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化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)晶理論


實(shí)驗(yàn)室k / 2019-02-16

       每個(gè)存在著的晶體由于溶質(zhì)分子在其表面上的逐步沉積而變大的過程稱為結(jié)晶。這種過程在形式上非常類似于已經(jīng)討論過的縮聚反應(yīng)過程,和聚合物分子量分布相類似的現(xiàn)象是結(jié)晶顆粒大小的分布。所以可以認(rèn)為不論是在連續(xù)攪拌槽內(nèi)或者在間歇或管式系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶,可以由粒度分布這個(gè)重要差別表示其特征。

       例如,在一個(gè)連續(xù)攪拌槽式的系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶,進(jìn)料溶液進(jìn)入串聯(lián)的第一個(gè)槽,并且為了使晶體保持在懸浮狀態(tài),各槽都有充分的攪拌。在每一槽內(nèi)進(jìn)行二種過程;(a)形成新的晶核,(b)晶核長大形成一定大小的晶體。由此可知,在離開第i槽液體懸浮液中的結(jié)晶物質(zhì)由二部分組成,(a)在這個(gè)槽內(nèi)生成的新的晶體和(b)在前面槽內(nèi)生成的老的晶體,這老晶體在i槽內(nèi)僅僅是逐漸長大。由于考慮了這些因素,并且采用核晶形成和結(jié)晶長大速率的適當(dāng)表達(dá)式,因此就可能建立所得結(jié)晶產(chǎn)物的顆粒大小分布的理論。

       對晶體溶解這一逆過程可作類似的探討,同樣能夠用來處理流化床內(nèi)固體顆粒的反應(yīng)與磨損。


例題    水中含有物質(zhì)X的熱溶液,連續(xù)地流進(jìn)具有冷卻裝置的攪拌槽內(nèi)使X結(jié)晶。由于攪拌很強(qiáng)烈,并且結(jié)晶粒子相當(dāng)細(xì),從而使整個(gè)淤漿體積內(nèi)和槽的流出物內(nèi)晶體懸浮物的濃度是均勻的。在溫度和過飽和度保持恒定的條件下。晶核的形成過程是自發(fā)進(jìn)行的并且它的成長速率僅僅取決于過飽和度和溫度。晶體可以當(dāng)作接近于球狀,其成長速率同樣僅取決于過飽和度和溫度,特別是垂直于晶體表面的線性增長速率和晶體粒度無關(guān)。

       如果晶體的凝集和碎裂可以不計(jì),證明在流出物中晶體半徑在R和R+dR間的分?jǐn)?shù)值等于ae(-aR)dR,其中a是一個(gè)常數(shù)。再證明在流出物中,半徑為0~R'的晶體的重量分率為:


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