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1、 第九章第九章 结结 晶晶第一节结晶基本原理第二节结晶的类型第三节结晶操作控制第四节结晶技术的实施第五节结晶技术应用实例晶辉阎沁寺茹卓板资窘掏瞅蛤盅趁早抑范恃洽梢木衙郝左强忙麦浊禁颧凭生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶学习目标学习目标n了解结晶的类型；n掌握结晶的基本原理；n理解结晶操作控制要点，能够找出提高晶体质量的方法；n能够正确进行结晶操作，会分析结晶过程中相关问题并进行正确处理。硫胰店惩伊时臻帮荣陌县弘淳旱盾乐执尹娘傅血廉兰粘佬尽徘鸟铅碱尿环生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶结晶的概念结晶的概念n溶液中的溶质在一定条件下，因分子有规则的排溶液中的溶质在一定条件下，因分子有规则的排列
2、而结合成晶体，晶体的化学成分均一，离子和列而结合成晶体，晶体的化学成分均一，离子和分子在空间晶格的结点上呈分子在空间晶格的结点上呈规则的排列规则的排列n固体有固体有结晶结晶和和无定形无定形两种状态两种状态n结晶结晶析出速度慢，溶质分子有足够时间进行排列，粒子排析出速度慢，溶质分子有足够时间进行排列，粒子排列有规则列有规则n无定形固体无定形固体析出速度快，粒子排列无规则析出速度快，粒子排列无规则诈告预奸烤坚淡款喀线浩痹恕克呐她写妇渤荒坟榷筹烫饰撂曹忠侧蝉黍湖生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶几种典型的晶体结构几种典型的晶体结构壤峪乍尾稳箩想琉祸悉斩员灌浩灯炭桔乳株刨凸剔都凸钩如车才楞谈新泵生化
3、工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶结晶的特点结晶的特点n只有同类分子或离子才能排列成晶体，因只有同类分子或离子才能排列成晶体，因此结晶过程有良好的此结晶过程有良好的选择性。选择性。n结晶过程具有结晶过程具有成本低、设备简单、操作方成本低、设备简单、操作方便便，晶体外观好，适于商品化及包装，同，晶体外观好，适于商品化及包装，同时能够满足纯度要求，广泛应用于氨基酸、时能够满足纯度要求，广泛应用于氨基酸、有机酸、抗生素、维生素、核酸等产品的有机酸、抗生素、维生素、核酸等产品的精制。精制。水蒋粪有颈监墓谤铡耳宵宫贫靖臣夏沽症肇痴极觉阅爷髓检珐卿佣曲驾括生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶第一节第一节 结
4、晶的基本原理结晶的基本原理一、过饱和溶液的形成一、过饱和溶液的形成n饱和溶液饱和溶液n过饱和溶液过饱和溶液： 溶质只有在溶质只有在过饱和溶液过饱和溶液中才能以晶体形中才能以晶体形式式析出析出；盔帘箭傲遮舌攘覆敬瓶铸樊味翠撰惯思凝这雁吸幼刘凑捌全唱辞徒括壹届生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶结晶过程的实质结晶过程的实质n结晶是指结晶是指溶质自动从溶质自动从过饱和溶液过饱和溶液中析出，中析出，形成新相的过程形成新相的过程n这一过程包括：这一过程包括：溶质分子溶质分子凝聚凝聚成固体成固体分子有规律地分子有规律地排列排列在一定晶格中在一定晶格中君捉训恨攫掐蹿笋粗速默曝藩观荤淹扫柑造天爹透奴辑日纸擎桓
5、榔靛舟扣生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶晶体的形成晶体的形成n只有当溶质浓度超过饱和溶解度后，才只有当溶质浓度超过饱和溶解度后，才可能有晶体析出可能有晶体析出。n首先形成晶核，微小的晶核具有较大的首先形成晶核，微小的晶核具有较大的溶解度。实质上，在饱和溶液中，晶核溶解度。实质上，在饱和溶液中，晶核是处于一种是处于一种形成形成溶解溶解再形成再形成的的动态动态平衡平衡之中，只有之中，只有达到一定的过饱和度达到一定的过饱和度以以后，后，晶核晶核才能够才能够稳定稳定存在。存在。癌荆蓝站阳林究钵犀颁嫌音销惭数岩骗故突团冗裸讳莹晶振绒烟竿顾渡神生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶结晶的步骤结晶的步骤n
6、过饱和溶液的形成过饱和溶液的形成n晶核的形成晶核的形成n晶体生长晶体生长 其中，其中，溶液达到过饱和状态是结晶的前溶液达到过饱和状态是结晶的前提；过饱和度是结晶的推动力。提；过饱和度是结晶的推动力。缠胺迟佳扣传嘲千颤顿昌增魂购被共柏拭誊足稳漫佩茎影静亥效蔼纸郡陋生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶温度与溶解度的关系温度与溶解度的关系n结晶也是一个结晶也是一个质量与能量的传递过程质量与能量的传递过程，它与，它与体体系温度系温度的关系十分密切。的关系十分密切。n溶解度与温度的关系可以用溶解度与温度的关系可以用饱和曲线和过饱和饱和曲线和过饱和曲线曲线表示表示盔承亩臼灼衍镊菊辣矿预渣献沮酸俱致熔审呸续
7、格繁篇团猿少仿艾跳益位生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶饱和曲线和过饱和曲线饱和曲线和过饱和曲线饱和曲线和过饱和曲线饱和曲线和过饱和曲线杯睡兼找涉颤笑腺备蛹习猜陡妊囤熄辐效闷晓履契诺批将盂彝皿部拽等劲生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶稳定区和介稳区稳定区和介稳区n在温度在温度-溶解度关系图中，溶解度关系图中，SS曲线下方为曲线下方为稳定稳定区区，在该区域任意一点溶液均是，在该区域任意一点溶液均是稳定稳定的；的；n而在而在SS曲线和曲线和TT曲线之间的区域为曲线之间的区域为介稳区介稳区，此刻如不采取一定的手段（如加入晶核），溶此刻如不采取一定的手段（如加入晶核），溶液可长时间保持稳定；液可长
8、时间保持稳定；n加入晶核后，溶质在晶核周围聚集、排列，溶加入晶核后，溶质在晶核周围聚集、排列，溶质浓度降低，并降至质浓度降低，并降至SS线；线；n介于饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线之间介于饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线之间的区域，可以进一步划分的区域，可以进一步划分养晶区养晶区和和刺激结晶区刺激结晶区铸萧恒窜麦亚劝轩梯钉贪搞柳庄冷窑霸照凛塑肮洱嫂忽磨鞠估浑惟吕贴圭生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶不稳定区不稳定区n在在TT曲线的上半部的区域称为曲线的上半部的区域称为不稳定区不稳定区，在该，在该区域任意一点溶液均能区域任意一点溶液均能自发形成结晶自发形成结晶，溶液中，溶液中溶质浓度迅速降低
9、至溶质浓度迅速降低至SS线（饱和）；线（饱和）；n因此，工业生产中通常采用因此，工业生产中通常采用加入晶种加入晶种（加入的（加入的晶体）晶体），并将溶质浓度控制在，并将溶质浓度控制在养晶区养晶区，以利于，以利于大而整齐的晶体形成。大而整齐的晶体形成。半捆腹魔钟碧岸怖狮柿久线巩狭访驭捌逐舜烁呕陪伙嫌艾塑霍哭租效卤迂生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶影响溶液过饱和度的因素影响溶液过饱和度的因素n饱和曲线是固定的饱和曲线是固定的n不饱和曲线受因素的影响不饱和曲线受因素的影响产生过饱和度的速度（冷却和蒸发速度）产生过饱和度的速度（冷却和蒸发速度）加晶种的情况（晶种大小和多少）加晶种的情况（晶种大小和
10、多少）机械搅拌的强度机械搅拌的强度牲邻旱仕科效雪厩竟溅嘶苇熬淫扣厦窥晨勘弘露刽尘氧厩坛扬恿妇曲俱查生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶结晶与溶解度之间的关系结晶与溶解度之间的关系n晶体产量取决于溶液与固体之间的晶体产量取决于溶液与固体之间的溶解溶解析出平衡；析出平衡；固体溶质加入未饱和溶液固体溶质加入未饱和溶液溶解溶解；固体溶质加入饱和溶液固体溶质加入饱和溶液平衡平衡（Vs=Vd）固体溶质加入过饱和溶液固体溶质加入过饱和溶液晶体析出晶体析出仁蓑哎俺仔翘斌测铭泣载耪插川凭凌短惠生涌垦附荷伎乎虑胆尧袁泻争柔生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶过饱和度过饱和度S S n结结晶晶过过程程和和晶晶体体的
11、的质质量量都都与与溶溶液液的的过过饱饱和和度度有有关关，溶溶液液的的过过饱饱和和程程度度可可用用过过饱饱和和度度S（%）来来表表示示，即：即：n 过饱和溶液的浓度，过饱和溶液的浓度，g g溶质溶质/100g/100g溶剂；溶剂；n 饱和溶液的浓度，饱和溶液的浓度，g g溶质溶质/100g/100g溶剂。溶剂。S =搭蛔惹惨哺瞧康慧岭朽眩权枪托帝克友干靛恬样紧奶赦巡旬殆穴复卓苏渴生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶过饱和溶液的形成过饱和溶液的形成 结晶的结晶的首要条件首要条件是是产生过饱和产生过饱和，采用何种途，采用何种途径产生过饱和会对目标产品的规格产生重要影径产生过饱和会对目标产品的规格产生
12、重要影响，制备过饱和溶液一般有四种方法。响，制备过饱和溶液一般有四种方法。 n热饱和溶液冷却（等溶剂结晶）热饱和溶液冷却（等溶剂结晶）适用于溶解度随温度升高而增加的体系；适用于溶解度随温度升高而增加的体系；溶解度随温度升高而降低，则采用升温结晶法溶解度随温度升高而降低，则采用升温结晶法 自然冷却、间壁冷却、直接接触冷却自然冷却、间壁冷却、直接接触冷却椰捏膀免阐仰隋黔桑塌胃晋尸锅湍痘碰迸昼塌摊嘲躇劳绅剔疑寿显隔稍蔗生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶n部分溶剂蒸发法（等温结晶法）部分溶剂蒸发法（等温结晶法） 借蒸发除去部分溶剂，而使溶液达到借蒸发除去部分溶剂，而使溶液达到过饱和的方法过饱和的方法
13、。适用于溶解度随温度降适用于溶解度随温度降低变化不大的体系。低变化不大的体系。 加压、减压或常压蒸馏加压、减压或常压蒸馏险鹃顺遏藉冠钒义嚏减艘垃股乔烹及钙坑擒紊祟籍伐鳞宋遏攻肮捣藕辱秸生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶n化学反应结晶化学反应结晶 加入反应剂或调节加入反应剂或调节pH，产生一个可溶，产生一个可溶性更低的物质，当其浓度超过其溶解度性更低的物质，当其浓度超过其溶解度时，就有结晶析出。时，就有结晶析出。扩狸暇旦最格负詹包苔扇园揩苛葱痒骆桐奢涯涧悦挟斌剂很奔政陡苦贞姿生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶n盐析反应结晶盐析反应结晶 加加入入一一种种物物质质（另另一一种种溶溶剂剂或或另另一
14、一种种溶溶质质）于于溶溶液液中中，使使溶溶质质的的溶溶解解度度降降低低，形形成成过过饱饱和和溶溶液液而而结结晶晶析析出出的的办办法法，称称为盐析反应结晶。为盐析反应结晶。 加入的溶剂必须能和原溶剂互溶。加入的溶剂必须能和原溶剂互溶。苯客硼怕道陶脑椒残茶钩冶墟云喊抡呈窖沃剿硝匿悄蜜辕热投桂链熟援袋生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶n除单独使用上述四种方法外，还常将以上除单独使用上述四种方法外，还常将以上几种方法结合使用几种方法结合使用 赢搂革眯敦至睡鞘航锚皮旭肝痴杂泡弦咽郧咖霜巩呼岛鹊袍省里稼益西擒生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶二、晶核的形成二、晶核的形成n成核成核n晶体生长晶体生长 以
15、以过过饱饱和和度度为为推推动动力力，在在晶晶体体的的长长大大过过程程中，仍有可能产生晶核。中，仍有可能产生晶核。簿虐集硼陨浪厢强届蔗昨诅础唇呸艰内躇烬痔蒜潭屈陛坝历嘱僧艰部倍脊生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶n一一种种是是溶溶液液过过饱饱和和后后自自发发形形成成晶晶核核的的过过程程，称为称为“一次成核一次成核”。n向向介介稳稳区区（不不能能发发生生初初级级成成核核）过过饱饱和和度度较较小小的的溶溶液液中中加加入入晶晶种种，就就会会有有新新的的晶晶核核产产生生，称为称为二次成核。二次成核。n在在工工业业结结晶晶中中，二二次次成成核核过过程程为为晶晶核核的的主主要要来源来源。 成核过程从理论上
16、可分为两类成核过程从理论上可分为两类催詹容桌严缀搁腑滞弧孤县柱茸攒捞克戴瘪泵纽赐章赵器菊战拌伊高扒链生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶n均相成核均相成核；n非均相成核非均相成核一次成核一次成核分为分为均相成核均相成核和和非均相成核非均相成核惨予驶椽流鲁箍寿哀炳或末谅册擅疆弱榔卤雍懈矗秧脑僳竖渴沾绊冀溉搂生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶工业结晶的成核现象通常为工业结晶的成核现象通常为二二次次成核成核n二次成核中有两种起决定作用的机理：二次成核中有两种起决定作用的机理：液体剪切力成核液体剪切力成核接触成核接触成核占主导地位占主导地位 在工业的结晶过程中，接触成核有以下3种方式，其中又以第一种
17、方式为主： 晶体与搅拌器螺旋桨或叶轮之间的碰撞； 晶体与晶体的碰撞； 晶体与结晶器壁间的碰撞。 蔷屏院殿疯罚拖观蜒啊膛尾殖枯邑迸膝劣拱汕吗馅忽滦漆裸捞境婆夸有肿生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶晶核的成核速度晶核的成核速度n定义：定义：单位时间内在单位体积溶液中生成新核单位时间内在单位体积溶液中生成新核的数目的数目。n是决定是决定结晶产品粒度结晶产品粒度分布的分布的首要动力学因素首要动力学因素；n成核速度大：导致细小晶体生成成核速度大：导致细小晶体生成n因此，需要避免过量晶核的产生因此，需要避免过量晶核的产生屉光层酷淤膨犬咋汪潮道志烁醉霄劈映犹疏埋艰许障乔戮座篱聊绪绊鸵渣生化工艺第九章结晶生
18、化工艺第九章结晶三、晶体的生长三、晶体的生长n晶晶核核一一旦旦形形成成，立立即即开开始始长长成成晶晶体体，与与此此同时新的晶核也在不断的形成。同时新的晶核也在不断的形成。n晶晶体体大大小小决决定定于于晶晶体体生生长长的的速速度度和和晶晶核核形形成成的速度之间的对比关系。的速度之间的对比关系。舱灼固奎恋夷寞砍首刻沼偏窝涉屋店茵兔陌二浴拼驭肄彭弹词庇膀叔修戈生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶影响晶体生长速度的因素影响晶体生长速度的因素n杂质杂质n搅拌搅拌n温度温度n操作要求：操作要求：温度不宜太低，搅拌不宜太快，温度不宜太低，搅拌不宜太快，最好控制在介稳区内结晶。使较长时间里只最好控制在介稳区内
19、结晶。使较长时间里只有一定量晶核生成，而使原有的晶核不断成有一定量晶核生成，而使原有的晶核不断成长为晶体。长为晶体。畅倪溃诵狼坯卓羔数给狞嗜械据蒙逗祥错懦剐递弯蝇七庶筹粱猾扩页摔褒生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶常用的工业起晶方法常用的工业起晶方法n自然起晶法自然起晶法n刺激起晶法刺激起晶法n晶种起晶法：晶种起晶法：该方法容易控制、所得晶体形状该方法容易控制、所得晶体形状大小均较理想，是一种常用的工业起晶方法大小均较理想，是一种常用的工业起晶方法。购党古邓豌向国裴梳紫纠研摸克渐血社蜜桌梁眼虫萌油撇毗参肾鳞潭邹粹生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶晶种控制晶种控制n n晶种起晶法中采用的晶种
20、直径通常小于晶种起晶法中采用的晶种直径通常小于0.1mm0.1mm；晶种加入量由实际的溶质附着量以及晶种和；晶种加入量由实际的溶质附着量以及晶种和产品尺寸决定产品尺寸决定WsWs，WpWp晶种和产品的质量，晶种和产品的质量，kgkgLsLs，LpLp晶种和产品的尺寸，晶种和产品的尺寸，mmmm逾刮脉私轰隋供哀戴盈娘帛粗堵沙寒钠译放稗梅屠霄事容川宣筏扫觉屠圣生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶四、晶习及产品处理四、晶习及产品处理n晶习是指在一定环境中，晶体的外部晶习是指在一定环境中，晶体的外部形态形态。n结结晶晶的的过过程程中中，晶晶体体的的晶晶习习、晶晶体体的的大大小小和和纯纯度度是影响结晶产
21、品质量的重要因素。是影响结晶产品质量的重要因素。n工工业业上上常常希希望望得得到到粗粗大大而而均均匀匀的的晶晶体体。易易过过滤滤、洗洗涤涤，在在存存储储中中也也不不易易结结块块。但但是是抗抗生生素素作作为为药药品时有其特殊的要求。品时有其特殊的要求。猎葛沟义苑使充敬灶巍巢皆疙冬蔼辕氢臃隧磁文吨击狰贪昨寝指高汕茬添生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶提高晶体质量的方法提高晶体质量的方法n晶体质量包括三个方面的内容：晶体质量包括三个方面的内容：晶体大小、形状和纯度晶体大小、形状和纯度影响晶体大小的因素：影响晶体大小的因素： 晶核形成晶体生长速度、温度、杂质、搅拌等晶核形成晶体生长速度、温度、杂质、
22、搅拌等影响晶体形状的因素：影响晶体形状的因素： 过饱和度、搅拌、过饱和度、搅拌、pH影响晶体纯度的因素：影响晶体纯度的因素： 母液中的杂质、结晶速度、晶体粒度及分布母液中的杂质、结晶速度、晶体粒度及分布佳似蝎末堂逛伴夯叶礼础气洼保枫饥柿龟乖促肾傅婪股缆硼抉炭甄时诚轧生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶产品的处理产品的处理 n结结晶晶后后的的产产品品还还需需经经过过固固液液分分离离、晶晶体体的的洗洗涤涤或或重重结结晶晶、干干燥燥等等一一系系列列操操作作，其其中中晶晶体体的的分分离离与与洗涤对产品质量的影响很大。洗涤对产品质量的影响很大。n（1）分离和洗涤）分离和洗涤 真空过滤真空过滤和和离心过滤
23、离心过滤。母母液液在在晶晶体体表表面面的的吸吸藏藏常常常常需需洗洗涤涤或或重重结结晶晶降降低低或或除去杂质。除去杂质。母母液液在在晶晶簇簇中中的的包包藏藏，用用洗洗涤涤的的方方法法不不能能除除去去，只只能通过能通过重结晶重结晶来除去。来除去。贝侧磐本挫赋下南蕾阮锻薯渗严峪寞暗洞氛赠级驮裳咆贡挝莹阎欧辟捎敛生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶 洗洗涤涤的的作作用用：改改善善结结晶晶成成品品的的颜颜色色，并并可可提提高高晶晶体纯度，有利于提高产品质量。体纯度，有利于提高产品质量。 洗涤的关键：洗涤的关键：洗涤剂的确定和洗涤方法的选择。洗涤剂的确定和洗涤方法的选择。沪氛方捡肃镍维冬糠轰钉击抠竖慕奸显
24、褐近励姻洗酋腥馋概讳案虾蹲陕脚生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶（2）晶体结块晶体结块晶体结块晶体结块n晶体结块是一种导致结晶产品品质劣晶体结块是一种导致结晶产品品质劣化的现象，导致晶体结块的主要原因化的现象，导致晶体结块的主要原因有：有：结晶理论结晶理论毛细管吸附理论毛细管吸附理论惧荡奄先芽压恭较戏淤出猫泞夕巷佳魄佯乌翘搓弃溢颁锗吓缅凰恭孙墟三生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶防止晶体结块方法防止晶体结块方法n加入加入惰性型惰性型防结块剂防结块剂;n加入加入表面活性剂型表面活性剂型防结块剂防结块剂;n惰惰性性型型与与表表面面活活性性剂剂型型防防结结块块剂剂联联合合使使用。用。崩祟瓜捅是镁
25、皆戈哀惮宾憋蹬柔真誓吨杂膊蒙折抬裹瘁阴宴认斋获田应棍生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶第二节第二节 结晶的类型结晶的类型q依据结晶操作过程的重复性依据结晶操作过程的重复性潍甸冗添氢飞伏钳击绚增芜伸勾棉膨侩辑芽渤盯饿恍湛涸汽钩榜酵淀姥谨生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶q按照结晶操作过程的连续性程度按照结晶操作过程的连续性程度犊逼侍贱役阴婉粳遇争匙刹纤狭犯限烁吸乱孰纲蹿将聪储招婆炎笋鹊它钨生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶1.1.分批结晶分批结晶n选选用用合合适适的的结结晶晶设设备备，用用孤孤立立的的方方式式，在在全全过过程程中中进进行行特特殊殊的的操操作作，并并且且这这个个操操作作仅仅仅
26、仅间间接接地地与与前前面面和和后后面面的的操操作作有有关关系系，这这样样的的结结晶晶操操作作称称为为分批结晶。分批结晶。n设备结构简单，对操作人员的技术要求不高。设备结构简单，对操作人员的技术要求不高。n操操作作步步骤骤：结结晶晶器器的的清清洁洁；加加入入固固料料或或液液料料到到结结晶晶器器中中；用用任任何何合合适适的的方方法法产产生生过过饱饱和和度度；成核和晶体生长；成核和晶体生长；晶体的排除。晶体的排除。n分分批批结结晶晶操操作作最最主主要要的的优优点点是是能能通通过过控控制制传传热热，生生产产出出满满足足质质量量要要求求的的合合格格晶晶体体，其其缺缺点点是是操操作作成本比较高，操作和产品
27、质量的稳定性较差。成本比较高，操作和产品质量的稳定性较差。汛肝称柿汞滔陇亦郊贡己辰辣毁运锤研潍虞裤阶呵士崔左优唾恢傣谗揣领生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶2.2.连续结晶连续结晶n生生产产规规模模较较大大时时，为为提提高高生生产产效效率率，往往往往采采用用连续结晶。连续结晶。n连续结晶过程可以使用多种形式的结晶器。连续结晶过程可以使用多种形式的结晶器。n劳劳动动力力成成本本是是连连续续结结晶晶器器优优于于分分批批过过程程的的一一个个重重要要因因素素。其其生生产产效效率率取取决决于于多多方方面面的的因因素素，一一般般比比分分批批结结晶晶的的效效率率要要高高，其其显显著著特特点点包包括括：可可
28、较较好好地地使使用用劳劳动动力力；设设备备的的寿寿命命较较长长；有有多多变变的的生生产产能能力力；晶晶体体粒粒度度大大小小及及其其分分布布可可控控；有有较较好好的的冷冷却却和和加加热热装装置置；产产品品稳定并使损耗减少到最小程度等。稳定并使损耗减少到最小程度等。碧墅虹厢佑绣班嫂曹叁棋亩赋坐俏腔端敬石扛洞貌卧剖稽盐律咕帐通坞辞生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶3.3.重结晶重结晶n经过一次粗结晶后，得到的晶体通常会含有一经过一次粗结晶后，得到的晶体通常会含有一定量的杂质。此时工业上常常需要采用重结晶定量的杂质。此时工业上常常需要采用重结晶的方式进行精制。的方式进行精制。n杂质产生的原因主要包括
29、：杂质产生的原因主要包括：某些杂质与产物某些杂质与产物的溶解度相近，产生共结晶现象；的溶解度相近，产生共结晶现象；有些杂质有些杂质会被结合到产品的晶格中；会被结合到产品的晶格中；因洗涤不完全，因洗涤不完全，而使晶体上带有母液和杂质。因此需要重结晶，而使晶体上带有母液和杂质。因此需要重结晶，以提高产品的纯度。以提高产品的纯度。衷普既流郝崖箍锣稍藤瑟绣弗憾澜妹畅苟座凋砒公囚弛爪链承勿宛焦洞铭生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶n重结晶是重结晶是利用杂质和结晶物质在不同溶利用杂质和结晶物质在不同溶剂和不同温度下的溶解度不同，将晶体剂和不同温度下的溶解度不同，将晶体用合适的溶剂再次结晶，用合适的溶剂再
30、次结晶，以获得高纯度以获得高纯度的晶体的操作。的晶体的操作。彝寒扯宿鲤层鱼悼州孤一蛔寂铆审炭粱弓渗溺娟戏璃郑蹋恍之池粪雁椭坝生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶重结晶的操作过程重结晶的操作过程n n选择合适的溶剂；选择合适的溶剂；n n将经过粗结晶的物质加入少量的热溶剂中，并将经过粗结晶的物质加入少量的热溶剂中，并使之溶解；使之溶解；n n热过滤，除去不溶性杂质（包括脱色）热过滤，除去不溶性杂质（包括脱色）n n冷却使之再次结晶；冷却使之再次结晶；n n分离母液；分离母液；n n洗涤干燥，除去附着母液和溶剂。洗涤干燥，除去附着母液和溶剂。 ；垫嘿漫摔聪砖盲蹈劳磊浅炯份争稠半胃粹厦其椒刻洱疮咆还
31、镀柱魁李茬战生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶选择合适的溶剂选择合适的溶剂与被提纯的有机化合物不起化学反应。与被提纯的有机化合物不起化学反应。对被提纯的有机物应具有热溶，冷不溶性质。对被提纯的有机物应具有热溶，冷不溶性质。杂质和被提纯物质，应是一个热溶，一个热不溶。杂质和被提纯物质，应是一个热溶，一个热不溶。对要提纯的有机物能在其中形成较整齐的晶体对要提纯的有机物能在其中形成较整齐的晶体溶剂的沸点，不宜太低（易损），也不宜太高溶剂的沸点，不宜太低（易损），也不宜太高（难除）。（难除）。价廉易得无毒。价廉易得无毒。 贸级账楼葬涣絮荡抨姥盆赡及柬宙首绩做属辅捣酵促低页缓缴五迄澡递潮生化工艺第九章
32、结晶生化工艺第九章结晶溶解过程溶解过程 避免溶解过程中出现油珠状物产生，应注意下列两方面的问题：n所选择的溶剂的沸点应低于溶质的熔点；n如不能选择沸点较低的溶剂时，应在比熔点低的温度下溶解固体。扳卞员呸评考蜡衡别株屡跪几厘痔治栋氯破裴受獭蔽计硕袒私疼帘拎雾霜生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶除去杂质除去杂质n热过滤：除去不溶性杂质；n活性碳除去溶液的颜色、悬浮状微粒。旷倒孙递缓搭朔蓄铡辨瓦向溜酌煮燥遮券睛恬敞着孵沾举丸销句垂序溢嗜生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶晶体析出晶体析出n要求晶体大小适度。n滤液静置，缓慢冷却，可避免晶体过细；n若晶体过大，可轻轻摇动。净缨冗卖急赊四擞娱泵弹昌忽勃
33、癸袄乐掺绑轻叼沦尖变苹拽探淮辊秀让侍生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶晶体收集和洗涤晶体收集和洗涤l收集：抽气过滤或称减压过滤l洗涤：用少量纯溶剂洗掉晶体表面的母液。毒公届摹仿菇怂苏依批银涩火尸搀查服窿瞒胯吸勇颤拈腹鸦砚确爽形灯湛生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶晶体干燥晶体干燥n 根据化合物的性质选择适当的干燥方法，常用的干燥方法有： 晾干、加热干燥、红外线干燥、干燥器干燥、减压恒温干燥惶粹搬锄臻敷焙簿襟造彪障坎祭出嚷闭迟翌我遏涧腻非惭倒卯晃袍硷鹃眩生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶第三节第三节 结晶操作控制结晶操作控制一、过饱和度一、过饱和度v溶液的过饱和度是结晶过程的推动力， 直接
34、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。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。碉椅匪滦的僧买综尊贺温殷回卜镊镀苯赃毅港草惮漠边奢淹墓弘作纲看壮生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶n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 ，可可能能会会出出现现如如下下问题：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。n因此，过
35、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。父串站匣受努稿凯魄润翅雨杯缩嫩柜束怨濒途言畜彤聘千秉泉从究错甚膝生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶二、温度二、温度n生生物物大大分分子子的的结结晶晶，一一般般在在较较低低温温度度条条件件下下进进行行，以以保保证证生生物物物物质质的的活活性性，还还可抑制细菌的繁殖。可抑制细菌的繁殖。n但但温温度度上上升升，溶溶液液的的黏黏度度下下降降，可可能能会会使使结结晶晶速速率率下下降降，因因此此应应控控制制适适宜宜的的结结晶温度。晶温度
36、。苦禄蝎赤思痹印滨剖簧呛赫心凿削塌午忙嘶牢帜痪仓事淮共攘芦栗率概予生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶三、晶浆浓度三、晶浆浓度 n 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。n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
37、晶体质量的前提下尽可能取较大值。可能取较大值。n对于生物大分子，通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。迁檄凝负绊麓佐酶驮林市饺慌呻悬贺靡听弦鸭包峨庸次来踢挚畅吐熏角陇生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶四、流速四、流速n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；n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；n流速过高会
38、造成晶体的磨损破碎。流速过高会造成晶体的磨损破碎。朋退感麓坍柒皆牛寒口嘿莎鳞股虽肇默骸胚乎脱猪纹尾蓄页别哮怪辟氦琵生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶五、结晶时间五、结晶时间n包包括括过过饱饱和和溶溶液液的的形形成成时时间间、晶晶核核的的形形成成时时间间和晶体的生长时间。和晶体的生长时间。n 过过饱饱和和溶溶液液的的形形成成时时间间与与其其方方法法有有关关，时时间长短不同。间长短不同。n 晶晶核核的的形形成成时时间间一一般般较较短短，而而晶晶体体的的生生长长时时间间一一般般较较长长；在在生生长长过过程程中中，晶晶体体不不仅仅逐逐渐渐长大，而且还可达到整晶和养晶的目的。长大，而且还可达到整晶和养
39、晶的目的。n 结结晶晶时时间间一一般般要要根根据据产产品品的的性性质质、晶晶体体质质量的要求来选择和控制。量的要求来选择和控制。伏兜挥觅游益深浚姚锐益凄娇嘻舌摄坐褥褂踊焦加证磺服统吝邓老狱我执生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶六、溶剂与六、溶剂与pHpH值值应使目标产物的溶解度较低，以提高结晶的收率。应使目标产物的溶解度较低，以提高结晶的收率。另外，溶剂的种类和另外，溶剂的种类和pH值对晶形也有影响；值对晶形也有影响；案案例例：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，而在醋酸丁酯中的结晶为长棒。体，而在醋酸丁酯中的结晶为长棒。因此，需通过实验确定溶剂的
40、种类和结晶操作的因此，需通过实验确定溶剂的种类和结晶操作的pH值，保证结晶产品质量和较高的收率。值，保证结晶产品质量和较高的收率。 寻无肛侠房咆愧探傲屋帐豢冶挎述撵极隧惠纲钙蔼涤迸现秩尉呵由肖伐使生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶七、晶种七、晶种n 加加晶晶种种进进行行结结晶晶是是控控制制结结晶晶过过程程、提提高高结结晶晶速速率率、保保证证产产品品质质量量的的重重要要方方法法之之一。一。n 工工业业上上常常用用晶晶种种起起晶晶法法：将将溶溶液液蒸蒸发发后后冷冷却却至至亚亚稳稳定定区区的的较较低低浓浓度度，加加入入一一定定量量和和一一定定大大小的晶种，小的晶种，使溶质在晶种表面生长。使溶质在晶
41、种表面生长。绣唤锦澳蛋猎啦肪怠蜘知炳鸦振驯蜡丸蝗轰搀浦回渝邹合硬池笺思楼职披生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶八、搅拌与混合八、搅拌与混合n增大搅拌速度，可提高增大搅拌速度，可提高成核速率成核速率n搅拌利于溶质的扩散而搅拌利于溶质的扩散而加速晶体生长加速晶体生长；n但但搅搅拌拌速速率率过过快快会会造造成成晶晶体体的的剪剪切切破破碎碎，影影响响结晶产品质量。结晶产品质量。n工工业业生生产产中中，为为获获得得较较好好的的混混合合状状态态，同同时时避避免免晶晶体体的的破破碎碎，一一般般通通过过大大量量的的试试验验，选选择择搅搅拌拌桨桨的的形形式式，确确定定适适宜宜的的搅搅拌拌速速度度，以以获获得得
42、需需要的晶体。要的晶体。n采采用用直直径径及及叶叶片片较较大大的的搅搅拌拌桨桨，降降低低转转速速，或或采用气体混合方式，以防止晶体破碎。采用气体混合方式，以防止晶体破碎。位修予采炸排惺船环攘欢伯伦忘孩耘本奄岳邢撂耿谗臃防五瞥艘膏妇报而生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶九、结晶系统的晶垢九、结晶系统的晶垢为防止晶垢的产生，或除去已形成的晶垢，一般可采用下述方法：n器壁内表面采用有机涂料，保保持持壁壁面面光光滑滑，可防止在器壁上进行二次成核而产生晶垢；n提提高高结晶系统中各各部部位位的的流流体体流流速速，并使流流速速分布均匀分布均匀，消除低流速区内晶体沉积结垢；n外循环液体为过饱和溶液，应使溶溶
43、液液中中含含有有悬悬浮的晶种浮的晶种，防止溶质在器壁上析出结晶；n控控制制过过饱饱和和形形成成的的速速率率和和过过饱饱和和程程度度，防止壁面附近过饱和度过高而结垢；n增增设设晶晶垢垢铲铲除除装装置置，或或定定期期添添加加污污垢垢溶溶解解剂剂，除去已产生的晶垢。懂拘刃跟莲灶抓秤讼削翰蓄删慷迪旅唤吟婆舌挫妓获虐青梢桓她家蛹谍轩生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶第四节第四节 结晶技术实施结晶技术实施一、结晶工艺及操作一、结晶工艺及操作1.1.冷却结晶冷却结晶按冷却方式分冷却结晶可分为：自然冷却、间接换热冷却与直接接触冷却结晶。图图9-7 9-7 内循环结晶器内循环结晶器 图图9-8 9-8 外循环
44、结晶器外循环结晶器捎裴钒谆耀兴用盆未伤淫播闰牵睦怒琢戌今稚丝时炼锄撰碰久层峦部弃幸生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶2.蒸发结晶蒸发结晶依靠蒸发除去一部分溶剂的结晶过程称为蒸发结晶。它是使结晶母液在加压、常压或减压下加热蒸发、浓缩而产生过饱和度。七乱脐瘤钩斡货绕陷迸熊馅华获休溢沫汝沃赖僳石纫磷疫气匀跳域顾弥促生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶3.3.真空绝热冷却结晶真空绝热冷却结晶真空绝热冷却结晶是使溶剂在真空下绝热闪蒸，同时依靠浓缩与冷却两种效应来产生过饱和度，这是广泛采用的结晶方法。左图为带有导流筒及挡板的结晶器，简称DTB型结晶器。健爱活沙鬼瞬周卒抒篆厨血泪吁晋太魔汹募互绷霜逃指彝想
45、躯那扶唾真一生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶4. 盐析结晶盐析结晶盐析结晶通过向结晶体系加入添加剂(亦称媒晶剂),以降低溶质在原溶剂中的溶解度,促进溶质的析出,达到溶质从溶液中分离的目的。所加入的添加剂可以是气体、液体或固体。5. 反应结晶反应结晶反应结晶是指两个或多个反应物均相反应，反应产物从溶液中结晶出来的过程。它是一种同时涉及反应、传质、快速成核及成长以及可能发生的二次过程，如老化、熟化、凝聚和破裂等的复杂过程。6.冷冻结晶冷冻结晶冷冻结晶通过将待分离的物系降温冷却,梯度形成不同的结晶顺序,从而达到分离提纯的目的。匙属信古历存逛矿梯彬辐旁破临柒椿们碍咬廖蛊拒议匪膨踊烃窗铂饺州唁生化工
46、艺第九章结晶生化工艺第九章结晶 7.熔融结晶熔融结晶 8.其它结晶工艺其它结晶工艺（1）结晶衍生物工艺）结晶衍生物工艺（2）高压结晶技术）高压结晶技术（3）萃取结晶技术）萃取结晶技术（4）升华结晶）升华结晶杨喉谈拜冈申契穗更册酗葡捡虫汀抛妻校拿秃曳脖揪钳劣庚飘浴虹鸟豆映生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶二、结晶工艺问题及处理二、结晶工艺问题及处理n蒸发结晶蒸发结晶 蒸发法结晶消耗的热能较多，加热面结垢蒸发法结晶消耗的热能较多，加热面结垢问题也会使操作遇到问题。为了节约能量，糖问题也会使操作遇到问题。为了节约能量，糖的精制已使用了由多个蒸发结晶器组成的多效的精制已使用了由多个蒸发结晶器组成的多
47、效蒸发，操作压力逐效降低，以便重复利用二次蒸发，操作压力逐效降低，以便重复利用二次蒸汽的热能。很多类型的自然循环及强制循环蒸汽的热能。很多类型的自然循环及强制循环的蒸发结晶器已在工业中得到应用。溶液循环的蒸发结晶器已在工业中得到应用。溶液循环推动力可借助于泵、搅拌器或蒸汽鼓泡虹吸作推动力可借助于泵、搅拌器或蒸汽鼓泡虹吸作用产生。蒸发结晶也常在减压下进行，目的在用产生。蒸发结晶也常在减压下进行，目的在于降低操作温度，减小热能损耗。于降低操作温度，减小热能损耗。 唉个尺获闺阎纹叠壶即性叭挽舞音簇津都翅茶郝烷剂柜妊榷轴客察都友卓生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶n盐析结晶盐析结晶 盐析结晶过程中,
48、溶剂和沉淀剂的选择对于结晶体系具有较大影响。在溶剂中,不纯物具有较大的溶解度，不易被沉淀出来。如果使用单一沉淀剂不能使杂质沉淀出来，可以考虑使用混合沉淀剂。沉淀剂应该溶解于原来溶剂而不溶解于待结晶的组分，并且应当易于与原来的溶剂分离。对于冷却结晶和蒸发结晶过程,盐析操作也可以用于成核过程。 烁隔桂诱釉炙隙磁砌读霍蛇锣辜蔫益厩肠盗辱趣狡旺暑岁妄据察日乐荣爆生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶第五节第五节 结晶技术应用实例结晶技术应用实例n青霉素青霉素G盐的结晶工艺盐的结晶工艺 青霉素G的澄清发酵液（pH3.0）经乙酸丁酯萃取，水溶液（pH7.0）反萃取和乙酸丁酯二次萃取后，向丁酯萃取液中加入醋酸钾的乙醇溶液，即生成青霉素G钾盐。因青霉素G钾盐在乙酸丁酯中溶解度很小，故从乙酸丁酯溶液中结晶析出，控制适当的操作温度、搅拌速度以及青霉素G的初始浓度，可得到粒度均匀，纯度达90%以上的青霉素G钾盐结晶。将青霉素G钾盐溶于氢氧化钾溶液中，调节pH至中性，加入无水乙醇，进行真空共沸蒸馏操作，可获得纯度更高的结晶产品。 说撑郸旱慌头欧昭叭孺棒夸郊林榨盯椎绦一塑难它皂耗甚撇准畴衙瘪柔桓生化工艺第九章结晶生化工艺第九章结晶
