中國藥科大學高等制藥分離工程9結晶

1、第十章 結晶Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ,10．1 概述 結晶過程：固體物質以晶體狀態(tài)從蒸汽、溶液或熔融物中析出的過程。工業(yè)結晶技術作為高效的提純、凈化與控制固體特定物理形態(tài)的手段。,晶漿：在結晶器中結晶出來的晶體和剩余的溶液(或熔液)所構成的混懸物。母液：去除懸浮液中的晶體后剩下的溶液(或熔液)。,結晶過程中，含有雜質的母液(或熔液)會以表面粘附和晶間包藏的方式夾帶在固體產品中。需用適當?shù)娜軇腆w進行洗滌 。,結晶過程

2、的特點,1) 能從雜質含量相當多的溶液或多組分的熔融混合物中形成純凈的晶體。有時用其他方法難以分離的混合物系，采用結晶分離更為有效。如同分異構體混合物、共沸物系、熱敏性物系等。 2) 固體產品有特定的晶體結構和形態(tài)(如晶形、粒度分布等)。 3) 能量消耗少，操作溫度低，對設備材質要求不高，三廢排放少，有利于環(huán)境保護。 4) 結晶產品包裝、運輸、儲存或使用都很方便。,一、晶體結構與特性,結晶過程有四類：溶液結晶、熔融結晶

3、、沉淀結晶和升華結晶。晶體:內部結構中的質點元作三維有序規(guī)則排列的固態(tài)物質。晶體的自范性：如果晶體生長環(huán)境良好，則可形成有規(guī)則的結晶多面體（晶面）。晶體具有自發(fā)地生長成為結晶多面體的可能的性質，即晶體以平面作為與周圍介質的分界面。,晶體的均勻性：晶體中每一宏觀質點的物理性質和化學組成以及內部晶格都相同的特性。晶體的這個特性保證了工業(yè)生產中晶體產品的高純度。,一、晶體結構與特性,各向異性：晶體的幾何特性及物理效應常隨方向的不同而表現(xiàn)

4、出數(shù)量上的差異的性質。,晶格：構成晶體的微觀質點在空間中按三維空間點陣規(guī)律排列，各質點間在力的作用下，使質點得以維持在固定的平衡位置，彼此之間保持一定距離的結構。,晶形：晶體的宏觀外部形狀，它受結晶條件或所處的物理環(huán)境的影響比較大，對于同一種物質，即使基本晶系不變，晶形也可能不同，如六方晶體，它可以是短粗形、細長形或帶有六角的薄片狀，甚至旱多棱針狀。,七種晶系,晶體按其晶格結構可分為七種晶系,二、晶體的粒度分布,晶體粒度分布：不同粒度的

5、晶體質量(或粒子數(shù)目)與粒度的分布關系，它是晶體產品的一個重要質量指標?？捎煤Y分法(或粒度儀)進行測定，篩分結果標繪為篩下累積質量分數(shù)與篩孔尺寸的關系曲線，并可換算為累積粒子數(shù)及粒數(shù)密度與粒度的關系曲線，簡便的方法是以中間粒度和變異系數(shù)來描述粒度分布。,中間粒度(medium size，MS)：篩下累計質量分數(shù)為50％時對應的篩孔尺寸值。,粒度分布曲線,二、晶體的粒度分布,變異系數(shù)(coefficient of variation，

6、cv)：統(tǒng)計量，與Gaussian分布的標準偏差相關。,rm%為篩下累積質量分數(shù)為m％的篩孔尺寸。,對于一種晶體樣品，MS越大，→平均粒度大，CV值越小，粒度分布越均勻。,10.2 結晶過程的相平衡及介穩(wěn)區(qū),一、 溶解度 液固平衡:任何固體物質與其溶液相接觸時，當溶液尚未飽和，則固體溶解；當溶液恰好達到飽和，則固體溶解與析出的量相等，此時固體與其溶液已達到相平衡。 溶解度：固液相平衡時，單位質量的溶劑所能溶解的固體的質量。溶解度

7、的其他單位有：克/升溶液、摩爾／升溶液、摩爾分數(shù)等。 溶解度的影響因素：溶質及溶劑的性質、溫度及壓強。,幾種物質在水中的溶解度曲線,溶解度曲線特性,溶解度曲線:溶解度對溫度之間的關系曲線。,正溶解度特性：溶解度隨溫度的升高而增加，在溶解過程中需要吸收熱量的特性。L一維生素C、L一精氨酸,逆溶解度特性：物質的溶解度隨溫度升高反而下降，在溶解過程中放出熱量的特性 。Na2SO4,有一些形成水合物的物質，在其溶解度曲線上有折點，對應存在不

8、同水分子數(shù)的水合物之間的變態(tài)點 。L一精氨酸 、46OC 。,溶解度曲線特性,溶解度隨溫度變化較大的物質→冷卻結晶方法分離；溶解度隨溫度變化較小的物質→蒸發(fā)結晶法分離。,二、兩組分物系的固液相圖特征一定壓力下，在溫度和濃度坐標系中兩組分物系的固液相圖可分為四類。反映兩組分物系的固液相平衡關系。,雙組分低共熔物系固液相圖,1．低共熔型曲線AE和BE為不同組成混合物的固液平衡線。,低共熔點：點E的溫度，該點物系完全固化。,對于低共熔物系

9、，只要通過結晶即可得到純物質。,雙組分固體溶液物系固液相圖,2．固體溶液型,液相結晶線：混合物開始結晶的溫度與平衡液相組成之間的關系曲線。,固相熔化線：混合物開始熔融的溫度與固相組成之間的關系曲線。,對固體溶液物系，必須經(jīng)過多級固液平衡才能達到所要求的產品純度。,溶劑化合物熔化為同組成液相的物系固液相圖,3．化合物形成型,對于雙組分物系，可能生成一種或多種溶劑化合物。,CaCl2一H2O—CaCl2·6H2O,固相溶劑化合物能

10、與同樣組成的液相建立平衡關系,多晶型的雙組分低共熔型物系固液相圖,4．晶型轉變型,三、沉淀過程的溶度積原理,溶度積Kc:表示電解質在溶液中溶解度的大小。電解質在溶液中存在著解離平衡,若理想溶液且達到溶解平衡時，則有,分別為陽離子和陰離子的濃度。,溶度積的大小與電解質和溶劑的類型有關。,同離子效應：增加溶液中電解質的正離子（或負離子）濃度，會導致電解質溶解度的下降的現(xiàn)象。,四、溶液的過飽和與介穩(wěn)區(qū),飽和溶液：濃度恰好等于溶質的溶解度，即達

11、到固液相平衡時的溶液。,過飽和溶液：含有超過飽和量的溶質的溶液。,過飽和度：同一溫度下，過飽和溶液與飽和溶液的濃度差。溶液的過飽和度是結晶過程的推動力。,將一個完全純凈的溶液在不受任何擾動(無攪拌，無振蕩)及任何刺激(無超聲波等作用)的條件下，緩慢降溫，就可以得到過飽和溶液。但超過一定限度后，澄清的過飽和溶液就會開始自發(fā)析出晶核。,四、溶液的過飽和與介穩(wěn)區(qū),溶液的過飽和與超溶解度曲線,正溶解度特性的溶解度曲線,超溶解度曲線,,結晶過程應

12、盡量控制在介穩(wěn)區(qū)內進行，以得到平均粒度較大的結晶產品，避免產生過多晶核而影響最終產品的粒度。,穩(wěn)定區(qū)不可能進行結晶,,介穩(wěn)區(qū)不會自發(fā)地產生晶核。,不穩(wěn)區(qū)能自發(fā)產生晶核 。,10.3 結晶過程的動力學,一、結晶成核動力學,晶核:過飽和溶液中新生成的微小晶體粒子，是晶體生長過程的核心。晶核的大小粗估為數(shù)十納米至幾微米。,晶胚:在晶核形成之初，快速運動的溶質質點相互碰撞結合成的線體單元，線體單元增大到一定限度后粒子。晶胚極不穩(wěn)定 。,晶胚生長

13、到足夠大，能與溶液建立熱力學平衡時稱之為晶核。,成核方式可分為初級成核和二次成核兩類。,10.3 結晶過程的動力學,1．初級成核：在沒有晶體存在的條件下自發(fā)產生晶核的過程。初級成核分為非均相和均相初級成核。均相初級成核：潔凈的過飽和溶液進入介穩(wěn)區(qū)時，還不能自發(fā)地產生晶核，只有進入不穩(wěn)區(qū)后，溶液才能自發(fā)地產生晶核。這種在均相過飽和溶液中自發(fā)產生晶核的過程。均相初級成核速率：,A→指前因子；Vm→摩爾體積；k→Boltzmann常數(shù)；

14、 T→絕對溫度；σ→表面張力。,比飽和度,,10.3 結晶過程的動力學,初級成核過程中晶核的臨界粒徑與過飽和度間有關,在過飽和溶液中，只有大于臨界粒徑的晶核才能生存并繼續(xù)生長，小于此值的粒子則會溶解消失。,非均相初級成核：在工業(yè)結晶器中發(fā)生均相初級成核的機會比較少，實際上溶液中有外來固體物質顆粒，如大氣中的灰塵或其他人為引入的固體粒子，在非均相過飽和溶液中自發(fā)產生晶核的過程。這些外來雜質粒子對初級成核過程有誘導作用，非均相成核可在比

15、均相成核更低的過飽和度下發(fā)生。,10.3 結晶過程的動力學,初級成核速率與過飽和度的經(jīng)驗關聯(lián)式：,Kp→速率常數(shù)；△c→過飽和度；a→成核指數(shù),一般a>2。,初級成核速率較大，對過飽和度變化非常敏感，很難將其控制在一定的水平。除了超細粒子制造外，一般結晶過程都要盡量避免初級成核的發(fā)生。,2．二次成核：在已有晶體的條件下產生晶核的過程。二次成核的機理主要有流體剪應力成核和接觸成核。,剪應力成核：當過飽和溶液以較大的流速流過正在生長中

16、的晶體表面時，在流體邊界層存在的剪應力能將一些附著于晶體之上的粒子掃落，而成為新的晶核。,10.3 結晶過程的動力學,接觸成核：當晶體與其他固體物接觸時所產生的晶體表面的碎粒。在過飽和溶液中，晶體只要與固體物進行能量很低的接觸，就會產生大量的微粒。在工業(yè)結晶器中，晶體與攪拌槳、器壁間的碰撞，以及晶體與晶體之間的碰撞都有可能發(fā)生接觸成核。接觸成核的幾率往往大于剪應力成核。,二次成核速率的影響因素:溫度、過飽和度、晶體的粒度與硬度、攪拌

17、槳的材質等。描述二次成核速率經(jīng)驗表達式：,0<h≤4、 0.5<I≤3、 0.4<j≤2,n為攪拌強度，如轉速或攪拌槳葉端線速；?→懸浮液密度；G→晶體的生長速率,10.3 結晶過程的動力學,二、結晶生長動力學1．晶體生長機理 在過飽和溶液中已有晶體形成（加入晶種）后，以過飽和度為推動力，溶質質點會繼續(xù)一層層地在晶體表面有序排列，晶體將長大的過程。,晶體生長過程有三步：1）待結晶溶質借擴散作用穿過靠近晶體表面

18、的靜止液層，從溶液中轉移至晶體表面。2）到達晶體表面的溶質嵌人晶面，使晶體長大，同時放出結晶熱。3）放出來的結晶熱傳導至溶液中。,10.3 結晶過程的動力學,2．結晶生長速率,大多數(shù)溶液結晶時,晶體生長過程為溶質擴散控制，晶體的生長速率G為：,kg→生長速率常數(shù),對溶質擴散與表面反應共同控制的結晶生長過程，其生長速率常用經(jīng)驗公式估算。,Kg→晶體總生長速率常數(shù),Kg,與物系的性質、溫度、攪拌等因素有關。,g→生長指數(shù),,10.3

19、 結晶過程的動力學,△L定律:大多數(shù)物系，懸浮于過飽和溶液中的幾何相似的同種晶體都以相同的速率生長，即晶體的生長速率與原晶粒的初始粒度無關。 但某些物系，晶體生長速率不服從△L定律，而是與粒度的大小相關,如鉀礬水溶液。,結晶生長分散現(xiàn)象:在同一過飽和度下，相同粒度的同種晶體卻以不同的速率生長的現(xiàn)象。晶核的生長常常呈現(xiàn)這種行為，因此在超微粒子的生產中要注意它的影響。,10.3 結晶過程的動力學,3．結晶物理環(huán)境對晶體生長過程的影響,

20、環(huán)境條件的改變會導致最終結晶產品的外觀形態(tài)和晶型的改變，原因是不同的環(huán)境條件對晶體各個晶面生長速率的影響不同。,結晶過程中，晶面生長速率的影響因素有兩類，,1)晶體內部單元對晶面的各種應力；它是由晶體內部結構決定的，一般不易改變。2)晶面與周圍環(huán)境的各種作用，如界面粘度、界面張力、表面能、界面分子對周圍環(huán)境中分子的作用力等。在實驗和生產中較易改變和控制的。最有效和簡便的手段是改變溶劑或往結晶母液中加入某些特定的添加劑。,10．4

21、溶液結晶過程與設備,一.溶液結晶過程 溶液結晶:晶體從過飽和的溶液中析出的過程。 溶液結晶類型:冷卻結晶法、蒸發(fā)結晶法、真空冷卻結晶法、鹽析(溶析)結晶法、反應結晶法。 1.冷卻結晶:溶液通過冷卻降溫變成過飽和，基本上不去除溶劑過程。適用于溶解度隨溫度的降低而顯著下降的物系。,10．4 溶液結晶過程與設備,冷卻結晶方法：自然冷卻、間壁換熱冷卻和直接接觸冷卻。,自然冷卻法：將熱的結晶溶液置于的結晶釜中，靠大氣自然冷卻而降溫結晶

22、。特點:產品純度較低，粒度分布不均，易發(fā)生結塊現(xiàn)象。,設備所占空間大，容積生產能力較低。但結晶過程設備造價低。,間壁換熱冷卻結晶：典型的內循環(huán)式，冷卻量由夾套換熱器傳遞。換熱面積的較小，換熱量不大。,10．4 溶液結晶過程與設備,內循環(huán)式間壁冷卻結晶器,外循環(huán)式結晶器傳熱系數(shù)較大，換熱面積可變，但必須選用合適的循環(huán)泵，以避免懸浮晶體的磨損破碎。,10．4 溶液結晶過程與設備,外循環(huán)式間壁冷卻結晶器,10．4 溶液結晶過程與設備

23、,外循環(huán)式間壁冷卻結晶器2,間壁換熱冷卻結晶過程的主要困難：在冷卻表面上常會有晶體結出，稱為晶疤或晶垢，使冷卻效果下降。,直接接觸冷卻結晶：通過冷卻介質與熱母液的直接混合而達到冷卻結晶的過程。冷卻介質有空氣、與結晶溶液不互溶的碳氫化合物和專用的液態(tài)冷凍劑。 冷卻介質可能對結晶產品產生污染，選用的冷卻介質不能與結晶母液中的溶劑互溶或者雖互溶但應易于分離。,10．4 溶液結晶過程與設備,10．4 溶液結晶過程與設備,2.蒸發(fā)結

24、晶:使溶液在常壓或減壓下蒸發(fā)濃縮而達到過飽和的結晶過程。適用于溶解度隨溫度降低而變化不大或具有逆溶解度特性的物系。對晶體的粒度不能有效的加以控制。消耗的熱能較多，加熱面問題也給操作帶來困難。 蒸發(fā)結晶器常在真空度不高的減壓下操作。降低操作溫度，以利于熱敏性產品的穩(wěn)定，并減少熱能損耗。,10．4 溶液結晶過程與設備,3.真空絕熱冷卻結晶：使溶劑在真空下閃急蒸發(fā)而使溶液絕熱冷卻的結晶法。適用于具有正溶解度特性而溶解度隨溫度的變

25、化率中等的物系。,操作原理：把熱濃溶液送入絕熱保溫的密閉結晶器中，器內維持較高的真空度，由于對應的溶液沸點低于原料液溫度，溶液閃急蒸發(fā)而絕熱冷卻到與器內壓強相對應的平衡溫度。溶液通過蒸發(fā)濃縮及冷卻兩種效應來產生過飽和度。,10．4 溶液結晶過程與設備,特點：主體設備結構相對簡單，無換熱面，操作比較穩(wěn)定，不存在晶垢妨礙傳熱的問題。,10．4 溶液結晶過程與設備,4.鹽析(溶析)結晶鹽析(溶析)結晶：向溶液中加入某些物質，以降低溶質

26、在原溶劑中的溶解度，產生過飽和度的方法。鹽析劑的要求：能溶解于原溶液中的溶劑，但不（很少）溶解被結晶的溶質，而且溶劑與鹽析劑的混合物易于分離(用蒸餾法)。NaCl是一種常用的鹽析劑，如在聯(lián)合制堿法中，向低溫的飽和氯化銨母液中加入NaCl，利用同離子效應，使母液中的氯化銨盡可能多地結晶出來，以提高結晶收率。,10．4 溶液結晶過程與設備,溶析結晶：向溶液中加入其他的溶劑使溶質析出的過程。如使不溶于水的有機物質從可溶于水的有機溶劑中

27、結晶出來，此時加入酌量的水于溶液中。制藥行業(yè)中，常向含有醫(yī)藥物質的水溶液中加入某些有機溶劑(如低碳醇、酮、酰胺類等)的方法使產物結晶出來。特點：結晶溫度較低，對熱敏性物質的結晶有利；一般雜質在溶劑與鹽析劑的混合物中有較高的溶解度，以利于提高產品的純度；與冷卻法結合，可提高結晶收率。需要回收設備來處理結晶母液，以回收溶劑和鹽析劑。,10．4 溶液結晶過程與設備,5．反應結晶 氣體與液體或液體與液體之間發(fā)生化學反應以產生固體沉淀

28、，固體的析出是由于反應產物在液相中的濃度超過了飽和濃度或構成產物的各離子的濃度超過了溶度積的結果。 反應結晶過程可分為反應和結晶兩步，隨著反應的進行，反應產物的濃度增大并達到過飽和，在溶液中產生晶核并逐漸長大為較大的晶體顆粒。 反應結晶產生的固體粒子一般較小。要想獲得符合粒度分布要求的晶體產品，必須小心控制溶液的過飽和度，如將反應試劑適當稀釋或適當延長沉淀時間。,10．4 溶液結晶過程與設備,二、典型的溶液結晶器強迫外

29、循環(huán)結晶器、流化床結晶器、DTB結晶器等。1．強迫外循環(huán)結晶器結晶器可用于間接冷卻法、蒸發(fā)法及真空冷卻法結晶過程。特點：生產能力很大，泵所需的壓頭較高，循環(huán)晶漿中晶體與葉輪之間的接觸成核速率較高。循環(huán)量較低，產品平均粒度較小，粒度分布較寬。,10．4 溶液結晶過程與設備,2．流化床型結晶器 特點：過飽和度產生的區(qū)域與晶體成長區(qū)分別設置在結晶器的兩處，循環(huán)液中基本上不含晶粒，從而避免發(fā)生葉輪與晶體間的接觸成核現(xiàn)象，結晶室的粒度分

30、級作用，使這種結晶器所生產的晶體大而均勻。生產能力受到限制，必須限制液體的循環(huán)速度及懸浮密度，把結晶室中懸浮液的澄清界面限制在循環(huán)泵的入口以下，以防止母液中挾帶明顯數(shù)量的晶體。,10．4 溶液結晶過程與設備,流化床型結晶器,10．4 溶液結晶過程與設備,流化床型結晶器,10．4 溶液結晶過程與設備,3. DTB型結晶器具有導流桶及擋板的結晶器的簡稱。晶漿內循環(huán)結晶器。 用于真空冷卻法、蒸發(fā)法、直接接觸冷凍法以及反應結晶法等多

31、種結晶操作。 性能優(yōu)良，生產強度高，能產生粒度達600～1200μm的大粒結晶產品，器內不易結晶疤。,10．4 溶液結晶過程與設備,DTB型真空結晶器,10．5 結晶操作及其應用,一、結晶操作特性 結晶是在過飽和溶液中生成新相的過程，涉及固液相平衡。對特定的目標產物及物系，需通過實驗確定合適的結晶操作條件，滿足結晶產品質量要求，提高結晶生產能力，降低過程成本。結晶操作中的問題。1．過飽和度 增大溶液過飽和度可提高成核

32、速率和生長速率，有利于提高結晶生產能力。,10．5 結晶操作及其應用,過飽和度過大會出現(xiàn)問題：1） 成核速率過快，產生大量微小晶體，結晶難以長大；2） 結晶生長速率過快，影響結晶質量；3） 結晶器壁容易產生晶垢。 存在最大過飽和度，可保證在較高成核和生長速率的同時，不影響結晶的質量。在不易產生晶垢的過飽和度下進行。,10．5 結晶操作及其應用,10．5 結晶操作及其應用,2．溫度 溫度的不同，生成的晶形和結晶水會發(fā)生改

33、變，溫度一般控制在較小的溫度范圍內。冷卻結晶時，若降溫速度過快，溶液很快達到較高的過飽和度，生成大量微小晶體，影響結晶產品的質量。溫度最好控制在飽和溫度與過飽和溫度之間。蒸發(fā)結晶時，蒸發(fā)速度過快，則溶液的過飽度較大，生成微小晶體，附著在結晶表面，影響結晶產品的質量。蒸發(fā)速度應與結晶生長速率相適應，保持溶液的過飽和度一定。工業(yè)結晶操作常采用真空絕熱蒸發(fā)，不設外部循環(huán)加熱裝置，蒸發(fā)室內溫度較低，可防止過飽和度的劇烈變化。,10．5 結晶

34、操作及其應用,3．攪拌與混合增大攪拌速度可提高成核和生長速率，攪拌速度過快會造成晶體的剪切破碎，影響結晶產品質量。為獲得較好的混合狀態(tài)，同時避免結晶的破碎，可采用氣提式混合方式，或利用直徑或葉片較大的攪拌槳，降低槳的轉速。,10．5 結晶操作及其應用,4．溶劑與pH值結晶操作采用的溶劑和pH值應使目標溶質的溶解度較低，以提高結晶的收率。溶劑和pH值對晶形有影響。如普魯卡因青霉素在水溶液中的結晶為方形晶體，在醋酸丁酯中的結晶為長棒狀

35、。在設計結晶操作前需實驗確定使結晶晶形較好的溶劑和pH值。,10．5 結晶操作及其應用,5.晶種向處于介穩(wěn)區(qū)的過飽和溶液中添加顆粒均勻的晶種。對于溶液粘度較高的物系，晶核很難產生，而在高過飽度下，一旦產生晶核，就會同時出現(xiàn)大量晶核，容易發(fā)生聚晶現(xiàn)象，產品質量不易控制。高粘度物系必須用在介穩(wěn)區(qū)內添加晶種的操作方法。,10．5 結晶操作及其應用,6．晶漿濃度晶漿濃度越高，單位體積結晶器中結晶表面積越大，結晶生長速率越快，有利于提高

36、結晶生產速度(產量)。但晶漿濃度過高時，懸浮液的流動性差，混合操作困難。晶漿濃度應在操作條件允許的范圍內取最大值。在間歇操作中，晶種的添加量應根據(jù)最終結晶產品的大小，滿足晶漿濃度最大的高效生產要求。,10．5 結晶操作及其應用,7．循環(huán)流速用外部循環(huán)式結晶器時，循環(huán)流速的設定要合理。提高循環(huán)流速1）有利于消除設備內的過飽和度分布，使設備內的結晶成核速率及生長速率分布均勻；2）可增大固液表面?zhèn)髻|系數(shù)，提高結晶生長速率；3）提

37、高換熱效率，抑制換熱器表面晶垢的生成；循環(huán)流速過高會造成結晶的磨損破碎。循環(huán)流速應在無結晶磨損破碎的范圍內取較大的值。如果結晶器具備結晶分級功能，循環(huán)流速也不宜過高，應保證分級功能的正常發(fā)揮。,10．5 結晶操作及其應用,8．結晶系統(tǒng)的晶垢 結晶器壁及循環(huán)系統(tǒng)中產生晶垢，影響結晶過程效率。防止晶垢或除去晶垢方法：1）壁內表面采用有機涂料，保持壁面光滑，防止在器壁上的二維成核現(xiàn)象的發(fā)生；2）提高結晶系統(tǒng)中流體流速，使流速分布均

38、勻，消除低流速區(qū)；3）若外循環(huán)液體為過飽和溶液，使其中不含有晶種；4）采用夾套保溫方式防止壁面附近過飽和度過高；5）增設晶垢鏟除裝置，定期添加溶劑溶解產生的晶垢；6）蒸發(fā)室壁面極易產生晶垢，可采用噴淋溶劑的方式溶解晶垢。,10．5 結晶操作及其應用,9．共存雜質的影響結晶的對象是多組分物系，要選擇性結晶目標產物。如果共存雜質的濃度較低，一般對目標產物的結晶無明顯影響。但如果在結晶操作中雜質含量不斷升高(如采用蒸發(fā)式結晶操作

39、時)，雜質的積累會嚴重影響目標產物結晶的純度。結晶操作中需要控制雜質的含量，往往在結晶系統(tǒng)中增設除雜設備。離子交換柱或廢液排放。,10．5 結晶操作及其應用,二、 應用1．抗生素 2．氨基酸氨基酸是兩性電解質，在等電點附近溶解度最小。等電點結晶法是分離純化氨基酸的主要單元操作。 3．光學拆分結晶法(1)優(yōu)先結晶法 和(2)復合體結晶法,10．5 結晶操作及其應用,dl苯丙氨酸復合物的法光學拆分,1 0．6 熔融結晶過程與

40、設備,熔融結晶:根據(jù)分離物質之間的凝固點不同而實現(xiàn)結晶分離的過程。用于有機物的分離提純。一、熔融結晶的基本操作模式熔融結晶過程的三種基本操作模式。1）逐步冷凝法（定向結晶法）：在冷卻表面上從靜止的或熔融體滯流膜中沉析出結晶層。2）懸浮床結晶法：在有攪拌的容器中從熔融體中快速結晶析出晶體粒子，該粒子懸浮在熔融體之中，然后再經(jīng)純化、融化而作為產品排出。,1 0．6 熔融結晶過程與設備,3）區(qū)域熔煉法:使待純化的固體材料，順序局部加熱

41、，使熔融區(qū)從一端到另一端通過錠塊，以完成材料的純化或提高結晶度，改善材料的物理性質。前兩種結晶方法用于有機物的分離與提純，第三種用于冶金材料精制或高分子材料的加工。 99.99％對二氯苯 、99.95％的對二甲苯 、和雙酚A,熔融與溶液結晶過程的比較,1 0.6 熔融結晶過程與設備,二、熔融結晶設備1．塔式結晶器 優(yōu)點是能在單一的設備中達到相當于若干個分離級的分離效果，有較高生產能力。一個塔式結晶器有冷凝段、提純段及熔融段三

42、部分。 塔式結晶器操作原理與精餾塔相似，是在固液兩相之間進行。,塔式結晶器,1 0.6 熔融結晶過程與設備,2．蘇爾壽MW B結晶器裝置的主體設備為立式列管換熱器式的結晶器。 結晶器適用于低共熔及固體溶液物系的分離，得到的產品純度非常高。,蘇爾壽MW B結晶器,1 0.6 熔融結晶過程與設備,3布朗迪提純器 由提純段、精制段及回收段組成，其中精制段及回收段水平放置，內裝刮帶式輸送器。提純段垂直放置，內裝緩慢運轉的攪拌器。,

43、布朗迪結晶裝置,10．7 其他結晶方法,其他的特殊結晶方法有升華結晶、沉淀結晶、噴射結晶、冰析結晶等。升華是指物質直接從固態(tài)變成氣態(tài)的過程，反升華則是氣態(tài)物質直接凝結為固態(tài)的過程。升華結晶過程包括這兩步，以實現(xiàn)把一個升華組分從含其他不升華組分的混合物中分離出來。碘、萘、樟腦等常采用這種方法進行分離提純。,10．7 其他結晶方法,沉淀結晶包括反應結晶和鹽析結晶兩個過程。反應結晶過程產生過飽和度的方法是通過氣體或液體與液體之間的化學反