结晶技术
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第一节 物理与机械分离----结晶
一、结晶的基本概念
1、结晶定义：凡是从匀相中形成固体 颗粒者，统称为结晶
结晶是制备纯品的有效方法，由于晶体外 观好，易于被消费者喜爱，一般生产中常 以结晶作为最后一步的wk.baidu.com制操作。
比如在食品配料和添加剂都是通过结晶获 得的。如葡萄糖酸，蔗糖、谷氨酸钠等。
➢2、结晶的过程：结晶是指从均匀相中形成 固体颗粒的过程。主要有以下过程：
(3) 工业中的结晶过程
➢ 从水溶液中结晶：包括两种情况。
➢ 一是结晶操作作为获得纯净固体的一种物理分离手段。 例如制造葡萄糖；
在过饱和溶液中，溶质质点间的引力大于溶剂对溶质的吸引 力，即有部分溶质质点处于不稳定的高能状态，如果它们互 相碰撞，即会放出能量而聚合结晶。
但当过饱和度较小时，即这些不稳定的高能质点不多，且是 均匀分布于溶液中，它们的聚合受到大量稳定的溶质质点的 障碍，障碍的程度因溶液的性质和操作条件不一样，这就是 存在过饱和溶液的原因。
过饱和区曲线
α2上方为过饱和溶液可以自然产生大量晶 核，晶体也可长大
在介稳区内各部位的稳定性不同，接近曲 线α2的区域极易受刺激而起晶，又称刺激 起晶区（曲线α1和α2之间）；
靠近曲线α0相对稳定，又称养晶区（曲线 α1与α0之间）。养晶区浓度比同温度下的 饱和溶液约高10％。
晶核的形成与晶体的长大
➢ 由蒸气转化变成固体 ➢ 液体熔化物的凝固 ➢ 液体溶液结晶的过程
➢本章主要讨论从水溶液中结晶出所需产品的 结晶过程。因此，结晶属于物理分离手段。
溶解与结晶
当晶体置于溶剂（或未饱和的溶液）中时，它的 质点受溶液分子的吸引和碰撞，即会吸收能量而均 匀的扩散于溶液中（或与溶液形成化合物、水合物 等），同时已溶解的固体质点也会碰撞到晶体上， 放出能量而重新结晶析出。
当溶液的过饱和度超出过饱和曲线时，也就是溶液中不稳定 的高能质点很多，多到足以不受稳定的低能质点影响，而很 快互相碰撞，放出能量，吸引、聚集、排列成结晶，因此不 稳定区浓度的溶液能自然起晶。
起晶时一般认为由于质点的碰撞，首先由几个质点结合成晶 线，再扩大成晶面，最后结合成微小的晶格，称为晶核（晶 芽），其他质点连续排列在晶核上，使晶核长大成晶体。
相反要想使溶质从溶液中析出。则要反方向 来破坏这个动态平衡，使结晶速度大于溶解 速度。
溶液中的溶质含量超过它饱和溶液中溶质含 量时，溶质质点间的引力起着主导作用，它 们彼此靠拢、碰撞、聚集放出能量，并按一 定规律排列而析出，这就是结晶过程。
工业生产上可采用蒸发浓缩，冷却或其他降 低溶解度的方法来破坏溶液的动态平衡，使 溶质结晶。
用曲线把这些初始结晶和瞬间 微晶大量生成的温度各点连接 起来，便可得到图7的曲线α1 和α2(α2称过饱和溶解度曲线）。
曲线α0是谷氨酸一钠饱和溶解 度曲线。曲线α0、α1、α2相互 大致平行。
饱和溶解度时的温度（℃）80 70 60
微晶初始生成的温度（℃）61.0 50.1 38.1
微晶大量生成的温度(℃） 53.8 42.3 27.4
最后晶体长大形成平整的晶面、一致的晶 棱和整齐的晶角尖。晶体生长的形态与其 表面能有很密切的关系，晶体成长的最终 形态是使其总的表面能最小
(2)工业结晶过程
①从水溶液中结晶以获得固体产品； ②从稀溶液中由水的冻结以浓缩溶质，即
冷冻浓缩； ③控制结晶操作以获得某些流变学特性。
讨论从水溶液中结晶出所需产品的结晶过 程，属于物理分离手段。
过饱和溶液的存在是因为晶体的形成与长 大是一个比较复杂的过程，受溶质质点 （或它们的水合物质点）在溶液中的碰撞、 吸引、扩散、排列等因素的影响。溶质均 匀地分散于溶液中，溶质质点受溶剂质点 吸引，在溶液中作不规则的分子运动，当 溶液浓度增高，溶质质点密度增大，溶质 质点间的吸引力也增大，当到达饱和状态 时，溶质质点间的吸引力与溶剂对溶质的 吸引力相等。
晶体质点排列的三种位置
晶体长大时，溶液中质点的晶 核排列的位置有三种，如图8所 示，①是对着三面凹角，该处 受三个最近的质点吸引，引力 最大。②对着两面凹角，该处 受两个最近质点的吸引，引力 较小。③对着一个面，仅受这 一质点的吸引，引力最小因此， 靠近晶核的不稳定点必然首先 排列于引力最大的（1）位置上， 一个接一个，直至这一行列排 完，再排相邻一行的（2）位置， 一个接一个，最后排完这一层 面网，再由（3）位置排起另一 层面网，这样晶面就平行向外 推移长大。
过饱和区曲线α2上方 为 过饱和溶液可以自然产生 大量晶核，晶体也可长大
过饱和溶液
让我们再以谷氨酸一钠过饱和 溶解度曲线为例说明过饱和溶 液现象。
对处于60℃、70℃、80℃时， 对几种浓度谷氨酸钠饱和溶液 进行降温，使之进入过饱和状 态，仔细观察（借助放大镜） 降温过程中溶液微观变化（测 定结果见表1）。
过饱和溶液
通过实验而给出的各种物质溶解度与温度关 系的曲线称为溶解度曲线。
这些曲线都是连续的，但有些物质由于在不 同温度下形成不同的化合物（水合物），因 此曲线出现折点。
不饱和区（溶解区） 曲线 α0下方 为不饱和溶液， 无晶体析出现象，外加晶 体溶解
介稳区 曲线α0和α2之间 为略过饱和溶液，晶核不 会自动形成，但诱导可以 产生，若有晶体存在可以 长大
若溶液未饱和，则溶解速度大于结晶速度，这就表 现为溶解，溶解时所吸收热量称为溶解热。
随着溶解量的增加，溶液浓度不断增大，则溶解速 度与结晶速度慢慢趋向相等，溶解与结晶就处于动 态平衡，这时的溶液称为饱和溶液。物质溶解的量 称为溶解度。
随着温度的升高，质点能量增加，扩散运动 增大，晶体的溶解量增多，溶解度就升高。
根据结晶过程中液相与固相即溶液与溶质晶 体之间的关系，
从图7可以看到：曲线α0和曲线α2将图分成三 个区域，即稳定区、不稳定区和介稳区。
不饱和区（溶解区）
曲线α0下方为不饱和溶液，无晶体析出现 象，外加晶体溶解
亚稳区
曲线α0和α2之间为略过饱和溶液，晶核不 会自动形成，但诱导可以产生，若有晶体 存在可以长大
一、结晶的基本概念
1、结晶定义：凡是从匀相中形成固体 颗粒者，统称为结晶
结晶是制备纯品的有效方法，由于晶体外 观好，易于被消费者喜爱，一般生产中常 以结晶作为最后一步的wk.baidu.com制操作。
比如在食品配料和添加剂都是通过结晶获 得的。如葡萄糖酸，蔗糖、谷氨酸钠等。
➢2、结晶的过程：结晶是指从均匀相中形成 固体颗粒的过程。主要有以下过程：
(3) 工业中的结晶过程
➢ 从水溶液中结晶：包括两种情况。
➢ 一是结晶操作作为获得纯净固体的一种物理分离手段。 例如制造葡萄糖；
在过饱和溶液中，溶质质点间的引力大于溶剂对溶质的吸引 力，即有部分溶质质点处于不稳定的高能状态，如果它们互 相碰撞，即会放出能量而聚合结晶。
但当过饱和度较小时，即这些不稳定的高能质点不多，且是 均匀分布于溶液中，它们的聚合受到大量稳定的溶质质点的 障碍，障碍的程度因溶液的性质和操作条件不一样，这就是 存在过饱和溶液的原因。
过饱和区曲线
α2上方为过饱和溶液可以自然产生大量晶 核，晶体也可长大
在介稳区内各部位的稳定性不同，接近曲 线α2的区域极易受刺激而起晶，又称刺激 起晶区（曲线α1和α2之间）；
靠近曲线α0相对稳定，又称养晶区（曲线 α1与α0之间）。养晶区浓度比同温度下的 饱和溶液约高10％。
晶核的形成与晶体的长大
➢ 由蒸气转化变成固体 ➢ 液体熔化物的凝固 ➢ 液体溶液结晶的过程
➢本章主要讨论从水溶液中结晶出所需产品的 结晶过程。因此，结晶属于物理分离手段。
溶解与结晶
当晶体置于溶剂（或未饱和的溶液）中时，它的 质点受溶液分子的吸引和碰撞，即会吸收能量而均 匀的扩散于溶液中（或与溶液形成化合物、水合物 等），同时已溶解的固体质点也会碰撞到晶体上， 放出能量而重新结晶析出。
当溶液的过饱和度超出过饱和曲线时，也就是溶液中不稳定 的高能质点很多，多到足以不受稳定的低能质点影响，而很 快互相碰撞，放出能量，吸引、聚集、排列成结晶，因此不 稳定区浓度的溶液能自然起晶。
起晶时一般认为由于质点的碰撞，首先由几个质点结合成晶 线，再扩大成晶面，最后结合成微小的晶格，称为晶核（晶 芽），其他质点连续排列在晶核上，使晶核长大成晶体。
相反要想使溶质从溶液中析出。则要反方向 来破坏这个动态平衡，使结晶速度大于溶解 速度。
溶液中的溶质含量超过它饱和溶液中溶质含 量时，溶质质点间的引力起着主导作用，它 们彼此靠拢、碰撞、聚集放出能量，并按一 定规律排列而析出，这就是结晶过程。
工业生产上可采用蒸发浓缩，冷却或其他降 低溶解度的方法来破坏溶液的动态平衡，使 溶质结晶。
用曲线把这些初始结晶和瞬间 微晶大量生成的温度各点连接 起来，便可得到图7的曲线α1 和α2(α2称过饱和溶解度曲线）。
曲线α0是谷氨酸一钠饱和溶解 度曲线。曲线α0、α1、α2相互 大致平行。
饱和溶解度时的温度（℃）80 70 60
微晶初始生成的温度（℃）61.0 50.1 38.1
微晶大量生成的温度(℃） 53.8 42.3 27.4
最后晶体长大形成平整的晶面、一致的晶 棱和整齐的晶角尖。晶体生长的形态与其 表面能有很密切的关系，晶体成长的最终 形态是使其总的表面能最小
(2)工业结晶过程
①从水溶液中结晶以获得固体产品； ②从稀溶液中由水的冻结以浓缩溶质，即
冷冻浓缩； ③控制结晶操作以获得某些流变学特性。
讨论从水溶液中结晶出所需产品的结晶过 程，属于物理分离手段。
过饱和溶液的存在是因为晶体的形成与长 大是一个比较复杂的过程，受溶质质点 （或它们的水合物质点）在溶液中的碰撞、 吸引、扩散、排列等因素的影响。溶质均 匀地分散于溶液中，溶质质点受溶剂质点 吸引，在溶液中作不规则的分子运动，当 溶液浓度增高，溶质质点密度增大，溶质 质点间的吸引力也增大，当到达饱和状态 时，溶质质点间的吸引力与溶剂对溶质的 吸引力相等。
晶体质点排列的三种位置
晶体长大时，溶液中质点的晶 核排列的位置有三种，如图8所 示，①是对着三面凹角，该处 受三个最近的质点吸引，引力 最大。②对着两面凹角，该处 受两个最近质点的吸引，引力 较小。③对着一个面，仅受这 一质点的吸引，引力最小因此， 靠近晶核的不稳定点必然首先 排列于引力最大的（1）位置上， 一个接一个，直至这一行列排 完，再排相邻一行的（2）位置， 一个接一个，最后排完这一层 面网，再由（3）位置排起另一 层面网，这样晶面就平行向外 推移长大。
过饱和区曲线α2上方 为 过饱和溶液可以自然产生 大量晶核，晶体也可长大
过饱和溶液
让我们再以谷氨酸一钠过饱和 溶解度曲线为例说明过饱和溶 液现象。
对处于60℃、70℃、80℃时， 对几种浓度谷氨酸钠饱和溶液 进行降温，使之进入过饱和状 态，仔细观察（借助放大镜） 降温过程中溶液微观变化（测 定结果见表1）。
过饱和溶液
通过实验而给出的各种物质溶解度与温度关 系的曲线称为溶解度曲线。
这些曲线都是连续的，但有些物质由于在不 同温度下形成不同的化合物（水合物），因 此曲线出现折点。
不饱和区（溶解区） 曲线 α0下方 为不饱和溶液， 无晶体析出现象，外加晶 体溶解
介稳区 曲线α0和α2之间 为略过饱和溶液，晶核不 会自动形成，但诱导可以 产生，若有晶体存在可以 长大
若溶液未饱和，则溶解速度大于结晶速度，这就表 现为溶解，溶解时所吸收热量称为溶解热。
随着溶解量的增加，溶液浓度不断增大，则溶解速 度与结晶速度慢慢趋向相等，溶解与结晶就处于动 态平衡，这时的溶液称为饱和溶液。物质溶解的量 称为溶解度。
随着温度的升高，质点能量增加，扩散运动 增大，晶体的溶解量增多，溶解度就升高。
根据结晶过程中液相与固相即溶液与溶质晶 体之间的关系，
从图7可以看到：曲线α0和曲线α2将图分成三 个区域，即稳定区、不稳定区和介稳区。
不饱和区（溶解区）
曲线α0下方为不饱和溶液，无晶体析出现 象，外加晶体溶解
亚稳区
曲线α0和α2之间为略过饱和溶液，晶核不 会自动形成，但诱导可以产生，若有晶体 存在可以长大