第10篇 结晶 主稿、编写人 王静康 天津大学 教授 2
1 概述 2
2 结晶系统性质 3
2.1 晶体 3
2.1.1 晶体特性 3
2.1.2 晶体的几何结构——晶习(Crystal habit) 3
2.1.3 晶体的粒度分布(Crystal Size Distribution，CSD) 3
2.2 溶解度和溶液的过饱和 5
2.2.1 溶解度 5
2.2.2 溶液的过饱和，超溶解度曲线及介稳区 6
3 溶液结晶 7
3.1.2 相转移 8
3.1.1 双组分系统 8
3.1 相图特征 8
3.2 结晶机理与动力学 9
3.2.1 晶核 9
(1)初级成核 9
(2)二次成核 9
3.2.2 结晶成长 10
(1)结晶成长速率 12
(2)与粒度相关结晶成长 13
(3)结晶成长分散现象 13
3.2.3 结晶成核与成长的内在联系 13
3.2.4 添加剂和杂质对结晶的影响 13
3.3.2 蒸发结晶器 15
(1)间接换热冷却结晶 15
(2)直接冷却结晶 15
3.3 结晶过程与装置 15
3.3.1 冷却结晶 15
3.3.3 真空绝热冷却结晶器 16
3.3.4 连续操作的结晶器 16
(1)强迫外循环型结晶器 16
(2)流化床型结晶器 16
(3)带有导流筒并具有搅拌桨的真空结晶器 17
3.3.5 多级结晶过程 18
3.4 溶液结晶过程的模型化及系统分析 19
3.4.1 总体模型与稳态行为分析 19
(1)MSMPR结晶器分析 19
(2)具有细晶体排除的结晶器分析 22
3.4.2 非稳态行为分析 22
3.5.1 收率 23
3.5 结晶过程计算与结晶器设计 23
3.5.2 结晶器设计 25
(1)拉森(M.A.Larson)和兰道夫(A.D.Randolph)设计方法 25
(2)成冢正和丰仓贤设计方法 26
(3)那乌特(Nyvlt)设计方法 29
(4)木林(Mullin)设计方法 30
3.6 结晶器操作与控制 34
3.6.1 结晶器操作 34
(1)连续操作与间歇操作比较 34
(2)操作要点 34
3.6.2 连续结晶过程的控制 35
3.6.3 间歇结晶过程控制与最佳操作时间表 35
4.1.1 基本操作模式 36
4.1 熔融结晶的操作模式与宏观动力学分析 36
4 熔融结晶 36
(1)结晶的包藏与防止 36
3.6.4 结晶的包藏与结块现象的防止 36
(2)结晶的结块与防止 36
4.1.2 熔融结晶宏观动力学分析 37
4.2 相图特征 37
4.2.1 二组分系统 37
(1)低共熔型物系 37
(2)固体溶液型物系 38
(3)化合物形成型物系 39
4.2.2 分配系数 39
4.3 逐步冻凝过程及设备 40
4.3.1 逐步冻凝组分分离 40
(1)单级分离结晶器 41
(2)多级结晶过程 41
4.3.2 结晶设备 41
4.4 塔式结晶 42
4.4.1 中央加料塔式结晶器 43
(1)布郎底(Brodie)提纯器 43
(2)螺旋输送塔式结晶器 43
(3)工作原理与模型分析 43
(4)主要变量 45
4.4.2 末端加料塔式结晶器 45
(1)菲利浦(Phillips)塔式结晶器 45
(2)工作原理与模型分析 46
(3)主要变量 46
4.4.3 组合塔式结晶器 46
(1)冰洗涤塔 46
(2)吴羽化学工业株式会社的克西比(KCP)型工业结晶装置 46
(4)液膜结晶(FLC)装置 47
(3)月岛机械株式会社(Tsukishima Kihai,TSK)逆流冷却结晶装置(Countercurrent Cooling Crystallization Process，CCCC) 47
4.5 区域熔炼 48
4.5.1 区域熔炼的过程分析 48
4.5.2 主要变量 48
4.4.4 塔式结晶分离与其他分离方法比较 48
4.5.3 应用 49
5 升华(升华结晶) 49
5.1 升华分离相图与限度 49
5.1.1 相图特征 49
5.1.2 分离纯度的约束 50
5.2 升华过程及速率分析 50
5.3 设备及设计方程 51
5.3.1 设备 51
5.3.2 设计方程 51
6.2 沉淀所遵循的基本法则 52
6.2.1 溶度积原理 52
6 沉淀 52
6.1 沉淀的形成 52
6.2.2 奥斯特(Ostwald)递变法则 53
6.2.3 威门(Weimarn)沉淀法则 53
6.2.4 分配系数 53
6.3 沉淀技术与设备 54
6.3.1 反应沉淀 54
6.3.2 盐析 54
6.3.3 沉淀设备 54
7 其他结晶方法 55
基本参考文献 55
参考文献 55