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第 2期1 9担 81

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学

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硼砂水溶液介稳区性质的研究孙长贵沈国良徐维勤沈自求(连理工大学化学工程研究所，辽宁。大连)大

摘

要

在一套计算机控制程序降温一光自动检测晶体粒子出现的装置上一侧定了硼砂水溶浪于不同冷敷

却速率下的介稳区竟度。考察了溶解于溶液中的微量正戊烷对溶解度和介稳区宽度的影响。根据理论模型 .由实验数据获得了硼砂术溶液的真实虚按级数及与最大过冷度相应的各虚棱特征值。

一

、

引

言

测量与冷却速率有关的介稳区宽度，是研究过饱和溶液性质的重要方法之一。所潮得的馓据不仅适用于工业结晶器的设计“,也可用于表征成核动力学的特征参数一尽管前 ”。人已傲了大量工作，但因过去的理论分析方法过于简化“又因不同的检测手段会得到不同

鼬介稳区宽度，所以，人们对此方法能否给出成核动力学的信息还有争议“ 1 l。事实上，过 饱和溶液中产生的晶核需长大到一定大小才能检测到，所以，应从结晶过程的基本原理出泼，建立同时考虑成核与生长两方面的数学模型和相应的实验数据处理方法。进行更广泛的研究，以期揭示介稳区宽度与成核动力学之间的内在联系。 本文在总结和完善前人理论工作“l的基础上导出了表征成核特征参数的数学表达式。 5 站台以正戊烷为冷却剂，以硼砂水溶液为结晶物系，对于直接接触换热结晶特性这一研究课耀 f,采用计算机控制程序降温一光自动检测晶体粒子出现的方法，研究了硼砂水溶液的“激价稳区性质及溶解的微量正戊烷对介稳区宽度的影响。并根据理论模型计算了相应的成核特征参数值。

二、理论模型1最大过冷度与冷却建宰的关系 .如图 1所示，介稳区宽度的测量通常为一定浓度的溶液于欠饱和状态下。以一定的冷

{速率 6开始降温。到达时间时，产生了第一批晶核。随着溶液的继续冷却，晶核不

断长大，且新的晶孩又不断产生，直到时间，检测到了晶体粒子的存在，此时的过冷度即为最大过冷度 AT一。

将溶液的平衡时麴作为初始时刻 .即

=0,则过冷度与过饱和浓度之间的关系为(1)(2) (3>1’

△ 一C。, (C√d酣 C, .一C . d )=

应用成核速率和晶休生长速率的幂指数形式,=d d一 d N/{‘G=dz =鼠 C r/18 - 9 0收到初稿 . I￣- 3 2收到恪改稿。 990-8 ' 9 0 -0 通讯联系人，现在中科院化工冶金研究所。

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可得到选时刻f时，单位体积溶液内析出的晶体总质量 懈

』p( 6 )d:』 d。:?, n“ 6”(4)

a k( ( p gn e F,

式中F(' )"和 g的一确定函数形式“佛g为 将d…=b t代入式 ()理得 4整l=ml AT￣+l K gb g g (5)

其中， K近似为常数，’= (g++4/ , 3 l )4, h .

( 6)

式 (5)表明，g与ld lb g…呈线性关系， 若已知，由直线的斜率 m可计算 *。

凰 l理论分析示意图

2成核特征参数 .

按照经典的成核理论，成核速率表达式为

, e 印音‰于提： On( c l c/c

]-Ⅳ_“

c '(8 >…

)

= 2 7

口

I c c n/(

。),

由式 ( )式 ( ) 2和 8不难证明 N=/ ccl一G . (。 _ )(9,

临界摄核尺寸可由临界粒子数求得L一[Ⅳ/( p N^], N a ) (O 1>

结合式 ()式 (0可得 8及 1)=

盥

I n (鲁)验

( 1 1)

三，实1 .饱和溶解度的蔫定

硼砂水溶液饱和溶解度的测量是在一保温玻璃夹套瓶内进行的，激度的测定采用折光率法夹套瓶内鲋固液相平衡温度及铡折光率时的恒温控制精度在±0 1 . K之内溶解的微量正戊娩对溶解度影响的考察方法是在恒温条件下，向夹套瓶舶屈液两相内加入5正戊烷，充分搅拌 6时后静止，去除浮于溶液之上的正戊烷层，测定溶液折光率。 ml小 2介蕾逸宽度

的蔫定 .实验装置如图 2所示。将一定量的分斩纯硼砂和三次蒸馏水置于l O玻璃夹套瓶内， O ml

升温使硼砂完全溶解。在高于平衡温度 2 K的温度点恒温 1分钟，然后，按预先指定的冷却 O

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速率降温。在降温过程中，穿过溶液的激光光强度，由激光功率接收器转换成电压信号输入 计算机。当光强减弱时，则标志着“核”已出现，平衡温度与此时晶溶液温度之差， B为用最大过冷度口表示的溶液介稳区宽度。 在上述溶液中加入 5m】戊正烷，充井搅拌后，在相同条件下重复以上步骤，即可测得当溶液中溶解了微量正戊烷之后的介稳区宽度。

一

一(2 1)

图 2涮定介稳区宽度的实验装置 l转子流量计；扣一一恒温水槽；3—计算机；{—热电势放大器； 把. 功率接收器j&一夹套瓶j卜一磁搅拌器j 8且e Ne光营；一镦光电一 -散 电源； T一 1 1精度温度计 j r /o T一热电偶

四、结果与讨论1 .饱和溶解度图 3为硼砂水溶液的饱和溶解度曲线。由图可见，溶解的微量正，烷 F g . K时 .正 2o 2戊烷在水中的平衡溶解量为 0 0 5 ( s)降低了硼砂的溶解度，且这种影响随温耍的升 . 3 ma s]高逐渐减弱。

正如图 4所示， lX。与 1丁呈线性关系，回归结果为 g /未溶正戊烷lX=一1 1 .1+ 3 8 0 g。 97 2 T .9 3

溶解正戊烷 …… 此处隐藏：4828字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……