生化工艺第九章结晶.ppt

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1、 第九章第九章 结结 晶晶第一节结晶基本原理第二节结晶的类型第三节结晶操作控制第四节结晶技术的实施第五节结晶技术应用实例学习目标学习目标n了解结晶的类型；n掌握结晶的基本原理；n理解结晶操作控制要点，能够找出提高晶体质量的方法；n能够正确进行结晶操作，会分析结晶过程中相关问题并进行正确处理。结晶的概念结晶的概念n溶液中的溶质在一定条件下，因分子有规则的排溶液中的溶质在一定条件下，因分子有规则的排列而结合成晶体，晶体的化学成分均一，离子和列而结合成晶体，晶体的化学成分均一，离子和分子在空间晶格的结点上呈分子在空间晶格的结点上呈规则的排列规则的排列n固体有固体有结晶结晶和和无定形无定形两种状态两种

2、状态n结晶结晶析出速度慢，溶质分子有足够时间进行排列，粒子排析出速度慢，溶质分子有足够时间进行排列，粒子排列有规则列有规则n无定形固体无定形固体析出速度快，粒子排列无规则析出速度快，粒子排列无规则几种典型的晶体结构几种典型的晶体结构结晶的特点结晶的特点n只有同类分子或离子才能排列成晶体，因只有同类分子或离子才能排列成晶体，因此结晶过程有良好的此结晶过程有良好的选择性。选择性。n结晶过程具有结晶过程具有成本低、设备简单、操作方成本低、设备简单、操作方便便，晶体外观好，适于商品化及包装，同，晶体外观好，适于商品化及包装，同时能够满足纯度要求，广泛应用于氨基酸、时能够满足纯度要求，广泛应用于氨基酸、

3、有机酸、抗生素、维生素、核酸等产品的有机酸、抗生素、维生素、核酸等产品的精制。精制。第一节第一节 结晶的基本原理结晶的基本原理一、过饱和溶液的形成一、过饱和溶液的形成n饱和溶液饱和溶液n过饱和溶液过饱和溶液：溶质只有在溶质只有在过饱和溶液过饱和溶液中才能以晶体形中才能以晶体形式式析出析出；结晶过程的实质结晶过程的实质晶体的形成晶体的形成n只有当溶质浓度超过饱和溶解度后，才只有当溶质浓度超过饱和溶解度后，才可能有晶体析出可能有晶体析出。n首先形成晶核，微小的晶核具有较大的首先形成晶核，微小的晶核具有较大的溶解度。实质上，在饱和溶液中，晶核溶解度。实质上，在饱和溶液中，晶核是处于一种是处于一种形成

4、形成溶解溶解再形成再形成的的动态动态平衡平衡之中，只有之中，只有达到一定的过饱和度达到一定的过饱和度以以后，后，晶核晶核才能够才能够稳定稳定存在。存在。结晶的步骤结晶的步骤n过饱和溶液的形成过饱和溶液的形成n晶核的形成晶核的形成n晶体生长晶体生长 其中，其中，溶液达到过饱和状态是结晶的前溶液达到过饱和状态是结晶的前提；过饱和度是结晶的推动力。提；过饱和度是结晶的推动力。温度与溶解度的关系温度与溶解度的关系n结晶也是一个结晶也是一个质量与能量的传递过程质量与能量的传递过程，它与，它与体体系温度系温度的关系十分密切。的关系十分密切。n溶解度与温度的关系可以用溶解度与温度的关系可以用饱和曲线和过饱和

5、饱和曲线和过饱和曲线曲线表示表示饱和曲线和过饱和曲线饱和曲线和过饱和曲线饱和曲线和过饱和曲线饱和曲线和过饱和曲线稳定区和介稳区稳定区和介稳区n在温度在温度-溶解度关系图中，溶解度关系图中，SS曲线下方为曲线下方为稳定稳定区区，在该区域任意一点溶液均是，在该区域任意一点溶液均是稳定稳定的；的；n而在而在SS曲线和曲线和TT曲线之间的区域为曲线之间的区域为介稳区介稳区，此刻如不采取一定的手段（如加入晶核），溶此刻如不采取一定的手段（如加入晶核），溶液可长时间保持稳定；液可长时间保持稳定；n加入晶核后，溶质在晶核周围聚集、排列，溶加入晶核后，溶质在晶核周围聚集、排列，溶质浓度降低，并降至质浓度降低，

6、并降至SS线；线；n介于饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线之间介于饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线之间的区域，可以进一步划分的区域，可以进一步划分养晶区养晶区和和刺激结晶区刺激结晶区不稳定区不稳定区n在在TT曲线的上半部的区域称为曲线的上半部的区域称为不稳定区不稳定区，在该，在该区域任意一点溶液均能区域任意一点溶液均能自发形成结晶自发形成结晶，溶液中，溶液中溶质浓度迅速降低至溶质浓度迅速降低至SS线（饱和）；线（饱和）；n因此，工业生产中通常采用因此，工业生产中通常采用加入晶种加入晶种（加入的（加入的晶体）晶体），并将溶质浓度控制在，并将溶质浓度控制在养晶区养晶区，以利于，以利于大而整齐的晶体形

7、成。大而整齐的晶体形成。影响溶液过饱和度的因素影响溶液过饱和度的因素n饱和曲线是固定的饱和曲线是固定的n不饱和曲线受因素的影响不饱和曲线受因素的影响产生过饱和度的速度（冷却和蒸发速度）产生过饱和度的速度（冷却和蒸发速度）加晶种的情况（晶种大小和多少）加晶种的情况（晶种大小和多少）机械搅拌的强度机械搅拌的强度结晶与溶解度之间的关系结晶与溶解度之间的关系n晶体产量取决于溶液与固体之间的晶体产量取决于溶液与固体之间的溶解溶解析出平衡；析出平衡；固体溶质加入未饱和溶液固体溶质加入未饱和溶液溶解溶解；固体溶质加入饱和溶液固体溶质加入饱和溶液平衡平衡（Vs=Vd）固体溶质加入过饱和溶液固体溶质加入过饱和溶

8、液晶体析出晶体析出过饱和度过饱和度S S n结结晶晶过过程程和和晶晶体体的的质质量量都都与与溶溶液液的的过过饱饱和和度度有有关关，溶溶液液的的过过饱饱和和程程度度可可用用过过饱饱和和度度S（%）来来表表示示，即：即：n 过饱和溶液的浓度，过饱和溶液的浓度，g g溶质溶质/100g/100g溶剂；溶剂；n 饱和溶液的浓度，饱和溶液的浓度，g g溶质溶质/100g/100g溶剂。溶剂。S=过饱和溶液的形成过饱和溶液的形成 结晶的结晶的首要条件首要条件是是产生过饱和产生过饱和，采用何种途，采用何种途径产生过饱和会对目标产品的规格产生重要影径产生过饱和会对目标产品的规格产生重要影响，制备过饱和溶液一般

9、有四种方法。响，制备过饱和溶液一般有四种方法。n热饱和溶液冷却（等溶剂结晶）热饱和溶液冷却（等溶剂结晶）适用于溶解度随温度升高而增加的体系；适用于溶解度随温度升高而增加的体系；溶解度随温度升高而降低，则采用升温结晶法溶解度随温度升高而降低，则采用升温结晶法 自然冷却、间壁冷却、直接接触冷却自然冷却、间壁冷却、直接接触冷却n部分溶剂蒸发法（等温结晶法）部分溶剂蒸发法（等温结晶法）借蒸发除去部分溶剂，而使溶液达到借蒸发除去部分溶剂，而使溶液达到过饱和的方法过饱和的方法。适用于溶解度随温度降适用于溶解度随温度降低变化不大的体系。低变化不大的体系。加压、减压或常压蒸馏加压、减压或常压蒸馏n化学反应结晶

10、化学反应结晶 加入反应剂或调节加入反应剂或调节pH，产生一个可溶，产生一个可溶性更低的物质，当其浓度超过其溶解度性更低的物质，当其浓度超过其溶解度时，就有结晶析出。时，就有结晶析出。n盐析反应结晶盐析反应结晶 加加入入一一种种物物质质（另另一一种种溶溶剂剂或或另另一一种种溶溶质质）于于溶溶液液中中，使使溶溶质质的的溶溶解解度度降降低低，形形成成过过饱饱和和溶溶液液而而结结晶晶析析出出的的办办法法，称称为盐析反应结晶。为盐析反应结晶。加入的溶剂必须能和原溶剂互溶。加入的溶剂必须能和原溶剂互溶。n除单独使用上述四种方法外，还常将以上除单独使用上述四种方法外，还常将以上几种方法结合使用几种方法结合使

11、用 二、晶核的形成二、晶核的形成n成核成核n晶体生长晶体生长 以以过过饱饱和和度度为为推推动动力力，在在晶晶体体的的长长大大过过程程中，仍有可能产生晶核。中，仍有可能产生晶核。n一一种种是是溶溶液液过过饱饱和和后后自自发发形形成成晶晶核核的的过过程程，称为称为“一次成核一次成核”。n向向介介稳稳区区（不不能能发发生生初初级级成成核核）过过饱饱和和度度较较小小的的溶溶液液中中加加入入晶晶种种，就就会会有有新新的的晶晶核核产产生生，称为称为二次成核。二次成核。n在在工工业业结结晶晶中中，二二次次成成核核过过程程为为晶晶核核的的主主要要来源来源。成核过程从理论上可分为两类成核过程从理论上可分为两类n

12、均相成核均相成核；n非均相成核非均相成核一次成核一次成核分为分为均相成核均相成核和和非均相成核非均相成核工业结晶的成核现象通常为工业结晶的成核现象通常为二二次次成核成核n二次成核中有两种起决定作用的机理：二次成核中有两种起决定作用的机理：液体剪切力成核液体剪切力成核接触成核接触成核占主导地位占主导地位 在工业的结晶过程中，接触成核有以下3种方式，其中又以第一种方式为主：晶体与搅拌器螺旋桨或叶轮之间的碰撞；晶体与晶体的碰撞；晶体与结晶器壁间的碰撞。晶核的成核速度晶核的成核速度n定义：定义：单位时间内在单位体积溶液中生成新核单位时间内在单位体积溶液中生成新核的数目的数目。n是决定是决定结晶产品粒度

13、结晶产品粒度分布的分布的首要动力学因素首要动力学因素；n成核速度大：导致细小晶体生成成核速度大：导致细小晶体生成n因此，需要避免过量晶核的产生因此，需要避免过量晶核的产生三、晶体的生长三、晶体的生长n晶晶核核一一旦旦形形成成，立立即即开开始始长长成成晶晶体体，与与此此同时新的晶核也在不断的形成。同时新的晶核也在不断的形成。n晶晶体体大大小小决决定定于于晶晶体体生生长长的的速速度度和和晶晶核核形形成成的速度之间的对比关系。的速度之间的对比关系。影响晶体生长速度的因素影响晶体生长速度的因素n杂质杂质n搅拌搅拌n温度温度n操作要求：操作要求：温度不宜太低，搅拌不宜太快，温度不宜太低，搅拌不宜太快，最

14、好控制在介稳区内结晶。使较长时间里只最好控制在介稳区内结晶。使较长时间里只有一定量晶核生成，而使原有的晶核不断成有一定量晶核生成，而使原有的晶核不断成长为晶体。长为晶体。常用的工业起晶方法常用的工业起晶方法n自然起晶法自然起晶法n刺激起晶法刺激起晶法n晶种起晶法：晶种起晶法：该方法容易控制、所得晶体形状该方法容易控制、所得晶体形状大小均较理想，是一种常用的工业起晶方法大小均较理想，是一种常用的工业起晶方法。晶种控制晶种控制n n晶种起晶法中采用的晶种直径通常小于晶种起晶法中采用的晶种直径通常小于0.1mm0.1mm；晶种加入量由实际的溶质附着量以及晶种和；晶种加入量由实际的溶质附着量以及晶种和

15、产品尺寸决定产品尺寸决定WsWs，WpWp晶种和产品的质量，晶种和产品的质量，kgkgLsLs，LpLp晶种和产品的尺寸，晶种和产品的尺寸，mmmm四、晶习及产品处理四、晶习及产品处理n晶习是指在一定环境中，晶体的外部晶习是指在一定环境中，晶体的外部形态形态。n结结晶晶的的过过程程中中，晶晶体体的的晶晶习习、晶晶体体的的大大小小和和纯纯度度是影响结晶产品质量的重要因素。是影响结晶产品质量的重要因素。n工工业业上上常常希希望望得得到到粗粗大大而而均均匀匀的的晶晶体体。易易过过滤滤、洗洗涤涤，在在存存储储中中也也不不易易结结块块。但但是是抗抗生生素素作作为为药药品时有其特殊的要求。品时有其特殊的要

16、求。提高晶体质量的方法提高晶体质量的方法n晶体质量包括三个方面的内容：晶体质量包括三个方面的内容：晶体大小、形状和纯度晶体大小、形状和纯度影响晶体大小的因素：影响晶体大小的因素：晶核形成晶体生长速度、温度、杂质、搅拌等晶核形成晶体生长速度、温度、杂质、搅拌等影响晶体形状的因素：影响晶体形状的因素：过饱和度、搅拌、过饱和度、搅拌、pH影响晶体纯度的因素：影响晶体纯度的因素：母液中的杂质、结晶速度、晶体粒度及分布母液中的杂质、结晶速度、晶体粒度及分布产品的处理产品的处理 n结结晶晶后后的的产产品品还还需需经经过过固固液液分分离离、晶晶体体的的洗洗涤涤或或重重结结晶晶、干干燥燥等等一一系系列列操操作

17、作，其其中中晶晶体体的的分分离离与与洗涤对产品质量的影响很大。洗涤对产品质量的影响很大。n（1）分离和洗涤）分离和洗涤 真空过滤真空过滤和和离心过滤离心过滤。母母液液在在晶晶体体表表面面的的吸吸藏藏常常常常需需洗洗涤涤或或重重结结晶晶降降低低或或除去杂质。除去杂质。母母液液在在晶晶簇簇中中的的包包藏藏，用用洗洗涤涤的的方方法法不不能能除除去去，只只能通过能通过重结晶重结晶来除去。来除去。洗洗涤涤的的作作用用：改改善善结结晶晶成成品品的的颜颜色色，并并可可提提高高晶晶体纯度，有利于提高产品质量。体纯度，有利于提高产品质量。洗涤的关键：洗涤的关键：洗涤剂的确定和洗涤方法的选择。洗涤剂的确定和洗涤方

18、法的选择。（2）晶体结块晶体结块晶体结块晶体结块n晶体结块是一种导致结晶产品品质劣晶体结块是一种导致结晶产品品质劣化的现象，导致晶体结块的主要原因化的现象，导致晶体结块的主要原因有：有：结晶理论结晶理论毛细管吸附理论毛细管吸附理论防止晶体结块方法防止晶体结块方法n加入加入惰性型惰性型防结块剂防结块剂;n加入加入表面活性剂型表面活性剂型防结块剂防结块剂;n惰惰性性型型与与表表面面活活性性剂剂型型防防结结块块剂剂联联合合使使用。用。第二节第二节 结晶的类型结晶的类型q依据结晶操作过程的重复性依据结晶操作过程的重复性q按照结晶操作过程的连续性程度按照结晶操作过程的连续性程度1.1.分批结晶分批结晶n

19、选选用用合合适适的的结结晶晶设设备备，用用孤孤立立的的方方式式，在在全全过过程程中中进进行行特特殊殊的的操操作作，并并且且这这个个操操作作仅仅仅仅间间接接地地与与前前面面和和后后面面的的操操作作有有关关系系，这这样样的的结结晶晶操操作作称称为为分批结晶。分批结晶。n设备结构简单，对操作人员的技术要求不高。设备结构简单，对操作人员的技术要求不高。n操操作作步步骤骤：结结晶晶器器的的清清洁洁；加加入入固固料料或或液液料料到到结结晶晶器器中中；用用任任何何合合适适的的方方法法产产生生过过饱饱和和度度；成核和晶体生长；成核和晶体生长；晶体的排除。晶体的排除。n分分批批结结晶晶操操作作最最主主要要的的优

20、优点点是是能能通通过过控控制制传传热热，生生产产出出满满足足质质量量要要求求的的合合格格晶晶体体，其其缺缺点点是是操操作作成本比较高，操作和产品质量的稳定性较差。成本比较高，操作和产品质量的稳定性较差。2.2.连续结晶连续结晶n生生产产规规模模较较大大时时，为为提提高高生生产产效效率率，往往往往采采用用连续结晶。连续结晶。n连续结晶过程可以使用多种形式的结晶器。连续结晶过程可以使用多种形式的结晶器。n劳劳动动力力成成本本是是连连续续结结晶晶器器优优于于分分批批过过程程的的一一个个重重要要因因素素。其其生生产产效效率率取取决决于于多多方方面面的的因因素素，一一般般比比分分批批结结晶晶的的效效率率

21、要要高高，其其显显著著特特点点包包括括：可可较较好好地地使使用用劳劳动动力力；设设备备的的寿寿命命较较长长；有有多多变变的的生生产产能能力力；晶晶体体粒粒度度大大小小及及其其分分布布可可控控；有有较较好好的的冷冷却却和和加加热热装装置置；产产品品稳定并使损耗减少到最小程度等。稳定并使损耗减少到最小程度等。3.3.重结晶重结晶n经过一次粗结晶后，得到的晶体通常会含有一经过一次粗结晶后，得到的晶体通常会含有一定量的杂质。此时工业上常常需要采用重结晶定量的杂质。此时工业上常常需要采用重结晶的方式进行精制。的方式进行精制。n杂质产生的原因主要包括：杂质产生的原因主要包括：某些杂质与产物某些杂质与产物的

22、溶解度相近，产生共结晶现象；的溶解度相近，产生共结晶现象；有些杂质有些杂质会被结合到产品的晶格中；会被结合到产品的晶格中；因洗涤不完全，因洗涤不完全，而使晶体上带有母液和杂质。因此需要重结晶，而使晶体上带有母液和杂质。因此需要重结晶，以提高产品的纯度。以提高产品的纯度。n重结晶是重结晶是利用杂质和结晶物质在不同溶利用杂质和结晶物质在不同溶剂和不同温度下的溶解度不同，将晶体剂和不同温度下的溶解度不同，将晶体用合适的溶剂再次结晶，用合适的溶剂再次结晶，以获得高纯度以获得高纯度的晶体的操作。的晶体的操作。重结晶的操作过程重结晶的操作过程n n选择合适的溶剂；选择合适的溶剂；n n将经过粗结晶的物质加

23、入少量的热溶剂中，并将经过粗结晶的物质加入少量的热溶剂中，并使之溶解；使之溶解；n n热过滤，除去不溶性杂质（包括脱色）热过滤，除去不溶性杂质（包括脱色）n n冷却使之再次结晶；冷却使之再次结晶；n n分离母液；分离母液；n n洗涤干燥，除去附着母液和溶剂。洗涤干燥，除去附着母液和溶剂。；选择合适的溶剂选择合适的溶剂与被提纯的有机化合物不起化学反应。与被提纯的有机化合物不起化学反应。对被提纯的有机物应具有热溶，冷不溶性质。对被提纯的有机物应具有热溶，冷不溶性质。杂质和被提纯物质，应是一个热溶，一个热不溶。杂质和被提纯物质，应是一个热溶，一个热不溶。对要提纯的有机物能在其中形成较整齐的晶体对要提

24、纯的有机物能在其中形成较整齐的晶体溶剂的沸点，不宜太低（易损），也不宜太高溶剂的沸点，不宜太低（易损），也不宜太高（难除）。（难除）。价廉易得无毒。价廉易得无毒。溶解过程溶解过程 避免溶解过程中出现油珠状物产生，应注意下列两方面的问题：n所选择的溶剂的沸点应低于溶质的熔点；n如不能选择沸点较低的溶剂时，应在比熔点低的温度下溶解固体。除去杂质除去杂质n热过滤：除去不溶性杂质；n活性碳除去溶液的颜色、悬浮状微粒。晶体析出晶体析出n要求晶体大小适度。n滤液静置，缓慢冷却，可避免晶体过细；n若晶体过大，可轻轻摇动。晶体收集和洗涤晶体收集和洗涤l收集：抽气过滤或称减压过滤l洗涤：用少量纯溶剂洗掉晶体表面

25、的母液。晶体干燥晶体干燥n 根据化合物的性质选择适当的干燥方法，常用的干燥方法有：晾干、加热干燥、红外线干燥、干燥器干燥、减压恒温干燥第三节第三节 结晶操作控制结晶操作控制一、过饱和度一、过饱和度v溶液的过饱和度是结晶过程的推动力，直接影直接影响响结晶速率和晶体质量；v固体产品的内在质量（如纯度纯度）与其外观性状（如晶形晶形、粒度粒度等）密切相关。一般，晶形整齐和色泽洁白的固体产品，具有较高纯度。v必须根据产品在粒度大小、分布、晶形以及纯度等方面的要求，选择合适的结晶条件，并严格控制结晶过程。n提高过饱和度，可提高结晶速率和收率。溶液黏度增大，杂质含量增加，可可能能会会出出现现如如下下问题：问

26、题：成核速率过快 晶体细小；结晶生长速率过快 在晶体表面产生液泡 结晶质量；结晶器壁易产生晶垢 影响结晶操作；产品纯度降低。n因此，过过饱饱和和度度与结结晶晶速速率、成成核核速速率率、晶晶体体生生长长速速率率及结结晶晶产产品品质质量量之间存在着一定的关系，应根据具体产品的质量要求，确定最适宜的过饱和度。二、温度二、温度n生生物物大大分分子子的的结结晶晶，一一般般在在较较低低温温度度条条件件下下进进行行，以以保保证证生生物物物物质质的的活活性性，还还可抑制细菌的繁殖。可抑制细菌的繁殖。n但但温温度度上上升升，溶溶液液的的黏黏度度下下降降，可可能能会会使使结结晶晶速速率率下下降降，因因此此应应控控

27、制制适适宜宜的的结结晶温度。晶温度。三、晶浆浓度三、晶浆浓度 n 提提高高晶晶浆浆浓浓度度,促促进进溶溶液液中中溶溶质质分分子子间间的的相相互互碰碰撞撞聚聚集集，获获得得较较高高的的结结晶晶速速率率和和结结晶晶收收率率。但但相相应应杂杂质质的的浓浓度度及及溶溶液液黏黏度度也也增增大大，悬悬浮浮液液的的流流动动性性降降低低，不不利利于于结结晶晶析析出出；也也可可能能造造成成晶晶体体细细小小，使使结结晶晶产产品品纯纯度度较较差差，甚甚至至形形成成无无定形沉淀。定形沉淀。n因此，晶浆浓度应在保证晶体质量的前提下尽因此，晶浆浓度应在保证晶体质量的前提下尽可能取较大值。可能取较大值。n对于生物大分子，通

28、常选择对于生物大分子，通常选择3%5%的晶浆浓度的晶浆浓度比较适宜；对于小分子物质（如氨基酸类）则比较适宜；对于小分子物质（如氨基酸类）则需要较高的晶浆浓度。需要较高的晶浆浓度。四、流速四、流速n较较高高的的流流速速有有利利于于过过饱饱和和度度分分布布均均匀匀，使使结晶成核速率和生长速率分布均匀；结晶成核速率和生长速率分布均匀；n提提高高流流速速有有利利于于提提高高热热交交换换效效率率，抑抑制制晶晶垢的产生；垢的产生；n流速过高会造成晶体的磨损破碎。流速过高会造成晶体的磨损破碎。五、结晶时间五、结晶时间n包包括括过过饱饱和和溶溶液液的的形形成成时时间间、晶晶核核的的形形成成时时间间和晶体的生长

29、时间。和晶体的生长时间。n 过过饱饱和和溶溶液液的的形形成成时时间间与与其其方方法法有有关关，时时间长短不同。间长短不同。n 晶晶核核的的形形成成时时间间一一般般较较短短，而而晶晶体体的的生生长长时时间间一一般般较较长长；在在生生长长过过程程中中，晶晶体体不不仅仅逐逐渐渐长大，而且还可达到整晶和养晶的目的。长大，而且还可达到整晶和养晶的目的。n 结结晶晶时时间间一一般般要要根根据据产产品品的的性性质质、晶晶体体质质量的要求来选择和控制。量的要求来选择和控制。六、溶剂与六、溶剂与pHpH值值应使目标产物的溶解度较低，以提高结晶的收率。应使目标产物的溶解度较低，以提高结晶的收率。另外，溶剂的种类和

30、另外，溶剂的种类和pH值对晶形也有影响；值对晶形也有影响；案案例例：普普鲁鲁卡卡因因青青霉霉素素在在水水溶溶液液中中的的结结晶晶为为方方形形晶晶体，而在醋酸丁酯中的结晶为长棒。体，而在醋酸丁酯中的结晶为长棒。因此，需通过实验确定溶剂的种类和结晶操作的因此，需通过实验确定溶剂的种类和结晶操作的pH值，保证结晶产品质量和较高的收率。值，保证结晶产品质量和较高的收率。七、晶种七、晶种n 加加晶晶种种进进行行结结晶晶是是控控制制结结晶晶过过程程、提提高高结结晶晶速速率率、保保证证产产品品质质量量的的重重要要方方法法之之一。一。n 工工业业上上常常用用晶晶种种起起晶晶法法：将将溶溶液液蒸蒸发发后后冷冷却

31、却至至亚亚稳稳定定区区的的较较低低浓浓度度，加加入入一一定定量量和和一一定定大大小的晶种，小的晶种，使溶质在晶种表面生长。使溶质在晶种表面生长。八、搅拌与混合八、搅拌与混合n增大搅拌速度，可提高增大搅拌速度，可提高成核速率成核速率n搅拌利于溶质的扩散而搅拌利于溶质的扩散而加速晶体生长加速晶体生长；n但但搅搅拌拌速速率率过过快快会会造造成成晶晶体体的的剪剪切切破破碎碎，影影响响结晶产品质量。结晶产品质量。n工工业业生生产产中中，为为获获得得较较好好的的混混合合状状态态，同同时时避避免免晶晶体体的的破破碎碎，一一般般通通过过大大量量的的试试验验，选选择择搅搅拌拌桨桨的的形形式式，确确定定适适宜宜的

32、的搅搅拌拌速速度度，以以获获得得需需要的晶体。要的晶体。n采采用用直直径径及及叶叶片片较较大大的的搅搅拌拌桨桨，降降低低转转速速，或或采用气体混合方式，以防止晶体破碎。采用气体混合方式，以防止晶体破碎。九、结晶系统的晶垢九、结晶系统的晶垢为防止晶垢的产生，或除去已形成的晶垢，一般可采用下述方法：n器壁内表面采用有机涂料，保保持持壁壁面面光光滑滑，可防止在器壁上进行二次成核而产生晶垢；n提提高高结晶系统中各各部部位位的的流流体体流流速速，并使流流速速分布均匀分布均匀，消除低流速区内晶体沉积结垢；n外循环液体为过饱和溶液，应使溶溶液液中中含含有有悬悬浮的晶种浮的晶种，防止溶质在器壁上析出结晶；n控

33、控制制过过饱饱和和形形成成的的速速率率和和过过饱饱和和程程度度，防止壁面附近过饱和度过高而结垢；n增增设设晶晶垢垢铲铲除除装装置置，或或定定期期添添加加污污垢垢溶溶解解剂剂，除去已产生的晶垢。第四节第四节 结晶技术实施结晶技术实施一、结晶工艺及操作一、结晶工艺及操作1.1.冷却结晶冷却结晶按冷却方式分冷却结晶可分为：自然冷却、间接换热冷却与直接接触冷却结晶。图图9-7 9-7 内循环结晶器内循环结晶器 图图9-8 9-8 外循环结晶器外循环结晶器2.蒸发结晶蒸发结晶依靠蒸发除去一部分溶剂的结晶过程称为蒸发结晶。它是使结晶母液在加压、常压或减压下加热蒸发、浓缩而产生过饱和度。3.3.真空绝热冷却

34、结晶真空绝热冷却结晶真空绝热冷却结晶是使溶剂在真空下绝热闪蒸，同时依靠浓缩与冷却两种效应来产生过饱和度，这是广泛采用的结晶方法。左图为带有导流筒及挡板的结晶器，简称DTB型结晶器。4.盐析结晶盐析结晶盐析结晶通过向结晶体系加入添加剂(亦称媒晶剂),以降低溶质在原溶剂中的溶解度,促进溶质的析出,达到溶质从溶液中分离的目的。所加入的添加剂可以是气体、液体或固体。5.反应结晶反应结晶反应结晶是指两个或多个反应物均相反应，反应产物从溶液中结晶出来的过程。它是一种同时涉及反应、传质、快速成核及成长以及可能发生的二次过程，如老化、熟化、凝聚和破裂等的复杂过程。6.冷冻结晶冷冻结晶冷冻结晶通过将待分离的物系

35、降温冷却,梯度形成不同的结晶顺序,从而达到分离提纯的目的。7.熔融结晶熔融结晶 8.其它结晶工艺其它结晶工艺（1）结晶衍生物工艺）结晶衍生物工艺（2）高压结晶技术）高压结晶技术（3）萃取结晶技术）萃取结晶技术（4）升华结晶）升华结晶二、结晶工艺问题及处理二、结晶工艺问题及处理n蒸发结晶蒸发结晶 蒸发法结晶消耗的热能较多，加热面结垢蒸发法结晶消耗的热能较多，加热面结垢问题也会使操作遇到问题。为了节约能量，糖问题也会使操作遇到问题。为了节约能量，糖的精制已使用了由多个蒸发结晶器组成的多效的精制已使用了由多个蒸发结晶器组成的多效蒸发，操作压力逐效降低，以便重复利用二次蒸发，操作压力逐效降低，以便重复

36、利用二次蒸汽的热能。很多类型的自然循环及强制循环蒸汽的热能。很多类型的自然循环及强制循环的蒸发结晶器已在工业中得到应用。溶液循环的蒸发结晶器已在工业中得到应用。溶液循环推动力可借助于泵、搅拌器或蒸汽鼓泡虹吸作推动力可借助于泵、搅拌器或蒸汽鼓泡虹吸作用产生。蒸发结晶也常在减压下进行，目的在用产生。蒸发结晶也常在减压下进行，目的在于降低操作温度，减小热能损耗。于降低操作温度，减小热能损耗。n盐析结晶盐析结晶 盐析结晶过程中,溶剂和沉淀剂的选择对于结晶体系具有较大影响。在溶剂中,不纯物具有较大的溶解度，不易被沉淀出来。如果使用单一沉淀剂不能使杂质沉淀出来，可以考虑使用混合沉淀剂。沉淀剂应该溶解于原来

37、溶剂而不溶解于待结晶的组分，并且应当易于与原来的溶剂分离。对于冷却结晶和蒸发结晶过程,盐析操作也可以用于成核过程。第五节第五节 结晶技术应用实例结晶技术应用实例n青霉素青霉素G盐的结晶工艺盐的结晶工艺 青霉素G的澄清发酵液（pH3.0）经乙酸丁酯萃取，水溶液（pH7.0）反萃取和乙酸丁酯二次萃取后，向丁酯萃取液中加入醋酸钾的乙醇溶液，即生成青霉素G钾盐。因青霉素G钾盐在乙酸丁酯中溶解度很小，故从乙酸丁酯溶液中结晶析出，控制适当的操作温度、搅拌速度以及青霉素G的初始浓度，可得到粒度均匀，纯度达90%以上的青霉素G钾盐结晶。将青霉素G钾盐溶于氢氧化钾溶液中，调节pH至中性，加入无水乙醇，进行真空共沸蒸馏操作，可获得纯度更高的结晶产品。