃下,磷酸二氫銨晶體的成核速率都隨溶液飽和溫度的升高而逐漸增加。2.1.2液飽和溫度的影響實(shí)驗(yàn)測定了在結(jié)晶溫度15℃和25℃時(shí),不同飽和溫度對磷酸二氫銨生長速率的影響,結(jié)果見表2。由表2可知,在結(jié)晶溫度為15℃及25℃的情況下,隨溶液飽和溫度的升高,晶體生長速率都逐漸增大;在同一飽和溫度差下,25℃下晶體生長速率比15℃下高,說明溫度高對磷酸二氫銨晶體生長是有利的。2.1.3成核速率模型由結(jié)晶理論可知,大多數(shù)情況下,成核速率B0與晶體生長速率G,懸浮密度MT存在如下的關(guān)系式:B0=kNGiMjTΤj(結(jié)晶動力學(xué)方程)。kN為成核速率系數(shù);i,j為經(jīng)驗(yàn)動力學(xué)指數(shù)。對表1,2中的數(shù)據(jù)編寫程序,應(yīng)用多元線性擬合得到15℃和25℃冷卻條件下的成核速率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀0=1.45×106G0.189M1.608T(15℃)(1)B0=1.05×107G0.458M0.980T(25℃)(2)由(1)(2)可以看出,磷酸二氫銨晶體的成核速率隨晶體線性生長速率和懸浮密度的提高而增高。2.2飽和溫度對磷酸二氫銨晶體生長的影響由濕法磷酸生產(chǎn)的磷酸二氫銨,雜質(zhì)含量大,對晶體的成核、生長有極大的抑制作用,若向體系中加入某一種或幾種添加劑可能會改變晶體的成核生長情況。因此實(shí)驗(yàn)分別測定了15℃和25℃下,向體系中加入1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)的兩種不同添加劑時(shí),磷酸二氫銨在不同飽和溫度下的生長速率,見表3、表4。由表3、表4可知,在15℃及25℃下,無論有沒有添加劑,磷酸二氫銨晶體的生長速率都隨溶液飽和溫度的增加而增加;在同一飽和溫度下,有添加劑時(shí)晶體的生長速率要高,而且隨著飽和溫度的升高,磷酸二氫銨晶體的生長速率上升趨勢比無添加劑時(shí)要快。這可能是由于添加劑對溶液中金屬雜質(zhì)離子的絡(luò)合作用而降低溶液中游離的金屬離子,因而磷酸二氫銨生長速率增大。添加劑B比添加劑A的效果更好,說明添加劑B對磷酸二氫銨晶體生長的促進(jìn)作用更明顯。2.3添加磷酸二氫銨添加劑對磷酸二氫銨晶體形貌的影響添加劑不僅改變晶體的成核、生長速率,而且能改變晶形。實(shí)驗(yàn)測定了結(jié)晶溫度為25℃,同一飽和溫度下不同添加劑對磷酸二氫銨晶體形貌的影響,見圖2。由圖2可知,沒有添加劑時(shí),磷酸二氫銨晶體的形狀較長且有缺陷,當(dāng)加入1%添加劑時(shí),晶體形狀變得更規(guī)則且表面比較光滑。3反應(yīng)溫度對磷酸二氫銨晶體結(jié)構(gòu)的影響1)磷酸二氫銨的成核速率與生長速率及懸浮密度關(guān)系的動力學(xué)模型為:B0=1.45×106G0.189M1.608T(冷卻溫度為15℃)B0=1.05×107G0.458M0.980T(冷卻溫度為25℃)2)在結(jié)晶溫度不變的情況下,磷酸二氫銨晶體的成核速率和生長速率都隨著溶液飽和溫度的升