結(jié)晶技術(shù)-結(jié)晶操作及設(shè)備（藥物分離純化技術(shù)課件）

結(jié)晶設(shè)備的選用與操作結(jié)晶設(shè)備的選用與操作

結(jié)晶設(shè)備要保證結(jié)晶良好，結(jié)晶速度快。

結(jié)晶設(shè)備的構(gòu)造方面應(yīng)考慮多種因素對結(jié)晶過程的影響：

溶液的性質(zhì)、黏度、雜質(zhì)的影響、結(jié)晶溫度、結(jié)晶體的大小、結(jié)晶體的形狀以及結(jié)晶生長速度特性等。一、結(jié)晶操作對設(shè)備的要求1．結(jié)晶設(shè)備一般應(yīng)有攪拌裝置攪拌可使結(jié)晶顆粒保持懸浮于溶液中，并同溶液有一個相對運動，以減薄晶體外部境界膜的厚度，提高溶質(zhì)質(zhì)點的擴(kuò)散速度，加速晶體長大。一、結(jié)晶操作對設(shè)備的要求2．?dāng)嚢杵鞯男问綉?yīng)選擇得當(dāng)不同的攪拌器攪拌速度不同，攪拌速度太快，會因剌激過劇烈自然起晶，也可能使已長大的晶體破碎，功率消耗也增大；

一、結(jié)晶操作對設(shè)備的要求攪拌太慢則晶體顆粒會沉積。故攪拌器的速度要視溶液的性質(zhì)和晶體大小而定。如味精煮晶時，一般采用6～15r/min，檸檬酸結(jié)晶時，用8～10r/min，粉狀味精結(jié)晶時，用20～28r/min，等電點結(jié)晶時，用28～36r/min。3．?dāng)嚢杵鞯男问綉?yīng)根據(jù)溶液流動的需要和功率消耗情況來選擇。

一般煮晶鍋多采用錨式攪拌，配合溶液在沸騰時的自然循環(huán)，可使晶體懸浮。立式結(jié)晶箱多采用框式攪拌器。臥式結(jié)晶箱多采用螺旋式攪拌器。4．當(dāng)晶體顆粒比較小，容易沉積時，為了防止堵塞，排料閥要采用流線形直通式，同時加大出口，以減少阻力。一、結(jié)晶操作對設(shè)備的要求5．必要時安裝保溫夾層，防止突然冷卻而結(jié)塊。6．為防止攪拌軸的斷裂，應(yīng)安裝保險裝置，如保險連軸銷等。

遇結(jié)塊堵塞，阻力增大時，保險銷即折斷，防止斷軸、燒壞馬達(dá)或減速裝置等嚴(yán)重事故。7．排氣裝置、管道等應(yīng)適當(dāng)加大或嚴(yán)格保溫，以防止結(jié)晶的堵塞。一、結(jié)晶操作對設(shè)備的要求二、結(jié)晶設(shè)備的分類（1）濃縮式結(jié)晶器（2）冷卻式的結(jié)晶器（3）蒸發(fā)冷卻式結(jié)晶器結(jié)晶設(shè)備按操作連續(xù)化程度不同，也可分為間歇式結(jié)晶設(shè)備和連續(xù)式結(jié)晶設(shè)備。間歇式結(jié)晶設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡單，結(jié)晶質(zhì)量好，結(jié)晶收率高，操作控制比較方便，但設(shè)備利用率低，操作勞動強(qiáng)度大。連續(xù)式結(jié)晶設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所得的晶體顆粒較細(xì)小，操作控制比較困難，消耗動力大，但設(shè)備利用率高，生產(chǎn)能力大。連續(xù)操作結(jié)晶優(yōu)點①冷卻法及蒸發(fā)法(真空冷卻法除外)采用連續(xù)結(jié)晶操作費用低，經(jīng)濟(jì)。②結(jié)晶工藝簡單，相對容易保證質(zhì)量；③生產(chǎn)周期短，節(jié)約勞動力費用；④結(jié)晶設(shè)備的生產(chǎn)能力可比分批操作提高數(shù)倍甚至數(shù)十倍，相同生產(chǎn)能力則投資少，占地面積??；⑤操作參數(shù)相對穩(wěn)定，易于實現(xiàn)自動化控制。連續(xù)操作結(jié)晶缺點①換熱面和器壁上容易產(chǎn)生晶垢并不斷累積，使運行后期的操作條件和產(chǎn)品質(zhì)量逐漸惡化，清理機(jī)會少于間歇操作；②與操作良好的分批結(jié)晶相比，產(chǎn)品平均粒度較??；③操作控制要求嚴(yán)格，比分批結(jié)晶難控制。連續(xù)結(jié)晶操作分級排料清母液溢流細(xì)晶消除分級排料常被混合懸浮型連續(xù)結(jié)晶器所采用，以實現(xiàn)對晶體粒度分布的調(diào)節(jié)。含有晶體的混合液從結(jié)晶器中流出前，先使其流過一個分級排料器，分級排料器可以是淘析腿、旋液分離器或濕篩，它可將大小不同的晶粒分離，其中小于某一產(chǎn)品分級粒度的晶體被送回結(jié)晶器繼續(xù)長大，達(dá)到產(chǎn)品分級粒度的晶體作為產(chǎn)品排出系統(tǒng)，因此分級排料裝置是控制顆粒大小和粒度分布的關(guān)鍵。清母液溢流

從澄清區(qū)溢流出來的母液中，總是含有一些小于某一粒度的細(xì)小晶粒，所以實際生產(chǎn)中并不存在真正的清母液，為了避免流失過多的固相產(chǎn)品組分，一般將溢流出的帶細(xì)晶的母液先經(jīng)旋液分離器或濕篩分離，然后將含較少細(xì)晶的液流排出結(jié)晶系統(tǒng)，含較多細(xì)晶的液流經(jīng)細(xì)晶消除后循環(huán)使用。

是調(diào)節(jié)結(jié)晶器內(nèi)晶漿密度的主要手段。細(xì)晶消除

常用的細(xì)晶消除方法是根據(jù)淘析原理，在結(jié)晶器內(nèi)部或下部建立一個澄清區(qū)，晶漿在此區(qū)域內(nèi)以很低的速度上流，由于粒度大小不同的晶體具有不同的沉降速度，故較大的晶粒沉降下來，而較小晶粒則隨流體上流而回到結(jié)晶器的主體，其中一部分晶漿循環(huán)使用，其中小的晶粒作為晶核，而繼續(xù)生長。還有一部分含細(xì)小晶粒的晶漿則從澄清區(qū)溢流而出，進(jìn)入細(xì)晶消除系統(tǒng)，采用加熱或稀釋的方法使細(xì)小晶粒溶解，然后經(jīng)循環(huán)泵重新回到結(jié)晶器中。“細(xì)晶消除”有效地減少了晶核數(shù)量，從而提高了結(jié)晶產(chǎn)品的質(zhì)量和收率。目的：減少晶體數(shù)量，達(dá)到提高晶體平均粒度，控制粒度分布，提高結(jié)晶收率。（1）濃縮式結(jié)晶器是借助于一部分溶劑在沸點時的蒸發(fā)或在低于沸點時的汽化達(dá)到過飽和而析出晶體的設(shè)備，適用于溶解度隨溫度的降低變化不大的物質(zhì)的結(jié)晶。濃縮的方法主要是蒸發(fā)濃縮，故濃縮式結(jié)晶器主要類型是蒸發(fā)式結(jié)晶器。蒸發(fā)式結(jié)晶器利用蒸發(fā)作用來排除溶液中的溶劑，使溶質(zhì)結(jié)晶析出，它是蒸發(fā)和結(jié)晶兩種操作組合的設(shè)備。（2）冷卻式的結(jié)晶器

冷卻式的結(jié)晶器是采用冷卻降溫的方法使溶液達(dá)到過飽和而結(jié)晶（自然結(jié)晶或晶種起晶）的結(jié)晶操作設(shè)備。

隨著結(jié)晶的進(jìn)行，需要不斷降溫，以維持溶液一定的過飽和度進(jìn)行育晶。

此類設(shè)備用于溫度對溶解度影響比較大的物質(zhì)結(jié)晶。（3）蒸發(fā)冷卻式結(jié)晶器又稱真空結(jié)晶器。原始的真空結(jié)晶器為一密閉容器，由冷凝器及蒸汽噴射器維持真空度。加入容器的溶液溫度遠(yuǎn)比結(jié)晶器內(nèi)壓強(qiáng)下所對應(yīng)的沸點為高。容器內(nèi)晶體懸浮液上方保持充分的空間供蒸汽排出和回收霧沫夾帶。由于溶液的閃蒸，溫度自動下降并濃縮——所以所需的過飽和度是靠冷卻和蒸發(fā)兩種作用產(chǎn)生的。真空結(jié)晶器的理論收率正比于加料濃度與溶器內(nèi)平衡溫度下的溶解度之差。生產(chǎn)上結(jié)晶操作對設(shè)備有何要求？思考題結(jié)晶設(shè)備三、常見的結(jié)晶設(shè)備

（1）Krystal-Oslo型蒸發(fā)式結(jié)晶器。Krystal-Oslo型蒸發(fā)式結(jié)晶器由蒸發(fā)室與結(jié)晶室兩部分組成。原料液經(jīng)外部加熱器預(yù)熱之后，在蒸發(fā)器內(nèi)迅速被蒸發(fā)，溶劑被抽走，同時起到了冷卻作用，使溶液迅速進(jìn)入介穩(wěn)區(qū)并析出晶體。1．蒸發(fā)式結(jié)晶器Krystal-Oslo型蒸發(fā)型結(jié)晶器Krystal-Oslo型蒸發(fā)式結(jié)晶器具有以下優(yōu)點①由于操作在減壓條件下進(jìn)行，故可維持較低的溫度，使溶液產(chǎn)生較大的過飽和度。②循環(huán)液中基本不含晶體顆粒，可避免循環(huán)泵的葉輪與晶粒之間發(fā)生碰撞而造成二次成核。③結(jié)晶室具有粒度分級作用，使結(jié)晶產(chǎn)品顆粒大而均勻。Krystal-Oslo型蒸發(fā)式結(jié)晶器的缺點：

①因母液的循環(huán)量受到了產(chǎn)品顆粒在飽和溶液中沉降速度的限制，操作彈性較小。②加熱器內(nèi)容易出現(xiàn)結(jié)晶層而導(dǎo)致傳熱系數(shù)降低。③加熱面附近溶劑汽化較快，溶液的過飽和度不易控制，因而也難以控制晶體顆粒的大小。該設(shè)備適用于對產(chǎn)品晶粒要求不嚴(yán)格的結(jié)晶操作。（2）DTB型蒸發(fā)式結(jié)晶器DTB（導(dǎo)流管與擋板）型結(jié)晶器是一種典型的晶漿內(nèi)循環(huán)器，蒸發(fā)室內(nèi)有一個導(dǎo)流管，管內(nèi)裝有帶螺旋槳式攪拌器，可把帶有細(xì)小晶體的飽和溶液快速推升到蒸發(fā)表面，形成循環(huán)通道。由于DTB型結(jié)晶器循環(huán)流動所需要的壓頭很低，螺旋槳可以在很低的轉(zhuǎn)速下工作，因此，可產(chǎn)生粒度較大的晶體。環(huán)型擋板將結(jié)晶器分隔為晶體生長區(qū)和澄清區(qū)，擋板與器壁間的環(huán)隙為澄清區(qū)，在澄清區(qū)中攪拌的影響實際上已消失，使晶體得以從母液中沉降分離，只有微晶可隨母液從澄清區(qū)的頂部排出器外，從而實現(xiàn)對微晶量的控制。淘析腿的DTB型結(jié)晶器上部是氣-液分離空間，可防止因霧沫夾帶而造成溶質(zhì)損失。閃蒸造成輕度的過飽和，過飽和液沿環(huán)形面流向下部時釋放其過飽和度，使晶體得以長大。在器底部設(shè)有一個分級腿，這些晶漿又與原料液混合，再經(jīng)中心導(dǎo)流管而循環(huán)。當(dāng)晶體長大到一定大小后就沉淀在分級腿內(nèi)，同時對產(chǎn)品也進(jìn)行洗滌，保證了結(jié)晶產(chǎn)品的質(zhì)量和粒徑均勻，不夾雜細(xì)晶。DTB型結(jié)晶器DTB型結(jié)晶器具有以下特點①結(jié)晶性能良好，已成為連續(xù)結(jié)晶器的主要形式之一。②可獲得較大的晶粒。③由于循環(huán)強(qiáng)度很大，器內(nèi)各處的過飽和度及晶漿密度都較均勻，允許按過飽和度的上限控制操作條件，生產(chǎn)強(qiáng)度較高。④由于循環(huán)良好，器內(nèi)不易結(jié)垢。（3）真空煮晶鍋對于結(jié)晶速度比較快，容易自然起晶，且要求晶體較大的產(chǎn)品，多采用真空煮晶鍋進(jìn)行煮晶，如谷氨酸鈉等的結(jié)晶就采用這種設(shè)備。煮晶鍋的結(jié)構(gòu)比較簡單，是一個帶攪拌的夾套加熱真空蒸發(fā)罐，由加熱蒸發(fā)室、加熱夾套、氣—液分離器、攪拌器等組成。凡與產(chǎn)品接觸的部分均采用不銹鋼制成，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。加熱蒸發(fā)室為一圓筒殼體，下部焊上加熱夾套，夾套高度通過計算蒸發(fā)所需的傳熱面積而定，夾套寬度30～60mm，夾套上裝有蒸汽進(jìn)口管，安裝于夾套的中上部，使蒸汽分布均勻，進(jìn)口要加裝擋板，防止直沖而損壞內(nèi)鍋，夾套上還裝有壓力表、不凝性氣體排放閥和冷凝水排除閥，冷凝水排除閥安裝在夾套的最低位置，以防止冷凝水的積聚，降低傳熱系數(shù)。

（3）真空煮晶鍋煮晶鍋上部頂蓋多采用錐形，上接氣—液分離器，以分離二次蒸汽所夾帶的霧沫，一般采用錐形除泡帽與慣性分離器結(jié)合使用。分離出的液體由小管回流入鍋內(nèi)，二次蒸汽在升汽管中的流速8～15m/s。攪拌裝置的形式很多，多采用錨式攪拌器。一般與鍋底的間距為2～5cm，轉(zhuǎn)速通常是6～15r/min。（3）真空煮晶鍋1．二次蒸汽排出管；2．氣-液分離器；3．清洗孔；4．視鏡；5．吸液孔；6．入孔7．壓力表孔；8．蒸汽進(jìn)口管；9．錨式攪拌器；10．排料閥；11．軸封填料箱；12．?dāng)嚢栎S

真空煮晶鍋2．冷卻式結(jié)晶器

間接換熱釜式結(jié)晶器目前應(yīng)用較廣：分兩類內(nèi)循環(huán)式冷卻結(jié)晶器外循環(huán)式冷卻結(jié)晶器（1）間接換熱釜式結(jié)晶器（2）連續(xù)式敞口攪拌結(jié)晶器

帶半圓底的臥式敞口長槽，槽外裝有通冷卻水的夾套，槽內(nèi)裝有兩組螺條形的攪拌槳葉。

1．馬達(dá)；2．蝸桿蝸輪減速箱；3．軸封；4．軸；5．左旋攪拌槳葉；

6．右旋攪拌槳葉；7．夾套；8．支腳；9．排料閥

①因?qū)θ芤杭右詳嚢?，故晶粒不易在冷卻面上聚結(jié)，且使晶粒能更好地懸浮于溶液中。②由于它的容積較大，轉(zhuǎn)速很慢（通常在10r/min以下），所以晶體在其中不易破碎。③產(chǎn)品顆粒較細(xì)小、均勻。④既可作結(jié)晶用，又可作蒸發(fā)結(jié)晶操作的輔助冷卻結(jié)晶器（晶體在其中繼續(xù)長大），還可作為結(jié)晶分離前的晶漿貯罐。⑤攪拌器功率消耗小。⑥體積較大，適用于產(chǎn)量較大，周期較長的場合。連續(xù)式敞口攪拌結(jié)晶器特點3．蒸發(fā)冷卻式結(jié)晶器

1．升壓泵；2．混合冷凝器；3．循環(huán)管；4．泵；5．雙級蒸汽噴射泵

（1）連續(xù)真空結(jié)晶器①