化工原理 下册 天津大学柴诚敬 49－50学时.ppt

第十二章 其他分离方法 通过本章学习，应掌握溶液结晶的基本概念 和原理；溶液的相平衡与过饱和度在结晶过程中 的应用。了解各种工业结晶方法的特点与选择原 则，以及工业结晶器的主要形式。 学习目的 与要求 12.1 结晶 12.1.1 结晶的基本概念 第十二章 其他分离方法 一 、结晶单元操作及其特点 固体物质以晶体状态从溶液、熔融混合物或蒸 气中析出的过程称为结晶。 应用示例 氯化钾 水 氯化钾 溶液结晶 间二氯苯 对二氯苯 对二氯苯 熔融结晶 三聚氰胺 尿素 氨气 三聚氰胺 降华结晶 一 、结晶单元操作及其特点 结晶过程的特点 v 适用于共沸物系、同分异构体物系以及热敏性 物系的分离 v 操作温度低，能耗低 v 三废排放少 v 便于产品的包装、储存、运输和使用 二、结晶过程的分类 结晶 过程 溶液结晶 熔融结晶 升华结晶 沉淀结晶 反应结晶 盐析结晶 喷射结晶 冰析结晶 三、晶体的概念 1.晶体 固体物质内部结构 中的质点元（原子、离 子或分子）作三维有序 规则排列即形成晶体。 NaCl晶体结构模型 2.晶格与晶系 各质点元（原子、离子或分子）间由于力的 作用，在固定平衡位置振动，彼此之间保持一定 的距离，称为晶格。 三、晶体的概念 晶体具有不同的晶格结构，晶体按其晶格结构 分为不同晶系。 (1)晶格 (2)晶系 晶系 四方晶系 立交晶系 立方晶系 三斜晶系 单斜晶系 六方晶系 三方晶系 三、晶体的概念 晶系的分类 晶体的七种晶系 3.晶习 晶体的外部宏观形状称为晶习。晶习是产品质 量的重要指标。 影响晶习的因素 v 物料性质 v 结晶条件 v 物理环境 三、晶体的概念 四、结晶过程 结晶 过程 成核 产生微小晶粒作为结晶的核心晶核。 晶体成长 晶核长大宏观的晶体。 溶液 结晶 晶浆 晶体 溶液 过滤 晶体产品 母液 12.1 结晶 12.1.1 结晶的基本概念 第十二章 其他分离方法 12.1.2 结晶热力学简介 一、相平衡与溶解度 溶解度曲线 固体物质与其溶液相接触 溶液未饱和固体溶解 溶液过饱和 固体析出 溶解速率 析出速率=溶液恰好达到饱和 液固 相平衡 某些无机盐在水中的溶解度曲线 温度升高溶解度增大 温度升高溶解度基本不变 正溶解度特性 温度升高溶解度减小 逆溶解度特性 变态 点 含有超过饱和量溶质的溶液。 结晶过程的推动力过饱和度 过饱和溶液定义 过饱和度定义 过饱和溶液与相同温度下的饱和溶液的浓度之差。 二、溶液的过饱和与介稳区 溶液的过饱和与 超溶解度曲线 不稳区 介稳区 稳定区 冷却法蒸发法真空绝热蒸发法(冷却蒸发法) 超溶 解度 曲线 溶解 度曲 线 12.1 结晶 12.1.1 结晶的基本概念 第十二章 其他分离方法 12.1.2 结晶热力学简介 12.1.3 结晶动力学简介 一、晶核的形成 1.晶核产生 溶液中快速运动的 溶质元素(原子、离 子或分子) 线体单元 相互碰撞 线体单元增长 晶胚 晶胚增长 晶核 晶胚分解 晶核直径：数十纳米至几微米 2.初级成核与二级成核 没有晶体存在的过饱和溶 液中自发产生晶核的过程 初级成核 有晶体（晶种）存在过饱 和溶液中产生晶核的过程 二级成核 初级成核速率二级成核速率 超细粒子制造初级成核 大粒子制造二级成核 一、晶核的形成 晶体成长系指过饱和溶液中的溶质质点在过饱 和度推动力作用下，向晶核或加入晶种运动并在其 表面上层层有序排列，使晶核或晶种微粒不断长大 的过程。 二、晶体的生长 1.晶体生长的过程 晶体 生长 扩散过程 溶质质点以扩散方式由液相主体穿过靠近晶体 表面的静止液层转移至晶体表面。 表面反应过程 到达晶体表面的溶质质点按一定排列方式嵌入 晶面，使晶体长大并放出结晶热。 传热过程 放出的结晶热传导至液相主体。 二、晶体的生长 晶体成长示意图 晶 体 正在成长晶面 溶 液 主 体 液 膜 扩散推动力 表面反应推动力 2.影响晶体生长的因素 (1)晶粒大小的影响 v 对个别物系，原晶粒的初始粒度越大，其成长 速率越快 v 对多数物系，晶体的成长与原晶粒的初始粒度 无关 v 低温结晶为表面反应控制 v 高温结晶为扩散控制 (2)结晶温度的影响 二、晶体的生长 v 改变溶液的结构或溶液的平衡饱和浓度 v 改变晶体与溶液界面处液层的特性而影响溶质 质点嵌入晶面。 v 通过本身吸附在晶面上，而阻挡溶质质点嵌入 晶面 杂质对结晶过程的影响 三、杂质的影响 12.1 结晶 12.1.1 结晶的基本概念 第十二章 其他分离方法 12.1.2 结晶热力学简介 12.1.3 结晶动力学简介 12.1.4 工业结晶方法与设备 工业结晶方法与设备(自学) 自学要求 掌握 结晶方法的分类。 掌握 3 种以上主要结晶器的名称。 了解主要结晶器的结构形式。 12.1 结晶 12.1.1 结晶的基本概念 第十二章 其他分离方法 12.1.2 结晶热力学简介 12.1.3 结晶动力学简介 12.1.4 工业结晶方法与设备 12.1.5 结晶过程的计算(选读) 12.1 结晶 第十二章 其他分离方法 12.2 膜分离(选读) 12.3 吸附(选读) 12.4 离子交换(选读) 思考题 作业题: 无 练 习 题 目