第六章-结晶器设计

从晶体的平均停留时间的定义
0
d dx r dx
0
θdr dx
dx
dr Θ—平均停留时间
dx
θ
一定尺寸的晶体个数 精品课件
• 等号两边同时等于结晶器内晶体的总个数（相对 值，因为r为相对分布），从晶体生长的角度我们
有 GL G(ddL)av
L (dL/d)av
或
0
d dd x r x0 (d/L L d)am v m x 1e xm dx
反应：能产生沉淀的反应体系。 其它：溶剂萃取，高压结晶等。
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结晶器类型的选择
• DTB结晶器（draft tube and baffle）图 5.7（导流筒、挡板式 ）
• 特征：固体悬浮较好 ，可带有结晶排除系 统和产品颗粒分级系 统，实现晶体粒度的 控制。
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• FC（forced circulation）强制循 环
结晶器的选择与设计
• 在现代结晶器的设计中 –考虑结晶动力学 –设计产品的尺寸，尺寸 –产品的质量。
• 结晶器工艺设计 1. 确定操作模型 (1). 连续型 (2). 间歇型 2. 产生过饱和度的方法 冷却、 蒸发、 反应、 其它 3。结晶过程质量衡算 质量、热量、粒数衡算（略） 颗粒衡算与质量、热量衡算的关系
L *3
L
3 d
27
方程（6）变成 rvPV=6BkvL*3=9 2BkvL3d
这一结果和MSMPR的结果相同
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以上分析是从产品晶体部分来考虑，下面再从结晶 器内部的晶体变化来考虑。
• 在稳定操作状态下，细小的晶体或者从外部加入 （加晶种）或者来源于系统内的成核，假设在操 作过程中成长的晶体没有破碎或聚并。因此，在 结晶器内一定尺寸的晶体的晶数密度与产品中大 于此晶体尺寸的积累尺寸分布成正比，也就是说 ，在这种假设下，在结晶器内的晶体密度分布正 比于方程（1）的r。如果把晶种（成核）在dx范 围内的个数表示为n0dx（注意：n0为核的粒数密 度 n0， #/m4gh 在无因次晶体尺寸x的颗粒数为
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• 计算：
MT—悬浮密度
C1—溶液的终止浓度，根据最后排出体系的温
度而定，即C1=f（Tf）MT VW—蒸发水量
C0 1VVW 0
C1
V0—溶液的进料体积流率，此参数对多组分系 统，可根据母液中杂质浓度而定，对单组分系统
MT是一个操作参数，根据结晶器的流动状态而定 。因此，可用上式计算体积、流率。
r=e-(L/L *)m=e-xm
r—相对产品颗粒个数的累积分布，当所有的晶体考虑在内 r=1 m—改良的均一系数，不同的m值表示不同的分布函数，假设在一个过程
中的产品其m值不变，也不随颗粒的尺寸而变。 L—晶体的尺寸。 L*—参考尺寸，其定义为在此尺寸下，r值为0.3679与m无关。 x—无因次晶体尺寸，x=L/L*
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• 在用方程（1）表示积 累产品晶体分布时， 颗粒的粒数密度（即 在一定的颗粒尺寸范 围内的晶体个数）为
dr dx
=-
mxm-1e-
xm
（2）
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因此，在此尺寸范围内的晶体质量为
（3）
w (x)=F'rCkvx3L *3(d dx r)
=F'rCkvL*m xm +2e-xm
w (x)
(n0dx)r=(n0dx)e-xm
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• 因此，在结晶器内全部晶体重量为
ò ò wt =
¥ 0
rvkvL3n0e-xmdx=rvkvL*3n0
¥ x3e-xmdx
0
（7）
• 从另一方面讲，在结晶器内晶体的全部个
数也可以表示为
ò N=F'Q= ¥ n0e-xmdx 0
（8）
• Θ—晶体的平均停留时间
rC
—产品晶体的质量分布 kg/m·h
kv
—晶体密度 kg/m3
F'
—晶体的体积形状系数
—以个数为基准的晶体生产速率，它
等于晶体的成核速率 #/h
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• 如果以产品中最大质量的晶体作为晶体尺寸来表 示，这种晶体尺寸可以从方程（3）得出即
d d w x= F 'rC k v L * 3 (m + 2 -m x m )x m + 1 e -x m= 0
（9） (dL /Ld*)avm0xmexmdx
由方程（N 8）0 和n 0 e （ x m 9d ） x F '(d/L d L * )av m 0 x m e x m dx
• 图5.11 5.17 5.18 • 强制循环结晶器可用
于很多过程，可根据 不同的过程来调节， 其也可设置粒度控制 系统。
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结晶Fra Baidu bibliotek的计算
• 生产能力和产品质量，和粒度要求 • 计算要求的基础数据与模型
–溶解度数据
• 溶液的基本性质和颗粒的基本性质 如密度、形状系 数等
–结晶成长速率模型与成核动力学模型 –溶液的初始浓度C0
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3. 设计流程 • 操作模型的选择
连续：大型生产一般产生的晶体的尺寸分布 较宽可用一些控制手段来完成大晶体窄分布的 产品。
间歇：相对小的生产能力（50T/天）一般可 产生分布较窄的晶体也需要适当的控制方法。 • 操作过程的选择
冷却：溶解度随温度变化较大的体系，适宜 用冷却的方法。
蒸发：如果溶解度随温度变化不大的体系可 用蒸发法。在溶解度高时，为提高回收率用蒸 发的方法。
（4）
xd =
(1+
)2
1 m
m
x = Ld
d
L*3
注意：当m=1时，xd=3，其分布式和MSMPR的结果 一致。
当m=0时，产品晶体为同一尺寸，表
示一个连续操作的带有理想产品分级的操作过程
，对方程（3）进行积分，得到以质量为基础的生
ò ò 产速率。¥
3
P= L F'rvkvL* x3(ddxr)dx
¥
=F'rvkvL*3m
xm+2e-xmdm
0
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F ' 是全部结晶器内成核速率，如果用V表示结晶器体积，
成核速率表示为B， #/m 3 gh
即 F' = BV
ò rv P V=L *3(B kvm0¥xm +2e-xmdx)
(6)
当m=1
m xm 2exm dx x3exdx 6
0
0
xd=L Ld*=(1+m 2)m 1 =3
• 当结晶器操作于MSMPR模型
Ld 3G
Ld 3G
• 结晶器体积 ：进料流率 * 停留时间
这样设计的结晶器比较简单，但因为是MSMPR的假设下 ，而以其结果很难适用于精大品型课件结晶器。
设计图及设计程序
• 假设在稳定连续操作 的结晶过程中，其产 品的颗粒的累积尺寸 分布可用RosionRammler 方程表示：