蒸發(fā)結(jié)晶器操作及其應(yīng)用
結(jié)晶操作特性
結(jié)晶是在過飽和溶液中生成新相的過程,涉及固液相平衡。對特定的目標(biāo)產(chǎn)物及物系,需通過實驗確定合適的結(jié)晶操作條件,滿足結(jié)晶產(chǎn)品質(zhì)量要求,提高結(jié)晶生產(chǎn)能力,降低過程成本。
結(jié)晶操作中的問題
1.過飽和度 增大溶液過飽和度可提高成核速率和生長速率,有利于提高結(jié)晶生產(chǎn)能力。
過飽和度過大會出現(xiàn)問題:
1) 成核速率過快,產(chǎn)生大量微小晶體,結(jié)晶難以長大;
2) 結(jié)晶生長速率過快,影響結(jié)晶質(zhì)量;
3) 結(jié)晶器壁容易產(chǎn)生晶垢。
存在過飽和度,可保證在較高成核和生長速率的同時,不影響結(jié)晶的質(zhì)量。在不易產(chǎn)生晶垢的過飽和度下進行。
2.溫度
溫度的不同,生成的晶形和結(jié)晶水會發(fā)生改變,溫度一般控制在較小的溫度范圍內(nèi)。冷卻結(jié)晶時,若降溫速度過快,溶液很快達到較高的過飽和度,生成大量微小晶體,影響結(jié)晶產(chǎn)品的質(zhì)量。溫控制在飽和溫度與過飽和溫度之間。
蒸發(fā)結(jié)晶時,蒸發(fā)速度過快,則溶液的過飽度較大,生成微小晶體,附著在結(jié)晶表面,影響結(jié)晶產(chǎn)品的質(zhì)量。蒸發(fā)速度應(yīng)與結(jié)晶生長速率相適應(yīng),保持溶液的過飽和度一定。工業(yè)結(jié)晶操作常采用真空絕熱蒸發(fā),不設(shè)外部循環(huán)加熱裝置,蒸發(fā)室內(nèi)溫度較低,可防止過飽和度的劇烈變化。
3.?dāng)嚢枧c混合
增大攪拌速度可提高成核和生長速率,攪拌速度過快會造成晶體的剪切破碎,影響結(jié)晶產(chǎn)品質(zhì)量。為獲得較好的混合狀態(tài),同時避免結(jié)晶的破碎,可采用氣提式混合方式,或利用直徑或葉片較大的攪拌槳,降低槳的轉(zhuǎn)速。
4.溶劑與pH值
結(jié)晶操作采用的溶劑和pH值應(yīng)使目標(biāo)溶質(zhì)的溶解度較低,以提高結(jié)晶的收率。溶劑和pH值對晶形有影響。如普魯卡因青霉素在水溶液中的結(jié)晶為方形晶體,在醋酸丁酯中的結(jié)晶為長棒狀。在設(shè)計結(jié)晶操作前需實驗確定使結(jié)晶晶形較好的溶劑和pH值。
5.晶種
向處于介穩(wěn)區(qū)的過飽和溶液中添加顆粒均勻的晶種。對于溶液粘度較高的物系,晶核很難產(chǎn)生,而在高過飽度下,一旦產(chǎn)生晶核,就會同時出現(xiàn)大量晶核,容易發(fā)生聚晶現(xiàn)象,產(chǎn)品質(zhì)量不易控制。
高粘度物系必須用在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)添加晶種的操作方法。
6.晶漿濃度
晶漿濃度越高,單位體積結(jié)晶器中結(jié)晶表面積越大,結(jié)晶生長速率越快,有利于提高結(jié)晶生產(chǎn)速度(產(chǎn)量)。但晶漿濃度過高時,懸浮液的流動性差,混合操作困難。
晶漿濃度應(yīng)在操作條件允許的范圍內(nèi)取大值。在間歇操作中,晶種的添加量應(yīng)根據(jù)終結(jié)晶產(chǎn)品的大小,滿足晶漿濃度的高效生產(chǎn)要求。
7.循環(huán)流速
用外部循環(huán)式結(jié)晶器時,循環(huán)流速的設(shè)定要合理。
提高循環(huán)流速
1)有利于消除設(shè)備內(nèi)的過飽和度分布,使設(shè)備內(nèi)的結(jié)晶成核速率及生長速率分布均勻;
2)可增大固液表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù),提高結(jié)晶生長速率;
3)提高換熱效率,抑制換熱器表面晶垢的生成;
循環(huán)流速過高會造成結(jié)晶的磨損破碎。循環(huán)流速應(yīng)在無結(jié)晶磨損破碎的范圍內(nèi)取較大的值。如果結(jié)晶器具備結(jié)晶分級功能,循環(huán)流速也不宜過高,應(yīng)保證分級功能的正常發(fā)揮。
8.結(jié)晶系統(tǒng)的晶垢
結(jié)晶器壁及循環(huán)系統(tǒng)中產(chǎn)生晶垢,影響結(jié)晶過程效率。
防止晶垢或除去晶垢方法:
1)壁內(nèi)表面采用有機涂料,保持壁面光滑,防止在器壁上的二維成核現(xiàn)象的發(fā)生;
2)提高結(jié)晶系統(tǒng)中流體流速,使流速分布均勻,消除低流速區(qū);
3)若外循環(huán)液體為過飽和溶液,使其中不含有晶種;
4)采用夾套保溫方式防止壁面附近過飽和度過高;
5)增設(shè)晶垢鏟除裝置,定期添加溶劑溶解產(chǎn)生的晶垢;
6)蒸發(fā)室壁面極易產(chǎn)生晶垢,可采用噴淋溶劑的方式溶解晶垢。
9.共存雜質(zhì)的影響
結(jié)晶的對象是多組分物系,要選擇性結(jié)晶目標(biāo)產(chǎn)物。
如果共存雜質(zhì)的濃度較低,一般對目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)晶無明顯影響。但如果在結(jié)晶操作中雜質(zhì)含量不斷升高(如采用蒸發(fā)式結(jié)晶操作時),雜質(zhì)的積累會嚴(yán)重影響目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)晶的純度。
結(jié)晶操作中需要控制雜質(zhì)的含量,往往在結(jié)晶系統(tǒng)中增設(shè)除雜設(shè)備。離子交換柱或廢液排放。
相關(guān)產(chǎn)品:連續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶器、葡萄糖酸鈉蒸發(fā)結(jié)晶器、高含鹽廢水蒸發(fā)結(jié)晶器、硫酸鈉蒸發(fā)結(jié)晶器、氯化鈉蒸發(fā)結(jié)晶器