結(jié)晶的定義終極版

1、（一）大批結(jié)晶的概念21、結(jié)晶的定義:22、結(jié)晶的特點:23、結(jié)晶的分類 :24、結(jié)晶過程4個階段2（二）過飽和溶液21、過飽和溶液22、溶解度定義：23、溶解度作用：23、工業(yè)結(jié)晶方法:2（三）成核21、成核過程分類22、影響接觸成核的因素23、影響初級成核的因素24、均相成核與非均相成核的判別2（四）成批結(jié)晶條件下的晶體生長21、單晶法和大批結(jié)晶法22、粒度分布的矩量方程（堆積密度）33、懸浮密度：34、晶面消長律35、Kossel與Strauski理論（理想晶體模型）3（五）重結(jié)晶31、重結(jié)晶定義：32、重結(jié)晶發(fā)生的原因：33、重結(jié)晶對產(chǎn)品的影響：34、重結(jié)晶應(yīng)用：35、結(jié)晶物質(zhì)及產(chǎn)品的

2、主要性質(zhì)36、堆密度37、結(jié)塊性:3（六）溶液結(jié)晶過程與設(shè)備31、DTB型結(jié)晶器32、DTB結(jié)晶器優(yōu)點33、分批結(jié)晶與連續(xù)結(jié)晶操作比較34、間歇結(jié)晶優(yōu)缺點35、連續(xù)結(jié)晶優(yōu)點46、連續(xù)結(jié)晶缺點47、分批結(jié)晶器操作48、冷卻速率對及加入晶種對結(jié)晶操作的影響49、晶種質(zhì)量粒度和產(chǎn)品質(zhì)量粒度的關(guān)系410、連續(xù)結(jié)晶器的操作411、連續(xù)結(jié)晶過程中采取的措施412、細晶消除413、細晶消除的好處414、細晶消除方法515、結(jié)晶器模型放大方法條件為：5（七）熔融結(jié)晶過程與設(shè)備51、熔融結(jié)晶過程與設(shè)備52、熔融結(jié)晶的基本操作模式三種方式53、提純手段54、傾斜塔結(jié)晶器5（一）大批結(jié)晶的概念1、結(jié)晶的定義: 結(jié)晶

3、是固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從蒸汽、液體或熔融物中析出的過程。結(jié)晶過程就是將我們需要的產(chǎn)品從一個復雜的混合體系中分離并提純的過程。2、結(jié)晶的特點:能從雜質(zhì)相當多的溶液或者多組元的熔融混合物中分離出高純或超純的晶體。許多用其他分離方法難以分離的物系，用結(jié)晶法效果很好，并且耗能較低3、結(jié)晶的分類 : 結(jié)晶方式主要可以分成，冷卻結(jié)晶、蒸發(fā)結(jié)晶、反應(yīng)結(jié)晶、鹽析結(jié)晶、熔融結(jié)晶這么幾大類。實際生產(chǎn)中具體選擇哪種方式更加合適主要取決于物系本身的性質(zhì)，還有生產(chǎn)要求。4、結(jié)晶過程4個階段 1、過飽和溶液或過冷熔體的形成（過飽和度） 2、晶核的出現(xiàn)（晶體成核速率） 3、晶體的生長（晶體生長速率） 4、再結(jié)晶過程（二）過飽

4、和溶液1、過飽和溶液過飽和溶液是晶體生長的推動力，所以要得到我們所期望的晶體產(chǎn)品，首先就要使溶液達到過飽和狀態(tài)。幾個基本概念： 1、溶解度曲線2、超溶解度曲線3、介穩(wěn)區(qū)寬度2、溶解度定義：溶解度最常用的單位是100份的溶劑中溶解多少份的無水物質(zhì)。物質(zhì)溶解度與它的化學性質(zhì), 溶劑的性質(zhì)及溫度有關(guān)。一定的物質(zhì)在一定溶劑中的溶解度主要是隨溫度的變化。3、溶解度作用：1、結(jié)晶過程的產(chǎn)量決定于固體與其溶液之間的相平衡關(guān)系。2、物質(zhì)的溶解度特征對選擇結(jié)晶方法有相當大的影響（大小、變化趨勢）。3、工業(yè)結(jié)晶方法:<1>dc/dt大 冷卻法 1)自然冷卻：冷卻速度慢、大晶體、純度不高 2)間壁冷卻：

5、晶疤或晶垢 3)直接接觸冷卻：晶體細小 <2>dc/dt小或0蒸發(fā)法：加熱面結(jié)垢<3>dc/dt中等真空冷卻法：無換熱面<4>鹽析法：如NaCl加入到飽和NH4Cl母液中乙醇溶劑加入到水溶液中酰胺類物質(zhì)加入到NaCl或Na2CO3溶液中<5>反應(yīng)結(jié)晶法 重鈣制磷酸二氫鉀：CaH2PO4K2SO4 è CaSO4·H2OKH2PO4 （三）成核1、成核過程分類2、影響接觸成核的因素(1)晶體:粒度、硬度、光滑度(2)攪拌漿:材質(zhì)、碰撞頻率、碰撞能量（3）過飽和度：無機物（每次接觸產(chǎn)生的晶核量與過飽和度成正比）、有機物（B與1/l

6、nS成正比）（4）其它：添加劑（影響晶體形狀、表面光滑度）3、影響初級成核的因素（1）溫度（根據(jù)成核理論，介穩(wěn)區(qū)寬度和成核速率對溫度的關(guān)系還原成誘導時間對溫度的關(guān)系，介穩(wěn)區(qū)寬度隨平衡溶液飽和溫度的提高而減小，相應(yīng)成核速率應(yīng)增大）（2）雜質(zhì)（3）溶液的熱歷程（過熱度、過熱時間）（4）過飽和速率（5）機械作用（6）外加圽4、均相成核與非均相成核的判別（1）非均相成核的晶核生成速率與溶液的過飽和度間通常沒有明顯的關(guān)系（2）非均相成核與熱處理關(guān)系較大，若將溶液預先過熱對成核速率有重大影響，就意味著在新相形成中固體雜質(zhì)起著重要的作用（四）成批結(jié)晶條件下的晶體生長1、單晶法和大批結(jié)晶法（1）單晶法用途：晶

7、體生長機制及生長速度結(jié)晶面的前進速度結(jié)晶長度的變化速度（2）大批結(jié)晶法用途：裝置設(shè)計與操作條件的確定溶液濃度的變化速率測定晶體粒度分布2、粒度分布的矩量方程（堆積密度）定義n與x的規(guī)范化j階矩為：設(shè)j=0至j=3，積分上式得：01-exp(-x)11-(1+x)exp(-x21-(1+x+x2/2)exp(-x)31-(1+x+x2/2+x3/6)exp(-x) 3、懸浮密度：單位體積晶漿中全部粒度范圍內(nèi)晶體質(zhì)量的總和微分質(zhì)量分布主粒度LD（圖）微分質(zhì)量分布中晶體質(zhì)量占主要份數(shù)的粒度4、晶面消長律線性生長速率較小的晶面在最終的晶體形態(tài)中將變得更大，較大生長速率的晶面將越來越小5、Kossel與

8、Strauski理論（理想晶體模型）假設(shè)：沒有晶格缺陷；不含雜質(zhì)；與液相接近平衡；（五）重結(jié)晶1、重結(jié)晶定義：已形成的結(jié)晶產(chǎn)品，如果與該物質(zhì)的飽和溶液或過飽和溶液接觸發(fā)生的固相溶解與結(jié)晶的現(xiàn)象。 2、重結(jié)晶發(fā)生的原因：結(jié)晶過程中的固液兩相平衡是一種動態(tài)平衡，即兩相平衡后仍然有晶體溶解和溶質(zhì)結(jié)晶的現(xiàn)象發(fā)生，只是宏觀上兩相趨于穩(wěn)定。3、重結(jié)晶對產(chǎn)品的影響：重結(jié)晶過程中通常是較小的晶體被溶解（小的粒子溶解度大），而較大的晶體長大。最終導致與溶液接觸的晶體產(chǎn)品本身的粒度分布和組成發(fā)生了變化，變成由較大粒子組成的比較均一的晶體。4、重結(jié)晶應(yīng)用：1、分析化學中，制備容易過濾的晶體。2、工業(yè)上，利用重結(jié)晶制

9、取較純的物質(zhì)。5、結(jié)晶物質(zhì)及產(chǎn)品的主要性質(zhì)結(jié)晶物質(zhì)的物理化學特性有：密度、吸濕性、結(jié)塊能力、晶形、晶體的粒度分布、化學活性、產(chǎn)品純度、堆密度、流動性6、堆密度定義：單位體積內(nèi)所能承裝晶體的質(zhì)量。一、影響因素：1、晶體的粒度分布2、晶體的形狀二、作用:這個指標對物質(zhì)的貯存和運輸具有重大的意義。7、結(jié)塊性:結(jié)塊性是物質(zhì)從松散狀態(tài)轉(zhuǎn)為團塊或整體的一種性質(zhì)。一、產(chǎn)生原因:1、粒子間在壓力下附著在一起。2、吸濕性強的物質(zhì)在晶體表面形成液膜，從而使晶體之間產(chǎn)生晶橋。 3、含結(jié)晶水多的晶體由于溫度變化使晶體發(fā)生溶解、結(jié)晶的過程，從而結(jié)塊。二、解決方法：1、設(shè)法降低吸濕性。2、使用不同的添加劑來影響貯存過程中

10、生成的晶橋強度。3、改進晶形。4、將晶體的顆粒做大。（六）溶液結(jié)晶過程與設(shè)備1、DTB型結(jié)晶器2、DTB結(jié)晶器優(yōu)點1、晶體不易在結(jié)晶器壁上結(jié)疤2、生產(chǎn)能力大3、可以生產(chǎn)顆粒較大的晶體3、分批結(jié)晶與連續(xù)結(jié)晶操作比較當生產(chǎn)規(guī)模大至一定水平時，通常采用連續(xù)操作，但是有許多結(jié)晶過程雖然生產(chǎn)規(guī)模很大還是可以合理的采用分批操作，主要是因為間歇結(jié)晶設(shè)備相對簡單，熱交換器表面上結(jié)垢現(xiàn)象不嚴重，特別是對于某些結(jié)晶物系只有間歇操作才能生產(chǎn)出指定的純度、粒度分布及晶型的合格產(chǎn)品。4、間歇結(jié)晶優(yōu)缺點間歇結(jié)晶與連續(xù)結(jié)晶過程相比較，它的缺點是操作成本比較高，不同批產(chǎn)品的質(zhì)量可能有差異，即操作及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性較差，必須使

11、用計算機輔助控制方能保證生產(chǎn)重復性。在制藥行業(yè)應(yīng)用間歇結(jié)晶操作，便于批間對設(shè)備進行清理，可防止批間污染，而保證藥的高質(zhì)量，同理對于高產(chǎn)值低批量的精細化工產(chǎn)品也適用于間歇操作。5、連續(xù)結(jié)晶優(yōu)點1、冷卻法及蒸發(fā)法結(jié)晶采用連續(xù)操作時經(jīng)濟效果較好，操作費用較低。2、連續(xù)結(jié)晶操作的母液能充分利用，大約只有7%的母液需要重復加工，與之相比，分批操作則有約20到40%的母液需要重復加工。3、當生產(chǎn)規(guī)模較小時，兩種操作方式的勞動量相差不多，但當生產(chǎn)規(guī)模幅度擴展時，連續(xù)操作所需勞動量可以不增長，故可以節(jié)約勞動量。4、相對而言，連續(xù)操作時的操作參數(shù)是穩(wěn)定的，不像分批操作那樣要按一定的操作程序不斷地調(diào)節(jié)其操作參數(shù)。

12、5、兩種操作方式相比，連續(xù)操作的結(jié)晶器單位有效體積的生產(chǎn)能力可高數(shù)倍至十數(shù)倍之多，占地面積也較小。6、連續(xù)結(jié)晶缺點1、在換熱面上及自由液面接觸的器壁上容易結(jié)晶垢，并不斷累積。連續(xù)操作需要停機清理的周期通常在200到2000小時之間，在運行的后期，操作條件及產(chǎn)品質(zhì)量逐步惡化，而分批操作則在每次操作開始之前都會有清理的機會。2、與控制良好的分批結(jié)晶操作相比，連續(xù)操作的產(chǎn)品平均粒度較小。3、操作較為困難，它要求操作人員有較高的水平及較豐富的經(jīng)驗。有時操作穩(wěn)定，但器內(nèi)晶體粒度分布的波動無法避免。7、分批結(jié)晶器操作加入晶種控制結(jié)晶：分批結(jié)晶過程中，為了控制晶體生長，獲得粒度均勻的晶體產(chǎn)品，盡量避免初級成

13、核現(xiàn)象，所以向溶液中加入適當數(shù)量及適當粒度的晶種，讓被結(jié)晶的溶質(zhì)只在晶種表面上生長。同時用溫和的攪拌，使晶體均勻的懸浮在溶液中，避免二次成核現(xiàn)象。需要小心的控制溶液的溫度或濃度，這種方式叫“加晶種的控制結(jié)晶”。8、冷卻速率對及加入晶種對結(jié)晶操作的影響9、晶種質(zhì)量粒度和產(chǎn)品質(zhì)量粒度的關(guān)系100g0.1mm大小的晶種有1億多顆10、連續(xù)結(jié)晶器的操作連續(xù)結(jié)晶器的操作有以下幾項要求：1、控制符合要求的產(chǎn)品粒度分布；2、結(jié)晶器具有盡可能高的生產(chǎn)強度；3、盡量降低結(jié)晶垢的速率，以延長結(jié)晶器正常運行的周期；4、維持結(jié)晶器的穩(wěn)定性。11、連續(xù)結(jié)晶過程中采取的措施1、采用細晶消除系統(tǒng)2、粒度分級排料3、清母液溢

14、流技術(shù)采用這些技術(shù)可使不同粒度范圍的晶體在結(jié)晶器內(nèi)具有不同的停留時間，也可使晶體和母液具有不同的停留時間，從而使結(jié)晶器增添了控制產(chǎn)品粒度分布和晶漿密度的手段；再與適宜的晶漿循環(huán)速率相結(jié)合，便能使結(jié)晶器達到操作要求。12、細晶消除在連續(xù)操作的結(jié)晶其中，每一粒晶體產(chǎn)品都是由一粒晶核生長而成的，晶核生成量越少，產(chǎn)品晶體就會長的越大。反之，晶體粒度必然小。 比較普遍的情況是晶核數(shù)目太多，所以要把過量的晶核除掉，不讓它們有機會長大，減少它們消耗的可結(jié)晶出來的溶質(zhì)，好讓其他晶體長大。13、細晶消除的好處去除細晶的目的是提高產(chǎn)品中晶體的平均粒度。此外，它也為提高晶體的生長速率帶來好處，因為結(jié)晶器配置了細晶消

15、除系統(tǒng)后，可以適當?shù)靥岣哌^飽和度，從而提高了晶體的生長速率及設(shè)備的生產(chǎn)能力。即使不人為地提高過飽和度，被溶解而消除的細晶也會使溶液的過飽和度有所提高。 14、細晶消除方法在結(jié)晶器內(nèi)部或外部建立一個澄清區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)，晶漿以很低的速率向上流動，使大于某一“細晶切割粒度”的晶體都能從溶液中沉降出來，回到結(jié)晶器的主體部分，重新參與晶漿循環(huán)，并繼續(xù)生長。小于此粒度的細晶將隨從澄清區(qū)溢流而出的溶液進入細晶消除循環(huán)系統(tǒng)。用加熱或稀釋的方法溶解細晶后，再經(jīng)循環(huán)泵重新回到結(jié)晶器中去。15、結(jié)晶器模型放大方法條件為： 1、液、固兩相的流動特性一致 2、結(jié)晶器中所有對應(yīng)區(qū)域內(nèi)有相同的過飽和溶液 3、成核速率或最初

16、的晶種粒度一致 4、晶漿密度相同 5、生長中的晶體與過飽和溶液間的接觸時間相同 其主要思想是晶體生長成核的環(huán)境一致。 （七）熔融結(jié)晶過程與設(shè)備1、熔融結(jié)晶過程與設(shè)備熔融結(jié)晶過程主要用于有機物的分離提純，冶金材料、高分子材料加工的區(qū)域熔煉過程也屬于熔融結(jié)晶。 熔融結(jié)晶時根據(jù)待分離物質(zhì)之間的凝固點不同而實現(xiàn)物質(zhì)的結(jié)晶分離過程。這種結(jié)晶方式應(yīng)用范圍很大，前景很廣闊，但是現(xiàn)有技術(shù)還不成熟，特別是對高純物質(zhì)的分離還有待進一步研究。2、熔融結(jié)晶的基本操作模式三種方式根據(jù)熔融結(jié)晶析出的方式及結(jié)晶裝置的類型，可以將熔融結(jié)晶過程分為以下三種方式：1、在冷卻表面上從靜止的或者熔融體滯流膜中徐徐沉析出結(jié)晶層，即逐步凍凝法，或定