结晶方法和结晶器

• 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。
• 第一类是曲线比较陡，表明这些物质的溶解度随 温度升高而明显增大，如KNO3、Al2（SO4）3等；
• 第二类是曲线比较平坦，表明溶解度受温度的影 响并不显著，如NaCl、KCl等；
• 第三类是溶解度曲线有折点，表明物质的组成有 所改变，如Na2SO4在305.5K以下为含10个结晶 水的盐，溶解度随温度的升高而增大，在305.5K 以上时则转变成了无水盐，溶解度随温度的升高 而缓慢下降。
• （2）溶解度曲线
• 以溶解度为纵坐标，以温度为横坐标， 标绘出溶解度随温度变化的关系曲线， 这条曲线称为溶解度曲线。某种物质的 溶解度曲线就是该物质的饱和溶液曲线。 各种物质的溶解度曲线可通过实验确定， 图10－1为某些常见盐在水中的溶解度 曲线。
• 从图10－1中可以看出，溶解度曲线有三种类型：
• 三、结晶过程
• 结晶过程包括晶核的形成和晶体的成长 两个阶段。即首先是产生晶核作为结晶 的核心；其次是晶核长大成为宏观的晶 粒。
• 1．晶核的形成 • 在过饱和溶液中产生晶核的过程称为晶核的形
成。 • 晶核形成的方式有两种：初级成核和二次成核。 • 在没有晶体存在的过饱和溶液中产生晶核的过
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
第一节 结晶过程的理论基础
• 一、基本概念
• （1）晶体 是内部结构的质点元素（原子、离 子或分子）作三维有序规则排列的固体物质， 具有规则的几何外形。晶体中每一宏观质点的 物理性质和化学组成都相同。
• 当物质在不同的条件下结晶时，所成晶体的形 状、大小、颜色等可能不同。例如，因结晶温 度的不同，碘化汞的晶体可能是黄色或是红色； 氯化钠从纯水溶液中结晶时，为立方晶体，但 若水溶液中含有少量尿素，则形成八面体的结 晶。
• 物质从水溶液中结晶出来，有时形成晶 体水合物。晶体水合物中所含有的水分 子，称为结晶水。
• 结晶水的存在不仅影响晶体的形状，也 影响晶体的性质。例如，CuSO4溶液在 240℃以上结晶时，得到的是白色三棱形 针状无水硫酸铜（CuSO4）晶体；而在 常温结晶时，得到的则是含有5个结晶水 的蓝色大颗粒的CuSO4·5H2O晶体。
• 用浓度差表示
•
△C＝C－C*
Baidu Nhomakorabea
（10-1）
• 用温度差表示
•
△t＝t*－t
（10-2）
• （2）过溶解度曲线与介稳区 • ① 过溶解度曲线 • 表示能自发地析出结晶的过饱和溶液的浓度与
温度的关系曲线称为过溶解度曲线。它与溶解 度曲线大致平行，其位置受多种因素影响。 • ② 浓度-温度图的三个区域 • 溶解度曲线以下为稳定区，在此区内溶液未达 饱和，没有晶体析出的可能；两曲线之间为介 稳区，此区虽为饱和溶液，但不会自发地析出 晶体，若加入晶种，能促使溶液析出晶体，通 常结晶操作都在介稳区内进行；过溶解度曲线 以上为不稳区，溶液处在此区内，能自发地产 生晶核。
• （1）过饱和溶液与过饱和度
• ① 过饱和溶液
• 在一定条件下，溶液中所含溶质的量超 过该溶质的溶解度时，称为过饱和溶液。
• 实际生产中的结晶操作，都是利用过饱 和溶液来制取晶体。将饱和溶液谨慎、 缓慢地冷却，并防止掉进固体颗粒，可 制得过饱和溶液。
• ② 过饱和度 溶液过饱和的程度称为过 饱和度。过饱和度是结晶的推动力。过 饱和度常用以下两种方法表述。
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。
• 二次成核是指在含有晶体的过饱和溶液 中进行成核的过程。
• 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。
• 溶解度曲线对结晶操作的指导意义：
• ① 选择结晶方法。
• 对于溶解度随温度变化敏感的物质，可 选用变温结晶的方法；对于溶解度随温 度变化缓慢的物质，可采用移出部分溶 剂的结晶方法。
• ② 计算结晶过程的理论产量。
• 通过物质在不同温度下的溶解度数据可 以计算结晶过程的理论产量。
• 2．过溶解度曲线与介稳区
• 溶解度常用的表示方法有：
• 溶质在溶液中的质量分数、kg溶质 ∕100kg溶剂以及mol溶质∕㎏溶剂等。
• 物质的溶解度与其化学性质、溶剂的性 质及温度有关。一定物质在一定溶剂中 的溶解度主要随温度变化，而随压强的 变化很小，常可忽略不计。因此溶解度 的数据通常用溶解度对温度所标绘的曲 线来表示。
• 一般工业上的成核过程主要采用二次成 核，即在处于介稳区的澄清过饱和溶液 中，加入一定数量的晶种来诱发晶核的 形成，制止自发成核。
• ２．晶体的成长
• 过饱和溶液中已经形成的晶核逐渐长大 的过程称为晶体的成长。
第十章 结 晶
• 结晶是固体物质以晶体状态从蒸气、溶液或熔 融物中析出的过程。在化工生产中，常遇到的 情况是固体物质从溶液中结晶出来，以达到溶 质与溶剂分离的目的，本章重点讨论这种结晶 过程。
• 结晶在化工生产中的应用主要是分离和提纯， 它不仅能从溶液中提取固体溶质，而且能使溶 质与杂质得以分离，提高纯度。由于结晶制取 的固体产品纯度高，外表美观，形状规范，便 于干燥、包装、运输和储存，所以它在生产中 得到广泛应用，是一个重要的化工单元操作。