氯氧化铋反应结晶动力学研究

在铋盐水解制备氯氧化铋的反应结晶过程中,控制氯氧化铋晶体成核和生长速率可影响氯氧化铋晶体的形貌、粒径和分散性。为此,选用间歇动态法研究了氯氧化铋晶体成核与生长动力学,采用矩量变换法建立了结晶过程动力学模型,并用最小二乘法对实验数据进行多元线性回归,获取了动力学模型参数。研究结果表明：当氯氧化铋晶体粒度≥3 μm时,其晶体生长速率符合粒度无关生长模型;晶浆悬浮密度和过饱和度对成核速率均有显著影响;溶液过饱和度对成核速率的影响较生长速率的影响更为显著。     

阿莫西林成核与生长动力学

阿莫西林现有结晶工艺获得的晶体粒度过小,直接影响到后续的过滤、干燥以及包装运输,研究其结晶动力学参数以指导结晶工艺,控制结晶过程中晶体的成核速度与生长速度,对提高晶体粒度有着重要意义。文章分别采用激光法和显微摄像的方法对阿莫西林结晶过程中初级成核、二次成核和单晶体生长速度进行了测定,计算出动力学相关数据。通过实验确定阿莫西林初级成核中均相成核与非均相成核的分界过饱和度S=4.5以及各自对应的成核自由能与成核半径,确定了二次成核发生时间与过饱和度间的关系以及阿莫西林晶体的生长速率与过饱和度的关系,并由生长指数m=1.995 5推出阿莫西林的生长机制为螺旋错位生长。通过阿莫西林结晶动力学研究为改进和优化结晶过程提供了理论基础。     

Na_2CrO_4-NaOH-H_2O体系中Na_2CrO_4真空蒸发结晶动力学研究

在液相氧化法铬盐清洁生产工艺中,中间产品铬酸钠的结晶相分离为重要的组成部分,采用真空蒸发结晶的方法可从Na2CrO4-NaOH-H2O体系中分离得到铬酸钠晶体。文中研究了Na2CrO4在NaOH溶液中晶体成核与生长动力学规律。采用间歇动态法中的矩量变换法建立了结晶过程的动力学模型,用最小二乘法对动力学实验数据进行多元线性回归,得到了动力学参数,并验证了动力学模型的可靠性。结果表明:在粒度大于50μm的范围内,铬酸钠晶体的生长符合粒度无关生长模型;晶浆的悬浮密度、搅拌强度和过饱和度对成核速率均有显著影响;溶液过饱和度对成核速率的影响大于对生长速率的影响。结晶动力学的研究为液相氧化法铬盐清洁生产工艺中铬酸钠和氢氧化钠的分离工艺优化提供了理论基础。     

初始过饱和度对谷氨酸结晶的影响研究

以谷氨酸一钠(MSG)水溶液模拟发酵液,采用pH-shift模式研究溶液初始过饱和度对谷氨酸结晶的影响。结果表明:过饱和度同时影响谷氨酸结晶的晶习和粒度分布。当过饱和度S≤7.15时,谷氨酸主要以α型晶习析出,粒径呈对数对称分布。随着过饱和度增大,β型结晶比例增大,中位径趋小且粒度分布范围变宽。当S≥14.17以后,晶体全部是β型晶习,晶体粒度分布分散且无规律。根据经典成核理论计算了不同过饱和度/MSG浓度时两种谷氨酸晶习的成核速率,证明两种晶习的成核速率均随过饱和度增加而加快,相同过饱和度时α型晶习成核速率大于β型,而相同MSG浓度时β型成核速率大于α型。研究认为,结晶成核速率随过饱和度增大而加快是影响谷氨酸结晶粒度分布的主要原因,而晶体晶习主要取决于α、β型两种晶核的竞争性成核速率的差值。基于已有研究报道及实验结果,提出了α和β型谷氨酸晶体的C-pH相图模型,解释了过饱和度影响谷氨酸结晶晶习的规律。     

(NH4)2SO4和Na2SO4混合溶液中(NH4)2SO4结晶动力学及铁/铝/锰/铬等离子对(NH4)2SO4结晶的影响规律

湿法冶金、三元前体制备等过程均会产生含硫酸钠与硫酸铵的高盐废水。研究高盐废水中硫酸铵的结晶动力学,并考察常见金属离子的影响规律对高盐废水处理具有重要意义。本文以含硫酸钠与硫酸铵混合溶液中硫酸铵的结晶过程为例,系统考察了硫酸铵的结晶动力学及铁、铝、锰、铬对硫酸铵结晶的影响规律。含硫酸钠与硫酸铵混合溶液硫酸铵结晶动力学研究结果表明,硫酸铵生长速率和成核速率方程分别为为B=1.303×10^-16G^1.069M_T^1.801,G=15.708σ^1.387;在硫酸钠与硫酸铵混合体系中,溶液过饱和度影响硫酸铵成核及生长速率,溶液过饱和度减小,晶体的成核及生长速率都会减小,与单体系硫酸铵结晶动力学结果相比,动力学参数均有所下降。铁、铝、锰、铬对硫酸铵结晶的影响规律研究结果表明,铁、铝抑制了硫酸铵晶面生长,结晶粒度减小;锰、铬对硫酸铵结晶有一定的促进作用,结晶粒度增大。金属离子改变了硫酸铵晶习,锰使结晶呈现三棱柱状,铁、铝使硫酸铵结晶片状生长。不同金属离子条件下的结晶动力学方程表明,铁和铝对结晶...     

KNO3-H2O溶液间歇结晶动力学

基于ΔL定律推导了晶体线性生长速率的数学表达式,利用已建立的溶液间歇结晶动力学实验研究手段实现了溶液透光率和浓度的在线测量.利用经验模型关联线性生长速率和相对过饱和度求取了生长动力学参数,并与文献值进行了比较.结果发现：对于自发成核结晶过程,综合动态透光率、过饱和度和经验模型可对成核和生长阶段进行定性识别.     

连续结晶器中十水草酸铈反应结晶动力学研究

采用连续稳态法,对十水草酸铈在混合悬浮、混合产品排出(MSMPR)结晶器中的连续反应结晶动力学进行了研究。实验测定了十水草酸铈晶体的粒数密度分布数据,并以此为基础,基于粒度无关生长速率模型,对不同实验条件下晶体的粒数密度分布数据进行拟合,确定了十水草酸铈的成核动力学方程和生长动力学方程,并计算得到十水草酸铈晶体的成核、生长速率相对于过饱和度的指数分别为4.211和0.752。同时,对方程的理论分析表明,低过饱和度有利于得到平均粒径更大的十水草酸铈晶体。十水草酸铈结晶动力学的研究,为其大规模工业生产提供了重要的动力学数据。     

KNO3-H2O溶液间歇结晶动力学

基于ΔL定律推导了晶体线性生长速率的数学表达式，利用已建立的溶液间歇结晶动力学实验研究手段实现了溶液透光率和浓度的在线测量.利用经验模型关联线性生长速率和相对过饱和度求取了生长动力学参数，并与文献值进行了比较.结果发现：对于自发成核结晶过程，综合动态透光率、过饱和度和经验模型可对成核和生长阶段进行定性识别.     

对二甲苯悬浮熔融结晶动力学

结晶法是工业上生产对二甲苯的主要方法之一。现有对二甲苯结晶动力学参数均单纯由结晶母液的温度和浓度变化通过非线性优化法而获得,未检测对二甲苯的晶体粒度数据,因而其准确性难以得到保证。本文利用超声在线粒度仪(OPUS)检测对二甲苯晶体的粒度分布,通过添加晶种的间歇悬浮熔融结晶实验,应用矩量变换法测定82%（质量）对二甲苯-间二甲苯体系中的对二甲苯结晶动力学。利用最小二乘法对动力学实验数据进行多元线性回归后得到了对二甲苯结晶动力学方程,研究结果表明,在对二甲苯悬浮熔融结晶过程中,溶液相对过饱和度对对二甲苯晶体成核速率的影响大于对晶体生长速率的影响,搅拌速率对成核过程影响明显,而晶浆悬浮密度对成核速率的影响不大。     

膜辅助添加晶种的过硫酸铵冷却结晶在线监测与过程调控

冷却结晶是经典的溶液结晶过程,常用于分离溶解度随温度变化较大的物质,制备高品质晶体产品。直接进行降温会导致成核速率不可控,得到的晶体产品质量差。在工业中通常选择在溶液结晶介稳区内投放适量晶种来诱导成核,但晶种制备过程复杂,而且成功的添加晶种过程取决于晶种的粒度分布、数量、投放时机和操作人员的经验等因素,降低了产品质量的批次重复性。本文利用聚四氟乙烯（PTFE）中空纤维膜组件为结晶溶液和冷却液提供换热界面,结晶溶液温度降低,在膜界面处形成较均匀的过冷度梯度,进而在低过饱和度下发生异相成核,实现膜辅助添加晶种的过硫酸铵冷却结晶过程调控。膜组件中产生的晶种进入结晶釜中继续生长,将成核和生长过程进行解耦。在线结晶检测系统捕捉到的照片证实了通过控制膜组件使用温度和时长两个操作参数便可得到具有较好的形貌、较窄的粒度分布的晶种。相比直接冷却结晶,在相近的降温速率下,膜辅助添加晶种过程制备的晶体产品具有更大的平均粒径,且粒度分布更集中,表面更加光滑。因此,膜辅助冷却结晶呈现了良好的成核控制能力,有望实现晶种自动制备和添加功能,为高附加值晶体产品的冷却结晶过程开发提供了新方向。     

凝胶对结晶过程影响的研究进展

相比于传统的溶液相结晶，凝胶用作结晶介质时，由于能抑制对流和减慢溶质分子的扩散，除了能提供较大的过饱和度且不会导致爆发成核，以及使溶质分子在生长面上连续地生长之外，还可以通过设计特定的凝胶剂为溶质分子提供模板或者活性成核位点，这使得凝胶相结晶成为了一种有效的结晶控制手段，引起了研究人员的广泛关注。综述了高分子凝胶、超分子凝胶以及无机凝胶如何有效地控制结晶成核和生长的速度，调控晶型、晶习和晶体粒度，简单介绍了微凝胶在溶液相结晶中的作用，以及凝胶相结晶未来的发展趋势。     

头孢氨苄连续结晶研究及应用

头孢氨苄的传统生产方法多为间歇结晶,存在效率低、能耗高等弊端。为节约能耗、提高生产效率、缩短工时、降低成本,针对头孢氨苄等电点结晶的特点,本文设计了两级连续结晶工艺。采用单因素法系统研究了头孢氨苄水溶液初始浓度、停留时间、搅拌速率、结晶终点pH、晶种策略等因素对头孢氨苄连续结晶过程产品的收率、晶习及粒度分布的影响。单因素实验结果显示头孢氨苄水溶液质量分数为14%、最佳停留时间为12min、结晶终点pH控制在4.8附近、晶种添加量为5%时其产品收率、粒度分布均达到了理想的效果。该工艺能将结晶过程的过饱和度有效地控制在介稳区内,避免了爆发成核。与间歇结晶相比,两级连续结晶工艺的工时缩短30%。产品晶习完整,粒度分布均匀,收率可以达到96%。目前该工艺已成功实现单条生产线规模为500t/a的产业化应用。     

Kinetics of the cooling crystallization of sodium sesquisulfate from 4.5 mol/l sulfuric acid

Simulating effluent from chlorine dioxide generators, the crystallization kinetics of sodium sesquisulfate from 4.5 mol/L sulfuric acid were studied under cooling conditions. The crystal growth and nucleation rates were determined using the population balance concept and the crystal size distribution from a continuous mixed suspension mixed product removal (MSMPR) crystallizer. Crystallization temperatures studied were 45, 50, 55 and 60°C. The crystal growth and nucleation rate data were correlated to supersaturation and temperature. Nucleation rate was found to be a function of suspension density (secondary nucleation). The activation energies for nucleation and growth are reported.     

氯化钾间歇冷却结晶生长规律及粒度控制实验研究

采用聚焦光束反射测量技术（FBRM）考察了氯化钾（KCl）间歇冷却结晶过程中晶体成核和生长规律,重点研究了降温速率对KCl水溶液冷却时产生过饱和度的影响,以及添加晶种的相关条件（如晶种粒径和添加量等因素）与KCl晶体产品粒度的关系。同时,采用直接冷却刺激起晶产生“晶种”,并控制其生长达到控制晶体产品粒度的目的。结果表明,在添加晶种条件下,程序降温过程产生的低过饱和度不易引起爆发成核,且晶种的添加量决定着晶体产品的平均粒度与理想生长模型的偏差。另外,降温速率是冷却刺激起晶产生“晶种”粒径的关键因素。     

Investigations on dehydration processes of trisodium citrate hydrates

The dehydration processes of trisodium citrate (Na₃C₆H₅O₇) hydrates were investigated using thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC) and powder X-ray diffraction (PXRD). It was found that the temperature of dehydration of trisodium citrate dihydrate was at 430.99 K. For trisodium citrate pentahydrate, there is a two-step dehydration process and the endothermal peaks appear at 337.23 K and 433.83 K, respectively. During the first step of dehydration process, the structure of trisodium citrate pentahydrate changed into the structure of trisodium citrate dihydrate. In addition, the kinetics of dehydration for trisoidum citrate hydrates was also investigated using TG data. According to the activation energies of dehydration calculated by Ozawa equation, it was found that the dehydration mechanisms of the two hydrates were different.     

Industrial batch crystallization of a plate-like organic product. In situ monitoring and 2D-CSD modelling. Part 2: Kinetic modelling and identification

The batch seeded cooling solution crystallization of a fine organic material, exhibiting a platelet-like habit, was investigated and a model of the time variations of the crystal size distribution (CSD) was designed using two-dimensional population balance equations. Activated surface secondary nucleation and attrition secondary nucleation mechanisms were considered, coupled with growth mechanisms of two main dimensions of the crystal, resulting in a set of eight kinetic parameters. The model relates the effects of the main batch operating conditions: seeding temperature, cooling rate and total area of the seed particles, on both the supersaturation profile and bi-dimensional CSD. Surface secondary nucleation occurs first since it is promoted by the introduction of seeds and remains active as long as the relative supersaturation exceeds a threshold value of about 16%. It vanishes below which could be expected as we deal with an activated mechanism. Contact secondary nucleation occurs later when the concentration of solid is sufficient. It is spread over time until supersaturation disappears at the end of the batch process. This contact secondary mechanism is assumed to be the dominant nucleation mechanism as it generates about two-thirds of the final crystal number. Sharp desupersaturation profile following the introduction of seeds, which was observed experimentally, is shown to be quantitatively described through the growth of seed particles. The termination of the batch process is more difficult to represent. Due to crystal attrition, distinct growth rates between initial and secondary crystals or growth rate dispersion might explain such difficulty.