CompanyLogo模塊十結晶CompanyLogo教學目標技能內容：掌握典型結晶設備的操作要點。態度內容：形成安全生產、環保節能、講究衛生的職業意識；樹立工程技術觀念，養成理論聯系實際的思維方式；培養敬業愛崗、服從安排、吃苦耐勞、嚴格遵守操作規程的職業道德。知識目標：掌握結晶基本原理及分類；了解結晶的工業應用、結晶設備的類型及結構特點；理解結晶過程的實質、晶核的形成和影響晶核成長的因素。CompanyLogo結晶方法、原理及設備結晶相平衡結晶推動力結晶操作的影響因素及操作條件的確定重點：難點：結晶操作的影響因素及操作條件的確定CompanyLogo一、晶體的概念許多性質相同質點元（原子、離子、分子）在三維空間有規律地排列的固體物質。任務一概述方解石螢石CompanyLogo蔗糖海鹽氧化鈦鋁CompanyLogo阿司匹林晶體的顯微圖椰子油晶體的偏振光顯微圖硬脂酸晶體的顯微圖維生素C的晶體顯微圖AFM下的抗生素晶體

AFM下的抗生素晶體層CompanyLogo犀牛角橫截面的偏振光顯微圖氨基酸天冬酰胺酸的晶體顯微圖

青霉素G晶體掃描電鏡腎上腺素晶體的顯微圖CompanyLogo二、結晶概念結晶：指物質從液態（溶液或熔融體）或蒸汽形成晶體的過程。是獲得純凈固態物質的重要方法之一。晶體液體結晶結晶：液體-->晶體凝固：

液體-->固體（晶體或非晶體）結晶與凝固結晶實質：將稀溶液變成過飽和溶液，然后析出結晶。

任務一概述CompanyLogo三、分類溶液結晶熔融結晶升華結晶沉淀結晶還可分為間歇式和連續式。還分為無攪拌式和有攪拌式。溶液結晶的類型2、移去部分溶劑的結晶法蒸發結晶法

真空結晶法

1、不移除溶劑的結晶法（冷卻結晶法）適用于溶解度隨溫度下降而顯著減小的物系，如硝酸鉀、硝酸鈉、硫酸鎂等溶液適用于溶解度隨溫度變化不大的物系或溫度升高溶解度降低的物系，如氯化鈉、無水硫酸鈉等溶液適用于具有中等溶解度的物系如氯化鉀、硫酸鎂等溶液

任務一概述CompanyLogo四、在化工生產中的應用應用在化學、食品、醫藥、輕紡等工業中，許多產品及中間產品都是以晶體形態出現的。任務一概述CompanyLogo五、特點純度高3、結晶操作能耗低，對設備材質要求不高。2、對于許多其它方法難以分離的混合物系，同分異構體物系和熱敏性物系等，結晶分離方法更為有效；1、能從雜質含量很高的溶液或多組份熔融狀態混合物中獲得非常純凈的晶體產品；選擇性高設備簡單，操作方便任務一概述CompanyLogo任務二認識結晶結晶器（一）冷卻結晶器（不移除溶劑的結晶器）、結晶裝置的類型1.釡式結晶器：(a)、(b)―內循環式；(c)外循環式用冷卻劑使溶液冷卻下來而達到過飽和，從而使溶液結晶出來。

特點：結構簡單，制造容易，但冷卻表面易結垢而導致換熱效率下降。CompanyLogo2.Krystal—Oslo分級結晶器A-結晶器進料管；B-循環管入口；C-主循環泵；D-冷卻器；E-過飽和吸入管；F-放空管；G-晶漿取出管；H-細晶捕集器

器內的飽和溶液與少量處于未飽和狀態的熱原料液相混合，通過循環管進入冷卻器達到輕度過飽和狀態，在通過中心管從容器底部返回結晶器的過程中達到過飽和，使原來的晶核得以長大，由于晶體在向上流動溶液的帶動下保持懸浮狀態，從而形成了一種自動分級的作用，大粒的晶體在底部，中等的在中部，最小的在最上面。特點：溶液反復循環，晶體達到所需粒度后再排出。CompanyLogoCompanyLogo（二）蒸發結晶器

１.Krystal—Oslo生長型結晶器

生長型蒸發結晶器的結構比普通蒸發器復雜得多，投資也必然高特點：結晶的粒度較容易控制。

Krystal蒸發結晶器除以分級式操作外，也可以采用晶漿循環(MagMaRecycling)式操作。

分級結晶操作：產量低循環晶漿操作：易磨損CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo晶體的粒度由分級液流控制，粒徑均勻。2.DTB型結晶器真空閃蒸制冷型結晶器循環泵在內部，阻力小CompanyLogo（三）直接冷卻結晶設備特點：設備緊湊、簡單，但結晶粒度往往比較細小

CompanyLogo二、結晶器的選用結晶設備選擇的一般原則：①溶解度隨溫度變化大的物系應采用冷卻式結晶器，反之應采用蒸發式結晶器。②熱敏性的物系應采用真空式結晶器。③處理能力大時應采用連續結晶器，反之采用間歇式結晶器。④對于有腐蝕性的物系，設備的材質應考慮其耐腐蝕性能。⑤對于粒度有嚴格要求的物系，一般應選用分級型結晶器。⑥對于具有特殊溶解性能的物系應根據具體情況選用其他專用的結晶器。考慮因素：物系的性質、晶體產品的粒度及粒度分布范圍、生產能力、設備費和操作費等CompanyLogo一、結晶過程結晶過程是復雜的，晶體的大小不一，形狀各異，形成晶簇等現象，因此有時需要重結晶。結晶水

若物質結晶時有水合作用，則所得晶體中有一定數量的溶劑分子，成為結晶水。結晶水的含量不僅影響晶體的形狀，也影響晶體的性質。通常只有同類的分子或離子才能進行有規律的排列，故結晶過程有高度的選擇性。通過結晶溶液中的大部分雜質會留在母液中，再通過過濾、洗滌即可得到純度高的晶體。任務三獲取結晶知識CompanyLogo二、結晶過程的相平衡1.相平衡與溶解度

在一定溫度下，將溶液放入溶劑中，由于分子的熱運動，必然發生兩個過程：溶解度：一定條件下，溶質在某溶劑中可以溶解的最大數量成為溶質的溶解度。常用的表示方法：物質的沉積：溶質分子從液體中擴散到固體表面進行沉積。固體的溶解：溶質分子擴散進入液體內部；質量分數—kg溶質/100kg溶劑體積質量濃度—kg/LCompanyLogo幾種無機物在水中的溶解度曲線溶解度曲線溶解度曲線有三種類型：①隨溫度升高而明顯增大;②受溫度的影響不顯著;③溶解度曲線有折點，主要是由于物質的組成有所改變;溶解度曲線對操作的指導意義：(1)對于溶解度曲線隨溫度變化敏感的物質，可選用變溫方法結晶分離；(2)溶解度隨溫度變化緩慢的物質慢，可采用移除一部分溶劑的方法分離。CompanyLogo溶液的過飽和與超溶解度曲線２.溶液的過飽和與介穩區過飽和溶液：溶質濃度超過該條件下的溶解度時，該溶液稱為--。

過飽和曲線可分成三個區：穩定區不穩區介穩區溶解度曲線以上的區域溶解度曲線以下的區域過飽和區※結晶操作通常都在介穩區中進行※溶質只有在過飽和溶液中才能析出CompanyLogo過飽和現象的表示方法：式中：

—溶度差過飽和度，Kg溶質/100Kg溶劑；

C—操作溫度下的過飽和濃度，Kg溶質/100Kg溶劑；

C*—操作溫度下的溶解度，Kg溶質/100Kg溶劑。式中：

△t—溫度差過飽和度，K；

t*—該溶液在飽和狀態時所對應的溫度，K；

t—該溶液經冷卻達到過飽和狀態時的溫度，K。CompanyLogo三、結晶過程的速率1.晶核的形成晶核－過飽和溶液中最初生成的微小晶粒，晶體成長過程中必不可少的。成核方式初級成核二次成核均相初級成核非均相初級成核晶胚－面晶結合成按一定規律排列的細小晶體。溶液達到過飽和狀態是結晶的前提；過飽和度是結晶的推動力。過程自發外加晶種誘導自身晶種誘導CompanyLogo2.晶體的成長擴散理論晶體的成長過程由三個步驟組成的：溶質由溶液擴散到晶體表面附近的靜止液層；溶質穿過靜止液層后達到晶體表面，生長在晶體表面上，晶體增大，放出結晶熱；釋放出的結晶熱再靠擴散傳遞到溶液的主體去。CompanyLogo四、影響結晶操作的因素

結晶過程中的兩種速率晶核形成的速率晶體的成長速率大量晶核，產品小而多這兩種速率的大小也影響到產品本身的內部質量，如形成晶簇。∴影響晶核形成速率和晶體成長速率的因素也就是影響結晶操作的因素,下面討論這些影響因素。晶核形成的速率晶體的成長速率＞＞晶核形成的速率晶體的成長速率＜＜產品顆粒大而均勻CompanyLogo2．冷卻（蒸發）速度的影響實現溶液過飽和的方法

冷卻蒸發化學反應

快速冷卻或蒸發大量細小的晶體

緩慢冷卻或蒸發大而均勻的晶體3．晶種的影響工業生產中的結晶操作一般都是在人為加入晶種的情況下進行的。晶種的主要作用是控制晶核的數量以得到粒度大而均勻的結晶產品。1．過飽和度的影響：

適宜的過飽和度一般由實驗測定

過飽和度值應大至使結晶操作控制在介穩區內，又保持較高的晶體生長速率，使結晶高產而優質。最常用CompanyLogo5．攪拌的影響

攪拌的作用:

①加速溶液的熱傳導，加快生產過程。②加速溶質擴散過程的速率，有利于晶體成長。③使溶液的溫度均勻，防止溶液局部濃度不均，結垢等。④使晶核散布均勻，防止晶體粘連在一起形成晶簇，降低產品質量。使用攪拌器時應注意：4．雜質的影響一般對晶核的形成有抑制作用

對晶體的成長速率的影響較為復雜，有的雜質能抑制晶體的成長，有的能促進成長。一、選擇適宜型式的攪拌器；二、控制好攪拌速度CompanyLogo晶體質量包括三個方面的內容： 晶體大小、形狀和純度影響晶體大小的因素： 過飽和度，溫度、晶核質量、攪拌等影響晶體形狀的因素： 改變過飽和度、改變溶劑體系、雜質影響晶體純度的因素：母液中的雜質、結晶速度、晶體粒度及粒度分布CompanyLogo任務四結晶器的操作

一、操作方法間歇操作要點：添加晶種（不添加晶種難于控制產品質量，工業生產主要采用添加晶種的方法）；間歇：

【優】操作簡單，易于控制，晶垢可以在每一操作周期中及時處理（在中小規模的結晶生產過程中被廣泛使用）；

【缺】生產效率低，勞動強度大。

連續操作要點：控制晶體產品粒度及其分布符合質量要求；維護結晶器穩定操作；提高生產強度；降低晶垢生成率以延長結晶器運行周期。工業常采用“細晶消除”、“粒度分級排料”和“清母液溢流”等二、特點連續：

【優】生產能力比間歇高數十倍，占地面積小；操作參數穩定；操作費用低；勞動強度低，勞動量小；母液利用充分；

【缺】平均粒度比間歇的小；晶垢的形成和積累，影響操作周期。需要停機清理的周期通常在200～2000h，而間歇操作均可開機前清理。三、結晶操作中的故障及處理（見教材）CompanyLogo其它結晶方法簡介一、熔融結晶

待分離組份間的凝固點的不同而實現組份分離的過程，多用于有機物的分離提純，而冶金材料精制或高分子材料加工時的熔煉過程也屬于熔融結晶。二、沉淀結晶化學結晶：通過加入反應試劑或調