重要工业结晶基础物性-溶解度

工业结晶基础物性-溶解度

王彦飞工业结晶

2月20日

溶解度是指在一定温度、压力下体系达到平衡时，平衡固相在液相中的组成。溶解度概念对工业结晶工艺开发非常重要。在使用溶解度这个概念时，需要注意一下几点：1）平衡：即在一定温度和压力条件下，宏观上固液相的平均组成不随时间而变化，但从微观角度，溶液中某种物质的组成是有震荡的，可以推测在固液接触界面也会有浓度的急剧变化。这对于很多介稳晶型来说，就不存在溶解度的概念了，因为介稳晶型在一定的温度和压力下，不能长期稳定存在，但在很多文献中，也存在非稳定晶型的溶解度描述，这是行业约定俗成的一种说法，虽然不严谨，但如果非稳态晶型能在较长的时间存在，通过动力学控制，也可以分离出非稳态晶型的晶体，借助这个概念来描述，达到获得某一非稳态晶型的目的，也是可以的。2）组成：组成不仅仅是指平衡固相的液相组成，同时还包括了平衡固相的组成，大多数晶体往往是格格不入的，即平衡晶体主要是纯的物质，但是还是有一些微观结构相近的物质会形成固体溶液，比如氯化钾和氯化铵在一定的浓度范围内会形成固体溶液，萘和蒽醌在很大的范围内形成固体溶液。组成的表达方式很多，在使用时尤其需要给予充分重视。平衡固相的组成不仅仅指其化学组成，同时还包括其晶体结构，即晶型。3）溶解度不仅仅是温度、压力及体系的函数，在产品粒度很小（纳米数量级）时，溶解度也是颗粒粒度的函数。在粒度很小的情况下，溶解度随粒度的减小而成指数增大。

溶解度以图形的形式表示的结果就是相图。相图要体现溶解度的所有要素：温度、压力、体系、固液相组成。最简单的二元体系相图如下图所示：

溶解度数据的作用主要有以下几个方面：

1）确定结晶工艺及具体参数。通过将溶解度数据进行图形化，很容易更直观判断采用何种结晶工艺进行分离和纯化。即通过原料的初始组成，就可以判断是通过冷却还是蒸发，还是其它方式进行有效分离。确定适宜的分离工艺及预测具体的工艺参数。根据产品纯度、粘度特性，依据溶解度随温度变化大小可以根据后边图形指出的经验进行工艺路线的初步判断，不管哪种结晶工艺，从工业化角度关注的重点还是在工艺可控性强的基础上，以成本最低为优化目标。

2）可以进行理论收率的计算。

3）通过溶解度数据可以进行结晶热的估算。详见结晶热一文。