硫酸銨介穩(wěn)區(qū)寬度的研究及成核動力學(xué)計算

彭思瑤，施云海

（華東理工大學(xué)化工學(xué)院，上海200237）

硫酸銨介穩(wěn)區(qū)寬度的研究及成核動力學(xué)計算

彭思瑤，施云海

（華東理工大學(xué)化工學(xué)院，上海200237）

介穩(wěn)區(qū)寬度（MSZW）是無機(jī)鹽工業(yè)結(jié)晶過程設(shè)計的重要參數(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)硫酸銨過程中，可將結(jié)晶條件控制在介穩(wěn)區(qū)以制備高純度大顆粒硫酸銨。采用多溫法測定了313.15~343.15K溫度范圍硫酸銨的介穩(wěn)區(qū)寬度。研究了顯著影響硫酸銨介穩(wěn)區(qū)寬度的因素，如冷卻速率、初始組成、攪拌速率、溶液體積及晶種。實驗結(jié)果表明，硫酸銨介穩(wěn)區(qū)寬度隨初始組成、攪拌速率、晶種質(zhì)量的增加而降低；隨冷卻速率的提高而變寬；溶液體積則對介穩(wěn)區(qū)寬度沒有影響。以溶解度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過范特霍夫方程計算了硫酸銨的溶解焓。采用自洽Nyvlt型方程及3D成核理論，由實驗介穩(wěn)區(qū)寬度數(shù)據(jù)估算硫酸銨成核動力學(xué)，得到了臨界成核參數(shù)，包括成核級數(shù)m、成核常數(shù)K和固-液界面能γ。

介穩(wěn)區(qū)寬度；成核動力學(xué)；硫酸銨；結(jié)晶

硫酸銨是一種重要的化工原料，不僅可以用來生產(chǎn)氮肥，還廣泛用于發(fā)酵和礦物浸出行業(yè)。通常工業(yè)上生產(chǎn)的硫酸銨晶體顆粒較小（<1 mm），流動性差，容易結(jié)塊，在使用中損失較大。而大顆粒硫酸銨晶體（1～4 mm）具有良好的流動性，且不易結(jié)塊，市場前景更為廣闊［1］。在硫酸銨的工業(yè)生產(chǎn)中，結(jié)晶過程是最為重要的操作單元之一，通過將結(jié)晶條件控制在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)，可以生產(chǎn)出高純度大顆粒硫酸銨。因此，研究介穩(wěn)區(qū)寬度（MSZW）對于生產(chǎn)大顆粒硫酸銨晶體具有重要的理論意義。

介穩(wěn)區(qū)寬度是澄清溶液以恒定速率冷卻的過程中，溶液飽和溫度與首次檢測到晶體時的溫度之差［2］。影響介穩(wěn)區(qū)寬度的因素有很多，如溶劑、初始組成、冷卻速率、攪拌速率、溶液體積、雜質(zhì)的存在及晶種等［3-7］。工業(yè)結(jié)晶過程中為了避免瞬間爆發(fā)成核，需要測定不同條件下的介穩(wěn)區(qū)寬度值，以了解其成核動力學(xué)過程。……