磁场影响溶液结晶过程研究进展

磁场对溶液结晶的影响

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辇3 0卷笺 2薤2 0年 4月 02 J n￣ hnr dsy i guC et lI u r a i n t.￣ -

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磁场影响溶液结晶过程研究进展胡爱军郑捷，海 726) ( .南理工大学轻化工研究所， 1华广州 50 4;海南亚太酿酒套司质检部，口 5 00 160 2摘要：论述了磁场对溶液结晶过程影响的研究进展情况，出磁场不仅可以强化溶液结晶过程， .指刺激结晶成棱 .提高结晶生长速率，控制晶体粒径的分布 .也可抑制溶液的结晶，低结晶生长速率。针对不同的工程目的 .抨合降选理的磁处理参数显得尤为重要。并提出磁场技术目前存在的问题和展望。 关键词：磁场；溶液；晶结

中图分类号：∞65呻 .

文献标识码： ^

文章编￣:0 2 162 )1 03 0 -10一I 1f∞0 0— 00— 3

工业结晶技术是跨学科的分离与生产技术，o 2年来在国际上取得了突出的进展。不仅传统工业结

比. 9的函数表示；——动力学系数；——能量项 K^能级。过饱和比定义为实际溶液浓度 c与平衡浓度比值值与溶解性有关对个给定的过饱和比，解度越大，核速率越大。根据扩散理葩，溶成 晶体生长速率为 J= (—c )——传质系数， c , n值在 1~2之同。由此可知，核速率和结晶生长速成率都依赖于溶液的浓度，因此物质的结晶受浓度控制。当浓度低于 c, 溶液未饱和，可能结晶；度不浓在 C和 c ( s 溶液中晶体出现时的有效浓度 )间，之 体系为亚稳定状态，除非过饱和比大于 1否则成桉，

晶操作技术与设备在不断更新，且新兴行业，生而如物工程与生命科学、料工业、化剂制造、源与材催能环境、信息与通讯、子行业也都离不开结晶技术。电 工业结晶作为跨世纪发展的化工技术，成为 2将 l世纪高新技术发展的基础手段之一

影响整个结晶过程的因素很多，如溶液的过饱和度、杂质的存在、拌速度以及各种物理场等。在搅

工业结晶器中，追求高的晶体生长速率是为了提高设备的生产能力，实际上晶体生长速率通常

受到但所要求的晶体产品质量或设备结垢等问题的限制 . 不允许采用提高过饱和度来提高生长速率，在适要当的过饱和度下，寻求其他方法去推动晶体生长过程。应用磁场强化处理可望推动晶体生长过程，缩短结晶时间，高设备的生产能力和产品质量。但提磁场处理也可抑制溶液的结晶。本文就磁场影响溶液结晶的研究进展情况进行论述

速率太低，不能形成晶体。但是如果在溶液中加而入晶种，即会生长。若浓度大于 c,它 自发成核和晶体生长竞相发生过饱和度是结晶成核的驱动力，以通过改变一些条件的方法获得。玲却结晶可

法通过降低温度而使结晶所需的溶液过饱和度降低得到结晶。晶体粒径的分布主要由不同区域的滞留时间分布昕控制 ( 1图 )成核与生长

l结晶的基本原理 1 l溶液结晶过程是物质从液态转变为结晶态的过口‘

程，要羟历 2个步骤：结晶成核和晶体生长。结晶成核是在过饱和溶液中生成一定数量的晶核，晶核在的基础上成长为晶体，为晶体生长。结晶成核的则I

厂\、、 | \l政

{ⅡⅢ、

速率公式为^=K x[/I )。式中 J—— e一4 (卢 p n单位时间单位体积形成晶核的数量，以用过饱和可

圈 I过饱和比与时间或空间的函数 ( 无晶种加^

收稿日期： O一1一嘶 2 l 1 O

作者简介：胡爱军(9 8,,土研究生， 16一)男博主要从事物理场强化化工传质和溶{莅结晶方面的研究：

磁场对溶液结晶的影响

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蔫 3卷第 2 0期

胡爱军等：磁场影响溶瘟结晶过程研嚣展

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如图 1示结晶成核区(所 I区)晶体生长区( 、Ⅱ区；—结晶成核自发进行时的过饱和比 )滞口—的留时间决定了粒径分布的宽度，平均粒径是在晶而体生长区(Ⅲ区)的滞留时间的函数。

磁处理技术设备较简易、能，制又较方便 .节控因而在制糖工业的应用有广阔的前景。罗文波等研究了磁场一溶剂协同作用对谷氨酸结晶过程的影响及

磁场作用下谷氨酸过饱和溶液表面张力、电导率的变化，并对磁场促进谷氨酸结晶的作用机理进行 r 探讨 .究结果表明

:场对谷氨酸结晶有促进作研磁用，磁场一溶剂协同作用加速了晶体的成核过程，生

2磁场影响溶液结晶磁场是具有一种特殊能量的场。这种能量作用在物质上可以改变其微观结构，而影响物质的物从

成的晶粒均匀，晶率高，出 r种利用磁场一溶结提一剂协同作用制备谷氨酸晶种的新方法

理化学性质。而流体的宏观性质与分子的势垒、分子内聚力 (即吸引力 )性质有很大关系。溶液经等

影响磁处理效果的因素很多，主要因素有：流体性质 (要体现为流体磁化率的绝对值 )磁感应强主、

磁场处理后，分子势垒、分子内聚力发生变化，然必引起流体的宏观性质变化，而影响溶液的结晶过从程。

度、磁处理器的结构型式、流过磁场的宏观流速流体等。不同流体存在一个最佳磁化条件，质进行磁物

2 1磁场可以强化溶液的结晶过程， .促进结晶 JDD nl o oad n等在 18 s 9 3年研究了磁场对海水结晶过程的影响，明磁处理后海水结晶颗粒的尺表寸增大，淀物总量减少。日本学者 K Hi s t i沉 g ta af n i等 3 19在 92年用光散射方法研究了磁场对晶粒的

处理的目的，就是寻求适宜的磁化条件使物质的物理化学性质或物质问的化学反应按照人们的意愿变化，而达到某种工程目的。从 在某些情况下，利用磁场促进溶液的结晶，促进晶体粒径增大；而在另外一些情况下，可以利用磁又

稳定性和粒度的影响，进一步肯定了磁场对结晶过程有显著影响。柴诚敬等在试验中也发现，过经一

场的作用，制粒径的生长，结晶的粒度减小，控使比如磁场防垢。T s和 Tc研究了磁场对结晶成核 ee ye速度的影响，果表明，磁化处理后的溶液，生结经其成晶粒速度快，晶粒体积小。周开学等…采用计算机模拟方法，研究纯水的内能、度、面张力等从牯表

定场强的永磁场处理的甲醇中加入一定量的六六

六粉时，即生成晶体，立而将等量的六六六粉加入到没经磁场处理的同样量的甲醇中时，完全溶解而则没晶体出现。杨筠等研究了磁场对纯碱结晶过程

参数与水溶液的成

核速率以及晶体生长速率等结晶参数的关系出发，拟了外加磁场对水溶液结晶过模

的影响，发现在一定的磁场作用下，溶液的成核速水率和晶体生长速度都有大幅度的提高；碳酸氢钠对在磁场存在下的结晶动力学研究表明，适宜的磁在

程的影响，拟结果表明磁效应与外加磁场的磁感模应强度的关系具有多极值特征，优化磁场作用下在水溶液中结晶颗粒变小，溶液的稳定性增强，水使得磁处理具有防垢效应。卢贵武等也指出，磁化当场的磁感应强度恰当时，溶液在过饱和状态时容水器壁结晶的粒度减小，体内悬浮的晶粒数目增加液而粒度减小，混合液体易胶体化而变得稳定，晶粒向 器壁的沉积减少，总体达到了减缓结垢速度的效果； 磁防垢必须选用优化磁参数的磁化器，垂直丁流在体流向的断面上，磁化场要尽可能是空间均匀场，否则可能无效应或出现负效应。

化条件下，晶体的平均粒径增大 1%一3%,体 0 0晶生成量增加了 2%一2 0 0 0%。卢贵武研究了磁场对碳酸钙溶液结晶过程的影响，果证明：结若磁场的磁

感应强度为 02T,理可使混合溶液的电导率显 .磁处著降低，液中成核速率及晶体生成速度明显增溶大。马伟等研究了蒸发结晶 A 0嘎过程中磁场效应的影响结果表明，场效应使溶液蒸发结晶磁过程速率提高 5~l%, A% 0对嘎晶体结构和化学成份无影响，颗粒大小的影响依赖于陈化过程。对 孙佳江等应用磁场处理糖液以提高蔗糖结晶速度的一些单晶静态和群晶动态试验和研究结果及理论

22磁场可抑制溶液的结晶过程， .降低结晶速率

些学者研究指出，场处理利于溶液的结磁

分析表明，糖液经磁化后粘度明显降低，场对蔗糖磁结晶时可生成氢键的原子云的作用能改变氢键的方向性和强度，而影响结晶过程。并指出利用磁场从

晶。Si—i i aai 通过研究磁场作用下四 hn c r Yngy ho a方形溶菌酶晶体的生长速率，现在 1 T磁场处理发 1 下结晶速率仅为不经磁场处理结晶速率的 l% 0 6%,场降低了结晶的速率罗漫等。

究了磁 0磁研化对 C C 晶过程的影响发现磁处理抑制了晶 aO结

对蔗糖结晶过程的作用，进一步研究后可应用于在生产实际以提高蔗糖的结晶速率和增加产量由于

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体的成核过程，成晶粒数量少，积大，场对生体磁 C C 3晶过程的影响主要是通过成垢阴离子起作 aO结用

Cythai A R gvPoed g fh 3hSm o— r o ztnl ob .r ei so te1t y ps sl o J c n ino dsi ws lzinC 96 t fI uta C tlao【 19 . t r n rl a it J[l ti sir K J JC li adItfc Si c,92 3 t ahaa . o o n n r e c ne 19, g t J ld ea e12(:2~11 5 1)15 3

3存在的问题和展望磁场影响溶液结晶过程的研究不仅有利于溶液结晶理论的发展，且对提高结晶速率、短结晶时而缩间、控制晶体粒径的分布、高产品质量和结晶设备提的生产能力具有重要的实际意义，已在一些领域显示出它的优越性但由于磁场处理溶液结晶过程影响的因素较多，加上磁场处理的效果与被处理的再对象密切相关，操作参数选择不当，若不但不利于溶质的结晶过程和产品的质量，且还会有相反的作而

l柴诚敬 . 4磁化技术在化工分离领域中的应用[]化学 J工业与工程，99 (6 425~29 19,1):4 4

[]杨筠， 5杨祖荣，季芬， .磁场对碳酸氢钠结晶动力史等 学的影响[:北京化工大学学报 .972 ( )1 J.[ 4 2:~7 9[]卢贵武 . 6磁场对碳酸钙溶液结晶过程的影响 J .采 钻工艺，99 2 (j6~7 19,24:8 O

7马伟，]马荣骏磁场效应对二氧化二砷结晶过程的影响【]中国有色金属学报，95 54:9~ 2 J 19,( 5 6[一孙佳江， 8郭祀远 .磁场处理对蔗糖结晶速度的影响[ J J齐齐哈尔轻工学院学报、95【( )3~3[ .12:1

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用。由于磁场技术是一门较新的多学科交叉的边缘学科技术，多理论尚需进一步完善。其应用于影很响溶液结晶过程，进溶液结晶成核和结晶生长或促抑制结晶的机理，目前为止还不是很清楚，到尚未形成一致的结论，方面还需要进一步的探讨。关于这磁场参数和磁场处理对溶液结晶所产生的影响之问的确切关系还没有建立，尚需加强这方面的基础研究。随着研究的进一步深人，用磁场影响溶液的利结晶技术必将有广阔的前景

:罗文波磁场一溶剂协同作用对谷氨酸结晶过程的影 9响[_华南理工大学学报 ( J自科版) 20 .9 2:0,0 2 ( )7 L7 2

l周开学，贵武，吉华 .场对水溶液结晶动力学影 0卢宋磁

响的计算机模拟研究[]水处理技术，99 2 ( ) 9 J 19,5 2:8一

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[1卢贵武， 1]周开学，浚磁场对水内能及结构影晌的储 MC计算机模拟研究：]计算物理，98 5 4:0 J 19,1【 ) 53~58 0

[2 Sic r aai,G nSzk,S pe e a J 1 h i oY ng a e a i t hnD. t l[] J aN y a e

参考文献：[: M ln . g tlao[ . odn B t I 1 ui J C .ai t nM L no: u l 'l i s z№ma n. 9 3 n】9

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】]罗漫， 3陆柱磁场对 C C￣ a O结晶过程的影响[]华东 J理工大学学报，0O 4:7 19 20,() l7 7

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