第六章 結(jié)晶分離技術(shù)_第1頁
第六章 結(jié)晶分離技術(shù)_第2頁
第六章 結(jié)晶分離技術(shù)_第3頁
第六章 結(jié)晶分離技術(shù)_第4頁
第六章 結(jié)晶分離技術(shù)_第5頁
已閱讀5頁,還剩24頁未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、第六章 結(jié)晶分離技術(shù) 6.1 概述 6.2 結(jié)晶分離技術(shù)基本原理 6.3 結(jié)晶分離技術(shù)的應(yīng)用 6.1 概述 結(jié)晶是固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從蒸氣、溶液 或熔融物中析出的過程。是一種獲得固體 產(chǎn)物的重要手段。 結(jié)晶過程是在多相、多成分系統(tǒng)中質(zhì)量傳 遞與熱量傳遞并存的過程,是非穩(wěn)定的熱 力學(xué)過程。 如:從海水中得到食鹽晶體。 結(jié)晶過程的特點(diǎn)結(jié)晶過程的特點(diǎn) (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)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

2、合物、共沸物系、熱敏性物系等。有效。如同分異構(gòu)體混合物、共沸物系、熱敏性物系等。 (2)能分離出高純或超純的晶體,產(chǎn)品在包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存或使用 上都較方便。 (3) 固體產(chǎn)品固體產(chǎn)品有特定的晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)有特定的晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)(如晶形、粒度分布等如晶形、粒度分布等)。 (4)能量消耗少,能量消耗少,因結(jié)晶熱一般為蒸發(fā)潛熱的1/31/10;操作溫操作溫 度低,對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求不度低,對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求不高,三廢排放少,有利于環(huán)境保護(hù)。高,三廢排放少,有利于環(huán)境保護(hù)。 (5)結(jié)晶是一個(gè)很復(fù)雜的分離操作,結(jié)晶過程及其設(shè)備種類繁多。 4 結(jié)晶是結(jié)晶是新相生成新相生成的過程,是利用溶質(zhì)的過程,是利用溶質(zhì) 之間

3、之間溶解度的差別溶解度的差別進(jìn)行分離純化的操作。進(jìn)行分離純化的操作。 沉淀是沉淀是無規(guī)則排列,無定型粒子無規(guī)則排列,無定型粒子。 結(jié)晶與沉淀的區(qū)別:結(jié)晶與沉淀的區(qū)別: 6.2 結(jié)晶分離技術(shù)基本原理結(jié)晶分離技術(shù)基本原理 晶體的幾個(gè)基本概念 過飽和度和結(jié)晶方法 質(zhì)量與熱量平衡(自學(xué)) 總體平衡(自學(xué)) 動(dòng)力學(xué)方程(自學(xué)) (一)晶體的幾個(gè)基本概念 晶體:晶體:是許多性質(zhì)相同的粒子在三維空間 排列成規(guī)則格子狀的固態(tài)物質(zhì),是由晶面 構(gòu)成的具點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的多面體。 石墨及其晶體結(jié)構(gòu)石墨及其晶體結(jié)構(gòu) 7 雪花的結(jié)晶體 8 牛胰島素晶體圖片牛胰島素晶體圖片 9 生殖細(xì)胞的蛋白質(zhì)生殖細(xì)胞的蛋白質(zhì) 晶體在幾何形狀上

4、具有晶面、晶棱和晶胞三個(gè)概念。 晶面:圍繞晶體的天然平面 晶棱:兩個(gè)晶面的交線 晶胞:晶體中的每個(gè)格子,是構(gòu)成晶體的基本單元。 clcl- - cscs+ + cscl cscl 晶胞晶胞 (二)過飽和度和結(jié)晶方法(二)過飽和度和結(jié)晶方法 (一)溶液的飽和度(一)溶液的飽和度 在一定溫度下,向一定量溶劑里加入某種溶質(zhì),當(dāng)溶質(zhì)在一定溫度下,向一定量溶劑里加入某種溶質(zhì),當(dāng)溶質(zhì) 不能繼續(xù)溶解時(shí),所得的溶液叫做這種溶質(zhì)的不能繼續(xù)溶解時(shí),所得的溶液叫做這種溶質(zhì)的飽和溶液。飽和溶液。 在一定溫度下,在一定量的溶劑里,還能再溶解某種物在一定溫度下,在一定量的溶劑里,還能再溶解某種物 質(zhì)的溶液叫做這種溶質(zhì)的質(zhì)

5、的溶液叫做這種溶質(zhì)的不飽和溶液。不飽和溶液。 一定溫度、壓力下,當(dāng)溶液中一定溫度、壓力下,當(dāng)溶液中溶質(zhì)的濃度已超過該溫度、溶質(zhì)的濃度已超過該溫度、 壓力下溶質(zhì)的溶解度,壓力下溶質(zhì)的溶解度,而溶質(zhì)仍不析出的現(xiàn)象叫過飽和而溶質(zhì)仍不析出的現(xiàn)象叫過飽和 現(xiàn)象,此時(shí)的溶液稱為現(xiàn)象,此時(shí)的溶液稱為過飽和溶液。過飽和溶液。 如何得到如何得到過飽和溶液過飽和溶液? 過飽和溶液濃度與溶解度之差稱為過飽和溶液濃度與溶解度之差稱為過飽和度過飽和度; ; 當(dāng)達(dá)到一定的過飽和度后,就開始當(dāng)達(dá)到一定的過飽和度后,就開始析出晶核析出晶核; ; 完完 全全 純純 凈凈 的的 溶溶 液液 不受外界擾不受外界擾 動(dòng)和刺激動(dòng)和刺激

6、 降降 溫溫 或或 蒸蒸 發(fā)發(fā) 過過 飽飽 和和 溶溶 液液 飽和曲線飽和曲線:溶解度曲線。溶解度曲線。固固 體物質(zhì)溶解度隨溫度變化體物質(zhì)溶解度隨溫度變化 的曲線。的曲線。 超溶解度曲線超溶解度曲線:溶液開始溶液開始 自發(fā)產(chǎn)生晶核的極限濃度自發(fā)產(chǎn)生晶核的極限濃度 曲線曲線。 穩(wěn)定區(qū):穩(wěn)定區(qū):溶液尚未飽和,沒溶液尚未飽和,沒 有結(jié)晶的可能。有結(jié)晶的可能。 介穩(wěn)區(qū):介穩(wěn)區(qū):也不會(huì)自發(fā)產(chǎn)生晶也不會(huì)自發(fā)產(chǎn)生晶 核,但如已有晶核,則晶核核,但如已有晶核,則晶核 長(zhǎng)大而吸收溶質(zhì)直至濃度回長(zhǎng)大而吸收溶質(zhì)直至濃度回 落到飽和線上。落到飽和線上。 不穩(wěn)區(qū):不穩(wěn)區(qū):能自發(fā)產(chǎn)生晶核。能自發(fā)產(chǎn)生晶核。 要獲得良好的晶

7、體,應(yīng)控制溶質(zhì)濃度在不飽 和區(qū)上、過飽和區(qū)下 (二)(二) 結(jié)晶方法結(jié)晶方法 冷卻結(jié)晶:冷卻結(jié)晶:降低溫度,降低溶質(zhì)的溶解度實(shí)現(xiàn)結(jié)晶;降低溫度,降低溶質(zhì)的溶解度實(shí)現(xiàn)結(jié)晶; 蒸發(fā)結(jié)晶:蒸發(fā)結(jié)晶:減少溶劑,使溶液達(dá)到過飽和而實(shí)現(xiàn)結(jié)晶;減少溶劑,使溶液達(dá)到過飽和而實(shí)現(xiàn)結(jié)晶; 真空絕熱冷卻結(jié)晶:真空絕熱冷卻結(jié)晶:使溶液在真空下閃急蒸發(fā)而絕熱冷卻的結(jié)使溶液在真空下閃急蒸發(fā)而絕熱冷卻的結(jié) 晶方法。實(shí)質(zhì)上是同時(shí)依靠濃縮與冷卻來產(chǎn)生過飽和度而結(jié)晶。晶方法。實(shí)質(zhì)上是同時(shí)依靠濃縮與冷卻來產(chǎn)生過飽和度而結(jié)晶。 加壓結(jié)晶:加壓結(jié)晶:加壓結(jié)晶是利用加壓下物系的液、固相變規(guī)律的一加壓結(jié)晶是利用加壓下物系的液、固相變規(guī)律的

8、一 種全新的分離精制技術(shù)。一般是在高壓下結(jié)晶種全新的分離精制技術(shù)。一般是在高壓下結(jié)晶, ,可以將雜質(zhì)除可以將雜質(zhì)除 去而獲得高純度晶體。去而獲得高純度晶體。 鹽析結(jié)晶:鹽析結(jié)晶:利用鹽改變?nèi)苜|(zhì)和溶劑的能量平衡,降低溶解度的利用鹽改變?nèi)苜|(zhì)和溶劑的能量平衡,降低溶解度的 方法;方法; 化學(xué)結(jié)晶:化學(xué)結(jié)晶:加入反應(yīng)劑產(chǎn)生新物質(zhì),新物質(zhì)溶解度超過飽和溶加入反應(yīng)劑產(chǎn)生新物質(zhì),新物質(zhì)溶解度超過飽和溶 解度時(shí)結(jié)晶析出。解度時(shí)結(jié)晶析出。 晶體從溶液中形成,不論是通晶體從溶液中形成,不論是通 過減少溶劑量還是通過降低溫過減少溶劑量還是通過降低溫 度,首先須使其度,首先須使其介質(zhì)達(dá)到過飽介質(zhì)達(dá)到過飽 和狀態(tài)。和狀

9、態(tài)。 當(dāng)介質(zhì)達(dá)到過飽和狀態(tài)后,當(dāng)介質(zhì)達(dá)到過飽和狀態(tài)后,溶液中溶液中 便產(chǎn)生細(xì)小晶粒(稱為晶核)。便產(chǎn)生細(xì)小晶粒(稱為晶核)。晶晶 核的形成是晶體生長(zhǎng)過程必不可少核的形成是晶體生長(zhǎng)過程必不可少 的核心的核心。 在過飽和溶液中,溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在過飽在過飽和溶液中,溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在過飽 和度推動(dòng)力的作用下,向晶核或加和度推動(dòng)力的作用下,向晶核或加 入的晶種運(yùn)動(dòng),并在其表面有序堆入的晶種運(yùn)動(dòng),并在其表面有序堆 積,使積,使晶核或晶種不斷長(zhǎng)大形成晶晶核或晶種不斷長(zhǎng)大形成晶 體。體。 晶體的形晶體的形 成過程成過程 介質(zhì)達(dá)介質(zhì)達(dá) 到過飽和到過飽和 狀態(tài)狀態(tài) 晶核的晶核的 形成形成 晶體的晶體的 生長(zhǎng)生長(zhǎng) (三)晶體成

10、核與晶體生長(zhǎng)(三)晶體成核與晶體生長(zhǎng) 結(jié)晶過程:結(jié)晶過程: 溶質(zhì)結(jié)晶過程就是溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)從不規(guī)則排列狀態(tài)到 規(guī)則排列形成晶格的過程,只有過飽和度形成時(shí)只有過飽和度形成時(shí) 才能發(fā)生結(jié)晶,才能發(fā)生結(jié)晶,而過飽和度是其推動(dòng)力。過飽和度是其推動(dòng)力。 結(jié)晶過程經(jīng)歷兩個(gè)步驟:成核晶體生長(zhǎng)。 從不飽和溶液里析出晶體,一般要經(jīng)過下列步驟:從不飽和溶液里析出晶體,一般要經(jīng)過下列步驟:不飽和不飽和 溶液溶液飽和溶液飽和溶液過飽和溶液過飽和溶液晶核的產(chǎn)生晶核的產(chǎn)生晶體生長(zhǎng)晶體生長(zhǎng)等等 過程。過程。 1. 晶體成核晶體成核 晶核晶核: 過飽和溶液中新生成的微小晶體粒子, 是晶體生長(zhǎng)過程的核心。晶核的大小粗估 為數(shù)十納米至

11、幾微米。 成核機(jī)理:成核機(jī)理:一次成核和二次成核。 一次成核 一次成核:一次成核:在沒有晶體存在的條件下在沒有晶體存在的條件下自發(fā)產(chǎn)生自發(fā)產(chǎn)生晶晶 核的過程,是從純液體或純?nèi)芤褐行纬尚碌南?。核的過程,是從純液體或純?nèi)芤褐行纬尚碌南唷?分為分為非均相和均相一次成核非均相和均相一次成核。 一次成核速率較大,對(duì)過飽和度變化非常敏感,一次成核速率較大,對(duì)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)粒子制造很難將其控制在一定的水平。除了超細(xì)粒子制造 外,外,一般結(jié)晶過程都要盡量避免一般結(jié)晶過程都要盡量避免一次一次成核的發(fā)生。成核的發(fā)生。 均相一次成核均相一次成核:是在:是在均相過飽和溶液中

12、自發(fā)產(chǎn)生晶核均相過飽和溶液中自發(fā)產(chǎn)生晶核 的過程。的過程。潔凈的過飽和溶液進(jìn)入介穩(wěn)區(qū)時(shí),還不能自潔凈的過飽和溶液進(jìn)入介穩(wěn)區(qū)時(shí),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。產(chǎn)生晶核。 非均相一級(jí)成核非均相一級(jí)成核:在非均相過飽和溶液中自發(fā)產(chǎn)生晶在非均相過飽和溶液中自發(fā)產(chǎn)生晶 核的過程。核的過程。實(shí)際上溶液中有外來固體物質(zhì)顆粒,如大實(shí)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,這些外來雜氣中的灰塵或其他人為引入的固體粒子,這些外來雜 質(zhì)粒子對(duì)一次成核過程有誘導(dǎo)作用,質(zhì)粒子對(duì)一次成核過程有誘導(dǎo)作用,非均

13、相成核可在非均相成核可在 比均相成核更低的過飽和度下發(fā)生。比均相成核更低的過飽和度下發(fā)生。 二次成核二次成核 二次成核:二次成核:在已有晶體的條件下產(chǎn)生晶核在已有晶體的條件下產(chǎn)生晶核 的過程,即的過程,即通過溶液中已有的晶化劑結(jié)晶通過溶液中已有的晶化劑結(jié)晶 成晶體而產(chǎn)生晶核。成晶體而產(chǎn)生晶核。 二次成核的機(jī)理二次成核的機(jī)理主要有流體剪應(yīng)力成核和主要有流體剪應(yīng)力成核和 接觸成核。接觸成核。 剪應(yīng)力成核剪應(yīng)力成核:當(dāng)過飽和溶液以較大的流速流過正在生長(zhǎng)中:當(dāng)過飽和溶液以較大的流速流過正在生長(zhǎng)中 的晶體表面時(shí),在流體邊界層存在的剪應(yīng)力能將一些附著的晶體表面時(shí),在流體邊界層存在的剪應(yīng)力能將一些附著 于晶

14、體之上的粒子掃落,而成為新的晶核。于晶體之上的粒子掃落,而成為新的晶核。 接觸成核接觸成核:當(dāng)晶體與其他固體物接觸時(shí)所產(chǎn)生的晶體表面:當(dāng)晶體與其他固體物接觸時(shí)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(huì)產(chǎn)生大量的微粒。低的接觸,就會(huì)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。體與晶體之間的碰撞都有可能發(fā)生接觸成核。 二次成核速率的影響因素二次成核速率的影響因素: 溫度、過飽和度、晶體的粒度溫

15、度、過飽和度、晶體的粒度 與硬度、攪拌槳的材質(zhì)等。與硬度、攪拌槳的材質(zhì)等。 2. 晶體生長(zhǎng)晶體生長(zhǎng) 晶體生長(zhǎng):晶體生長(zhǎng):物質(zhì)在一定溫度、壓力、濃度、介質(zhì)、ph等 條件下由氣相、液相、固相轉(zhuǎn)化,形成特定維度尺寸晶體形成特定維度尺寸晶體 的過程。的過程。 晶體生長(zhǎng)機(jī)理晶體生長(zhǎng)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(dòng)力,溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)會(huì)繼續(xù)一層層地在晶 體表面有序排列,晶體將長(zhǎng)大的過程。 晶體生長(zhǎng)過程晶體生長(zhǎng)過程 (1)待結(jié)晶溶質(zhì)待結(jié)晶溶質(zhì)借擴(kuò)散作用穿過靠近晶體表借擴(kuò)散作用穿過靠近晶體表 面的靜止液層,面的靜止液層,從溶液中轉(zhuǎn)移至晶體表面。從溶液中轉(zhuǎn)移至晶體表面。 (2)到達(dá)晶

16、體表面的)到達(dá)晶體表面的溶質(zhì)嵌入晶面,溶質(zhì)嵌入晶面,使晶體使晶體 長(zhǎng)大,同時(shí)放出結(jié)晶熱。長(zhǎng)大,同時(shí)放出結(jié)晶熱。 (3)放出來的)放出來的結(jié)晶熱傳導(dǎo)至溶液中。結(jié)晶熱傳導(dǎo)至溶液中。 結(jié)晶生長(zhǎng)速率結(jié)晶生長(zhǎng)速率 大多數(shù)溶液結(jié)晶時(shí),晶體生長(zhǎng)過程為溶質(zhì)擴(kuò)散控制,晶體的生長(zhǎng)速率g 為: kg: 晶核生成速率常數(shù) :溶液中溶質(zhì)的濃度與飽和 溶液中溶質(zhì)濃度的差 ckg g 對(duì)溶質(zhì)擴(kuò)散與表面反應(yīng)共同控制的結(jié)晶生長(zhǎng)過程,其生長(zhǎng)速率常用經(jīng) 驗(yàn)公式估算。 g g ckg kg: 晶體總生長(zhǎng)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(zhǎng)指數(shù) c (四)結(jié)晶過程的實(shí)質(zhì) 結(jié)晶結(jié)晶是指溶質(zhì)是指溶質(zhì)自動(dòng)自動(dòng)從過飽和溶液中從過飽和溶液中析出析出, 形成新相形成新相的過程。的過程。 這一過程包括:這一過程包括: * *溶質(zhì)溶質(zhì)分子凝聚分子凝聚成固體。成固體。 * *分子有規(guī)律地排列分子有規(guī)律地排列到一定晶格中,這一過到一定晶格中,這一過 程與表面分子化學(xué)鍵力變化有關(guān);程與表面分子化學(xué)鍵力變化有關(guān); * *結(jié)晶過程是一個(gè)結(jié)晶過程是一個(gè)表面化學(xué)反應(yīng)過程表面化學(xué)反應(yīng)過程。 6.3 結(jié)晶分離技術(shù)的應(yīng)用 化肥工業(yè):

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論