碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)及應(yīng)用研究

馬艷輝

摘要：碳酸氫鈉不管是在生產(chǎn)工業(yè)，還是在醫(yī)藥化學(xué)方面都廣泛應(yīng)用。碳化塔內(nèi)的碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)和碳酸氫鈉調(diào)控五水碳酸鎂的合成，都是我們探究碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)的典型事例。本文主要論述碳化塔內(nèi)碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)以及在此基礎(chǔ)上磁場對碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)的影響。利用碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)的結(jié)晶過程，最后生成五水碳酸鎂。碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)及應(yīng)用研究是需要我們不斷探索，不斷探究的重大方向。

關(guān)鍵詞：碳酸氫鈉；結(jié)晶動力學(xué)；應(yīng)用研究

前言：

在各行各業(yè)和日常生活中，純堿是重要的基本的工業(yè)原料。在大規(guī)模制堿生產(chǎn)中，一定要經(jīng)過碳酸化過程。碳酸化反應(yīng)是在碳化塔中進(jìn)行的。許多研究者一致認(rèn)為碳酸化過程是純堿過程中的核心部分，它對純堿生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量、消耗、成本和生產(chǎn)的順利進(jìn)行起著關(guān)鍵性作用。所以一直以來，許多研究者對碳化過程進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)和研究，來解決碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)的奧秘，來不斷擴(kuò)大碳酸氫鈉結(jié)晶的應(yīng)用研究。

1、碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)

科學(xué)家研究碳酸氫鈉結(jié)晶是一個非常復(fù)雜的過程，其中包括吸熱、傳熱、化學(xué)反應(yīng)，最后一步才能到結(jié)晶，所以結(jié)晶基礎(chǔ)理論無法得到完善，對碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)的研究發(fā)展停滯不前，為了在制堿工業(yè)上有所發(fā)展，許多科學(xué)家在碳化塔中研究碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)，并建立結(jié)晶動力學(xué)機(jī)理和模型。

科學(xué)家認(rèn)為結(jié)晶在碳化塔中結(jié)晶出現(xiàn)在晶析點(diǎn)的位置之前，這屬于初級成核，在晶析點(diǎn)，后初級成核和二次成核共存，且在晶析點(diǎn)到水箱段這一段，初級成核占主導(dǎo)，在水箱到塔出口段，二次成核占主導(dǎo)，且初級成核形成的晶體形狀規(guī)則，形狀像紡錘體形。二次成核形成的是不規(guī)則的碎片型。外國科學(xué)家提出成核動力學(xué)，是在純水溶液中形成的。且許多試驗(yàn)表明，影響結(jié)晶動力學(xué)的因素有很多，初級成核和二次成核的速率與飽和度有關(guān)，所以受介穩(wěn)區(qū)寬度的限制，且介穩(wěn)區(qū)寬度要受溶液中其他物質(zhì)、冷卻速度、流體力學(xué)的條件所影響。隨著溶質(zhì)的增多，一方面：溶度系數(shù)的變化，對碳酸氫鈉溶解度有著很大影響；另一方面：溶液粘度增加，都會使晶核生成變得更加困難。當(dāng)晶核初步形成時，可以見到大量細(xì)長的紡錘形晶體，形成長度約為10到30納米，最寬處約1到3納米。細(xì)長的紡錘形晶體稍長大后，兩頭變鈍，成為長條型晶核。在以后的長大過程中，寬度方向長大速度很快，而長度方向相對比較緩慢，以致這時的晶體形狀成為長寬相近的“方型”或“啤酒桶形”。至此，晶體結(jié)晶生成，這個過程是碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)研究的主要過程。

2、碳酸氫鈉的應(yīng)用研究。

碳酸氫鈉除了在制堿工業(yè)上有很大作用，還在五水碳酸鎂合成工藝上有很大用處。在碳酸氫鈉調(diào)控下，通過氯化鎂和碳酸鈉反應(yīng)，結(jié)晶生成五水碳酸鎂。利用一些技術(shù)研究工藝參數(shù)，對晶體過程和產(chǎn)物的影響，分析表明加入碳酸氫鈉促進(jìn)了結(jié)晶動力學(xué)，有利于五水碳酸鎂晶體的形成，并產(chǎn)生進(jìn)行調(diào)控的協(xié)調(diào)效果。這種工藝參數(shù)的改變，將使得晶體過程發(fā)生熱力學(xué)和動力學(xué)控制的轉(zhuǎn)換，影響結(jié)晶產(chǎn)物的晶體形狀和體型。

碳酸氫鈉利用結(jié)晶動力學(xué)應(yīng)用非常廣泛，在不同溫度下對加入不同量的碳酸氫鈉產(chǎn)生的影響不同。專業(yè)人士做了大量研究實(shí)驗(yàn)，加入不同量的碳酸氫鈉產(chǎn)物也不同。對于五水碳酸鎂的合成，沒有加入碳酸鈉時，產(chǎn)物為棱柱狀和棒狀晶體混合物，加入碳酸氫鈉時，只得到棱柱狀顆粒，再加入大量碳酸氫鈉時，主要生成單個表面光滑，形態(tài)大小規(guī)則的棱柱狀晶體，這些顆粒的大小不一，是由棱柱狀顆粒聚結(jié)形成，這時產(chǎn)生的晶體便于在顯微鏡下觀察。通過合理的控制這些晶體結(jié)晶速度，使產(chǎn)物晶型有選擇性，使結(jié)晶過程受熱力學(xué)控制小于動力學(xué)控制，從而得到較為純凈的五水碳酸鎂。

利用碳酸氫鈉的結(jié)晶動力學(xué)在制堿工業(yè)上制堿是非常重要的一個過程，晶體結(jié)晶是在碳化塔中進(jìn)行的，碳化塔中銨鹽水不含低飽和溶解度的碳酸氫鈉，碳酸氫鈉是靠吸收二氧化碳反應(yīng)生成，并在晶析點(diǎn)之前沒有觀察到任何晶體。在晶析點(diǎn)以前形成的核屬于初級成核，沒有晶體生長。這時，氨水水解速度會隨著二氧化碳的變化速度改變，二氧化碳反應(yīng)速率越快，晶體結(jié)晶的速率越快，制堿的速度越快。

隨著科學(xué)家的不斷研究，科學(xué)家在對新型碳化塔碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了磁場對結(jié)晶動力學(xué)的影響。利用磁處理技術(shù)對碳酸氫鈉溶液結(jié)晶進(jìn)行研究，在找到靜態(tài)最佳工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上，我們將永磁鐵放于新型碳化塔中，發(fā)現(xiàn)磁場強(qiáng)度對結(jié)晶過程的影響成周期性變化，并不是磁場強(qiáng)度越強(qiáng)越好，磁場強(qiáng)度越強(qiáng)，反而使碳酸氫鈉結(jié)晶過程結(jié)晶的生長速率減小，成核速率增大。所以，磁場也是對碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)有很大的益處。

3、結(jié)束語

隨著我國科技的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷更新，更多的科學(xué)家在不斷的發(fā)展碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)領(lǐng)域。碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)的應(yīng)用廣泛，有利于工業(yè)發(fā)展和化工產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，我們可以應(yīng)用碳酸氫鈉結(jié)晶動力學(xué)，在制堿工業(yè)和制取五水碳酸鎂的時候更加容易，更加方便。利用結(jié)晶動力在一些工業(yè)領(lǐng)域和其他領(lǐng)域方面進(jìn)行生產(chǎn)，更加節(jié)省時間，節(jié)省原料，節(jié)約財力物力，更大程度上提高了產(chǎn)品質(zhì)量，更方便、更快捷地利用這一原理發(fā)展工業(yè)產(chǎn)業(yè)。

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