化工原理課件

1、1第十二章 其他分離方法 通過(guò)本章學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握溶液結(jié)晶的基本概念和原理；溶液的相平衡與過(guò)飽和度在結(jié)晶過(guò)程中的應(yīng)用。了解各種工業(yè)結(jié)晶方法的特點(diǎn)與選擇原則，以及工業(yè)結(jié)晶器的主要形式。學(xué)習(xí)目的與要求212.1 結(jié)晶 12.1.1 結(jié)晶的基本概念第十二章 其他分離方法3一 、結(jié)晶單元操作及其特點(diǎn) 固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從溶液、熔融混合物或蒸氣中析出的過(guò)程稱為結(jié)晶。 應(yīng)用示例氯化鉀水氯化鉀溶液結(jié)晶間二氯苯對(duì)二氯苯對(duì)二氯苯熔融結(jié)晶三聚氰胺尿素氨氣三聚氰胺降華結(jié)晶4一 、結(jié)晶單元操作及其特點(diǎn)結(jié)晶過(guò)程的特點(diǎn)v 適用于共沸物系、同分異構(gòu)體物系以及熱敏性 物系的分離v 操作溫度低，能耗低v 三廢排放少v 便于產(chǎn)品的包

2、裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用5二、結(jié)晶過(guò)程的分類(lèi)結(jié)晶過(guò)程溶液結(jié)晶 熔融結(jié)晶升華結(jié)晶沉淀結(jié)晶反應(yīng)結(jié)晶 鹽析結(jié)晶噴射結(jié)晶冰析結(jié)晶6三、晶體的概念1.晶體 固體物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)元（原子、離子或分子）作三維有序規(guī)則排列即形成晶體。NaCl晶體結(jié)構(gòu)模型72.晶格與晶系 各質(zhì)點(diǎn)元（原子、離子或分子）間由于力的作用，在固定平衡位置振動(dòng)，彼此之間保持一定的距離，稱為晶格。三、晶體的概念 晶體具有不同的晶格結(jié)構(gòu)，晶體按其晶格結(jié)構(gòu)分為不同晶系。(1)晶格(2)晶系8晶系四方晶系立交晶系立方晶系三斜晶系單斜晶系六方晶系三方晶系三、晶體的概念晶系的分類(lèi)9晶體的七種晶系103.晶習(xí) 晶體的外部宏觀形狀稱為晶習(xí)。晶習(xí)是產(chǎn)品質(zhì)

3、量的重要指標(biāo)。影響晶習(xí)的因素v 物料性質(zhì)v 結(jié)晶條件v 物理環(huán)境三、晶體的概念11四、結(jié)晶過(guò)程結(jié)晶過(guò)程成核產(chǎn)生微小晶粒作為結(jié)晶的核心晶核。晶體成長(zhǎng)晶核長(zhǎng)大宏觀的晶體。溶液結(jié)晶晶漿晶體溶液過(guò)濾晶體產(chǎn)品母液1212.1 結(jié)晶 12.1.1 結(jié)晶的基本概念第十二章 其他分離方法12.1.2 結(jié)晶熱力學(xué)簡(jiǎn)介13一、相平衡與溶解度溶解度曲線固體物質(zhì)與其溶液相接觸溶液未飽和固體溶解溶液過(guò)飽和固體析出溶解速率析出速率=溶液恰好達(dá)到飽和液固相平衡14某些無(wú)機(jī)鹽在水中的溶解度曲線溫度升高溶解度增大溫度升高溶解度基本不變正溶解度特性溫度升高溶解度減小逆溶解度特性變態(tài)點(diǎn)15含有超過(guò)飽和量溶質(zhì)的溶液。結(jié)晶過(guò)程的推動(dòng)力

4、過(guò)飽和度過(guò)飽和溶液定義過(guò)飽和度定義過(guò)飽和溶液與相同溫度下的飽和溶液的濃度之差。二、溶液的過(guò)飽和與介穩(wěn)區(qū) 16溶液的過(guò)飽和與超溶解度曲線GABCDEGG 不穩(wěn)區(qū)介穩(wěn)區(qū)穩(wěn)定區(qū)EFG冷卻法GFE蒸發(fā)法GFE 真空絕熱蒸發(fā)法(冷卻蒸發(fā)法)FFF 超溶解度曲線溶解度曲線1712.1 結(jié)晶 12.1.1 結(jié)晶的基本概念第十二章 其他分離方法12.1.2 結(jié)晶熱力學(xué)簡(jiǎn)介12.1.3 結(jié)晶動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介18一、晶核的形成1.晶核產(chǎn)生溶液中快速運(yùn)動(dòng)的溶質(zhì)元素(原子、離子或分子)線體單元 相互碰撞線體單元增長(zhǎng)晶胚 晶胚增長(zhǎng)晶核 晶胚分解晶核直徑：數(shù)十納米至幾微米 192.初級(jí)成核與二級(jí)成核 沒(méi)有晶體存在的過(guò)飽和溶液中

5、自發(fā)產(chǎn)生晶核的過(guò)程初級(jí)成核有晶體（晶種）存在過(guò)飽和溶液中產(chǎn)生晶核的過(guò)程二級(jí)成核初級(jí)成核速率二級(jí)成核速率超細(xì)粒子制造初級(jí)成核大粒子制造二級(jí)成核一、晶核的形成20 晶體成長(zhǎng)系指過(guò)飽和溶液中的溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在過(guò)飽和度推動(dòng)力作用下，向晶核或加入晶種運(yùn)動(dòng)并在其表面上層層有序排列，使晶核或晶種微粒不斷長(zhǎng)大的過(guò)程。 二、晶體的生長(zhǎng)1.晶體生長(zhǎng)的過(guò)程 21晶體生長(zhǎng) 擴(kuò)散過(guò)程 溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)以擴(kuò)散方式由液相主體穿過(guò)靠近晶體表面的靜止液層轉(zhuǎn)移至晶體表面。 表面反應(yīng)過(guò)程 到達(dá)晶體表面的溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)按一定排列方式嵌入晶面，使晶體長(zhǎng)大并放出結(jié)晶熱。 傳熱過(guò)程 放出的結(jié)晶熱傳導(dǎo)至液相主體。 二、晶體的生長(zhǎng)22晶體成長(zhǎng)示意圖晶體正在成長(zhǎng)晶

6、面ic溶液主體c液膜擴(kuò)散推動(dòng)力c表面反應(yīng)推動(dòng)力232.影響晶體生長(zhǎng)的因素 (1)晶粒大小的影響v 對(duì)個(gè)別物系，原晶粒的初始粒度越大，其成長(zhǎng) 速率越快v 對(duì)多數(shù)物系，晶體的成長(zhǎng)與原晶粒的初始粒度 無(wú)關(guān)v 低溫結(jié)晶為表面反應(yīng)控制v 高溫結(jié)晶為擴(kuò)散控制(2)結(jié)晶溫度的影響二、晶體的生長(zhǎng)24v 改變?nèi)芤旱慕Y(jié)構(gòu)或溶液的平衡飽和濃度v 改變晶體與溶液界面處液層的特性而影響溶質(zhì) 質(zhì)點(diǎn)嵌入晶面。 v 通過(guò)本身吸附在晶面上，而阻擋溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)嵌入 晶面雜質(zhì)對(duì)結(jié)晶過(guò)程的影響三、雜質(zhì)的影響2512.1 結(jié)晶 12.1.1 結(jié)晶的基本概念第十二章 其他分離方法12.1.2 結(jié)晶熱力學(xué)簡(jiǎn)介12.1.3 結(jié)晶動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介12.1.4 工業(yè)結(jié)晶方法與設(shè)備26工業(yè)結(jié)晶方法與設(shè)備(自學(xué)) 自學(xué)要求 掌握 結(jié)晶方法的分類(lèi)。 掌握 3 種以上主要結(jié)晶器的名稱。 了解主要結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)形式。2712.1 結(jié)晶 12.1.1 結(jié)晶的基本概念第十二章 其他分離方法12.1.2 結(jié)晶熱力學(xué)簡(jiǎn)介12.1.3 結(jié)晶動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介12.1.4 工業(yè)結(jié)晶方法與設(shè)備12.1.5 結(jié)晶過(guò)程的計(jì)算(選讀)2812.1 結(jié)晶 第十二章 其他分離方法12.2 膜分離(選讀)12.3 吸附(選讀)12.4 離子交換(選讀)29思考題作業(yè)題: 無(wú)練 習(xí)