结晶过程课件.ppt

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1、LOGO制药分离工程制药分离工程1第12章 结晶过程 一、学习目的与要求本章在掌握结晶概念与原理的基础上，了解结晶的形成和成核动力学，结晶器及其设计理论基础和操作与应用。二、学习指南（一）结晶原理（重点）识记：结晶、溶解度和饱和浓度等概念理解：溶解度、饱和溶液和成核等晶体形成必要条件2（二）晶体的生长（次重点）理解：初次成核和二次成核动力学（三）结晶的操作及其应用（重点）理解：掌握结晶操作的特性，了解在设计结晶前必须解决的问题应用：了解结晶技术根据不同的产品种类所需采取的不同结晶操作方法3v概述概述 结晶过程：固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程。工业结晶技术作为高效的提纯、净化

2、与控制固体特定物理形态的手段。晶浆：在结晶器中结晶出来的晶体和剩余的溶液(或熔液)所构成的混悬物。母液：去除悬浮液中的晶体后剩下的溶液(或熔液)。结晶过程中，含有杂质的母液(或熔液)会以表面粘附和晶间包藏的方式夹带在固体产品中。需用适当的溶剂对固体进行洗涤。45结晶过程的特点 1)能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融混合物中形成纯净的晶体。有时用其他方法难以分离的混合物系，采用结晶分离更为有效。如同分异构体混合物、共沸物系、热敏性物系等。2)固体产品有特定的晶体结构和形态(如晶形、粒度分布等)。3)能量消耗少，操作温度低，对设备材质要求不高，三废排放少，有利于环境保护。4)结晶产品包装、运输

3、、储存或使用都很方便。6一、晶体结构与特性 结晶过程有四类：溶液结晶、熔融结晶、沉淀结晶和升华结晶。晶体:内部结构中的质点元作三维有序规则排列的固态物质。晶体的自范性：如果晶体生长环境良好，则可形成有规则的结晶多面体（晶面）。晶体具有自发地生长成为结晶多面体的可能的性质，即晶体以平面作为与周围介质的分界面。晶体的均匀性晶体的均匀性：晶体中每一宏观质点的物理性质：晶体中每一宏观质点的物理性质和化学组成以及内部晶格都相同的特性。晶体的这和化学组成以及内部晶格都相同的特性。晶体的这个特性保证了工业生产中晶体产品的高纯度。个特性保证了工业生产中晶体产品的高纯度。7一、晶体结构与特性各向异性：晶体的几何

4、特性及物理效应常随方向的不同而表现出数量上的差异的性质。晶晶格格：构构成成晶晶体体的的微微观观质质点点在在空空间间中中按按三三维维空空间间点点阵阵规规律律排排列列，各各质质点点间间在在力力的的作作用用下下，使使质质点点得得以以维维持持在在固固定定的的平平衡衡位位置置，彼彼此此之之间间保保持持一一定定距距离离的结构的结构。晶晶形形：晶晶体体的的宏宏观观外外部部形形状状，它它受受结结晶晶条条件件或或所所处处的的物物理理环环境境的的影影响响比比较较大大，对对于于同同一一种种物物质质，即即使使基基本本晶晶系系不不变变，晶晶形形也也可可能能不不同同，如如六六方方晶晶体体，它它可可以以是是短短粗粗形形、细

5、细长长形形或或带带有有六六角角的的薄薄片片状状，甚甚至至旱旱多多棱棱针状。针状。8七种晶系晶体按其晶格结构可分为七种晶系 9二、晶体的粒度分布 晶体粒度分布：不同粒度的晶体质量(或粒子数目)与粒度的分布关系，它是晶体产品的一个重要质量指标。可用筛分法(或粒度仪)进行测定，筛分结果标绘为筛下累积质量分数与筛孔尺寸的关系曲线，并可换算为累积粒子数及粒数密度与粒度的关系曲线，简便的方法是以中间粒度和变异系数来描述粒度分布。中间粒度中间粒度(medium size，MS)：筛下累计质量分数：筛下累计质量分数为为50时对应的筛孔尺寸值。时对应的筛孔尺寸值。10粒度分布曲线粒度分布曲线11二、晶体的粒度分

6、布变异系数(coefficient of variation，cv)：统计量，与Gaussian分布的标准偏差相关。rm%为筛下累积质量分数为为筛下累积质量分数为m的筛孔尺寸。的筛孔尺寸。对于一种晶体样品，对于一种晶体样品，MS越大，越大，平均粒度平均粒度大，大，CV值越小，粒度分布越均匀值越小，粒度分布越均匀。12结晶过程的相平衡及介稳区 一、溶解度 液固平衡:任何固体物质与其溶液相接触时，当溶液尚未饱和，则固体溶解；当溶液恰好达到饱和，则固体溶解与析出的量相等，此时固体与其溶液已达到相平衡。溶解度：固液相平衡时，单位质量的溶剂所能溶解的固体的质量。溶解度的其他单位有：克/升溶液、摩尔升溶液

7、、摩尔分数等。溶解度的影响因素：溶质及溶剂的性质、温度及压强。13几种物质在水中的溶解度曲线几种物质在水中的溶解度曲线14溶解度曲线特性溶解度曲线:溶解度对温度之间的关系曲线。正溶解度特性：正溶解度特性：溶解度随温度的升高而增加，在溶解度随温度的升高而增加，在溶解过程中需要吸收热量的特性。溶解过程中需要吸收热量的特性。L L一维生素一维生素C C、L L一精氨酸一精氨酸 逆溶解度特性：逆溶解度特性：物质的溶解度随温度升高反而下物质的溶解度随温度升高反而下降，在溶解过程中放出热量的特性降，在溶解过程中放出热量的特性。Na2SO4 有一些形成水合物的物质，在其溶解度曲线上有一些形成水合物的物质，在

8、其溶解度曲线上有折点，对应存在不同水分子数的水合物之间的有折点，对应存在不同水分子数的水合物之间的变态点变态点。L一精氨酸一精氨酸、46OC。15溶解度曲线特性溶解度随温度变化较大的物质冷却结晶方法分离；溶解度随温度变化较小的物质蒸发结晶法分离。二、二、两组分物系的固液相图特征两组分物系的固液相图特征一一定定压压力力下下，在在温温度度和和浓浓度度坐坐标标系系中中两两组组分分物物系系的的固固液液相相图图可可分分为为四四类类。反反映映两两组组分分物物系系的的固固液液相相平衡关系。平衡关系。16双组分低共熔物系固液相图双组分低共熔物系固液相图1低共熔型低共熔型曲线曲线AE和和BE为不同组为不同组成混

9、合物的固液平衡线。成混合物的固液平衡线。低共熔点：低共熔点：点点E的温度，的温度，该点物系完全固化。该点物系完全固化。对于低共熔物系，只对于低共熔物系，只要通过结晶即可得到要通过结晶即可得到纯物质。纯物质。17双组分固体溶液物系固液相图双组分固体溶液物系固液相图2固体溶液型 液相结晶线：液相结晶线：混合物开混合物开始结晶的温度与平衡液始结晶的温度与平衡液相组成之间的关系曲线。相组成之间的关系曲线。固相熔化线：固相熔化线：混合物混合物开始熔融的温度与固开始熔融的温度与固相组成之间的关系曲相组成之间的关系曲线。线。对固体溶液物系，必须经对固体溶液物系，必须经过多级固液平衡才能达到过多级固液平衡才能

10、达到所要求的产品纯度。所要求的产品纯度。18溶剂化合物熔化为同组成液相的物系固液相图3化合物形成型 对于双组分物系，可能对于双组分物系，可能生成一种或多种溶剂化生成一种或多种溶剂化合物。合物。CaCl2一一H2OCaCl26H2O 固相溶剂化合物能与固相溶剂化合物能与同样组成的液相建立同样组成的液相建立平衡关系平衡关系 19多晶型的双组分低共熔型物系固液相图4晶型转变型晶型转变型20四、溶液的过饱和与介稳区 饱饱和和溶溶液液：浓浓度度恰恰好好等等于于溶溶质质的的溶溶解解度度，即即达达到固液相平衡时的溶液。到固液相平衡时的溶液。过饱和溶液过饱和溶液：含有超过饱和量的溶质的溶液。：含有超过饱和量的

11、溶质的溶液。过饱和度过饱和度：同一温度下，过饱和溶液与饱和溶同一温度下，过饱和溶液与饱和溶液的浓度差液的浓度差。溶液的过饱和度是结晶过程的推动。溶液的过饱和度是结晶过程的推动力。力。将一个完全纯净的溶液在不受任何扰动将一个完全纯净的溶液在不受任何扰动(无搅拌，无搅拌，无振荡无振荡)及任何刺激及任何刺激(无超声波等作用无超声波等作用)的条件下，缓的条件下，缓慢降温，就可以得到过饱和溶液。但超过一定限度慢降温，就可以得到过饱和溶液。但超过一定限度后，澄清的过饱和溶液就会开始自发析出晶核。后，澄清的过饱和溶液就会开始自发析出晶核。21四、溶液的过饱和与介稳区溶液的过饱和与超溶解度曲线溶液的过饱和与超

12、溶解度曲线正溶解度特性的正溶解度特性的溶解度曲线溶解度曲线 超溶解度曲线超溶解度曲线 结晶过程应尽量控制在介稳区内进行结晶过程应尽量控制在介稳区内进行，以得到平均粒度较以得到平均粒度较大的结晶产品大的结晶产品，避免产生过多晶核而影响最终产品的粒度。，避免产生过多晶核而影响最终产品的粒度。稳定区不可能进行结晶稳定区不可能进行结晶介稳区介稳区不会自发地不会自发地产生晶核。产生晶核。不稳区不稳区能自发产生能自发产生晶核晶核。223 结晶过程的动力学 一、一、结晶成核动力学结晶成核动力学晶核晶核:过饱和溶液中新生成的微小晶体粒子，是晶体过饱和溶液中新生成的微小晶体粒子，是晶体生长过程的核心。生长过程的

13、核心。晶核的大小粗估为数十纳米至几微米。晶核的大小粗估为数十纳米至几微米。晶胚晶胚:在晶核形成之初，快速运动的溶质质点相互碰在晶核形成之初，快速运动的溶质质点相互碰撞结合成的线体单元，线体单元增大到一定限度后粒子。撞结合成的线体单元，线体单元增大到一定限度后粒子。晶胚极不稳定晶胚极不稳定。晶胚晶胚生长到足够大，能与溶液建立热力学平衡时称生长到足够大，能与溶液建立热力学平衡时称之为之为晶核。晶核。成核方式可分为初级成核和二次成核两类。成核方式可分为初级成核和二次成核两类。233 结晶过程的动力学1初初级级成成核核：在在没没有有晶晶体体存存在在的的条条件件下下自自发发产产生生晶核的过程。初级成核分

14、为非均相和均相初级成核。晶核的过程。初级成核分为非均相和均相初级成核。均均相相初初级级成成核核：洁洁净净的的过过饱饱和和溶溶液液进进入入介介稳稳区区时时，还还不不能能自自发发地地产产生生晶晶核核，只只有有进进入入不不稳稳区区后后，溶溶液液才才能能自自发发地地产产生生晶晶核核。这这种种在在均均相相过过饱饱和和溶溶液液中中自自发产生晶核的过程。发产生晶核的过程。均相初级成核速率：均相初级成核速率：A指指前前因因子子；Vm摩摩尔尔体体积积；kBoltzmann常常数数；T绝对温度；绝对温度；表面张力。表面张力。比饱和度比饱和度243 结晶过程的动力学初级成核过程中晶核的临界粒径与过饱和度间有关 在过

15、饱和溶液中，只有大于临界粒径的晶核才能生存在过饱和溶液中，只有大于临界粒径的晶核才能生存并继续生长，小于此值的粒子则会溶解消失。并继续生长，小于此值的粒子则会溶解消失。非非均均相相初初级级成成核核：在在工工业业结结晶晶器器中中发发生生均均相相初初级级成成核核的的机机会会比比较较少少，实实际际上上溶溶液液中中有有外外来来固固体体物物质质颗颗粒粒，如如大大气气中中的的灰灰尘尘或或其其他他人人为为引引入入的的固固体体粒粒子子，在在非非均均相相过过饱饱和和溶溶液液中中自自发发产产生生晶晶核核的的过过程程。这这些些外外来来杂杂质质粒粒子子对对初初级级成成核核过过程程有有诱诱导导作作用用，非非均均相相成成

16、核核可可在在比比均相成核更低的过饱和度下发生。均相成核更低的过饱和度下发生。2510.3 结晶过程的动力学初级成核速率与过饱和度的经验关联式：初级成核速率与过饱和度的经验关联式：Kp速率常数；速率常数；c过饱和度；过饱和度；a成核指数成核指数,一般一般a2。初初级级成成核核速速率率较较大大，对对过过饱饱和和度度变变化化非非常常敏敏感感，很很难难将将其其控控制制在在一一定定的的水水平平。除除了了超超细细粒粒子子制制造造外外，一一般般结结晶过程都要尽量避免初级成核的发生。晶过程都要尽量避免初级成核的发生。2二二次次成成核核：在在已已有有晶晶体体的的条条件件下下产产生生晶晶核核的的过过程程。二次成核

17、的机理主要有流体剪应力成核和接触成核。二次成核的机理主要有流体剪应力成核和接触成核。剪剪应应力力成成核核：当当过过饱饱和和溶溶液液以以较较大大的的流流速速流流过过正正在在生生长长中中的的晶晶体体表表面面时时，在在流流体体边边界界层层存存在在的的剪剪应应力力能能将将一一些些附附着于晶体之上的粒子扫落，而成为新的晶核。着于晶体之上的粒子扫落，而成为新的晶核。263 结晶过程的动力学接接触触成成核核：当当晶晶体体与与其其他他固固体体物物接接触触时时所所产产生生的的晶晶体体表表面面的的碎碎粒粒。在在过过饱饱和和溶溶液液中中，晶晶体体只只要要与与固固体体物物进进行行能能量量很低的接触，就会产生大量的微粒

18、。很低的接触，就会产生大量的微粒。在在工工业业结结晶晶器器中中，晶晶体体与与搅搅拌拌桨桨、器器壁壁间间的的碰碰撞撞，以以及及晶体与晶体之间的碰撞都有可能发生接触成核。晶体与晶体之间的碰撞都有可能发生接触成核。接触成核的几率往往大于剪应力成核接触成核的几率往往大于剪应力成核。二二次次成成核核速速率率的的影影响响因因素素:温温度度、过过饱饱和和度度、晶晶体体的的粒粒度度与硬度、搅拌桨的材质等。与硬度、搅拌桨的材质等。描述二次成核速率经验表达式：描述二次成核速率经验表达式：0h4、0.5I3、0.4j2 n为搅拌强度，如转速或搅拌桨叶端线速；为搅拌强度，如转速或搅拌桨叶端线速；悬浮液悬浮液密度；密度

19、；G晶体的生长速率晶体的生长速率 273 结晶过程的动力学二、二、结晶生长动力学结晶生长动力学1晶体生长机理晶体生长机理 在在过过饱饱和和溶溶液液中中已已有有晶晶体体形形成成（加加入入晶晶种种）后后，以以过过饱饱和和度度为为推推动动力力，溶溶质质质质点点会会继继续续一一层层层层地地在在晶晶体体表表面面有有序排列，晶体将长大的过程。序排列，晶体将长大的过程。晶体生长过程有三步晶体生长过程有三步：1）待待结结晶晶溶溶质质借借扩扩散散作作用用穿穿过过靠靠近近晶晶体体表表面面的的静静止止液液层，从溶液中转移至晶体表面。层，从溶液中转移至晶体表面。2）到到达达晶晶体体表表面面的的溶溶质质嵌嵌人人晶晶面面

20、，使使晶晶体体长长大大，同同时时放出结晶热。放出结晶热。3 3）放出来的结晶热传导至溶液中。）放出来的结晶热传导至溶液中。283 结晶过程的动力学2结晶生长速率 大多数溶液结晶时大多数溶液结晶时,晶体生长过程为溶质扩散控制，晶体生长过程为溶质扩散控制，晶体的生长速率晶体的生长速率G为：为：kg生长速率常数生长速率常数 对溶质扩散与表面反应共同控制的结晶生长过程，对溶质扩散与表面反应共同控制的结晶生长过程，其生长速率常用经验公式估算。其生长速率常用经验公式估算。Kg晶体总生长速率常数晶体总生长速率常数 Kg与物系的性质、温度、搅拌等因素有关。与物系的性质、温度、搅拌等因素有关。g生长指数生长指数

21、 293 结晶过程的动力学L定律:大多数物系，悬浮于过饱和溶液中的几何相似的同种晶体都以相同的速率生长，即晶体的生长速率与原晶粒的初始粒度无关。但某些物系，晶体生长速率不服从L定律，而是与粒度的大小相关,如钾矾水溶液。结晶生长分散现象结晶生长分散现象:在同一过饱和度下，相同粒度在同一过饱和度下，相同粒度的同种晶体却以不同的速率生长的现象。晶核的生长的同种晶体却以不同的速率生长的现象。晶核的生长常常呈现这种行为，因此在超微粒子的生产中要注意常常呈现这种行为，因此在超微粒子的生产中要注意它的影响。它的影响。303 结晶过程的动力学3结晶物理环境对晶体生长过程的影响 环境条件的改变会导致最终结晶产品

22、的环境条件的改变会导致最终结晶产品的外观形外观形态和晶型态和晶型的改变，原因是不同的环境条件对晶体的改变，原因是不同的环境条件对晶体各个晶面生长速率的影响不同。各个晶面生长速率的影响不同。结晶过程中，晶面生长速率的影响因素有两类，结晶过程中，晶面生长速率的影响因素有两类，1)晶晶体体内内部部单单元元对对晶晶面面的的各各种种应应力力；它它是是由由晶晶体体内内部部结结构构决定的，一般不易改变。决定的，一般不易改变。2)晶晶面面与与周周围围环环境境的的各各种种作作用用，如如界界面面粘粘度度、界界面面张张力力、表表面面能能、界界面面分分子子对对周周围围环环境境中中分分子子的的作作用用力力等等。在在实实

23、验验和生产中较易改变和控制的。和生产中较易改变和控制的。最最有有效效和和简简便便的的手手段段是是改改变变溶溶剂剂或或往往结结晶晶母母液液中中加加入入某某些些特定的添加剂。特定的添加剂。314 溶液结晶过程与设备一.溶液结晶过程 溶液结晶:晶体从过饱和的溶液中析出的过程。溶液结晶类型:冷却结晶法、蒸发结晶法、真空冷却结晶法、盐析(溶析)结晶法、反应结晶法。1.冷却结晶:溶液通过冷却降温变成过饱和，基本上不去除溶剂过程。适用于溶解度随温度的降低而显著下降的物系。324 溶液结晶过程与设备冷却结晶方法冷却结晶方法：自然冷却、间壁换热冷却和直接接触冷却。：自然冷却、间壁换热冷却和直接接触冷却。自然冷却

24、法自然冷却法：将热的结晶溶液置于的结晶釜中，靠大气自：将热的结晶溶液置于的结晶釜中，靠大气自然冷却而降温结晶。然冷却而降温结晶。特点特点:产品纯度较低，粒度分布不均，易发生结块现象产品纯度较低，粒度分布不均，易发生结块现象。设备所占空间大，容积生产能力较低。但结晶过程设设备所占空间大，容积生产能力较低。但结晶过程设备造价低。备造价低。33间间壁壁换换热热冷冷却却结结晶晶：典典型型的的内内循循环环式式，冷冷却却量量由由夹夹套套换换热热器传递。换热面积的较小，换热量不大。器传递。换热面积的较小，换热量不大。4 溶液结晶过程与设备内内循循环环式式间间壁壁冷冷却却结结晶晶器器34外循环式结晶器传热系数

25、较大，换热面积可变，但必须外循环式结晶器传热系数较大，换热面积可变，但必须选用合适的循环泵，以避免悬浮晶体的磨损破碎。选用合适的循环泵，以避免悬浮晶体的磨损破碎。4 溶液结晶过程与设备外循环式间壁冷却结晶器354 溶液结晶过程与设备外循环式间壁冷却结晶器2间间壁壁换换热热冷冷却却结结晶晶过程的主要困难：过程的主要困难：在在冷冷却却表表面面上上常常会会有有晶晶体体结结出出，称称为为晶晶疤疤或或晶晶垢垢，使使冷冷却效果下降。却效果下降。36直接接触冷却结晶：通过冷却介质与热母液的直接混合而达到冷却结晶的过程。冷却介质有空气、与结晶溶液不互溶的碳氢化合物和专用的液态冷冻剂。冷却介质可能对结晶产品产生

26、污染，选用的冷却介质不能与结晶母液中的溶剂互溶或者虽互溶但应易于分离。4 溶液结晶过程与设备溶液结晶过程与设备374 溶液结晶过程与设备2.蒸发结晶:使溶液在常压或减压下蒸发浓缩而达到过饱和的结晶过程。适用于溶解度随温度降低而变化不大或具有逆溶解度特性的物系。对晶体的粒度不能有效的加以控制。消耗的热能较多，加热面问题也给操作带来困难。蒸发结晶器常在真空度不高的减压下操作。降低操作温度，以利于热敏性产品的稳定，并减少热能损耗。384 溶液结晶过程与设备3.真空绝热冷却结晶：使溶剂在真空下闪急蒸发而使溶液绝热冷却的结晶法。适用于具有正溶解度特性而溶解度随温度的变化率中等的物系。操操作作原原理理：把

27、把热热浓浓溶溶液液送送入入绝绝热热保保温温的的密密闭闭结结晶晶器器中中，器器内内维维持持较较高高的的真真空空度度，由由于于对对应应的的溶溶液液沸沸点点低低于于原原料料液液温温度度，溶溶液液闪闪急急蒸蒸发发而而绝绝热热冷冷却却到到与与器器内内压压强强相相对对应应的的平平衡衡温度。温度。溶溶液液通通过过蒸蒸发发浓浓缩缩及及冷冷却却两两种种效效应应来来产产生生过饱和度。过饱和度。394 溶液结晶过程与设备特点特点：主体设备结构相对简单，无换热面，：主体设备结构相对简单，无换热面，操作比较稳定，不存在晶垢妨碍传热的问操作比较稳定，不存在晶垢妨碍传热的问题。题。404 溶液结晶过程与设备4.盐析(溶析)

28、结晶盐析(溶析)结晶：向溶液中加入某些物质，以降低溶质在原溶剂中的溶解度，产生过饱和度的方法。盐析剂的要求：能溶解于原溶液中的溶剂，但不（很少）溶解被结晶的溶质，而且溶剂与盐析剂的混合物易于分离(用蒸馏法)。NaCl是一种常用的盐析剂，如在联合制碱法中，向低温的饱和氯化铵母液中加入NaCl，利用同离子效应，使母液中的氯化铵尽可能多地结晶出来，以提高结晶收率。414 溶液结晶过程与设备溶析结晶：向溶液中加入其他的溶剂使溶质析出的过程。如使不溶于水的有机物质从可溶于水的有机溶剂中结晶出来，此时加入酌量的水于溶液中。制药行业中，常向含有医药物质的水溶液中加入某些有机溶剂(如低碳醇、酮、酰胺类等)的方

29、法使产物结晶出来。特点：结晶温度较低，对热敏性物质的结晶有利；一般杂质在溶剂与盐析剂的混合物中有较高的溶解度，以利于提高产品的纯度；与冷却法结合，可提高结晶收率。需要回收设备来处理结晶母液，以回收溶剂和盐析剂。424 溶液结晶过程与设备5反应结晶 气体与液体或液体与液体之间发生化学反应以产生固体沉淀，固体的析出是由于反应产物在液相中的浓度超过了饱和浓度或构成产物的各离子的浓度超过了溶度积的结果。反应结晶过程可分为反应和结晶两步，随着反应的进行，反应产物的浓度增大并达到过饱和，在溶液中产生晶核并逐渐长大为较大的晶体颗粒。反应结晶产生的固体粒子一般较小。要想获得符合粒度分布要求的晶体产品，必须小心

30、控制溶液的过饱和度，如将反应试剂适当稀释或适当延长沉淀时间。434 溶液结晶过程与设备二、典型的溶液结晶器强迫外循环结晶器、流化床结晶器、DTB结晶器等。1强迫外循环结晶器结晶器可用于间接冷却法、蒸发法及真空冷却法结晶过程。特点：生产能力很大，泵所需的压头较高，循环晶浆中晶体与叶轮之间的接触成核速率较高。循环量较低，产品平均粒度较小，粒度分布较宽。444 溶液结晶过程与设备2流化床型结晶器 特点：过饱和度产生的区域与晶体成长区分别设置在结晶器的两处，循环液中基本上不含晶粒，从而避免发生叶轮与晶体间的接触成核现象，结晶室的粒度分级作用，使这种结晶器所生产的晶体大而均匀。生产能力受到限制，必须限制

31、液体的循环速度及悬浮密度，把结晶室中悬浮液的澄清界面限制在循环泵的入口以下，以防止母液中挟带明显数量的晶体。454 溶液结晶过程与设备流化床型结晶器464 溶液结晶过程与设备流化床型结晶器474 溶液结晶过程与设备3.DTB型结晶器具有导流桶及挡板的结晶器的简称。晶浆内循环结晶器。用于真空冷却法、蒸发法、直接接触冷冻法以及反应结晶法等多种结晶操作。性能优良，生产强度高，能产生粒度达6001200m的大粒结晶产品，器内不易结晶疤。484 溶液结晶过程与设备DTB型真空结晶器495 结晶操作及其应用 一、结晶操作特性 结晶是在过饱和溶液中生成新相的过程，涉及固液相平衡。对特定的目标产物及物系，需通

32、过实验确定合适的结晶操作条件，满足结晶产品质量要求，提高结晶生产能力，降低过程成本。结晶操作中的问题。1过饱和度 增大溶液过饱和度可提高成核速率和生长速率，有利于提高结晶生产能力。505 结晶操作及其应用过饱和度过大会出现问题：1）成核速率过快，产生大量微小晶体，结晶难以长大；2）结晶生长速率过快，影响结晶质量；3）结晶器壁容易产生晶垢。存在最大过饱和度，可保证在较高成核和生长速率的同时，不影响结晶的质量。在不易产生晶垢的过饱和度下进行。512温度 温度的不同，生成的晶形和结晶水会发生改变，温度一般控制在较小的温度范围内。冷却结晶时，若降温速度过快，溶液很快达到较高的过饱和度，生成大量微小晶体

33、，影响结晶产品的质量。温度最好控制在饱和温度与过饱和温度之间。蒸发结晶时，蒸发速度过快，则溶液的过饱度较大，生成微小晶体，附着在结晶表面，影响结晶产品的质量。蒸发速度应与结晶生长速率相适应，保持溶液的过饱和度一定。工业结晶操作常采用真空绝热蒸发，不设外部循环加热装置，蒸发室内温度较低，可防止过饱和度的剧烈变化。523搅拌与混合增大搅拌速度可提高成核和生长速率，搅拌速度过快会造成晶体的剪切破碎，影响结晶产品质量。为获得较好的混合状态，同时避免结晶的破碎，可采用气提式混合方式，或利用直径或叶片较大的搅拌桨，降低桨的转速。534溶剂与pH值结晶操作采用的溶剂和pH值应使目标溶质的溶解度较低，以提高结

34、晶的收率。溶剂和pH值对晶形有影响。如普鲁卡因青霉素在水溶液中的结晶为方形晶体，在醋酸丁酯中的结晶为长棒状。在设计结晶操作前需实验确定使结晶晶形较好的溶剂和pH值。545.晶种向处于介稳区的过饱和溶液中添加颗粒均匀的晶种。对于溶液粘度较高的物系，晶核很难产生，而在高过饱度下，一旦产生晶核，就会同时出现大量晶核，容易发生聚晶现象，产品质量不易控制。高粘度物系必须用在介稳区内添加晶种的操作方法。556晶浆浓度晶浆浓度越高，单位体积结晶器中结晶表面积越大，结晶生长速率越快，有利于提高结晶生产速度(产量)。但晶浆浓度过高时，悬浮液的流动性差，混合操作困难。晶浆浓度应在操作条件允许的范围内取最大值。在间

35、歇操作中，晶种的添加量应根据最终结晶产品的大小，满足晶浆浓度最大的高效生产要求。567循环流速用外部循环式结晶器时，循环流速的设定要合理。提高循环流速1）有利于消除设备内的过饱和度分布，使设备内的结晶成核速率及生长速率分布均匀；2）可增大固液表面传质系数，提高结晶生长速率；3）提高换热效率，抑制换热器表面晶垢的生成；循环流速过高会造成结晶的磨损破碎。循环流速应在无结晶磨损破碎的范围内取较大的值。如果结晶器具备结晶分级功能，循环流速也不宜过高，应保证分级功能的正常发挥。578结晶系统的晶垢 结晶器壁及循环系统中产生晶垢，影响结晶过程效率。防止晶垢或除去晶垢方法：1）壁内表面采用有机涂料，保持壁面

36、光滑，防止在器壁上的二维成核现象的发生；2）提高结晶系统中流体流速，使流速分布均匀，消除低流速区；3）若外循环液体为过饱和溶液，使其中不含有晶种；4）采用夹套保温方式防止壁面附近过饱和度过高；5）增设晶垢铲除装置，定期添加溶剂溶解产生的晶垢；6）蒸发室壁面极易产生晶垢，可采用喷淋溶剂的方式溶解晶垢。589共存杂质的影响结晶的对象是多组分物系，要选择性结晶目标产物。如果共存杂质的浓度较低，一般对目标产物的结晶无明显影响。但如果在结晶操作中杂质含量不断升高(如采用蒸发式结晶操作时)，杂质的积累会严重影响目标产物结晶的纯度。结晶操作中需要控制杂质的含量，往往在结晶系统中增设除杂设备。离子交换柱或废液排放。595 结晶操作及其应用二、应用1抗生素 2氨基酸氨基酸是两性电解质，在等电点附近溶解度最小。等电点结晶法是分离纯化氨基酸的主要单元操作。3光学拆分结晶法(1)优先结晶法 和(2)复合体结晶法 60dl苯丙氨酸复合物的法光学拆分6162此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！