工业结晶技术前沿.doc

结晶技术的发展现状 摘要：现代结晶器的发展反映了晶体生长和成核理论数学模型的进步。新型结构的结晶器所具有的良好控制性能和其它有利特性, 可使结晶过程的操作更加稳定, 制品粒径得到有效控制。综述了近20年来国内外工业结晶发展概况以及一些主要的工业结晶方法，介绍了工业结晶技术的分类：溶液结晶、熔融液结晶和蒸汽直接结晶的技术发展。 关键字：工业结晶；分类；结晶技术 1 前沿 十九世纪未二十世纪初的真空结晶器人多为卧式列管蒸发设备, 它由铸铁壳体、水平列管与管板以及结晶盐滤器组成。结晶盐滤器位于容器下部, 在溶剂蒸发过程中,晶粒沉积列滤器中。当顶定操作期结束时, 结晶盐滤器便可与结晶器主体分开, 液体经底部筛网排去, 而晶粒则可通过侧面出口排出。这种结晶器系蒸发式结品设备, 其循环过程平缓。在蒸发过程中,晶粒经过底部锥形漏斗沉积到下面的结晶盐滤器内。结晶盐滤器的位置和操作有利于排除最粗的晶粒, 而使较细的晶粒再循环, 让其进一步生长。由于蒸发过程是在列管周围发生的。因此在结晶器内壁和列管之间总会出现大量晶粒沉积。所以结晶过程的应用已有悠久历史。 结晶是大规模生产蔗糖、食盐、尿素等物质目前公认的最好工业方法。作为一种精制提纯的方法，结晶设备结构比较简单，操作不复杂，所以亦被广泛地应用于医药、农药、染料等生产中。尤其是近代液固分离与固体输送技术的发展，更有利于结晶法在更大范围中被采用。作为一种分离技术与精馏方法相比较，结晶法又有独到之处。在很多情况下，如沸点相近的物质、共沸物以及对热敏感的物质都不适于采用精馏法分离，利用它们的凝固点一般差别较大的性质，可采用结晶法。从节能角度分析，因对于一定物质其熔融潜热较蒸发潜热小得多，能耗也较合理。 新型工业结晶技术是跨学科的分离与生产技术，20年来在国际上取得了突出的进展。不仅传统工业结晶操作技术与设备在不断更新，而且新兴行业，如生物工程与生命科学、材料工业、催化剂制造、能源与环境、信息与通讯、电子行业也都离不开新型的结晶技术。工业结晶作为跨世纪发展的化工技术，将成为21世纪高新技术发展的基础手段之一。 结晶是固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物质中析出的过程。在工业上最常遇到的是溶液结晶。尽管结晶应用很广泛，其理论发展还很不成熟。近年来工业结晶技术的推广，新领域的开发以及应用理论的研究，在国际上异常活跃。在国内，随着石油化工、精细化工及生化、医药行业的发展，对工业结晶新技术提出了迫切的要求，和我国经济迅速发展的形势和需求相比，工业结晶新技术的开发与推广速度还急待提高，我国工业结晶界进入结晶工程阶段也指日可待。工业结晶的新技术主要集中在熔融结晶，反应沉淀结晶以及溶液结晶方面；在国际上，国际结晶发展的新动向是用熔融结晶提取高纯有机物质，由反应沉淀结晶制取生物化学物质(包括医药)、超微粒子及功能晶体。为了开发结晶粒子的设计，在机理研究方面，近期又侧重改变分子排列，以达到不同晶型的探索。 2 工业结晶技术的分类 由于结晶过程的多样性，到目前为止未见到严格的统一的分类方法。一般按结晶相变的特征，工业结晶主要可分为溶液结晶、熔融液结晶和蒸汽直接结晶三大类。如果按结晶技术而论，可分为一般结晶与再结晶两大方面。作为制备方法，常应用一般结晶（包括间歇的或连续的结晶，单级和多级结晶）即可。作为一种分离提纯的方法，即由一较复杂的混合物中分离出纯组份，仅依靠一般的方案不行，常常使用再结晶技术，按一定方案由溶液中或熔融液中多次重复结晶步骤，当重复步骤足够多时，可以达到必要的分离纯度。按分离的要求再结晶方案已被提出很多种，大致分为简单的再结晶与分步结晶两类。分步结晶技术，尤其是塔式分步结晶技术受到近代研究者们的重视。 研究产生过饱和度的方法有很多种，如冷却结晶法、蒸发法、萃取法、反应法等。 下面主要按相变特征对工业结晶进行分类讨论，同时参考其它方面的特点。 2.1 溶液结晶 溶液结晶主要分为六种基本类型： （1）冷却结晶：该方法通过降低温度来产生过饱和度。 （2）蒸发结晶：该方法通过溶剂的蒸发来产生过饱和度。 （3）真空结晶：该方法通过溶剂的闪蒸与蒸发来产生过饱和度。 （4）反应结晶：该方法由于放热效应移去溶剂产生过饱和度。 （5）其它沉淀结晶：该方法由于外加物质以降低溶解度产生过饱和度。 （6）加压结晶：该方法通过改变压力，降低溶解度来产生过饱和度。 （7）等电点结晶：该方法通过控制pH值，降低溶解度来产生过饱和度。 但对于结晶物质又习惯按其溶解度曲线分类，大致可分为三种类型。 （1） 溶解度曲线的形式类型l：物质有KNO3、NaNO3、NH4NO3、CaSO4、糖等。（2） 溶解度曲线的形式类型2：KCl、NaCl、(NH4)2SO2、K2SO4、对苯二甲酸等。（3） 溶解度曲线的形式类型3：Na2SO4、Zn