化工原理 下册 天津大学柴诚敬 49－50学时.ppt

第十二章 其他分离方法 通过本章学习，应掌握溶液结晶的基本概念和原理；溶液的相平衡与过饱和度在结晶过程中的应用。了解各种工业结晶方法的特点与选择原则，以及工业结晶器的主要形式。学习目的与要求12.1 结晶 12.1.1 结晶的基本概念第十二章 其他分离方法一、结晶单元操作及其特点 固体物质以晶体状态从溶液、熔融混合物或蒸气中析出的过程称为结晶。应用示例氯化钾水氯化钾溶液结晶间二氯苯对二氯苯对二氯苯熔融结晶三聚氰胺尿素氨气三聚氰胺降华结晶一、结晶单元操作及其特点结晶过程的特点v 适用于共沸物系、同分异构体物系以及热敏性 物系的分离v 操作温度低，能耗低v 三废排放少v 便于产品的包装、储存、运输和使用二、结晶过程的分类结晶过程溶液结晶 熔融结晶升华结晶沉淀结晶反应结晶 盐析结晶喷射结晶冰析结晶三、晶体的概念1.晶体 固体物质内部结构中的质点元（原子、离子或分子）作三维有序规则排列即形成晶体。NaCl晶体结构模型2.晶格与晶系 各质点元（原子、离子或分子）间由于力的作用，在固定平衡位置振动，彼此之间保持一定的距离，称为晶格。三、晶体的概念 晶体具有不同的晶格结构，晶体按其晶格结构分为不同晶系。(1)晶格(2)晶系晶系四方晶系立交晶系立方晶系三斜晶系单斜晶系六方晶系三方晶系三、晶体的概念晶系的分类晶体的七种晶系3.晶习 晶体的外部宏观形状称为晶习。晶习是产品质量的重要指标。影响晶习的因素v 物料性质v 结晶条件v 物理环境三、晶体的概念四、结晶过程结晶过程成核产生微小晶粒作为结晶的核心晶核。晶体成长晶核长大宏观的晶体。溶液结晶晶浆晶体溶液过滤晶体产品母液12.1 结晶 12.1.1 结晶的基本概念第十二章 其他分离方法12.1.2 结晶热力学简介一、相平衡与溶解度溶解度曲线固体物质与其溶液相接触溶液未饱和固体溶解溶液过饱和固体析出溶解速率析出速率=溶液恰好达到饱和液固相平衡某些无机盐在水中的溶解度曲线温度升高溶解度增大温度升高溶解度基本不变正溶解度特性温度升高溶解度减小逆溶解度特性变态点含有超过饱和量溶质的溶液。结晶过程的推动力过饱和度过饱和溶液定义过饱和度定义过饱和溶液与相同温度下的饱和溶液的浓度之差。二、溶液的过饱和与介稳区 溶液的过饱和与超溶解度曲线不稳区介稳区稳定区冷却法蒸发法真空绝热蒸发法(冷却蒸发法)超溶解度曲线溶解度曲线12.1 结晶 12.1.1 结晶的基本概念第十二章 其他分离方法12.1.2 结晶热力学简介12.1.3 结晶动力学简介一、晶核的形成1.晶核产生溶液中快速运动的溶质元素(原子、离子或分子)线体单元 相互碰撞线体单元增长晶胚 晶胚增长晶核 晶胚分解晶核直径：数十纳米至几微米 2.初级成核与二级成核 没有晶体存在的过饱和溶液中自发产生晶核的过程初级成核有晶体（晶种）存在过饱和溶液中产生晶核的过程二级成核初级成核速率二级成核速率超细粒子制造初级成核大粒子制造二级成核一、晶核的形成 晶体成长系指过饱和溶液中的溶质质点在过饱和度推动力作用下，向晶核或加入晶种运动并在其表面上层层有序排列，使晶核或晶种微粒不断长大的过程。二、晶体的生长1.晶体生长的过程 晶体生长 扩散过程 溶质质点以扩散方式由液相主体穿过靠近晶体表面的静止液层转移至晶体表面。表面反应过程 到达晶体表面的溶质质点按一定排列方式嵌入晶面，使晶体长大并放出结晶热。传热过程 放出的结晶热传导至液相主体。二、晶体的生长晶体成长示意图晶体正在成长晶面溶液主体液膜扩散推动力表面反应推动力2.影响晶体生长的因素(1)晶粒大小的影响v 对个别物系，原晶粒的初始粒度越大，其成长 速率越快v 对多数物系，晶体的成长与原晶粒的初始粒度 无关v 低温结晶为表面反应控制v 高温结晶为扩散控制(2)结晶温度的影响二、晶体的生长v 改变溶液的结构或溶液的平衡饱和浓度v 改变晶体与溶液界面处液层的特性而影响溶质 质点嵌入晶面。v 通过本身吸附在晶面上，而阻挡溶质质点嵌入 晶面杂质对结晶过程的影响三、杂质的影响12.1 结晶 12.1.1 结晶的基本概念第十二章 其他分离方法12.1.2 结晶热力学简介12.1.3 结晶动力学简介12.1.4 工业结晶方法与设备工业结晶方法与设备(自学)自学要求 掌握 结晶方法的分类。掌握 3 种以上主要结晶器的名称。了解主要结晶器的结构形式。12.1 结晶 12.1.1 结晶的基本概念第十二章 其他分离方法12.1.2 结晶热力学简介12.1.3 结晶动力学简介12.1.4 工业结晶方法与设备12.1.5 结晶过程的计算(选读)12.1 结晶 第十二章 其他分离方法12.2 膜分离(选读)12.3 吸附(选读)12.4 离子交换(选读)思考题作业题:无练 习 题 目1.何为晶格、晶系和晶习？2.何为溶解度和超溶解度？3.结晶动力学包括哪些内容？本 章 小 结本章重点掌握内容v 结晶热力学相平衡与溶解度溶液的过饱和与介稳区v 结晶动力学晶核的形成晶体的生长杂质的影响