碳酸氫鈉結晶動力學及應用研究

馬艷輝

摘要：碳酸氫鈉不管是在生產工業，還是在醫藥化學方面都廣泛應用。碳化塔內的碳酸氫鈉結晶動力學和碳酸氫鈉調控五水碳酸鎂的合成，都是我們探究碳酸氫鈉結晶動力學的典型事例。本文主要論述碳化塔內碳酸氫鈉結晶動力學以及在此基礎上磁場對碳酸氫鈉結晶動力學的影響。利用碳酸氫鈉結晶動力學的結晶過程，最后生成五水碳酸鎂。碳酸氫鈉結晶動力學及應用研究是需要我們不斷探索，不斷探究的重大方向。

關鍵詞：碳酸氫鈉；結晶動力學；應用研究

前言：

在各行各業和日常生活中，純堿是重要的基本的工業原料。在大規模制堿生產中，一定要經過碳酸化過程。碳酸化反應是在碳化塔中進行的。許多研究者一致認為碳酸化過程是純堿過程中的核心部分，它對純堿生產的產量、質量、消耗、成本和生產的順利進行起著關鍵性作用。所以一直以來，許多研究者對碳化過程進行大量實驗和研究，來解決碳酸氫鈉結晶動力學的奧秘，來不斷擴大碳酸氫鈉結晶的應用研究。

1、碳酸氫鈉結晶動力學

科學家研究碳酸氫鈉結晶是一個非常復雜的過程，其中包括吸熱、傳熱、化學反應，最后一步才能到結晶，所以結晶基礎理論無法得到完善，對碳酸氫鈉結晶動力學的研究發展停滯不前，為了在制堿工業上有所發展，許多科學家在碳化塔中研究碳酸氫鈉結晶動力學，并建立結晶動力學機理和模型。

科學家認為結晶在碳化塔中結晶出現在晶析點的位置之前，這屬于初級成核，在晶析點，后初級成核和二次成核共存，且在晶析點到水箱段這一段，初級成核占主導，在水箱到塔出口段，二次成核占主導，且初級成核形成的晶體形狀規則，形狀像紡錘體形。二次成核形成的是不規則的碎片型。外國科學家提出成核動力學，是在純水溶液中形成的。且許多試驗表明，影響結晶動力學的因素有很多，初級成核和二次成核的速率與飽和度有關，所以受介穩區寬度的限制，且介穩區寬度要受溶液中其他物質、冷卻速度、流體力學的條件所影響。隨著溶質的增多，一方面：溶度系數的變化，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。當晶核初步形成時，可以見到大量細長的紡錘形晶體，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，晶體結晶生成，這個過程是碳酸氫鈉結晶動力學研究的主要過程。

2、碳酸氫鈉的應用研究。

碳酸氫鈉除了在制堿工業上有很大作用，還在五水碳酸鎂合成工藝上有很大用處。在碳酸氫鈉調控下，通過氯化鎂和碳酸鈉反應，結晶生成五水碳酸鎂。利用一些技術研究工藝參數，對晶體過程和產物的影響，分析表明加入碳酸氫鈉促進了結晶動力學，有利于五水碳酸鎂晶體的形成，并產生進行調控的協調效果。這種工藝參數的改變，將使得晶體過程發生熱力學和動力學控制的轉換，影響結晶產物的晶體形狀和體型。

碳酸氫鈉利用結晶動力學應用非常廣泛，在不同溫度下對加入不同量的碳酸氫鈉產生的影響不同。專業人士做了大量研究實驗，加入不同量的碳酸氫鈉產物也不同。對于五水碳酸鎂的合成，沒有加入碳酸鈉時，產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，形態大小規則的棱柱狀晶體，這些顆粒的大小不一，是由棱柱狀顆粒聚結形成，這時產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晶速度，使產物晶型有選擇性，使結晶過程受熱力學控制小于動力學控制，從而得到較為純凈的五水碳酸鎂。

利用碳酸氫鈉的結晶動力學在制堿工業上制堿是非常重要的一個過程，晶體結晶是在碳化塔中進行的，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生成，并在晶析點之前沒有觀察到任何晶體。在晶析點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，二氧化碳反應速率越快，晶體結晶的速率越快，制堿的速度越快。

隨著科學家的不斷研究，科學家在對新型碳化塔碳酸氫鈉結晶動力學研究的基礎上，進一步探討了磁場對結晶動力學的影響。利用磁處理技術對碳酸氫鈉溶液結晶進行研究，在找到靜態最佳工作狀態的基礎上，我們將永磁鐵放于新型碳化塔中，發現磁場強度對結晶過程的影響成周期性變化，并不是磁場強度越強越好，磁場強度越強，反而使碳酸氫鈉結晶過程結晶的生長速率減小，成核速率增大。所以，磁場也是對碳酸氫鈉結晶動力學有很大的益處。

3、結束語

隨著我國科技的飛速發展，科學技術的不斷更新，更多的科學家在不斷的發展碳酸氫鈉結晶動力學領域。碳酸氫鈉結晶動力學的應用廣泛，有利于工業發展和化工產業的進步，我們可以應用碳酸氫鈉結晶動力學，在制堿工業和制取五水碳酸鎂的時候更加容易，更加方便。利用結晶動力在一些工業領域和其他領域方面進行生產，更加節省時間，節省原料，節約財力物力，更大程度上提高了產品質量，更方便、更快捷地利用這一原理發展工業產業。

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