第8章结晶化学分离工程详解.pptVIP

　8 结晶 Chapter 8 Crystal ; 主要学习内容;一、结晶的概念 　　结晶是固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融 物中析出的过程。 如：盐、糖的制造； 氯化钾、硝酸铵、尿素等化肥的提纯与分离过程； 生物技术中蛋白质的制造； 催化行业中超细晶体的生产； 新材料工业中超纯物质的净化等。 在化工生产中，常用溶液或熔融物中结晶过程。;二、结晶过程的特点 (1)能从杂质含量相当高的溶液或多组分熔融混合物中，分离出高纯或超纯的晶体。 (2)结晶是一个多相、多组分的传热、传质的复杂分离操作过程。涉及到表面反应过程、晶体粒度及粒度分布问题，结晶过程和设备种类繁多。 (3)对于许多难分离的混合物系，如同分异构体、共沸物、热敏性物系等，用其它方法难以分离，而适用于结晶分离。 (4)与精馏、吸收等分离方法相比，能耗低得多。操作温度低(结晶热??般为蒸发潜热的1/3~1/10)对设备材质要求较低，操作相对安全；一般不产生有毒物或废气，有利于环境保护。 (5)结晶产品在包装、运输、储存或使用上都较方便。;粒状晶体的特性 1、晶体的特性 　 晶体是内部结构的质点元（原子、离子、分子） 作三维有序规则排列的固态物质，具有如下特性： (1)自发性：自发地生长成为结晶多面体； (2)各向异性：晶体的几何特性和物理性质一般常随 方向的不同而表现出差异； (3)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，保证晶体的高纯度； ;2、晶系 　 构成晶体的微观质点在晶体所占有的空间中按一定 的几何规律排列，各质点间有相互作用力，即晶体结构 中的键。由于键的存在，质点得以维持在固定平衡位置 上，彼此保持一定的距离，形成空间晶格，成为晶胞。 对于某一晶胞，可用晶轴(a、b、c)和晶轴角（α、β、γ）六个参数来描述。按不同参数的组合把晶体分为七种晶系： 立方晶系(等轴晶系)、四方晶系、六方晶系、 立交晶系、单斜晶系、三斜晶系和三方晶系。 ;晶 系 ： 在 一 定 环 境 中， 结 晶 的 外 部 形 态。; 结晶过程的分类：溶液结晶、熔融结晶、沉淀、升华 1、溶液结晶过程：溶质从溶液中的结晶，推动力是 一种浓度差，称为溶液的过饱和度。 溶液结晶过程经历两个步骤： (1)晶核形成过程（微观晶粒的形成）　 　　　成核方法：自然成核法、干扰成核法、种子 成核法。 (2)晶体生长过程（宏观晶体的形成） 以过饱和度为推动力，溶质分子或离子一层层排列到晶核上去，使晶核长大的过程。　;2、熔融结晶过程：根据待分离物质之间的凝固点不 同而实现的物质结晶过程，推动力是过冷度。 　　 熔融结晶常用的两种操作模式： (1)正常冻凝法：在冷却表面上慢慢沉析出结晶层； (2)悬浮结晶法：在熔融体系中快速析出处于悬浮状 态的晶体粒子。 熔融结晶主要用于有机物的分离提纯，而非得到 粒状产品。; 溶液结晶、熔融结晶的基础理论是相同的，即 固液平衡性质、成核和晶体成长过程等。 不同处： 1、溶液结晶的实现方法：冷却、蒸发；熔融结晶冷 却方法总是有效的； 2、溶液结晶的设备单级设备；熔融结晶多采用多级 设备； 3、溶液结晶的操作温度取决于溶剂；熔融结晶的操 作温度取决于结晶物质的熔点 4、熔融结晶中不使用溶剂，因此不存在溶剂的回 收、溶剂的污染问题。;一、溶解度 1、溶解度：固液相平衡关系的表示方法之一。 100份质量的溶剂中溶解多少份质量的无水溶质。 主要与溶质的化学性质、溶剂的性质和温度有 关，压力影响可忽略不计。 溶解度数据表示方法：常用溶解度曲线。; 8.2 溶液结晶基础;不同的溶解度特征对于 结晶工艺的选择起决定性作用。 　　 对于溶解度随温度变化敏感的物质， 选择变温结晶工艺； 对于溶解度随温度变化缓慢的物质， 选择蒸发结晶工艺。;　　当溶液浓度恰 好等于溶质的溶解 度时，称为饱和溶 液，用曲线AB表示。 　　 表示溶液过饱和 且能自发产生晶核的 曲线，称为超溶解度 曲线，用曲线CD表示。;三个区域： 稳定区：AB线以下的区域溶液尚未达到饱和，不可能产生晶核； 介稳区：AB线和CD线之间为的区域不会自发地产生晶核，但如果向溶液中加入晶种，这些晶种就会长大； 不稳区：CD线以上的区域 溶液能自发地产生晶核和 进行结晶。 ;原因：超溶解度曲 线的位置受到很多 因素的