結(jié)晶和膜分離

第十一章

結(jié)晶和膜分離

11.1結(jié)晶概述特點(diǎn)：(1)選擇性高(2)純度高(3)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便(4)影響因素多結(jié)晶分類溶液結(jié)晶熔融結(jié)晶升華結(jié)晶沉淀結(jié)晶11.1.1基本概念晶體的性狀自范性：自發(fā)成長(zhǎng)成為結(jié)晶多面體的可能性均勻性：宏觀上物理和化學(xué)性質(zhì)相各向同各向異性：晶體的幾何特性及物理效益隨方向不同而不同結(jié)晶過(guò)程：第一步：成核：產(chǎn)生微小晶粒（晶核）作為結(jié)晶的核心。第二步：成長(zhǎng)：晶核變大，成為宏觀意義上的晶體。兩個(gè)概念晶漿：晶體＋剩余的飽和溶液母液：剩余的溶液結(jié)晶操作過(guò)程成核晶體成長(zhǎng)固液分離洗滌重要的概念：相平衡：固體的溶解和析出達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡溶解度：相平衡時(shí)單位質(zhì)量的溶劑所能溶解的固體的質(zhì)量溶解度曲線：表示溶解度與溫度的關(guān)系飽和溶液：溶質(zhì)的濃度恰好等于溶解度過(guò)飽和溶液：溶質(zhì)的濃度超過(guò)溶質(zhì)的溶解度過(guò)飽和度：過(guò)飽和溶液與飽和溶液的濃度的差11.1.2結(jié)晶過(guò)程的相平衡過(guò)飽和溶液的形成方式：(1)冷卻(2)溶劑蒸發(fā)(3)改變?nèi)軇┬再|(zhì)(4)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生低溶解度物質(zhì)11.1.2結(jié)晶過(guò)程的相平衡A穩(wěn)定區(qū)：不飽和區(qū)B第一介穩(wěn)區(qū)：加入晶種結(jié)晶會(huì)生長(zhǎng)，但不產(chǎn)新晶核C第二介穩(wěn)區(qū)：加入晶種結(jié)晶會(huì)生長(zhǎng)，同時(shí)有新晶核產(chǎn)生D不穩(wěn)區(qū)：瞬時(shí)出現(xiàn)大量微小晶核，發(fā)生晶核泛濫11.1.2結(jié)晶過(guò)程的動(dòng)力學(xué)成核初級(jí)成核：自發(fā)產(chǎn)生的晶核過(guò)程均相初級(jí)成核非均相初級(jí)成核二次成核：已存在晶體條件下產(chǎn)生晶核過(guò)程剪應(yīng)力成核接觸成核一般結(jié)晶過(guò)程應(yīng)以二次成核作為晶核的來(lái)源11.1.2結(jié)晶過(guò)程的動(dòng)力學(xué)結(jié)晶成長(zhǎng)過(guò)程（擴(kuò)散學(xué)說(shuō)）擴(kuò)散過(guò)程：溶質(zhì)達(dá)到晶體表面（濃度差，越大，速度越快）表面反應(yīng)過(guò)程：溶質(zhì)嵌入晶面（溫度越高，速率越快）傳熱過(guò)程：結(jié)晶熱傳遞到溶液中結(jié)晶過(guò)程控制晶核形成速率的必要性：晶體產(chǎn)品的粒度下降產(chǎn)品粒度分布不合格控制成核現(xiàn)象的措施：維持穩(wěn)定的飽和度控制晶體生長(zhǎng)的速率減少晶體的機(jī)械碰撞能量消除溶液中可能成為晶核的微粒細(xì)消操作影響晶體純度的影響因素母液在晶體表面的吸藏母液被包藏與晶簇中形成不同的晶習(xí)晶體的生存理論和育晶操作生存理論：小粒子具有較大的表面能，微小晶體的溶解度高于粒度較大的晶體，因而微小晶體能夠與某一定濃度的過(guò)飽和溶液建立平衡關(guān)系。結(jié)果：微小晶粒溶解而大晶體長(zhǎng)大。

育晶：微小顆粒變成較大顆粒結(jié)晶過(guò)程中過(guò)飽和度過(guò)大有何不妥？

A：初級(jí)成核速度過(guò)快，形成過(guò)多的晶核，晶體粒度變小，容易出現(xiàn)嚴(yán)重的包藏現(xiàn)象。

B：晶體生長(zhǎng)速度過(guò)快，出現(xiàn)吸藏現(xiàn)象雜質(zhì)或添加劑對(duì)結(jié)晶的影響濃度很低就起作用能夠改變結(jié)晶質(zhì)量膜分離技術(shù)的地位和影響美國(guó)官方文件曾說(shuō)"18世紀(jì)電器改變了整個(gè)工業(yè)進(jìn)程，而20世紀(jì)膜技術(shù)將改變整個(gè)面貌”，“目前沒(méi)有一種技術(shù)，能像膜技術(shù)這么廣泛地被應(yīng)用”日本和歐洲則把膜技術(shù)作為21世紀(jì)的基盤(pán)技術(shù)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)“誰(shuí)掌握了膜技術(shù)，誰(shuí)就掌握了化學(xué)工業(yè)的未來(lái)”-NormanN.Li，美國(guó)科學(xué)院院士，著名華裔科學(xué)家膜分離已得到廣泛應(yīng)用。21世紀(jì)是工業(yè)生物技術(shù)的世紀(jì)，膜技術(shù)將扮演重要角色11.2膜分離概述近20年發(fā)展起來(lái)的膜分離技術(shù)，已廣泛用于生物工程、食品、醫(yī)藥、化工等工業(yè)生產(chǎn)及水處理等各個(gè)領(lǐng)域；膜分離技術(shù)是用半透膜作為選擇障礙層，允許某些組分透過(guò)而保留混合物中其它組分，從而達(dá)到分離目的的技術(shù)。膜分離技術(shù)它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、無(wú)相變、無(wú)化學(xué)變化、處理效率高和節(jié)省能量等優(yōu)點(diǎn)，已作為一種單元操作日益受到人們極大重視。膜分離的特點(diǎn)①操作在常溫下進(jìn)行；②是物理過(guò)程，不需加入化學(xué)試劑；③不發(fā)生相變化（因而能耗較低）；④在很多情況下選擇性較高；⑤濃縮和純化可在一個(gè)步驟內(nèi)完成；⑥設(shè)備易放大，可以分批或連續(xù)操作。因而在生物產(chǎn)品的處理中占有重要地位11.2膜分離概述微濾透析利用具有一定孔徑大小、高分子溶質(zhì)不能透過(guò)的親水膜，將含有高分子溶質(zhì)和其它小分子溶質(zhì)的溶液；與水溶液，或緩沖液分隔；由于膜兩側(cè)的溶質(zhì)濃度不同，在濃差的作用下，左側(cè)高分子溶液中的小分子溶質(zhì)（如無(wú)機(jī)鹽）透向右側(cè)，右側(cè)的水透向左側(cè)，這就是透析。純水或緩沖溶液稱為透析液；所用的親水膜稱為透析膜；透析過(guò)程中透析膜內(nèi)無(wú)流體流動(dòng)，溶質(zhì)以擴(kuò)散的形式移動(dòng)。水分子大分子小分子透析膜電滲析分離原理示意圖滲透蒸發(fā)它是利用膜與被分離有機(jī)液體混合物中各組分的親合力不同，而有選擇性地優(yōu)先吸附溶液某一組分，及各組分在膜中擴(kuò)散速度不同，來(lái)達(dá)到分離的目的。它不存在蒸餾法中的共沸點(diǎn)的限制，可連續(xù)分離、濃縮，直至得到純有機(jī)物。分離過(guò)程是用一張滲透蒸發(fā)膜,將進(jìn)料液相和透過(guò)氣相分隔開(kāi),并在氣相側(cè)抽真空或通以惰性氣流,把滲透組分的蒸氣壓控