蒸发浓缩
蒸发浓缩原理
蒸发浓缩原理蒸发浓缩是一种常用的物理分离技术，它通过将液体中的溶质部分蒸发掉，以实现溶液中溶质浓缩的目的。
本文将详细介绍蒸发浓缩的原理及其应用。
一、蒸发浓缩的基本原理蒸发浓缩的基本原理是利用液体的沸腾特性，通过加热使液体中的溶质分子获得足够的能量从而从液相转变为气相。
在蒸发过程中，液相中的固体、液体或气体溶质被剥离，而溶剂则主要以水蒸气的形式排出。
通过控制蒸发的速率和条件，可以实现对溶质的有效浓缩。
二、蒸发浓缩的工艺流程蒸发浓缩的工艺流程通常包括蒸发、分离和冷凝三个步骤。
（一）蒸发：将液体加热至沸点，使溶质部分蒸发。
蒸发器是蒸发浓缩系统中的核心设备，其类型包括单效蒸发器、多效蒸发器、蒸发冷凝器等。
（二）分离：将蒸发所得的气体和液体相分离。
分离装置通常包括气体液体分离器、旋风分离器、除雾器等，通过这些设备可以将气体和液体分离开来，以保证浓缩液的纯度。
（三）冷凝：将蒸发所得的蒸汽冷却并转变为液体。
冷凝器用于使水蒸气重新变为水，从而回收和净化蒸发所得的溶质。
三、蒸发浓缩的应用领域蒸发浓缩广泛应用于各种行业，以实现液体溶质的浓缩和回收。
以下是几个典型的应用领域。
（一）化工工业：蒸发浓缩在化工工业中被广泛应用，用于对溶剂、酸碱、有机物等的浓缩和回收。
例如，在某些有机合成过程中，通过连续蒸发浓缩可以高效地回收溶剂，降低生产成本。
（二）食品工业：蒸发浓缩在食品工业中主要用于果汁、牛奶、浆果汁等液体的浓缩和脱水。
蒸发浓缩不仅可以延长食品的保存期限，还可以提高食品的浓缩度和口感。
（三）环保工程：蒸发浓缩被广泛应用于污水处理和固体废弃物处理等环保工程中。
通过蒸发浓缩，可以将废水中的溶质浓缩成固体，减少废水的排放量，同时也方便废水中有价值的物质的回收利用。
四、蒸发浓缩的优点和局限性蒸发浓缩具有如下优点：（一）高效节能：蒸发浓缩采用多效蒸发器可以节约能源，提高能源利用效率。
（二）适用广泛：蒸发浓缩可以适用于各种物质的浓缩和回收，具有较高的适用性。
蒸发浓缩的操作原理
由于 H-cpwT≈r (5-23) H΄-cpwt1≈r′ (5-24) 式中 r——加热蒸气的汽化热，kJ/kg； r′——二次蒸气的汽化热，kJ/kg。
计算原料液及完成液的比热可分别写成： Cp0=cpw(1-x0)+cpBx0=cpw-(cpw-cpB)x0 Cp1=cpw(1-x1)+cpBx1 =cpw-(cpw-cpB)x1
上式即为完成液比热与原料液比热间的关系式。
Fx0=(F-W)x1
01
02
二、单效蒸发的计算
加热室
蒸发室
F,x0,t0,h0
D,T,H
W,T’,H’
D,T,hw
(F-W),x1
t1,h1
QL
1 蒸发量w
式中 F—原料液流量 W—蒸发量 x0—原料液的质量组成 x1—完成液的组成
(cp0-cpw)x1= (cp1-cpw)x0
将式5-21代入5-18，并整理得：
对NaOH水溶液，k、ym与x的关系为： k=1+0.142x (5-9a) ym=150.75x2-2.71x (5-9b) 式中 x——溶液的质量浓度
例
蒸发过程中引起温度差损失的原因有：
总温度差损失为：
（3）因管路流体阻力而引起的温度差损失 。
（5-3）
（5-4） 式中 tA——溶液沸点，℃，主要与溶液的类别、浓度及操 作压强有关。 T′——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 饱和温度，℃ 在文献和手册中，可以查到常压（1atm）下某些溶液在不同浓度时的沸点数据。非常压下的溶液沸点则需计算，估算方法有两种。 1 溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失
式中 Δt——传热的有效温度差， ℃ ΔtT ——理论上的传热温度差， ℃ t —— 溶液的沸点， ℃ T——纯水在操作沸点， ℃ Ts——加热蒸气的温度， ℃
蒸发浓缩冷却结晶原理
蒸发浓缩冷却结晶原理蒸发浓缩冷却结晶是一种将溶液中的溶质浓缩到达饱和度后，通过蒸发、冷却或结晶的过程从中分离出纯净的溶质的方法。
其原理主要包括蒸发浓缩、冷却结晶和晶体分离三个过程。
首先是蒸发浓缩过程。
当一个溶液处于蒸发器中，通过加热使溶液中的溶质逐渐蒸发，而溶剂则逐渐减少。
随着溶剂的蒸发，溶液中的溶质会逐渐浓缩，直到达到饱和度。
这个过程中溶质的沸点要高于溶剂，以保证溶剂先蒸发。
其次是冷却结晶过程。
在达到饱和度后，可以通过冷却溶液的方式促使溶质结晶。
通过降低溶液的温度，使其超过饱和度，溶质分子会失去平衡，发生核化，形成微晶体。
这些微晶体随着时间的推移逐渐增大，形成可见大小的晶体。
最后是晶体分离过程。
在晶体形成后，需要将晶体从溶液中分离出来。
一种常用的方法是通过过滤或离心机将溶液和晶体分离。
通过过滤，溶液可以通过滤纸或其他细孔的过滤器，而晶体则无法通过，从而将溶剂彻底分离开。
此外，离心机也可以利用离心力将晶体和溶液分离。
蒸发浓缩冷却结晶是一种较为常用的分离纯化溶质的方法，其有以下几个优点：首先，这种方法适用于溶质和溶剂之间的沸点差别较大的情况。
对于那些沸点远高于溶剂的溶质，通过蒸发可以快速将溶剂蒸发掉，从而实现溶质的浓缩。
其次，在蒸发浓缩过程中，溶质逐渐浓缩，浓度越来越高，增加了晶体的产率。
同时，蒸发过程中溶质的沸点要高于溶剂，可通过调节温度来控制溶质的浓度。
再次，通过冷却结晶，可以使溶质从溶液中结晶出来。
晶体结构稳定，纯度高，晶体粒度大，便于后续的分离和收集。
最后，晶体的分离相对较为简单。
可以通过简单的过滤或离心机即可实现溶液和晶体的分离。
综上所述，蒸发浓缩冷却结晶是一种常用的方法，适用于溶质和溶剂之间沸点差别较大的情况。
通过逐渐蒸发溶剂，浓缩溶质，然后通过降温结晶和晶体分离的方式，可以获得高纯度的晶体，达到分离纯净溶质的目的。
蒸发浓缩的名词解释
蒸发浓缩的名词解释蒸发浓缩方法是一种用于从溶液中分离固体和溶液的技术，它基于物质在加热后从液体到气体的转变过程。
通过加热溶液，其中的溶剂会转化为蒸汽，而溶质则逐渐变得更加浓缩，最终形成固体。
这种方法广泛应用于许多不同的领域，包括化学、制药、食品和饮料工业等。
它可以用来提取纯净的溶质、回收溶剂、处理废水和废物等。
蒸发浓缩的基本原理是利用物质的不同挥发性质。
在溶液中，溶剂和溶质之间的相互作用力会使得溶质的挥发速率较慢，而溶剂的挥发速率较快。
因此，当溶液受热时，溶质的浓度会逐渐增加，直到达到饱和，然后溶质以固体形式析出。
蒸发浓缩过程通常在蒸发器中进行。
蒸发器有许多不同的类型，包括多效蒸发器、单效蒸发器和蒸发泵等。
其中，多效蒸发器和单效蒸发器是最常见的。
多效蒸发器是一种高效的蒸发浓缩设备。
它利用了多个蒸发级别来提高热能利用效率。
在多效蒸发器中，溶液通过不同的蒸发级别，每个级别都有一个加热器和一个冷凝器。
在每个级别中，溶液的浓度逐渐增加，同时溶剂被循环使用，以提高能量效率。
多效蒸发器通常用于处理大量的溶液，如海水淡化、糖浆浓缩等。
相比之下，单效蒸发器只有一个蒸发级别。
在单效蒸发器中，溶液通过加热器加热，溶剂蒸发后，通过冷凝器转化为液体形式。
这种方法适用于小规模操作，如实验室研究或少量物质的处理。
蒸发浓缩方法还可以通过蒸发泵来进行。
蒸发泵是一种利用真空技术来加速溶剂的蒸发的设备。
溶液通过蒸发器，在低压条件下加热并蒸发。
在蒸发过程中，溶剂被快速抽出并通过冷凝器转化为液体形式，从而增加了蒸发速率和溶质浓缩度。
除了这些常见的蒸发浓缩方法，还有一些其他的变体。
例如，闪蒸是一种将溶液暴露在快速蒸发条件下，使其迅速蒸发和浓缩的方法。
这种方法常用于处理高浓度的溶液，以快速分离溶质。
总的来说，蒸发浓缩是一种重要的分离和浓缩技术，可以在许多不同的领域中得到应用。
它通过利用物质的挥发性质，将溶液中的溶质与溶剂分离，从而实现目标物质的提取、回收和处理。
浓缩的工艺有哪些
浓缩的工艺有哪些浓缩是指将液体中的溶质和溶剂相对分离，使溶液中的溶质的含量增加的过程。
浓缩的工艺主要应用于化工、食品、制药、环保等领域。
下面将介绍几种常见的浓缩工艺。
1. 蒸发浓缩：蒸发浓缩是通过加热溶液，并将溶剂以蒸汽形式蒸发掉，使溶液浓度增加。
主要包括多效蒸发、闪蒸、汽化等。
多效蒸发是指将蒸汽再利用，通过多级蒸发器进行连续浓缩。
闪蒸则是使溶液在较低压力下蒸发，从而达到浓缩的目的。
汽化是指将溶液蒸发到临界压力下，以提高溶质的浓度。
蒸发浓缩工艺广泛应用于盐水脱盐、果汁浓缩等领域。
2. 结晶浓缩：结晶浓缩是利用物质溶解度与温度的关系，在合适的温度下使溶质结晶，从而达到浓缩目的。
常见的结晶浓缩方法包括溶剂结晶、降温结晶、真空结晶等。
溶剂结晶是利用某种溶剂将溶液浓缩到饱和状态后，通过蒸发或另一种饱和溶剂的加入，使溶质结晶沉淀。
降温结晶是通过降低溶液的温度，使溶质随之结晶出来。
真空结晶是在低温和低压的条件下进行结晶。
结晶浓缩常用于矿石提取、食盐生产等行业。
3. 膜分离浓缩：膜分离浓缩是利用半透膜对溶质和溶剂进行分离的工艺。
常见的膜分离工艺包括逆渗透、电渗析、蒸发膜等。
逆渗透是指将溶液通过高压力作用于半透膜上，使溶剂透过膜而溶质被截留，从而实现浓缩。
电渗析是利用电场作用，使溶质离子在阳、阴极间进行迁移，通过选择性渗透膜实现浓缩。
蒸发膜浓缩是通过在半透膜表面提供膜上饱和蒸汽，沿着膜表面薄膜流进行蒸发，将溶质浓缩。
膜分离浓缩工艺广泛应用于海水淡化、废水处理、果汁浓缩等领域。
4. 萃取浓缩：萃取浓缩是利用溶剂将溶质从液相中萃取出来，再通过溶剂去除，从而实现浓缩的过程。
常见的萃取浓缩方法包括萃取提纯、溶剂萃取、浸提等。
萃取提纯是指通过将溶质从混合物中与溶剂相分离，再将溶剂移除，从而得到浓缩。
溶剂萃取是利用萃取剂将溶质从原液中提取出来，再通过蒸发溶剂实现浓缩。
浸提是将溶质浸泡在溶剂中，使溶质从固体向溶液转移，通过溶剂的蒸发实现浓缩。
蒸发浓缩工艺-展示版
适于： 料液粘度随浓度显著增加的场合。
溶液流向： 3→1→2 或2→3→1 蒸汽流向： 1→2→3
三 多效蒸发器
（二）多效蒸发的经济性及效数限制
1.加热蒸汽的经济性
效数
单效
双效
三效
四效
五效
（D/W）min 的理论值
辅助设备
蒸发器
加热室
分离室
除沫器（汽液分离器）
冷凝器
真空装置
蒸发设备
用来进行蒸发的设备主要是蒸发器和冷凝器
蒸发器的作用是加热溶液使水沸腾汽化，并移去，由加热室和分离室两部分组成。
冷凝器与蒸发器的分离室相通，其作用是将产生的水蒸汽冷凝而除去。
按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，分为两大类：循环型和单程型(不循环)。
适于处理粘度大，易结垢、有晶体析出的 溶液。
（二）单程型(膜式)蒸发器
溶液在蒸发器中的停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料的蒸发； 整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。
溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动。溶液通过加热室时，在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸发器。
蒸发浓缩设备
1.并流流程
又称为顺流加料加料流程，是工业上最常见的加料模式。
（一）多效蒸发流程
蒸汽流动方向： 1→2→3 溶液流动方向： 1→2→3
① 料液可自动流入下一效，无需泵输送； ②溶液会发生闪蒸而产生更多的蒸汽； ③传热推动力依次减小； ④ K依次减小；
并流多效蒸发
三 多效蒸发器
优、缺点： ① 料液需用泵送入下一效； ②传热推动力较为均匀；
什么是蒸发浓缩？
什么是蒸发浓缩？蒸发浓缩是一种常见的分离和浓缩技术，通过利用液体蒸发成气体的物理性质，将溶液中的溶质浓缩在溶剂中。
这种方法广泛应用于化工、制药、环保等领域。
蒸发浓缩技术可以高效地分离和回收溶剂，减少废液的排放，实现资源的循环利用。
蒸发浓缩技术主要由以下几个步骤组成：1. 蒸发器的选择与设计蒸发器是蒸发浓缩的核心设备，不同的蒸发器适用于不同的操作条件和物料性质。
常见的蒸发器包括多效蒸发器、蒸发冷凝器等。
在设计蒸发器时，需要考虑物料的浓度、流量、蒸发温度和压力等因素，以及设备的尺寸、热交换效率等。
2. 蒸发过程的控制蒸发过程的控制对于获得理想的浓缩效果至关重要。
通过调整蒸发器的操作参数，如进料流量、蒸发温度和压力等，可以控制蒸发速率和浓缩度。
此外，还可以使用自动控制系统监测和调整蒸发过程，确保操作的安全和稳定。
3. 浓缩后处理在蒸发过程中，溶剂从溶液中蒸发成气体，而溶质则留在溶剂中进行浓缩。
浓缩后的溶液需要进行后处理，以回收溶剂和固体物质。
常见的后处理方法包括结晶、卸渣、膜分离等。
这些方法能够进一步提高溶液的浓缩度，并实现溶剂的回收和物质的分离。
蒸发浓缩技术的优点在于可以适应各种浓缩要求，实现高效、节能的分离和浓缩过程。
同时，蒸发浓缩过程中产生的废液可以通过适当的处理进行回收利用，减少对环境的污染。
但是，蒸发浓缩技术也存在一些挑战，如耗能较高、设备投资大等问题，需要在实际应用中进行综合考虑和优化。
总之，蒸发浓缩技术作为一种重要的分离和浓缩方法，具有广泛的应用前景和发展潜力。
在不断的研究和创新中，相信蒸发浓缩技术将为各个领域的生产和环境保护带来更多的积极影响。
蒸发浓缩工艺展示版
汇报人：
目录
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蒸发浓缩工艺概述
蒸发浓缩工艺流程
蒸发浓缩工艺设备
蒸发浓缩工艺操作 要点
蒸发浓缩工艺优化 改进方向
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蒸发浓缩工艺概述
蒸发浓缩工艺是一种将溶液中的水分蒸发，使溶液浓缩的工艺过程。 蒸发浓缩工艺主要应用于食品、化工、医药等行业。 蒸发浓缩工艺的主要设备包括蒸发器、冷凝器、真空泵等。 蒸发浓缩工艺可以分为单效蒸发、多效蒸发、真空蒸发等多种类型。
冷凝器：用于冷凝蒸汽，降低 温度
真空泵：用于抽真空，降低压 力
加热器：用于加热物料，提高 温度
搅拌器：用于搅拌物料，防止 结垢和堵塞
蒸发浓缩工艺操作 要点
检查设备是否完好，确保 设备处于正常工作状态
将溶液倒入蒸发器中，开启 真空泵，开始蒸发浓缩过程
浓缩完成后，关闭真空泵， 停止蒸发浓缩过程
准ห้องสมุดไป่ตู้蒸发浓缩设备，包括 蒸发器、冷凝器、真空泵
原理：利用加热使溶液中的溶剂蒸发，使溶液中的溶质浓度增加 设备：蒸发器、冷凝器、真空泵等 过程：将溶液加热至沸腾，使溶剂蒸发，冷凝后得到浓缩液 应用：食品、医药、化工等行业的浓缩、结晶、干燥等过程
食品工业：如浓 缩果汁、糖浆、 乳制品等
制药工业：如药 物浓缩、提取等
化工工业：如化 学品浓缩、结晶 等
环保领域：如废 水处理、废气处 理等
蒸发浓缩工艺流程
原料预处理：对原料进行清 洗、粉碎、过滤等处理
原料选择：选择合适的原料， 如糖、盐、水等
原料配比：根据工艺要求， 将原料按比例混合
原料储存：将混合后的原料储 存在合适的环境中，防止变质
或污染
原理：利用加热 使溶液中的溶剂 蒸发，使溶液浓 缩
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二、方法及应用
• 工业用于燥设备种类很多，因此生物产物 的干燥，应依产物的性质、存在形式(溶液 或固体)和含水量而采用各种不同的干燥方 式和干燥设备。由于生物产物多为热敏性 物质，干燥操作多在低压(真空)、低温下进 行。这里主要介绍生物产物干燥过程常用 的干燥器。
升膜式蒸发器
升降膜式蒸发器 1—蒸汽进口；2—加热管；3—料液进口；4—冷凝水出口；5—下 导管；6—浓缩液出口；7—分离器；8—二次蒸汽出口（接真空装 置）；9—蒸发室；10—升膜管；11—降膜管
三、吸水浓缩
• 1、葡聚糖凝胶浓缩 由于葡聚糖凝胶具有吸收水及小分子质量化合物 的性能，因此，在生物大分子稀溶液中加入溶液 量1／5、干燥的葡聚糖凝胶G-25，缓慢搅拌 30min，葡聚糖凝胶将溶液中的水吸去，再用离 心或过滤的方法除去凝胶，使溶液得到浓缩，反 复操作可使溶液体积缩小至1／10。葡聚糖凝胶 洗净后用乙醇脱水，干燥后可再利用。此方法简 单易行，且活力不受影响，但一部分样液会被凝 胶吸附造成损失。
二、离子交换浓缩
（一）离子交换浓缩原理 与离子交换层析相同。浓缩用的离子交换 柱比层析用的柱短而且粗，柱的长度与直 径没有严格规定，用离子强度小于0.1mol ／L的缓冲液平衡以后开始上样，样品体积 不受限制，但离子强度要接近于开始所用 的缓冲液。
（二）常用于浓缩的离子交换剂 有二乙基氨基乙基-葡聚糖A-50、二乙基 （2-羟丙基）季氨基-葡聚糖A-50等 （三）离子交换浓缩法的优点 浓缩倍数高，回收率高，不影响生物大分子 活性，同时还能去掉一些杂质。缺点是浓 缩液中带有大量的盐，必要的时候须进一 步处理
• 2、平衡水分和自由水分 平衡水分：物料中的水分与一定温度、相对 湿度的不饱和湿空气达到平衡状态时，物 料所含水分称为该空气条件下物料的平衡 水分。 自由水分：在干燥过程中能除去的水分，是 物料中超出平衡水分的那一部分水分。
（三）干燥曲线和干燥速率曲线 临界点后物料温度升高，操作时需注意酶、 蛋白质等热敏性物质的变性。 在恒速干燥阶段，干燥速度由水的表面汽化 速度即外扩散所控制；在降速干燥阶段， 过程速度由水分从物料内部移动到表面的 速度即内扩散所控制
二、结晶的方法
• （一）结晶器的种类 1、 冷却结晶器 （1）釜式结晶器 （2）Howard结晶器 2、 蒸发结晶器 （1）Krystal-Oslo结晶器 （2）DTB结晶器 （3）DP结晶器
（二）提高晶体质量的方法 1、晶体大小的控制 （1）过饱和度 （2）温度 （3）搅拌 （4）晶种
2、晶体形状的控制 （1）过饱和度 （2）选择不同的溶剂 （3）杂质
2、过饱和溶液的制备 （1）热饱和溶液冷却 （2）部分溶剂蒸发 （3）真空蒸发冷却法 （4）化学反应法 （5）盐析法
• • • •
（二）晶核的生成 1、自然起晶法 2、刺激起晶法 3、晶种起晶法
• （三）晶体的生长 • 当晶体生长速度大大超过晶核生成速度时， 则得到粗大而有规则的晶体。当晶核生成 速度大大超过晶体生长速度时，则得到细 小而又不规则的晶体。
一、蒸发浓缩
• 蒸发浓缩是通过加热或减压的方法使溶液 沸腾，部分溶剂汽化蒸发，溶液得以浓缩 的过程。为了缩短受热时间而不影响所要 求的浓缩量，通常采用真空膜式蒸发来解 决。即让溶液在蒸发器的表面以很薄的液 层流过，浓缩液很快离开热表面，溶液在 短时间内就可得到汽化、浓缩。
常用的膜式蒸发器 1．升膜式蒸发器 2．降膜式蒸发器 3．升降膜式蒸发器 4．刮板式蒸发器 5．离心式薄膜蒸发器
降膜式蒸发器
内循环式釜式Krystal-Oslo结晶器
A-闪蒸区入口；B-亚稳区入口；C-床层区入口；D-循环流出口；E结晶料液入口
DTB结晶器
DP结晶器
盘架干燥器
冷冻干燥器
干燥曲线
干燥速率曲线
过饱和度与成核速率、晶体生长速度和最终晶体平均半径的影响
晶粒形状对结块的影响
饱和曲线与过饱和曲线
第九章 浓缩、结晶与干燥
第一节 浓缩
浓缩的方法很多，除了大多数纯化的操作如 浓缩方法的选择应视目的产物的热稳定性 而定；对于热稳定性的目的产物可用常规 吸附、沉淀、凝胶过滤等包含了浓缩作用， 的水浴常压蒸发、减压蒸发等；对于热不 还有蒸发浓缩、凝胶吸水浓缩、聚乙二醇吸 稳定的生物大分子通常采用冷冻浓缩、葡 水浓缩、冷冻干燥、离子交换法等也可用于 聚糖凝胶浓缩、聚乙二醇浓缩、超滤浓缩 生物制品溶液的浓缩。 等方法。下面主要介绍生产常用的蒸发浓 缩、离子交换浓缩、凝胶吸水浓缩等方法。
3、晶体纯度的控制 （1）晶体洗涤 （2）重结晶 4、晶体结块的控制
第三节 干燥
一、原理
（一）定义 干燥是利用热能除去目标产物的浓缩悬浮 液或结晶（沉淀）产品中湿分(水分或有机 溶剂)的单元操作，通常是生物产物成品化 前的最后下游加工过程。
（二）物料所含水分的种类 1、结合水分和非结合水分 结合水分包括物料细胞壁内的水分、物料内 毛细管中的水分、及以结晶水的形态存在 于固体物料之中的水分等。 非结合水分包括机械地附着于固体表面的水 分，如物料表面的吸附水分、较大孔隙中 的水分等。
• 2、聚乙二醇浓缩
将稀溶液置于透析袋内，袋外放置聚乙二醇，溶液 内水分向袋外转移，溶液即浓缩了几十倍。除聚乙 二醇外，也可用聚乙烯吡咯烷酮、蔗糖等作吸收剂。
第二节 结晶
• 一、原理与过程 （一）过饱和溶液的形成 1、溶液的过饱和与结晶 浓度恰好等于溶质的溶解度，即达到固、 液相平衡时的溶液称为该溶质的饱和溶液。 溶液的过饱和度与结晶的关系可用图表示。