化工结晶过程研究的发展概况
结晶是物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程,化学工业中最常采用的结晶技术为溶液结晶和熔融结晶。
溶液结晶根据待分离物质之间溶解度的不同而实现物质结晶分离。
若溶解度随温度变化敏感,则选择变温结晶法分离;若溶解度随温度变化缓慢,则选择蒸发结晶工艺。
工业结晶过程要尽量控制在介稳区内结晶,以保证得到平均粒度大的结晶产品。
介稳区指的是溶解度与超溶解度之间的区域。
超溶解度定义为某一温度下,物质在一定溶剂组成下能自发成核时的浓度。
溶解度曲线与超溶解度曲线将溶液浓度一温度相图分割为3个区域,分别为稳定区、介稳区和不稳区。
现有的测量溶解度和结晶介稳区的方法主要有静态法和动态法。
静态法指恒定温度、组成等条件下将溶剂和过量溶质搅拌混合,经长时间溶解趋于平衡后,通过各种方法测定清液中溶质浓度,或是测定未溶固体质量反求饱和溶液中溶质浓度。
静态法耗时长,样品和试剂用量大。
但设备简单,容易操作。
动态法是逐渐改变条件(如温度,溶剂量)使原来的固体溶解,测定从固液两相转变为单一液相相变时刻的物性变化来确定溶解度,比如差热分析法、激光法等。
动态法测量速度快,样品耗量少。
结晶分离技术耗能低,过程可在低温下进行,且少有废物排放,是一种符合可持续发展思想的分离方法。
最近几年来发展最快最成熟的是冷却结晶以及熔融结晶,其它结晶方法还具有很大的研究空间。
有研究指出,未来在结晶的研究领域,分子模拟、晶态预测、纳米级
晶体颗粒生产、传感器发展和专业流程开发在工业结晶中将非常重要,至今这些仍尚处于探索阶段,相关研究报道很少。
结晶和其它分离方法耦合仍将是分离研究的重点。
此外,膜结晶的发展空间还很大,无论是从理论还是应用上都有待于进一步做研究。
最后,结晶设备的研究仍然是今后发展的重点,应趋于小型化,达到节能高效的目的。