牛磺酸結晶成長速度的研究

侯學娟，程敬華，郭 嘉，周玉新，朱 瑛

(武漢工程大學化工與制藥學院，綠色化工過程省部共建教育部重點實驗室，湖北武漢430074)

國內外學者對工業結晶進行了大量的研究，這些研究可分為結晶熱力學和結晶動力學的研究，而結晶動力學基本上都從成核機理及成核速度方面進行研究［1，2］。晶體生長中的表面結晶化反應都是在分子尺度上發生。若提供均勻且高低適當的過飽和度環境，在提高結晶成長速度的同時，就不存在由于結晶速度過快，導致晶體質量差的缺點。

撞擊流結晶器具有微觀混合強烈的特性，在一定程度上也可以促進結晶成長速度。為驗證這一結論，本文采用類似于Mullin［3］等方法，在撞擊流結晶器(ISC)和流化床結晶器(FBC)中測定晶體群的成長速度，并對成長速度系數進行比較。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

在前面講述的晶體生長的擴散學說理論中，兩個過程都可以看做以濃度差作為推動力，動力學方程分別為［4］:

擴散過程:

表面結晶化過程:

式中，GM為結晶成長速度，kg/(m2·s);C、Ci、C*分別為溶液主體濃度、界面濃度和飽和濃度;A為晶體的表面積;kd為擴散過程的傳質系數，m/s;kr為表面反應速度系數，m/s;M為晶體質量，kg;t為時間，s。

結合式(1)和式(2)可得:

式中，KG為結晶成長速度系數，m/s;(C－C*)是作為總推動力的總濃度差，即過飽和度。

為了使撞擊流結晶器和流化床結晶器的結晶成長速度便于比較，避免其他復雜因素干擾考察的主要問題，假定牛磺酸的結晶反應為一級反應。因為原料晶體為非球形顆粒，故引入φs(面積形狀系數)和φv(體積形狀系數)，則質量M與表面積A為: