卫宏远-现代工业结晶技术基础

现代工业结晶技术基础卫宏远天津大学国家工业结晶中心内容基本概念

结晶过程的相平衡及介稳区

结晶过程的动力学

结晶：固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程生活健康需要产品质量的高要求结晶在化工\医药\食品工业中的应用广泛1.基本概念结晶过程具有如下特点:能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融混合物中形成纯净的晶体。对于许多使用其它方法难以分离的混合物系，例如同分异构体混合物、共沸物系、热敏性物系等，采用结晶分离往往更为有效；结晶过程可赋予固体产品以特定的晶体结构和形态（如晶形、粒度分布、堆密度等）；能量消耗少，操作温度低，对设备材质要求不高，一般亦很少有“三废”排放，有利于环境保护；结晶产品包装、运输、贮存或使用都很方便。1.1晶体结构与特性

晶体是内部结构中的质点元(原子，离子，分子)作三维有序规则排列的固态物质晶面自范性晶体的均匀性

结晶多面体保证晶体产品的高纯度

各向异性

晶格

:微观质点的三维空间点阵排列结构

晶体按晶格结构可分为七个晶系

六方晶系a1=a2

=b≠cα=β=90o

γ=120o三方晶系(菱面体晶系)a=b=cα=β=γ≠90o立方晶系(等轴晶系)a=b=cα=β=γ=90o

四方晶系a=b≠cα=β=γ=90o立交晶系a≠b≠c

α=β=γ=90o

单斜晶系a≠b≠c

α=γ=90o≠β三斜晶系a≠b≠c

α≠β≠γ≠90o晶形(Shape)：外观形状晶型(Polymorph)：按内部结构隶属晶系晶习(Habit)：晶形与生长环境的关系重要名词:1.2晶体的粒度分布（CrystalSizeDistribution,CSD）指不同粒度的晶体质量(或粒子数目)与粒度的分布关系粒数密度，n

质量密度，m

累计粒子数，N

累计质量，M

“变异系数”（CoefficientofVariation，C.V.）为一统计量，与Gaussian分布的标准偏差相关，定义式为：

对于一个晶体样品:M.S.越大，表示其平均粒度大;C.V.值越小，表明其粒度分布越均匀。

粒度分布一般以中间粒度和变异系数来描述：“中间粒度”（MediumSize,M.S.）定义为筛下累计质量百分率为50%时对应的筛孔尺寸值1.3结晶过程及其在制药中的重要性

结晶过程可分为四大类:溶液结晶、熔融结晶、沉淀结晶、升华结晶结晶过程步骤：过饱和度产品粒度分布和纯度成核生长纯度(或生化活性、效价、吸光值、澄清度)

固体形态指标：

晶形晶型

堆密度或比容结晶度

晶体的粒度分布（主粒度与CV值）

固体结晶产品的质量指标：2.1溶解度固体与其溶液相达到固液相平衡时，单位质量的溶剂所能溶解的固体的量，称为固体在溶剂中的溶解度

溶解度的大小取决于溶质及溶剂的性质、温度及压强等

根据溶解度随温度的变化特征，可将结晶物系分为不同的类型：正溶解度特性：（大，中，小），溶解吸热

逆溶解度特性：溶解放热2.结晶过程的相平衡及介稳区温度，℃溶解度，g/100gH2OL-维生素CL-苏氨酸L-异亮氨酸Na2SO4Na2SO410H2OL-精氨酸C*=A+Bq+Cq2+…logx*=a+b/T(1+logT)溶解度特征决定结晶方法的选择：对于溶解度随温度变化较大的物系，适用冷却结晶方法；对于溶解度随温度变化较小或具有逆溶解度特性的物系，适用蒸发结晶法分离。根据在不同温度下的溶解度数据还可计算出结晶过程的理论产量2.2两组分物系的固液相图特征双组分低共熔物系固液相图

CDD

双组分固体溶液物系固液相图

DCD温度L(液相)A+D(固相)EADBD+B(固相)L+AL+DL+DB的浓度

溶剂化合物熔化为同组成液相的物系固液相图

温度B的浓度L(液相)A+D(固相)EADBD+B(固相)L+AL+DL+BC溶剂化合物熔化为异组成液相的物系固液相图

温度B的浓度L(液相)A+B(β)(固相)EABL+AL+B(β)L+B(α)晶型转变温度高于低共熔点

L+B温度B的浓度L(液相)EABL+AL+B(α)A+B(α)(固相)A+B(β)(固相)晶型转变温度低于低共熔点

存在多晶型的双组分低共熔型物系固液相图

2.3沉淀过程的溶度积原理电解质在溶剂中溶解度的大小可用溶度积来表示

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