提取物质——结晶方法

结晶方法
化学常识告诉我们，使溶液形成适宜的过饱和度是结晶过程得以进行的首要条件。

结晶方法则是使溶液形成适宜的过饱和度的基本方法。

根据物质的溶解度曲线的特点，使溶液形成适宜过饱和度的方法主要有两类：一是冷却法，即通过降温形成适宜过饱和度的方法。

二是蒸发法，即移去部分溶剂的方法。

此外还有一些特殊结晶方法，如反渗透法，渗析法等。

1.冷却法
冷却法也称降温法，指通过冷却降温使溶液达到过饱和的方法。

这种方法适用于溶解度随温度降低而显著下降的物质，如硼砂，硝酸钾、重铬酸钠、结晶硫酸钠等。

冷却的方式有自然冷却，间壁冷却和直接接触冷却。

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，较大规模的生产已不再采用。

间壁冷却的原理和设备如同换热器，多用水做冷却介质，也有用其他冷却（如冷冻盐水）做介质的。

这种方式能耗少，应用较广泛，但冷却传热速率低，冷却面上常有晶体析出，黏附在器壁上形式晶垢或晶疤，影响冷却效果。

直接冷却一般采用空气与溶液直接接触，或采用与溶液不互溶的碳氢化合物作为冷却剂，这种方法克服了间壁冷却的缺点，传热效率较高，但设备体积庞大。

2.溶剂汽化法
溶剂汽化法是使溶剂在常压或加压、减压状态下加热蒸发，溶液浓度增加而达到过饱和的方法。

这种方法适用于当温度变化时溶解度变化不大或相逆转的物质，如氯化钠，其溶解度曲线已贴近水平线，当温度下降100K时溶解度只下降了4.1g/100gH2O。

把它的饱和溶液从363K冷却到293K，只能从每100Kg水是得到大约7Kg的NaCl。

所以用冷却的方法来获得较多的晶体是不可能的，必须改用蒸发的方法将溶液中的水蒸发出来，才能使产量增加。

但这种方法耗能较多，并且也存在着加热面容易结垢的问题。

为了节省热能，采用蒸发法时通常都建成多效蒸发装置。

3．真空冷却法
这种方法是使溶剂在真空下闪急蒸发，一部分溶剂汽化并带走部分热量，其余溶液冷却降温达到饱和。

它实质上是将冷却法和移去部分溶剂法结合起来，同时进行。

此法适用于随着温度升高以中等速度增大溶解度的物质，如氯化钾、溴化镁等。

这种方法所用主体设备较简单，操作稳定，器内无换热面，因而不存在结垢、结疤问题；其设备防腐易于解决，操作人员的劳动条件好，劳动生产率高，因而已成为大规模生产中使用较
多的方法。

4.盐析法
盐析法是指溶液中加入某种物质以降低原溶剂中溶解度，使溶液达到过饱和状态的方法。

盐析法加入的物质，要能与原来的溶剂互溶，但不能溶解要结晶的物质。

这种物质在溶剂中的溶解度要大于原溶质在该溶剂中的溶解度，且要求加入的物质和原溶剂要易于分离。

加入的这种物质可以是固体，也可以是液体，通常叫做稀释剂或沉淀剂。

NaCl 是一种在水溶液中常用的沉淀剂。

例如在联合制碱法生产中，向低温的饱和氯化铵母液加入NaCl，使母液中的氯化铵尽可能多地结晶出来，以提高其收率。

盐析结晶工艺简单，操作方便，尤其适用于热敏性物料的结晶。

5.反应结晶法
有些气体与液体或液体与液体之间进行化学反应，产生固体沉淀。

这种情况实际上是反应过程与结晶过程结合进行，称为反应结晶法。

例如硫酸铵、尿素、碳酸氢铵等生产过程，都属于这种方法。