第十一章酒精差压蒸馏技术ppt课件

1、第十二章 结晶技术 生物工业的固体产品又可分为结晶型和无定型两类。区别：构成单位原子、分子或离子的陈列方式是规那么的结晶；不规那么的无定型。 蔗糖、食盐、氨基酸、柠檬酸等都是结晶形，而淀粉、酶制剂、蛋白质和某些喷雾枯燥获得的产品是无定型物质。 构成晶形物质的过程称为“结晶；而得到无定型物质的过程称为“沉淀。 结晶是同类分子或离子的规那么陈列，具有高度的选择性，结晶操作能从杂质含量相当多的发酵液或溶液中构成纯真的晶体。 结晶产品外观优美，它的包装、运输、储存和运用都很方便。.第一节 根本概念一、晶体性状 晶体是内部构造中的质点(原子、离子、分子)作规律陈列的固态物体。 假设生长环境好，那么可构成

2、有规那么的多面体外形多面体。结晶多面体的面称为晶面，棱边称晶棱。从溶液中结晶的晶体具有以下一些性质：(1)自范性：晶体具有自发地生长为多面体构造的能够性。即晶体常以平面作为与周围介质的分界面。这种性质称为晶体的自范性。(2)各向异性：几何特性及物理性质应随方向而有差别。(3)均匀性：晶体中每一宏观质点的物理性质和化学组成都一样 (因内部晶格一样)。正由于有了晶体的均匀性这一性质，才保证了工业消费的晶体产品具有高的纯度。.二、饱和曲线和过饱和曲线饱和溶液： 溶液恰好饱和，溶质既无溶解也无结晶，即溶质与溶液处于平衡形状，此溶液称为饱和溶液；未饱和溶液： 假设添加固体那么固体溶解；过饱和溶液： 超越

3、饱和点的溶质迟早要从溶液中沉淀出来。 要使溶质从溶液中结晶出来，须首先使溶液成为过饱和形状，也即必需设法产生一定的过饱和度作为推进力。.二、饱和曲线和过饱和曲线溶液的过饱和度与结晶的关系： AB为饱和曲线；CD为过饱和曲线。 AB和CD将图分为：稳定区、介稳区和不稳区。稳定区：溶液尚未饱和，没有结晶的能够。介稳区：也不会自发产生晶核，但如已有晶核，那么晶核长大而吸收溶质直至浓度回落到饱和线上。不稳区：能自发产生晶核。 如E点是溶液的原始末饱和形状， E H是冷却结晶线，F点是饱和点，不能结晶，到达G点时，自发产生晶核。.三、结晶过程1、结晶过程： 首先是产生晶核； 晶核在良好的环境中长大。 动

4、力是溶质的浓度差CC-C ， 过饱和度的大小会影响晶核的构成速度和晶体的长大速度，影响最终晶体产品的粒度和晶体粒度分布。混晶景象： 溶解度相差不大，晶格相近的杂质。.2晶体纯度的影响要素(1)母液在晶体外表的吸藏 杂质甚至会机械地堕入晶体。吸藏的杂质可以经过重结晶的方式除去。(2)构成晶簇 细小晶体易构成晶簇，常机械地包含母液，这种情况也称为包藏。粒度大且较均匀的晶体夹带母液较少。 (3)晶习 晶体外形叫晶习。如谷氨酸结晶，存在-结晶(体)和-结晶(体) 。 -结晶呈颗粒状，晶体产质量量好； -结晶呈片状、针状，比外表大，易包含杂质和母液。 影响晶习的要素： 溶液性质、杂质和溶剂等。 操作条件

5、如温度、搅拌程度、冷却或浓缩方式、PH的调整等。.3成核景象三种方式：(1)初级均相成核： 溶液在不含外来物体时自发产生晶核，称为初级均相成核。(2)初级非均相成核： 在外来物体(如大气微尘)诱导下产生晶核的景象称为初级非均相成核。(3)二次成核： 溶液中已有溶质晶体存在的条件下构成晶核的景象称二次成核。二次成核中又以接触成核占主导。.3成核景象 接触成核： 新生的晶核是晶浆(有晶体存在的结晶溶液)中已有的晶体颗粒，在结晶器中与其他固体接触碰撞时产生的晶体表层的碎粒。 晶核生成速率过高，它容易导致晶体产品的粒度及粒度分布不合格。需求仔细思索对待的问题。.第二节 结晶动力学一、晶核的构成： 通常

6、用成核速率来表示晶核的生成速度，即： 成核速率 = 新生成晶核数(单位时间x单位体积溶液1初级均相成核：工业上稀有，也不受欢迎。 晶核约为数百个结合体。.一、晶核的构成2临界粒度及粒度对溶解度的影响： 晶体的生存实际： 小粒子具有较大的外表能，其溶解度高于粒度较大的晶体。如溶液中同时存在大、小晶粒，那么微小晶粒溶解而大晶粒长大，直至微小晶粒完全消逝。颗粒只需大至 某一临界粒度值(m级才干成为继续长大的稳定的晶核。 实际上可推导出临界粒度值。除颗粒大小外，还有许多要素对溶解度产生影响，如溶质的同离子、盐、溶剂种类、pH等。.一、晶核的构成3 初级非均相成核： 外来物体，如大气灰尘污染，小菌体，溶

7、液中其他不溶性固体微粒都会诱导生成晶核。 在工业规模的结晶过程中，普通不应以初级成核作为晶核的来源。.二、二次成核景象二次成核： 受已存在的宏观晶体的影响而构成晶核的景象。是绝大多数工业结晶器中晶核的主要来源。液体剪应力成核：过饱和溶液以较大流速扫过正在生长的晶体外表时，液体边境层存在剪切应力(速度差引起)，将附着于晶体之上的粒子扫落，大的作为晶核生生长大，小的那么溶解。接触成核(碰撞成核)：晶体在与外部物体(包括另一粒晶体)碰撞时会产生大量碎片，其中较大的就是新的晶核。 实践阅历指出，晶核生成量与搅拌强度有直接关系.1. 接触成核 接触成核在工业结晶过程中被以为是获得晶核最简单、最好的方法。

8、优点： 动力学级数较低，即溶液过饱和度对成核影响较小。 在低过饱和度下进展，能得到优质结晶产品。 产生晶核所需求的能量非常低，被碰撞的晶体不会呵斥宏观上的磨损。在工业消费中，接触成核有以下4种方式： (1)晶体与搅拌螺旋桨间的碰撞； (2)湍流下晶体与结晶器壁间的碰撞； (3)湍流下晶体与晶体的碰撞； (4)沉降速度不同，晶体与晶体的碰撞。 其中以第1种方式为主。. 2影响接触成核速率的要素(1)过饱和度的影响：产生的晶粒数N是过饱和度S的函数。无论哪一类晶体，晶核生成量与晶体生长速率成正比。 (2)碰撞能量E的影响：碰撞能量纯越大，产生的晶粒数越多。(3)螺旋桨的影响：螺旋桨对接触成核的影响

9、最大，主要表达在它的转速和桨叶端速度上。(4)晶体粒度的影响：晶体粒度大，碰撞能量大，那么晶核生成量添加。当悬浮晶粒随溶液循环而流经桨叶的旋转平面时，并非一切粒度的晶粒都有时机与桨叶相接触。只需当晶体大于某一粒度值后才干和桨叶碰撞产生二次晶核。也就是说小晶粒在循环中难与螺旋桨接触。(5)螺旋桨材质的影响：聚乙烯桨叶与不锈钢桨叶相比晶核生成量相差4倍以上，软的桨叶吸收了大部分碰撞能量，使晶核生成量大幅度减少(也有晶核的生成与材质无关的报道)，一 般情况下，低转速时，桨叶材质的影响要突出些。. 3 工业结晶过程中控制成核景象的措施(1)维持稳定的过饱和度，防止结晶器在部分范围内产生过饱和度的动摇，

10、例如蒸发面、冷却外表、不同浓度的两股流混合区内(如谷氨酸结晶时加酸调pH的酸液流附近)。(2)限制品体的生长速率，即不以盲目提高过饱和度的方法，到达提高产量酌目的。(3)尽能够减低晶体的机械碰撞能量及几率，长桨叶、慢搅拌是常用的方法。(4)对溶液进展加热、过滤等预处置，以消除溶液中能够成为晶核的微粒。(5)使符合要求的晶粒得以及时排出，而不使其在器内继续参与循环。(6)将含有过量细晶的母液取出后加热或稀释，使细晶溶解(细消)，然后送回结晶器。(7)调理原料溶液的pH值或参与某些具有选择性的添加剂，以改动成核速率。.三、晶体的生长 晶体的生长有以下3个步骤：(1)溶液主体的溶质传送主要靠对流，但

11、在接近晶体外表有一静止液层，称为境界膜，待结晶的溶质只能借分散穿过境界膜 时，才干到达晶体外表，这是一个分散传质过程。(2)到达晶体外表的溶质在适当的晶格位置长入晶面，使晶体增 大，同时放出结晶热。这是一个外表反响过程。 溶液过饱和度过大时，成核和长大连率过快，结晶热必需以很快的方式放出，以顺应快速成核和迅速长大的需求。因 为比外表越大，放热越快，这样，就容易构成比外表大的片状、针状结晶或树枝状晶簇，这种结晶或晶簇易包裹母液，因此结晶质量大幅度地下降。(3)放出来的结晶热借热传导方式放到溶液中。 外表反响速率与结晶温度的关系很大，结晶温度升高，表 面反响速率加快，分散速率根本不变，有利于晶体生

12、长。.四、杂质对晶体生长速率的影响 杂质对晶体生长速率的影响途径有以下几点：(1)经过改动溶液的构造或平衡饱和浓度，改动晶体与溶液之间 的界面上液层的特性，影响溶质长入晶面。(2)杂质本身在晶面上吸附，产生阻挠作用(如带菌发酵液直接结晶时，菌体钻附在晶体外表)。(3)如晶格有类似之处，杂质有能够长入晶体内。晶体生长过快产生晶体缺陷和位错时，晶格不同也能够产生吸藏景象，杂质质点堕入产品晶体中。 杂质对结晶操作尤其是对晶习的影响，有重要意义。.第三节 结晶操作和结晶设备 结晶操作既要满足消费规模的要求，又要符合产质量量要求。 发酵产品的结晶过程分分批操作和延续结晶。 延续结晶操作有很多显著的优点，

13、特别是大规模消费更合理。优点：(1)冷却法及蒸发法(真空冷却法除外) ，采用延续结晶，操作费用低，经济性好。(2)结晶工艺简化，相对容易保证质量。(3)消费周期短，节约劳动力费用。(4)结晶设备的消费才干可比分批操作提高数倍甚至数十倍。(5)操作参数相对稳定，易于实现自动化控制。.延续结晶的缺陷(1)换热面和器壁上容易产生晶垢，后期的操作条件和产质量量逐渐恶化，清理时机少于分批操作。(2)和操作良好的分批结晶相比，产品平均粒度较小。(3)操作控制上比分批结晶因难，要求严厉。. 一、分批结晶 为了控制晶体的生长，获得粒度较均匀的产品，必需尽一切能够防止不需求的晶核生成。 小心地将溶液的形状控制在

14、介稳区内。有时可在适当时机向溶液中添加适量的晶种，使被结晶的溶质只在晶体外表上生长。用温暖的搅拌，使晶体较均匀地悬浮在整个溶液中，并尽量防止二次成核景象。不同的操作方式对分批冷却结晶过程的影响： 1.速冷，不加晶种； 2.缓冷，不加晶种； 3.速冷，加晶种； 4.缓冷，加晶种。.二、延续结晶操作要求： 1.符合质量要求的产品粒度分布； 2.高的消费强度； 3.尽量降低晶垢产生速度，以延伸延续结晶的 操作周期； 4.维持结晶器的操作稳定性。.二、延续结晶方法：1细晶消除：根据淘析原理，在结晶器内部或下部建立一个廓清区，在此区域内，晶浆以很低的速度上流，细小晶粒那么随着溶液从廓清区溢流而出，进入细

15、晶消除系统。以加热或稀释的方法使之溶解，然后经循环泵重新回到结晶器。2产品粒度分级排料：将结晶器中流出的产品先流过分级排料器，小于产品分级粒度的晶体截留后前往结晶器继续长大。3清母液溢流：调理结晶器内晶浆密度的主要手段有时与细晶消除相结合。一部分排出结晶系统；另一部分那么进入细晶消除系统，消除细晶后再回到结晶器中。.三、结晶设备1立式搅拌结晶罐： 最简单的一种分批式结晶器，它的操作比较容易，谷氨酸和柠檬酸结晶中都采用。搅拌转速普通较慢。2 卧式结晶槽： 它的容积较大，转速很慢，既可作结晶用，也可作蒸发结晶操作的辅助冷却结晶器，又可作为结晶分别前的晶浆贮罐。.3真空结晶器： 结晶速度较快，容易自然起晶，晶体产品要求颗粒粗大时， 往往采用真空结晶器。味精厂的味精结晶设备多采用此结晶器。 以上3种结晶器在发酵上业上运用比较成熟。4孪生式结晶器： 由两个相互连通的A、C结晶槽组成，两槽的操作温度不同， C中的任务温度低于槽A。温度高的料液进入A槽，与循环晶 浆混合，在搅拌器作用下，经过水冷式循环管，冷却的晶浆一部分流入槽C，与C槽中的循环晶浆混合；一部分流回A槽。三、结晶设备.5Oslo型结晶器： 此类结晶器在我国的 NH4Cl等工业消费上曾得到较广泛运用。历史虽较长，但性能有缺乏之处，人们有较成熟操作阅历。6DTB型结晶器： 延续结晶器的主要方式之一，可用于真空冷却法、