化工原理 结晶原理、方法、设备27页PPT
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【正式版】结晶技术PPT文档
溶剂蒸发至亚稳定区，冷却，进入不稳定区，形成一定量的晶核，此时溶液的浓度会有所降低，进入并稳定在亚稳定的养晶区，使晶 体生长 结晶（Cystallization）：是固体物质呈晶体态从液相、气相、熔融物质中析出的过程。 上述三个区域，稳定区内，溶液不饱和状态，没有结晶； 这种方法容易控制、所得晶体形状大小均比较理想。 不稳区：是自发成核区域，溶液不稳定，瞬时出现大量微小晶核，发生晶核泛滥
方法二、蒸发结晶法
蒸发结晶法是在常压沸点条件下，使溶剂中的溶剂部分气化（蒸发），使 溶液获得过饱和度。蒸发结晶法适用于溶解度随温度变化不大的物系
方法三、真空冷却结晶法
真空冷却结晶法是在减压、低于正常沸点条件下，使溶液中溶剂部分气化并 使溶液获得过饱和度。此法兼有蒸发结晶法和冷却结晶法特点。适用于热稳 定性差及中等溶解度的物系。
四、结晶的基本原理
基本原理:当溶液处于过饱和状态时，分子间的分散或排斥作用小 于分子间的相互吸引力，便开始形成沉淀或者晶体。
饱和溶液：当溶液中溶质浓度等于该溶质在同等条件下的饱和溶
解度时，该溶液称为饱和溶液
过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解度时，该溶液称之为过饱
和溶液
饱和曲线与过饱和曲线
饱和曲线：溶解度曲线
上述三个区域，稳定区内，溶液不饱和状态，没有结晶；不稳区内，晶核形成的速度较大， 因此产生的结晶量大，晶粒小，质量难以控制；介稳区内，晶核的形成速率较慢，生产中 常采用加入晶种的方法，并把溶液浓度控制在介稳区内的养晶区，让晶体慢慢长大
五.结晶方法
方法一、冷却结晶法
主要通过冷却使溶液获得过饱和度。冷却结晶法适用于溶解度随温度降温 而显著下降的物系。
质中析出的过程。工业结晶过程是一个复杂的多项传热、传质过程，是一
方法二、蒸发结晶法
蒸发结晶法是在常压沸点条件下，使溶剂中的溶剂部分气化（蒸发），使 溶液获得过饱和度。蒸发结晶法适用于溶解度随温度变化不大的物系
方法三、真空冷却结晶法
真空冷却结晶法是在减压、低于正常沸点条件下，使溶液中溶剂部分气化并 使溶液获得过饱和度。此法兼有蒸发结晶法和冷却结晶法特点。适用于热稳 定性差及中等溶解度的物系。
四、结晶的基本原理
基本原理:当溶液处于过饱和状态时，分子间的分散或排斥作用小 于分子间的相互吸引力，便开始形成沉淀或者晶体。
饱和溶液：当溶液中溶质浓度等于该溶质在同等条件下的饱和溶
解度时，该溶液称为饱和溶液
过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解度时，该溶液称之为过饱
和溶液
饱和曲线与过饱和曲线
饱和曲线：溶解度曲线
上述三个区域，稳定区内，溶液不饱和状态，没有结晶；不稳区内，晶核形成的速度较大， 因此产生的结晶量大，晶粒小，质量难以控制；介稳区内，晶核的形成速率较慢，生产中 常采用加入晶种的方法，并把溶液浓度控制在介稳区内的养晶区，让晶体慢慢长大
五.结晶方法
方法一、冷却结晶法
主要通过冷却使溶液获得过饱和度。冷却结晶法适用于溶解度随温度降温 而显著下降的物系。
质中析出的过程。工业结晶过程是一个复杂的多项传热、传质过程，是一
结晶方法和结晶器 ppt课件
程称为初级成核。 • 初级成核又可分为均相初级成核和非均相初级
成核。在介稳区内洁净的过饱和溶液还不能自 发地产生晶核，只有进入不稳区后，晶核才能 自发地产生，这种在均相过饱和溶液中自发产 生晶核的过程称为均相初级成核；如果溶液中 混入外来固体杂质，它们对初级成核有诱导作 用，这种在非均相过饱和溶液中产生晶核的过 程称为非均相初级成核。
• 冷却方式有自然冷却、间壁冷却和直接 接触冷却。
ppt课件
27
• （1）自然冷却 是使溶液在大气中冷却 而结晶。其设备与操作均较简单，但冷 却缓慢，生产能力低。
• （2）间壁冷却 原理和设备如同换热器， 多用水作冷却剂，也可用其他冷却剂 （如冷冻盐水）。这种方式耗能少，应 用较广泛，但传热速率较低，冷却壁面 上常形成晶垢，影响冷却效果。
ppt课件
5
• 二、结晶过程的相平衡
• 1．溶解度和溶解度曲线
• （1）溶解度
• 一定条件下，溶解达平衡时的溶液称为饱和溶 液，饱和溶液中溶质的浓度称为此条件下该溶 质的溶解度。
• 溶质浓度超过溶解度的溶液称为过饱和溶液。 显然，溶质可以继续溶解于未饱和的溶液中， 直至达到饱和为止。过饱和溶液析出过多的溶 质后成为饱和溶液，即结晶只能在过饱和溶液 中进行。
ppt课件
4
• 晶体从溶液中析出后，便可进一步用沉 降、过滤、离心分离等方法使其与溶液 分离。
• 结晶出来的晶体和剩余的溶液所构成的 混合物称为晶浆。
• 分离出晶体后剩余的溶液称为母液。
• 为了保证结晶产品的纯度，生产中，通 常在对晶浆进行母液分离后，再用适当 的溶剂对固体进行洗涤，以尽量除去由 于粘附和包藏母液所带来的杂质。
ppt课件
6
• 溶解度常用的表示方法有：
成核。在介稳区内洁净的过饱和溶液还不能自 发地产生晶核，只有进入不稳区后，晶核才能 自发地产生，这种在均相过饱和溶液中自发产 生晶核的过程称为均相初级成核；如果溶液中 混入外来固体杂质，它们对初级成核有诱导作 用，这种在非均相过饱和溶液中产生晶核的过 程称为非均相初级成核。
• 冷却方式有自然冷却、间壁冷却和直接 接触冷却。
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• （1）自然冷却 是使溶液在大气中冷却 而结晶。其设备与操作均较简单，但冷 却缓慢，生产能力低。
• （2）间壁冷却 原理和设备如同换热器， 多用水作冷却剂，也可用其他冷却剂 （如冷冻盐水）。这种方式耗能少，应 用较广泛，但传热速率较低，冷却壁面 上常形成晶垢，影响冷却效果。
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• 二、结晶过程的相平衡
• 1．溶解度和溶解度曲线
• （1）溶解度
• 一定条件下，溶解达平衡时的溶液称为饱和溶 液，饱和溶液中溶质的浓度称为此条件下该溶 质的溶解度。
• 溶质浓度超过溶解度的溶液称为过饱和溶液。 显然，溶质可以继续溶解于未饱和的溶液中， 直至达到饱和为止。过饱和溶液析出过多的溶 质后成为饱和溶液，即结晶只能在过饱和溶液 中进行。
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• 晶体从溶液中析出后，便可进一步用沉 降、过滤、离心分离等方法使其与溶液 分离。
• 结晶出来的晶体和剩余的溶液所构成的 混合物称为晶浆。
• 分离出晶体后剩余的溶液称为母液。
• 为了保证结晶产品的纯度，生产中，通 常在对晶浆进行母液分离后，再用适当 的溶剂对固体进行洗涤，以尽量除去由 于粘附和包藏母液所带来的杂质。
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• 溶解度常用的表示方法有：
结晶和重结晶PPT课件
2021/3/7
CHENLI
7
１、由于混合物中KNO3含量较高(90﹪)，可 首先配制较高温度(100℃)下的KNO3饱和溶液， 利用降温结晶的方法，使KNO3晶体在较低温 度下析出，此时KCl不析出。
２、实验中加入水的量，可根据混合物中
KNO3的质量和较高温度下KNO3溶解度进行 计算（使KNO3恰好溶解），如100℃时， KNO3溶解度为246g，则有：
（如氯化钠）
2021/3/7
CHENLI
3
升温结晶：升高温度晶体即从溶液中析出 此法主要用于溶解度随温度升高而降低的物质
从饱和石灰水析出氢氧化钙固体，其后 续操作一般为趁热过滤。
2021/3/7
CHENLI
4
冷却热饱和溶液结晶法：此法主要用于溶解度
随温度下降而明显减小的物质。
先蒸发、浓缩，再降温使S随T变化较大的出 （如硝酸钾）
②结晶水合物在常温或干燥空气里易风化
3、结晶的方法
原理：利用物质在同一溶剂中溶解度不同，进行 固体之间（均溶）分离提纯。
结晶方法：
蒸发结晶 升温结晶
冷却结晶
蒸发溶剂结晶法：通过蒸发或气化，减少一
部分溶剂使溶液达到饱和而析出晶体。
适用于溶解度随温度变化不大的溶质，杂质 的加热蒸发过程中仍为不饱和溶液。其后续 操作一般为趁热过滤。
100 g246g
=
m(H2O)
50g×90﹪
,
m(H2O)=18.3g
2021/3/7
CHENLI
8
实验方案：
１、溶解：将50g混合物放入烧杯中，加入 约18.3mL（可略多一些）100℃的热水， 使固体完全溶解。
２、降温结晶：将(1)所得溶液自然冷却到 不再有固体析出。
结晶原理、方法、设备ppt课件
（氯化钠）
3、真空冷却结晶法
真空冷却结晶法是在减压、低于正常沸点条件下，使溶液中溶剂部分气
化并使溶液获得过饱和度。
真空冷却结晶法兼有蒸发结晶法和冷却结晶法的特点，适用于热稳定性
差及中等溶解度的物系。
15
4、盐析(溶析)结晶法
盐析(溶析)结晶：向溶液中加入某些物质，以降低溶质在原 溶剂中的溶解度，产生过饱和度的方法。
的一种重要的分离方法，是传质分离过程的一种单元操作。
例如：
加热蒸发
岩白菜素(溶液)
岩白菜素(饱和液)
①降温
②蒸发溶剂
溶液结晶 岩白菜素(晶体)
苯甲酸－萘(混熔物) 降温
苯甲酸(晶体)+ 混熔物
加热升华
降温
硫(固体)
硫(蒸气)
硫(结晶)
4
2、结晶过程的特点
（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、共沸物系、热敏性物系等。
晶溶液的性质、结晶产品的粒度要求、晶型及生产能力要求等各有不同，因
此使用的结晶器也是多种多样。
1、冷却结晶器 间接换热釜式冷却结晶器是目前应用最广泛的一类冷却结晶器。冷却结
晶器根据其冷却形式又分为内循环冷却式和外内循环冷却式结晶器。
①内循环冷却式结晶器
原料液
内循环式冷却结晶器的构造如图所示，其冷却
剂与溶液通过结晶器的夹套进行热交换。
态物质的内部质点(如：原子、分子、离子)在三维空间成周期性重复排列的
固体，且具有长程有序。
⑵晶体的特性 由于晶体内部的质点在三维空间成周期性
重复排列，必然导致其有别于非晶体的一些性 质。 ①长程有序
3、真空冷却结晶法
真空冷却结晶法是在减压、低于正常沸点条件下，使溶液中溶剂部分气
化并使溶液获得过饱和度。
真空冷却结晶法兼有蒸发结晶法和冷却结晶法的特点，适用于热稳定性
差及中等溶解度的物系。
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4、盐析(溶析)结晶法
盐析(溶析)结晶：向溶液中加入某些物质，以降低溶质在原 溶剂中的溶解度，产生过饱和度的方法。
的一种重要的分离方法，是传质分离过程的一种单元操作。
例如：
加热蒸发
岩白菜素(溶液)
岩白菜素(饱和液)
①降温
②蒸发溶剂
溶液结晶 岩白菜素(晶体)
苯甲酸－萘(混熔物) 降温
苯甲酸(晶体)+ 混熔物
加热升华
降温
硫(固体)
硫(蒸气)
硫(结晶)
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2、结晶过程的特点
（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、共沸物系、热敏性物系等。
晶溶液的性质、结晶产品的粒度要求、晶型及生产能力要求等各有不同，因
此使用的结晶器也是多种多样。
1、冷却结晶器 间接换热釜式冷却结晶器是目前应用最广泛的一类冷却结晶器。冷却结
晶器根据其冷却形式又分为内循环冷却式和外内循环冷却式结晶器。
①内循环冷却式结晶器
原料液
内循环式冷却结晶器的构造如图所示，其冷却
剂与溶液通过结晶器的夹套进行热交换。
态物质的内部质点(如：原子、分子、离子)在三维空间成周期性重复排列的
固体，且具有长程有序。
⑵晶体的特性 由于晶体内部的质点在三维空间成周期性
重复排列，必然导致其有别于非晶体的一些性 质。 ①长程有序
结晶技术原理PPT课件
影响接触成核的因素
• （1）过饱和度的影响 • （2）碰撞能量E的影响：碰撞的能量E越大产生的晶粒数越多。 • （3）螺旋桨的影响：螺旋浆对接触成核的影响最大，主要体现在
它的转速和桨叶端速度上。为了避免产生过量的晶核，螺旋桨总是 在适宜的低转速下运行。另外螺旋桨的材质对成核也有一定的影响。 软的桨叶吸收了大部分的碰撞能量，使晶核生成量大幅度减小（聚 乙烯桨叶与不锈钢桨叶相比，晶核的生成量相差4倍以上，也有晶 核的生成与材质无关的报道）。一般情况下，低转速时，桨叶材质 的影响要突出些。 • （4）晶体粒度的影响：同一温度下，小粒子较大粒子具有更大表 面能，这一差别使得微小晶体的溶解度高于粒度大的晶体。如果溶 液中大小晶粒同时存在，则微小晶粒溶解而大晶粒生长，直至小晶 粒完全消失。因此存在一个临界粒度值。晶体的粒度只有大于此临 界值，才能成为可以继续长大的稳定的晶核。 • 接触成核中晶核生成量与晶体粒度有着密切的关系。粒度小于某最 小值的晶体，其单个晶体的成核速率接近于零。粒度增大，接触的 频率和碰撞的能量增大，单个晶体的成核速率增大。超过某一最大 值后，接触的频率降低，成核的速率下降。当晶粒大于某一界限时， 晶粒不再参与循环而沉降在结晶器的底部。
与溶液之间的界面上液层的特性，影响溶质长入晶面。 • （2）杂质本身在晶面上吸附，产生阻挡作用。 • （3）如晶格有相似之处，杂质有可能长入晶体内。
第26页/共42页
七、结晶操作
• 连续结晶 • 分批结晶 • 但我国目前仍以分批为主
第27页/共42页
1、分批结晶的步骤
• ①结晶器的清洁 • ②加料到结晶器中 • ③产生过饱和度 • ④成核与晶体生长 • ⑤晶体的排除
结晶理论是通过无机盐的结晶现象研究发展起来的，但其 基本原理也适用于生物产物的结晶。但生物产物结晶的研 究历史较短，基础数据的积累较少，目前仍是重要的研究 课题。
结晶原理及操作演示教学
结晶原理及操作1、定义：利用被提纯物质与杂质在同一种溶剂中溶解性能的显著差异，而将它们分离的操作称为重结晶。
从自然界提取或通过有机化学反应合成得到的固体有机化合物，常常含有少量的杂质，除去杂质最有效的方法就是用适当的溶剂进行重结晶，它是提纯固体有机物最常用的方法。
大多数的固体有机物在溶剂中的溶解度随着温度的升高而增大，随温度的降低而减小，重结晶就是利用这个原理，使有机物在热溶剂中溶解，制成接近饱和的热溶液，趁热过滤，除去不溶性（在溶剂中溶解度很小）的杂质，再将溶液冷却，让有机物重新结晶析出，与可溶于冷溶剂（在溶剂中的溶解度很大）的杂质分离，这就是重结晶操作，经过一次或多次重结晶操作，可以大大提高固体有机物的纯度。
重结晶的一般过程为：选择合适的溶剂→溶解固体有机物制热饱和溶液→热滤、脱色除去杂质→冷却、析出晶体→抽滤→洗涤→干燥。
2、基本操作：（1）选择溶剂：选择适合的溶剂是重结晶的关键之一，适宜的溶剂必须符合以下几个条件：a、与被提纯的有机物不起化学反应；b、被提纯的有机物在该溶剂中的溶解度随温度变化显著，在热溶剂中溶解度大，在冷溶剂中溶解度小；c、杂质的溶解度很大（被提纯物成晶体析出时，杂质仍留在母液中）或很小（被提纯物溶解在溶剂中而杂质不溶，借热滤除去）；d、溶剂的沸点适中，沸点过低，被提纯物在其中溶解度变化不大；过高时，附着于晶体表面的溶剂难以经干燥除去；e、价廉易得、毒性低、容易回收。
选择溶剂时应根据“相似相溶”原理，溶质一般易溶于与其结构相似的溶剂中。
极性溶剂溶解极性固体，非极性溶剂溶解非极性固体。
具体选择可通过查阅有关化学手册，也可以通过实验来确定。
（2）固体溶解：待提纯固体有机物的溶解一般在锥形瓶或圆底烧瓶等细口容器中进行，一般不在烧杯等广口容器中进行，因为在锥形瓶中瓶口较小，溶剂不易挥发，又便于振荡。
溶解时先将待提纯的固体有机物放入锥形瓶中，加入比理论计算量略少的溶剂（因为含有杂质，溶解时需要的溶剂量少些），加热至微沸，振荡，若有固体未溶解，再加入少量溶剂，继续加热振荡，至瓶中固体不再溶解（当含有不溶性杂质时，添加足够量的溶剂杂质依然不溶。
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化工原理 结晶原理、方法、设备
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
化工原理 结晶原理、方法、设备
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