制药工程原理与设备-03分离工程基础与设备6(结晶).ppt

第二部分 结晶 一、概念 二、结晶操作的特点 三、结晶基本理论 四、晶核生成和晶体生长理论 五、结晶溶液的形成及结晶控制 六、常用结晶设备 七、重结晶 一、概念 结晶是固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程。 固体状态： 1.结晶：析出速度慢，析出粒子排列有规则； 2.无定形：（沉淀）析出速度快，排列无规则； 二、结晶操作的特点 1. 结晶为同类分子或离子进行规则排列的过程，因此结晶具有高选择性； 2. 结晶后，大部分杂质留在母液中，经过滤、洗涤得纯度高的晶体； 3. 结晶成本低，设备简单，操作方便，因此应用广泛。广泛应用于氨基酸、有机酸、抗生素、维生素、核酸等产品的精制。 三、结晶基本理论 1. 溶解过程、溶解度及其主要影响因素 ① 溶解过程 可溶性固体由于分子运动在溶质和固体的溶剂间进行两种分子扩散：一是分子从固体表面扩散到液体内部；二是从液体内部扩散到固体表面；开始阶段分子向液体内部扩散速率大于从液体内部扩散到固体的速率，表观上处于溶解状态；当两者速率相等时即固液达到平衡状态，表观上固体不再溶解，但实质上处于动态平衡，溶解和结晶在同时进行，只不过速率相同而已。 ② 溶解度：一定条件下，100g溶剂溶解的溶质的量。 ③ 影响溶解度的因素 A. 温度 a. 一般情况下，温度上升，溶解度上升，只是上升的幅度不同而已。 b. 先增大后减小 Na2SO4：开始在水中以结晶水合物的形式存在，之后为Na2SO4。 c. 溶解度随温度升高而降低 Ca（OH）2 少量的有机物——如螺旋霉素。 B．PH值 大多数药物和大分子有机分子，如：蛋白质、氨基酸等，在其等电点处的溶解度最小，等电点PI=4-6，调节PH值与等电点PI相等可使其溶解度最小。 C. 离子强度 对于有机药物溶液，加入盐的量改变离子强度，也改变了溶质和溶剂间的能量平衡，也会降低药物在溶液中的溶解度。 D. 压力 压力对气体物质的溶解度有较大的影响。 2. 过饱和 达到固液相平衡时的溶液称为饱和溶液。 溶液中含有超过饱和量的溶质称为过饱和溶液（在无扰动、无刺激的条件下降温即可形成）。 过饱和度： C-过饱和溶液的浓度; C*-饱和浓度。 3. 结晶溶解相平衡图 三区特征： 稳定区：绝无结晶的可能（原因：溶液未达到饱和）； 介稳区：溶液过饱和，但无扰动、无刺激下无结晶； 不稳区：肯定要有结晶析出； 4. 晶体物质溶解度与其颗粒半径的关系 Kelvin公式： -颗粒半径； -对应的溶质颗粒的溶解度； -颗粒与液体的界面张力；ρ-固体颗粒的密度； 结论： ① 半径小的颗粒溶解度大； 若 ，则 ， ， ， 。 ② 过饱和度越大，颗粒直径越小； 若 ，则 ， 。 四、晶核生成和晶体生长理论 结晶基本现象 结晶过程中，过饱和度越大，结晶速率越大，结晶颗粒数目多且小，而过饱和度不很大时，颗粒少而大，因此认为结晶分为晶核生成和晶体生长两个阶段。 1. 晶核生成 2. 晶体生长（符合扩散理论） 3. 晶核生成与晶体生长的关系 当S较大时，晶核生成速度增加，晶体生长速度也增加，但晶核生成速度增加急剧，必然导致数量多，粒径小。如果延长结晶时间；晶核数量会减少，晶体粒径会增大。 原因:小粒度晶体比表面积大，所以被溶解的可能性就大，溶解之后，在动态平衡中由于大粒度晶体比表面积小，被溶解的溶质就会结晶在大粒度晶体上 。 五、结晶溶液的形成及结晶控制 1. 结晶液的形成方法 ① 冷却结晶：降低温度，降低溶质的溶解度实现结晶； ② 蒸发结晶：减少溶剂，使溶液达到过饱和而实现结晶； ③ 真空绝热冷却结晶：冷却和蒸发溶剂的结合； ④ 加压结晶：对蒸气结晶而言； ⑤ 盐析结晶：利用盐改变溶质和溶剂的能量平衡，降低溶解度的方法； ⑥ 化学结晶：加入反应剂产生新物质，新物质溶解度超过饱和溶解度时结晶析出。 2. 结晶的控制 ① 操作方式的控制 一般,结晶是通过降低温度的方式实现的.但是降温结晶只能析出部分的物质,难以析出大部分溶质,因此操作过程中,一般控制蒸除溶剂并辅以降温. 2. 结晶的控制 ② 过饱和度的控制 并非所有的操作都要求产生大粒度颗粒，如：难溶药物，为利于人体吸