流化床结晶器中耦合破碎机理的氯化钠晶体成核动力学研究

王灿灿， 郑 丹， 胡晓敏， 刘小宇， 魏 敏， 陈 奇， 贾 琳， 袁金平

(四川轻化工大学化学工程学院，四川 自贡 643000)

接触成核是目前最重要的晶体成核机制之一，也称为碰撞成核。这类碰撞会在母体晶体表面留下痕迹，产生的大量碎片是晶核的主要来源，从而影响晶体的尺寸分布[1]。目前，接触成核主要活跃在工业结晶器的高过饱和度区域。影响接触成核的因素很多，其中最重要的是晶体破碎。这种现象的出现取决于晶体物性以及碰撞强度，由于碰撞力过大导致晶体破碎，使溶液中存在大量细小的碎屑，引发二次成核。破碎现象对产品的最终质量有重要的影响；此外，破碎产生的晶体碎片通常会引起结晶器堵塞、下游设备损坏和环境污染等严重问题[2]。

因此，为了研究晶体成核过程的真实情况，需要深入了解成核动力学和破碎机理对彼此的影响。目前还没有涉及晶体破碎理论的成核动力学研究的系统报道。本文采用流化床结晶器研究了氯化钠晶体的成核动力学影响因素，目的是建立一个考虑晶体成核过程中破碎效应的成核动力学模型，这在工业结晶生产中具有重大的实际指导与应用意义。

1 晶体破碎模型

1.1 碰撞参数

在接触成核过程中，晶体间的碰撞力不可忽略，用牛顿定律来定义碰撞力见式(1)。

(1)

式中，l表示晶体的特征长度；v是碰撞速率；ρ是晶体密度。引入峰值碰撞时间tp来简化式(1)，得式(2)。

(2)

式中，tp为晶体开始发生碰撞直至碰撞力达到最大时所经过的时间。……