分离过程-结晶课件讲义.ppt

1、1第六章 结晶6.1 基本概念 6.1.1 结晶的定义 6.1.2 结晶与沉淀的区别 6.1.3 结晶技术的应用 6.1.4 结晶的分类6.2 溶液结晶基础 6.2.1 溶解度 6.2.2 结晶机理和动力学 6.2.3 结晶的粒数衡算和粒度分布6.3 结晶过程与设备图6.1降膜式蒸发结晶器图6.2釜式结晶器图6.3 湖北潜江永安制药厂30 台结晶器（浙江双子机械制造有限公司）图6.4 蒸发器结晶器（温州泰化工机械厂生产）图6.5 冷却连续结晶器本章教学要求v1掌握结晶技术的原理;理解结晶过 程的设计基础。v2掌握分批结晶操作过程原则和影 响结晶过程的主要因素分析方法。v3了解常用的结晶设备性能

2、、重结晶 和结晶技术的进展。结晶技术的特点1、能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融混合物能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融混合物中形成纯净的晶体。而用其他方法难以分离的混合物中形成纯净的晶体。而用其他方法难以分离的混合物系，采用结晶分离更为有效。如同分异构体混合物、系，采用结晶分离更为有效。如同分异构体混合物、共沸物系、热敏性物系等。共沸物系、热敏性物系等。2、固体产品有特定的晶体结构和形态固体产品有特定的晶体结构和形态(如晶形、粒度分如晶形、粒度分布等布等)。3、能量消耗少，操作温度低，对设备材质要求不高，能量消耗少，操作温度低，对设备材质要求不高，三废排放少，有利于环境保护。三废排放

3、少，有利于环境保护。4、结晶产品包装、运输、储存或使用都很方便。结晶产品包装、运输、储存或使用都很方便。96.1 概述固体物质以晶体状态从气相、溶液或熔融的物质中析出的过程称为结晶。一、结晶的定义结晶是新相生成的过程，是利用溶质之间溶解度的差别进行分离纯化的操作。沉淀是无规则排列，无定型粒子。二、结晶与沉淀的区别10溶液结晶 熔融结晶 升华结晶 沉淀结晶四、结晶的分类 化肥工业：尿素、硝酸铵、氯化钾的精制。轻 工 业：盐、糖、味精、氨基酸的精制。生物工业：青霉素、链霉素、抗生素、核酸、蛋白质等产品的精制。材料工业：超细粉的精制。新材料工业：超纯物质的精制。三、结晶技术的应用11解析出世界上第一

4、个解析出世界上第一个SARS冠状病毒蛋白质晶体结构。冠状病毒蛋白质晶体结构。氯化钠 碘化汞 图6.各种结晶体12几种典型的晶体结构图6.雪花的结晶体13图6.8 牛胰岛素晶体图片14u晶体的外形称为晶习(Crystal habit)u多面体的面称为晶面(Crystal face)u棱边称为晶棱(Crystal edge)6.2 溶液结晶基础6.2.1 晶体的基本特性一、晶体是一种内部结构的质点元素（原子、离子或分子）作三维有序排列的固态物质。二、晶体的性质：1.自范性自范性：如果晶体生长环境良好，则可形成如果晶体生长环境良好，则可形成有规则的结晶多面体（晶面）。晶体具有自发地生长成为结晶多有规

5、则的结晶多面体（晶面）。晶体具有自发地生长成为结晶多面体的可能性的性质，即晶体以平面作为与周围介质的分界面。面体的可能性的性质，即晶体以平面作为与周围介质的分界面。2.2.均匀性均匀性：晶体中每一宏观质点的物理性质和化学组成以及内部：晶体中每一宏观质点的物理性质和化学组成以及内部晶格都相同的特性。晶体的这个特性保证了工业生产中晶体产品晶格都相同的特性。晶体的这个特性保证了工业生产中晶体产品的高纯度。的高纯度。3.3.各向异性各向异性：晶体的几何特性及物理效应常随方向的：晶体的几何特性及物理效应常随方向的不同而表现出数量上的差异的性质。不同而表现出数量上的差异的性质。15为什么晶体是很纯的？（*

6、）晶体是化学均一的固体，但结晶溶液中的杂质却通常是相当多的，结晶时，溶液中溶质因其溶解度与杂质的溶解度不同，溶质结晶而杂质留在溶液中，因而互相分离，或两者的溶解度虽相差不大，但晶格不同，彼此“格格不入”而互相分离，所以原始溶液中虽含杂质，结晶出来的晶体却非常纯洁。因此，结晶是生产纯固体，告别小分子产品最有效的方法之一。16晶体按其晶格结构可分为七种晶系晶体按其晶格结构可分为七种晶系17三、晶体的粒度分布三、晶体的粒度分布3)(LkVvc2)(LkAaC对于等尺寸的晶体ka/kV=6，对于非等尺寸的晶体，则接近此值。1.晶体的粒度：晶体的粒度可以用一特征尺寸来度量，如可选某长度为特征尺寸L.晶体

7、的体积形状因子晶体的表面积形状因子对正方体L 3LVc26LAC1vk6ak18变异系数变异系数：为一统计量，偏差相关。为一统计量，偏差相关。%50%16%842)(100rrrCVrm%为筛下累积质量分数为为筛下累积质量分数为m的筛孔尺寸。的筛孔尺寸。对于一种晶体样品，对于一种晶体样品，CVCV值大，表明粒度分布范围宽，值大，表明粒度分布范围宽，CVCV值越小值越小，粒度分布越均匀，粒度分布越均匀。6-12.2.晶体粒度分布的表示晶体粒度分布的表示晶体粒度分布晶体粒度分布：不同粒度的晶体质量不同粒度的晶体质量(或粒子数目或粒子数目)与粒度的分布关系，它是晶与粒度的分布关系，它是晶体产品的一个

8、重要质量指标。体产品的一个重要质量指标。可用筛分法可用筛分法(或粒度仪或粒度仪)进行测定，筛分结果标绘为进行测定，筛分结果标绘为筛下累积质筛下累积质量分数与筛孔尺寸量分数与筛孔尺寸的关系曲线，并可换算为的关系曲线，并可换算为累积粒子数及粒数密累积粒子数及粒数密度与粒度度与粒度的关系曲线，的关系曲线，简便的方法是以中间粒度和变异系数来描述粒度分布。简便的方法是以中间粒度和变异系数来描述粒度分布。19粒度分布曲线20一、溶解度与溶解度曲线 固体与其溶液间的相平衡关系，通常用固体在溶液中的溶解度来表示。6.2.2 溶解度（结晶过程的相平衡）当溶解度随温度变化大时变温结晶分离。当溶解度随温度变化不大时

9、蒸发结晶分离。不同温度下的溶解度数据计算结晶理论产量的依据。二、溶解度曲线的特征决定了对结晶方法的选择例如21图6.10 不同无机盐在水中的溶解度曲线22判断各物质的结晶方式？谷氨酸一钠己二酸环六亚甲基四胺富马酸冷却结晶蒸发结晶)11(2ln1212rrRTMcc6-2246.2.3 结晶机理和动力学 概念概念1、当溶液浓度正好等于溶质的溶解度时，即液固达到平衡状态时，该溶液称为饱和溶液;2、当溶液浓度低于溶质溶解度时，该溶液为不饱和溶液;3、若溶液浓度大于溶解度，则形成过饱和溶液。4 4、过饱和度、过饱和度：同一温度下，过饱和溶液与饱和溶液的同一温度下，过饱和溶液与饱和溶液的浓度差浓度差。溶

10、液的过饱和度是结晶过程的推动力。结晶动力。溶液的过饱和度是结晶过程的推动力。结晶动力学和传质确定了晶体的特征，如晶系、纯度和粒度分布。学和传质确定了晶体的特征，如晶系、纯度和粒度分布。*CCC*CCS*/CC浓度推动力过饱和度比相对过饱和度一、溶液的过饱和，超溶解度曲线及介稳区一、溶液的过饱和，超溶解度曲线及介稳区溶液的过饱和与超溶解度曲线溶液的过饱和与超溶解度曲线AB-AB-正溶解度特性的正溶解度特性的溶解度曲线溶解度曲线 1 1、曲线的意义、曲线的意义CD-CD-超溶解度曲线超溶解度曲线 稳定区稳定区-未饱和，不可能进行结未饱和，不可能进行结晶晶介稳区介稳区-不会自发地产生晶核。不会自发地

11、产生晶核。2 2、区域的意义、区域的意义不稳区不稳区-能自发产生晶核能自发产生晶核。工业结晶过程要避免自发成核，才能保证得到平均粒度大的结工业结晶过程要避免自发成核，才能保证得到平均粒度大的结晶产品，结晶过程应尽量控制在介稳区内进行，以得到平均粒度晶产品，结晶过程应尽量控制在介稳区内进行，以得到平均粒度较大的结晶产品，避免产生过多晶核而影响最终产品的粒度。所较大的结晶产品，避免产生过多晶核而影响最终产品的粒度。所以只有按工业结晶条件测出超溶解度曲线和介稳区才更有实用以只有按工业结晶条件测出超溶解度曲线和介稳区才更有实用价值。（*）CD的位置受很多因素的影响，如有无搅拌，搅拌强度的大小，有无晶种

12、，晶种的大小与多少，冷却速度快慢等，因此超溶解度曲线应是一簇曲线26溶解度曲线只有一条超溶解度曲线可多条27AB线以下的区域称为稳定区，此区溶液不可能发生结晶。三个区域溶液浓度大于超溶解度曲线值时，自发产生晶核，此区称为不稳区.应避免自发成核，以保证产品粒度。稳定区不稳区在第一介稳区，不会自发地产生晶核。加入晶种，可使晶种整齐长大。介稳区第二介稳区，不自发产生晶核，加入晶种，晶种可长大，同时产生新晶核28最大过饱和浓度cmax，最大过饱和温度Tmax两者关系：maxmaxsdccTdT蒸发冷却cmaxTmaxTc介稳区宽度6.2.3 结晶机理和动力学 6.2.3 结晶机理和动力学 6.2.3

13、结晶机理和动力学 6.2.3 结晶机理和动力学 33二、晶核的形成与成长溶质从溶液中结晶出来经历两个阶段1.晶核的形成2.晶体的成长（*）在饱和溶液中新生成的晶体微粒称为晶核，其大小通常只有几纳米至几十微米。6.2.3 结晶机理和动力学 34初级均相成核是指溶液在较高过饱和度下自发生成晶核过程。(容易形成晶核泛滥)初级非均相成核是指溶液在外来固体物的诱导下生成晶核过程。二次成核则是指含有晶体的过饱和溶液由于晶体间的相互碰撞或晶体与搅拌器（或容器壁）碰撞时导致晶体破碎产生的微小晶体过程。结晶过程应尽量避免发生初级成核；工业结晶主要采用二次成核作为晶核主要来源。6.2.3 结晶机理和动力学 结晶成

14、核机理有三种初级均相成核初级非均相成核二次成核1初级成核：初级成核：在没有晶体存在的条件下自发产生晶在没有晶体存在的条件下自发产生晶核的过程。初级成核分为非均相和均相初级成核。核的过程。初级成核分为非均相和均相初级成核。均相初级成核：洁净的过饱和溶液进入介稳区时，均相初级成核：洁净的过饱和溶液进入介稳区时，还不能自发地产生晶核，只有进入不稳区后，溶液才还不能自发地产生晶核，只有进入不稳区后，溶液才能自发地产生晶核。这种在均相过饱和溶液中自发产能自发地产生晶核。这种在均相过饱和溶液中自发产生晶核的过程。生晶核的过程。均相初级成核速率：均相初级成核速率：)(ln316exp23323STkVABm

15、oA指前因子；指前因子；Vm摩尔体积；摩尔体积；kBoltzmann常数常数；T绝对温度；绝对温度；表面张力。表面张力。*CCCS比饱和度比饱和度6.2.3 结晶机理和动力学 6-3初级成核过程中晶核的初级成核过程中晶核的临界粒径临界粒径与过饱和度有关与过饱和度有关 SkVdmcln2在过饱和溶液中，只有大于临界粒径的晶核才能生存在过饱和溶液中，只有大于临界粒径的晶核才能生存并继续生长，小于此值的粒子则会溶解消失。并继续生长，小于此值的粒子则会溶解消失。非均相初级成核非均相初级成核：在工业结晶器中发生均相初级成核在工业结晶器中发生均相初级成核的机会比较少，实际上溶液中有外来固体物质颗粒，的机会

16、比较少，实际上溶液中有外来固体物质颗粒，如大气中的灰尘或其他人为引入的固体粒子，在非均如大气中的灰尘或其他人为引入的固体粒子，在非均相过饱和溶液中自发产生晶核的过程。这些外来杂质相过饱和溶液中自发产生晶核的过程。这些外来杂质粒子对初级成核过程有诱导作用，粒子对初级成核过程有诱导作用，非均相成核可在比非均相成核可在比均相成核更低的过饱和度下发生。均相成核更低的过饱和度下发生。6.2.3 结晶机理和动力学 6-4初级成核速率与过饱和度的经验关联式初级成核速率与过饱和度的经验关联式：apPcKNKp速率常数；速率常数；c过饱和度；过饱和度；a成核指数成核指数,一般一般a2。初级成核速率较大，对过饱和

17、度变化非常敏感，很难初级成核速率较大，对过饱和度变化非常敏感，很难将其控制在一定的水平。除了超细粒子制造外，将其控制在一定的水平。除了超细粒子制造外，一般结一般结晶过程都要尽量避免初级成核的发生。晶过程都要尽量避免初级成核的发生。2二次成核：二次成核：在已有晶体的条件下产生晶核的过程。在已有晶体的条件下产生晶核的过程。二次成核的机理主要有流体剪应力成核和接触成核。二次成核的机理主要有流体剪应力成核和接触成核。剪应力成核剪应力成核：当过饱和溶液以较大的流速流过正在生长当过饱和溶液以较大的流速流过正在生长中的晶体表面时，在流体边界层存在的剪应力能将一些附中的晶体表面时，在流体边界层存在的剪应力能将

18、一些附着于晶体之上的粒子扫落，而成为新的晶核。着于晶体之上的粒子扫落，而成为新的晶核。6.2.3 结晶机理和动力学 6-5接触成核接触成核：当晶体与其他固体物接触时所产生的晶体表当晶体与其他固体物接触时所产生的晶体表面的碎粒。在过饱和溶液中，晶体只要与固体物进行能量面的碎粒。在过饱和溶液中，晶体只要与固体物进行能量很低的接触，就会产生大量的微粒。很低的接触，就会产生大量的微粒。在工业结晶器中，晶体与搅拌桨、器壁间的碰撞，以及在工业结晶器中，晶体与搅拌桨、器壁间的碰撞，以及晶体与晶体之间的碰撞都有可能发生接触成核。晶体与晶体之间的碰撞都有可能发生接触成核。接触成核的几率往大于剪应力成核接触成核的

19、几率往大于剪应力成核。二次成核速率的影响因素二次成核速率的影响因素:温度、过饱和度、晶体的粒温度、过饱和度、晶体的粒度与硬度、搅拌桨的材质等。度与硬度、搅拌桨的材质等。描述二次成核速率经验表达式：描述二次成核速率经验表达式：ijhbGMNKN 00h4、0.5I3、0.4j2 N为搅拌强度，如转速或搅拌桨叶端线速；为搅拌强度，如转速或搅拌桨叶端线速；MT悬浮悬浮液密度；液密度；G晶体的生长速率晶体的生长速率 6.2.3 结晶机理和动力学 6-63.在工业结晶中，可采用以下措施控制二次成核速率维持稳定的过饱和度，防止结晶器在局部产生过饱和度的波动；维持稳定的过饱和度，防止结晶器在局部产生过饱和度

20、的波动；限制晶体的生长速率，不要通过盲目提高过饱和度的方法达到提限制晶体的生长速率，不要通过盲目提高过饱和度的方法达到提高产量的目的；高产量的目的；尽量降低晶体的机械碰撞能量及几率；尽量降低晶体的机械碰撞能量及几率；对溶液进行加热、过滤等预处理，以消除溶液中可能成为晶核的对溶液进行加热、过滤等预处理，以消除溶液中可能成为晶核的微粒；微粒；及时从结晶器中移出过量的微粒，同时将符合粒度要求的晶体产及时从结晶器中移出过量的微粒，同时将符合粒度要求的晶体产品及时排出；品及时排出；将含有过量细晶的母液移出后加热或稀释，使细晶溶解后送回结将含有过量细晶的母液移出后加热或稀释，使细晶溶解后送回结晶器；晶器；

21、通过调节溶液酸碱度或加入适宜添加剂等方法改变成核速率。通过调节溶液酸碱度或加入适宜添加剂等方法改变成核速率。6.2.3 结晶机理和动力学 三、结晶生长动力学三、结晶生长动力学1晶体生长机理晶体生长机理 在过饱和溶液中已有晶体形成（加入晶种）后，以过在过饱和溶液中已有晶体形成（加入晶种）后，以过饱和度为推动力，溶质质点会继续一层层地在晶体表面有饱和度为推动力，溶质质点会继续一层层地在晶体表面有序排列，晶体将长大的过程。序排列，晶体将长大的过程。2晶体生长过程有三步晶体生长过程有三步：1）待结晶溶质借扩散作用穿过靠近晶体表面的静止液）待结晶溶质借扩散作用穿过靠近晶体表面的静止液层，从溶液中转移至晶

22、体表面。层，从溶液中转移至晶体表面。2）到达晶体表面的溶质嵌人晶面，使晶体长大，同时）到达晶体表面的溶质嵌人晶面，使晶体长大，同时放出结晶热。放出结晶热。3 3）放出来的结晶热传导至溶液中。）放出来的结晶热传导至溶液中。6.2.3 结晶机理和动力学 41A：结晶面积，m2；M：结晶质量，kg;t：时间，s;c：溶液主体浓度，kg/m3;ci界面浓度，kg/m3;c*饱和浓度，kg/m3;nr幂指数；kD,kR 扩散和表面结晶速率常数。表面结晶速率晶体质量扩散速率式中：)(idMcckAdtdMGrniMcckrAdtdMG)(*6-86-7rdGkkK111*)(ccKAdtdMGGM6-96

23、.2.3 结晶机理和动力学 假定cKccKdtdLGgg*2LkAasvLkm3把A、M代入式6-9得（G为线性生长速率）*33ccKkkcckkKdtdLGvsavsaG 比较晶体的质量生长速率与线性生长速率之间的关系比较晶体的质量生长速率与线性生长速率之间的关系GkkGasvM36.2.3 结晶机理和动力学 6-106-11L L定律定律:由由6-106-10所定义的线性生长速率说明晶体的所定义的线性生长速率说明晶体的生长服从生长服从L L定律，即当同种晶体悬浮于过饱和溶液中定律，即当同种晶体悬浮于过饱和溶液中，所有，所有几何相似的同种晶体都以相同的速率生长几何相似的同种晶体都以相同的速率

24、生长，即，即晶体的生长速率与原晶粒的初始粒度无关。晶体的生长速率与原晶粒的初始粒度无关。但某些物系，晶体生长速率不服从但某些物系，晶体生长速率不服从L L定律，而是与粒度的定律，而是与粒度的大小相关大小相关,如钾矾水溶液。如钾矾水溶液。结晶生长分散现象结晶生长分散现象:在同一过饱和度下，相同粒度的同种晶体却在同一过饱和度下，相同粒度的同种晶体却以不同的速率生长的现象。晶核的生长常常呈现这种行为，因此在以不同的速率生长的现象。晶核的生长常常呈现这种行为，因此在超微粒子的生产中要注意它的影响。超微粒子的生产中要注意它的影响。6.2.3 结晶机理和动力学 6-10455量子原子团纳米晶体硫酸镁溶液中

25、的结晶体 燕鸥身上提取的流感病毒神经氨酸酶晶体 巴西玛瑙中的铁质 五.结晶控制若结晶条件不同，则形成晶体的大小、形状、甚至颜色等都可能不同。v在在慢速冷却慢速冷却或或慢速蒸发结晶慢速蒸发结晶过程中，过程中，粒子排粒子排列较为有序。列较为有序。一般可一般可得到粗大的粒状晶体。得到粗大的粒状晶体。v在在快速冷却或快速蒸发结晶快速冷却或快速蒸发结晶过程中，过程中，粒子排粒子排列较为无序，易形成针状、薄片状晶体。列较为无序，易形成针状、薄片状晶体。v控制控制不同的结晶温度不同的结晶温度，有时，有时可得不同颜色可得不同颜色（如黄色或红色的碘化汞晶体）。如黄色或红色的碘化汞晶体）。v溶液中含有溶液中含有少

26、量杂质和人为添加物少量杂质和人为添加物，也会导，也会导致致晶体的明显改变。晶体的明显改变。N N表示单位体积晶浆表示单位体积晶浆中粒度范围中粒度范围L L内的晶体粒子数目，则晶体的内的晶体粒子数目，则晶体的dldNlNnllim054 设单位体积中晶体粒度介于0L 的晶体累积粒数为N，则N与 L 之间具有如图所示的曲线关系。dldNlNnllim0 lNN粒度L 曲线的切线斜率称为晶体的粒数密度，用n表示：lNN粒度LL55 n 是粒度为lum的晶粒的粒数密度，单位为（#/m3m）。n 随着粒度的增大而降低，即结晶生长时间越长，L值越大，n 值越小。在L1到L2范围内的晶体粒子数目由下式算出n

27、dLNll21实验室中采用筛分法测定晶体的粒数密度。使晶体粒子从上至下依次通过一系列孔径递减的筛子，并称量筛上粒子的质量，以这种质量测量为基础计算得到的平均粒度是质量平均粒度。利用下式可将筛分数据转化为粒数密度。)(3LLkMnvM-M-某层筛上粒子质量，某层筛上粒子质量，L-L-该相邻两筛的平均孔径该相邻两筛的平均孔径L-L-该相邻两筛的筛孔孔径差该相邻两筛的筛孔孔径差56结晶中的晶浆处于全混状态;晶体粒度分布是连续的;忽略晶体的破碎和消失.二、二、MSMPR结晶器结晶器则对于粒度为 L，粒数密度为 n 的晶体假设:V.n,cFin,nin,cinF,n,c57全混槽型结晶器中的非稳态粒数衡

28、算方程三、粒数衡算方程累积数=（进料+生长）-（出料+生长超出）)()(2211tGVntLnQtGVntLnQLnViiVnQVQnLnGtnii)(当L和t趋近于0时，可导出偏微分粒数衡算式：581、当结晶器的进料为清液，不含晶种0)(nLnGtn2、如结晶器处于稳态操作，上式简化为：0)(nLnG59四、与粒度无关的晶体生长的粒度分布：（稳态且遵循L定律）0Gndldn令no代表粒度为零的晶体的粒数密度，即晶核的粒数密度，积分上式得：lnnGdlndn00GLnn0lnln该式为MSMPR结晶器稳态下的粒数密度分布函数60 利用直线斜率值Q/(GV)，可求出结晶线性生长速率G和成核速率B

29、0=n0Gln(n)ln(n0)直线斜率为Q/(GV)Lnn对L作图的一直线，此线截距为Lnn0，斜率为-1/GT，因此，若已知晶体产品的粒数密度分布n（L）及平均停留时间T，则可计算出晶体的线性生长速率G及晶核的粒数密度n061例10.1 蔗糖的连续稳态结晶操作的平均停留时间为2.5h，晶浆浓度为335g/dm3，蔗糖结晶密度为1.588g/cm3，结晶产品的筛分结果列表于10.2的第1栏和第2栏。计算：（a）结晶生长速率合成核速率;（b）控制粒度；（c）利用结晶生长速率计算晶浆浓度。解：（a）根据标准筛网直径列表20目和28目之间的结晶质量分率：%11%3%1462平均粒度：l=(0.84

30、1+0.595)/2=0.718mm粒度差：l=0.841-0.595=0.246mm结晶质量：M=335g/dm3=11%335g/dm3=36.85g/dm3结晶体积为：V=M/(1.588g/cm3)(cm3/1000mm3)=2.32104mm3/dm363设结晶为正方体，=1，则结晶数为：N=V/l3=(2.32104mm3/dm3)/(0.718mm)3 =6.27104(#/dm3)粒度密度为：n=N/l=(6.27104#/dm3)/0.246mm =2.55105#/dm3.mm所以：lnn=12.2564蔗糖结晶的粒度分布及粒数密度筛网（目筛网（目）累计质量累计质量分率分率

31、%筛网直径筛网直径mm平均粒度平均粒度 l/mm粒数密度粒数密度lnn+2030.8410.7180.510.360.2512.4514.6116.4616.98+28140.595+35380.425+48760.295+65920.20565Lnn对l作图得一直线，斜率为-9.9V/F=2.5h,G=-(F/V)(-9.9)=0.040mm/h直线的截距为lnno=19.6，则B=Gno=0.04e19.6=1.30107(#/dm3.h)(b)LD=3GV/F=30.0402.5=0.3mm 664319.643336()1#6 1.588()()(0.042.5)1000ovcGVMn

32、Fgcmmmehcmmmdmmmh 此M值与实验值（335g/dm3）基本一致，验证了计算值的正确性。(c)晶浆浓度即为结晶总质量（单位体积）676.3 结晶器简介按结晶方法u冷却结晶器u蒸发结晶器u真空结晶器按操作方式u间歇式u连续式u混合型u多级型u母液循环型按流动方式686.3.1 循环式冷却结晶器夹套冷却式外部循环冷却式槽内蛇管冷却式搅拌糟69n冷却比表面积较小，结晶速度较低，不适于大规模结晶操作；n结晶器壁的温度最低，过饱和度最大，易形成晶垢，影响传热效率。常设有除晶垢装置。缺点：特点:l所需冷量由夹套或外部换热器供给；l搅拌可提高传热和传质速率，并使溶液温度和浓度均匀，可使晶体悬浮

33、，有利于晶体各晶面成长；l结构简单，造价低。701.内循环式冷却结晶器可间歇操作得到大颗粒结晶，也可连续操作得到小颗粒结晶。712.外循环式冷却结晶器换热面积大，传热速率大，有利于溶液过饱和度的控制。缺点：是循环泵易破碎晶体。优点72夹套冷却式结晶器，主体呈锥形结构；饱和溶液从结晶器下部通入，在向上流动的过程中析出结晶，析出的晶体向下沉降；Howard结晶器是一种结晶分级型连续结晶器；结晶器的容积较小，适用于小规律连续生产。3.Howard结晶器736.3.2 蒸发结晶器冷却结晶：需将溶液冷却，并浓缩达过饱和而产生结晶。蒸发结晶：通常采用减压操作，使溶液温度降低，产生较大的过饱和度。蒸发结晶与

34、冷却结晶的区别蒸发结晶器结晶器主体蒸发室外部加热器74带导流筒和搅拌浆的真空结晶器1、DTB型结晶器75如胶体物质、某些表面活性剂、痕量的杂质离子等（1）杂质对晶核形成的影响一般有抑制作用它们被吸附于晶胚表面，从而抑制晶胚成长为晶核；离子的作用是破坏溶液中的液体结构，从而抑制成核过程。76改变溶液的结构或其平衡饱和浓度；吸附在晶面上的杂质发生阻挡作用；通过改变晶体与溶液界面处液层的特性而影响溶质质点嵌入晶面等。(2)杂质对晶体成长速率的影响多样性抑制促进极少量（10-6mg/L）即有影响相当大量才起作用。途径和方法也各不相同77DTB结晶器的晶浆密度可达到30%40%的水平，生产强度高，可生产

35、粒度达6001200m的大颗粒结晶产品。可实现真空绝热冷却法、蒸发法、直接接触冷冻法及反应法等结晶操作，且器内不易结晶垢。DTB结晶器的特点是：由于结晶器内设置了导流筒和高效搅拌螺旋桨，形成内循环通道，内循环效率高，过饱和度均匀，并且较低(一般过冷度 l )。782、Krystal-Oslo结晶器是一种常用常压蒸发结晶器，也具备结晶分级能力。79双螺旋桨结晶器，是对DTB结晶器的改良，内设两个同轴螺旋桨。在低转数下即可获得较好的搅拌循环效果，功耗较DTB结晶器低，有利于降低结晶的机械破碎。3、DP结晶器大螺旋桨要求平衡性能好、精度高，制造复杂。缺点80结晶速率包括成核速率和晶体成长速率工业上影

36、响结晶速率的因素很多：例如溶液的过饱和度、温度、粘度、密度以及外部条件，如有无搅拌等，特别是杂质对结晶过程的影响十分显著。五、结晶操作的影响因素 81（1）产生大量微小结晶难以长大；（2）容易在晶体表面产生液泡，影响结晶质量；（3）结晶器壁容易产生晶垢，给结晶操作带来困难。l、过饱和度 提高成核速率和生长速率存在最大过饱和度有利的一面：不利的一面：82蒸发速度过快，则溶液的过饱度较大，生成微小晶体，影响产品的质量。2、温度温度的不同，生成的晶形和结晶会发生改变,操作温度一般控制在较小的温度范围内。冷却结晶降温过快，溶液很快达到较高的过饱和度，生成大量微小晶体，影响产品质量。蒸发结晶工业结晶操作

37、常采用真空绝热蒸发，不设循环加热装置，蒸发室内温度较低，防止过饱和度的剧烈变化。83采用气提式混合方式，或利用直径或叶片较大的搅拌桨，降低桨的转速。3、搅拌与混合增大搅拌速度提高成核和生长速率造成晶体的剪切破碎4、溶剂与pH值使目标溶质的溶解度较低，提高结晶的收率对晶形有影响84（1）通过蒸发或降温使溶液的过饱和度进入不隐区，自发成核一定数量后，稀释溶液使过饱和度降至介稳区。这部分晶核即成为结晶的晶种；（2）向处于介隐区的过饱和溶液中添加事先准备好的颗粒均匀的晶种。5、晶种两种情况：85晶浆浓度过高时，悬浮液流动性差，混合操作困难。6、晶浆浓度 晶浆浓度越高，单位体积结晶器中结晶表面积越大，即

38、固液接触比表面积越大，结晶生长速率越快，有利于提高结晶生产速度（即容时产量)。有利的一面：不利的一面：晶浆浓度应在操作条件允许的范围内取最大值。86（1）有利于消除设备内的过饱和度分布，使设备内的结晶成核速率及生长速率分布均匀；（2）可增大固液表面传质系数，提高结晶生长速率；（3）外部循环系统中设有换热设备时，有利于提高换热效率，抑制换热器表面晶垢的生成；（4）会造成结晶的磨损破碎。7、提高循环流速循环流速应在无结晶磨损破碎和保证结晶器的分级功能的范围内取较大的值。87（1）器壁内表面采用有机涂料，尽量保持壁面光滑，可防止在器壁上的二维成核现象的发生；（2）提高结晶系统中各个部位的流体流速，并

39、使流速分布均匀，消除低流速区；（3）若外循环液体为过饱和溶液，应使其中含有悬浮的晶种；（4）采用夹套保温方式防止壁面附近过饱和度过高；（5）增设晶垢铲除装置，或定期添加溶剂溶解产生的晶垢；（6）蒸发结晶器的蒸发室壁面极易产生晶垢，可采用喷淋溶剂的方式溶解晶垢。8、结晶系统的晶垢严重影响结晶过程效率防止晶垢的产生或除去已产生的晶垢：88（1）改变目标产物的溶解度，使在相同目标产物浓度下的过饱和度改变，影响成核速率和生长速率；（2）杂质在目标产物结晶表面的吸附导致结晶体各晶面生长速率的不同，从而改变结晶的晶习。（3）如果杂质进入到晶体的晶格中，会影响目标产物结晶的理化性质(如导电性，催化反应活性)以及生物活性(如抗生素的药效)。9、共存杂质的影响控制杂质的含量的方法增设除杂质设备