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化学反应系统的结晶理论


实验室k / 2019-02-16

       每个存在着的晶体由于溶质分子在其表面上的逐步沉积而变大的过程称为结晶。这种过程在形式上非常类似于已经讨论过的缩聚反应过程,和聚合物分子量分布相类似的现象是结晶颗粒大小的分布。所以可以认为不论是在连续搅拌槽内或者在间歇或管式系统内进行结晶,可以由粒度分布这个重要差别表示其特征。

       例如,在一个连续搅拌槽式的系统内进行结晶,进料溶液进入串联的第一个槽,并且为了使晶体保持在悬浮状态,各槽都有充分的搅拌。在每一槽内进行二种过程;(a)形成新的晶核,(b)晶核长大形成一定大小的晶体。由此可知,在离开第i槽液体悬浮液中的结晶物质由二部分组成,(a)在这个槽内生成的新的晶体和(b)在前面槽内生成的老的晶体,这老晶体在i槽内仅仅是逐渐长大。由于考虑了这些因素,并且采用核晶形成和结晶长大速率的适当表达式,因此就可能建立所得结晶产物的颗粒大小分布的理论。

       对晶体溶解这一逆过程可作类似的探讨,同样能够用来处理流化床内固体颗粒的反应与磨损。


例题    水中含有物质X的热溶液,连续地流进具有冷却装置的搅拌槽内使X结晶。由于搅拌很强烈,并且结晶粒子相当细,从而使整个淤浆体积内和槽的流出物内晶体悬浮物的浓度是均匀的。在温度和过饱和度保持恒定的条件下。晶核的形成过程是自发进行的并且它的成长速率仅仅取决于过饱和度和温度。晶体可以当作接近于球状,其成长速率同样仅取决于过饱和度和温度,特别是垂直于晶体表面的线性增长速率和晶体粒度无关。

       如果晶体的凝集和碎裂可以不计,证明在流出物中晶体半径在R和R+dR间的分数值等于ae(-aR)dR,其中a是一个常数。再证明在流出物中,半径为0~R'的晶体的重量分率为:


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