化学化工-结晶.pdf

结 晶 结 晶 结晶：结晶是指固体物质以晶体状态从溶液 结晶：结晶是指固体物质以晶体状态从溶液 、蒸汽或熔融物中析出的过程。熔融结晶和 、蒸汽或熔融物中析出的过程。熔融结晶和 溶液结晶。 溶液结晶。 结晶在化工过程中的应用： 结晶在化工过程中的应用： 1.大宗的无机盐：糖、盐、硝酸铵、尿素等 1.大宗的无机盐：糖、盐、硝酸铵、尿素等 。糖+盐100兆吨，化肥 1兆吨 。糖+盐100兆吨，化肥 1兆吨 2.冶金和材料工业中，结晶也是关键单元操 2.冶金和材料工业中，结晶也是关键单元操 作。 作。 3.医药等精细化学品。 3.医药等精细化学品。 在高新技术领域中的应用越来越广，如蛋白 在高新技术领域中的应用越来越广，如蛋白 质、纳米粒子和超纯材料的制造。 质、纳米粒子和超纯材料的制造。 结晶的特点 结晶的特点 1. 产品纯度高：结晶过程中，物质 1. 产品纯度高：结晶过程中，物质 只能在同种物质上生长，因此结晶可 只能在同种物质上生长，因此结晶可 得到高纯的固体产品。 得到高纯的固体产品。 2. 可分离难分离的物系：同分异构体 2. 可分离难分离的物系：同分异构体 混合物、共沸物、和热敏物质。 混合物、共沸物、和热敏物质。 3. 能耗低，操作条件安全。结晶热仅 3. 能耗低，操作条件安全。结晶热仅 为蒸发潜热的1/3 – 1/10。 为蒸发潜热的1/3 – 1/10。 结晶的特点 结晶的特点 4. 过程复杂，涉及到多相、多组分的 4. 过程复杂，涉及到多相、多组分的 传热和传质过程及表面反应，尚有晶 传热和传质过程及表面反应，尚有晶 粒粒度分布等问题。 粒粒度分布等问题。 5. 结晶过程的缺点是收率低，且结晶 5. 结晶过程的缺点是收率低，且结晶 母液的处理往往很麻烦。 母液的处理往往很麻烦。 8.1 晶体的概念 • 内部结构中的质点元素(原子、离子、分 子)作三 维有序规则排 的固态物质。 • 所形成有规则的多面体外形，称为结晶多面体。 • 多面体的表面称为晶面，棱称为晶棱。 • 特点： 晶体的物理性质和化学 性质在宏观上具有均一性， 并具有各向异性。 8.1 晶体的概念 • 构成晶体的微观质点在晶体所占有的空间中按一定 的几何规律排列，各质点间有力的作用，它是晶体 结构中的键。 • 由于键的存在，质点得以维持在固定的平衡位置上 ，彼此保持一定距离，形成空间晶格。 8.1 晶体的概念 • 晶体按照晶格空间结构可分为七种晶系。 8.1 晶体的概念 • 对于不同的物质，所属的晶系可能不同；对于同一 种物质，当所处的物理环境（T、P ）改变时，晶 系也可能变化。 • 例如： 硝酸铵在-18℃和125 ℃之间有五种晶系变化 ： TiO2:板钛型-锐钛型-金红石 8.1 晶体的概念 • 晶体的粒度 对于一定形状的晶体，其粒度可选择某种长度 为特征尺寸L，该尺寸对应于体积形状因子k 和面 v 积形状因子k ，于是晶体的体积和表面积可分别写 a 成: 特征尺寸接近于筛析确定的晶体颗粒。 8.1 晶体的概念 • 形状因子 晶体的体积形状因子与面积形状因子等于6或 结近6. • 晶体的特点： • 自范性 晶体物质在适当的结晶条件下，都能自发地 成长为单晶体，发育良好的单晶体均以平面 作为它与周围物质的界面，而呈现出凸多面 体。这一特征称之为晶体的自范性。 8.1 晶体的概念 • 晶体的特点： 晶面角守恒定律：同一物质的不同晶体在同一 温度和压强下晶面的数目、大小、形状可能 有很大的差别，但对应的晶面之间夹角是恒 定的.以上是晶面角守恒定律。 各向异性 对称性. 8.2 结晶过程 • 结晶过程可分为溶液结晶，熔融结晶，升华结晶， • 结晶过程可分为溶液结晶，熔融结晶，升华结晶， 和沉淀结晶。 和沉淀结晶。 • 溶液结晶是指溶质自动从过饱和溶液中析出，形成 • 溶