化工原理-结晶(原理、工业方法、设备 )

1、内容提纲,一、结晶基本概念,二、工业结晶方法与设备,三、结晶过程的计算,一、结晶机理,4、相平衡与溶解度,3、晶体及特性,1、结晶概述,结晶原理,2、结晶过程的特点,5、晶体的形成过程,一、结晶机理,1.什么是结晶,2、结晶过程的特点,（1）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。而用其他方法难以分离的混合物系，采用结晶分离更为有效。如同分异构体混合物、共沸物系、热敏性物系等。 （2） 固体产品有特定的晶体结构和形态(如晶形、粒度分布等)。 （3）能量消耗少，操作温度低，对设备材质要求不高，三废排放少，有利于环境保护。 （4）结晶产品包装、运输、储存或使用都很方便。,什么

2、是融程？,答：晶体在被加热融化过程的具体温度的范围。,4.相平衡与溶解度,5.晶体的形成过程,晶体从溶液中形成，不论是通过减少溶剂量还是通过降低温度，首先须使其介质达到过饱和状态。,当介质达到过饱和状态后，溶液中便产生细小晶粒（称为晶核）。晶核的形成是晶体生长过程必不可少的核心。,在过饱和溶液中，溶质质点在过饱和度推动力的作用下，向晶核或加入晶种运动，并在其表面有序堆积，使晶核或晶种不断长大形成晶体。,形成过程,介质达到过饱和状态,晶核的形成,晶体的生长,二、工业结晶方法与设备,4、盐析(溶析)结晶法,盐析(溶析)结晶：向溶液中加入某些物质，以降低溶质在原溶剂中的溶解度，产生过饱和度的方法。

3、盐析剂的要求：能溶解于原溶液中的溶剂，但不（很少）溶解被结晶的溶质，而且溶剂与盐析剂的混合物易于分离(用蒸馏法)。 NaCl是一种常用的盐析剂，如在联合制碱法中，向低温的饱和氯化铵母液中加入NaCl，利用同离子效应，使母液中的氯化铵尽可能多地结晶出来，以提高结晶收率。,5、反应结晶法,气体与液体或液体与液体之间发生化学反应以产生固体沉淀的方法。固体的析出是由于反应产物在液相中的浓度超过了饱和浓度或构成产物的各离子的浓度超过了溶度积的结果。 反应结晶过程可分为反应和结晶两步，随着反应的进行，反应产物的浓度增大并达到过饱和，在溶液中产生晶核并逐渐长大为较大的晶体颗粒。 反应结晶产生的固体粒子一般较

4、小。要想获得符合粒度分布要求的晶体产品，必须小心控制溶液的过饱和度，如将反应试剂适当稀释或适当延长沉淀时间。,三、结晶过程的计算,溶液结晶过程计算的基础是物料衡算和热量衡算。在结晶操作过程中，原料液中溶质的含量是已知的。对于大多数物系，结晶过程终了时母液与晶体达到了平衡状态，可由溶解度曲线查得母液中溶质的含量。 1. 对于不形成水合物的结晶过程，溶质的物料衡算方程： WC1 = G + ( W - VW ) C2 ( 12-1) 或 G = W c1 - (1-v) c2 (12-2) =,式子中 W-原料液中溶剂的量，Kg或kg/h G-结晶产品的量，kg或kg/h V-溶剂移除强度，即单位

5、进料溶剂蒸发量，kg/kg原 料溶剂； C1 C2 -原料液与母液中溶质的含量，kg无水合溶质/kg 2. 对于形成水合物的结晶过程，溶质水合物携带的溶剂不在存在于母液中，因此在进行物料衡算时，这部分溶剂量应从母液溶剂中减去，即 WC1 = G/R + WC2 (12-3) 式子中 R-溶质水合物摩尔质量与无溶剂摩尔质量之比 W-母液中溶剂量，kg 或kg/h,式子（12-3）中左侧一项表示原料液中的溶质量，右侧第一项G/R表示溶质水合物中纯溶质的量，注意此式子中的G表示溶质水合物的结晶量，而右侧第二项为母液中存在的溶质量。对溶剂进行质量衡算，得 W = VW + G (1-1/R) + w

6、(12-4) 故 W= (1-V)W -G(1-1/R) （12-5） 将式子（12-5）带入式子（12-3）中，得 WC1 = G/R +(1-V)W-G(1-1/R)C2 解得 G= WRC1-(1-V)C2 / 1-C2(R-1) （12-6） 显然，若结晶无水合物作用，式子（12-6）将变成（12-2）,对于不同的结晶过程，运用（12-6）时情况不同，先在进行分别介绍： 一.不移出溶剂的冷却结晶 此时，V=0，故式子（12-6）变为 G=WR(C1-C2) / 1-C2（R-1） (12-7) 二. 移除部分溶剂的结晶 （1）蒸发结晶 在蒸发结晶器重，移除的溶剂量W若已预先规定，则可由

7、式子（12-6）求出G。反之，则可根据已知的结晶量G求出W。 （2）真空冷却结晶 此时溶剂蒸发量V为未知数，需要通过热量衡算求出。 列热量衡算式子，得,VWrs = cp (t1-t2)(W+WC1) + rcrG (12-8) 将式子（12-8）与（12-6）联立求解，得 rcrR(C1-C2)+CP(t1-t2)(1+C1)1-C2(R-1) V= - (12-9) rs1-C2(R-1)-rcrRC2 式子中 rcr -结晶热，J/kg; rs -溶剂汽化热，J/kg; t1,t2 - -溶液的初始及最终温度， Cp -溶液的比热容，J/(kg),【例题12-1】,P285 略。,主要参考资料,1黄少烈 ,邹华生.化工原理D. 上海:华南理工大学出版社, 2004.