結(jié)晶是固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從蒸汽、溶液或熔融物中析出的過程。在化學工業(yè)中,常遇到的情況是固體物質(zhì)從溶液及熔融物中結(jié)晶出來,如糖、食鹽、各種鹽類、染料及其中間體、肥料及藥品、味精、蛋白質(zhì)的分離與提純等。結(jié)晶是一個重要的化工單元操作,主要用于以下兩方面。
(1)制備產(chǎn)品與中間產(chǎn)品? 許多化工產(chǎn)品常以晶體形態(tài)出現(xiàn),在生產(chǎn)過程中都與結(jié)晶過程有關(guān)。結(jié)晶產(chǎn)品易于包裝、運輸、貯存和使用。
(2)獲得高純度的純凈固體物料? 工業(yè)生產(chǎn)中,即使原溶液中含有雜質(zhì),經(jīng)過結(jié)晶所得的產(chǎn)品都是能達到相當高的純凈度,故結(jié)晶是獲得純凈固體物質(zhì)的重要方法之一。
工業(yè)結(jié)晶過程不但要求產(chǎn)品有較高的純度和較大的生產(chǎn)率,而且對晶形、晶粒大小及粒度范圍(即晶粒大小分布)等也有規(guī)定。顆粒大且粒度均勻的晶體不僅易于過濾和洗滌,而且貯存時膠結(jié)現(xiàn)象(即72粒體互相膠粘成塊)大為減少。
結(jié)晶過程常采用攪拌裝置。攪動液體使之發(fā)生某種方式的循環(huán)流動,從而使物料混合均勻或促使物理、化學過程加速操作。攪拌在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用有:
?、贇馀菰谝后w中的分散,如空氣分散于發(fā)酵液中,以提供發(fā)酵過程所需的氧;
?、谝旱卧谂c其不互溶的液體中的分散,如油分散于水中制成乳濁液;
?、酃腆w顆粒在液體中的懸浮,如向樹脂溶液中加入顏料,以調(diào)制涂料;
?、芑ト芤后w的混合,如使溶液稀釋,或為加速互溶組分間的化學反應(yīng)等。
此外,攪拌還可以強化液體與固體壁面之間的傳熱,并使物料受熱均勻。攪拌的方法有機械攪拌和氣流攪拌。
攪拌槽內(nèi)液體的運動,從尺度上分為總體流動和湍流脈動。總體流動的流量稱為循環(huán)量,加大循環(huán)量有利于提高宏觀混合的調(diào)勻度。湍流脈動的強度與流體離開攪拌器時的速度有關(guān),加強湍流脈動有利于減小分隔尺度與分隔強度。不同的過程對這兩種流動有不同的要求。液滴、氣泡的分散,需要強烈的湍流脈動固體顆粒的均勻懸浮,有賴于總體流動。攪拌時能量在這兩種流動上的分配,是攪拌器設(shè)計中的重要問題。