美贏環保解析結晶概念及結晶方法
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發布日期：2023-09-12
固體物質以晶體狀態從溶液、熔融混合物或蒸氣中析出的過程稱為結晶。結晶是獲得純凈因態物質的重要方法之一。結晶是從過飽和溶液中結晶析出具有結晶性的固體污染物的過程。對于溶質濃度很高的廢水，可直接利用降溫冷卻的方法產生過飽和溶液，對于溶質濃度較低的廢水，可采用加熱蒸發的方法產生過飽和溶液。
在過程工業中，許多產品及中間產品都是以晶體形態出現的，因此許多過程中都包含著結晶這一單元操作。與其他分離過程比較，結晶過程的主要特點是：能從雜質含量很多的溶液或多組分熔融態混合物中獲得非常純凈的晶體產品；對于許多其他方法難以分離的混合物系如共沸物系、同分異構體物系以及熱敏性物系等，采用結晶分離往往更為有效；此外，結晶操作能低，對設備材質要求不高，一般亦很少有"三廢"排放。
結晶過程可分為溶液結晶、熔融結晶、升華結晶及沉淀結晶四大類，其中溶液結晶是過程工業中最常采用的結晶方法。
結晶的基本原理
1基本概念
晶體是內部結構中的質點元素（原子、離子或分子）作三維有序排列的固態物質，晶體中任一宏觀質點的物理性質和化學組成以及晶格結構都相同，這種特征稱為晶體的均勻性。當物質在不同的條件下結晶時，其所成晶體的大小、形狀、顏色等可能不同。例如，因結晶溫度的不同，碘化汞的晶體可以是黃色或紅色； NaCl 從純水溶液中結晶時，為立方晶體，但若水溶液中含有少許尿素，則 NaCl 形成八面體的結晶。
晶體的外形稱為晶形。同一種物質的不同晶形，僅能在一定的溫度和外界壓力范圍內保持穩定。當條件變化時，將發生晶形的轉變，同時伴隨著熱效應發生。此外，每一種晶形都具有特定的溶解度和蒸氣壓。
在結晶過程中，利用物質的不同溶解度和不同的晶形，創造相應的結晶條件，可使固體物質極其純凈地從原溶液中結晶出來。
溶質從溶液中結晶出來，要經歷兩個步驟：首先要產生微觀的晶粒作為結晶的核心，這個核心稱為晶核。然后晶核長大，成為宏觀的晶體，這個過程稱為晶體成長。無論是成核過程還是晶體成長過程，都必須以濃度差即溶液的過飽和度作為推動力。溶液的過飽和度的大小直接影響成核和晶體成長過程的快慢，而這兩個過程的快影響慢又影響著晶體產品的粒度分布。因此過飽和度是結晶過程一個極其重要的參數。
溶液在結晶器中結晶出來的晶體和剩余的溶液所構成的懸浮物稱為晶漿，去除晶體后所制的溶液稱為母液。結晶過程中，含有雜質的母液會以表面黏附或晶間包藏的方式夾帶在強優產由于黏附和包藏母液所帶來的雜質。品中。工業上通常在對晶漿進行固液分離以后，再用適當的溶劑對固體進行洗滌，以盡量除去由于黏附和包藏母液所帶來的雜質。
①不移除溶劑的結晶法此法亦稱冷卻結晶法，它基本上不去除溶劑，溶液的過飽和摩系借助冷卻獲得，故適用于溶解度隨溫度降低而顯著下降的物系，如KNO3、NaNO3、 MgSO ，等。
②移除部分溶劑的結晶法按照具體操作的情況，此法又可分為蒸發結晶法和真空冷卻結晶法。蒸發結晶是將溶劑部分汽化，使溶液達到過飽和而結晶。此法適用于溶解度隨溫度變化不大的物系或溫度升高溶解度降低的物系，如氯化鈉、無水硫酸鈉等溶液；真空冷卻結晶是使溶液在真空狀態下絕熱蒸發，一部分溶劑被除去，溶液則因為溶劑汽化帶走了一部分潛熱而降低了溫度。此法實質上兼有蒸發結晶和冷卻結晶共有的特點，適用于具有中等溶解度的物系，如氯化鉀、硫酸鎂等溶液。
在過程工業中，許多產品及中間產品都是以晶體形態出現的，因此許多過程中都包含著結晶這一單元操作。與其他分離過程比較，結晶過程的主要特點是：能從雜質含量很多的溶液或多組分熔融態混合物中獲得非常純凈的晶體產品；對于許多其他方法難以分離的混合物系如共沸物系、同分異構體物系以及熱敏性物系等，采用結晶分離往往更為有效；此外，結晶操作能低，對設備材質要求不高，一般亦很少有"三廢"排放。
結晶過程可分為溶液結晶、熔融結晶、升華結晶及沉淀結晶四大類，其中溶液結晶是過程工業中最常采用的結晶方法。
結晶的基本原理
1基本概念
晶體是內部結構中的質點元素（原子、離子或分子）作三維有序排列的固態物質，晶體中任一宏觀質點的物理性質和化學組成以及晶格結構都相同，這種特征稱為晶體的均勻性。當物質在不同的條件下結晶時，其所成晶體的大小、形狀、顏色等可能不同。例如，因結晶溫度的不同，碘化汞的晶體可以是黃色或紅色； NaCl 從純水溶液中結晶時，為立方晶體，但若水溶液中含有少許尿素，則 NaCl 形成八面體的結晶。
晶體的外形稱為晶形。同一種物質的不同晶形，僅能在一定的溫度和外界壓力范圍內保持穩定。當條件變化時，將發生晶形的轉變，同時伴隨著熱效應發生。此外，每一種晶形都具有特定的溶解度和蒸氣壓。
在結晶過程中，利用物質的不同溶解度和不同的晶形，創造相應的結晶條件，可使固體物質極其純凈地從原溶液中結晶出來。
溶質從溶液中結晶出來，要經歷兩個步驟：首先要產生微觀的晶粒作為結晶的核心，這個核心稱為晶核。然后晶核長大，成為宏觀的晶體，這個過程稱為晶體成長。無論是成核過程還是晶體成長過程，都必須以濃度差即溶液的過飽和度作為推動力。溶液的過飽和度的大小直接影響成核和晶體成長過程的快慢，而這兩個過程的快影響慢又影響著晶體產品的粒度分布。因此過飽和度是結晶過程一個極其重要的參數。
溶液在結晶器中結晶出來的晶體和剩余的溶液所構成的懸浮物稱為晶漿，去除晶體后所制的溶液稱為母液。結晶過程中，含有雜質的母液會以表面黏附或晶間包藏的方式夾帶在強優產由于黏附和包藏母液所帶來的雜質。品中。工業上通常在對晶漿進行固液分離以后，再用適當的溶劑對固體進行洗滌，以盡量除去由于黏附和包藏母液所帶來的雜質。
此外，若物質結晶時有水合作用，則所得晶體中含有一定數量的溶劑（水）分子。稱為結晶水。結晶水的含量不僅影響晶體的形狀，也影響晶體的性質。例如，無水碗酸鋼（ CuSO )在240℃以上結晶時，是白色的三棱形針狀晶體；但在尋常溫度下結晶時，則是含5個結晶水的大顆粒藍色晶體水合物（CuSO4·5H2O)。晶體水合物具有一定的蒸氣壓。
結晶的方法
按照結晶過程中過飽和度形成的方式，可將溶液結晶分為兩大類：移除部分溶劑的結晶和不移除溶劑的結晶。①不移除溶劑的結晶法此法亦稱冷卻結晶法，它基本上不去除溶劑，溶液的過飽和摩系借助冷卻獲得，故適用于溶解度隨溫度降低而顯著下降的物系，如KNO3、NaNO3、 MgSO ，等。
②移除部分溶劑的結晶法按照具體操作的情況，此法又可分為蒸發結晶法和真空冷卻結晶法。蒸發結晶是將溶劑部分汽化，使溶液達到過飽和而結晶。此法適用于溶解度隨溫度變化不大的物系或溫度升高溶解度降低的物系，如氯化鈉、無水硫酸鈉等溶液；真空冷卻結晶是使溶液在真空狀態下絕熱蒸發，一部分溶劑被除去，溶液則因為溶劑汽化帶走了一部分潛熱而降低了溫度。此法實質上兼有蒸發結晶和冷卻結晶共有的特點，適用于具有中等溶解度的物系，如氯化鉀、硫酸鎂等溶液。
此外，也可按照操作是否連續，將結晶操作分為間歇式和連續式，或按有無攪拌裝置分為攪拌式和無攪拌式等。
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