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1、第九章第九章结晶结晶a：金刚石：金刚石b: 石墨石墨c: 六角金刚石六角金刚石d, e, f: 足球烯足球烯g, h: 石墨烯石墨烯一、概述一、概述结晶：结晶：固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析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、净化与控制固出的过程。工业结晶技术作为高效的提纯、净化与控制固体特定物理形态的手段体特定物理形态的手段 晶晶浆浆：在在结结晶晶器器中中结结晶晶出出来来的的晶晶体体和和剩剩余余的的溶溶液液(或或熔熔液液)所所构成的混悬物。构成的混悬物。母液母液：去除悬浮液中的晶体后剩下的溶液：去除悬浮液中的晶体后剩下的溶液(或熔液或熔
2、液)。 结晶过程中，含有杂质的母液结晶过程中，含有杂质的母液(或熔液或熔液)会以表面粘附和晶间包会以表面粘附和晶间包藏的方式夹带在固体产品中。用适当的溶剂对固体进行洗涤藏的方式夹带在固体产品中。用适当的溶剂对固体进行洗涤。第一节第一节基本概念基本概念结晶过程的特点结晶过程的特点 1) 选选择择性性高高，能能从从杂杂质质含含量量相相当当多多的的溶溶液液或或多多组组分分的的熔熔融融混混合合物物中中直直接接分分离离获获得得高高纯纯或或超超纯纯的的晶体制品。晶体制品。 2) 适适用用于于难难以以分分离离的的混混合合物物系系，采采用用结结晶晶分分离离更更为为有有效效。如如同同分分异异构构体体混混合合物物
3、、共共沸沸物物系系、热热敏性物系等。敏性物系等。 3) 能量消耗少，操作温度低。能量消耗少，操作温度低。4) 对对设设备备材材质质要要求求不不高高，三三废废排排放放少少，有有利利于于环环境保护。境保护。一、晶体一、晶体结构与特性结构与特性结晶过程结晶过程：溶液结晶、熔融结晶、沉淀结晶和升华结晶。：溶液结晶、熔融结晶、沉淀结晶和升华结晶。晶晶体体: :内内部部结结构构中中的的质质点点元元作作三三维维有有序序规规则则排排列列的的固固态态物质。物质。均匀性均匀性：晶体中每一宏观质点的物理性质和化学组成以及：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。晶体的这个特性保证了工业生产中
4、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。晶体产品的高纯度。各向异性各向异性：晶体的几何特性及物理效应常随方向的不同而：晶体的几何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。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晶晶体体所所占占有有的的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维持在固定的平衡位置以维持在固定的平衡位置，彼此之间保持一定距离的结构。，彼此之间保持一定距离的结构。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
5、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、细细长长形形或或带有六角的薄片状，甚至旱多棱针状。带有六角的薄片状，甚至旱多棱针状。七种晶系七种晶系晶体按其晶格结构可分为七种晶系晶体按其晶格结构可分为七种晶系一、一、 溶解度溶解度溶溶解解度度：一一定定温温度度下下，溶溶质质在在溶溶剂剂中中的的最最大大溶溶解解能能力力。溶溶解解度度的的单单位位有有：kg溶溶质质/kg溶溶剂剂，克克/升升溶溶液液、摩摩尔尔升升溶液、摩尔分数等。溶液、摩尔
6、分数等。液液固固平平衡衡: 任任何何固固体体物物质质与与其其溶溶液液相相接接触触时时，当当溶溶液液尚尚未未饱饱和和，则则固固体体溶溶解解；当当溶溶液液恰恰好好达达到到饱饱和和，则则固固体体溶溶解解与与析析出出的的量量相相等等，此此时时固固体体与与其其溶溶液液已已达达到到相相平平衡衡。因因此此，溶溶解解度度习习惯惯上上称称为为饱饱和和浓浓度度或或平平衡衡浓浓度度，其其对对应应的的溶溶液液称称为饱和溶液。为饱和溶液。溶解度的影响因素溶解度的影响因素：溶质及溶剂的性质、温度及压强。：溶质及溶剂的性质、温度及压强。 溶解度曲线溶解度曲线: :溶解度对温度之间的关系曲线。溶解度对温度之间的关系曲线。正溶
7、解度特性正溶解度特性逆溶解度特性逆溶解度特性溶解度数据是结晶操作的重要依据，可以大体计算晶体产量。溶解度数据是结晶操作的重要依据，可以大体计算晶体产量。 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，即即达达到到固固液液相相平衡时的溶液。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液的浓度差同一温度下，过饱和溶液与饱和溶液的浓度差。溶液的过饱和度是结晶过程的推动力。溶液的过饱和度是结晶过程的推动力。 将饱和溶液缓慢降将至一定温度后，就可以得到过饱和将饱和溶液缓慢降将至一定温度
8、后，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，该浓度界限所连成的曲线称为发析出晶核，该浓度界限所连成的曲线称为超溶解度曲线。超溶解度曲线。相对过饱和度相对过饱和度：过饱和度与对应温度下的饱和度之比。：过饱和度与对应温度下的饱和度之比。C：过饱和溶液浓度：过饱和溶液浓度C*：饱和溶液浓度：饱和溶液浓度溶液的过饱和与介稳区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溶解度曲线正溶解度特性的溶正溶解度特性的溶解度曲线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，以得到平均粒度较
9、大的结晶产结晶过程应尽量控制在介稳区内进行，以得到平均粒度较大的结晶产品，避免产生过多晶核而影响最终产品的粒度。品，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产不会自发地产生晶核。生晶核。不稳区不稳区能自发产生晶能自发产生晶核核。例：例：KNOKNO3 3在水中的溶解度，在水中的溶解度，2020时为时为0.304kg/kg0.304kg/kg， 100 100时为时为2.470kg/kg2.470kg/kg。若将。若将1000kg1000kg，100100的的KNOKNO3 3在在水饱和溶液冷却水饱和溶液冷却 降温至降温至2020，计算
10、理论上可以析出的晶，计算理论上可以析出的晶体质量。体质量。一、结晶操作的性能指标一、结晶操作的性能指标晶体产品的纯度晶体产品的纯度: :结晶操作一般要求较高的纯度，纯度越高，结晶操作一般要求较高的纯度，纯度越高，产品附加值越大产品附加值越大。工业结晶过程中，影响结晶纯度的因素主要有。工业结晶过程中，影响结晶纯度的因素主要有母液、晶体粒度、晶簇、杂质等。母液、晶体粒度、晶簇、杂质等。 母液：母液：母液中含有较多的杂质，处理不净，易降低产品的纯度，晶浆分离后，利用纯溶剂进行洗涤，以除去残留于空隙间的母液及杂质。晶体粒度：晶体粒度：粒度大而均匀的晶粒母液夹带量小，且易于过滤和洗涤。晶簇：晶簇：晶簇容
11、易包藏母液，因此操作时可适当加以搅拌。色素：色素：添加适量的活性炭，脱去溶液中的色素等杂质。实际生产中，通常需要进行重结晶。实际生产中，通常需要进行重结晶。第二节第二节结晶操作与控制结晶操作与控制晶体的产量晶体的产量: :晶体的产量取决于溶液的初始浓度和结晶后母晶体的产量取决于溶液的初始浓度和结晶后母液的浓度，而后者由操作的终了温度所决定。液的浓度，而后者由操作的终了温度所决定。随温度变化敏感的物系结晶，操作温度降低，溶解度减小，母随温度变化敏感的物系结晶，操作温度降低，溶解度减小，母液浓度降低，因此产量可以提高。然而，温度降低，杂质的溶解液浓度降低，因此产量可以提高。然而，温度降低，杂质的溶
12、解度也随之降低，杂质的析出量也相应增大，导致晶体纯度的下降。度也随之降低，杂质的析出量也相应增大，导致晶体纯度的下降。此外，低温也将引起母液稠度的增加，导致微细晶粒的大量涌此外，低温也将引起母液稠度的增加，导致微细晶粒的大量涌现，易造成晶体粒度分布的不均。现，易造成晶体粒度分布的不均。为提高产量，通常对结晶后的母液进行回收再利用，即实现母为提高产量，通常对结晶后的母液进行回收再利用，即实现母液的循环套用，可提高溶质的析出量。液的循环套用，可提高溶质的析出量。二、结晶过程二、结晶过程晶核晶核: :过饱和溶液中新生成的微小晶体粒子，是晶体生长过程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
13、心。的核心。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撞结合成在晶核形成之初，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。晶胚极不稳定的线体单元，线体单元增大到一定限度后粒子。晶胚极不稳定。晶胚晶胚生长到足够大，能与溶液建立热力学平衡时称之为生长到足够大，能与溶液建立热力学平衡时称之为晶核。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。初级成核：初级成核：在没有晶体存在的条件下自发产生晶核的过程。在没有晶体存在的条件下自发产生晶核的过程。二二次次成成
14、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，在在工工业业结结晶晶中，中，二次成核二次成核过程为晶核的过程为晶核的主要来源主要来源。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序排排列，晶体将长大的过程。列，晶体将长大的过程。晶体生长过程有两步晶体生长过程有两步：1）第第一一步步，待待结结晶晶溶溶质质由由溶溶液液主主体体向向晶晶体体表表面面的的转转移移扩扩散散过程；过程；2）第二步，溶质由晶体表面嵌入晶
15、面的表面反应过程。）第二步，溶质由晶体表面嵌入晶面的表面反应过程。三、结晶方式三、结晶方式晶体从过饱和的溶液中析出的过程，同一物质采用不同的结晶体从过饱和的溶液中析出的过程，同一物质采用不同的结晶方式，可以获得完全不同的晶形，并影响晶体的其它品质。晶方式，可以获得完全不同的晶形，并影响晶体的其它品质。常用的结晶方式有：常用的结晶方式有：自然结晶自然结晶: 在没有搅拌和外加晶种的条件下，过饱和溶液自在没有搅拌和外加晶种的条件下，过饱和溶液自然生成晶体的方式称为自然结晶。然生成晶体的方式称为自然结晶。 自然结晶获得的晶体颗粒较大，表面积较小，不易潮解，自然结晶获得的晶体颗粒较大，表面积较小，不易潮
16、解，一般适用于熔点低、有潮解性的晶体产品。一般适用于熔点低、有潮解性的晶体产品。搅搅拌拌结结晶晶: 可可以以使使晶晶体体均均匀匀、松松散散、不不易易潮潮解解，适适用用于于熔熔点点较高、潮解性较低的产品。较高、潮解性较低的产品。外外加加晶晶种种结结晶晶: 在在物物料料的的溶溶液液中中添添加加某某种种晶晶种种使使其其结结晶晶的的过过程，添加晶种需要注意选择合适的温度。程，添加晶种需要注意选择合适的温度。四、结晶操作方式四、结晶操作方式根据生产的要求和特点，结晶操作分为连续、半连续和间歇根据生产的要求和特点，结晶操作分为连续、半连续和间歇式三种操作方式式三种操作方式。连续结晶操作连续结晶操作: 产量
17、大、成本低、劳动强度低、母液利用率产量大、成本低、劳动强度低、母液利用率高；缺点：易结垢，晶体平均粒度小、操作波动性大，控制要高；缺点：易结垢，晶体平均粒度小、操作波动性大，控制要求高。适用于产量大，附加值较低的产品处理。求高。适用于产量大，附加值较低的产品处理。间间歇歇结结晶晶操操作作: 条条件件易易控控制制、便便于于对对设设备备的的批批间间清清洗洗，有有效效防防止止产产品品的的批批间间污污染染。缺缺点点：生生产产成成本本相相对对较较高高、生生产产重重复复性性较较差差。适适合合小小批批量量、高高纯纯度度、高高附附加加值值的的精精细细药药物物中中间间体体的的生生产。产。半半连连续续结结晶晶:
18、为为连连续续结结晶晶和和间间歇歇结结晶晶的的组组合合，同同时时具具有有两两者者的优点。的优点。一一般般料料液液处处理理量量100kg/h的的结结晶晶，多多选选用用间间歇歇结结晶晶操操作作；对对于处理量于处理量20m3/h，宜选用连续操作。，宜选用连续操作。五、结晶操作控制五、结晶操作控制1.1.连连续续结结晶晶的的控控制制：一一般般采采取取“过过饱饱和和度度控控制制”和和“细细晶晶消消除除”措施。措施。 过饱和度是结晶过程严格控制的参数，其值一般维持在介过饱和度是结晶过程严格控制的参数，其值一般维持在介稳区范围内。可以提高晶体的粒度及其分布指标。稳区范围内。可以提高晶体的粒度及其分布指标。“细
19、晶消除细晶消除”，通常在结晶装置的内部设置一澄清区，当，通常在结晶装置的内部设置一澄清区，当晶浆向上涌动时，粒度较大的晶体可直接沉至容器的主体继晶浆向上涌动时，粒度较大的晶体可直接沉至容器的主体继续生长，而细晶随晶浆一起由澄清区的上部溢出，重新溶解续生长，而细晶随晶浆一起由澄清区的上部溢出，重新溶解后再循环至容器主体结晶。后再循环至容器主体结晶。2.2.间间歇歇结结晶晶的的控控制制：一一般般采采取取添添加加晶晶种种的的措措施施来来控控制制成成核核的的速速率率。可可消消除除爆爆发发式式的的初初级级成成核核，同同时时体体系系的的二二次次成成核核也也可可得得到到有有效效抑抑制制，从从而而可可以以获获
20、得得粒粒度度相相对对较较大大而而且且分分布布均均匀匀的晶体产品。的晶体产品。 另外，工业上还可以通过另外，工业上还可以通过重结晶重结晶的方法获得粒度大而均匀的方法获得粒度大而均匀的晶体产品。的晶体产品。 重结晶：重结晶：溶解溶解-过滤过滤-结晶结晶-分离分离结晶操作控制结晶操作控制1 1、过饱和度、过饱和度v溶液的过饱和度是结晶过程的推动力， 直接影直接影响响结晶速率和晶体质量；v固体产品的内在质量（如纯度纯度）与其外观性状（如晶形晶形、粒度粒度等）密切相关。一般，晶形整齐和色泽洁白的固体产品，具有较高纯度。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，需通过实验
21、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。提高过饱和度，可提高结晶速率和收率。溶液黏度增大，杂质含量增加 ，可能会出现如下问题：可能会出现如下问题：成核速率过快 晶体细小；结晶生长速率过快 在晶体表面产生液泡 结晶质量；结晶器壁易产生晶垢 影响结晶操作；产品纯度降低。因此，过过饱饱和和度度与结结晶晶速速率、成成核核速速率率、晶晶体体生生长长速速率率及结结晶晶产产品品质质量量之间存在着一定的关系，应根据具体产品的质量要求，确定最适宜的过饱和度。v必须根据产品在粒度大小、分布、晶形以及纯度等方面的要求，选择合适的结晶条件，并严格控制结晶过程。2
22、温温度度 温温度度的的不不同同，生生成成的的晶晶形形和和结结晶晶水水会会发发生生改改变变，温温度度一一般般控控制制在在较较小小的的温温度度范范围围内内。冷冷却却结结晶晶时时，若若降降温温速速度度过过快快，溶溶液液很很快快达达到到较较高高的的过过饱饱和和度度，生生成成大大量量微微小小晶晶体体，影影响响结结晶晶产产品品的的质质量量。温温度度最最好好控控制制在在饱和温度与过饱和温度之间饱和温度与过饱和温度之间。蒸蒸发发结结晶晶时时，蒸蒸发发速速度度过过快快，则则溶溶液液的的过过饱饱度度较较大大，生生成成微微小小晶晶体体，附附着着在在结结晶晶表表面面，影影响响结结晶晶产产品品的的质质量量。蒸蒸发发速速
23、度度应应与与结结晶晶生生长长速速率率相相适适应应，保保持持溶溶液液的的过过饱饱和和度度一一定定。工工业业结结晶晶操操作作常常采采用用真真空空绝绝热热蒸蒸发发，不不设设外外部部循循环环加加热热装装置置，蒸蒸发发室室内内温温度度较较低低，可可防防止止过过饱饱和和度度的的剧烈变化。剧烈变化。3搅拌与混合搅拌与混合增增大大搅搅拌拌速速度度可可提提高高成成核核和和生生长长速速率率，搅搅拌拌速速度度过过快快会会造造成成晶晶体体的的剪剪切切破破碎碎，影影响响结结晶晶产产品品质质量量。为为获获得得较较好好的的混混合合状状态态，同同时时避避免免结结晶晶的的破破碎碎，可可采采用用气气提提式式混混合合方方式式，或或
24、利利用用直直径径或或叶叶片片较较大大的的搅搅拌拌桨桨，降低桨的转速。降低桨的转速。4溶剂与溶剂与pH值值结结晶晶操操作作采采用用的的溶溶剂剂和和pH值值应应使使目目标标溶溶质质的的溶溶解解度度较较低低，以以提提高高结结晶晶的的收收率率。溶溶剂剂和和pH值值对对晶晶形形有有影影响响。如如普普鲁鲁卡卡因因青青霉霉素素在在水水溶溶液液中中的的结结晶晶为为方方形形晶晶体体，在在醋醋酸酸丁丁酯酯中中的的结结晶晶为为长长棒棒状状。在在设设计计结结晶晶操操作作前前需需实实验验确确定定使使结结晶晶晶晶形形较较好好的的溶溶剂剂和和pH值。值。5.晶种晶种向处于介稳区的过饱和溶液中添加颗粒向处于介稳区的过饱和溶液
25、中添加颗粒均匀的晶种。对于溶液粘度较高的物系，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。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高粘度物系必须用在介稳区内添加晶种的操作方法的操作方法。较较高高的的流流速速有有利利于于过过饱饱和和度度分分布布均均匀匀，使使结晶成核速率和生长速率分布均匀；结晶成核速率和生长速率分布均匀；提提高高流流速速有有利利于于提提高高热热交交换换效效率率，抑抑制制晶晶垢的产生；垢的产生；
26、流速过高会造成晶体的磨损破碎。流速过高会造成晶体的磨损破碎。6流速流速提提高高晶晶浆浆浓浓度度,促促进进溶溶液液中中溶溶质质分分子子间间的的相相互互碰碰撞撞聚聚集集，获获得得较较高高的的结结晶晶速速率率和和结结晶晶收收率率。但但相相应应杂杂质质的的浓浓度度及及溶溶液液黏黏度度也也增增大大，悬悬浮浮液液的的流流动动性性降降低低，不不利利于于结结晶晶析析出出；也也可可能能造造成成晶晶体体细细小小，使使结结晶晶产产品品纯纯度度较较差差，甚甚至至形形成成无无定形沉淀。定形沉淀。因此，晶浆浓度应在保证晶体质量的前提下尽因此，晶浆浓度应在保证晶体质量的前提下尽可能取较大值。可能取较大值。对于生物大分子，通
27、常选择对于生物大分子，通常选择3%5%的晶浆浓度的晶浆浓度比较适宜；对于小分子物质（如氨基酸类）则比较适宜；对于小分子物质（如氨基酸类）则需要较高的晶浆浓度。需要较高的晶浆浓度。7晶浆浓度晶浆浓度8结晶系统的晶垢结晶系统的晶垢 结晶器壁及循环系统中产生晶垢，影响结晶过程效率。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防止晶垢或除去晶垢方法：1）壁壁内内表表面面采采用用有有机机涂涂料料，保保持持壁壁面面光光滑滑，防防止止在在器器壁上的二维成核现象的发生；壁上的二维成核现象的发生；2）提提高高结结晶晶系系统统中中流流体体流流速速，使使流流速速分分布布均均匀匀，消消除除低
28、流速区；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；）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；）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；）增设晶垢铲除装置，定期添加溶剂溶解产生的晶垢；6）蒸蒸发发室室壁壁面面极极易易产产生生晶晶垢垢，可可采采用用喷喷淋淋溶溶剂剂的的方方式式溶解晶垢。溶解晶垢。9共存杂质的影响共存杂质的影响结结晶晶的的对对象象是是多多组组分分物物系系，要要选选择择性性结结晶目标产物。晶目标产物。如如果果共共存存杂杂质质的的浓浓度度较较低低，一一般般对对目目标标产产
29、物物的的结结晶晶无无明明显显影影响响。但但如如果果在在结结晶晶操操作作中中杂杂质质含含量量不不断断升升高高(如如采采用用蒸蒸发发式式结结晶晶操操作作时时)，杂杂质质的的积积累累会会严严重重影影响响目目标标产产物物结晶的纯度结晶的纯度。结结晶晶操操作作中中需需要要控控制制杂杂质质的的含含量量，往往往往在在结结晶晶系系统统中中增增设设除除杂杂设设备备。离离子子交交换换柱柱或废液排放。或废液排放。其他结晶方法其他结晶方法其其他他的的特特殊殊结结晶晶方方法法有有升升华华结结晶晶、沉沉淀淀结晶、喷射结晶、冰析结晶等。结晶、喷射结晶、冰析结晶等。升升华华是是指指物物质质直直接接从从固固态态变变成成气气态态
30、的的过过程程，反反升升华华则则是是气气态态物物质质直直接接凝凝结结为为固固态态的的过过程程。升升华华结结晶晶过过程程包包括括这这两两步步，以以实实现现把把一一个个升升华华组组分分从从含含其其他他不不升升华华组组分分的的混混合合物物中中分分离离出出来来。碘碘、萘萘、樟樟脑脑等等常常采采用这种方法进行分离提纯。用这种方法进行分离提纯。 沉沉淀淀结结晶晶包包括括反反应应结结晶晶和和盐盐析析结结晶晶两两个个过过程程。反反应应结结晶晶过过程程产产生生过过饱饱和和度度的的方方法法是是通通过过气气体体或或液液体体与与液液体体之之间间的的化化学学反反应应，生生成成溶溶解解度度很很小小的的产产物物。盐盐析析结结
31、晶晶过过程程则则是是通通过过往往溶溶液液中中加加入入某某种种物物质质来来降降低低溶溶质质在在溶溶剂剂中中的的溶解度，使溶液达到过饱和。溶解度，使溶液达到过饱和。喷喷射射结结晶晶类类似似于于喷喷雾雾干干燥燥过过程程，是是将将很很浓浓的的溶溶液液中中的的溶溶质质或或熔熔融融体体固固化化的的一一种种方方式式。此此法法所所得得固固体体并并不不一一定定能能形形成成很很好好的的晶晶体体结结构构，固固体体形形状状很很大大程程度度上上取取决决于于喷喷射口的形状。射口的形状。第三节第三节 结晶设备结晶设备冷却结晶方法冷却结晶方法：自依据过饱和度产生方法的不同，可将：自依据过饱和度产生方法的不同，可将结晶过程分为
32、冷却式、蒸发式和真空式。结晶过程分为冷却式、蒸发式和真空式。自然冷却法自然冷却法：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。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。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
33、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。内内循循环环式式间间壁壁冷冷却却结结晶晶器器外循环式结晶器传热系数较大，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。外循环式间壁冷却结晶器直接接触冷却结晶直接接触冷却结晶：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。冷却结晶的过程。冷却介质有空气、与结晶溶液不互溶的碳冷却介质有空气、与结晶溶液不互溶的碳氢化合物和专用的液态冷冻剂。氢化合物和专用的液态冷冻剂。冷
34、却介质可能对结晶产品产生污染，选用冷却介质可能对结晶产品产生污染，选用的冷却介质不能与结晶母液中的溶剂互溶或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。者虽互溶但应易于分离。2.蒸蒸发发结结晶晶:使使溶溶液液在在常常压压或或减减压压下下蒸蒸发发浓缩而达到过饱和的结晶过程。浓缩而达到过饱和的结晶过程。适适用用于于溶溶解解度度随随温温度度降降低低而而变变化化不不大大或或具具有有逆逆溶溶解解度度特特性性的的物物系系。对对晶晶体体的的粒粒度度不不能能有有效效的的加加以以控控制制。消消耗耗的的热热能能较较多多，加热面问题也给操作带来困难。加热面问题也给操作带来困难。 蒸蒸发发结结晶晶器器
35、常常在在真真空空度度不不高高的的减减压压下下操操作作。降降低低操操作作温温度度，以以利利于于热热敏敏性性产产品品的的稳定，并减少热能损耗。稳定，并减少热能损耗。3.真真空空绝绝热热冷冷却却结结晶晶：使使溶溶剂剂在在真真空空下下闪闪急蒸发而使溶液绝热冷却的结晶法。急蒸发而使溶液绝热冷却的结晶法。适适用用于于具具有有正正溶溶解解度度特特性性而而溶溶解解度度随随温温度的变化率中等的物系。度的变化率中等的物系。操操作作原原理理：把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
36、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。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。4.盐析盐析(溶析溶析)结晶结晶盐盐析析(溶溶析析)结结晶晶：向向溶溶液液中中加加入入某某些些物物质质，以以降降低低溶质在原溶剂中的溶解度，产生过饱和度的方法。溶质在原溶剂中的溶解度，产生过饱和度的方法。盐盐析析剂剂的的要要求求：能能溶溶解解
37、于于原原溶溶液液中中的的溶溶剂剂，但但不不（很很少少）溶溶解解被被结结晶晶的的溶溶质质，而而且且溶溶剂剂与与盐盐析析剂剂的的混混合物易于分离合物易于分离(用蒸馏法用蒸馏法)。NaCl是是一一种种常常用用的的盐盐析析剂剂，如如在在联联合合制制碱碱法法中中，向向低低温温的的饱饱和和氯氯化化铵铵母母液液中中加加入入NaCl，利利用用同同离离子子效效应应，使使母母液液中中的的氯氯化化铵铵尽尽可可能能多多地地结结晶晶出出来来，以以提提高高结结晶晶收率。收率。溶溶析析结结晶晶：向向溶溶液液中中加加入入其其他他的的溶溶剂剂使使溶溶质质析析出出的的过程。过程。如如使使不不溶溶于于水水的的有有机机物物质质从从可
38、可溶溶于于水水的的有有机机溶溶剂剂中中结结晶晶出出来来，此此时时加加入入酌酌量量的的水水于于溶溶液液中中。制制药药行行业业中中，常常向向含含有有医医药药物物质质的的水水溶溶液液中中加加入入某某些些有有机机溶溶剂剂(如如低低碳醇、酮、酰胺类等碳醇、酮、酰胺类等)的方法使产物结晶出来。的方法使产物结晶出来。特特点点：结结晶晶温温度度较较低低，对对热热敏敏性性物物质质的的结结晶晶有有利利；一一般般杂杂质质在在溶溶剂剂与与盐盐析析剂剂的的混混合合物物中中有有较较高高的的溶溶解解度度，以以利利于于提提高高产产品品的的纯纯度度；与与冷冷却却法法结结合合，可可提提高高结结晶晶收率收率。需需要要回回收收设设备
39、备来来处处理理结结晶晶母母液液，以以回回收收溶溶剂剂和和盐盐析析剂剂。5反应结晶反应结晶 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。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。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，必须小心控制溶液的过饱和粒度分布要求的晶体产品，必须小心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。度，如将反应试剂适当稀释或适当延长沉淀时间。
