工业结晶第七部分

M
kv ( L)3 L
n
m 1
3.02 108
1.95 105
ln( n)
19.46 12.18
g
30 60
g m
3375 1000000
1.06 10 7
110
3.07 10 4
作图并用直线拟合：
直线的斜率为 停留时间
1/ G 0.0766
0.5
间歇结晶优缺点
间歇结晶与连续结晶过程相比较，它的缺点是操作成本比 较高，不同批产品的质量可能有差异，即操作及产品质量的 稳定性较差，必须使用计算机辅助控制方能保证生产重复性。 在制药行业应用间歇结晶操作，便于批间对设备进行清 理，可防止批间污染，而保证药的高质量，同理对于高产值 低批量的精细化工产品也适用于间歇操作。
连续结晶优点
1、冷却法及蒸发法结晶采用连续操作时经济效果较好， 操作费用较低。 2、连续结晶操作的母液能充分利用，大约只有7%的母液 需要重复加工，与之相比，分批操作则有约20到40%的母液 需要重复加工。 3、当生产规模较小时，两种操作方式的劳动量相差不 多，但当生产规模幅度扩展时，连续操作所需劳动量可以不 增长，故可以节约劳动量。 4、相对而言，连续操作时的操作参数是稳定的，不像分 批操作那样要按一定的操作程序不断地调节其操作参数。 5、两种操作方式相比，连续操作的结晶器单位有效体积 的生产能力可高数倍至十数倍之多，占地面积也较小。
ln(n)
15 10
5
0 0 20 40 60 L 80 100 120
结果见表，可知至少需要3.5个小时。
h
0.5 1 1.5 2
x
( L / G )
累积保留%
M ( x)
100(1 M ( x ))
9.19 4.60 3.06 2.30
0.98 0.67 0.37 0.20
1.85 32.64 63.29 79.98
们对它的操作经验较为成熟，故常被使用。
Oslo型结晶器的特点
优点： 1、其过饱和度产生的区域与晶体生长区分别设置在 结晶器的两处，晶体在循环母液中流化悬浮，为晶体生 长提供一个良好的条件。在连续操作的基础上，能长成
为大而均匀的晶体。
2、其操作方式属于典型的母液循环式，优点在于循 环液中基本上不含晶粒，从而避免发生叶轮与晶粒间的
面积不变。即要求悬浮液流经导流筒的上端时的轴向速度同它流
过导流筒上缘与沸腾液面之间的流道时的径向速度相等，所以， 从导流筒的上缘至液面的距离为0.25倍导流筒上端直径。
DP型结晶器
Messo湍流结晶器
双夹套间歇结晶器
双导流筒结晶器
MSMPR型结晶器
Equipment
MSMPR
DTB
导流筒-档板型 结晶器：适用于 真空冷却法、蒸 发法、直接接触 冷冻法及反应法 的结晶操作。属 于内部强制循环 结晶器。
分批结晶器操作
加入晶种控制结晶 分批结晶过程中，为了控制晶体生长，获得粒度均匀的晶 体产品，尽量避免初级成核现象，所以向溶液中加入适当数 量及适当粒度的晶种，让被结晶的溶质只在晶种表面上生长 。同时用温和的搅拌，使晶体均匀的悬浮在溶液中，避免二 次成核现象。需要小心的控制溶液的温度或浓度，这种方式 叫“加晶种的控制结晶”。
M ( x ) 1 e x (1 x x 2 / 2 x 3 / 6)
L 120 m x L / G
则
G 1 / 0.0766 / 0.5 26.11 m / h
用函数
25
M（x）计算不同停留时间下晶体质量的累积分布，见下表。
y = -0.0766x + 20.607 20
2.5
3 3.5
1.84
1.53 1.31
0.11
0.07 0.04
88.50
93.03 95.56
结晶器的操作与控制
分批结晶与连续结晶操作比较 当生产规模大至一定水平时，通常采用连续操作，但是 有许多结晶过程虽然生产规模很大还是可以合理的采用分批 操作，主要是因为间歇结晶设备相对简单，热交换器表面上 结垢现象不严重，特别是对于某些结晶物系只有间歇操作才 能生产出指定的纯度、粒度分布及晶型的合格产品。
连续结晶缺点
1、在换热面上及自由液面接触的器壁上容易结晶垢，并不 断累积。连续操作需要停机清理的周期通常在200到2000小时 之间，在运行的后期，操作条件及产品质量逐步恶化，而分 批操作则在每次操作开始之前都会有清理的机会。 2、与控制良好的分批结晶操作相比，连续操作的产品平均 粒度较小。 3、操作较为困难，它要求操作人员有较高的水平及较丰富 的经验。有时操作稳定，但器内晶体粒度分布的波动无法避 免。
蒸发式结晶器
真空式结晶器
Messo多级真空结晶器
连续式自然循环真空结晶器
几种通用结晶器
强制外循环结晶器（图） Oslo型结晶器（图） DTB型结晶器（图）
DP型结晶器（图）
Messo湍流结晶器（图）
双夹套间歇结晶器（图）
双导流筒结晶器（图）
强制外循环结晶器
Oslo型结晶器
OSLO
混合悬浮混合 出料结晶器：主 要适用于冷却结 晶过程, 常用于 间歇结晶过程.
Kun.zhou925@
流化床型结晶 器：适用于真空 法、冷却法的结 晶操作。属于强 制外循环结晶器 。
DTB型结晶器
例题：在一台连续操作的MSMPR结晶器中进行KNO3结 晶试验，平均停留时间为0.5小时，每升料浆中含300g固 体KNO3，KCl晶体的密度为2.10g/cm3，体积形状因子可 取为1。产品经分析得到以下两个数据：10～20μm占10% （质量）；100～120μm占20%（质量）。若要求所
l v uv KV v
0.5
Uv—气液分离空间中蒸汽的上升速度，m/s； ρl 、ρv—母液、蒸汽的密度，kg/m3； Kv—雾沫挟带因子，对于水溶液可以接受的最大值为0.017m/s。 （4）导流筒的形状及尺寸：导流筒可以使等直径的圆筒形，也 可以是呈锥形，如采用后者，则导流筒的上口截面积可取为结晶 器的有效横截面积的一半，即导流筒的上口直径1/2倍的蒸汽空 间直径。锥形导流筒的底口直径可取为结晶器有效直径的一半。 导流筒的上缘至沸腾液面的距离应能保持悬浮液在该处的流道截
连续结晶器的操作
连续结晶器的操作有以下几项要求： 1、控制符合要求的产品粒度分布； 2、结晶器具有尽可能高的生产强度； 3、尽量降低结晶垢的速率，以延长结晶器正常运行的 周期； 4、维持结晶器的稳定性。
DTB型结晶器设计
（1）结晶器的有效容积：需要根据对产量及粒度分布的要求，
结合晶体动力学参数来决定。
（2）晶浆循环量（内循环量）：要求有足够大的循环量。一方 面必须防止沸腾表面层中不出现过大的过饱和度，而最大允许的过 饱和度取决于介稳区宽度，另一方面内循环量必须大至足以保持足 够高的晶浆悬浮密度。 （3）气液分离空间的直径及高度：要求能维持较低的蒸汽流 速uv，以保证上升蒸汽不致挟带过量的雾滴， uv可用下式估算：
DTB型结晶器的特点
优点：
1、晶体不易在结晶器壁上结疤
DTB型结晶器设置了导流筒，形成了循环通道，只需要很低的 压头（约100~200mmH2O），就能在结晶器内实现良好的内循环， 使器内各流动截面上都可以维持较高的流动速度，并使晶浆密度高 达30~40%（重量）。对于真空冷却法及蒸发结晶，沸腾液体的表面 层是产生过饱和度的趋势最强烈的区域，在此区域中存在着进入不 稳区而大量产生晶核的危险。导流筒则把大量高浓度的晶浆直接送 到彼处，使表面层中随时存在着大量的晶体，从而有效地消耗不断 产生的过饱和度，使之只能处在较低的水平。以运行中的氯化钾真 空冷却结晶器为例，沸腾层的过冷温度仅为0.2~0.3℃从而避免了在 此区域中因过饱和度过高而产生大量晶核，同时也大大降低沸腾液 面处的内壁面上结疤的速率。
流化床型结晶器：适用于真空法、冷却法的结晶操
作。属于强制外循环结晶器。
这种类型的结晶器时30年代由挪威人Jeremiassen提 出的，也常称为Krystal结晶器或粒度分级型结晶器，在 工业上曾得到较为广泛的应用。我国大连、连云港等地 建有年产量达万吨级的Oslo结晶器，用于NH4Cl的生产。
这种结晶器虽然年代较久，性能也有不足之处，但是人
按结晶方法分类结晶器
间接冷却式结晶器
结晶敞槽：效率低、粒度无法控制、纯ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ不高。 搅拌式结晶器（图） 摇蓝式结晶器（图）：大晶体12mm 长槽搅拌式连续结晶器（图） 锥形分级冷却结晶器（图）
搅拌式结晶槽
搅拌式结晶槽
摇蓝式结晶器
长槽搅拌式连续结晶器
锥形分级冷却结晶器
直接接触冷却结晶器
接触成核现象，再加上结晶室的粒度分级作用，使这种
结晶器所产生的晶体大而均匀，特别适合生产在饱和溶 液中沉降速度大于20mm/s的晶粒。
Oslo型结晶器特点
缺点： 母液循环型的缺点在于生产能力受到限制，因为必须 限制液体的循环流量（即流速）及悬浮密度，把结晶室 中悬浮液的澄清界面限制在溢流口之下，以防止母液中 挟带明显数量的晶体。
结晶操作方式选择
1、结晶操作方式的决定性因素一般是生产量或料液处理 量的多少，之间没有明确界限。正确的选择很大程度上取决 于被结晶物质的特性及所在工厂的具体条件。 2、晶体的生长速率较慢，分批操作交易控制。连续结晶 操作的生产规模最低限度不得小于100kg/h,否则在技术上认 为无法操作；而分批操作没有产量的下限。料液处理量若大 于20m3/h，最好选用连续结晶操作。
回转结晶器（图） 淋洒式结晶器（图） 湿壁结晶器（图） Cerny直接冷却结晶器（图） 直接接触冷冻结晶器（图）