《溶液结晶过程研究进展》

溶液结晶过程研究进展

摘要：结晶过程是化工过程中重要的操作单元之一，在介绍结晶过程分类的基础之上，提出影响

溶液结晶过程的一系列因素，最后总结了如何合理把握好影响结晶过程中的因素，将会使结晶技

术更加成熟与完善。

关键词：溶液结晶；结晶过程；强化 引 言

结晶是一种历史悠久的分离技术，是化工制药、轻工等工业生产常用的精制技术，可从均质液相中获得一定形状和大小的晶状固体。结晶过程是化工过程中重要的操作单元之一，为数众多的化工产品及中间产品都是以晶体形态出现的，如一些无机盐晶体、蛋白质晶体、糖、食盐等。许多现代制备技术,例如外延生长、有机模板调制下的结晶、生物矿化、分子和纳米粒子的形成及自组装、大分子结晶等，都基于对结晶过程的有效控制[1]。不仅传统工业结晶操作技术与设备在不断更新，而且新兴行业，如生物工程与生命科学、材料工业、催化剂制造、能源与环境、信息与通讯、电子行业也都离不开结晶技术。工业结晶作为跨世纪发展的化工技术，将成为21世纪高新技术发展的基础手段之一。

溶液结晶过程通过改变操作条件或添加晶种物质使体系中关键组分的溶解度（或过饱度）发生变化，体系由平衡稳定状态转变为非稳定状态，促使新相产生，从而达到结晶物质与体系中其它混合物分离的目的。溶液结晶过程是物质从液态转变为结晶态的过程，要经历两个步骤：结晶成核和晶体生长。结晶成核是在过饱和溶液中生成一定数量的晶核；而在晶核的基础上成长为晶体，则为晶体生长。 1 结晶过程分类

结晶过程可以根据不同的方式进行分类，一般根据过饱和度的产生方式进行分类，如冷却结晶蒸发结晶、超声波结晶和高压结晶等[2]。

冷却结晶主要是使溶液冷却而变得饱和的结晶方法，适用于溶解度随温度的降低而显著下降的物质[3]。冷却结晶有自然冷却结晶、夹套冷却结晶、蛇管冷却结晶、喷雾冷却结晶、自冷冷却结晶、长槽搅拌冷却结晶、真空冷却结晶和外部循环冷却结晶等。 蒸发结晶是通过加热溶液，使溶剂蒸发，改变溶液的浓度，溶液由非饱和状态变为饱和状态，再进入过饱和状态进行结晶操作的过程。蒸发结晶可以分为真空蒸发结晶和恒温蒸发结晶。 功率超声是利用超声振动能量，在介质中产生强大的剪切力和高温，以改变物质的组织结构状态、功能或加速这些改变过程，引发或强化机械、物理、化学、生物等过程，提高这些过程的质量和效率，得到理想效果的技术。功率超声与结晶过程的耦合的研究也由来已久，适宜的功率超声能通过影响结晶过程的热力学和动力学过程，从而控制结晶过程，获得不同需求的晶体。关于超声波结晶的作用机理，目前得到普遍认同的具有3种作用机制[4]，即热学机制、机械力学机制和空化机制。

高压结晶是利用加压使物系的液、固相发生相变的一种新型分离精制技术。其优点是生产效率高、处理周期短，可从低浓度物系中分离得到高纯度产品而不受其他操作条件的限制，高压结晶可以提高目的组分回收率。高压结晶对提纯物质的生产率、纯度和收率均有大幅度