制藥分離工程結(jié)晶過程課件

第十二章

結(jié)晶

12.1概述

結(jié)晶過程：固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從蒸汽、溶液或熔融物中析出的過程。工業(yè)結(jié)晶技術(shù)作為高效的提純、凈化與控制固體特定物理形態(tài)的手段

晶漿：在結(jié)晶器中結(jié)晶出來的晶體和剩余的溶液(或熔液)所構(gòu)成的混懸物。母液：去除懸浮液中的晶體后剩下的溶液(或熔液)。結(jié)晶過程中，含有雜質(zhì)的母液(或熔液)會以表面粘附和晶間包藏的方式夾帶在固體產(chǎn)品中。用適當(dāng)?shù)娜軇腆w進(jìn)行洗滌。第十二章結(jié)晶12.1概述晶漿：在結(jié)晶器中結(jié)晶出1結(jié)晶過程的特點：

1)能從雜質(zhì)含量相當(dāng)多的溶液或多組分的熔融混合物中形成純凈的晶體。而用其他方法難以分離的混合物系，采用結(jié)晶分離更為有效。如同分異構(gòu)體混合物、共沸物系、熱敏性物系等。

2)固體產(chǎn)品有特定的晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)(如晶形、粒度分布等)。

3)能量消耗少，操作溫度低，對設(shè)備材質(zhì)要求不高，三廢排放少，有利于環(huán)境保護(hù)。

4)結(jié)晶產(chǎn)品包裝、運輸、儲存或使用都很方便。結(jié)晶過程的特點：1)能從雜質(zhì)含量相當(dāng)多的溶液或多組分的2一、晶體結(jié)構(gòu)與特性

結(jié)晶過程有四類：溶液結(jié)晶、熔融結(jié)晶、沉淀結(jié)晶和升華結(jié)晶。晶體:內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點元作三維有序規(guī)則排列的固態(tài)物質(zhì)。晶體的自范性：如果晶體生長環(huán)境良好，則可形成有規(guī)則的結(jié)晶多面體（晶面）。晶體具有自發(fā)地生長成為結(jié)晶多面體的可能性的性質(zhì)，即晶體以平面作為與周圍介質(zhì)的分界面。

晶體的均勻性：晶體中每一宏觀質(zhì)點的物理性質(zhì)和化學(xué)組成以及內(nèi)部晶格都相同的特性。晶體的這個特性保證了工業(yè)生產(chǎn)中晶體產(chǎn)品的高純度。

一、晶體結(jié)構(gòu)與特性結(jié)晶過程有四類：溶液結(jié)晶、熔融結(jié)晶、沉淀3一、晶體結(jié)構(gòu)與特性各向異性：晶體的幾何特性及物理效應(yīng)常隨方向的不同而表現(xiàn)出數(shù)量上的差異的性質(zhì)。晶格：構(gòu)成晶體的微觀質(zhì)點在晶體所占有的空間中按三維空間點陣規(guī)律排列，各質(zhì)點間在力的作用下，使質(zhì)點得以維持在固定的平衡位置，彼此之間保持一定距離的結(jié)構(gòu)。晶形：晶體的宏觀外部形狀，它受結(jié)晶條件或所處的物理環(huán)境的影響比較大，對于同一種物質(zhì)，即使基本晶系不變，晶形也可能不同，如六方晶體，它可以是短粗形、細(xì)長形或帶有六角的薄片狀，甚至旱多棱針狀。一、晶體結(jié)構(gòu)與特性各向異性：晶體的幾何特性及物理效應(yīng)常隨方向4七種晶系晶體按其晶格結(jié)構(gòu)可分為七種晶系

七種晶系晶體按其晶格結(jié)構(gòu)可分為七種晶系5二、晶體的粒度分布

晶體粒度分布：不同粒度的晶體質(zhì)量(或粒子數(shù)目)與粒度的分布關(guān)系，它是晶體產(chǎn)品的一個重要質(zhì)量指標(biāo)?？捎煤Y分法(或粒度儀)進(jìn)行測定，篩分結(jié)果標(biāo)繪為篩下累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)與篩孔尺寸的關(guān)系曲線，并可換算為累積粒子數(shù)及粒數(shù)密度與粒度的關(guān)系曲線，簡便的方法是以中間粒度和變異系數(shù)來描述粒度分布。

中間粒度(mediumsize，MS)：篩下累計質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％時對應(yīng)的篩孔尺寸值。

二、晶體的粒度分布晶體粒度分布：不同粒度的晶體質(zhì)量(或粒子6粒度分布曲線粒度分布曲線7二、晶體的粒度分布變異系數(shù)(coefficientofvariation，cv)：為一統(tǒng)計量，與Gaussian分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差相關(guān)。

rm%為篩下累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)為m％的篩孔尺寸。

對于一種晶體樣品，MS越大，→平均粒度大，CV值越小，粒度分布越均勻。

二、晶體的粒度分布變異系數(shù)(coefficientofv811.2

結(jié)晶過程的相平衡及介穩(wěn)區(qū)

一、溶解度

液固平衡:任何固體物質(zhì)與其溶液相接觸時，當(dāng)溶液尚未飽和，則固體溶解；當(dāng)溶液恰好達(dá)到飽和，則固體溶解與析出的量相等，此時固體與其溶液已達(dá)到相平衡。

溶解度：固液相平衡時，單位質(zhì)量的溶劑所能溶解的固體的質(zhì)量。溶解度的其他單位有：克/升溶液、摩爾／升溶液、摩爾分?jǐn)?shù)等。

溶解度的影響因素：溶質(zhì)及溶劑的性質(zhì)、溫度及壓強(qiáng)。11.2結(jié)晶過程的相平衡及介穩(wěn)區(qū)一、溶解度9幾種物質(zhì)在水中的溶解度曲線幾種物質(zhì)在水中的溶解度曲線10溶解度曲線特性溶解度曲線:溶解度對溫度之間的關(guān)系曲線。正溶解度特性：溶解度隨溫度的升高而增加，在溶解過程中需要吸收熱量的特性。L一維生素C、L一精氨酸

逆溶解度特性：物質(zhì)的溶解度隨溫度升高反而下降，在溶解過程中放出熱量的特性。Na2SO4

有一些形成水合物的物質(zhì)，在其溶解度曲線上有折點，對應(yīng)存在不同水分子數(shù)的水合物之間的變態(tài)點。L一精氨酸、46OC

。溶解度曲線特性溶解度曲線:溶解度對溫度之間的關(guān)系曲線。正溶解11溶解度曲線特性溶解度隨溫度變化較大的物質(zhì)→冷卻結(jié)晶方法分離；溶解度隨溫度變化較小的物質(zhì)→蒸發(fā)結(jié)晶法分離。二、兩組分物系的固液相圖特征一定壓力下，在溫度和濃度坐標(biāo)系中兩組分物系的固液相圖可分為四類。反映兩組分物系的固液相平衡關(guān)系。溶解度曲線特性溶解度隨溫度變化較大的物質(zhì)→冷卻結(jié)晶方法分離；12雙組分低共熔物系固液相圖1．低共熔型曲線AE和BE為不同組成混合物的固液平衡線。

低共熔點：點E的溫度，該點物系完全固化。對于低共熔物系，只要通過結(jié)晶即可得到純物質(zhì)。

雙組分低共熔物系固液相圖1．低共熔型低共熔點：點E的溫度，該13雙組分固體溶液物系固液相圖2．固體溶液型

液相結(jié)晶線：混合物開始結(jié)晶的溫度與平衡液相組成之間的關(guān)系曲線。固相熔化線：混合物開始熔融的溫度與固相組成之間的關(guān)系曲線。

對固體溶液物系，必須經(jīng)過多級固液平衡才能達(dá)到所要求的產(chǎn)品純度。

雙組分固體溶液物系固液相圖2．固體溶液型液相結(jié)晶線：混合物14溶劑化合物熔化為同組成液相的物系固液相圖3．化合物形成型

對于雙組分物系，可能生成一種或多種溶劑化合物。

CaCl2一H2O—CaCl2·6H2O

固相溶劑化合物能與同樣組成的液相建立平衡關(guān)系

溶劑化合物熔化為同組成液相的物系固液相圖3．化合物形成型對15多晶型的雙組分低共熔型物系固液相圖4．晶型轉(zhuǎn)變型多晶型的雙組分低共熔型物系固液相圖4．晶型轉(zhuǎn)變型16三、沉淀過程的溶度積原理

溶度積Kc:表示電解質(zhì)在溶液中溶解度的大小。電解質(zhì)在溶液中存在著解離平衡

若理想溶液且達(dá)到溶解平衡時，則有

分別為陽離子和陰離子的濃度。

溶度積的大小與電解質(zhì)和溶劑的類型有關(guān)。

同離子效應(yīng)：增加溶液中電解質(zhì)的正離子（或負(fù)離子）濃度，會導(dǎo)致電解質(zhì)溶解度的下降的現(xiàn)象。

三、沉淀過程的溶度積原理溶度積Kc:表示電解質(zhì)在溶液中17四、溶液的過飽和與介穩(wěn)區(qū)

飽和溶液：濃度恰好等于溶質(zhì)的溶解度，即達(dá)到固液相平衡時的溶液。過飽和溶液：含有超過飽和量的溶質(zhì)的溶液。

過飽和度：同一溫度下，過飽和溶液與飽和溶液的濃度差。溶液的過飽和度是結(jié)晶過程的推動力。

將一個完全純凈的溶液在不受任何擾動(無攪拌，無振蕩)及任何刺激(無超聲波等作用)的條件下，緩慢降溫，就可以得到過飽和溶液。但超過一定限度后，澄清的過飽和溶液就會開始自發(fā)析出晶核。

四、溶液的過飽和與介穩(wěn)區(qū)飽和溶液：濃度恰好等于溶質(zhì)的溶解1811.3結(jié)晶過程的動力學(xué)

一、結(jié)晶成核動力學(xué)晶核:過飽和溶液中新生成的微小晶體粒子，是晶體生長過程的核心。晶核的大小粗估為數(shù)十納米至幾微米。

晶胚:在晶核形成之初，快速運動的溶質(zhì)質(zhì)點相互碰撞結(jié)合成的線體單元，線體單元增大到一定限度后粒子。晶胚極不穩(wěn)定。晶胚生長到足夠大，能與溶液建立熱力學(xué)平衡時稱之為晶核

成核方式可分為初級成核和二次成核兩類。

11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)一、結(jié)晶成核動力學(xué)晶核:過飽和溶1911.3結(jié)晶過程的動力學(xué)1．初級成核：在沒有晶體存在的條件下自發(fā)產(chǎn)生晶核的過程。初級成核分為非均相和均相初級成核。均相初級成核：潔凈的過飽和溶液進(jìn)入介穩(wěn)區(qū)時，還不能自發(fā)地產(chǎn)生晶核，只有進(jìn)入不穩(wěn)區(qū)后，溶液才能自發(fā)地產(chǎn)生晶核。這種在均相過飽和溶液中自發(fā)產(chǎn)生晶核的過程。均相初級成核速率：A→指前因子；Vm→摩爾體積；k→Boltzmann常數(shù)；T→絕對溫度；σ→表面張力。

比飽和度11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)1．初級成核：在沒有晶體存在的條件2011.3結(jié)晶過程的動力學(xué)初級成核過程中晶核的臨界粒徑與過飽和度間有關(guān)

在過飽和溶液中，只有大于臨界粒徑的晶核才能生存并繼續(xù)生長，小于此值的粒子則會溶解消失。

非均相初級成核：在工業(yè)結(jié)晶器中發(fā)生均相初級成核的機(jī)會比較少，實際上溶液中有外來固體物質(zhì)顆粒，如大氣中的灰塵或其他人為引入的固體粒子，在非均相過飽和溶液中自發(fā)產(chǎn)生晶核的過程。這些外來雜質(zhì)粒子對初級成核過程有誘導(dǎo)作用，非均相成核可在比均相成核更低的過飽和度下發(fā)生。11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)初級成核過程中晶核的臨界粒徑與過飽2111.3結(jié)晶過程的動力學(xué)初級成核速率與過飽和度的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式：Kp→速率常數(shù)；△c→過飽和度；a→成核指數(shù),一般a>2。

初級成核速率較大，對過飽和度變化非常敏感，很難將其控制在一定的水平。除了超細(xì)粒子制造外，一般結(jié)晶過程都要盡量避免初級成核的發(fā)生。2．二次成核：在已有晶體的條件下產(chǎn)生晶核的過程。二次成核的機(jī)理主要有流體剪應(yīng)力成核和接觸成核。

剪應(yīng)力成核：當(dāng)過飽和溶液以較大的流速流過正在生長中的晶體表面時，在流體邊界層存在的剪應(yīng)力能將一些附著于晶體之上的粒子掃落，而成為新的晶核。11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)初級成核速率與過飽和度的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式2211.3結(jié)晶過程的動力學(xué)接觸成核：當(dāng)晶體與其他固體物接觸時所產(chǎn)生的晶體表面的碎粒。在過飽和溶液中，晶體只要與固體物進(jìn)行能量很低的接觸，就會產(chǎn)生大量的微粒。在工業(yè)結(jié)晶器中，晶體與攪拌槳、器壁間的碰撞，以及晶體與晶體之間的碰撞都有可能發(fā)生接觸成核。接觸成核的幾率往大于剪應(yīng)力成核。二次成核速率的影響因素:溫度、過飽和度、晶體的粒度與硬度、攪拌槳的材質(zhì)等。描述二次成核速率經(jīng)驗表達(dá)式：

0<h≤4、

0.5<I≤3、

0.4<j≤2

N為攪拌強(qiáng)度，如轉(zhuǎn)速或攪拌槳葉端線速；MT→懸浮液密度；G→晶體的生長速率

11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)接觸成核：當(dāng)晶體與其他固體物接觸時2311.3結(jié)晶過程的動力學(xué)二、結(jié)晶生長動力學(xué)1．晶體生長機(jī)理在過飽和溶液中已有晶體形成（加入晶種）后，以過飽和度為推動力，溶質(zhì)質(zhì)點會繼續(xù)一層層地在晶體表面有序排列，晶體將長大的過程。晶體生長過程有三步：1）待結(jié)晶溶質(zhì)借擴(kuò)散作用穿過靠近晶體表面的靜止液層，從溶液中轉(zhuǎn)移至晶體表面。2）到達(dá)晶體表面的溶質(zhì)嵌人晶面，使晶體長大，同時放出結(jié)晶熱。3）放出來的結(jié)晶熱傳導(dǎo)至溶液中。

11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)二、結(jié)晶生長動力學(xué)晶體生長過程有三2411.3結(jié)晶過程的動力學(xué)2．結(jié)晶生長速率

大多數(shù)溶液結(jié)晶時,晶體生長過程為溶質(zhì)擴(kuò)散控制，晶體的生長速率G為：

kg→生長速率常數(shù)

對溶質(zhì)擴(kuò)散與表面反應(yīng)共同控制的結(jié)晶生長過程，其生長速率常用經(jīng)驗公式估算。

Kg→晶體總生長速率常數(shù)

Kg與物系的性質(zhì)、溫度、攪拌等因素有關(guān)。

g→生長指數(shù)

11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)2．結(jié)晶生長速率大多數(shù)溶液結(jié)晶時2511.3結(jié)晶過程的動力學(xué)3．結(jié)晶物理環(huán)境對晶體生長過程的影響

環(huán)境條件的改變會導(dǎo)致最終結(jié)晶產(chǎn)品的外觀形態(tài)和晶型的改變，原因是不同的環(huán)境條件對晶體各個晶面生長速率的影響不同。

結(jié)晶過程中，晶面生長速率的影響因素有兩類，

1)晶體內(nèi)部單元對晶面的各種應(yīng)力；它是由晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，一般不易改變。2)晶面與周圍環(huán)境的各種作用，如界面粘度、界面張力、表面能、界面分子對周圍環(huán)境中分子的作用力等。在實驗和生產(chǎn)中較易改變和控制的。最有效和簡便的手段是改變?nèi)軇┗蛲Y(jié)晶母液中加入某些特定的添加劑。11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)3．結(jié)晶物理環(huán)境對晶體生長過程的影2611.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備

一.溶液結(jié)晶過程

溶液結(jié)晶:晶體從過飽和的溶液中析出的過程。

溶液結(jié)晶類型:冷卻結(jié)晶法、蒸發(fā)結(jié)晶法、真空冷卻結(jié)晶法、鹽析(溶析)結(jié)晶法、反應(yīng)結(jié)晶法。

1.冷卻結(jié)晶:通過冷卻降溫使溶液變成過飽和，基本上不去除溶劑過程。適用于溶解度隨溫度的降低而顯著下降的物系。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備

一.溶液結(jié)晶過程2711.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備冷卻結(jié)晶方法：自然冷卻、間壁換熱冷卻和直接接觸冷卻。

自然冷卻法：將熱的結(jié)晶溶液置于的結(jié)晶釜中，靠大氣自然冷卻而降溫結(jié)晶。特點:產(chǎn)品純度較低，粒度分布不均，易發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。

設(shè)備所占空間大，容積生產(chǎn)能力較低。但結(jié)晶過程設(shè)備造價低。

11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備冷卻結(jié)晶方法：自然冷卻、間壁換28間壁換熱冷卻結(jié)晶：典型的內(nèi)循環(huán)式，冷卻量由夾套換熱器傳遞。換熱面積的較小，換熱量不大。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備內(nèi)循環(huán)式間壁冷卻結(jié)晶器間壁換熱冷卻結(jié)晶：典型的內(nèi)循環(huán)式，冷卻量由夾套換熱器傳遞。換29外循環(huán)式結(jié)晶器傳熱系數(shù)較大，換熱面積可變，但必須選用合適的循環(huán)泵，以避免懸浮晶體的磨損破碎。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備外循環(huán)式間壁冷卻結(jié)晶器外循環(huán)式結(jié)晶器傳熱系數(shù)較大，換熱面積可變，但必須選用合適的循30直接接觸冷卻結(jié)晶：通過冷卻介質(zhì)與熱母液的直接混合而達(dá)到冷卻結(jié)晶的過程。冷卻介質(zhì)有空氣、與結(jié)晶溶液不互溶的碳?xì)浠衔锖蛯Ｓ玫囊簯B(tài)冷凍劑。

冷卻介質(zhì)可能對結(jié)晶產(chǎn)品產(chǎn)生污染，選用的冷卻介質(zhì)不能與結(jié)晶母液中的溶劑互溶或者雖互溶但應(yīng)易于分離。

11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備直接接觸冷卻結(jié)晶：11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備3111.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備2.蒸發(fā)結(jié)晶:使溶液在常壓或減壓下蒸發(fā)濃縮而達(dá)到過飽和的結(jié)晶過程。適用于溶解度隨溫度降低而變化不大或具有逆溶解度特性的物系。對晶體的粒度不能有效的加以控制。消耗的熱能較多，加熱面問題也給操作帶來困難。蒸發(fā)結(jié)晶器常在真空度不高的減壓下操作。降低操作溫度，以利于熱敏性產(chǎn)品的穩(wěn)定，并減少熱能損耗。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備2.蒸發(fā)結(jié)晶:使溶液在常壓或減3211.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備3.真空絕熱冷卻結(jié)晶：使溶劑在真空下閃急蒸發(fā)而使溶液絕熱冷卻的結(jié)晶法。適用于具有正溶解度特性而溶解度隨溫度的變化率中等的物系。操作原理：把熱濃溶液送入絕熱保溫的密閉結(jié)晶器中，器內(nèi)維持較高的真空度，由于對應(yīng)的溶液沸點低于原料液溫度，溶液閃急蒸發(fā)而絕熱冷卻到與器內(nèi)壓強(qiáng)相對應(yīng)的平衡溫度。溶液通過蒸發(fā)濃縮及冷卻兩種效應(yīng)來產(chǎn)生過飽和度。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備3.真空絕熱冷卻結(jié)晶：使溶劑在3311.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備4.鹽析(溶析)結(jié)晶鹽析(溶析)結(jié)晶：向溶液中加入某些物質(zhì)，以降低溶質(zhì)在原溶劑中的溶解度，產(chǎn)生過飽和度的方法。鹽析劑的要求：能溶解于原溶液中的溶劑，但不（很少）溶解被結(jié)晶的溶質(zhì)，而且溶劑與鹽析劑的混合物易于分離(用蒸餾法)。NaCl是一種常用的鹽析劑，如在聯(lián)合制堿法中，向低溫的飽和氯化銨母液中加入NaCl，利用同離子效應(yīng)，使母液中的氯化銨盡可能多地結(jié)晶出來，以提高結(jié)晶收率。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備4.鹽析(溶析)結(jié)晶3411.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備溶析結(jié)晶：向溶液中加入其他的溶劑使溶質(zhì)析出的過程。如使不溶于水的有機(jī)物質(zhì)從可溶于水的有機(jī)溶劑中結(jié)晶出來，此時加入酌量的水于溶液中。制藥行業(yè)中，常向含有醫(yī)藥物質(zhì)的水溶液中加入某些有機(jī)溶劑(如低碳醇、酮、酰胺類等)的方法使產(chǎn)物結(jié)晶出來。特點：結(jié)晶溫度較低，對熱敏性物質(zhì)的結(jié)晶有利；一般雜質(zhì)在溶劑與鹽析劑的混合物中有較高的溶解度，以利于提高產(chǎn)品的純度；與冷卻法結(jié)合，可提高結(jié)晶收率。需要回收設(shè)備來處理結(jié)晶母液，以回收溶劑和鹽析劑。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備溶析結(jié)晶：向溶液中加入其他的溶3511.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備5．反應(yīng)結(jié)晶氣體與液體或液體與液體之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生固體沉淀，固體的析出是由于反應(yīng)產(chǎn)物在液相中的濃度超過了飽和濃度或構(gòu)成產(chǎn)物的各離子的濃度超過了溶度積的結(jié)果。

反應(yīng)結(jié)晶過程可分為反應(yīng)和結(jié)晶兩步，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)物的濃度增大并達(dá)到過飽和，在溶液中產(chǎn)生晶核并逐漸長大為較大的晶體顆粒。

反應(yīng)結(jié)晶產(chǎn)生的固體粒子一般較小。要想獲得符合粒度分布要求的晶體產(chǎn)品，必須小心控制溶液的過飽和度，如將反應(yīng)試劑適當(dāng)稀釋或適當(dāng)延長沉淀時間。

11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備5．反應(yīng)結(jié)晶3611.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用

一、結(jié)晶操作特性結(jié)晶是在過飽和溶液中生成新相的過程，涉及固液相平衡。對特定的目標(biāo)產(chǎn)物及物系，需通過實驗確定合適的結(jié)晶操作條件，滿足結(jié)晶產(chǎn)品質(zhì)量要求，提高結(jié)晶生產(chǎn)能力，降低過程成本。結(jié)晶操作中的問題。1．過飽和度增大溶液過飽和度可提高成核速率和生長速率，有利于提高結(jié)晶生產(chǎn)能力。11.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用一、結(jié)晶操作特性3711.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用過飽和度過大會出現(xiàn)問題：1）

成核速率過快，產(chǎn)生大量微小晶體，結(jié)晶難以長大；2）

結(jié)晶生長速率過快，影響結(jié)晶質(zhì)量；3）

結(jié)晶器壁容易產(chǎn)生晶垢。存在最大過飽和度，可保證在較高成核和生長速率的同時，不影響結(jié)晶的質(zhì)量。在不易產(chǎn)生晶垢的過飽和度下進(jìn)行。

11.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用過飽和度過大會出現(xiàn)問題：3811.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用2．溫度溫度的不同，生成的晶形和結(jié)晶水會發(fā)生改變，溫度一般控制在較小的溫度范圍內(nèi)。冷卻結(jié)晶時，若降溫速度過快，溶液很快達(dá)到較高的過飽和度，生成大量微小晶體，影響結(jié)晶產(chǎn)品的質(zhì)量。溫度最好控制在飽和溫度與過飽和溫度之間。蒸發(fā)結(jié)晶時，蒸發(fā)速度過快，則溶液的過飽度較大，生成微小晶體，附著在結(jié)晶表面，影響結(jié)晶產(chǎn)品的質(zhì)量。蒸發(fā)速度應(yīng)與結(jié)晶生長速率相適應(yīng)，保持溶液的過飽和度一定。工業(yè)結(jié)晶操作常采用真空絕熱蒸發(fā)，不設(shè)外部循環(huán)加熱裝置，蒸發(fā)室內(nèi)溫度較低，可防止過飽和度的劇烈變化。11.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用2．溫度溫度的不同，生成的晶3911.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用3．?dāng)嚢枧c混合增大攪拌速度可提高成核和生長速率，攪拌速度過快會造成晶體的剪切破碎，影響結(jié)晶產(chǎn)品質(zhì)量。為獲得較好的混合狀態(tài)，同時避免結(jié)晶的破碎，可采用氣提式混合方式，或利用直徑或葉片較大的攪拌槳，降低槳的轉(zhuǎn)速。11.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用3．?dāng)嚢枧c混合4011.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用4．溶劑與pH值結(jié)晶操作采用的溶劑和pH值應(yīng)使目標(biāo)溶質(zhì)的溶解度較低，以提高結(jié)晶的收率。溶劑和pH值對晶形有影響。如普魯卡因青霉素在水溶液中的結(jié)晶為方形晶體，在醋酸丁酯中的結(jié)晶為長棒狀。在設(shè)計結(jié)晶操作前需實驗確定使結(jié)晶晶形較好的溶劑和pH值。11.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用4．溶劑與pH值4111.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用5.晶種向處于介穩(wěn)區(qū)的過飽和溶液中添加顆粒均勻的晶種。對于溶液粘度較高的物系，晶核很難產(chǎn)生，而在高過飽度下，一旦產(chǎn)生晶核，就會同時出現(xiàn)大量晶核，容易發(fā)生聚晶現(xiàn)象，產(chǎn)品質(zhì)量不易控制。高粘度物系必須用在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)添加晶種的操作方法。

11.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用5.晶種4211.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用6．晶漿濃度晶漿濃度越高，單位體積結(jié)晶器中結(jié)晶表面積越大，結(jié)晶生長速率越快，有利于提高結(jié)晶生產(chǎn)速度(產(chǎn)量)。但晶漿濃度過高時，懸浮液的流動性差，混合操作困難。晶漿濃度應(yīng)在操作條件允許的范圍內(nèi)取最大值。在間歇操作中，晶種的添加量應(yīng)根據(jù)最終結(jié)晶產(chǎn)品的大小，滿足晶漿濃度最大的高效生產(chǎn)要求。

11.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用6．晶漿濃度4311.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用7．循環(huán)流速用外部循環(huán)式結(jié)晶器時，循環(huán)流速的設(shè)定要合理。提高循環(huán)流速1）有利于消除設(shè)備內(nèi)的過飽和度分布，使設(shè)備內(nèi)的結(jié)晶成核速率及生長速率分布均勻；2）可增大固液表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)，提高結(jié)晶生長速率；3）提高換熱效率，抑制換熱器表面晶垢的生成；循環(huán)流速過高會造成結(jié)晶的磨損破碎。循環(huán)流速應(yīng)在無結(jié)晶磨損破碎的范圍內(nèi)取較大的值。如果結(jié)晶器具備結(jié)晶分級功能，循環(huán)流速也不宜過高，應(yīng)保證分級功能的正常發(fā)揮。

11.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用7．循環(huán)流速4411.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用8．結(jié)晶系統(tǒng)的晶垢

結(jié)晶器壁及循環(huán)系統(tǒng)中產(chǎn)生晶垢，影響結(jié)晶過程效率。防止晶垢或除去晶垢方法：1）壁內(nèi)表面采用有機(jī)涂料，保持壁面光滑，防止在器壁上的二維成核現(xiàn)象的發(fā)生；2）提高結(jié)晶系統(tǒng)中流體流速，使流速分布均勻，消除低流速區(qū)；3）若外循環(huán)液體為過飽和溶液，使其中不含有晶種；4）采用夾套保溫方式防止壁面附近過飽和度過高；5）增設(shè)晶垢鏟除裝置，定期添加溶劑溶解產(chǎn)生的晶垢；6）蒸發(fā)室壁面極易產(chǎn)生晶垢，可采用噴淋溶劑的方式溶解晶垢。11.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用8．結(jié)晶系統(tǒng)的晶垢4511.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用9．共存雜質(zhì)的影響結(jié)晶的對象是多組分物系，要選擇性結(jié)晶目標(biāo)產(chǎn)物。如果共存雜質(zhì)的濃度較低，一般對目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)晶無明顯影響。但如果在結(jié)晶操作中雜質(zhì)含量不斷升高(如采用蒸發(fā)式結(jié)晶操作時)，雜質(zhì)的積累會嚴(yán)重影響目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)晶的純度。結(jié)晶操作中需要控制雜質(zhì)的含量，往往在結(jié)晶系統(tǒng)中增設(shè)除雜設(shè)備。離子交換柱或廢液排放。

11.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用9．共存雜質(zhì)的影響46第十二章

結(jié)晶

12.1概述

結(jié)晶過程：固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從蒸汽、溶液或熔融物中析出的過程。工業(yè)結(jié)晶技術(shù)作為高效的提純、凈化與控制固體特定物理形態(tài)的手段

晶漿：在結(jié)晶器中結(jié)晶出來的晶體和剩余的溶液(或熔液)所構(gòu)成的混懸物。母液：去除懸浮液中的晶體后剩下的溶液(或熔液)。結(jié)晶過程中，含有雜質(zhì)的母液(或熔液)會以表面粘附和晶間包藏的方式夾帶在固體產(chǎn)品中。用適當(dāng)?shù)娜軇腆w進(jìn)行洗滌。第十二章結(jié)晶12.1概述晶漿：在結(jié)晶器中結(jié)晶出47結(jié)晶過程的特點：

1)能從雜質(zhì)含量相當(dāng)多的溶液或多組分的熔融混合物中形成純凈的晶體。而用其他方法難以分離的混合物系，采用結(jié)晶分離更為有效。如同分異構(gòu)體混合物、共沸物系、熱敏性物系等。

2)固體產(chǎn)品有特定的晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)(如晶形、粒度分布等)。

3)能量消耗少，操作溫度低，對設(shè)備材質(zhì)要求不高，三廢排放少，有利于環(huán)境保護(hù)。

4)結(jié)晶產(chǎn)品包裝、運輸、儲存或使用都很方便。結(jié)晶過程的特點：1)能從雜質(zhì)含量相當(dāng)多的溶液或多組分的48一、晶體結(jié)構(gòu)與特性

結(jié)晶過程有四類：溶液結(jié)晶、熔融結(jié)晶、沉淀結(jié)晶和升華結(jié)晶。晶體:內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點元作三維有序規(guī)則排列的固態(tài)物質(zhì)。晶體的自范性：如果晶體生長環(huán)境良好，則可形成有規(guī)則的結(jié)晶多面體（晶面）。晶體具有自發(fā)地生長成為結(jié)晶多面體的可能性的性質(zhì)，即晶體以平面作為與周圍介質(zhì)的分界面。

晶體的均勻性：晶體中每一宏觀質(zhì)點的物理性質(zhì)和化學(xué)組成以及內(nèi)部晶格都相同的特性。晶體的這個特性保證了工業(yè)生產(chǎn)中晶體產(chǎn)品的高純度。

一、晶體結(jié)構(gòu)與特性結(jié)晶過程有四類：溶液結(jié)晶、熔融結(jié)晶、沉淀49一、晶體結(jié)構(gòu)與特性各向異性：晶體的幾何特性及物理效應(yīng)常隨方向的不同而表現(xiàn)出數(shù)量上的差異的性質(zhì)。晶格：構(gòu)成晶體的微觀質(zhì)點在晶體所占有的空間中按三維空間點陣規(guī)律排列，各質(zhì)點間在力的作用下，使質(zhì)點得以維持在固定的平衡位置，彼此之間保持一定距離的結(jié)構(gòu)。晶形：晶體的宏觀外部形狀，它受結(jié)晶條件或所處的物理環(huán)境的影響比較大，對于同一種物質(zhì)，即使基本晶系不變，晶形也可能不同，如六方晶體，它可以是短粗形、細(xì)長形或帶有六角的薄片狀，甚至旱多棱針狀。一、晶體結(jié)構(gòu)與特性各向異性：晶體的幾何特性及物理效應(yīng)常隨方向50七種晶系晶體按其晶格結(jié)構(gòu)可分為七種晶系

七種晶系晶體按其晶格結(jié)構(gòu)可分為七種晶系51二、晶體的粒度分布

晶體粒度分布：不同粒度的晶體質(zhì)量(或粒子數(shù)目)與粒度的分布關(guān)系，它是晶體產(chǎn)品的一個重要質(zhì)量指標(biāo)?？捎煤Y分法(或粒度儀)進(jìn)行測定，篩分結(jié)果標(biāo)繪為篩下累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)與篩孔尺寸的關(guān)系曲線，并可換算為累積粒子數(shù)及粒數(shù)密度與粒度的關(guān)系曲線，簡便的方法是以中間粒度和變異系數(shù)來描述粒度分布。

中間粒度(mediumsize，MS)：篩下累計質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％時對應(yīng)的篩孔尺寸值。

二、晶體的粒度分布晶體粒度分布：不同粒度的晶體質(zhì)量(或粒子52粒度分布曲線粒度分布曲線53二、晶體的粒度分布變異系數(shù)(coefficientofvariation，cv)：為一統(tǒng)計量，與Gaussian分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差相關(guān)。

rm%為篩下累積質(zhì)量分?jǐn)?shù)為m％的篩孔尺寸。

對于一種晶體樣品，MS越大，→平均粒度大，CV值越小，粒度分布越均勻。

二、晶體的粒度分布變異系數(shù)(coefficientofv5411.2

結(jié)晶過程的相平衡及介穩(wěn)區(qū)

一、溶解度

液固平衡:任何固體物質(zhì)與其溶液相接觸時，當(dāng)溶液尚未飽和，則固體溶解；當(dāng)溶液恰好達(dá)到飽和，則固體溶解與析出的量相等，此時固體與其溶液已達(dá)到相平衡。

溶解度：固液相平衡時，單位質(zhì)量的溶劑所能溶解的固體的質(zhì)量。溶解度的其他單位有：克/升溶液、摩爾／升溶液、摩爾分?jǐn)?shù)等。

溶解度的影響因素：溶質(zhì)及溶劑的性質(zhì)、溫度及壓強(qiáng)。11.2結(jié)晶過程的相平衡及介穩(wěn)區(qū)一、溶解度55幾種物質(zhì)在水中的溶解度曲線幾種物質(zhì)在水中的溶解度曲線56溶解度曲線特性溶解度曲線:溶解度對溫度之間的關(guān)系曲線。正溶解度特性：溶解度隨溫度的升高而增加，在溶解過程中需要吸收熱量的特性。L一維生素C、L一精氨酸

逆溶解度特性：物質(zhì)的溶解度隨溫度升高反而下降，在溶解過程中放出熱量的特性。Na2SO4

有一些形成水合物的物質(zhì)，在其溶解度曲線上有折點，對應(yīng)存在不同水分子數(shù)的水合物之間的變態(tài)點。L一精氨酸、46OC

。溶解度曲線特性溶解度曲線:溶解度對溫度之間的關(guān)系曲線。正溶解57溶解度曲線特性溶解度隨溫度變化較大的物質(zhì)→冷卻結(jié)晶方法分離；溶解度隨溫度變化較小的物質(zhì)→蒸發(fā)結(jié)晶法分離。二、兩組分物系的固液相圖特征一定壓力下，在溫度和濃度坐標(biāo)系中兩組分物系的固液相圖可分為四類。反映兩組分物系的固液相平衡關(guān)系。溶解度曲線特性溶解度隨溫度變化較大的物質(zhì)→冷卻結(jié)晶方法分離；58雙組分低共熔物系固液相圖1．低共熔型曲線AE和BE為不同組成混合物的固液平衡線。

低共熔點：點E的溫度，該點物系完全固化。對于低共熔物系，只要通過結(jié)晶即可得到純物質(zhì)。

雙組分低共熔物系固液相圖1．低共熔型低共熔點：點E的溫度，該59雙組分固體溶液物系固液相圖2．固體溶液型

液相結(jié)晶線：混合物開始結(jié)晶的溫度與平衡液相組成之間的關(guān)系曲線。固相熔化線：混合物開始熔融的溫度與固相組成之間的關(guān)系曲線。

對固體溶液物系，必須經(jīng)過多級固液平衡才能達(dá)到所要求的產(chǎn)品純度。

雙組分固體溶液物系固液相圖2．固體溶液型液相結(jié)晶線：混合物60溶劑化合物熔化為同組成液相的物系固液相圖3．化合物形成型

對于雙組分物系，可能生成一種或多種溶劑化合物。

CaCl2一H2O—CaCl2·6H2O

固相溶劑化合物能與同樣組成的液相建立平衡關(guān)系

溶劑化合物熔化為同組成液相的物系固液相圖3．化合物形成型對61多晶型的雙組分低共熔型物系固液相圖4．晶型轉(zhuǎn)變型多晶型的雙組分低共熔型物系固液相圖4．晶型轉(zhuǎn)變型62三、沉淀過程的溶度積原理

溶度積Kc:表示電解質(zhì)在溶液中溶解度的大小。電解質(zhì)在溶液中存在著解離平衡

若理想溶液且達(dá)到溶解平衡時，則有

分別為陽離子和陰離子的濃度。

溶度積的大小與電解質(zhì)和溶劑的類型有關(guān)。

同離子效應(yīng)：增加溶液中電解質(zhì)的正離子（或負(fù)離子）濃度，會導(dǎo)致電解質(zhì)溶解度的下降的現(xiàn)象。

三、沉淀過程的溶度積原理溶度積Kc:表示電解質(zhì)在溶液中63四、溶液的過飽和與介穩(wěn)區(qū)

飽和溶液：濃度恰好等于溶質(zhì)的溶解度，即達(dá)到固液相平衡時的溶液。過飽和溶液：含有超過飽和量的溶質(zhì)的溶液。

過飽和度：同一溫度下，過飽和溶液與飽和溶液的濃度差。溶液的過飽和度是結(jié)晶過程的推動力。

將一個完全純凈的溶液在不受任何擾動(無攪拌，無振蕩)及任何刺激(無超聲波等作用)的條件下，緩慢降溫，就可以得到過飽和溶液。但超過一定限度后，澄清的過飽和溶液就會開始自發(fā)析出晶核。

四、溶液的過飽和與介穩(wěn)區(qū)飽和溶液：濃度恰好等于溶質(zhì)的溶解6411.3結(jié)晶過程的動力學(xué)

一、結(jié)晶成核動力學(xué)晶核:過飽和溶液中新生成的微小晶體粒子，是晶體生長過程的核心。晶核的大小粗估為數(shù)十納米至幾微米。

晶胚:在晶核形成之初，快速運動的溶質(zhì)質(zhì)點相互碰撞結(jié)合成的線體單元，線體單元增大到一定限度后粒子。晶胚極不穩(wěn)定。晶胚生長到足夠大，能與溶液建立熱力學(xué)平衡時稱之為晶核

成核方式可分為初級成核和二次成核兩類。

11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)一、結(jié)晶成核動力學(xué)晶核:過飽和溶6511.3結(jié)晶過程的動力學(xué)1．初級成核：在沒有晶體存在的條件下自發(fā)產(chǎn)生晶核的過程。初級成核分為非均相和均相初級成核。均相初級成核：潔凈的過飽和溶液進(jìn)入介穩(wěn)區(qū)時，還不能自發(fā)地產(chǎn)生晶核，只有進(jìn)入不穩(wěn)區(qū)后，溶液才能自發(fā)地產(chǎn)生晶核。這種在均相過飽和溶液中自發(fā)產(chǎn)生晶核的過程。均相初級成核速率：A→指前因子；Vm→摩爾體積；k→Boltzmann常數(shù)；T→絕對溫度；σ→表面張力。

比飽和度11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)1．初級成核：在沒有晶體存在的條件6611.3結(jié)晶過程的動力學(xué)初級成核過程中晶核的臨界粒徑與過飽和度間有關(guān)

在過飽和溶液中，只有大于臨界粒徑的晶核才能生存并繼續(xù)生長，小于此值的粒子則會溶解消失。

非均相初級成核：在工業(yè)結(jié)晶器中發(fā)生均相初級成核的機(jī)會比較少，實際上溶液中有外來固體物質(zhì)顆粒，如大氣中的灰塵或其他人為引入的固體粒子，在非均相過飽和溶液中自發(fā)產(chǎn)生晶核的過程。這些外來雜質(zhì)粒子對初級成核過程有誘導(dǎo)作用，非均相成核可在比均相成核更低的過飽和度下發(fā)生。11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)初級成核過程中晶核的臨界粒徑與過飽6711.3結(jié)晶過程的動力學(xué)初級成核速率與過飽和度的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式：Kp→速率常數(shù)；△c→過飽和度；a→成核指數(shù),一般a>2。

初級成核速率較大，對過飽和度變化非常敏感，很難將其控制在一定的水平。除了超細(xì)粒子制造外，一般結(jié)晶過程都要盡量避免初級成核的發(fā)生。2．二次成核：在已有晶體的條件下產(chǎn)生晶核的過程。二次成核的機(jī)理主要有流體剪應(yīng)力成核和接觸成核。

剪應(yīng)力成核：當(dāng)過飽和溶液以較大的流速流過正在生長中的晶體表面時，在流體邊界層存在的剪應(yīng)力能將一些附著于晶體之上的粒子掃落，而成為新的晶核。11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)初級成核速率與過飽和度的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式6811.3結(jié)晶過程的動力學(xué)接觸成核：當(dāng)晶體與其他固體物接觸時所產(chǎn)生的晶體表面的碎粒。在過飽和溶液中，晶體只要與固體物進(jìn)行能量很低的接觸，就會產(chǎn)生大量的微粒。在工業(yè)結(jié)晶器中，晶體與攪拌槳、器壁間的碰撞，以及晶體與晶體之間的碰撞都有可能發(fā)生接觸成核。接觸成核的幾率往大于剪應(yīng)力成核。二次成核速率的影響因素:溫度、過飽和度、晶體的粒度與硬度、攪拌槳的材質(zhì)等。描述二次成核速率經(jīng)驗表達(dá)式：

0<h≤4、

0.5<I≤3、

0.4<j≤2

N為攪拌強(qiáng)度，如轉(zhuǎn)速或攪拌槳葉端線速；MT→懸浮液密度；G→晶體的生長速率

11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)接觸成核：當(dāng)晶體與其他固體物接觸時6911.3結(jié)晶過程的動力學(xué)二、結(jié)晶生長動力學(xué)1．晶體生長機(jī)理在過飽和溶液中已有晶體形成（加入晶種）后，以過飽和度為推動力，溶質(zhì)質(zhì)點會繼續(xù)一層層地在晶體表面有序排列，晶體將長大的過程。晶體生長過程有三步：1）待結(jié)晶溶質(zhì)借擴(kuò)散作用穿過靠近晶體表面的靜止液層，從溶液中轉(zhuǎn)移至晶體表面。2）到達(dá)晶體表面的溶質(zhì)嵌人晶面，使晶體長大，同時放出結(jié)晶熱。3）放出來的結(jié)晶熱傳導(dǎo)至溶液中。

11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)二、結(jié)晶生長動力學(xué)晶體生長過程有三7011.3結(jié)晶過程的動力學(xué)2．結(jié)晶生長速率

大多數(shù)溶液結(jié)晶時,晶體生長過程為溶質(zhì)擴(kuò)散控制，晶體的生長速率G為：

kg→生長速率常數(shù)

對溶質(zhì)擴(kuò)散與表面反應(yīng)共同控制的結(jié)晶生長過程，其生長速率常用經(jīng)驗公式估算。

Kg→晶體總生長速率常數(shù)

Kg與物系的性質(zhì)、溫度、攪拌等因素有關(guān)。

g→生長指數(shù)

11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)2．結(jié)晶生長速率大多數(shù)溶液結(jié)晶時7111.3結(jié)晶過程的動力學(xué)3．結(jié)晶物理環(huán)境對晶體生長過程的影響

環(huán)境條件的改變會導(dǎo)致最終結(jié)晶產(chǎn)品的外觀形態(tài)和晶型的改變，原因是不同的環(huán)境條件對晶體各個晶面生長速率的影響不同。

結(jié)晶過程中，晶面生長速率的影響因素有兩類，

1)晶體內(nèi)部單元對晶面的各種應(yīng)力；它是由晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，一般不易改變。2)晶面與周圍環(huán)境的各種作用，如界面粘度、界面張力、表面能、界面分子對周圍環(huán)境中分子的作用力等。在實驗和生產(chǎn)中較易改變和控制的。最有效和簡便的手段是改變?nèi)軇┗蛲Y(jié)晶母液中加入某些特定的添加劑。11.3結(jié)晶過程的動力學(xué)3．結(jié)晶物理環(huán)境對晶體生長過程的影7211.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備

一.溶液結(jié)晶過程

溶液結(jié)晶:晶體從過飽和的溶液中析出的過程。

溶液結(jié)晶類型:冷卻結(jié)晶法、蒸發(fā)結(jié)晶法、真空冷卻結(jié)晶法、鹽析(溶析)結(jié)晶法、反應(yīng)結(jié)晶法。

1.冷卻結(jié)晶:通過冷卻降溫使溶液變成過飽和，基本上不去除溶劑過程。適用于溶解度隨溫度的降低而顯著下降的物系。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備

一.溶液結(jié)晶過程7311.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備冷卻結(jié)晶方法：自然冷卻、間壁換熱冷卻和直接接觸冷卻。

自然冷卻法：將熱的結(jié)晶溶液置于的結(jié)晶釜中，靠大氣自然冷卻而降溫結(jié)晶。特點:產(chǎn)品純度較低，粒度分布不均，易發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。

設(shè)備所占空間大，容積生產(chǎn)能力較低。但結(jié)晶過程設(shè)備造價低。

11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備冷卻結(jié)晶方法：自然冷卻、間壁換74間壁換熱冷卻結(jié)晶：典型的內(nèi)循環(huán)式，冷卻量由夾套換熱器傳遞。換熱面積的較小，換熱量不大。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備內(nèi)循環(huán)式間壁冷卻結(jié)晶器間壁換熱冷卻結(jié)晶：典型的內(nèi)循環(huán)式，冷卻量由夾套換熱器傳遞。換75外循環(huán)式結(jié)晶器傳熱系數(shù)較大，換熱面積可變，但必須選用合適的循環(huán)泵，以避免懸浮晶體的磨損破碎。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備外循環(huán)式間壁冷卻結(jié)晶器外循環(huán)式結(jié)晶器傳熱系數(shù)較大，換熱面積可變，但必須選用合適的循76直接接觸冷卻結(jié)晶：通過冷卻介質(zhì)與熱母液的直接混合而達(dá)到冷卻結(jié)晶的過程。冷卻介質(zhì)有空氣、與結(jié)晶溶液不互溶的碳?xì)浠衔锖蛯Ｓ玫囊簯B(tài)冷凍劑。

冷卻介質(zhì)可能對結(jié)晶產(chǎn)品產(chǎn)生污染，選用的冷卻介質(zhì)不能與結(jié)晶母液中的溶劑互溶或者雖互溶但應(yīng)易于分離。

11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備直接接觸冷卻結(jié)晶：11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備7711.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備2.蒸發(fā)結(jié)晶:使溶液在常壓或減壓下蒸發(fā)濃縮而達(dá)到過飽和的結(jié)晶過程。適用于溶解度隨溫度降低而變化不大或具有逆溶解度特性的物系。對晶體的粒度不能有效的加以控制。消耗的熱能較多，加熱面問題也給操作帶來困難。蒸發(fā)結(jié)晶器常在真空度不高的減壓下操作。降低操作溫度，以利于熱敏性產(chǎn)品的穩(wěn)定，并減少熱能損耗。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備2.蒸發(fā)結(jié)晶:使溶液在常壓或減7811.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備3.真空絕熱冷卻結(jié)晶：使溶劑在真空下閃急蒸發(fā)而使溶液絕熱冷卻的結(jié)晶法。適用于具有正溶解度特性而溶解度隨溫度的變化率中等的物系。操作原理：把熱濃溶液送入絕熱保溫的密閉結(jié)晶器中，器內(nèi)維持較高的真空度，由于對應(yīng)的溶液沸點低于原料液溫度，溶液閃急蒸發(fā)而絕熱冷卻到與器內(nèi)壓強(qiáng)相對應(yīng)的平衡溫度。溶液通過蒸發(fā)濃縮及冷卻兩種效應(yīng)來產(chǎn)生過飽和度。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備3.真空絕熱冷卻結(jié)晶：使溶劑在7911.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備4.鹽析(溶析)結(jié)晶鹽析(溶析)結(jié)晶：向溶液中加入某些物質(zhì)，以降低溶質(zhì)在原溶劑中的溶解度，產(chǎn)生過飽和度的方法。鹽析劑的要求：能溶解于原溶液中的溶劑，但不（很少）溶解被結(jié)晶的溶質(zhì)，而且溶劑與鹽析劑的混合物易于分離(用蒸餾法)。NaCl是一種常用的鹽析劑，如在聯(lián)合制堿法中，向低溫的飽和氯化銨母液中加入NaCl，利用同離子效應(yīng)，使母液中的氯化銨盡可能多地結(jié)晶出來，以提高結(jié)晶收率。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備4.鹽析(溶析)結(jié)晶8011.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備溶析結(jié)晶：向溶液中加入其他的溶劑使溶質(zhì)析出的過程。如使不溶于水的有機(jī)物質(zhì)從可溶于水的有機(jī)溶劑中結(jié)晶出來，此時加入酌量的水于溶液中。制藥行業(yè)中，常向含有醫(yī)藥物質(zhì)的水溶液中加入某些有機(jī)溶劑(如低碳醇、酮、酰胺類等)的方法使產(chǎn)物結(jié)晶出來。特點：結(jié)晶溫度較低，對熱敏性物質(zhì)的結(jié)晶有利；一般雜質(zhì)在溶劑與鹽析劑的混合物中有較高的溶解度，以利于提高產(chǎn)品的純度；與冷卻法結(jié)合，可提高結(jié)晶收率。需要回收設(shè)備來處理結(jié)晶母液，以回收溶劑和鹽析劑。11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備溶析結(jié)晶：向溶液中加入其他的溶8111.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備5．反應(yīng)結(jié)晶氣體與液體或液體與液體之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生固體沉淀，固體的析出是由于反應(yīng)產(chǎn)物在液相中的濃度超過了飽和濃度或構(gòu)成產(chǎn)物的各離子的濃度超過了溶度積的結(jié)果。

反應(yīng)結(jié)晶過程可分為反應(yīng)和結(jié)晶兩步，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)物的濃度增大并達(dá)到過飽和，在溶液中產(chǎn)生晶核并逐漸長大為較大的晶體顆粒。

反應(yīng)結(jié)晶產(chǎn)生的固體粒子一般較小。要想獲得符合粒度分布要求的晶體產(chǎn)品，必須小心控制溶液的過飽和度，如將反應(yīng)試劑適當(dāng)稀釋或適當(dāng)延長沉淀時間。

11.4溶液結(jié)晶過程與設(shè)備5．反應(yīng)結(jié)晶8211.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用

一、結(jié)晶操作特性結(jié)晶是在過飽和溶液中生成新相的過程，涉及固液相平衡。對特定的目標(biāo)產(chǎn)物及物系，需通過實驗確定合適的結(jié)晶操作條件，滿足結(jié)晶產(chǎn)品質(zhì)量要求，提高結(jié)晶生產(chǎn)能力，降低過程成本。結(jié)晶操作中的問題。1．過飽和度增大溶液過飽和度可提高成核速率和生長速率，有利于提高結(jié)晶生產(chǎn)能力。11.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用一、結(jié)晶操作特性8311.5結(jié)晶操作及其應(yīng)用過飽和度過大會出現(xiàn)問題：1）

成核速率過快