CN102000444A - 洗涤和分离晶体的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能耗低、结晶物纯度高、投资小的洗涤和分离晶体(如冰晶)的方法，包括：用处于凝固点(冰点)附近的晶体的熔体作为洗涤液(洗涤水)，造成在洗涤前沿发生的轻度结晶作用，以此来抑制洗涤液的粘性指进和隧道效应，产生一个水平的、界限分明的洗涤前沿，即活塞流，使晶体床中的母液被洗涤液所替代。本发明还涉及一种洗涤和分离晶体的设备，是由垂直柱体和分别设在其两端的喂料机构、切削机构构成的结晶洗涤柱。晶体和母液的混合物(晶浆或冰浆)从柱的一端被压入柱内形成各向同性的晶体紧密堆积床，用洗涤液置换出晶体床中的母液。经过洗涤的纯晶体和洗涤液在柱体的另一端被切削机构刨出。从而实现了晶体与母液的高效低能耗分离。

Description

洗涤和分离晶体的方法及其设备

技术领域

本发明涉及结晶的分离方法，具体是将结晶与洗涤相结合、从晶浆中分离晶体和母液的方法及其设备。

背景技术

结晶是一种重要的分离和提纯的手段。在结晶过程中，非结晶物(如杂质)被摒除在晶相之外的液相中(称为母液)。并在液相中不断浓集。当结晶进行到一定程度之后，作固液分离，即可得到纯净的结晶物(晶体)和被浓缩的非结晶物(如杂质)。离心分离是目前广为应用的固液分离手段。其缺点是：

1)能耗高；

2)晶体纯度不高，尤其是对于粘稠度很高的熔体结晶物系(melt crystallization)。这是因为细晶粒具有很大的比表面积，粘附在细晶表面的粘稠母液很难彻底被甩干净；

3)设备投资大，尤其是连续自动离心机。

4)当用于从一次冰泥中分离冰晶和母液的时候，由于冰晶在离心压力下融化、融合，部分融冰跟母液一起穿过滤网，然后在压力消失后再结晶(冰)析出。造成分离不彻底。此外，部分冰晶在压力下融合，堵塞冰晶间的微通道，在筛网上形成一层闭塞的冰壳，使过滤几乎不能进行。

所说的一次冰泥是指在冷冻浓缩过程中产生的细冰晶与浓缩母液的混合物。冷冻浓缩(freeze concentration)过程中水的结冰也属于熔体结晶的范畴。冷冻浓缩是将水溶液冷却至冰点以下，令水份以结晶状态即冰的形式析出。控以适当的过冷度及结晶速度。至适当的固液比时，进行固液分离。液相被浓缩。固相冰粒移作它用(如降低制冷机的冷凝器散热面温度以提高制冷系统的效率)。

冷冻浓缩分为层结晶(layer crystallization)和悬浮结晶(suspension crystallization)两种工艺。前者是让水溶液与制冷面接触，在其上形成一层冰晶。随着冰层的增厚，溶液将逐渐变浓。该工艺的优点是简单。缺点是冰层里会包裹液囊，即被夹带母液是包裹在冰层里的。难以有效、彻底地进行固液分离。造成溶质损失。而且生产能力小。后者是在本体溶液中结晶，冰晶悬浮于溶液中长大。其优点是液囊包裹极小，晶体纯洁，设备生产能力大。缺点是工艺复杂，尤其是冰晶与母液的分离比较困难。但是，一旦冰晶能够有效地被分离出来，将会是一种有用的副产品。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种能耗低、结晶物纯度高、设备投资小的洗涤和分离晶体的方法。包括一种用于分离在冷冻浓缩所产生的冰晶和母液的洗涤和分离晶体的方法和用于熔体结晶的分离提纯的洗涤和分离晶体的方法。

本发明的目的还在于提供一种洗涤和分离晶体的设备。

本发明的洗涤和分离晶体的设备是一种结晶洗涤柱。

所涉及的结晶洗涤柱就是用于悬浮结晶冷冻浓缩工艺的冰晶与浓缩液的分离。

冷冻浓缩的关键技术之一就是冰晶和母液的分离。

在本专利后续的文字中，如无特别说明，冷冻浓缩将是指上述的冷冻浓缩的悬浮结晶工艺。

本发明的技术方案如下：

用晶体(例如冰晶)的熔体(纯水)作为洗涤液(洗涤水)，其温度控制在晶体熔点(冰点)附近。用所说的洗涤液(洗涤水)置换出晶体堆积床(冰床)中的母液。实现从母液中分离出晶体的目的。

为达成这一目的所发明的设备，是一种结晶洗涤分离柱，由柱体和分别设在其两端的喂料机构、切削机构构成；所述柱状体是垂直的或立式呈空心柱状体，其下端是喂料机构，上端是切削机构；或者，所述柱状体是倒立的呈空心柱状体，其上端是喂料机构，下端是切削机构。

切削机构主要由刀盘、刮刀、刀盘驱动机构、上封头、洗涤水入口和洗涤水出口构成；刀盘的平面正对着柱体的上端口，在刀盘上开有刀槽，刮刀在槽口处斜插入冰床中；刮刀与水平线的夹角是5至45度；所述的刮刀刀刃是平直的或是呈锯齿状的。

所述喂料机构由旋转叶轮和一个导流筒构成，旋转叶轮是多叶片的螺旋奖式推进器；导流筒由一个垂直的短圆筒和一组垂直的、径向排列的垂直导流片构成；垂直短圆筒内装置了一组径向排列的垂直导流片；该圆筒的圆心与柱体的圆心在同一轴线上；导流筒位于结晶洗涤柱的入口端。

所述旋转叶轮的叶片与水平面的夹角是5～45度；垂直导流片下端和旋转叶片上端的间隙是0.5至2毫米；被挤压出的母液从冰床渗出、返回一次冰泥；旋转叶轮由下置的齿轮减速电机驱动。

所述柱状体呈圆柱形或者任何其他截面形状，柱状体壁面由双层或单层的透明材料制成。

所述喂料机构也可以是多孔板或筛网制成的、作上下往复运动的活塞；该活塞由压缩空气或液压机构驱动。

一种用于分离在冷冻浓缩所产生的冰晶和母液的洗涤和分离晶体的方法，包括一次冰泥自下而上被压入柱内形成冰晶堆积床，经过洗涤的冰晶从上端排出柱体，母液则被留在柱体的下端；包括以下步骤：

(1)喂料机构把待分离的由冰晶和母液组成的一次冰泥从柱的下端口送入柱体，并且挤压成为冰床；被挤压出的母液向下渗出、然后返回一次晶浆；该冰床在压力的推送下向柱的上端口移动；

(2)切削机构把喂料机构推送过来的冰床切削掉，并由洗涤水带走；切削机构排除冰晶的速度总是比喂料机构推送一次冰泥的速度慢，使得冰晶在柱体内被挤压，母液向下渗出，形成冰床。

一种用于熔体结晶的分离提纯的洗涤和分离晶体的方法，包括一次晶浆被喂料机构从结晶洗涤柱的上端压入柱内，形成晶体堆积床；由纯晶体的熔融体组成的洗涤液从下往上置换原本与晶体混合的母液；经过洗涤的晶体床在柱体的下端口被切削机构刨出；洗涤液与刨出晶体的混合物成为二次晶浆，由洗涤液带出。

本发明具体说明如下：本发明的结晶洗涤柱是一种既可以用于上述冷冻浓缩分离冰晶与母液，也可以用于分离一般熔体晶体与母液的装置。两者不同的是冰晶比溶液轻。所以总是倾向于上浮。而且融化的冰水也比溶液轻，所以当冰水与溶液接触的时候，总是倾向于占据上方的容积。而一般熔体结晶中，晶体比熔体重，所以总是倾向于下沉。而且融晶(即纯化物)也比熔体重，所以当融晶与熔体接触的时候，总是倾向于占据下方的容积。基于上述的原因，我们定义：用于分离冰晶与母液的结晶洗涤柱是“直立的”-即冰晶与母液的混合物(一次冰泥)从下方进入柱体，纯的冰晶从柱体上方排出；用于分离一般熔体结晶和母液的结晶洗涤柱是“倒立的”-即晶体和母液的混合物(一次晶浆)是从上方进入柱体，纯的晶体从柱体下方排出。

为叙述方便，我们以直立的、用于分离冰晶和母液的结晶洗涤柱为例说明本发明的具体内容：

用0～0.3℃的水作为洗涤水，置换出冰床中的母液。为达成从母液中分离出纯冰晶的目的，本发明所涉及的结晶洗涤柱是一个垂直的(或立式的)空心柱状体。它包括三个组成部分：喂料机构、柱体和切削机构。

所述的柱状体可以是圆柱形或者任何其他截面形状的柱状体。用以接纳喂料机构压进的冰晶(或晶体)、使之形成柱状紧密堆积的冰床(或晶体床)。柱体壁面是由双层或单层的透明材料制成(如有机玻璃等)。以利观察、测量、控制和保温。

在该柱状体的下端是喂料机构，上端是切削机构。

喂料机构的作用是把待分离的一次冰泥(冰晶+母液)从柱的下端口送入柱体，并且挤压成为具有一定空隙率的冰晶堆积床。被挤压出的母液向下渗出、然后返回一次晶浆。该冰床具有多孔的、各向同性的结构。并在压力的推送下向柱的另上端口移动。所述的喂料机构至少有两种可能的形式：

第一种所述的晶体喂料装置可以是一个由旋转叶轮和一个导流筒组成的机构。旋转叶轮是多叶片的螺旋奖式推进器。导流筒由一个垂直的短圆筒和一组垂直的、径向分布的一组薄板组成。导流筒位于结晶洗涤柱的下端入口。当叶轮转动时，带动叶片上的冰泥一起转动。同时由于冰泥在叶片上的滑动，使得冰泥向上移动。垂直导流片的下沿与旋转叶片的上沿几乎紧贴，使冰泥在离开叶片的上沿后改变运动的方向：由水平方向的转动变为向上运动。

第二种所述的晶体喂料装置也可以是一个由多孔板或筛网做成的、作上下往复运动的活塞。该活塞由压缩空气或液压机构驱动。当用于冰晶和母液的分离时，活塞位于结晶洗涤柱的下端。活塞的上止点位于结晶洗涤柱内约1/4～1/3的地方。下止点位于结晶洗涤柱外(下方)约3～30公分的地方。所以当活塞向下运动并打开结晶洗涤柱下端口的时候，冰晶便可以借助浮力或在泵的输送下进入柱内。在活塞向上运动时压紧冰床并向上推送。

在柱状体的上端口是冰床的切削机构，它把喂料机构推送过来的冰床切削掉，并由洗涤水带走。切削机构排除冰晶的速度总是比喂料机构推送一次冰泥的速度慢，使得冰晶在柱体内被挤压，母液向下渗出，形成冰床。

切削机构由刀盘、刮刀、刀盘驱动机构(含电机)、上封头、洗涤水入口和洗涤水出口等部分组成。刀盘的平面正对着柱体的上端口。在刀盘上开有刀槽。刮刀在槽口处倾斜插入冰床中。当刀盘作转动或作往复平动时带动刮刀切削冰床。被切削掉的冰晶向上穿过槽口、进入刀盘和封头之间的空腔。然后被洗涤水带走。

在操作开始的时候，冰床尚未形成。先由喂料机构向柱体输送一次冰泥，而处在上端的切削机构暂不开动。洗涤水此时也没有被引入切削机构。当冰泥逐渐充满柱体、并继而被压紧之后，就形成了冰床。被挤压出来的母液从冰床渗出返回下方的一次冰泥。此时冰床仍然为母液所饱和。

上述的一次冰泥是冰晶和母液的两相混合物，处于热力学相平衡状态，即饱和状态。温度为T₁。由于含有溶质，造成冰点下降。所以温度低于零摄氏度，即T₁＜0℃。只是冰床处于紧密的压缩状态。液相所占的体积大大减少。液相体积与冰床体积之比(即冰床的空隙率)约为0.2～0.5。

这时，在切削机构中引入温度为零摄氏度或接近零摄氏度的洗涤水，把占据刀盘与上封头之间空腔的空气排出，并使洗涤水通过进出口处于循环流动状态。整个结晶洗涤柱这时处于全充满的、没有空气的状态。

当洗涤水的静压大于母液的静压时，洗涤水就会向下进入冰床、置换出冰床中的母液。这就是所谓洗涤。例如可以通过在结晶洗涤柱的下方放出母液来降低母液的静压，使洗涤水进入冰床。

当零摄氏度的洗涤水与低于零摄氏度(T₁)的冰晶接触时，冰晶的表面立即发生结晶作用。造成洗涤水与母液加速互混的微观机制：粘性指进(viscous fingering)和隧道效应(channeling)被抑制。这种结晶作用使得洗涤水在冰床内的流动是所谓“活塞流”。而洗涤水与母液仅仅靠分子扩散混合。互混非常缓慢。从而在洗涤水与母液的交界面形成一个界线分明的、水平的洗涤前沿。

当洗涤前沿向下移动到柱体的中部或附近的时候，调整洗涤水或母液的静压使两者平衡，例如停止排出母液，洗涤前沿即不再继续向下移动，维持在柱体中的一定高度上。

这时开动切削机构，开始排冰。冰床随即在喂料机构的推送下向上移动。

在向上移动的冰床中，晶体间隙中的洗涤水和母液相对于结晶洗涤柱的外壳是停滞的。洗涤前沿维持在柱体的中段或附近。这样，排出结晶洗涤柱的冰晶是经过洗涤的洁净的纯冰。从而实现了冰晶与母液的分离。

上述的洗涤水是由切削装置刨出的、经过洗涤的纯冰晶融化而成的。由冰晶和水组成的两相混合物称为二次冰泥。处于零摄氏度的热力学相平衡状态，T₂＝0℃。T₁＜T₂。

从柱的入口(喂料器)到柱的出口(切削器)构成一个密闭的环境，冰床中没有空气，即没有气-液或气-固界面。

当冰床中的母液被洗涤水所置换，实际上就造成了冰晶和其母液的分离。所得到的母液就是浓缩液。而结晶洗涤柱下端的喂料器和上端的切削器保证了这一过程在柱内能够连续进行。

上述的结晶洗涤柱用于从冷冻浓缩过程中所产生的一次冰泥中分离出冰晶。结晶洗涤柱是“直立的”。

对于熔体结晶的分离提纯过程，结晶洗涤柱必须是“倒立的”：一次晶浆被喂料机构从结晶洗涤柱的上端压入柱内，形成晶体堆积床。洗涤液(即纯晶体的熔融体)从下往上置换原本与晶体混合的母液。经过洗涤的晶体床在柱体的下端口被切削机构刨出。洗涤液与刨出晶体的混合物成为二次晶浆，由洗涤液带出。洗涤液和晶体就是所需的产品。

用结晶洗涤柱分离晶体(冰晶)和母液，与高速离心分离相比，晶体(冰晶)的纯度高(含杂质或溶质不到100ppm)；过程的能耗低(如不到高速离心分离的1/3)；由于结晶洗涤柱的驱动机构都在低速下工作，不存在像高速离心机那样的动平衡等问题，降低了设备造价。

本发明与现有技术相比，具有如下技术优点及其有益效果：

1、本发明与高速离心分离相比，晶体(冰晶)的纯度高(含杂质或溶质不到100ppm)；

2、晶体与母液的分离过程是在柱内无空气、无氧条件下进行，有效避免了可挥发组分的损失，也避免了易变组分(如营养物)被氧化。

3、过程的能耗低(如不到高速离心分离的1/3)；

4、降低了分离设备的造价。

附图说明

图1是本发明以叶轮喂料的结晶洗涤柱；

图2是图1中的导流筒结构示意图；

图3是图1中的刀盘结构示意图；

图4是本发明另一以活塞喂料的结晶洗涤柱。

图中，

1-结晶器(部分)

2-一次冰泥，即由母液和冰晶组成的晶浆

3-结晶洗涤柱

4-一次冰泥抽吸泵

5-结晶洗涤柱的喂料口

6-导流筒

7-叶轮

8-轴封

9-下封头

10-齿轮变速电机

11-母液

12-筛网

13-刀盘

14-冰床

15-结晶洗涤柱的上封头

16-洗涤水

17-二次冰泥(冰晶+洗涤水)

18-洗涤前沿，即母液与洗涤水的交界面

19-切削机构的齿轮变速电机

20-封头轴封

21-刀盘转轴

22-被刀盘刨出的冰晶

23-用来构成导流筒外侧的短圆筒

24-垂直导流板

25-构成刀盘的圆盘(用不锈钢多孔板做成)

26-径向刀槽

27-刮刀

28-多孔渗水的活塞

29-不锈钢夹套

30-不锈钢夹套的内筒(由多孔板做成)

31-气动气缸

32-气缸轴。

具体实施方式

实施例1

如前所述，在冷冻浓缩过程中，溶液中的部分水分转化为纯的冰晶颗粒，在结晶罐1中，形成一种由细冰晶与浓缩液组成的两相混合物，即一次冰泥2。如图1所示。由于冰晶上浮，所以在结晶罐的上层冰泥有较高的晶体含量。所述的结晶洗涤柱3被安装(或整合)在结晶罐1的上部。利用冰晶上浮的特性，辅以泵4的输送作用。冰泥从结晶罐进入位于结晶洗涤柱底部的喂料机构入口5。

所述的喂料机构由导流筒6，叶轮7，轴封8、下封头9和齿轮变速电机10组成。一次冰泥进入喂料口5后，被旋转的叶轮7推送，加上冰晶自身的浮力，冰泥中的冰晶会被挤压、浓集，进入导流筒6。垂直导流片的下沿与旋转叶片的上沿几乎紧贴，使冰泥在离开叶片的上沿后改变运动的方向：由水平方向的转动变为向上运动。该导流筒还可以防止成团的冰晶黏附、缠绕在叶轮上并随着叶轮一起转动，令叶轮失去对冰晶的向上推送作用。

叶轮7由齿轮变速电机10驱动。轴封8防止液体从下封头9与转轴之间的间隙渗漏出。

冰泥失去冰晶之后，剩下的母液11穿过滤网12，经由泵4被送回结晶罐1(在图1只画出了部分结晶罐)。

导流筒6的结构示意图由图2所示。它是在一个很短圆筒23内安装了一组径向排列的一组导流片24。

失去部分母液的被浓集了的冰泥在叶轮7的推送下通过导流筒6进入结晶洗涤柱的柱体3。该柱体的壁面是由双层透明材料制成(如有机玻璃等)。以利观察、测量和控制。两层之间有气隙以利保温。

在操作开始的时候，冰床14尚未形成。先由喂料机构向柱体3输送一次冰泥2，而处在上端的刀盘13暂不开动。洗涤水16此时也没有被引入上封头。冰泥在顶部刀盘13的阻拦下，被适度压缩成为各向同性的晶体堆积床(即冰床)14。晶体间的空隙仍然为母液所饱和。冰床的孔隙率约为0.2～0.5。被挤压出来的母液从冰床渗出返回下方的一次冰泥2。

这时，在上端口的切削机构中引入温度为零摄氏度或接近零摄氏度的洗涤水16，把占据刀盘13与上封头15之间空腔的空气排出，并使洗涤水通过进出口处于循环流动状态。整个结晶洗涤柱这时处于全充满的、没有空气的状态。

这时如果在系统的下方排出浓缩母液，洗涤水就会在压力下进入冰床，置换出冰床中的母液。并在洗涤水与母液之间的交界面形成一个呈水平的、界线分明的狭窄过渡段-即洗涤前沿18。在洗涤前沿，由于前述的冰的结晶作用以及母液与水的比重差，使得这一过渡区间不会继续发展，而是维持一个稳定的厚度。即洗涤水在多孔渗水性的冰床中的流动是所谓活塞流。

当洗涤前沿18移动到柱体中间或附近的时候，停止母液的排放，开动上端切削机构的刀盘13。经过洗涤的冰床在喂料机构的推送下向上移动，并被旋转的刀盘13刨出，冰晶与洗涤水混合，排出，成为所谓二次冰泥17。

所说的刀盘13是如图3所示。它是在刚性的多孔金属圆盘25上开有径向分布的窄槽26，呈锯齿状刀刃的刮刀片27通过槽口倾斜地插入晶体床中。当旋转的刀盘13从晶体床刨出冰晶22时，冰晶穿过槽口逸出、进入上方由刀盘13和上封头15所包围的空间。并由洗涤水16带走。

刀盘13由齿轮变速电机19驱动。轴封20防止洗涤水从转轴21与上封头15之间的间隙渗出。

洗涤水16的流速和压力是受控的。一方面流动的洗涤水把刀盘刨出的冰晶带走，融化，维持洗涤水在0℃附近的水温。另一方面，控制洗涤水压力使洗涤前沿维持在柱体中段或附近。

冰床的上行速度由以下三个因素决定：1)叶轮7推送冰晶的速度；2)刀盘13切削冰床的速度；3)一次冰泥中2中的冰晶含量。

实际上，如果冰床14的上行速度基本恒定，当洗涤前沿18因某种原因偏离设定的区间，例如偏低靠近柱底时，这时可通过降低洗涤水16的压力使洗涤前沿向上移动。相反，当洗涤前沿偏高靠近柱顶时，可通过增加洗涤水16的压力使洗涤前沿向下移动。由此实现对洗涤前沿的控制。

实施例2

本实施例仍以冷冻浓缩的冰晶分离为对象。如图4所示本发明所涉及的结晶洗涤柱3被安装(或整合)在结晶罐1上部的侧面。一次冰泥2在浮力和泵4的合力作用下进入结晶洗涤柱的喂料口5。作上下往复运动的活塞28在运动至下止点的时候，把结晶洗涤柱3的下端口打开，让一次冰泥进入柱体。活塞的上端面是不锈钢多孔板(或筛网)，多孔板安装在适合的支座上构成多孔渗水性的活塞。活塞上行时将一次冰泥推送入结晶洗涤柱。活塞的上止点是进入结晶洗涤柱的柱体1/4～1/3。

结晶洗涤柱3的柱体由两段组成。柱体的下段是由两节同心金属套筒(如不锈钢)做成，形成一个双层夹套式的结构29。其中内筒30是不锈钢多孔板，孔径为0.3～1mm。当柱中的冰泥受到上行活塞28挤压的时候，部分母液透过多孔活塞28和多孔内桶30逸出返回柱外的喂料器。而冰晶则被截留在柱内。柱体的上段用双层的透明有机玻璃做柱身。柱体的上下两段用法兰连接。

活塞28由气动气缸31通过气缸轴32驱动作上下往复运动。并在上行时在活塞面上产生0.1～0.5kg/cm²的压力。

冰泥受挤压后，被挤压渗出的母液11穿过滤网12，经由泵4被送回结晶罐1(在图4中只画出了部分结晶罐)。而柱内的冰泥在柱底活塞的推送和柱顶刀盘13的阻拦下，被适度压缩成为各向同性的晶体堆积床(冰床)14。晶体间的空隙仍然为母液所饱和。冰床的孔隙率约为0.2～0.5。

结晶洗涤柱的其他部分如刀盘13、透明的双层有机玻璃柱身3以及洗涤水的循环回路等与实施例1是相同的。因此，对洗涤前沿的控制方式也是与实施例1相同的。

Claims (9)

1.一种洗涤和分离晶体的方法和设备，其方法的特征在于：

①用晶体(例如冰晶)的熔体作为洗涤液(洗涤水)，温度控制在其熔点，与所说的晶体处于热力学两相平衡状态。当用所说的洗涤液(洗涤水)置换出未经洗涤的晶体床(冰晶堆积床)中的母液时，立即在洗涤液与母液的交界面(即洗涤前沿)发生轻度结晶作用。

②利用在洗涤前沿所发生的结晶作用，抑制洗涤过程中在洗涤前沿所发生的粘性指进(viscous fingering)和隧道效应(channeling)，使洗涤液(或洗涤水)与母液的互混减至最小程度。从而经洗涤产生一个水平的、界限分明的洗涤前沿，即活塞流。因而实现晶体与母液的分离。

为实现这一方法所发明的设备，其特征在于由柱体和分别设在其两端的喂料机构、切削机构组成；所述柱体是垂直的或立式空心的柱状体，其下端是喂料机构，上端是切削机构；或者，所述柱状体是倒立的空心柱状体，其上端是喂料机构，下端是切削机构。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于切削机构主要由刀盘、刮刀、刀盘驱动机构、上封头、洗涤水入口和洗涤水出口构成；刀盘的平面正对着柱体的上端口，在刀盘上开有刀槽，刮刀在槽口处斜插入冰床中；刮刀与水平线的夹角是5至45度；所述的刮刀刀刃是平直的或是呈锯齿状的。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于所述喂料机构由旋转叶轮和一个导流筒构成，旋转叶轮是多叶片的螺旋奖式推进器；导流筒由一个垂直的短圆筒和一组垂直的、径向排列的垂直导流片构成；垂直短圆筒内装置了一组径向排列的垂直导流片；该圆筒的圆心与柱体的圆心在同一轴线上；导流筒位于结晶洗涤柱的入口端。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于所述旋转叶轮的叶片与水平面的夹角是5～45度；垂直导流片下端和旋转叶片上端的间隙是0.5至2毫米；被挤压出的母液从冰床渗出、返回一次冰泥；旋转叶轮由下置的齿轮减速电机驱动。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述柱状体呈圆柱形或者任何其他截面形状，柱状体壁面由双层或单层的透明材料制成。

6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于所述喂料机构是多孔板或筛网制成的、作上下往复运动的活塞；该活塞由压缩空气或液压机构驱动。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于所述柱状体呈圆柱形或者任何其他截面形状，柱状体壁面由双层或单层的透明材料制成。

8.一种用于分离在冷冻浓缩所产生的冰晶和母液的洗涤和分离晶体的方法，其特征在于一次冰泥自下而上被压入柱内形成冰晶堆积床，经过洗涤的冰晶从上端排出柱体，母液则被留在柱体的下端；包括以下步骤：

(1)喂料机构把待分离的由冰晶和母液组成的一次冰泥从柱的下端口送入柱体，并且挤压成为冰床；被挤压出的母液向下渗出、然后返回一次晶浆；该冰床在压力的推送下向柱的上端口移动；

(2)切削机构把喂料机构推送过来的冰床切削掉，并由洗涤水带走；切削机构排除冰晶的速度总是比喂料机构推送一次冰泥的速度慢，使得冰晶在柱体内被挤压，母液向下渗出，形成冰床。

9.一种用于熔体结晶的分离提纯的洗涤和分离晶体的方法，其特征在于一次晶浆被喂料机构从结晶洗涤柱的上端压入柱内，形成晶体堆积床；由纯晶体的熔融体组成的洗涤液从下往上置换原本与晶体混合的母液；经过洗涤的晶体床在柱体的下端口被切削机构刨出；洗涤液与刨出晶体的混合物成为二次晶浆，由洗涤液带出。

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