结晶是固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程。在化学工业中,常遇到的情况是固体物质从溶液及熔融物中结晶出来,如糖、食盐、各种盐类、染料及其中间体、肥料及药品、味精、蛋白质的分离与提纯等。结晶是一个重要的化工单元操作,主要用于以下两方面。
(1)制备产品与中间产品? 许多化工产品常以晶体形态出现,在生产过程中都与结晶过程有关。结晶产品易于包装、运输、贮存和使用。
(2)获得高纯度的纯净固体物料? 工业生产中,即使原溶液中含有杂质,经过结晶所得的产品都是能达到相当高的纯净度,故结晶是获得纯净固体物质的重要方法之一。
工业结晶过程不但要求产品有较高的纯度和较大的生产率,而且对晶形、晶粒大小及粒度范围(即晶粒大小分布)等也有规定。颗粒大且粒度均匀的晶体不仅易于过滤和洗涤,而且贮存时胶结现象(即72粒体互相胶粘成块)大为减少。
结晶过程常采用搅拌装置。搅动液体使之发生某种方式的循环流动,从而使物料混合均匀或促使物理、化学过程加速操作。搅拌在工业生产中的应用有:
①气泡在液体中的分散,如空气分散于发酵液中,以提供发酵过程所需的氧;
②液滴在与其不互溶的液体中的分散,如油分散于水中制成乳浊液;
③固体颗粒在液体中的悬浮,如向树脂溶液中加入颜料,以调制涂料;
④互溶液体的混合,如使溶液稀释,或为加速互溶组分间的化学反应等。
此外,搅拌还可以强化液体与固体壁面之间的传热,并使物料受热均匀。搅拌的方法有机械搅拌和气流搅拌。
搅拌槽内液体的运动,从尺度上分为总体流动和湍流脉动。总体流动的流量称为循环量,加大循环量有利于提高宏观混合的调匀度。湍流脉动的强度与流体离开搅拌器时的速度有关,加强湍流脉动有利于减小分隔尺度与分隔强度。不同的过程对这两种流动有不同的要求。液滴、气泡的分散,需要强烈的湍流脉动固体颗粒的均匀悬浮,有赖于总体流动。搅拌时能量在这两种流动上的分配,是搅拌器设计中的重要问题。