工业结晶技术.ppt
- 文档编号:18741150
- 上传时间:2023-10-25
- 格式:PPT
- 页数:395
- 大小:4.06MB
工业结晶技术.ppt
《工业结晶技术.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《工业结晶技术.ppt(395页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
工业结晶过程,主讲教师:
杨亦文工学博士/教授,博导浙江大学化工系制药工程研究所E-mail:
Tel:
13588738628(538628)2012.11,工业结晶过程IndustrialCrystallization,一、工业结晶概论Chapter1OverviewofIndustrialCrystallization结晶在工业上的应用UtilizationofCrystallizationinIndustries结晶产品的表征CharacterizationofCrystallineProducts溶解度和过饱和度SolubilityandSupersaturation,工业结晶过程IndustrialCrystallization,二、成核Chapter2Nucleation初级成核PrimaryNucleation二次成核SecondaryNucleation工业结晶器中的成核NucleationinIndustrialCrystallizers,工业结晶过程IndustrialCrystallization,三、晶体生长Chapter3CrystalGrowth晶体生长过程ProcessInvolvedinGrowthofCrystals总的晶体生长过程TheOverallCrystalGrowthProcess总的晶体生长动力学TheOverallGrowthKinetics生长弥散GrowthDispersion,工业结晶过程IndustrialCrystallization,四、粒数衡算概念Chapter4PopulationBalanceConcept结晶系统数学模型MathematicalModelofCrystallizationsystems粒数衡算PopulationBalance通用粒数方程TheGeneralPopulationEquation分布矩MomentsofTheDistribution平均粒度AverageSizes变异系数CoefficientofVariation,工业结晶过程IndustrialCrystallization,五、混合悬浮混合产品取出结晶器:
一种理想方式Chapter5MixedSuspensionMixedProductRemovalCrystallizer-AnIdealizedConfiguration混合悬浮混合产品取出概念MixedSuspensionMixedProductRemovalCrystallizerConceptMSMPR方式的粒数衡算PopulationBalanceforTheMSMPRConfigurationMSMPR结晶器的粒数密度分布当晶体生长速度与粒径无关时PopulationDensityDistributionforMSMPRCrystallizerSizeIndependentCrystalGrowthRateMSMPR结晶器的粒数密度分布当晶体生长速度与粒径有关时PopulationDensityDistributionforMSMPRCrystallizerSizeDependentCrystalGrowthRate,工业结晶过程IndustrialCrystallization,六、粒数影响因素Chapter6PopulationFunctions与MSMPR结晶方式的偏差DeviationsfromTheMSMPRCrystallizerConfiguration分级Classification,工业结晶过程IndustrialCrystallization,七、结晶动力学的求取Chapter7DerivationofCrystallizationKinetics纯粹结晶动力学的求取DerivationofPureCrystallizationKinetics就外推得到的粒数密度数据的解释InterpretationPopulationDensityDataObtainedResortingtoExtrapolation受粒数函数影响的结晶动力学的求取DerivationofCrystallizationKineticsfromDistributionsAffectedbyPopulationFunctions,工业结晶过程IndustrialCrystallization,八、结晶过程中的物理传递现象Chapter8PhysicalTransportPhenomenainCrystallization均相液体的混合MixingofHomogeneousLiquids固液悬浮物的混合MixingofSolid/LiquidSuspensions固液悬浮物中的传质MassTransferinSolid/LiquidSuspensions搅拌槽中的传热HeatTransferinAgitatedVessels,工业结晶过程IndustrialCrystallization,九、结晶系统的取样和分析Chapter9SamplingandAnalyzingCrystallizingSystems液相样品的取样和分析SamplingandAnalyzingLiquidPhaseSamples固相样品的取样和分析SamplingandAnalyzingSolidPhaseSamples,工业结晶过程IndustrialCrystallization,十、结晶器设计中基本原理的应用Chapter10TheUseofFundamentalPrinciplesinCrystallizerDesign1、物料衡算用于确定结晶器体积TheUseofMassBalancetoFormulateCrystallizationVolume2、粒数衡算概念用于表征产品晶体粒度分布TheUseofThePopulationBalanceConcepttoCharacterizeProductCrystalSizeDistributions3、工业结晶器中结晶动力学与操作条件的相互作用InteractionsBetweenCrystallizationKineticsandOperationConditionsinIndustrialCrystallizers4、工业结晶过程中的技术问题TechnicalProblemsinIndustrialCrystallization,工业结晶过程IndustrialCrystallization,十一、面向设计的结晶动力学:
从小型实验取得的结晶动力学在结晶器设计上的应用Chapter11DesignOrientedCrystallizationKineticsObtainedinSmallScaleExperimentsforCrystallizationDesign1、取得面向设计的结晶动力学的标准过程Standardizedproceduretoderivedesignorientedcrystallizationkinetics2、标准结晶动力学在结晶器设计中的应用TheUseofStandardCrystallizationKineticsinCrystallizerDesign从小型实验取得的结晶动力学用于大型结晶器设计TheUseofCrystallizationKineticsObtainedinSmallScaleExperimentsforDesignofLargeCrystallizers,工业结晶过程IndustrialCrystallization,十二、间歇结晶器设计Chapter12DesignofBatchCrystallizers间歇结晶操作的概念ConceptofOperationinBatchCrystallization间歇结晶的一个循环DescriptionofACycleinBatchCrystallization间歇过程的结晶周期DescriptionofACrystallizationPeriodinABatchCycle间歇与连续操作的比较ComparisonofBatchandContinuousOperation不稳定粒数衡算TheUnsteadyStateNumberBalance加晶种间歇结晶器设计:
能量传递的最佳控制DesignofSeededBatchCrystallizersFeaturingonOptimalControlofEnergyTransfer,工业结晶过程IndustrialCrystallization,十三、连续搅拌槽式结晶器设计Chapter13DesignofContinuousStirredTankCrystallizer混合产品取出的连续全混结晶器的设计DesignofContinuousWellMixedCrystallizerswithMixedProductRemoval强制内循环连续蒸发结晶器设计DesignofContinuousEvaporativeCrystallizerswithForcedInternalCirculation细晶消除的全混结晶器设计DesignofWell-MixedCrystallizerswithFinesRemoval分级产品取出的全混结晶器设计DesignofWell-MixedCrystallizerswithClassifiedProductRemoval同时消除细晶和分级产品取出的全混结晶器设计DesignofWell-MixedCrystallizerswithSimultaneouslyOperativeFinesDestructionandClassifiedProductRemoval,工业结晶过程IndustrialCrystallization,十四、强制循环蒸发结晶器设计Chapter14DesignofForcedCirculationEvaporativeCrystallizer引言与工作原理IntroductionandPrinciplesofOperation蒸发结晶衡算BalancesinEvaporativeCrystallization固体分级SolidsClassification与粒径有关的晶体生长速率SizeDependentGrowthRates浓度推动力分布DistributionofConcentrationDrivingForce液相流动模型LiquidPhaseFlowModel推动力衡算DrivingForceBalances区域停留时间SectionalResidenceTimes拟粒径有关晶体生长速率估算EvaluationofPseudoSize-dependentGrowthRates晶体粒径分布预测PredictionofCrystalSizeDistribution,工业结晶过程IndustrialCrystallization,十五、晶浆处理:
结晶器-离心机-干燥器系统分析Chapter15SlurryHandling:
AnAnalysisofTheSystemCrysallizer-Centrifuge-Dryer管道设计DesignofPipeLines阀门选择ChoiceofValves晶浆预浓缩设备MagmaPrethickeners脱水设备DewateringEquipment干燥设备DryingEquipment,工业结晶过程IndustrialCrystallization,参考书目ReferencesMullin,J.W.,Crystallisation,2nded.Butterworths,London,1972.TQ026.5/YM1中译本:
胡维杰、宁桂玲等编译,结晶过程。
大连:
大连理工大学出版社,1991。
TQ026.5/H2Jancic,S.J.andP.A.M.Grootscholten,IndustrialCrystallization.DelftUniversityPress,Delft,Holland,1984.TQ026.5/YJ1苏联E.B.哈姆斯基著,古涛、叶铁林译,化学工业中的结晶。
化学工业出版社,北京,1984。
TQ026.5/H1丁绪淮、谈遒著,工业结晶。
化学工业出版社,北京,1985。
JournalofCrystalGrowth.Tung,H.H.,Paul,E.L.,Midler,M,McCauley,J.A.,CrystallizationofOrganicCompounds:
AnIndustrialPerspective.NewJercey:
JohnWiley&Sons,2009.,第一章工业结晶概论,1.1结晶在工业上的应用化工、食品、医药、冶金等多领域1.2结晶产品的表征纯度&强度形状&外观晶体粒度分布,众数mode中值mediansize平均尺寸meansize变异系数CV,Figure1.1Illustrationofmaximumsupersaturationandgrowthrateatwhichsoundandpurecrystalsfreefrominclusionscanbeobtained.,Figure1.2Typicalcumulativeundersizeweightdistributionsobtainedincontinuouscrystallization.,Figure1.3Therelativepercentagefrequencycurveshowingcommonlyusedaveragesizes.,CV%(标准差standarddeviation/平均尺寸meansize)100%,1.3溶解度和过饱和度,Figure1.4Solubilitycurveforatypicalsubstance.,Gibbs-Thomson方程,CLC*exp(MY/RTcL)eq.(1.1),式中参数:
CL:
粒径为L的粒子的溶解度,kg/kgsolutionC*:
大粒子的溶解度,kg/kgsolutionM:
分子量,kg/kgmolKY:
固体粒子的表面能,J/m2R:
气体常数,J/molKc:
晶体密度,kg/m3T:
绝对温度,KL:
晶体尺寸,m,第二章成核:
机理及来源,成核机理可以区分为以下几种情况:
成核Nucleation,初级成核Primary,二次成核Secondary,均相成核Homogeneous,多相成核Heterogeneous,2.1初级成核,Figure2.1Theanalogyofthestatesofstabilitybetweenasimplemechanicalsystemandacrystallizingsystem.,Figure2.2Freeenergydiagramforhomogeneousnucleationindicatingtheexistenceofacriticalnucleus.,均相成核:
GkaL2+kvL3(G)v,(2.3),ka表面形状因子:
定义:
表面积=kaL2,kv体积形状因子:
定义:
体积=kvL3,L为晶体特征尺寸,对于球形颗粒,面积=d2,如果以d为特征尺寸,则ka=;体积=/6d3,如果以d为特征尺寸,则kv=/6。
对于立方体颗粒,面积=6d2,如果以边长d为特征尺寸,则ka=6;体积=d3,如果以d为特征尺寸,则kv=1。
对式(2.3)求最大值,得:
Lc=-2ka/3kv(G)v-(2.5),得临界尺寸:
多相成核:
0,cos1,GHET0completeaffinity0180,GHETGHOMpartialaffinity180,cos-1,GHETGHOMcompletenon-affinity,结论:
2.2二次成核,二次成核,初始产晶,针状产晶,碰撞产晶,杂质浓度梯度,流体剪切力,二次晶核的来源,Figure2.3Typeofproductcrystalsobtainedinpurestagnantsolutions,Figure2.4Typeofproductcrystalsobtainedinimpurestagnantsolutions,Figure2.5Typeofproductcrystalsobtainedinagitatedsolutions,影响二次成核的因素,影响二次成核的因素有:
过饱和度、冷却速率、搅拌速度、晶种尺寸、晶种数量、杂质等。
其中过饱和度是最重要的。
2.3工业结晶器中的成核,Figure2.6Crystalsizesandmassdepositionson100gof0.1mmseeds,第三章晶体生长,3.1晶体生长中的过程,晶体从溶液中生长过程至少包含以下三步:
1)溶质从溶液主体向晶体表面附近传递,2)晶体表面上发生的某种过程(常称为表面结合过程),3)结晶热的逸散,Figure3.1Concentrationandtemperatureprofilesincrystallizationfromsolutionforasystemofexothermicheatofcrystallizationandnormalsolubility.,通过膜的传递,静止流体、分子传递:
Fickslaw,恒定浓度梯度,溶质向平板的单向扩散:
=D(c-ci)/,-(3.2),湍流情况下:
kd(c-ci),-(3.3),式3.2与式3.3是表达晶体生长的扩散理论的基本方程。
表面结合过程,表面结合过程是发生在晶体表面的历程。
表面结合动力学,表面结合过程与过饱和度、体系的特性和晶体表面条件有关。
晶体生长的主要阻力是表面结合过程而不是体积扩散过程。
Figure3.2Growthanddissolutionratesforpotashalumcrystalsat32,GSI=kr(ci-c*)r-(3.4),表面结合过程常用经验关联式:
Arrhenius方程:
kr=kr0exp(-Er/RT)-(3.5),Bennema模型:
晶核上的晶核模型:
GSIA5/6exp(-B/)-(3.7),3.2总的晶体生长过程,总的晶体生长速率应该是浓度推动力及其相应的速度常数的函数,即:
Gf(c,Kd,Kr)-(3.8),表面结合过程为一级(r=1)时:
G=kg(c-c*)-(3.9),r1时:
Gcg-(3.10),3.3总的晶体生长动力学,与尺寸有关的晶体生长,Figure3.3Effectofcrystal/solutionrelativevelocityonthegrowthrateof(111)faceofpotashalumcrystalsat32,McCabesL定律,G(111)=6.2410-4v0.65cg-(3.11),(111)晶面的生长速率关联式:
=16L0.63cg-(3.12),流化床中得到的生长速率关联式:
Figure3.4Comparisonbetweenfacegrowthratesofsinglecrystals(smoothcurve)andoverallgrowthratesobtainedinafluidizedbedcrystallizer,Figure3.5TheeffectofcrystalsizeLontheoverallgrowthrateofpotashalumat30,传质和表面结合阻力对晶体生长的相对贡献推导,concentrationdrivingforce,masstransfer,surfaceintegration,crystal/solutionhydrodynamics,temperatureandimpurities,overallgrowthrate,Figure3.6Schematicrepresentationofinfluencesexertedbythegrowthenvironmentuponprocessesinvolvedincrystalgrowth.,假定溶解过程仅仅由传质控制,则:
Figure3.7Crystaldissolutionkineticsforpotashalumat30,Figure3.8Surfaceintegrationkineticsforpotashalumcrystalsat30.Thedottedlinesindicateoverallgrowthratesfromwhichthesewerederived,Figure3.9Surfaceintegrationkineticsforpotashalumcrystalsat30asafunctionofcrystalsizeandsupersaturation,对于总生长动力学、溶解动力学和表面结合动力学对过饱和度都是一级的情况,可以用下式计算总速度常数:
Figure3.10Percentageofthetotalresistancetocrystalgrowthofferedbyvolumediffusionandsurfaceintegrationprocessasafunctionofcrystalsizeforpotashalumat30,晶体生长速率表达式,McCabeandStevenssmodel:
G=dL/dt=1.7710-3Lav1.1(c-c*)1.8(3.15),Bransomsmodel,dL/dt=aRebcn(3.17),连续结晶器中简化为:
dL/dt=avbcn(3.19),dL/dt=aLbcn(3.20),或,CanningandRandolphsmodel,G=G0(1+a1L+a2L2+anLn)(3.21),Abegg,StevensandLarsonsmodel(ASLmodel),G=G0(1+L)b,b1,L0(3.22),3.4生长弥散,在固定过饱和度下,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工业 结晶 技术