结晶
结晶原理的说明

结晶原理的说明结晶是一种物质从溶液或气体中形成具有有序排列的结晶体的过程。
在化学、地质、材料科学和生物学等领域,结晶都是一种重要的现象,常见于矿物、晶体管片、药物、化学品等物质的制备和研究中。
结晶的原理可概括为:过饱和和核晶生长。
过饱和是结晶过程的第一步。
当溶质从溶剂中溶解的过程中,溶液中的浓度会发生变化,当溶液中的浓度超过溶质在该温度下的饱和浓度时,即溶液处于过饱和状态。
此时,溶液中的溶质分子将不再保持均匀分布,并出现明显的聚集现象。
在过饱和状态下,溶液中的溶质分子会随机聚集形成微小颗粒,称之为晶核。
晶核的形成是结晶的起始点,其在溶液中的数量和大小决定了后续的结晶过程。
在浓度较高或条件适宜的情况下,晶核会进一步生长。
生长过程中,溶液中的溶质分子会逐渐加入到已有晶核表面,并排列成有序结构。
晶核周围的溶液分子会逐渐被消耗,使晶核逐渐增大,直到形成稳定的晶体。
结晶的过程是由于溶液中存在的过饱和度差引起的。
过饱和度差是指溶质分子在溶液中的浓度与溶质在溶液中的饱和浓度之间的差异。
当过饱和度差较大时,结晶过程会更容易发生,晶核的数量和生长速度也会增加。
结晶的过程受到多种因素的影响,包括溶液中的浓度、温度、压力、溶剂的选择、溶剂中杂质的存在、搅拌速度等。
这些因素会影响溶质在溶液中的溶解度和晶核生长的速度和形态,进而影响结晶的结果。
结晶是一种重要的分离和纯化技术,在化学工业中广泛应用。
通过控制结晶条件和结晶过程的参数,可以实现对溶质的选择性提纯。
此外,结晶还被用于制备材料,如生长半导体晶体管片和制备纯有机化合物等。
在药物领域,结晶技术也被用于制备药物晶体和改善药物的溶解性。
总之,结晶是一种物质从溶液或气体中形成具有有序排列的结晶体的过程,其基本原理是过饱和和晶核生长。
通过控制结晶条件和调节结晶过程的参数,可以实现对溶质的选择性提纯,并在各个领域得到广泛应用。
结晶的方法有哪些

结晶的方法有哪些
结晶是一种物质从溶液或气体中形成晶体的过程。
以下是一些常见的结晶方法:
1. 蒸发结晶:通过加热溶液使其蒸发,使得溶质浓度增加,从而导致结晶。
2. 冷却结晶:将溶液冷却至较低温度,使溶液中的溶质浓度增加而形成晶体。
3. 深冷结晶:将溶液或熔融物质迅速冷却至极低温度,使溶质分子或离子之间产生有序的排列形成晶体。
4. 沉淀结晶:通过加入反溶剂、改变pH值或温度等条件,使溶液中的溶质发生反应生成不溶的物质而形成沉淀晶体。
5. 冻结结晶:将液体物质迅速冷却并形成固态,从而形成结晶。
6. 溶剂结晶:将溶剂中的溶质蒸发至饱和,然后缓慢冷却或加入催化剂,促使晶体的生成。
7. 微波结晶:利用微波辐射加热溶液,使其蒸发形成结晶。
8. 蒸馏结晶:通过蒸馏提纯后的溶液进行结晶,去除杂质并形成纯净的结晶物。
这些是一些常见的结晶方法,不同的物质和实验条件可能适用不同的结晶方法。
结晶的工艺流程

结晶的工艺流程结晶是一种用于从含有溶质的溶液中获得纯净溶质的工艺流程。
它广泛应用于化学工业、药物制造、食品处理等领域。
结晶的工艺流程通常包括以下几个步骤:1. 选取溶解介质:首先需要选择适合的溶解介质。
溶解介质的选择应考虑溶质的性质、溶解度以及结晶的温度、压力等条件。
常用的溶解介质有水、有机溶剂等。
2. 溶解溶质:将溶质加入溶解介质中,并加热搅拌使其彻底溶解。
加热可以提高溶液的溶解度,搅拌可以使溶质均匀溶解。
3. 过滤杂质:将溶液经过滤器进行过滤,以去除其中的杂质。
过滤器可以选择纸滤纸、玻璃纸等,根据溶液的性质选择合适的过滤器。
4. 结晶:将经过过滤的溶液通过冷却或浓缩的方式使其中的溶质逐渐结晶。
冷却结晶可通过降低溶液的温度来实现,浓缩结晶则是将溶液中的溶剂蒸发掉,使溶液浓缩,达到饱和度从而结晶。
5. 分离结晶产物:将结晶的产物与溶剂分离,通常通过过滤或离心等方法进行。
过滤可以使用过滤纸将溶剂与结晶分离;离心通过离心机的离心力将两者分开。
6. 干燥结晶产物:将分离出的湿结晶产物放置在干燥器中进行干燥,直到其达到所需的含水率。
干燥可以使用自然风干、加热干燥等方式进行。
7. 结晶产物的纯化:对于需要进一步纯化的结晶产物,可以进行再结晶或其他纯化方法。
再结晶是将结晶产物溶解于溶剂中,再通过结晶过程纯化。
结晶的工艺流程需要根据溶质的性质和要求进行调整。
溶液的温度、浓度、搅拌速度等条件的控制对于结晶过程的成功至关重要。
此外,结晶的产物需要进行质量检测,确保其达到规定的纯度和含水率。
结晶工艺的优势在于能够得到高纯度的产物,同时还可以将溶液中的其他杂质剔除。
然而,结晶工艺也存在一些挑战,如结晶产物颗粒的大小和形状会对产品性能产生影响,对操作条件的控制要求较高。
总而言之,结晶是一种常用的分离和纯化工艺,它通过溶液的冷却或浓缩使得溶质逐渐结晶,再通过过滤、分离和干燥等步骤获得纯净的结晶产物。
结晶的工艺流程需要根据溶质的性质和要求进行调整,以确保最终获得高质量的产物。
结晶

• 结晶过程中,体系总的自由能变化分为两部 分,即:表面过剩吉布斯自由能(ΔGs)和 体积过剩吉布斯自由能( ΔGv) • 晶核的形成必须满足: ΔG= SΔGs+ VΔGv<0 通常ΔGs>0,阻碍晶核形成; ΔGv<0
ΔGv—形成单位体积晶体的吉布斯自由能变化
临界半径与成核功
• 假定晶核形状为球形,半径为r,则ΔGv= 4/3(πr3 ΔGv);若以σ 代表液固界面的表面 张力,则ΔGs= σ A=4 πr2 σ; • 因此,在恒温、恒压条件下,形成一个半径 为r 的晶核,其总吉布斯自由能的变化为: ΔG=4 πr2(σ+(r/3) ΔGv)
结
晶
结晶:结晶是指固体物质以晶体状态从溶液、 蒸汽或熔融物中析出的过程。熔融结晶和溶 液结晶。 结晶在化工过程中的应用: 1.大宗的无机盐:糖、盐、硝酸铵、尿素等。 糖+盐>100兆吨,化肥 > 1兆吨 2.冶金和材料工业中,结晶也是关键单元操 作。 3.医药等精细化学品。 在高新技术领域中的应用越来越广,如蛋白 质、纳米粒子和超纯材料的制造。
间接换热釜式结晶器 (a)、(b)为内循环式; (c)为外循环式
溶液结晶的类型
• 部分溶剂蒸发法(等温结晶法)
适用于溶解度随温度降低变化不大的体系, 或随温度升高溶解度降低的体系; 方法:
加压、减压或常压蒸馏 例如: 氯化钾、硫酸镁等溶液
溶液结晶的类型
• 真空蒸发冷却法
使溶剂在真空下迅速蒸发,并结合绝热冷 却,是结合冷却和部分溶剂蒸发两种方法的一 种结晶方法。
的几何规律排列,各质点间有力的作用,它是晶体
结构中的键。 • 由于键的存在,质点得以维持在固定的平衡位置上, 彼此保持一定距离,形成空间晶格。
结晶和重结晶

适用:高温时溶解度大,低温时溶解度小。 例如:KNO3、苯甲酸 操作:加热溶解→冷却结晶→过滤
冷却结晶
结果:产品留在滤纸上,少量溶解质留在母液中。
适用:溶解度随温度变化不大。
浓缩结晶 例如:NaCl
(蒸发结晶)
操作:溶解→蒸发→结晶 结果:产品留蒸发皿里。易分解物质不能用。
结果:产品留在滤纸上,杂质留在母液中。
重结晶:常用于固体物质的提纯。
例子:KNO3(沙、NaCl)、苯甲酸(沙、NaCl)。
冷却结晶 操作:加热溶解→趁热过滤→冷却结晶→过滤
用于重结晶
结果:产品留在滤纸上,NaCl留在母液中。 例子:NaNO3(KCl)、NH4NO3(NaCl)。
用于重结晶
浓缩结晶 操作:溶解→蒸发浓缩→结晶→趁热过滤。
结晶的意思

结晶的意思词目:结晶拼音:jié jīng释义:1.物质从液态(溶液或熔融状态)或气态构成晶体。
2.晶体,即为原子、离子或分子按一定的空间次序排序而构成的液态。
也叫做结晶体。
3.比喻稀有的成果。
比如:劳动的结晶。
1) 优质是奉献的堆积,效益是优质的结晶。
2) 科学知识就是贵重宝石的结晶,文化就是宝石释出的光泽。
3) 劳动是一首永恒的赞歌。
你看万里长城葛洲坝高速公路立交桥一座座高楼通讯设备交通工具服务功能智能化运作等等,都是劳动人民的勤劳汗水与智慧结晶。
4) 法律就是社会习俗和思想的结晶。
5) 人来到世界上,本来就是赤条条。
于是我们不必担心什么,放弃是一种你我都有的权利。
懂得放弃是人生的大智慧,适时的放弃是自知与明智的美丽结晶。
有选择有放弃,这才是完美的人生。
6) 这条铁路的完工就是中西合璧的结晶。
7) 知识是从劳动中得来的,任何成就都是刻苦劳动的结晶。
宋庆龄8) 对付敌人必须充分发挥主观能动性,必须‘牵牛’‘宰牛’,不要‘顶牛’。
因为‘顶牛’就是消耗战,就是不精明的战术。
假若和敌人牛返角,最多也不过就是把敌人击退而已。
而战术的全部结晶就是为了歼灭敌人的有生力量。
9) 书是和人类一起成长起来的,一切震撼智慧的学说,一切打动心灵的热情都在书里结晶成形;在书本中记述了人类狂激生活的宏大规模的自白,记述了叫做世界史的宏伟的自传。
10) 科学知识从勤奋劳动中单单的,任何成就都就是勤奋劳动的结晶。
11) 什么是幸福?幸福是果园里果农望着压满枝头果实的满脸喜色,幸福是教室里莘莘学子憧憬未来的动人笑脸,幸福是实验室里科学家又有新发现时的舒展眉头,幸福是领奖台上运动员仰望国旗冉冉升起时的莹莹泪光。
幸福是奋斗的结晶,勤劳的丰碑。
12) 诚信就是一颗稀有的钻石,就是人与自然之美的结晶。
诚信不好过一支玫瑰,在花园之中,她就是最帅的,美得妍媚欲滴;美得冷人心潮;美得高尚;美得完美无瑕。
存有了诚信之后,人与自然的美不足以彰显了!13) 伟大的作品并非能力的表现,而是毅力的结晶。
结晶过程三个基本过程
结晶的种类和操作步骤介绍如下:
1.从定义上出发,结晶通常是指溶质从溶液中析出然后形成的晶体的一个过程。
2.结晶的种类有两种:冷却热饱和溶液法和蒸发溶剂法。
3.冷却热饱和溶液法的操作方法:
在较高温度时,使溶液达到饱和状态,这样在温度降低后,因为物质的溶解度下降,溶液中会析出这种物质的晶体。
4.蒸发溶剂法的操作方法:
蒸发往往是将溶剂加热到较高温度,此时,溶解度随温度变化不大的物质随着溶剂的减少,则可逐渐析出晶体。
扩展资料:
1.蒸发溶剂法适用于”溶解度随温度没有明显变化的”的物质。
2.冷却热饱和溶液法适用于“用来结晶溶质随温度的变化其溶解度变化较明显”的物质。
结晶名词解释
结晶名词解释
结晶[jiéjīng]
[释义] 1.物质从液态或气态形成晶体2.比喻珍贵的成果
结晶是汉语词汇,拼音是jié jīng,意思是热的饱和溶液冷却后溶质因溶解度降低导致溶液过饱和,从而溶质以晶体的形式析出的过程。
中文名结晶外文名crystallization拼音jié jīng繁体結晶注音ㄐㄧㄝˊ ㄐㄧㄥ
释义
1.物质从液态(溶液或熔融状态)或气态形成晶体。
2.晶体,即原子、离子或分子按一定的空间次序排列而形成的固体。
也叫结晶体。
一般由纯物质生成,具有固定的熔点,旋光度。
3.比喻珍贵的成果。
例如:劳动的结晶。
4.游戏道具
出处
艾青《给乌兰诺娃》诗:“不是天上的仙女,却是人间的女神,比梦更美,比幻想更动人--是劳动创造的结晶。
”
王朝闻《艺术创作有特殊规律》:“这是形象思维方法的卓越成就,是想像与思考的结晶。
”。
结晶的名词解释大全
结晶的名词解释大全结晶,作为一个名词,可以有多种解释。
从化学到植物学,从物理到心理学,结晶几乎在不同领域都有其独特的意义和解释。
下面将探讨结晶在不同领域的解释,带领读者一窥其魅力。
一、化学中的结晶在化学中,结晶是指物质从溶液或熔融状态逐渐形成晶体的过程。
这是一种固态转变,通过极具秩序的排列和对称性的晶格结构,使得晶体具备明确的形状和可辨认的面。
结晶有助于纯化化学物质,提高其稳定性和纯净度,也在研究材料性质和化学反应过程中发挥着重要作用。
二、物理中的结晶物理学中,结晶是指通过固态物质内部的原子或分子的相互排列,形成有序结构的现象。
这种有序结构使得物质具备特定的光学、磁学和电学性质。
结晶还与晶体学密切相关,晶体学研究晶体结构和性质以及晶体的透射、反射和散射特性。
三、地质中的结晶在地球科学中,结晶是指岩石或矿物质在地质过程中形成晶态结构的过程。
地质结晶可以通过岩石或矿物的成分、熔融温度和压力等因素来推断。
结晶是地球内部和地表过程中物质变化的关键步骤,它与岩石的形成、矿物的分布和成因等有着密切的关系。
四、生物学中的结晶在生物学中,结晶是指生物体内分子或离子从无序状态逐渐排列成有序的结构的过程。
生物结晶与生物体内的代谢过程密切相关,它影响着酶的活性、蛋白质的折叠和DNA的复制等生物学现象。
结晶在生物学领域对于理解生物分子的结构和功能具有重要意义。
五、心理学中的结晶在心理学中,结晶是指个体在认知过程中,将已有的知识和经验加以整合、组织和应用的过程。
心理学家认为,结晶智力是个体在思考、决策和问题解决过程中,依赖已有知识和经验的一种能力。
结晶智力既受到遗传因素的影响,也可以通过学习和经验积累得以提高。
六、经济学中的结晶在经济学中,结晶是指经济体系和经济规律在一定阶段或特定条件下的显现和具体表达。
通过经济结晶,我们可以观察和理解经济现象的本质和特点。
经济结晶的解读对于制定政策、预测市场和调控经济活动具有重要意义。
结晶现象的原理与发生步骤
3、结晶的步骤
4盐析法 在溶液中,添加另一种物质使原溶质的溶解度降低,形成过饱和溶液 而析出结晶.加入的物质可以是能与原溶媒互溶的另一种溶媒或另一种 溶质. 5抗溶剂法 通过加入能降低溶解度的抗溶剂,如碳酸钠的抗溶剂结晶,在此结晶 体系中,乙二醇、一缩二乙二醇或者1,2-丙二醇等可加入其水溶液中,以 降低溶解度,产生过饱和度.
结晶现象的原理与方法
目录
1 结晶与晶体 2 结晶的基本原理 3 结晶的步骤 4 结晶过程影响因素分析
1、结晶与晶体
1、结晶与晶体
结晶是指固体物质以晶体状态从溶液、蒸汽或熔融物中析出的过程. 晶体是指内部结构中质点元素〔原子、离子、分子作三维有序规则排 列排列的固态物质. 晶体可分为三大晶族,七大晶系如下: 高级晶族:立方晶系<等轴晶系 中级晶族:三方晶系、四方晶系、六方晶系 低级晶族:正交晶系<斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系.
2、结晶的基本原理
介稳区
不稳区 过渡区 亚稳区
稳定区
1—饱和曲线;2—第一过饱和曲线; 3—第二过饱和曲线
A稳定区:即不饱和区.其浓度≦ 平衡浓度,在这里不可能发生结晶.
B亚稳区:即第一过饱和区.在此 区域内不会自发成核,当加入晶种时,结 晶会生长,但不会产生新晶核.
C过渡区:即第二过饱和区.在此 区域内也不会自发成核,但加入晶种后, 在结晶生长的同时会有新晶核产生.
4、结晶过程影响因素分析
〔4冷却〔蒸发速度的影响 在实际生产中,通过真空绝热蒸发冷却是使溶液产生过饱和度的重要手 段之一.冷却速度快,过饱和度增大就快,容易超越介稳区极限,到达不稳 定区时将析出大量晶核,影响结晶粒度.因些,结晶操作过程的冷却速度 不宜太快. 〔5杂质的影响 物料中杂质的存在对晶体的生长有很大的影响,应该尽量去除杂质,以提 高产品质量.
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第三章结晶教学目标:1.掌握结晶操作的原理、影响因素;结晶操作的操作条件确定。
2.理解结晶操作的基本过程与方法。
3.了解溶液结晶的类型及其设备的结构特点,结晶产量的计算方法;其它结晶方法。
重点:结晶方法与原理,结晶相平衡,结晶推动力,结晶操作的影响因素及操作条件的确定。
难点:结晶操作的影响因素及操作条件的确定。
概述一、概念结晶:指物质从液态(溶液或熔融体)或蒸汽形成晶体的过程。
是获得纯净固态物质的重要方法之一。
二、分类可分为溶液结晶、熔融结晶、升华结晶和沉淀。
本章主要讨论的为溶液结晶。
还可分为间歇式和连续式。
还分为无搅拌式和有搅拌式。
三、在化工生产中的应用应用在化学、食品、医药、轻纺等工业中,许多产品及中间产品都是以晶体形态出现的。
例如:味精、速溶咖啡、青霉素、红霉素、化肥、洗衣粉等。
四、特点1、能从杂质含量很高的溶液或多组份熔融状态混合物中获得非常纯净的晶体产品;2、对于许多其它方法难以分离的混合物系,同分异构体物系和热敏性物系等,结晶分离方法更为有效;3、结晶操作能耗低,对设备材质要求不高。
第一节结晶过程及类型一、结晶过程结晶过程的实质是将稀溶液变成过饱和溶液,然后析出结晶。
达到过饱和有两种方法:1、用蒸发移去溶剂2、对原料冷却因溶解度下降而达到过饱和。
结晶体是一个具有若干平面所组成的立体。
当饱和溶液急冷时或蒸发激烈时,大量的晶体析出过快,成为针状、薄片状或树枝状。
晶粒很细,相互重叠或聚集成团,只有这样才能将结晶热散发出去或吸收进来。
结晶的表面形状多数是比较复杂的,然而在单位面积上沉淀的物质速率又是均匀的,使复杂的晶面填充成为较简单的几何形状。
二、溶液结晶的类型1、不移除溶剂的结晶法(冷却结晶法)基本上不除去溶剂,而是使溶液冷却而成为过饱和溶液而结晶。
适用于溶解度随温度下降而显著减小的物系。
例如:硝酸钾、硝酸钠、硫酸镁等溶液。
2、移去部分溶剂的结晶法可分为蒸发结晶法和真空结晶法。
蒸发结晶是将溶剂部分汽化,使溶液达到过饱和而结晶。
适用于溶解度随温度变化不大的物系或温度升高溶解度降低的物系。
例如:氯化钠、无水硫酸钠等。
真空冷却结晶是使溶液在真空状态下绝热蒸发,一部分溶剂被除去,溶液由因为溶剂汽化带走了一部分潜热而降低了温度,而结晶的过程。
适用于中等溶解度的物系。
例如:氯化钾、硫酸镁等。
第二节结晶的基本原理一、基本概念固体从形态上来分有晶形和无定形两种。
例如:食盐、蔗糖等都是晶体,而木碳、橡胶都为无定形物质。
其区别主要在于内部结构中的质点元素(原子、分子)的排列方式互不相同。
晶体简单地分为:立方晶系、四方晶系、六方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系、三方晶系等七种晶系。
通常只有同类的分子或离子才能进行有规律的排列,故结晶过程有高度的选择性。
通过结晶溶液中的大部分杂质会留在母液中,再通过过滤、洗涤即可得到纯度高的晶体。
但是结晶过程是复杂的,晶体的大小不一,形状各异,形成晶族等现象,因此有时需要重结晶。
此外,结晶时有水合作用,晶体中有一定数量的溶剂分子称为结晶水。
二、结晶过程的相平衡1.相平衡与溶解度在一定温度下,将溶液放入溶剂中,由于分子的热运动,会发生:(1)固体的溶解:溶质分子扩散进入液体内部;(2)物质的沉积:溶质分子从液体中扩散到固体表面进行沉积。
达到平衡时的溶液称为该物质的饱和溶液。
即溶质不会溶解,也不会沉积或者溶质溶解的速率与溶质沉积的速率相等。
若为不饱和溶液,则溶质要溶解,一直到饱和时才会停止。
若为过饱和溶液,则溶质就要沉积,直到溶液重新达到饱和为止。
一般用100g溶剂中所能溶解的溶质的量来表示其溶解度的大小。
它与物质的化学性质、溶剂的性质及温度有关,压力的变化很小,常可忽略不计。
溶解度曲线见P153。
有三种①随温度升高而明显增大,硝酸钾、硫酸铝;②受温度的影响不显著,氯化钠、氯化钾;③溶解度曲线有折点,主要是由于物质的组成有所改变,例如:硫酸钠在305K以下有10个结晶水,在305K以上变为无机盐。
一般来说,温度变化大时,可选用变温方法结晶分离;温度变化慢时,可采用移除一部分溶剂的结晶分离方法分离。
2.溶液的过饱和与介稳区溶质浓度超过该条件下的溶解度时,该溶液称为过饱和溶液,过饱和溶液达到一定浓度时会有溶质析出。
见书上P154。
溶解度曲线以下的区域称为稳定区,在此区域溶液尚未达到饱和,因而没有结晶的可能。
溶解度曲线以上的区域为过饱和区,分为二部分,过饱和曲线以上的部分为不稳定区,在此区域内能自发地产生晶核。
在过饱和曲线和溶解度曲线之间的区域为介稳区,在此区域内不会自发地产生晶核,如果溶液中加入晶体,就能诱导结晶进行,加入的晶体称为晶种。
可用下式来表示:*-=∆C C C式中:C ∆—溶度差过饱和度,Kg 溶质/100Kg 溶剂;C —操作温度下的过饱和浓度,Kg 溶质/100Kg 溶剂;C *—操作温度下的溶解度,Kg 溶质/100Kg 溶剂。
或 t t t -=∆*式中: △t —温度差过饱和度,K ;t *—该溶液在饱和状态时所对应的温度,K ;t —该溶液经冷却达到过饱和状态时的温度,K 。
在结晶过程中,若将溶液控制在介稳区内且过饱和度较低,经过较长的时间才能有少量的晶核产生,加入晶种可得到粒度大而均匀的结晶产品,过饱和度较高,有大量的晶核产生,可得到粒度很小的结晶产品。
三、结晶过程的速率晶体的生成包括晶核的形成和晶体的成长两个阶段。
1.晶核的形成晶核是过饱和溶液中初始生成的微小晶粒,是晶体成长过程中必不可少的核心。
加料溶液中其它物质的质点或者过饱和溶液本身析出的新固相质点,这就是“成核”。
此后,原子或分子在这个初形成的微小晶核上一层又一层地履盖上去,直于要求的晶粒大小,为“成长”。
晶核形成的过程:在溶液中,质点元素不断地作不规则的运动,随着温度的降低或溶剂量的减少,不同质点元素间的引力相对地越来越大,以至达到不能再分离的程度,结合成线晶,线晶结合成面晶,面晶结核成按一定规律排列的细小晶体,形成所谓的“晶胚”。
晶胚不稳定,进一步长大则成为稳定的晶核。
以过饱和度为推动力的,如果溶液没有过饱和度产生,晶核既不能发生,晶体也不能生成。
在介稳区内,晶体就可以增长,但晶核的形成速率却很慢,尤其在温度较低,溶液的粘度很高,溶液的密度较大时,阻力也比较大,晶核的形成也比较困难。
成核的过程,在理论上分为二类。
一种是溶液过饱和以后,自发形成的称为“一次成核”;另一种是受外界影响而产生的晶核称为“二次成核”。
在大部分的结晶操作中,晶核的产生并不困难,而晶体的粒度增长到要求的大小则需要精细的控制。
往往有相当一部分多余出来的晶核远远超过取出的晶体粒数,必须把多余的晶核从细晶捕集装置中不断取出,加以溶解,再回到结果器内,重新生成较大粒的晶体。
作为结晶的设计或操作人员注意:(1)尽可能避免自发成核过速,以防止晶核“泛滥”无法长大;(2)尽可能防止使用机械冲击,研磨严重的循环泵,最好使用螺旋桨叶轮的循环装置,外循环泵使用轴流泵或混流泵,忌用高转速离心泵。
(3)尽可能使结晶器的内壁、循环管内壁表面光洁,无焊缝、无刺和粗糙面;(4)加料溶液中悬浮的杂质微粒要在预处理时去除,以防外界微粒过多。
2.晶体的成长在过饱和溶液中已有晶核形成或加晶种后,以过饱和度为推动力,溶液中的溶质向晶核或加入的晶体运动并在其表面上进行有序排列,使晶体格子扩大的过程。
影响结晶生长速率的因素很多:过饱和度、粒度、物质移动的扩散过程等。
解释结晶成长的机理有:表面能理论、扩散理论、吸附层理论。
目前常用的为扩散理论,按照扩散理论:晶体的成长过程由三个步骤组成的:(1)溶质由溶液扩散到晶体表面附近的静止液层;(2)溶质穿过静止液层后达到晶体表面,生长在晶体表面上,晶体增大,放出结晶热;(3)释放出的结晶热再靠扩散传递到溶液的主体去。
第三节影响结晶操作的因素晶体的质量主要是指晶体的大小、形状和纯度。
结晶过程包括晶核的形成和晶体的生成两个阶段。
两种速率:晶核形成的速率和晶体的成长速率。
晶核形成的速率过大,溶液中会有大量晶核来不及长大,过程就结束了,所得到的结晶产品小而多,反之,结晶产品颗粒大而均匀,两者速率相近,所得到的结晶产品的粒度大小参差不一。
影响因素归纳为以下几点:1.过饱和度的影响过饱和度是结晶过程的推动力,是产生结晶产品的先决条件,也是影响结晶操作的最主要因素。
过饱和度增高,一般使结晶生长速率增大,但同时会引起溶液粘度增加,结晶速率受阻。
2.冷却(蒸发)速度的影响实现溶液过饱和的方法一般有三种:冷却、蒸发和化学反应。
快速的冷却或蒸发将使溶液很快地达到过饱和状态,甚至直接穿过介稳区,能达到较高的过饱和度而得到大量的细小晶体;反之,缓慢冷却或蒸发,常得到很大的晶体。
3.晶种的影响晶核的形成有两种情况,即初级成核和二次成核。
初次成核的速率要比二次成核速率大得多,对过饱和度的变化非常敏感,成核速率很难控制,一般尽量避免发生初级成核。
加入晶种,主要是控制晶核的数量以得到粒度大而均匀的结晶产品。
注意控制温度,如果溶液温度过高,加入的晶种有可能部分或全部被溶化,而不能起到诱导成核的作用,温度较低,溶液中已自发产生大量细小晶体时,再加入晶种已不能起作用,通常在加入晶种时要轻微地搅动,使其均匀地分布在溶液中,得到高质量的结晶产品。
4.杂质的影响存在某些微量杂质可影响结晶产品的质量。
溶液中存在的杂质一般对晶核的形成有控制作用,对晶体的成长速率的影响较为复杂,有的杂质能抑制晶体的成长,有的能促进成长。
5.搅拌的影响大多数结晶设备中都配有搅拌装置,搅拌能促进扩散和加速晶体生成,就注意搅拌的形式和搅拌的速度。
如转速太快,会导致对晶体的机械破损加剧,影响产品的质量,转速太慢,则可能起不到搅拌的作用。
第四节结晶器一、结晶装置的类型有冷却结晶器、蒸发结晶器、真空结晶器、盐析结晶器、喷雾结晶器等。
(一)冷却结晶器(不移除溶剂的结晶器)1.釡式结晶器:用冷却剂使溶液冷却下来而达到过饱和,从而使溶液结晶出来。
结构简单,制造容易,但冷却表面易结垢而导致换热效率下降。
2.Krystal—Oslo分级结晶器:器内的饱和溶液与少量处于未饱和状态的热原料液相混合,通过循环管进入冷却器达到轻度过饱和状态,在通过中心管从容器底部返回结晶器的过程中达到过饱和,使原来的晶核得以长大,由于晶体在向上流动溶液的带动下保持悬浮状态,从而形成了一种自动分级的作用,大粒的晶体在底部,中等的在中部,最小的在最上面。
(二)移去部分溶剂的结晶器1.蒸发结晶器与普通蒸发器在设备结构和操作上完全相同,溶液被加热到沸点,蒸发浓缩达到过饱和而结晶。
特点:由于设备一般在减压下操作,在较低温度下,溶液可较快达到过饱和状态,而使结晶的粒度难于控制。
2.真空冷却结晶器是将热的饱和溶液加入一与外界绝热的结晶器中,由于器内维持高度真空,其内部溶液的沸点低于加入溶液的温度,结晶排出。