第20卷第2期1992年4月25日化学工程口万EMICAL刀NGINEERIN口(召HINA)Vol.20,No.2A妙.25,1992工业结晶的现在与未来王静康(天津大学化工系)本文综述了工业结晶技术与设备的新进展,特别介绍了自溶液结晶与自熔融物系结晶装置的研制与工业应用的现状,并对国内外发展状况进行了简单的比较。同时展望了工业结晶未来的发展动向。主题词:结晶自溶液结晶自熔融物系结晶结晶技术工业结晶技术,作为一种高效低能耗、低污染的制造与分离技术,近年来受到国际工业界与科学界格外的关注,这不但是因为它是制取固体化工产品的必经过程,而且因为随着熔融结晶新技术的成功开发,工业结晶已经成为分离复杂的有机混合物,制取高纯或超纯有机化合物的特效技术之一’一“」。值得注意的是工业结晶技术的应用领域亦在迅速地扩展,由国际发展动向观察,目前不但在化肥、农药、无机盐生产、石油化工、食品业、医药工业等传统领域是基本步骤之一,而且已成功地扩展至新兴的生物化工、能量贮存、材料工业、催化剂制造、特种功能物质的形成以及电化学、电子材料生产等行业中。近年来工业结晶技术与理论的研究,在国际上开展得异常活跃,一“J,国内亦已起步,并开始取得了可喜的成果刘。在美、英、德等国大企业与高等院校结晶研究中心联合,一般每两年在国内举办一次“工业结晶技术短训班”,继第十一届世界工业结晶会议(1990年在西德举办)之后,于1991年美国与德国又都分别举办了“工业结晶技术国际研讨会”,其中论文按内容粗分:有关新型应用领域开发研究约占23%;有关结晶过程控制与质量监测研究约为19%;有关结晶动力学、热力学以及过程动态学等基础研究接近23%;新型结晶装置开发及过程模型化研究约占20%;反应结晶,其中又主要是生物化学结晶过程研究开发文章高达18%左右。1990年在天津举办了中国化学工程学会首届工业结晶学术报告会川,大会宣读论文45篇,据不完全统计,其中十项成果于1”l年已推向工业界,例如天津大学“七·五”攻关成果—用新型液膜结晶技术分离超纯有机化合物;华南理工大学的蔗糖溶液结晶新技术;成都工学院开发的脂肪酸体系乳液结晶技术等均已投入了国产化生产,取得了显著经济效益。现在国际工业结晶技术已经注意发展结晶颗粒设计,即进入结晶工程阶段同。按结晶物系的特征划分,工业结晶主要分为自溶液结晶与自熔融物系结晶两大范畴,以下仅就这两方面进行探讨。溶液结晶结晶过程是一个复杂的传热、传质过程,反应结晶(或称反应沉淀结晶过程)尤甚。在不同的物理(流体力学等)化学(组分组成等)一57一环境下,结晶过程的控制步骤可能改变,反映出不同的结晶行为。对于传统的溶液结晶过程(如无机盐或糖的水溶液结晶),热力学结晶相图比较简单,晶粒生成过程主要可由经验结晶成核与成长动力学公式描述:Bo=瓜N`M才G,(1)`~k,J户bL(2)晶体粒度分布可用总体粒数衡算通式分析:流.刁(Cn).__Q,。之子+二竺异匕十D二B一干n(3)决’刁L’一一V-式(1)一(3)中0I]晶核生成速率心结晶成长速率刃输入功率M:悬浮密度」C过饱和度乙结晶粒度概·k,,d,夕,`,g,b相应动力学式中特性常数与幂指数粒数密度t时间B和D分别为结晶出生或死亡函数口排出晶浆的体积速率口幻`分析式(l)~(3)可以看出,对于结晶动力学为控制溶液结晶过程,过饱和度水平是最重要的决定因素。对于溶液结晶产品的质量指标,主要是指特定的结晶粒度分布(CSD),晶习及结晶的纯度。为了得到合格的结晶产品,即国际上俗称的达到规定CSD的流砂状结晶,工业结晶过程应该控制在介稳区进行。众解周知,对于不同的结晶物系,产生过饱和度方法可能不同,可以是冷却、蒸发、盐析、加压或是化学反应等等。为了适应于这些不同方体的特殊要求,在国际工业结晶界已经开发出各种形式结晶器,多达三十余种,部分如图l~图6所示。大量的工业实践证明,无论对于连续结晶或间歇结晶过程,细晶消除对于保证结晶产品质量都是非常有效的手段,利用它可以有效地实现结晶产品一58一粒度分割的目的,以获取指定粒度分布的结晶,此外,结晶器内流体力学情况也是异常重要的因素,它直接影响结晶器内过饱和度水平的分布,即影响结晶成核、成长动力学、结垢、粒度分布宽度等。近代开发的新型结晶器皆已考虑了这些因素。天津大学化工...
