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化学工程中的结晶技术一、结晶技术的定义与意义结晶技术是化学工程领域的一种重要分离和纯化技术，通过控制溶液中溶质的过饱和度，使其在一定条件下结晶沉淀出来，从而实现溶质的分离和纯化。
结晶技术在化学工业、药品生产、食品工业等领域具有广泛的应用，对于提高产品质量和生产效率具有重要意义。
二、结晶过程的基本原理1.过饱和度：溶液中溶质的浓度超过其在特定温度和压力下饱和溶解度时，称为过饱和溶液。
过饱和溶液中的溶质容易形成晶体。
2.成核：过饱和溶液中的溶质分子在适当的条件下，开始聚集并形成微小的晶体核。
3.晶体生长：溶液中的溶质分子不断向晶体核上吸附，使晶体核逐渐长大，形成完整的晶体。
4.晶体分离：通过控制溶液的温度、浓度、搅拌速度等条件，使晶体在一定时间内达到所需的尺寸和纯度，然后将晶体与溶液分离。
三、结晶技术的分类及应用1.冷却结晶：通过降低溶液的温度，使溶质过饱和并结晶沉淀。
适用于溶解度随温度变化较大的物质。
2.蒸发结晶：通过蒸发溶液中的溶剂，使溶质过饱和并结晶沉淀。
适用于溶解度随温度变化不大的物质。
3.盐析结晶：通过加入适当的盐类，降低溶液中溶质的溶解度，使其结晶沉淀。
适用于蛋白质、酶等生物大分子的分离和纯化。
4.超滤结晶：利用超滤膜对溶液中溶质的选择性透过作用，使溶质在膜表面结晶沉淀。
适用于高分子物质的分离和纯化。
四、结晶操作的影响因素1.温度：温度对溶质的溶解度有显著影响，通过控制温度可以调节溶质的过饱和度，从而控制结晶过程。
2.浓度：溶液中溶质的浓度越高，过饱和度越大，结晶速度越快。
3.搅拌速度：搅拌可以增加溶质与溶剂的混合程度，有利于晶体的均匀生长。
但过快的搅拌速度可能导致晶体形态的不规则。
4.溶剂选择：溶剂的性质会影响溶质的溶解度和结晶速度，选择合适的溶剂可以提高结晶效率。
五、结晶技术的展望随着科学技术的不断发展，结晶技术在化学工程中的应用越来越广泛。
未来的结晶技术将更加注重绿色环保、节能高效，通过新型材料、智能控制系统等先进技术，实现结晶过程的优化和自动化，进一步提高产品质量和生产效率。
结晶原理和起晶方法（一）结晶原理晶体是具有一定几何晶形，一定颜色的固体。
物质自溶液中成晶体状态析出，或从熔融状态受冷时成晶体状态凝结的过程称为结晶。
1．晶体的特点晶体上的物质质点贮存的能量最小（对比于其他状态），质点只能在晶体上的一定位置振动，而且振动的平均位置不变，保持晶格不致破坏，因此晶体是一种稳定的固体状态。
晶体是纯的、化学均一性的固体，同一晶体内各个不同部位的成分和结构是相同的。
对要求纯度较高的固体产品，多采用结晶的办法来提取和提纯。
晶体的形状相同，晶棱齐整，晶面平滑反光，晶色一致，给人以晶莹美观，产品优良的观感。
晶体容易筛分而使产品大小均匀。
2．溶解与结晶当晶体置于溶剂（或未饱和的溶液）中时，它的质点受溶液分子的吸引和碰撞，即会吸收能量而均匀的扩散于溶液中（或与溶液形成化合物、水合物等），同时已溶解的固体质点也会碰撞到晶体上，放出能量而重新结晶析出。
若溶液未饱和，则溶解速度大于结晶速度，这就表现为溶解，溶解时所吸收热量称为溶解热。
随着溶解量的增加，溶液浓度不断增大，则溶解速度与结晶速度慢慢趋向相等，溶解与结晶就处于动态平衡，这时的溶液称为饱和溶液。
物质溶解的量称为溶解度。
随着温度的升高，质点能量增加，扩散运动增大，晶体的溶解量增多，溶解度就升高。
相反要想使溶质从溶液中析出。
则要反方向来破坏这个动态平衡，使结晶速度大于溶解速度。
溶液中的溶质含量超过它饱和溶液中溶质含量时，溶质质点间的引力起着主导作用，它们彼此靠拢、碰撞、聚集放出能量，并按一定规律排列而析出，这就是结晶过程。
工业生产上可采用蒸发浓缩，冷却或其他降低溶解度的方法来破坏溶液的动态平衡，使溶质结晶。
3. 过饱和溶液通过实验而给出的各种物质溶解度与温度关系的曲线称为溶解度曲线。
这些曲线都是连续的，但有些物质由于在不同温度下形成不同的化合物（水合物），因此曲线出现折点。
如柠檬酸其折点温度为36.6℃，在超过36.6℃时结晶的柠檬酸不带结晶水，而在36.6℃以下结晶的柠檬酸带一个结晶水。
结晶crystallization从液态（溶液或熔融物）或气态原料中析出晶体物质，是一种属于热、质传递过程的单元操作。
从熔融体析出晶体的过程用于单晶制备，从气体析出晶体的过程用于真空镀膜，而化工生产中常遇到的是从溶液中析出晶体。
根据液固平衡的特点，结晶操作不仅能够从溶液中取得固体溶质，而且能够实现溶质与杂质的分离，借以提高产品的纯度。
早在5000多年前，人们已开始利用太阳能蒸浓海水制取食盐。
现在结晶已发展成为从不纯的溶液里制取纯净固体产品的经济而有效的操作。
许多化工产品（如染料、涂料、医药品及各种盐类等）都可用结晶法制取，得到的晶体产品不仅有一定纯度，而且外形美观，便于包装、运输、贮存和应用。
原理溶质从溶液中析出的过程，可分为晶核生成（成核）和晶体生长两个阶段，两个阶段的推动力都是溶液的过饱和度（溶液中溶质的浓度超过其饱和溶解度之值）。
晶核的生成有三种形式：即初级均相成核、初级非均相成核及二次成核。
在高过饱和度下，溶液自发地生成晶核的过程，称为初级均相成核；溶液在外来物（如大气中的微尘）的诱导下生成晶核的过程，称为初级非均相成核；而在含有溶质晶体的溶液中的成核过程，称为二次成核。
二次成核也属于非均相成核过程，它是在晶体之间或晶体与其他固体（器壁、搅拌器等）碰撞时所产生的微小晶粒的诱导下发生的。
对结晶操作的要求是制取纯净而又有一定粒度分布的晶体。
晶体产品的粒度及其分布，主要取决于晶核生成速率(单位时间内单位体积溶液中产生的晶核数)、晶体生长速率（单位时间内晶体某线性尺寸的增加量）及晶体在结晶器中的平均停留时间。
溶液的过饱和度，与晶核生成速率和晶体生长速率都有关系，因而对结晶产品的粒度及其分布有重要影响。
在低过饱和度的溶液中，晶体生长速率与晶核生成速率之比值较大（见图），因而所得晶体较大，晶形也较完整，但结晶速率很慢。
在工业结晶器内，过饱和度通常控制在介稳区内，此时结晶器具有较高的生产能力，又可得到一定大小的晶体产品。
考试课程名称：结晶学学时： 40学时考试方式：开卷、闭卷、笔试、口试、其它考试内容：一、填空题〔每空0.5分，共10分〕1.晶体的对称不仅表达在上，同时也表达在上。
2.中级晶族中，L2与高次轴的关系为。
3.下面的对称型国际符号对应晶系分别为：23为晶系，32为晶系，mm2为晶系，6mm为晶系。
4.金刚石晶体的空间群国际符号为Fd3m，其中F表示，d表示，根据其空间群符号可知金刚石属于晶系，其宏观对称型的全面符号为。
5.正长石通常发育双晶，斜长石发育双晶。
6.晶体中的化学键可以分为、、、和等五种。
7.最严密堆积原理适用于晶格和晶格的晶体。
二、选择题〔每题1分，共10分，前4题为单项选择〕1.对于同一种晶体而言，一般说来大晶体的晶面数与小晶体的晶面数，哪个更多？〔〕A、大晶体的B、小晶体的C、一样多D、以上均错误2. 类质同象中，决定对角线法则的最主要因素是：〔〕A、离子类型和键型B、原子或离子半径C、温度D、压力3. 具有Li 4和Li6的晶体的共同点是：〔〕A、有L2B、无PC、无CD、有垂直的P4.关于布拉维法则说法不正确的选项是：〔〕A、实际晶体的晶面往往平行于面网密度大的面网B、面网密度越大，与之平行的晶面越重要C、面网密度越大，与之平行的晶面生长越快D、面网密度越大，与之平行的晶面生长越慢5.可以与四面体相聚的单形有〔〕A、四面体B、立方体C、八面体D、四方柱E、斜方双锥6.黄铁矿晶体通常自发地生长成为立方体外形，这种现象说明晶体具有〔〕性质：A、自限性B、均一性C、异向性D、对称性7.下面说法中正确的有：〔〕A、准晶体具有近程规律B、非晶体具有远程规律C、准晶体具有远程规律D、非晶体具有近程规律8.*晶面在*、Y、Z轴上截距相等，该晶面可能的晶面符号有〔〕A、〔hhl〕B、〔hkl〕C、〔1011〕D、〔hh h2l〕9.同一晶带的晶面的极射赤平投影点可能出现的位置有〔〕A、基圆上B、直径上C、大圆弧上D、小圆弧上10.关于有序-无序现象说法正确的有〔〕A、有序-无序是一种特殊的类质同象B、形成的温度越高晶体越有序C、形成的温度越高晶体越无序D、有序-无序是一种特殊的同质多象三、名词解释〔5个，每个2分，共10分〕1.平行六面体2.晶体对称定律3.空间群4.双晶律5.多型四、问答题〔29分〕1.石盐〔NaCl〕晶体的空间群为Fm3m，请在石盐晶体构造平面示意图〔以下图a，b〕中分别以氯离子和钠离子为研究对象，画出各自的平面格子的最小重复单元。
