蒸发结晶器的操作及应用

晶体操作特性。

晶体是在过饱和溶液中产生新相的过程，涉及固液相平衡。对于特定的目标产品和物体系统，需要通过实验确定合适的晶体操作条件，以满足晶体产品的质量要求，提高晶体生产能力，降低过程成本。

结晶操作中的问题。

1.过饱和度增加溶液过饱和度可以提高成核率和生长率，有利于提高结晶生产能力。

过饱和度过大会出现问题：

1)成核速率过快，产生大量微晶，结晶难以生长；

2)结晶生长速度过快，影响结晶质量；

3)晶体壁容易产生晶垢。

过饱和度可以保证在不影响结晶质量的情况下，成核和生长率更高。在不易产生晶垢的过饱和度下进行。

2．温度

随着温度的不同，晶体形状和晶体水会发生变化，温度一般控制在较小的温度范围内。冷却结晶时，如果冷却速度过快，溶液很快达到较高的过饱和度，产生大量的小晶体，影响结晶产品的质量。温度应控制在饱和温度和过饱和温度之间。

蒸发结晶时，如果蒸发速度过快，溶液过饱度较大，产生微小晶体，附着在结晶表面，影响结晶产品的质量。蒸发速度应适应结晶的生长速度，并保持溶液的过饱和度。工业结晶操作常采用真空绝缘蒸发，无外部循环加热装置，蒸发室温度低，可防止过饱和度的剧烈变化。

3.搅拌和混合。

增加搅拌速度可以提高核和生长速率。过快的搅拌速度会导致晶体的剪切和破碎，影响晶体产品的质量。为了获得更好的混合状态，避免晶体破碎，可以使用气体提升混合，或使用直径或叶片较大的搅拌桨来降低桨的转速。

4.溶剂和pH值。

结晶操作中使用的溶剂和pH值应降低目标溶质的溶解度，以提高结晶的收率。溶剂和pH值对晶体形状有影响。例如，普鲁卡因青霉素在水溶液中的晶体为方形晶体，醋酸丁酯中的晶体为长棒状晶体。在设计晶体操作之前，需要实验来确定晶体形状更好的溶剂和pH值。

5.晶种

将颗粒均匀的晶体添加到介稳区的过饱和溶液中。对于溶液粘度高的物体系统，很难产生晶体核。在高于饱度的情况下，一旦产生晶体核，就会同时出现大量晶体核，容易聚晶，产品质量难以控制。

高粘度物系必须用于在介稳区域添加晶种。

6.晶浆浓度。

晶浆浓度越高，单位体积结晶器中结晶表面积越大，结晶生长速度越快，有利于提高结晶生产速度（产量）。但当晶浆浓度过高时，悬浮液流动性差，混合操作困难。

晶浆浓度应在操作条件允许的范围内达到**值。在间歇操作中，晶种的添加量应根据最终结晶产品的大小，满足晶浆浓度的高效生产要求。

7.循环流速。

使用外循环结晶器时，应合理设置循环流速。

提高循环流速。

1)有利于消除设备内过饱和度分布，使设备内结晶成核率和生长率均匀分布；

2)增加固液表面传质系数，提高结晶生长率；

3)提高换热效率，抑制换热器表面晶垢的产生；

循环流速过高会导致结晶磨损和破碎。循环流速应在无结晶磨损和破碎的范围内取出较大值。如果结晶器具有结晶分级功能，循环流速不宜过高，应保证分级功能的正常发挥。

8.结晶系统的晶垢。

晶垢在结晶器壁和循环系统中产生，影响结晶过程的效率。

防止晶垢或去除晶垢的方法：

1)壁内表面采用有机涂料，保持壁光滑，防止器壁二维成核；

2)提高结晶系统中的流体流速，使流速分布均匀，消除低流速区域；

3)若外循环液体为过饱和溶液，则不含晶种；

4)采用夹套保温，防止壁附近过饱和度过高；

5)增加晶垢铲除装置，定期添加溶剂溶解产生的晶垢；

6)蒸发室壁面容易产生晶垢，晶垢可通过喷雾溶剂溶解。

9.共存杂质的影响。

1)结晶对象为多组分物应选择性结晶目标产物。

2)如果共存杂质浓度较低，一般对目标产物的结晶没有明显影响。但如果杂质含量在结晶操作中不断增加(如蒸发结晶操作)，杂质的积累会严重影响目标产物的结晶纯度。

3)结晶操作中需要控制杂质含量，结晶系统中经常增加除杂设备。离子交换柱或废液排放。