结晶过程控制与工业放大
工业结晶-精选
四、溶液的过饱和与介稳区
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。
超溶解度曲线
正溶解度特性的 溶解度曲线
不稳区能自发产生 晶核 。
介稳区不会自发地 产生晶核。
稳定区不可能进行结晶
溶液的过饱和与超溶解度曲线
结晶过程的动力学
一、结晶成核动力学 晶核:过饱和溶液中新生成的微小晶体粒子，是晶体
过饱和溶液：含有超过饱和量的溶质的溶液。
将一个完全纯净的溶液在不受任何扰动(无搅拌， 无振荡)及任何刺激(无超声波等作用)的条件下，缓 慢降温，就可以得到过饱和溶液。但超过一定限度 后，澄清的过饱和溶液就会开始自发析出晶核。
过饱和度：同一温度下，过饱和溶液与饱和溶 液的浓度差。溶液的过饱和度是结晶过程的推动 力。
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。
2) 固体产品有特定的晶体结构和形态(如晶形、 粒度分布等)。
3) 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。
可用筛分法(或粒度仪)进行测定，筛分结果标绘 为筛下累积质量分数与筛孔尺寸的关系曲线，并可 换算为累积粒子数及粒数密度与粒度的关系曲线， 简便的方法是以中间粒度和变异系数来描述粒度分 布。
中间粒度(medium size，MS)：筛下累计质量分数 为50％时对应的筛孔尺寸值。
粒度分布曲线
二、晶体的粒度分布
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。
化学工程中的结晶技术
化学工程中的结晶技术一、结晶技术的定义与意义结晶技术是化学工程领域的一种重要分离和纯化技术，通过控制溶液中溶质的过饱和度，使其在一定条件下结晶沉淀出来，从而实现溶质的分离和纯化。
结晶技术在化学工业、药品生产、食品工业等领域具有广泛的应用，对于提高产品质量和生产效率具有重要意义。
二、结晶过程的基本原理1.过饱和度：溶液中溶质的浓度超过其在特定温度和压力下饱和溶解度时，称为过饱和溶液。
过饱和溶液中的溶质容易形成晶体。
2.成核：过饱和溶液中的溶质分子在适当的条件下，开始聚集并形成微小的晶体核。
3.晶体生长：溶液中的溶质分子不断向晶体核上吸附，使晶体核逐渐长大，形成完整的晶体。
4.晶体分离：通过控制溶液的温度、浓度、搅拌速度等条件，使晶体在一定时间内达到所需的尺寸和纯度，然后将晶体与溶液分离。
三、结晶技术的分类及应用1.冷却结晶：通过降低溶液的温度，使溶质过饱和并结晶沉淀。
适用于溶解度随温度变化较大的物质。
2.蒸发结晶：通过蒸发溶液中的溶剂，使溶质过饱和并结晶沉淀。
适用于溶解度随温度变化不大的物质。
3.盐析结晶：通过加入适当的盐类，降低溶液中溶质的溶解度，使其结晶沉淀。
适用于蛋白质、酶等生物大分子的分离和纯化。
4.超滤结晶：利用超滤膜对溶液中溶质的选择性透过作用，使溶质在膜表面结晶沉淀。
适用于高分子物质的分离和纯化。
四、结晶操作的影响因素1.温度：温度对溶质的溶解度有显著影响，通过控制温度可以调节溶质的过饱和度，从而控制结晶过程。
2.浓度：溶液中溶质的浓度越高，过饱和度越大，结晶速度越快。
3.搅拌速度：搅拌可以增加溶质与溶剂的混合程度，有利于晶体的均匀生长。
但过快的搅拌速度可能导致晶体形态的不规则。
4.溶剂选择：溶剂的性质会影响溶质的溶解度和结晶速度，选择合适的溶剂可以提高结晶效率。
五、结晶技术的展望随着科学技术的不断发展，结晶技术在化学工程中的应用越来越广泛。
未来的结晶技术将更加注重绿色环保、节能高效，通过新型材料、智能控制系统等先进技术，实现结晶过程的优化和自动化，进一步提高产品质量和生产效率。
药物结晶工艺开发与优化
热力学更稳定的晶型
热力学稳定晶型
热力学介稳晶型制备
晶型转变机理
结晶工艺优化
优化方法
浓度/悬浮密度
晶
种
过饱和度形成
工 艺 目 标
二次过程控制
体系混合效果
终点条件
其他结晶技术
球晶技术
球晶造粒（球型结晶）： 结晶与造粒 耦合
湿式球形聚结法 良溶剂、不良溶剂、架桥剂 乳化溶剂扩散法 部分互溶的二元溶剂体系
晶型稳定性
共融 D.共融法
判据
将晶型A与晶型B按 按一定的比例混合，升温并保持（接近低熔点） 定的比例混合，升温并保持（接近低熔点） 若晶型A的比例升高，则在高温条件下晶型A相比于晶型B稳定 E.密度法 在绝对零度条件下 对于非氢键系统 最稳定的晶型具有最 在绝对零度条件下，对于非氢键系统，最稳定的晶型具有最 强的范德华分子间作用力，其密度最大 。
Tm,β
Tm,α
(Cp,L CP,β )dT
ΔH m,A 和ΔH m, B 分别为A, A B的熔化焓； 的熔化焓 Cp,L为液态A的等压热容；C p, B为晶型B的等压热容
晶型稳定性
转晶过程的总熵变：
热力学性质
Tm ,β Δ H m ,α Δ H m ,β dT β β ΔS0 = + ( C p,L - C P,β ) Tm ,α T m ,α T m ,β T
成核
结晶介稳区研究
研究方法
通过测定药物结晶介稳区宽度，可确定结晶操作条件 对其成核过程的影响。
成核诱导期
通过测定不同过饱和度条件下的诱导期，可判断晶体 的成核机理 。
成核
介稳区 介稳区宽度取决于： 1 过饱和度形成速度 1.过饱和度形成速度 2.搅拌强度 3.有无晶种 4.有无物理场 可分为第 与第二介 可分为第一与第二介 可分为两部分 稳区两部分
王静康
王静康,女，化学工程/工业结晶专家，1938年4月出生于河北省秦皇岛市，1965年天津大学化工系研究生毕业。
1965年11月至1972年7月任贵阳市贵州工学院化工系助教，1972年8月至1980年1月任天津纺织工学院化纤专业助教、讲师，1980年2月至今先后任天津大学化工系讲师、副教授、教授、博士生导师。
1990年应邀赴英曼彻斯特理工学院做访问学者,进行结晶过程系统工程方面合作研究。
1995年应邀赴美国IOWA州立大学做客座教授，进行结晶机理的合作研究。
1999年当选中国工程院院士。
现任天津大学国家工业结晶技术研究推广中心暨医药结晶工程研究中心主任；教育部绿色精制工程中心主任。
Frontiers of Chemical Engineering in China杂志主编,教育部化学化工教学指导委员会副主任，化工教学指导分委员会主任；中国系统工程学会过程系统工程分会副主任，中国工程院化工冶金材料学部常委，中国化工学会常务理事，天津市侨联副主席，天津市科协主席。
具体的理论与技术创新贡献如下。
一、建立了我国第一个工业结晶科学与技术创新的研究基地,致力于国家重点科技攻关项目的研发与产业化她创立了我国第一个国家科委“国家工业结晶技术研究推广中心”与国家医药管理局“医药结晶工程研究中心”。
培养了一支精干的高层次年轻化工业结晶研发团队，她承担并出色完成了国家下达的有关化工、医药与材料领域的工业结晶技术的“七五”、“八五”、“九五”、“十五”国家重点科技攻关项目；她带领她的团队由理论研究创新直到产业化技术开发成功，全部实现了成果的产业转化，均一次工业化成功,取得了较突出的经济效益与社会效益，为我国新型结晶技术的持续发展奠定了基础。
二、系统发展了现代化学工程/ 工业结晶理论与技术她率先提出了工业结晶系统工程集成理论与设计新方法；发明了熔融液膜结晶新技术，提出了精馏结晶及反应结晶等耦合结晶新技术；发明了粒子过程晶体产品分子组装及形态优化等绿色过程集成技术；其成果持续产业转化成功的实践证明了发明成果的可靠性与先进性。
中试放大要考虑的实际问题及经验总结建议
中试放大要考虑的实际问题及经验总结建议一、实验室研发到工厂放大要考虑的实际问题1、明确放大目标和安全因素准备工艺放大的第一步是要有明确的目标，知道所需产品的质量和数量以及哪个更重要，该工艺是否满足放大的要求。
为了确保实验室研发和放大的安全性，必须全面评估该工艺过程中化学反应的危险性，并不是所有的反应都需要进行彻底的分析。
例如：脂类的水解反应，在比较的碱性溶液中是不会发生危险，按照测试可以对反应放热多少热以及放大是否会产生危险做出评估。
而还原反应是放热反应，实验室小试没有明显的放热反应，而在放大反应的时候，往往是剧烈的放热反应，若控制不好温度，反应过程中放出的热量会使溶剂剧烈沸腾，甚至由于反应放出的热量不能够及时的传递出去而导致爆炸的危险。
另外，操作工人的安全也是要考虑的一个重要因素，尤其要考虑投料和分离最终产品时操作人员的安全。
比如工业上提取植物碱（例如金雀花碱）用到的醇类往往使用乙醇而不是用甲醇，是因为甲醇对人体的伤害要远远大于乙醇。
2、确定关键工艺步骤在编写工艺规程前，应该与参与工艺研发的研发人员一起讨论。
工艺规程应该考虑工艺过程中的每一个方面。
如果加料的速度很重要，那如何控制加料速度；试剂应该加载反应液的上方还是下方；试剂加到低温的反应中是否会凝固成固体；反应温度、水分应控制在什么范围；反应终点怎么控制，是观察反应现象；TLC监控还是开发终控的HPLC方法；是否可以重结晶对中间体进行严格的控制，建立较为严格合理的质量标准；是否需要分离和干燥最终产品的专用设备等问题都要考虑到并讨论。
3、限定设备的使用范围工厂里大部分用于放大的设备都是多用途的，很少选用专用设备。
事实上，工厂里用于放大的设备都限定了使用范围。
例如，我们在做某个项目中有一步要无水无氧低温操作，而且使用到了正丁基锂，所以我们选用的设备首先要耐低温并耐强碱的腐蚀，所以要用到专用的反应设备，注意：要确保转移正丁基锂溶液的管子，密封塞、探测器能够满足生产的需要；再比如氢化反应往往要用到高压氢化反应釜，强酸体系不能用金属材质的反应釜作反应，否则容易腐蚀。
有机合成工艺小试到中试放大之关键知识分享
有机合成工艺小试到中试放大之关键有机合成工艺小试到中试放大之关键在生产过程中凡直接关系到化学合成反应或生物合成途径的次序，条件（包括物料配比、温度、反应时间、搅拌方式、后处理方法及精制方法等）通称为工艺条件。
一、研发到生产的三个阶段1小试阶段：开发和优化方法2、中试阶段：验证和使用方法3、工艺验证/商业化生产阶段：使用方法，并根据变更情况以绝对是否验证注：批量的讨论：中试批量应不小于大生产批量的十分之一二、小试阶段对实验室原有的合成路线和方法进行全面的、系统的改革。
在改革的基础上通过实验室批量合成，积累数据，提出一条基本适合于中试生产的合成工艺路线。
小试阶段的研究重点应紧紧绕影响工业生产的关键性问题。
如缩短合成路线，提高产率，简化操作，降低成本和安全生产等。
1研究确定一条最佳的合成工艺路线：一条比较成熟的合成工艺路线应该是：合成步骤短，总产率高，设备技术条件和工艺流程简单，原材料来源充裕而且便宜。
2、用工业级原料代替化学试剂：实验室小量合成时，常用试剂规格的原料和溶剂，不仅价格昂贵，也不可能有大量供应。
大规模生产应尽量采用化工原料和工业级溶剂。
小试阶段应探明，用工业级原料和溶剂对反应有无干扰，对产品的产率和质量有无影响。
通过小试研究找出适合于用工业级原料生产的最佳反应条件和处理方法，达到价廉、优质和高产。
3、原料和溶剂的回收套用：合成反应一般要用大量溶剂，多数情况下反应前后溶剂没有明显变化，可直接回收套用。
有时溶剂中可能含有反应副产物，反应不完全的剩余原料，挥发性杂质，或溶剂的浓度改变，应通过小试研究找出回收处理的办法，并以数据说明，用回收的原料和溶剂不影响产品的质量。
原料和溶剂的回收套用，不仅能降低成本，而且有利于三废处理和环境卫生。
4、安全生产和环境卫生：安全对工业生产至关重要，应通过小试研究尽量去掉有毒物质和有害气体参加的合成反应；避免采用易燃、易爆的危险操作，实属必要，一时又不能解决，应找出相应的防护措施。
工业结晶
工业结晶1. 引言结晶过程是一个复杂的相间质量与能量传递过程，其推动力主要来自于结晶多相体系在热力学上的非平衡特性[1,2]。
结晶体系的固液相平衡数据不仅是选择结晶精制过程溶剂体系和结晶方式的依据，而且是决定结晶过程最大生产能力和理论收率的关键因素，因此，结晶热力学研究是整个结晶过程研究和工艺优化的基础。
2. 溶解度和介稳区液固平衡（LSE）亦常称固液平衡，它分为两类，一是固体在溶剂中的溶解度，其特点是固体与溶剂的熔点迥异，一般以溶解度表示；二是熔点比较接近物质间的熔化平衡，无所谓溶剂，也不存在溶解度的概念[3]。
一般情况下，溶质与溶剂的熔点相差悬殊，所以通常意义下讨论的影响结晶过程的热力学问题就是第一种情况---溶解度。
2.1 溶解度固液相平衡的主要数据是固体在液体中的溶解度。
准确的溶解度数据在结晶过程的开发、设计和操作中是极为重要的。
众所周知，溶解度是指一定的温度和压力下，在100g溶剂中所能溶解溶质最大的克数。
常压下，溶解度曲线是随温度变化的一条特定的曲线。
这是常识性的知识，这里不再赘述。
2.2 介稳区介稳区（MetasTab. zone）指的是溶解度与超溶解度之间的区域。
超溶解度定义为某一温度下，物质在一定溶剂组成下能自发成核时的浓度。
溶解度曲线与超溶解度曲线将溶液浓度-温度相图分割为三个区域，分别为稳定区、介稳区和不稳区。
典型的溶液介稳区示意图如图1所示。
Mullin、丁绪淮等指出，一个特定的物系，只有一条明确的溶解度曲线，而超溶解度曲线的位置却要受很多因素的影响，例如有无搅拌，搅拌强度，有无晶种，晶种的大小多少，杂质的存在，超声波，电磁场等，所以超溶解度是一簇曲线[4-6]。
冷却或蒸发结晶溶析结晶图1介稳区示意图Fig. 1 Schematic diagram of metastable zone介稳区理论对结晶过程控制至关重要，在一个结晶过程中，当过饱和度超过介稳区进入不稳区时，溶液中就会自发成核，为了使产品具有较高的纯度和理想的粒度分布，通常将结晶过程控制在介稳区内进行。
结晶操作的过程原理及在食品和发酵产物提纯和精制中的应用方案
含菌体或除菌后的发酵液， 先低温等电结晶、分离得到 谷氨酸，等电母液（pH 3.13.2）加硫酸酸化至 pH 1.0 左右，上阳离子交换柱吸附 残留在等电母液中的谷氨酸， 然后用稀氨水洗脱，收集洗 脱高流份并回低温等电结晶。
优势：总回收率可达94%以 上。
问题：大量消耗硫酸，液氨。 产生大量废水，成本高，污 染大。
结晶的原理和过程
过饱和溶液的形成： 1.冷却结晶法：此法适用于溶解度随温度降低而显著降低的 体系。可分为自然冷却、间壁冷却和直接接触冷却。 自然冷却法：将热的结晶溶液置于结晶器中，靠大气自然冷 却降温结晶。所得产品纯度较低，粒度分布不均，易发生结 块现象。 间壁冷却法：可分为内循环式和外循环式。溶液不直接与冷 却剂接触。 直接接触冷却法：通过冷却介质与热母液的直接混合达到冷 却结晶的过程。冷却介质有空气、与结晶溶液不互溶的碳氢 化合物以及专用的液态冷冻剂。
结晶的原理和过程
3.真空绝热冷却结晶法：使溶剂在真空下迅速蒸发，并结合 绝热冷却，是结合冷却和部分容积蒸发两种方法的一种结晶 法。 真空式结晶器一般没有加热器或冷却器。料液通过在结晶器 内闪蒸浓缩达到降温的效果。 应用范围：适用于具有正溶解度特性而溶解度随温度变化率 中等的物系。 真空绝热冷却法的原理：将热浓缩液送入绝热保温的密闭结 晶器中，设备内维持较高的真空度。高真空条件下对应的溶 液沸点低于原料液的温度，溶液快速蒸发并绝热冷却到与结 晶器内压强相对应的平衡温度。
谷氨酸多晶形粉末混合物的X衍射图谱
晶体的分析方法
谷氨酸两种晶形的FT-Raman图谱 α晶形的特征峰：433cm-1、622cm-1、987cm-1、1006cm-1、1181cm-1 β晶形的特征峰：709cm-1、803cm-1、942cm-1、1127cm-1
连续结晶技术工业化实验
２０２２，３２（２）孙群山 连续结晶技术工业化实验 连续结晶技术工业化实验孙群山 广西西陇化工有限公司 博白 ５３７６１７摘要 在硫酸法钛白生产线的亚铁结晶和分离单元，通过成功进行新型连续结晶工业化实验。
发现连续结晶技术具有连续性、全自动化、更节能、七水亚铁质量好等优越性，可以在硫酸法钛白行业推广和应用。
关键词 连续结晶 工业化实验 节能减排孙群山：助理工程师。
毕业于河南广播电视大学无机化工专业。
从事钛白粉生产企业的技术管理与研发工作。
联系电话：１３９７２６１４５１５，Ｅ ｍａｉｌ：ｓｕｎｑｕｎｓｈａｎ＠１２６ ｃｏｍ。
硫酸法钛白生产的原料钛铁矿中总钛含量约４５％～５０％，总铁含量约３３％～３７％。
酸解单元是用浓硫酸把固体的钛铁矿通过化学反应，制备成可溶性钛、铁等硫酸盐溶液。
因此，酸解钛液中，不可避免含有大量的可溶性硫酸亚铁。
为满足水解钛液工艺要求，需要设置硫酸亚铁结晶和分离单元，依据结晶原理，降低钛液温度，使得钛液中可溶性的铁盐达到过饱和而结晶析出，以ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ结晶形态，从钛液中除去。
硫酸法钛白生产的结晶和分离单元工艺，最初使用硫酸亚铁结晶的方法是冷冻结晶工艺。
但因不适合钛白的生产装置大型化的要求，而被真空结晶替代。
目前节能减排要求越来越高，真空结晶法因需消耗大量蒸汽，造成综合能耗很高，已完全不合时宜。
近几年来，一系列低能耗亚铁结晶先进技术应运而生，如等梯度降温结晶、ＶＣＥ结晶等。
本文阐述亚铁结晶另一种先进的、新型技术———连续结晶。
连续结晶技术吸取了真空闪蒸和冷冻结晶各自的优势，同时实现了连续化作业，有利于钛白粉生产的连续化和大型化。
经过持续改进，最终２０２０年７月在广西西陇化工有限公司工业化实验成功。
从实验结果来看，该技术具有连续性、自动化程度高、更节能、不用蒸汽、亚铁质量好等优越性，可以在硫酸法钛白行业推广和应用，进一步推动钛白行业可持续、绿色发展。
１ 结晶方法简介在硫酸法钛白生产中，目前结晶方法有冷冻结晶、真空结晶、等梯度真空结晶、ＶＣＥ结晶、及本文所述新型的连续结晶，共有五种工艺技术［１，２］。
关于重结晶问题的探讨与总结(2篇)
关于重结晶问题的探讨与总结____-08-03有机合成有机合成org-syn介绍有机化学知识，有机合成的招聘信息，有关书籍推荐，合成领域涉及的医药、化工、材料等专业信息，欢迎订阅。
在化合物的合成中，反应往往可以发生，但最后拿不到纯品，特别是药物的合成工艺，需要以工业化为目标，重结晶就成为了一种重要的提纯手段，不同的人有不同的见解，比如以下几位ta这样说虫友：nk.ale____以前详细比较过，个人经验：100g以下的，不搅拌比搅拌合适，体系小，传热问题很难控制，体系其实处于相对不稳定的状况，而且体系能形成晶核的物质相对多一些，稳定性相对较差，经常要面临的问题是析出速度过快，这时候需要控制的是晶核附近溶质的扩散速度，形成尽可能长的浓度梯度，避免多晶核的形成，这时候不搅拌比搅拌有利。
1kg级别的，必须搅拌。
这时候体系较大，热量散失导致的温度梯度问题比小体系好很多，晶体有足够的时间来析出，经常要解决的问题是晶体沿着壁生长形成厚厚的一层，包夹问题强于吸附问题，必须研磨后再充分洗涤才能达到好的结果。
这时候包夹母液问题多多。
但是搅拌也不是蛮搅，在不同的阶段需要根据析出状况调搅拌速度的，并且容易析出来的跟难析出来的需要搅拌速度也有区别，容易的一般低速避免多晶核，难的高速增加晶核。
当然这都是针对一般情况而言，特殊的也有很多例子。
以前有个项目重结晶，是乙醇和水替换，2kg的处理量，每次不搅拌滴加24h以上，能看到晶体点点的沿着晶核生长成为有规则晶面的单晶，能得到单晶级别的产品，搅拌则是粉末，纯度下降两个点。
析晶的浓度及不良溶剂对溶质的溶解度大小都会有影响。
还有些特殊情况下不搅拌的，利用两种互溶的溶剂的密度差异来在溶剂界面扩散重结晶的，碰到过两次，都是特殊操作，用于有机盐的形成，但是都因为无法控制参数而无法放大。
重结晶最需要的是观察和悟性，切忌教条。
ta这样说虫友：oskyliu首先要快速找到合适的重结晶溶剂。
本人最常使用的仪器是试管，每根试管里面称取0.5~1.0g左右的样品，然后加入一定量的溶剂后，试试比较每个溶剂在常温和回流状态下的溶解性差异，差异大的就是我要的溶剂，这就是____dcm、dmf等不太作为重结晶溶剂的原因，特殊情况下也是可以使用的，比如样品的溶解性方面其次是溶剂的选择要考虑潜在的因素，比如乙酸乙酯和丙酮最好不用用来重结晶胺类物质。
结晶器的自动控制
在制药和发酵食品加工过程中，结晶操作是获得纯净固体物质的重要方法之一。
食品发醉工业的许多产品，如柠檬酸、葡萄糖、谷氨酸钠等都是用结品的方法提纯精制的。
结晶过程是将过饱和溶液冷却、蒸发，或者投人晶种使溶质结晶析出的过程。
这一过程不仅包括溶质分子凝聚成固体，还包括这些分子有规律地排列在一定晶格中。
在制药工业生产中，通常蒸发和结晶是产生最终产品的环节。
蒸发操作是用加热的方法，将液体浓缩到规定的浓度，或使溶质析出。
结品是将饱和液冷却或燕发使其分离出晶体。
燕发和结品操作均属于传热过程。
根据不同的工艺和对产品的要求不同，设备也存在较大差异.但从整体上讲，控制必须满足产品质员指标。
1.提高晶体质量的途径品体的质从主要是指晶体的大小、形状和纯度三个方面。
在食品加工中通常希望得到粗大而均匀的品体。
粗大而均匀的品体便于过滤与洗涤，在贮存过程中不易结块。
(1)改变晶体大小当溶液快速冷却时，能达到较高的过饱和度而得到较细小的晶体，反之缓慢冷却常得到较大的晶体。
当溶液的溢度升高时，晶体成核速度和生长速度皆增快，但后者的影响更显著。
因此低温得到较细的晶体。
搅拌能促进成核和加快扩散，提高品核长大的速度.但当搅拌强度达到一定程度后，再加快搅拌效果就不显著了;相反，晶体还会因搅拌剪切力过大而破碎。
(2)改变晶体形状同种物质的品体。
川不同的结晶方法产生，虽然仍属于同一晶系，但其外形可以完全不同。
外形的变化是因为在一个方向生长受阻，而在另一个方向生长加速所致。
通过一些途径可以改变品体的外形，例如控制品体生长速度、过饱和度、结晶温度，选择不同的溶剂、溶液pH的调节和有目的地加人某种能改变品形的杂质等方法。
(3)提高晶体纯度在结品过程中。
含许多杂质的母液是影响产品纯度的一个重要因素。
品休越细小.吸附杂质越多。
若没有处理好，必然降低产品纯度。
一般把品休和溶剂一同放在离心机或过滤机中，搅拌后再离心或抽滤，这样洗涤效果好。
当结晶速度过快时。
常发生若干颗晶体聚结成为“晶簇”的现象，此时易将姆液等杂质包藏在内，或因晶体对溶剂亲和力大，品格中常包含溶剂。
结晶操作的过程原理及在食品和发酵产物提纯和精制中的应用
结晶的原理和过程
稳定区：溶液尚未饱和，没有结晶的可能，在该区域晶体自 动溶解。
过饱和是实现结晶的必要条件，根据晶体能否自发成核，过 饱和态有分为介稳态与不稳态。介稳态与不稳态的临界点是 第二超溶解度曲线。 不稳区：溶液达到过饱和状态，可自发形成晶核，瞬时大量 出现大量微小晶核，造成晶核泛滥，产品质量难以控制，并 且结晶的过滤或离心回收困难。 第一介稳区：不会自发成核，当加入晶种时，结晶会生长， 但不会产生新晶核。 第二介稳区：不会自发成核，但加入晶种后，在结晶生长的 同时会有新晶核产生。
根据X 射线衍射图谱计算，65、55、48℃蒸发结晶获得晶体中 α 型结 晶比例分别为 97.55、98.59 和 99.01%。表明在相对室温而言的高温条 件下，通过蒸发结晶的形式可以从等电母液中获得晶习主要为 α 型的 谷氨酸晶体。即使65℃下结晶，晶体中 α 型晶习的比例仍超过 97.55% 。这一实验结果完全突破了已有研究报道认为高温容易得到 β 型晶习 的观点。 随着结晶温度提高，粒径分布对数对称分布峰向右移动，中位径（ D50）增大，表明晶体颗粒随着结晶温度的升高而变大。同时，粒径 在 10μm 左右的峰变小，即细晶数量减少，使得变异系数（C.V.）减 小，表明晶体颗粒随着结晶温度的升高而变得更均匀。
外循环式间壁冷却结晶器
结晶的原理和过程
2.蒸发结晶法：使溶液在常压或减压下蒸发浓缩而达到过饱 和的结晶过程。
根据操作过程中压强的不同，可分为减压蒸发或常压蒸发。 蒸发结晶适用于溶解度随温度降低而变化不大或增大的物系。 缺点：对晶体的粒度不能有效控制。消耗热能较多，不利于 节能减排。
为克服耗能较大的问题，蒸发结晶常在真空度不高的减压条 件下操作，以利于热敏性物质的稳定，减少能源消耗。
控制结晶法制备磷酸铁的反应结晶过程动力学研究_概述说明
控制结晶法制备磷酸铁的反应结晶过程动力学研究概述说明1. 引言1.1 概述磷酸铁作为一种重要的无机化合物，具有广泛的应用价值，特别是在电子和储能领域。
因此，对其制备方法和反应过程的研究具有重要的意义。
控制结晶法被广泛应用于磷酸铁的制备中，它可以通过调节反应条件和添加剂来实现对磷酸铁晶体形貌和尺寸的精确控制。
本文将主要着重于利用控制结晶法制备磷酸铁，并详细研究其反应结晶过程动力学。
1.2 文章结构本文分为五个部分进行论述。
首先，在引言部分概述了本文的背景与目的以及文章内容架构。
接下来将介绍磷酸铁的制备方法，包括控制结晶法的介绍、磷酸铁在各个领域中的重要性以及已知的研究结果总结。
然后，对反应机理及影响因素进行分析，包括对反应动力学基础知识进行概述、给出磷酸铁反应机理解析以及探究影响反应过程的因素。
接着将详细介绍结晶过程动力学研究的方法与实验设计，包括常用的方法介绍、实验设计与条件设置说明以及数据处理和分析方法的描述。
最后，在结果与讨论部分总结了结晶过程中的关键观察结果，展示了提取和分析动力学信息的结果，并对实验结果进行讨论和解释，同时展望未来研究方向。
1.3 目的本文旨在深入研究控制结晶法制备磷酸铁的反应结晶过程动力学。
通过对不同因素对动力学行为的影响进行分析和探索，旨在揭示控制结晶法制备磷酸铁时所涉及到的物理化学机制，并为优化反应条件和改进合成方法提供理论指导。
此外，本文还将介绍实验设计和数据处理方法，以期为开展类似研究提供参考。
通过这些工作，我们希望能够促进对磷酸铁制备技术的进一步发展和应用推广。
2. 磷酸铁的制备方法：2.1 控制结晶法介绍控制结晶法是一种用于合成纯度高、颗粒均匀的晶体材料的方法。
它通过调控反应条件和加入适当的添加剂，以控制结晶速率和晶体尺寸分布，从而实现对产物质量和性能的精确控制。
在磷酸铁的制备中，控制结晶法被广泛应用。
2.2 磷酸铁的重要性磷酸铁是一种具有广泛应用前景的功能性材料。
放大的注意事项
三、放大过程中需要避免的事情
三、放大中需避免的事情
1. 避免复杂 “KISS”原则（keep it simple, stupid），在化学工艺研发和放大过程 中，要使之尽量简单。 在商业生产是由操作工人实施的，在操作过程中需要书面的批次生产 记录，简单的程序易于执行。 例如在研发时尽量使反应、处理、结晶均在一种溶剂或混合溶剂 中进行，避免中间的溶剂变换。 简单的工艺可使操作更为安全有效，减少操作时间及废物的产生。 对于有些难以简化的反应，如加氢、硝化、胺化等，可将这些反应承 包给专门进行该类反应的制造商进行。
第二部分：活性药物化合物（API）
放大的注意事项
SCALE-UP DOS AND DON’TS
一、前言
在制药工业中，化学工程师的任务是将实验室的工艺或研发阶段的工 艺进行放大。 然而，要得到有效的、实用的放大经验，常需要数年实际工作中的积 累。大多数大学中的工程类课程并不会教给学生关于复杂的工程放大 以及关于意外结果、失败案例以及潜在危险等实际情况。 工程放大并非简单的学会经历并处理出现的意外情况，其实在放大过 程中出现的意外问题都是可以通过对具体细节进行注意、进行简单的 实验室研究、在研发早期正确的收集定量数据从而能进行预测并避免 的。 其实工艺化学家或工程师能通过很多实验室测定，对工艺中使用的反 应物和其他材料进行表征和定量，以简化工程放大。
二、放大过程中要做的事情
除了化合物的纯度之外，对固体物料，还需要考虑物理性质，如颗粒 大小，有时会对工艺结果起到很大的影响。
例如K2CO3在烷基化反应或其它有机反应中用作中和酸的试剂时， 由于颗粒状的碳酸盐表面积较小，溶解较慢，尤其在大规模反应 中，混合强度不如实验室，不足以悬浮起较大的颗粒导致固体颗 粒沉淀于釜底。 10. 原材料使用实验 在实验室规模下，应采用规模化生产中的原料和中间体进行试验，并 将整个生产过程在实验室中都进行一次，包括分离、分析等。结果出 来并满足产品要求之后，再进行规模试验。
制药分离工程练习题库+参考答案
制药分离工程练习题库+参考答案一、单选题（共70题，每题1分，共70分）1、当向蛋白质纯溶液中加入中性盐时，蛋白质溶解度: ( )A、减小B、先减小，后增大C、增大D、先增大，后减小正确答案：D2、发酵液中铁离子的去除通常用: ( )A、吸附法B、变性法C、加入黄血盐生成普鲁士蓝沉淀D、酶解法正确答案：C3、对超临界流体说法正确的是: ( )A、超临界流体温度小于临界温度，压力大于临界压力B、超临界流体温度小于临界温度，压力小于临界压力C、超临界流体温度大于临界温度，压力小于临界压力D、超临界流体温度大于临界温度，压力大于临界压力正确答案：D4、造成浓差极化的原因( )A、其它B、浓度差C、压强差D、重力正确答案：B5、吸附色谱分离的依据是: ( )A、固定相对各物质的吸附力不同B、各物质与专一分子的亲和力不同C、各物质分子大小不同D、各物质在流动相和固定相的分配系数不同正确答案：A6、截留率越( )，截留分子量的范围越( )，其膜的性能越好。
A、小；窄B、窄；高C、高；高D、高；宽正确答案：C7、以下关于超临界萃取叙述不正确的是（）A、超临界流体的密度接近液体，粘度接近气体B、常用的超临界流体是二氧化碳C、超临界萃取具有低能耗、无污染和适合处理易受热分解的高沸点物质D、超临界萃取后，工业上常用升高温度来分离萃取物正确答案：D8、能用于蛋白质分离过程中的脱盐和更换缓冲液的色谱是: ( )A、离子交换色B、凝胶过滤色谱C、亲和色谱D、反相色谱正确答案：B9、板框式压滤机真正起过滤作用的是（）A、滤布B、框C、板D、滤饼正确答案：D10、下列预处理方法中，能使菌体聚集而易于过滤的方法是 ( )。
A、稀释B、加热C、调节pHD、絮凝正确答案：D11、强酸型树脂与H+结合力弱，因此再生成氢型比较困难，故耗酸量较大，一般为该树脂交换容量的( )倍。
A、3～6B、3～5C、4～6D、4～7正确答案：B12、欲对某溶液进行除菌操作，应选择过滤器的孔径为（）A、≥ 0.2μmB、≤ 0.2μmC、≥2μmD、≤ 2μm正确答案：B13、浓差极化现象，渗透压( )渗透量降低，截留率降低A、先升高后降低B、降低C、不变D、升高正确答案：D14、当生产规模大至一定水平时，采用( )操作更为合理。
结晶过程的相平衡介稳区与动力学课件
结晶过程的重要性
物质纯化
结晶是一种重要的物质纯化方法，通过结晶 过程可以获得高纯度的晶体产品。
控制产品性质
结晶过程可以调控晶体的大小、形状和内部 结构，从而控制产品的物理和化学性质。
工业生产基础
结晶作为一种重要的化工单元操作，广泛应 用于化工、制药、食品等工业生产中。
结晶过程的工业应用
化工产业：在化工产业中，结晶 被广泛应用于合成高分子材料、 无机盐、有机溶剂等产品的生产 和提纯过程中。
2
浓度优化
原料浓度是影响结晶过程的重要因素。 通过调整原料浓度，可以控制晶体生长 速度和产品质量。适当的浓度范围有助 于提高晶体纯度和产率。
3
搅拌速度优化
搅拌速度对晶体成核和生长过程具有显 著影响。优化搅拌速度可以促进晶体均 匀生长，防止晶体聚集和破碎，提高产 品质量。
结晶过程的控制策略
反馈控制
通过实时监测结晶过程中的关键参数（如温度、浓度、晶 体尺寸等），并与设定目标进行比较，及时调整操作条件， 实现结晶过程的稳定控制。
动力学研究方法 采用时间分辨X射线衍射、红外光谱等手段，实 时监测高分子材料结晶过程中的结构变化，揭示 其动力学行为。
动力学模型 通过建立高分子材料结晶的动力学模型，可以预 测不同条件下的结晶行为，为高分子材料的加工 和应用提供指导。
金属结晶过程的工业应用与优化
金属结晶的重要性
金属结晶直接影响材料的力学性能、导电性和耐腐蚀性等。
控制至关重要。
相平衡研究
在药物结晶过程中，相平衡研究可 以揭示晶体生长与溶解之间的平衡 关系，有助于确定最佳结晶条件。
动力学分析
通过动力学分析，可以研究药物结 晶过程中的速率控制步骤，如成核、 生长和溶解等，为优化结晶工艺提 供理论依据。
冷冻法材料成型中的结晶控制策略
冷冻法材料成型中的结晶控制策略冷冻法是一种常见的材料成型方法，尤其在食品工业和生物医学领域得到广泛应用。
冷冻法通过控制材料的结晶过程，实现对成品品质和性能的调控。
本文将探讨冷冻法材料成型中的结晶控制策略。
一、冷冻法材料成型的原理冷冻法材料成型是指将溶液或浆料在低温环境下迅速冷却，使溶质或颗粒在冷冻过程中结晶形成固体。
冷冻法的成型原理是利用低温下物质的结晶行为，通过控制结晶速率和结晶度，实现对成品的微观结构和宏观性能的调控。
二、控制冷冻速率冷冻速率是冷冻法材料成型中的关键参数之一。
快速冷冻可以促进溶质或颗粒的均匀分布，减少结晶核的形成，从而得到细小、均匀的结晶。
慢速冷冻则有利于形成大颗粒的结晶，适用于一些需要较大颗粒的应用。
因此，在冷冻法材料成型中，合理控制冷冻速率是实现结晶控制的重要策略之一。
三、调控冷冻温度冷冻温度是冷冻法材料成型中另一个重要的控制参数。
不同的材料对冷冻温度的敏感程度不同。
一般来说，低温下结晶速率较慢，有利于形成较大颗粒的结晶。
然而，过低的冷冻温度可能导致结晶过程过于缓慢，影响生产效率。
因此，在冷冻法材料成型中，合理选择冷冻温度是实现结晶控制的另一个重要策略。
四、添加结晶控制剂结晶控制剂是冷冻法材料成型中常用的策略之一。
结晶控制剂可以通过调节溶液的物理化学性质，影响结晶过程中的晶体生长速率和晶体形态。
常见的结晶控制剂包括聚合物添加剂、界面活性剂和离子添加剂等。
通过添加适量的结晶控制剂，可以调控晶体的尺寸、形态和分布，从而实现对成品品质和性能的调控。
五、优化冷冻工艺参数除了上述策略外，优化冷冻工艺参数也是冷冻法材料成型中的重要环节。
冷冻工艺参数包括冷却速率、冷冻温度、冷冻时间等。
通过合理选择和调整这些参数，可以实现对结晶过程的精确控制。
例如，通过控制冷却速率和冷冻时间，可以实现结晶度的精确控制，从而调控成品的物理性能。
六、结晶控制策略的应用冷冻法材料成型中的结晶控制策略在食品工业和生物医学领域得到广泛应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 非均相成核是由于外界表面引 起
二次成核 （Secondary）
最初尘粒的繁殖 多晶体破碎 晶体的微观侵蚀 针状或树状晶体
的晶核繁殖
流体剪切力
晶体—晶体
接触成核 晶体—搅拌器
晶体—器壁
各种成核的最大过饱和度
均相成核最大过饱和度
浓
度
非均相成核最大过饱和度
二次成核最大过饱和度
溶解度
温度
结晶过程成核速率控制-1
• 溶解度的影响主要是在过饱和度产 生速率上重点考虑
• 其次在结晶器内晶体成长表面上加 以控制
• 溶解度随温度变化较大 – 以冷却结晶为主要操作 – 控制适宜的冷却速率 – 连续结晶过程适宜的晶体表面， 保证足够的晶体成长量
• 溶解度变化平缓 – 以蒸发结晶为主要操作 – 控制适宜的蒸发速率 – 操作点对结晶的影响不大
度
物加入速率等
与 分
布
成长速率不足以消耗 产生过饱和，过饱和
度升高-成核增大
结晶过程粒度控制的关键：控制一定的成核速率使得产生的过 饱和度以晶体成长的方式达到平衡
成核的类型
均相成核 （Homogeneous） 初级成核 （Primary） 非均相成核 （Heterogeneous）
• 初级成核是在没有晶体表面的 情况下发生
轴向分布
径向分布
晶体产品与晶体悬浮的相关性
理论分析
均匀悬浮：结晶器内 平均悬浮密度等于排 出口悬浮密度，产品 粒度分布与结晶期内 相同
不均匀悬浮：结晶器 内悬浮密度不等于排 出口，产品粒度分布 与结晶期内不同
结晶器内的过饱和度与结晶器内的晶体含量密切相关， 固体含量与混合状态与排除点的悬浮状态相关， 晶体产品粒度分布与晶体悬浮状态密切相关
结晶过程控制与工业放大
天津科技大学， 沙作良
简介
• 工业结晶过程的研究对象 – 以晶体特征为基础的研究：单个晶体（晶体学） – 以工业生产为主体的研究：研究大批量晶体的统计特征 – 工业结晶过程状态下基础理论 • 热力学基础 • 结晶动力学 • 晶体粒度分布的影响因素 • 工业晶体产品的描述方法 – 基本理论- 晶体产品的预测 • 粒数衡算 ：MSMPR 模型 - 工业结晶研究的理论基础 • 工业过程与理论模型的偏差 –晶体成长速率的不均一性 –晶体成核速率的分布 –晶体在结晶器内分布的不均一性 –过饱和度的不均一性 – 结晶过程的工业实现 • 结晶过程控制 • 结晶器内的结晶过程与结晶器的设计 • 结晶过程的放大-结晶器的放大
结晶过程的基本特征
• 结晶过程按期操作模 式可分为连续、间歇 操作
• 结晶过程（成核、成 长）在同一装置中同 时发生
• 因此，过饱和度的产 生于消耗速率处于一 个平衡状态。
• 平衡的特征参数是过 饱和度，维持在一定 的水平
• 因此决定的产品的粒 度与粒度分布
物性
冷却、蒸发、反应
过程速率
过饱和的产生
过 饱 和 度 消 除 混合状态
成核 产品粒度
成长
控制参数
控制方法
结晶过程基本平衡
质量衡算：个数多 – 晶体粒度小
单位质量的 晶体
个数 大小
成核速率 B=KεiMTj∆Ck
成长速率 G = Kg∆Cg
速率平衡：产品的粒度与分布
过饱和度的 产生速率
过饱和度水平
过饱和度消耗速率
产
溶解度变化速率
品 粒
蒸发、冷却、反应
• 结晶器内的不均一性，以及对结晶过程、晶体产品的影响
• 作为最传统的单元，结晶过程被广泛的应用于工业领域 • 结晶过程，依据其产生过饱和度的方法，可以是冷却，蒸发，反应。 • 工业放大：
– 数据处理模型的不完全性，使得理想模型的预测结果与实际生产 有很大的差别。
– 晶体过程复杂性：晶体成长的依赖于晶体的大小，晶体的来源， – 杂质对晶体内所处的外部环境的不同
• 温度的分布 • 浓度的分布 • 晶体的悬浮状态 • 过饱和度的分布 – 因此结晶过程的控制和放大是一个非常复杂的问题，尽管有一定 的方法，但是尚需很多研究。
工业结晶的基本过程
• 任何结晶过程发生的基本（必须）条件：
– 过饱和
• 决定过程的进行速率
• 决定着什么过程发生
• 结晶过程的基本阶段：
– 过饱和度的产生过程
排料位置对结晶过程的影响
连续结晶过程控制
• 控制手段
– 在一定的条件下，成核速 率高于过程要求，必需采 用一些控制手段，是的系 统内的晶体个数满足要求。
– 细晶排除 – 分级排料 – 分级排料+细晶排除 • 过程控制 – 过程速率控制 – 晶体表面控制 – 晶体悬浮状态控制
体积分数%
0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02
– 晶体的成核过程 – 晶体的成长过程
过饱和度的消除过程
• 工业结晶过程包括的基本物理过程
– 晶体的成核 – 晶体的破碎
总称晶体成核
– 晶体的成长 – 晶体的聚并
总称晶体成长
Concentration C
结晶过程基本原理
成核 最大过饱和度
蒸发
溶解度曲线
冷却
结晶成长与二次成核
Temperature T
• 溶解度为曲线 – 操作点在低温区成核速率比较容 易控制
成核速率的控制
晶核来源 蒸发区域 热的喂料
成核类型 一次 一次
直接冷源进料 一次
换热器
一次
反应区域
一次
晶体-晶体碰撞 二次
晶体-晶体研磨 二次 晶体-溶液间作用 二次
预防或减少的措施 降低生产速度, 增加晶体表面积 加强能量消耗速率,降低过热度确定适 喂料位置 加强能量消耗速率,降低冷却剂温度,选择 适宜的进料 位置 增加传热面积减少温度梯度,增加液体的速 度 增加搅拌强度和过饱和度的消除速率,增 加晶体的表面积 调节搅拌强度和设计结构,改善搅拌桨材 料,减少悬浮密度(搅拌桨,器壁等)或降低 晶体尺寸 结晶器设计中要注意间隙的设计,两相流 体动力学流场设计 减少喷射流,研究杂质的影响,防止结垢 (流体剪切力,杂质)一(二)次
0 0
一般 细晶排除 分级排料 分级排料+细晶排除
0.4 0.8 1.2 1.6 2 晶体尺寸 mm
2.4 2.8 3.2
晶体在结晶器内的一般悬浮状态
a
b
c
(a)部分悬浮：某些固体体在罐体底部一段时间。
(b)完全悬浮：所有的固体离开罐体的底部。
(c) 均匀悬浮：固体在罐体内完全均匀的分布
晶体在结晶器内的分布