循環式結晶設備及循環式結晶系統的製作方法

2023-09-22 15:44:40 2

本發明涉及結晶技術領域，尤其涉及一種循環式結晶設備以及一種循環式結晶系統。

背景技術：

結晶設備是用於產品結晶操作的一種設備。在生產過程中，一般可分為蒸髮結晶和冷卻結晶兩種結晶方式。所謂循環式結晶，指的是在結晶系統中設置有循環管路，以將結晶設備內的漿液抽出，並進行相應的換熱(加熱或者冷卻)後再送回至結晶設備內進行循環結晶。

在現有的循環結晶系統中，設置的循環管路幾乎都是僅從結晶設備內某一特定位置處抽取結晶設備內的漿液作為循環液，然後對循環液進行換熱後再送回至結晶設備內循環結晶。然而，上述循環方式中，受其取液位置的限制，導致從結晶設備內取出的循環液中所含晶粒的含量以及粒徑等無法控制，進而無法控制最終經過換熱後再排回至結晶設備內的循環液內所含晶粒的含量以及粒徑，因此不利於控制晶粒的長晶情況以及控制最終成晶的晶粒粒徑。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是提供一種可控制從結晶設備進入到循環管路的循環液內所含晶粒情況的循環式結晶設備及循環式結晶系統，可實現對晶粒的長晶情況以及最終成晶的晶粒粒徑的控制。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：循環式結晶設備，包括結晶罐體，在所述結晶罐體內具有用於使漿液內的浮晶沉降的浮晶沉降分層區，在所述結晶罐體上開設有至少兩個循環液出口，並且各循環液出口分別與浮晶沉降分層區的不同沉降高度位置對應連通。

進一步的是：所述循環液出口設置有三個，三個循環液出口沿浮晶沉降分層區的沉降高度範圍間隔分布。

進一步的是：在每個循環液出口處設置有控制閥門。

進一步的是：在所述結晶罐體的底部設置有第一產品出口，在所述結晶罐體的頂部設置有第二產品出口。

另外，本發明還提供一種循環式結晶系統，其採用上述本發明所述的循環式結晶設備，還包括循環管路，循環管路的入口端與結晶罐體上的各循環液出口並聯連通，循環管路的出口端伸入至結晶罐體的內部；在所述循環管路上位於入口端和出口端之間設置有循環液驅動設備和換熱設備。

進一步的是：沿循環管路的入口端至出口端，所述循環液驅動設備設置於換熱設備的上遊。

進一步的是：在循環管路上位於循環液驅動設備的上遊設置有原液供給口。

進一步的是：循環管路的出口端伸入至結晶罐體內的底部，在循環管路上位於出口端的端頭設置有封板進行封堵，在循環管路上位於出口端處的周向管壁上設置有多個切向出口，並且由多個所述的切向出口排出的循環液可在結晶罐體內產生旋流。

進一步的是：多個所述的切向出口沿循環管路上位於出口端處的外周管壁的周向均勻分布。

進一步的是：所述循環液驅動設備為循環泵；所述換熱設備為管式換熱器。

本發明的有益效果是：本發明通過在結晶罐體上開設至少兩個循環液出口，進而可從各循環液出口分別將結晶罐體內位於不同高度位置的浮晶沉降分層區內的漿液抽出以作為循環液，而由於在浮晶沉降分層區內的不同沉降高度位置上的漿液內所含晶粒含量和粒徑等各不相同，並且理論上為越位於浮晶沉降分層區底部的晶粒含量越多且粒徑通常越大，因此通過在浮晶沉降分層區的不同沉降高度位置上分別進行取液，可實現將含有不同晶粒量和不同晶粒粒徑的漿液抽取並混合後作為循環液，因此可根據需要控制進入循環管路內的循環液所含晶粒的情況。因此，本發明可實現對從結晶設備內抽取的循環液中所含晶粒的含量以及粒徑等的可控以及實現對經過循環換熱後再排回至結晶設備內的循環液內所含晶粒的含量以及粒徑的可控，並最終實現對晶粒的長晶情況以及最終成晶的晶粒粒徑等的控制。

附圖說明

圖1為本發明所述的循環式結晶系統的連接關係示意圖；

圖2為圖1中局部區域a的放大示意圖；

圖3為圖2中b-b截面的剖視圖；

圖4為進行冷卻式結晶時結晶罐體內部漿液情況的示意圖；

圖5為進行蒸髮式結晶時結晶罐體內部漿液情況的示意圖

圖中標記為：結晶罐體1、浮晶沉降分層區2、循環液出口3、控制閥門4、第一產品出口5、第二產品出口6、循環管路7、循環管路的出口端8、循環液驅動設備9、換熱設備10、原液供給口11、封板12、切向出口13、換熱介質入口14、換熱介質出口15、蒸汽腔16。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進一步說明。本發明所述的循環式結晶設備，其為循環式結晶系統中的其中一部分設備。而所謂循環式結晶系統，即是通過設置相應的循環管路實現對漿液進行循環結晶的系統。

參照附圖1至附圖5中所示，本發明所述的循環式結晶設備，包括結晶罐體1，在所述結晶罐體1內具有用於使漿液內的浮晶沉降的浮晶沉降分層區2，在所述結晶罐體1上開設有至少兩個循環液出口3，並且各循環液出口3分別與浮晶沉降分層區2的不同沉降高度位置對應連通。

另外，通常情況下在結晶罐體1的底部還會設置有第一產品出口5，在結晶罐體1的頂部設置有第二產品出口6。其中，第一產品出口5為用於將結晶罐體1內底部的結晶沉積排出；第二產品出口6則為將結晶罐體1頂部的清液或者蒸汽等排出。具體可參照附圖中所示。

上述本發明中所指的浮晶沉降分層區2，其為在結晶罐體1內用於盛裝漿液的區域，利用結晶晶粒在浮晶沉降分層區2內的自由沉降作用，實現晶粒向下沉積的目的。不失一般性，參照附圖4和附圖5中所示，本發明中根據採用蒸髮結晶方式或冷卻結晶方式的不同，對浮晶沉降分層區2在結晶罐體1內的所佔區域有相應的區別；例如參照附圖4中所示，當為冷卻式結晶方式時，其在結晶罐體1內的整個腔體均可為浮晶沉降分層區2，此時經晶粒沉降後的清液將最終從結晶罐體1頂部的第二產品出口6排出並可被收集，而結晶沉積在結晶罐體1底部的晶粒產品將從結晶罐體1底部的第一產品出口5排出並可被收集；而參照附圖5中所示，當為蒸髮式結晶方式時，其在結晶罐體1內的下部分腔體可為浮晶沉降分層區2，而在浮晶沉降分層區2的上方將留有一定的空間作為蒸汽腔16，以實現漿液的蒸發，此時蒸發的蒸汽將最終從結晶罐體1頂部的第二產品出口6排出並可被收集，相應的結晶沉積在結晶罐體1底部的晶粒產品將從結晶罐體1底部的第一產品出口5排出並可被收集。

另外，不失一般性，本發明中的結晶罐體1可以僅由一個罐體組成，也可由兩個或者多個罐體相連而成；當為兩個或者多個罐體時，可根據各罐體的作用確定浮晶沉降分層區2的對應範圍，並且此時的浮晶沉降分層區2可同時位於不同的罐體內。

本發明中設置的循環液出口3，其設置位置必須與浮晶沉降分層區2的不同沉降高度位置對應連通，以實現通過不同的循環液出口3排出的循環液中所含晶粒的含量以及粒徑等各不同，進而通過控制各循環液出口3即可實現控制進入循環管路7內的循環液所含晶粒的含量和粒徑等情況。

更具體的，為了實現上述控制目的，本發明中必須要求在結晶罐體1上設置至少兩個循環液出口3。當然，不失一般性，本發明中對於循環液出口3的具體數量沒有嚴格限制；例如參照附圖中所示的具體情況，將循環液出口3設置為三個，並且三個循環液出口3沿浮晶沉降分層區2的沉降高度範圍間隔分布。

另外，在設置循環液出口3時，可優選設置其在浮晶沉降分層區2的中上部，並且位於最下方的一個循環液出口3，其應當儘量設置在浮晶沉降分層區2內位於結晶沉積在底部的晶粒以上位置，以避免結晶沉積的晶粒造成對循環液出口3的堵塞。另外，在後續所述的循環管路7的出口端8深入至結晶罐體1內的底部附近時，可將位於最下方的一個循環液出口3優選設置在位於出口端8以上的位置。

另外，為了實現對各循環液出口3的流量控制，本發明中進一步可在每個循環液出口3處設置有控制閥門4，如附圖中所示。這樣，可通過相應控制閥門4控制各循環液出口3的開度調節，進而控制各循環液出口3的循環液流量，因此最終可控制進入循環管路7內的各循環液出口3的流量比。至於控制閥門4，其可採用普通的蝶閥、球閥等閥門，也可採用電磁閥等自動控制閥門。當採用自動控制閥門時，可通過額外配套相應的控制系統以實現對閥門的自動控制。另外，控制閥門4除了可直接設置在循環液出口3處以外，也可設置在與各循環液出口3對應連通的支管路上，只要其可實現對各循環液出口3的流量控制即可。

另外，本發明還提供一種循環式結晶系統，採用上述本發明所述的循環式結晶設備，同時還包括循環管路7，循環管路7的入口端與結晶罐體1上的各循環液出口3並聯連通，循環管路7的出口端8伸入至結晶罐體1的內部；在所述循環管路7上位於入口端和出口端8之間設置有循環液驅動設備9和換熱設備10。當然，本發明所述的循環式結晶設備可單獨生產、銷售也可與本發明所述的循環式結晶系統配套生產、銷售。

其中，循環管路7的作用是用於實現對結晶罐體1內的漿液進行循環，並通過設置相應的換熱設備10實現對循環管路7內的循環液進行換熱；而循環液驅動設備9則是用於為循環液提供驅動力的設備。對於循環液驅動設備9，通常採用常規的泵即可。本發明中根據採用蒸髮結晶方式或冷卻結晶方式的不同，換熱設備10可為加熱式換熱設備或者為冷卻式換熱設備。當換熱設備10為加熱式換熱設備時，其通過向換熱設備10內額外通入相應的熱介質，實現對經過換熱設備10的循環液的加熱；而當換熱設備10為冷卻式換熱設備時，其通過向換熱設備10內額外通入相應的冷介質，實現對經過換熱設備10的循環液的冷卻。更具體的，本發明中對於換熱設備10的具體結構形式並沒有嚴格限制，通常換熱設備10可採用為管式換熱器即可，並且參照附圖1中所示，在換熱設備10上可設置有相應的換熱介質入口14和換熱介質出口15等用於換熱介質進出的接口。另外，不失一般性，換熱設備10還可採用相應的直接加熱設備或者製冷設備等代替，即實現直接對流經換熱設備10內的循環液進行加熱或者製冷。

更優選的，本發明中在沿循環管路7的入口端至出口端8的方向上，將循環液驅動設備9設置於換熱設備10的上遊；即循環液在沿循環管路7流動時，先經過循環液驅動設備9，然後再經過換熱設備10。這樣設置的好處是：當循環液經過換熱設備被換熱後，循環液中含有的晶粒可能進一步長晶增大，因此可降低晶粒經過循環液驅動設備9時的阻礙，同時也可避免在循環液驅動設備9內發生堵塞的情況；尤其適用於冷卻結晶方式的情況。

更具體的，本發明中在將循環液驅動設備9設置於換熱設備10的上遊的情況下，還可進一步在循環管路7上位於循環液驅動設備9的上遊設置有原液供給口11。其中所指的原液供給口11，其是向整個循環式結晶系統內供入初始原液的埠，通過原液供給口11不斷地向整個循環式結晶系統內供入原液，可確保系統的連續、平穩運行。本發明中原液供給口11設置於循環液驅動設備9的上遊，這樣可通過控制從原液供給口11供給的液體量和從結晶罐體1上到循環液出口3所排出的液體量的比例關係。當然，不失一般性，對於循環液出口3所排出的液體量可通過各循環液出口3上對應設置的控制閥門4進行控制，而對於原液供給口11供給的液體量，則可通過進一步在原液供給口11上設置相應的控制閥門進行流量控制。另外，本發明通過上述設置，還具有如下優點：由原液供給口11供給的液體和從循環液出口3排出的液體可在初步混合後再通過循環液驅動設備9，這樣可利用循環液驅動設備9的攪動作用提高兩股液體的混合效果。

另外，參照附圖2和附圖3中所示，本發明中將循環管路7的出口端8伸入至結晶罐體1內並且靠近其底部附近的位置，如附圖中所示；並且進一步在循環管路7上位於出口端8的端頭設置有封板12進行封堵，在循環管路7上位於出口端8處的周向管壁上設置有多個切向出口13，並且由多個所述的切向出口13排出的循環液可在結晶罐體1內產生旋流。這樣設置的好處是：一方面通過設置封板12結構，可避免從出口端8排出的液體直接衝擊結晶罐體1的底部；另一方面，通過從切向出口13排出的循環液所產生的旋流作用，可起到對結晶罐體1內的液體的攪動作用，進而可促進長晶效果和晶粒的均勻性。本發明切向出口13應當設置為大致沿出口端8的周向管壁的切線方向，以使從切向出口13排出的液體能有效地在結晶罐體1內產生旋流作用。另外，對於循環管路7伸入至結晶罐體1內的位置，可參照附圖1中所示，從結晶罐體1的頂部正中位置豎直向下伸入至結晶罐體1內部，並且可使位於結晶罐體1內部的部分管路的中軸線與結晶罐體1的中軸線共線。

當然，不失一般性，上述由切向出口13所產生的旋流優選與結晶罐體1的中軸線共線，即此時出口端8處各切向出口13沿管壁周向布置的軸線應當與結晶罐體1的中軸線共線，如附圖3中所示。並且，本發明中對於切向出口3的數量並沒有嚴格限制，理論上可至少設置一個即可，當然優選設置為不少於兩個的情況；並且應當確保各切向出口3的出流方向一致，以確保在結晶罐體1內產生有效、穩定的旋流作用。例如附圖3中所示的具體結構中設置有五個切向出口3；並且更優選的，可設置五個切向出口3沿外周管壁的周向均勻分布。

另外，不失一般性，上述切向出口13可為直接設置在循環管路7位於出口端8處的一段管路上或者也可專門在循環管路7的出口端8處設置一相應的額外的管體結構以用於設置各切向出口3。