影響結晶操作的幾大因素

影響結晶操作的幾大因素影響結晶操作的因素結晶是一個傳熱傳質過程，在不同的物理化學環(huán)境下會產生不同的結晶效果，任何一個參數(shù)或操作的變化都會對結晶產品的產生很大影響。晶核形成的速率和晶體成長的速率這兩個過程速率的大小，直接影響著結晶產品的質量。（1）若晶核形成速率遠遠大于晶體成長速率，溶液中含有的大量晶核還來不及成長，過程就結束了，導致產品顆粒小而多。（2）若晶核形成速率遠遠小于晶體成長速率，溶液中晶核數(shù)量較少，隨后析出的溶質都供其長大，所得的產品顆粒大而均勻。（3）若兩者速率相近，最初形成的晶核成長時間長，后來形成的晶核成長時間短，結果是產品的顆粒大小參差不齊。（4）晶體顆粒本身的質量也受到這兩種速率的影響，若晶體成長速率過快，有可能導致若干晶體顆粒聚結，形成晶簇，將雜質包藏其中，嚴重影響產品的純度。因此，在結晶操作中，為了得到顆粒大而均勻、純度又高的產品，必須考慮控制晶核形成速率和晶體生長速率。影響結晶產品的因素有很多，主要包括溶液的過飽和度、溫度、密度、機械攪拌、黏度、結晶罐結構、體系空間和雜質等。1、過飽和度的影響不同的生長機理，過飽和度對晶體生長速率影響情況是不同的。過飽和度是晶體成長的根本動力，通常，過飽和度越大，晶體成長的速率越快。對于蒸發(fā)結晶速率來說，過飽和度的提高有助于晶體生長，但是過飽和度也影響晶體的成核，尤其是在過高的過飽和度下，晶體很容易發(fā)生二次成核，導致結晶產品的粒度減小。這是因為在溫度一定的條件下，結晶總質量只與進料的濃度有關（由于這時溶解度不變），晶核增多，每個晶核可以生長的幅度就減小了，也就是粒度減小了。2、溫度的影響溫度對結晶操作的影響是復雜的，它同時影響粒子的擴散速率以及相界面上的傳質速率，還直接決定溶解度大小，同時，溫度的提高常引起過飽和度的降低。因此，晶體生長速率一方面由于粒子相互作用的過程加速而加快，另一方面則由于伴隨著溫度提高，過飽和度或過冷度降低而減慢。要綜合考慮溫度的影響。3、密度的影響晶體周圍的溶液因為溶質不斷地析出，使得局部密度下降，結晶放熱作用使局部的溫度較高，加劇了這種密度的下降。在重力作用下，溶液的局部密度差會造成溶液的渦流，如果這種渦流在晶體周圍分布不均，就會使晶體的溶質供應不均勻，晶體的各表面成長也不均勻，影響產品的質量。4、機械攪拌的影響機械攪拌是影響粒度分布的重要因素。攪拌劇烈會使介穩(wěn)區(qū)變窄，二次成核的速率增快，晶體粒度變細。溫和而又均勻地攪拌，則是獲得大顆粒結晶的重要條件。但是，過于緩慢的攪拌會引起局部受熱和局部結晶速率的加快，這也不利于最終晶體的純度和產量。因此，在工業(yè)實際操作過程中，往往通過試驗及觀察，選擇合適的機械攪拌裝置和攪拌速率，使最終的結晶產品質量和產量達到最優(yōu)化。5、黏度的影響若溶液黏度大、流動性差，溶質向晶體表面的質量傳遞主要靠分子擴散作用。這時，由于晶體的頂角和棱邊部位比晶面容易獲得溶質，從而會出現(xiàn)晶體的棱邊長得快、晶面長得慢的現(xiàn)象，使晶體長成特殊的形狀。6、雜質的影響結晶體系中常常會存在一些雜質，雜質的存在對晶體的生長有非常大的影響。有些雜質能夠完全抑制生長，有些則可以促進生長，有的雜質在濃度很低時，甚至含量小于百萬分之一時，影響就很明顯，而有的雜質在濃度很高時才有影響。雜質能以各種途徑影響晶體的生長速率，它們可以改變溶液的性質或者改變平衡飽和濃度，也可以改變晶體、溶液吸附層的特性，影響晶體生長單元的集結。雜質對晶體形狀的影響，對于工業(yè)結晶操作有重要意義。在結晶溶液中，雜質的存在或有意識地加入某些物質，就會起到改變晶型的效果。7、晶種的影響晶種加入可使晶核形成的速率加快，加入一定大小和數(shù)量的晶種，并使其均勻地懸浮于溶液中，