撞擊流蒸髮結晶器的製作方法
2023-09-19 20:21:30 1
專利名稱：撞擊流蒸髮結晶器的製作方法
技術領域：
屬於物理、化學工藝設備。適用於溶液並行蒸髮結晶、製取結晶產品或中間產品的過程。
背景技術：
在化工、醫藥、輕工等行業中，有許多固體產品通過從溶液中結晶製得。從溶液中結晶在溶液過飽和的條件下進行。依據產生過飽和方式不同，結晶過程大致可分為冷卻結晶、蒸髮結晶和反應結晶三種類型；其中冷卻結晶應用最為廣泛。冷卻結晶通常是把溶液蒸發濃縮到一定接近飽和的濃度後轉入結晶裝置進行冷卻結晶作業。已工業應用的冷卻結晶器有很多種。1950至70年代研發的一類帶導流筒的結晶器，例如 DTB 結晶器(Mullin. J. W. ,"Industrial Crystallization"ppl-168, Plenum Press, New York，1976)、DP結晶器(河西達夫，「月島式DP型晶出裝置」，別冊化學工業， 18(2) :58-65,1974)禾Π Standard-Messo 湍流結晶器(Messing，Τ.，Br. Chem. Eng.，14 641-645,1969)等，至今仍屬於比較先進的連續結晶裝置。上述結晶器的主要不足之處，是微觀混合狀況不理想，某些結晶性質較差的物料仍難以製得粗大均勻的結晶。伍沅等在國家自然科學基金項目研究基礎上較新研發並獲得專利的「無旋撞擊流真空結晶器」(專利號 ZL 2007 2 0083842. 3)和「無旋撞擊流換熱式結晶器」(ZL200820066743. 9)利用液體連續相撞擊流有效促進微觀混合的特性，可提供非常均勻的過飽和度環境，顯著改善了晶核生成和結晶成長的條件，優於以上各種結晶裝置；雖然它們實施冷卻的方式不同，即分別以真空和換熱的方式冷卻工質。對於某些產品的生產，將蒸發或部分蒸發過程與結晶過程結合在同一設備中進行更為合理，可以在簡化流程、節能等方面產生顯著的效益。然而，迄今尚未見有專門用於並行蒸發-結晶過程的高性能技術裝備。為克服上述現有技術的不足，研發本發明。
發明內容
本發明的目的，是提供一種微觀混合好、動力消耗低，可節能高效地完成並行蒸發-結晶過程的技術裝備。本發明撞擊流蒸髮結晶器，由一個中下部為較小直徑的結晶區、上部為較大直徑帶頂蓋6並配有蒸汽出口管9的蒸發室20、底部中心配有帶循環母液進口管12和晶漿出口管13的分級腿11的鍋形或錐形底異徑直立圓筒1，垂直同軸安裝在圓筒1結晶區的上、下兩個內壁裝有若干垂直折流擋板5的導流筒2，同軸分別安裝在上、下兩個導流筒2中螺旋方向相反、分別從上部和下部推動流體通過上、下導流筒2向結晶區中心流動撞擊的上、下兩個螺旋槳3和4，設置在異徑直立圓筒1中下部內壁與上、下導流筒2之間的垂直換熱列管14，異徑直立圓筒1中下部壁外的換熱夾套17，以及其出口設置在上、下導流筒2之間的進料管7組成。進料管7的出口也可以安排在上或下導流筒2的進口處。不同於現有的用於蒸發或結晶過程的技術裝備，本發明「撞擊流蒸髮結晶器」可直接用於並行蒸發-結晶過程，在簡化流程、節能等方面產生顯著的效益。此外還具有下列優點(1)利用撞擊流微觀混合非常有效的特性促進結晶過程；( 垂直同軸兩流撞擊流的流動結構安排顯著節省動力；(3)垂直換熱列管的安排減小了換熱壁面上結晶結疤的概率。
圖1是本發明撞擊流蒸髮結晶器結構示意圖，它同時表示了工作的基本原理；圖2 是圖1的A-A剖面俯視圖。本發明技術裝備的基本部件包括異徑直立圓筒1，其上部為較大直徑帶拱形或倒錐形頂蓋6並配有蒸汽出口管9的蒸發室20，中下部為較小直徑的結晶區，底部為鍋形或錐形。圓筒1的中下部結晶區內垂直同軸安裝上、下兩個導流筒2和同軸地分別安裝在兩個導流筒2中的上螺旋槳3和下螺旋槳4。兩個螺旋槳3和4螺旋方向相反，一個右旋，另一個左旋，分別推動流體向下和向上流動並在上、下導流筒2中間處相向撞擊，構成垂直同軸兩流撞擊流，並在上、下導流筒2之間形成撞擊區IZ。異徑圓筒1中下部較小直徑部分及其錐形底包圍的空間是結晶過程的有效容積區，也是溶液加熱區，其中裝工藝介質即結晶-溶液混合物懸浮體，液面沒過上導流筒2 —定高度，保證實現穩定的撞擊流流動結構。 上、下兩個導流筒2內壁各裝若干塊沿圓周均布的垂直折流擋板5，以抑制螺旋槳轉動引起的旋轉流動。異徑直立圓筒1中下部壁外即結晶區外設置換熱夾套17 ；該部分內壁與上、 下導流筒2之間設置垂直換熱列管14，二者通入蒸汽或其它加熱介質以間接加熱流經它們壁面的工藝介質，分別配有加熱介質進口管18、15和出口管19、16。圓筒1的錐形底下接淘洗腿11，其底端接循環母液進口接管12，下部側壁配有晶漿即成品結晶與母液混合物S的卸料管13。原料液進料管7的出口安排在上、下導流筒2之間即撞擊區IZ內；該出口也可以安排在上或下導流筒2進口端。上螺旋槳3和下螺旋槳4的共同驅動軸穿過頂蓋6中心連接電動機。
具體實施例方式本發明的技術裝備一般採用連續操作方式。操作時，異徑圓筒1中下部結晶有效容積區內先裝入工藝介質即結晶與母液混合物懸浮體，也可以裝入進料液；然後啟動螺旋槳3和4 ；同時不斷通過進口接管15和18分別向換熱列管14和夾套17送入蒸汽V或其它加熱介質；換熱後冷凝水L通過出口管16和 19流出。待流動和溫度都達到穩定後，開始通過進料管7連續穩定地加入進料溶液F。螺旋槳3和4推動流體(工藝介質)，分別從上部和下部經導流筒2流向結晶有效容積區中部，並在該處相向撞擊，在撞擊面周圍形成撞擊區IZ。該區中來自不同方向的流體間劇烈的相對運動使得流團間和液-固相間有效地混合和接觸，溫度、液相濃度等狀態幾乎達到分子均勻程度。撞擊後，懸浮體經過上下導流筒2外壁與圓筒1中下部內壁之間的環室分別返回結晶有效容積區的上、下兩端。在流經垂直換熱管14和換熱夾套17壁面過程中被換熱管和夾套中的蒸汽或其它換熱介質間接加熱，達到結晶有效容積區液面處的沸點。返回結晶有效容積區上端的溶液在液面附近沸騰蒸發，產生的二次蒸汽通過蒸汽出口管9排出。蒸發室20採用較大直徑以控制向上蒸汽流速，從而可以依靠重力沉降分離掉大部分蒸汽夾帶的液滴或液沫。根據是否利用二次蒸汽以及利用的具體要求，蒸汽出口管9的下遊還可以安排附加的汽液分離裝置。蒸發後溶液濃度增大、達到過飽和狀態的結晶-溶液懸浮體又被上螺旋槳3輸送通過上導流筒2流向結晶有效容積區中部，與返回結晶有效容積區下端、又被下螺旋槳4通過下導流筒2輸送流到該處的懸浮體再次撞擊，如此反覆循環。結晶，包括晶核生成和晶體成長，在由上、下螺旋槳3和4推動懸浮體反覆撞擊和撞擊後循環流動過程中完成。循環流動過程中有一部分結晶-溶液懸浮體進入分級腿(也稱淘洗腿)11。用適當種類的輸液泵a從設置在結晶有效容積區上部側壁處的圍堰8中抽取一定量的循環母液，通過循環管道b和淘洗腿11下部的循環母液進口接管12送入淘洗腿11並向上流動， 對淘洗腿中的結晶顆粒進行水力分級。已長大的結晶顆粒與部分母液的懸浮混合物向下運動，即為晶漿S，經淘洗腿下部側壁處的卸料管13卸出，送至適當種類的分離裝置如離心機分離或/和乾燥後得到結晶產品；尚未長大的結晶顆粒由循環母液攜帶向上運動，經淘洗腿11返回結晶器的有效容積區繼續生長。圖1中的輸液泵a和以虛線表示的管道b是配套使用的元件，不屬於本發明撞擊流蒸髮結晶器本身。本發明撞擊流蒸髮結晶器的突出優點是可以有效地用於並行蒸發-結晶過程，彌補了現有技術的不足；對許多結晶產品的生產過程，可以較大幅度地簡化工藝流程和設備。 此外，它還具有下述優點(1)利用撞擊流強化微觀混合的特點可為結晶過程提供均勻的過飽和度環境，促進結晶過程有效地進行；(2)特殊流動結構安排使之具有顯著的節能特性；C3)上下導流筒2與異徑圓筒1中下部內壁間採用垂直換熱列管，降低了換熱壁面上結晶結疤的概率。
權利要求
1.撞擊流蒸發一結晶器，其特徵在於它由一個中下部為較小直徑的結晶區、上部為較大直徑帶頂蓋6並配有蒸汽出口管9的蒸發室20、底部中心配有帶循環母液進口管12和晶漿出口管13的分級腿11的鍋形或錐形底異徑直立圓筒1，垂直同軸安裝在圓筒1結晶區的上、下兩個內壁裝有若干垂直折流擋板5的導流筒2，同軸分別安裝在上、下兩個導流筒 2中螺旋方向相反、分別從上部和下部推動流體通過上、下導流筒2向結晶區中心流動撞擊的上、下兩個螺旋槳3和4，設置在異徑直立圓筒1中下部內壁與上、下導流筒2之間的垂直換熱列管14，異徑直立圓筒1中下部壁外的換熱夾套17，以及其出口設置在上、下導流筒2 之間的進料管7組成。
2.按權利要求1所述的撞擊流蒸發一結晶器，其特徵在於進料管7的出口也可以安排在上或下導流筒2的進口處。
全文摘要
撞擊流蒸髮結晶器，本體上部為大直徑蒸發室20；中下部為較小直徑的結晶有效容積區，其中同軸安裝上、下兩個導流筒2和分別安裝在兩個導流筒2中螺旋方向相反的上、下兩個螺旋槳3和4。結晶有效容積區壁外設有換熱夾套；內壁與上下導流筒之間設置垂直換熱列管14。螺旋槳推動流體向有效容積區中心流動並在該處相向撞擊；隨後在通過外壁與上下導流筒間環室回流過程中被加熱，達到沸點，在液面附近沸騰蒸發至過飽和狀態；螺旋槳推動過飽和懸浮體流向中心再次撞擊，反覆循環，在撞擊和其後循環流動中完成結晶過程。適用於並行蒸發—結晶過程，簡化流程設備，具有效率高、節能的突出優點，並降低結晶在加熱面上結疤的概率。
文檔編號B01D1/06GK102210941SQ201010162030
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月8日 優先權日2010年4月8日
發明者伍沅, 伍笑晞, 伍笑虹 申請人:伍沅