吉林大學(xué)食品工程原理第六章

1、第六章第六章 蒸發(fā)、結(jié)晶、冷凍、冷凍濃縮蒸發(fā)、結(jié)晶、冷凍、冷凍濃縮1.濃縮濃縮：從溶液中除去部分溶劑的單元操作，：從溶液中除去部分溶劑的單元操作，是溶質(zhì)和溶劑部分分離的過程。是溶質(zhì)和溶劑部分分離的過程。2.蒸發(fā)蒸發(fā)：利用溶質(zhì)和溶劑的揮發(fā)度差異，用：利用溶質(zhì)和溶劑的揮發(fā)度差異，用加入熱能的方法是溶劑汽化，而溶質(zhì)則為加入熱能的方法是溶劑汽化，而溶質(zhì)則為非揮發(fā)性的，從而達到分離的目的。非揮發(fā)性的，從而達到分離的目的。3.冷凍濃縮冷凍濃縮：利用稀溶液與固態(tài)溶劑在凝固：利用稀溶液與固態(tài)溶劑在凝固點下的平衡關(guān)系，使溶劑從溶液中結(jié)晶析點下的平衡關(guān)系，使溶劑從溶液中結(jié)晶析出，從而達到分離。出，從而達到分離。第

2、一節(jié)第一節(jié) 蒸蒸 發(fā)發(fā)食品濃縮的目的：食品濃縮的目的：1.除去食品中的大量水分，減少包裝、貯藏除去食品中的大量水分，減少包裝、貯藏和運輸費用。和運輸費用。2.提高制品濃度，增加制品的保藏性。提高制品濃度，增加制品的保藏性。3.作為干燥或更完全的脫水的預(yù)處理過程。作為干燥或更完全的脫水的預(yù)處理過程。4.作為結(jié)晶操作的預(yù)處理。作為結(jié)晶操作的預(yù)處理。（一）（一） 蒸發(fā)的定義蒸發(fā)的定義 加熱蒸氣和二次蒸氣加熱蒸氣和二次蒸氣 使含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸氣，從而使使含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸氣，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)蒸發(fā)，所用的

3、設(shè)備稱為蒸，所用的設(shè)備稱為蒸發(fā)器。發(fā)器。 蒸發(fā)需要不斷的供給熱能。工業(yè)上采用的熱源通常為水蒸氣，蒸發(fā)需要不斷的供給熱能。工業(yè)上采用的熱源通常為水蒸氣，而蒸發(fā)的物料大多是水溶液，蒸發(fā)時產(chǎn)生的蒸氣也是水蒸氣。而蒸發(fā)的物料大多是水溶液，蒸發(fā)時產(chǎn)生的蒸氣也是水蒸氣。為了易于區(qū)別，前者稱為為了易于區(qū)別，前者稱為加熱蒸氣或生蒸氣加熱蒸氣或生蒸氣，后者稱為，后者稱為二次蒸二次蒸氣氣。一、蒸發(fā)的基本概念一、蒸發(fā)的基本概念(1)按操作室壓力分按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓（真空）蒸發(fā)：常壓、加壓、減壓（真空）蒸發(fā)單效蒸發(fā)單效蒸發(fā)：將二次蒸氣不再利用而直接送到冷凝器冷凝以：將二次蒸氣不再利用而直接送到冷凝器冷凝

4、以除去的蒸發(fā)操作。除去的蒸發(fā)操作。 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)：若將二次蒸氣通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為：若將二次蒸氣通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，則可提高加熱蒸氣（生蒸氣）的利用率，這種加熱蒸氣，則可提高加熱蒸氣（生蒸氣）的利用率，這種串聯(lián)蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。串聯(lián)蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。(2)按二次蒸氣的利用情況分按二次蒸氣的利用情況分：單效和多效蒸發(fā)：單效和多效蒸發(fā) 蒸發(fā)分類蒸發(fā)分類（二）食品物料蒸發(fā)的特點（二）食品物料蒸發(fā)的特點（1）熱敏性）熱敏性（2）腐蝕性）腐蝕性（3）粘稠性）粘稠性（4）結(jié)垢性）結(jié)垢性（5）泡沫性）泡沫性（6）易揮發(fā)組分）易揮發(fā)組分（三）蒸發(fā)裝置內(nèi)的溫度差損失（三）蒸

5、發(fā)裝置內(nèi)的溫度差損失式中式中 t實際傳熱溫差，實際傳熱溫差， t0 理論上的傳熱溫度差，理論上的傳熱溫度差， t 溶液的沸點，溶液的沸點， t g二次蒸汽溫度，二次蒸汽溫度， tg加熱蒸氣的溫度，加熱蒸氣的溫度， 計算公式為：計算公式為： t=t g - t = t - t g t0= tg - t g在一定操作壓強條件下溶液的沸點總比水的沸點高。在一定操作壓強條件下溶液的沸點總比水的沸點高。例：用例：用476kN/m2（絕壓）的水蒸氣作為（絕壓）的水蒸氣作為加熱蒸汽（加熱蒸汽（Ts=150 ），蒸發(fā)室內(nèi)壓力），蒸發(fā)室內(nèi)壓力為為1atm，蒸發(fā)，蒸發(fā)30%的的NaOH溶液，沸點為溶液，沸點為t=

6、115 ，其最大傳熱溫度差，其最大傳熱溫度差?有效溫度差有效溫度差為多少？溫度差損失為多少？為多少？溫度差損失為多少？1）因溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失）因溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失； 3）因管路流體阻力而引起的溫度差損失）因管路流體阻力而引起的溫度差損失 。 2）因加熱管內(nèi)液柱靜壓強而引起的溫度差損失）因加熱管內(nèi)液柱靜壓強而引起的溫度差損失； 總溫度差損失為：總溫度差損失為： （5-3） 蒸發(fā)過程中引起溫度差損失的原因蒸發(fā)過程中引起溫度差損失的原因單效蒸發(fā)的計算項目有：單效蒸發(fā)的計算項目有： 1）蒸發(fā)水量；）蒸發(fā)水量； 2）加熱蒸氣消耗量；）加熱蒸氣消耗量； 3）蒸發(fā)器的傳熱面

7、積）蒸發(fā)器的傳熱面積 4）蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)）蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)通常生產(chǎn)任務(wù)中已知的項目有：通常生產(chǎn)任務(wù)中已知的項目有： 1）原料液流量、組成與溫度；）原料液流量、組成與溫度； 2）完成液組成；）完成液組成； 3）加熱蒸氣壓強或溫度；）加熱蒸氣壓強或溫度； 4）冷凝器的壓強或溫度。）冷凝器的壓強或溫度。 二、單效蒸發(fā)二、單效蒸發(fā) 傳熱溫度差主要取決于加熱蒸氣和冷凝器中二次傳熱溫度差主要取決于加熱蒸氣和冷凝器中二次蒸氣的壓強。蒸氣的壓強。傳熱溫度差的提高是有一定限度的，原因如下：傳熱溫度差的提高是有一定限度的，原因如下： l加熱蒸氣的壓強越高，其飽和溫度也越高加熱蒸氣的壓強越高，其飽和溫度也越高，但

8、是加熱蒸氣常但是加熱蒸氣常受工廠的供汽條件所限。一般為受工廠的供汽條件所限。一般為300500kPa，有時可高達，有時可高達600800 kPa。l提高冷凝器的真空度，使溶液的沸點降低，也可以加大溫度提高冷凝器的真空度，使溶液的沸點降低，也可以加大溫度差，但是這樣不僅增加真空泵的功率消耗，而且因溶液的沸差，但是這樣不僅增加真空泵的功率消耗，而且因溶液的沸點降低，使粘度增高，導(dǎo)致沸騰傳熱系數(shù)下降，因此一般冷點降低，使粘度增高，導(dǎo)致沸騰傳熱系數(shù)下降，因此一般冷凝器中的壓強不低于凝器中的壓強不低于1020 kPa。l為了控制沸騰操作局限于泡核沸騰區(qū)，也不宜采用過高的傳為了控制沸騰操作局限于泡核沸騰區(qū)

9、，也不宜采用過高的傳熱溫度差。熱溫度差。 多效蒸發(fā)時要求后效的操作壓強和溶液的沸點均較前效低，多效蒸發(fā)時要求后效的操作壓強和溶液的沸點均較前效低，引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質(zhì)，即后效的加熱室成引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質(zhì)，即后效的加熱室成為前效二次蒸汽的冷凝器，僅第一效需要消耗生蒸汽。為前效二次蒸汽的冷凝器，僅第一效需要消耗生蒸汽。 一般多效蒸發(fā)裝置的末效或后幾效總是在真空下操作，由一般多效蒸發(fā)裝置的末效或后幾效總是在真空下操作，由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作為下一效的加熱蒸汽，故于各效（末效除外）的二次蒸汽都作為下一效的加熱蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即經(jīng)濟性。提高了生

10、蒸汽的利用率，即經(jīng)濟性。（一）多效蒸發(fā)原理（一）多效蒸發(fā)原理三、多效蒸發(fā)三、多效蒸發(fā) 單位蒸氣消耗量單位蒸氣消耗量 強調(diào)：強調(diào)：蒸發(fā)量與傳熱量成正比，多效蒸發(fā)并沒有提高蒸發(fā)量，蒸發(fā)量與傳熱量成正比，多效蒸發(fā)并沒有提高蒸發(fā)量，而只是節(jié)約了加熱蒸汽，其代價則是設(shè)備投資增加。在相同的而只是節(jié)約了加熱蒸汽，其代價則是設(shè)備投資增加。在相同的操作條件下，多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力并不比傳熱面積與其中一操作條件下，多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力并不比傳熱面積與其中一個效相等的單效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力大。個效相等的單效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力大。錯誤觀點：錯誤觀點：多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力是單效蒸發(fā)器的若干倍。多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力是單效蒸發(fā)

11、器的若干倍。 1 順流法順流法 蒸氣和料液的流動方向一致，均從第一效到末效。蒸氣和料液的流動方向一致，均從第一效到末效。 缺點：沿料液流動方向濃度逐漸增高，致使傳熱系數(shù)下降，在缺點：沿料液流動方向濃度逐漸增高，致使傳熱系數(shù)下降，在 后二效中尤為嚴重。后二效中尤為嚴重。優(yōu)點：優(yōu)點： 在操作過程中，蒸發(fā)室的壓強依效序遞減，料液在效在操作過程中，蒸發(fā)室的壓強依效序遞減，料液在效間流動不需用泵；間流動不需用泵；料液的沸點依效序遞降，使前效料進入后效時放出顯料液的沸點依效序遞降，使前效料進入后效時放出顯熱，供一部分水汽化；熱，供一部分水汽化；料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，料液的濃度依效序

12、遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，對熱敏性物料有利。對熱敏性物料有利。（二）多效蒸發(fā)流程（二）多效蒸發(fā)流程原料液原料液加熱蒸汽加熱蒸汽至冷凝器至冷凝器 完成液完成液123冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水 并流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖并流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖并流加料法的三效蒸發(fā)并流加料法的三效蒸發(fā) 料液與蒸氣流動方向相反。原料由末效進入，用泵依次輸料液與蒸氣流動方向相反。原料由末效進入，用泵依次輸送至前效，完成液由第一效底部取出。加熱蒸氣的流向仍是由送至前效，完成液由第一效底部取出。加熱蒸氣的流向仍是由第一效順序至末效。第一效順序至末效。優(yōu)點：優(yōu)點：濃度較高的料液在較高溫度下蒸發(fā)

13、，粘度不高，傳熱系濃度較高的料液在較高溫度下蒸發(fā)，粘度不高，傳熱系 數(shù)較大。數(shù)較大。缺點：缺點：（1 1）各效間需用泵輸送；各效間需用泵輸送； （2 2）無自蒸發(fā)；無自蒸發(fā)； （3 3）高溫加熱面上易引起結(jié)焦和營養(yǎng)物的破壞。高溫加熱面上易引起結(jié)焦和營養(yǎng)物的破壞。2 2 逆流法逆流法原料液原料液加熱蒸汽加熱蒸汽至冷凝器至冷凝器 完成液完成液123冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水逆流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖逆流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖 原料液分別加入各效中，完成液也分別自原料液分別加入各效中，完成液也分別自各效底部取出，蒸氣流向仍是由第一效流至末各效底部取出，蒸氣流向仍是由第一效流

14、至末效。此種流程適用于處理蒸發(fā)過程中伴有結(jié)晶效。此種流程適用于處理蒸發(fā)過程中伴有結(jié)晶析出的溶液。析出的溶液。 3 平流法平流法 原料液原料液加熱蒸汽加熱蒸汽至冷凝器至冷凝器 完成液完成液123冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水 完成液完成液 完成液完成液平流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖平流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖4 混流法混流法 效數(shù)多時，也可采用順流和逆流并用的操效數(shù)多時，也可采用順流和逆流并用的操作，稱為混流法，這種流程可協(xié)調(diào)兩種流程作，稱為混流法，這種流程可協(xié)調(diào)兩種流程的優(yōu)缺點，適于粘度極高料液的濃縮。的優(yōu)缺點，適于粘度極高料液的濃縮。 問題： 為什么多效蒸發(fā)太多級會失去意義？

15、為什么多效蒸發(fā)太多級會失去意義？特點特點：溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作連續(xù)的循環(huán)運動，以提高傳熱效果、：溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作連續(xù)的循環(huán)運動，以提高傳熱效果、 緩和溶液結(jié)垢情況。緩和溶液結(jié)垢情況。按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時溶液的流動情況分：按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時溶液的流動情況分：循環(huán)型（非膜式）和單程型（膜式）兩大類。循環(huán)型（非膜式）和單程型（膜式）兩大類。1循環(huán)型（非膜式）蒸發(fā)器循環(huán)型（非膜式）蒸發(fā)器 分類分類（引起循環(huán)運動的原因）：自然循環(huán)和強制循環(huán)（引起循環(huán)運動的原因）：自然循環(huán)和強制循環(huán)l自然循環(huán)：由于溶液在加熱室不同位置上的受熱程度不同，自然循環(huán)：由于溶液在加熱室不同位置上的受熱程度不同，產(chǎn)生了密度差而引

16、起的循環(huán)運動；產(chǎn)生了密度差而引起的循環(huán)運動；l強制循環(huán)：依靠外加動力迫使溶液沿一個方向作循環(huán)運動。強制循環(huán)：依靠外加動力迫使溶液沿一個方向作循環(huán)運動。蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)：加熱室、分離器等蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)：加熱室、分離器等四四 蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備加熱室由垂直管束組成，管束中央有一直徑較大的管子。加熱室由垂直管束組成，管束中央有一直徑較大的管子。 循環(huán)產(chǎn)生的原因：循環(huán)產(chǎn)生的原因：粗管粗管降液管或中央循環(huán)管，其截面積為加熱管總截面積降液管或中央循環(huán)管，其截面積為加熱管總截面積40100 細管細管沸騰管或加熱管，直徑沸騰管或加熱管，直徑2575mm，長徑比，長徑比2040 細管內(nèi)單位體積液體受熱面大，受熱良好，致

17、使細管內(nèi)汽液細管內(nèi)單位體積液體受熱面大，受熱良好，致使細管內(nèi)汽液混和物比粗管內(nèi)少，密度差促使溶液循環(huán)。混和物比粗管內(nèi)少，密度差促使溶液循環(huán)。(1) 中央循環(huán)管式（或標準式）蒸發(fā)器中央循環(huán)管式（或標準式）蒸發(fā)器優(yōu)點：優(yōu)點：中央循環(huán)管式蒸發(fā)器適于處理結(jié)垢不嚴重，腐蝕性小的溶液。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器適于處理結(jié)垢不嚴重，腐蝕性小的溶液。 缺點：缺點：（1 1）溶液循環(huán)好，傳熱效率高；）溶液循環(huán)好，傳熱效率高；（2 2）結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，操作可靠，應(yīng)用）結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，操作可靠，應(yīng)用 廣泛，有廣泛，有“標準蒸發(fā)器標準蒸發(fā)器”之稱。之稱。（1 1）完成液粘度大，沸點高；）完成液粘度大，沸點高；（2 2

18、）加熱室不易清洗；）加熱室不易清洗； 此蒸發(fā)器為中央循環(huán)管此蒸發(fā)器為中央循環(huán)管蒸發(fā)器的改進。加熱蒸汽由蒸發(fā)器的改進。加熱蒸汽由中央蒸汽管進入加熱室，加中央蒸汽管進入加熱室，加熱室懸掛在器內(nèi)，可取出，熱室懸掛在器內(nèi)，可取出，便于清洗及更換，便于清洗及更換，循環(huán)通道循環(huán)通道由加熱室與蒸發(fā)器外殼壁面由加熱室與蒸發(fā)器外殼壁面內(nèi)的環(huán)隙組成內(nèi)的環(huán)隙組成。(2) 懸筐式蒸發(fā)器懸筐式蒸發(fā)器1冷凝水冷凝水 2進料進料3二次蒸汽二次蒸汽 4加熱蒸汽加熱蒸汽5不凝汽不凝汽 6懸筐懸筐7循環(huán)環(huán)隙循環(huán)環(huán)隙 8濃縮液濃縮液優(yōu)點：優(yōu)點：（1）溶液循環(huán)速度較高，約在）溶液循環(huán)速度較高，約在11.5m/s之間；之間； （2）改

19、善了加熱管內(nèi)結(jié)垢情況，并提高了傳熱速率。）改善了加熱管內(nèi)結(jié)垢情況，并提高了傳熱速率。缺點：缺點：設(shè)備耗材量大，占地面大，加熱管內(nèi)溶液滯留量大。設(shè)備耗材量大，占地面大，加熱管內(nèi)溶液滯留量大。該蒸發(fā)器適用蒸發(fā)有晶體析出的溶液。該蒸發(fā)器適用蒸發(fā)有晶體析出的溶液。非膜式蒸發(fā)器非膜式蒸發(fā)器的主要缺點是加熱室內(nèi)滯料量大，致使物料在的主要缺點是加熱室內(nèi)滯料量大，致使物料在高溫下停留時間過長，不適于處理熱敏性物料。高溫下停留時間過長，不適于處理熱敏性物料。膜式蒸發(fā)器膜式蒸發(fā)器只通過加熱室一次即可達到所需濃度，停留時間只通過加熱室一次即可達到所需濃度，停留時間短，操作時，溶液沿加熱管呈傳熱效果最佳的膜狀流動。短

20、，操作時，溶液沿加熱管呈傳熱效果最佳的膜狀流動。 膜式蒸發(fā)器和非膜式蒸發(fā)器的比較：膜式蒸發(fā)器和非膜式蒸發(fā)器的比較：2 膜式（單程）蒸發(fā)器膜式（單程）蒸發(fā)器1加熱器加熱器 2分離器分離器3二次蒸汽二次蒸汽 4冷凝水冷凝水5濃縮液濃縮液 6加熱蒸汽加熱蒸汽7進料進料 8預(yù)熱器預(yù)熱器9安全閥安全閥 10不凝汽不凝汽應(yīng)沸點進料，應(yīng)沸點進料，適用于熱敏性溶液的蒸發(fā)適用于熱敏性溶液的蒸發(fā) (1)升膜蒸發(fā)器升膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)：加熱室由單根或多根垂直管組成。結(jié)構(gòu)：加熱室由單根或多根垂直管組成。 原理原理：原料液經(jīng)預(yù)熱至沸點或接近沸點后，由加熱室底部引入：原料液經(jīng)預(yù)熱至沸點或接近沸點后，由加熱室底部引入管內(nèi)，為高速

21、上升的二次蒸氣所帶動，沿壁面邊呈膜狀流動，管內(nèi)，為高速上升的二次蒸氣所帶動，沿壁面邊呈膜狀流動，邊進行蒸發(fā)，在加熱室頂部可達到所需的濃度，完成液由分離邊進行蒸發(fā)，在加熱室頂部可達到所需的濃度，完成液由分離室底部排出。室底部排出。 注意：溶液應(yīng)預(yù)熱至沸點或接近沸點后再引入蒸發(fā)器；二次注意：溶液應(yīng)預(yù)熱至沸點或接近沸點后再引入蒸發(fā)器；二次蒸氣在加熱管內(nèi)的速度不應(yīng)小于蒸氣在加熱管內(nèi)的速度不應(yīng)小于10m/s10m/s，一般為，一般為2050m/s2050m/s，減，減壓下可高達壓下可高達100160m/s100160m/s。 該蒸發(fā)器適于處理蒸發(fā)量大的稀溶液以及熱敏性或易生泡的該蒸發(fā)器適于處理蒸發(fā)量大的

22、稀溶液以及熱敏性或易生泡的溶液；不適于處理高粘度、有結(jié)晶析出或易結(jié)垢的溶液。溶液；不適于處理高粘度、有結(jié)晶析出或易結(jié)垢的溶液。升膜式蒸發(fā)器升膜式蒸發(fā)器1加熱器加熱器 2分離器分離器3二次蒸汽二次蒸汽 4冷凝水冷凝水5濃縮液濃縮液 6加熱蒸汽加熱蒸汽7進料進料 8預(yù)熱器預(yù)熱器9安全閥安全閥 10不凝汽不凝汽(2)降膜式蒸發(fā)器降膜式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)：其加熱室與升膜式蒸發(fā)器類似。結(jié)構(gòu)：其加熱室與升膜式蒸發(fā)器類似。 為了使溶液能在壁上均勻分布，且防止二次蒸氣由加熱管頂為了使溶液能在壁上均勻分布，且防止二次蒸氣由加熱管頂端直接竄出，加熱管頂部必須設(shè)置加工良好的液體分布器。端直接竄出，加熱管頂部必須設(shè)置加工良好

23、的液體分布器。 原理：原料液由加熱室頂部加入，管端的液體分布器均勻地原理：原料液由加熱室頂部加入，管端的液體分布器均勻地流入加熱管內(nèi)，在溶液自身重力作用下，溶液沿管內(nèi)壁呈膜流入加熱管內(nèi)，在溶液自身重力作用下，溶液沿管內(nèi)壁呈膜狀下流，并進行蒸發(fā)。狀下流，并進行蒸發(fā)。 降膜式蒸發(fā)器適用于處理熱敏性物料，但不適于處理易結(jié)晶、降膜式蒸發(fā)器適用于處理熱敏性物料，但不適于處理易結(jié)晶、結(jié)垢或粘度大的溶液。結(jié)垢或粘度大的溶液。 降膜式蒸發(fā)器降膜式蒸發(fā)器第二節(jié)第二節(jié) 結(jié)結(jié) 晶晶結(jié)晶：結(jié)晶：一般來說，凡是從勻相中形成固體顆粒一般來說，凡是從勻相中形成固體顆粒者，統(tǒng)稱為結(jié)晶。者，統(tǒng)稱為結(jié)晶。結(jié)晶過程：結(jié)晶過程：1.

24、從水溶液中結(jié)晶從水溶液中結(jié)晶2.稀溶液中水的凍結(jié)稀溶液中水的凍結(jié)3.控制結(jié)晶操作使制品獲得某些流變學(xué)特性?？刂平Y(jié)晶操作使制品獲得某些流變學(xué)特性。一、基本概念與結(jié)晶原理一、基本概念與結(jié)晶原理2、對原料冷卻因溶解度下降而達到過飽和。、對原料冷卻因溶解度下降而達到過飽和。結(jié)晶過程的結(jié)晶過程的實質(zhì)實質(zhì)將稀溶液變成將稀溶液變成過飽和溶液過飽和溶液，然后析出結(jié)晶。，然后析出結(jié)晶。 F達到過飽和有兩種方法達到過飽和有兩種方法:1 1、用蒸發(fā)移去溶劑用蒸發(fā)移去溶劑;（一）結(jié)晶過程（一）結(jié)晶過程結(jié)晶要經(jīng)歷兩個步驟，首先要產(chǎn)生稱為晶核的微觀晶粒，結(jié)晶要經(jīng)歷兩個步驟，首先要產(chǎn)生稱為晶核的微觀晶粒，作為結(jié)晶的核心，稱

25、為作為結(jié)晶的核心，稱為成核過程成核過程；其次是晶核長大，稱；其次是晶核長大，稱為為成長過程成長過程。兩個階段都以。兩個階段都以濃度差濃度差作為推動力。作為推動力。從溶液中結(jié)晶出來的晶粒和余留下來的溶液所構(gòu)成的混合物稱為從溶液中結(jié)晶出來的晶粒和余留下來的溶液所構(gòu)成的混合物稱為晶糊晶糊。去除晶粒后余下的溶液稱為去除晶粒后余下的溶液稱為母液母液。 晶體按晶格結(jié)構(gòu)可分為七個晶系：六方晶系、四方晶系、晶體按晶格結(jié)構(gòu)可分為七個晶系：六方晶系、四方晶系、三斜晶系、單斜晶系、三方晶系、三斜晶系、單斜晶系、三方晶系、正交晶系、立方晶系。正交晶系、立方晶系。簡單六方簡單六方六方晶系六方晶系簡單四方簡單四方體心四方

26、體心四方四方晶系四方晶系（二）晶體的形狀（二）晶體的形狀底心單斜底心單斜簡單單斜簡單單斜單斜晶系單斜晶系簡單三斜簡單三斜三斜晶系三斜晶系 三方晶系三方晶系簡單三方簡單三方簡單立方簡單立方體心立方體心立方面心立方面心立方立方晶系立方晶系 在理想條件下，晶體的長大保持相似性。在理想條件下，晶體的長大保持相似性。聯(lián)結(jié)多邊形聯(lián)結(jié)多邊形頂點的虛線相交于某一中心點，此點即為結(jié)晶中心點（也頂點的虛線相交于某一中心點，此點即為結(jié)晶中心點（也即原始晶核的位置）。即原始晶核的位置）。任一晶面的成長速度指的是該晶面任一晶面的成長速度指的是該晶面沿其法向方向離結(jié)晶中心移動的速度。沿其法向方向離結(jié)晶中心移動的速度。除晶

27、形為正多面體除晶形為正多面體外，一般晶體各晶面的成長速度是不一樣的。外，一般晶體各晶面的成長速度是不一樣的。1.1.溶液的相平衡溶液的相平衡 在一定溫度下，將溶液放入溶劑中，由于分子的熱運在一定溫度下，將溶液放入溶劑中，由于分子的熱運動，必然發(fā)生兩個過程：動，必然發(fā)生兩個過程：物質(zhì)的沉積：溶質(zhì)分子從液體中擴散到固體表面進行沉積。物質(zhì)的沉積：溶質(zhì)分子從液體中擴散到固體表面進行沉積。固體的溶解：溶質(zhì)分子擴散進入液體內(nèi)部；固體的溶解：溶質(zhì)分子擴散進入液體內(nèi)部；（三）溶解度與溶液的過飽和度（三）溶解度與溶液的過飽和度溶液的相平衡圖通常以溫度為縱座標、溶液濃度為橫座標表溶液的相平衡圖通常以溫度為縱座標、

28、溶液濃度為橫座標表示。相圖中一般有兩條平衡曲線，在低濃度區(qū)的平衡曲線稱示。相圖中一般有兩條平衡曲線，在低濃度區(qū)的平衡曲線稱為為溶液的冰點曲線溶液的冰點曲線，高濃度區(qū)的平衡曲線是，高濃度區(qū)的平衡曲線是溶解度曲線溶解度曲線，兩，兩曲線的交點稱為曲線的交點稱為低共熔點低共熔點。蔗糖水溶液的相平衡蔗糖水溶液的相平衡 2.溶解度和溶解度曲線溶解度和溶解度曲線溶解度：溶解度：一定條件下，溶質(zhì)在某溶劑中可以一定條件下，溶質(zhì)在某溶劑中可以溶解的最大數(shù)量稱為溶質(zhì)的溶解度。溶解的最大數(shù)量稱為溶質(zhì)的溶解度。常用的表示方法：常用的表示方法： 質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù) kg溶質(zhì)溶質(zhì)/100kg溶劑溶劑 體積質(zhì)量濃度體積質(zhì)量濃度

29、 kg/L幾種無機物在水中的溶解度曲線幾種無機物在水中的溶解度曲線溶解度曲線有三種類型：溶解度曲線有三種類型：隨溫度升高而明顯增大隨溫度升高而明顯增大;受溫度的影響不顯著受溫度的影響不顯著;溶解度曲線有折點，主要是由于物質(zhì)的溶解度曲線有折點，主要是由于物質(zhì)的組成有所改變組成有所改變;溶解度曲線對操作的指導(dǎo)意義：溶解度曲線對操作的指導(dǎo)意義：(1)對于溶解度曲線隨溫度變化敏感的對于溶解度曲線隨溫度變化敏感的物質(zhì)，可選用變溫方法結(jié)晶分離；物質(zhì)，可選用變溫方法結(jié)晶分離；(2)溶解度隨溫度變化緩慢的物質(zhì)，可溶解度隨溫度變化緩慢的物質(zhì)，可采用移除一部分溶劑的方法分離。采用移除一部分溶劑的方法分離。溶解度曲

30、線溶解度曲線溶液的過飽和與超溶解度曲線溶液的過飽和與超溶解度曲線溶液的過飽和與介穩(wěn)區(qū)溶液的過飽和與介穩(wěn)區(qū)過飽和溶液：過飽和溶液：溶質(zhì)濃度超過該條件下的溶解溶質(zhì)濃度超過該條件下的溶解度時，該溶液稱為過飽和溶液。度時，該溶液稱為過飽和溶液。 過飽和曲線可分成三個區(qū)：過飽和曲線可分成三個區(qū)： 穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定區(qū) 不穩(wěn)區(qū)不穩(wěn)區(qū) 介穩(wěn)區(qū)介穩(wěn)區(qū) 溶解度曲線以上的區(qū)域溶解度曲線以上的區(qū)域溶解度曲線以下的區(qū)域溶解度曲線以下的區(qū)域 過飽和區(qū)過飽和區(qū)結(jié)晶操作通常都在介穩(wěn)區(qū)中進行結(jié)晶操作通常都在介穩(wěn)區(qū)中進行溶質(zhì)只有在過飽和溶液中才能析出溶質(zhì)只有在過飽和溶液中才能析出晶核過飽和溶液中最初生成的微小晶粒，晶體成長過晶核過飽和

31、溶液中最初生成的微小晶粒，晶體成長過程中必不可少的。程中必不可少的。成核方式成核方式初級成核初級成核：過飽和溶液中的自發(fā)成核現(xiàn)象：過飽和溶液中的自發(fā)成核現(xiàn)象二次成核二次成核：向介穩(wěn)態(tài)過飽和溶液中加入晶種，會：向介穩(wěn)態(tài)過飽和溶液中加入晶種，會有新晶核產(chǎn)生。有新晶核產(chǎn)生。溶液達到過飽和狀態(tài)是結(jié)晶的前提；溶液達到過飽和狀態(tài)是結(jié)晶的前提；過飽和度是結(jié)晶的推動力。過飽和度是結(jié)晶的推動力。（四）晶核的形成（四）晶核的形成（1）晶種起晶法晶種起晶法 將溶液的過飽和系數(shù)保持在介穩(wěn)區(qū)，投入將溶液的過飽和系數(shù)保持在介穩(wěn)區(qū)，投入一定大小和數(shù)量的晶種細粉，溶液中的過量溶質(zhì)便在晶種表一定大小和數(shù)量的晶種細粉，溶液中的過

32、量溶質(zhì)便在晶種表面上析出，最后達到預(yù)期大小的晶體。面上析出，最后達到預(yù)期大小的晶體。（2）自然起晶法自然起晶法 當溶液的過飽和度甚高（不穩(wěn)定區(qū)域），當溶液的過飽和度甚高（不穩(wěn)定區(qū)域），由于勻相內(nèi)部分子的局部快速脈動所引起的勻相晶核形成，由于勻相內(nèi)部分子的局部快速脈動所引起的勻相晶核形成，稱為自然起晶。稱為自然起晶。（2）二次起晶法二次起晶法 晶核形成源于結(jié)晶懸浮液中原來已經(jīng)存在晶核形成源于結(jié)晶懸浮液中原來已經(jīng)存在的大晶體者稱二次起晶法的大晶體者稱二次起晶法。工業(yè)上形成晶核（起晶）的方法工業(yè)上形成晶核（起晶）的方法晶體的成長過程由三個步驟組成的：晶體的成長過程由三個步驟組成的：溶質(zhì)由溶液擴散到晶

33、體表面附近的靜止液層；溶質(zhì)由溶液擴散到晶體表面附近的靜止液層；溶質(zhì)穿過靜止液層后達到晶體表面，生長在溶質(zhì)穿過靜止液層后達到晶體表面，生長在晶體表面上，晶體增大，放出結(jié)晶熱；晶體表面上，晶體增大，放出結(jié)晶熱；釋放出的結(jié)晶熱再靠擴散傳遞到溶液的主體去。釋放出的結(jié)晶熱再靠擴散傳遞到溶液的主體去。（五）晶體的成長（五）晶體的成長1）攪拌速度：）攪拌速度： 促進促進2）T： ，促進，降低粘度，得到均勻晶體，促進，降低粘度，得到均勻晶體3）過飽和度：）過飽和度： 促進促進 影響晶體成長的因素影響晶體成長的因素 問題：如何控制產(chǎn)生大晶體或小晶體？問題：如何控制產(chǎn)生大晶體或小晶體？二二 結(jié)晶方法與設(shè)備結(jié)晶方法

34、與設(shè)備（一）工業(yè)結(jié)晶方法（一）工業(yè)結(jié)晶方法 1.直接冷卻法直接冷卻法 2.蒸發(fā)濃縮法蒸發(fā)濃縮法 3.絕熱蒸發(fā)法絕熱蒸發(fā)法結(jié)晶過程中的兩種速率結(jié)晶過程中的兩種速率晶核形成的速率晶核形成的速率晶體的成長速率晶體的成長速率大量晶核，產(chǎn)品小而多大量晶核，產(chǎn)品小而多這兩種速率的大小也影響到產(chǎn)品本身的內(nèi)部質(zhì)量，如形成晶簇這兩種速率的大小也影響到產(chǎn)品本身的內(nèi)部質(zhì)量，如形成晶簇。 影響晶核形成速率和晶體成長速率的因素也就是影響結(jié)晶操影響晶核形成速率和晶體成長速率的因素也就是影響結(jié)晶操作的因素作的因素, ,下面討論這些影響因素。下面討論這些影響因素。晶核形成的速率晶核形成的速率晶體的成長速率晶體的成長速率晶核形成的速率晶核形成的