CN102614679B - 一种连续结晶罐以及连续蒸发结晶工艺 - Google Patents

一种连续结晶罐以及连续蒸发结晶工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及化工生产领域，公开了一种连续结晶罐及连续蒸发结晶工艺。该结晶罐包括罐体、仅有侧面并位于罐体内的第一套筒、仅有侧面并位于第一套筒内的第二套筒及搅拌器，罐体、第一套筒和第二套筒的侧壁互相平行且不接触，第一套筒和第二套筒不与罐体底部接触；第一套筒侧壁顶部与罐体侧壁通过环形金属板封闭相连，搅拌器位于第二套筒内，第二套筒和搅拌器通过支撑架固定；罐体侧壁上设有第一进料口和第一出料口，其底部设有第一晶体出料口，第一进料口位于环形金属板上方，第一出料口介于环形金属板和第一套筒侧壁底部之间，第一出料口与第一进料口相连通。本发明所述结晶罐实现了连续蒸发结晶，且维持晶体大小均匀、减少蒸汽消耗量。

Description

一种连续结晶罐以及连续蒸发结晶工艺
技术领域
本发明涉及化工生产领域，具体涉及一种连续结晶罐以及连续蒸发结晶工艺。
背景技术
蒸发结晶，即蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出。蒸发结晶技术是一种从液体中分离出固体产品的常规技术，经常应用于医药、食品等化工领域的产品生产中，如化学试剂、药品、氨基酸、味精等均会涉及到蒸发结晶。
以味精为例，其生产通常先采用菌株发酵制备L-谷氨酸发酵液，然后从其发酵液中提取L-谷氨酸，经中和得到L-谷氨酸钠，然后经过除杂、脱色后蒸发结晶才得到味精成品。在味精的蒸发结晶阶段，现有工艺一般是将脱色后的脱色液通过换热器后进入结晶罐，并且不断向结晶罐内通入蒸汽加热，在真空下蒸发结晶。但是，现有的结晶罐仅是一个带有搅拌装置的密闭容器，这种结构决定了现有的蒸发结晶工艺只能在完成一个批次的产品结晶后才能进行下一批次产品的结晶，不能实现连续结晶，致使味精的生产效率大大降低。同时，由于在结晶的过程中不断向结晶罐通入蒸汽，使得现有工艺能耗过大。除此之外，现有工艺在结晶过程中析出的晶型大小不一，使得味精颗粒的均匀度较差，产品质量不高。
上述问题不仅存在于味精的生产过程中，也存在于其他需要蒸发结晶的产品生产中，极大的制约了产品的生产效率。因此，研发一种新型的连续结晶罐对于提高产品的生产效率有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种连续结晶罐以及连续蒸发结晶工艺，使得该结晶罐能够在各种产品特别是味精的蒸发结晶工艺中实现连续结晶，同时减少蒸发结晶工艺中的蒸汽消耗。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种连续结晶罐，包括罐体、仅有侧面并位于罐体内的第一套筒、仅有侧面并位于第一套筒内的第二套筒以及搅拌器，所述罐体、第一套筒和第二套筒的侧壁互相平行且互不接触，所述第一套筒和第二套筒不与罐体底部接触；
其中，所述第一套筒侧壁顶部与罐体侧壁通过环形金属板封闭相连，所述第二套筒通过第一支撑架与罐体或第一套筒固定，所述搅拌器位于第二套筒内，并通过第二支撑架与罐体、第一套筒或第二套筒固定；
在所述罐体的侧壁上设有第一进料口和第一出料口，在罐体底部设有第一晶体出料口，所述第一进料口位于环形金属板上方，所述第一出料口介于环形金属板和第一套筒侧壁底部之间，所述第一出料口与第一进料口通过管道相连，管道上设有换热器。
其中，本发明所述罐体可以为圆柱体、棱柱、圆台、棱台等各种罐体，所述棱柱可以是横截面为各种形状的直棱柱、正棱柱、斜棱柱等，所述棱台可以是横截面为各种形状的正棱台和非正棱台等，作为优选，所述罐体顶部和底部呈半球状，更优选为，所述罐体为圆柱体且顶部和底部为半球状。
本发明所述第一套筒和第二套筒可以为多种形状的两端不封口(即仅有侧面)的筒体，例如圆柱状、棱柱状、圆台状、棱台状等各种筒体，所述棱柱可以是横截面为各种形状的直棱柱、正棱柱、斜棱柱等，所述棱台可以是横截面为各种形状的正棱台和非正棱台等，作为优选，所述第一套筒和第二套筒为直棱柱状套筒、更优选为正棱柱状套筒，最优选为圆柱状套筒；
上述对于改变罐体、第一套筒和第二套筒形状，本领域技术人员能够轻易实现。
本发明所述环形金属板的作用是为了同第一套筒外侧壁、罐体内侧壁组成一个仅底部开口的半封闭环形区域，环形金属板的形状取决于罐体和第一套筒的形状，本发明不作具体限制，以优选方案说明：
如罐体和第一套筒均为圆柱状，那么环形金属板就为圆环状、仅有侧面的圆台状或仅有侧面的倒圆台状，其中，圆环状金属板是与水平线平行的，而仅有侧面的圆台状和仅有侧面的倒圆台状金属板是与水平线分别呈负角度和正角度的，为了防止晶体积聚在环形金属板上而不是沉淀在罐体底部，本发明优选倒圆台状金属板，由于倒圆台金属板与水平线呈正角度，形成的斜面会使晶体滑落至结晶罐底部，防治晶体积聚。
如罐体和第一套筒均为直棱柱状，那么环形金属板就为螺母状、仅有侧面的直棱台状或仅有侧面的倒直棱台状，其中，螺母状金属板是与水平线平行的，而仅有侧面的直棱台状和仅有侧面的倒直棱台状金属板是与水平线分别呈负角度和正角度的，为了防止晶体积聚在环形金属板上而不是沉淀在结晶罐底部，本发明优选倒直棱台状金属板，由于倒直棱台状金属板与水平线呈正角度，形成的斜面会使晶体滑落至罐体底部，防治晶体积聚。
在确定了罐体和第一套筒的形状后，本领域技术人员能够根据上述举例描述轻易想到环形金属板的形状和连接方式，故本发明对其他形状的环形金属板不一一详述。作为本发明最优选方案，罐体、第一套筒均为圆柱状筒体，相应的环形金属板为倒圆台状金属板。
此外，作为优选，本发明所述罐体、第一套筒和第二套筒的轴心线重合，所述搅拌器位于第二套筒的轴心线上。本发明所述第一进料口、第一出料口以及第一晶体出料口的数量不作具体限制，可根据实际需要调节开口数量。
为了便于理解本发明所述结晶罐的构造，以本发明优选实施方案为例进行说明，即罐体为圆柱体且顶部和底部为半球状，第一套筒和第二套筒为圆柱状，罐体、第一套筒和第二套筒的轴心线重合，搅拌器位于第二套筒的轴心线上，具体结构示意图见图1和图2。
一种连续结晶罐，包括罐体5、仅有侧面并位于罐体5内轴心线上的第一套筒10、仅有侧面并位于第一套筒10内轴心线上的第二套筒11以及搅拌器9，罐体5、第一套筒10和第二套筒11的侧壁互相平行且互不接触，所述第一套筒10和第二套筒11不与罐体5底部接触；
其中，第一套筒10侧壁顶部与罐体5侧壁通过倒圆台状环形金属板12封闭相连，第二套筒11通过第一支撑架6与罐体5底部固定，搅拌器9位于第二套筒11内的轴心线上，并通过第二支撑架8与罐体5底部固定；
在罐体5的侧壁上设有第一进料口1和第一出料口4，在其底部设有第一晶体出料口7，第一进料口位于环形金属板12上方，所述第一出料口4介于环形金属板12和第一套筒10侧壁底部之间，所述第一出料口4与第一进料口1通过管道2相连，管道上设有换热器3。
在具体应用中，待结晶的料液经换热后通过第一进料口1进入罐体5中，在搅拌器9的搅拌作用下，料液由罐体5底部上升，经过第二套筒11然后通过第一套筒10又落到罐体5底部，如此往复形成料液循环，由于搅拌能改善结晶过程中的传质传热，提高传热效果，促进蒸发，有利于溶质向晶核表面扩散，在一定搅拌速度范围内，提高搅拌速度，能诱导和加速晶核形成的效果。因此，料液超过晶体饱和度时开始结晶析出，并长大成为成型的晶体，由于搅拌器9位于第二套筒11内，而在第一套筒10内成型的晶体受其影响较小，并可依靠重力作用沉淀在罐体5底部；
而由倒圆台状环形金属板12、第一套筒10侧壁与罐体5侧壁围成的仅底部开口的半封闭区域，由于受搅拌器9的影响也较小，其形成的成型晶体因重力作用也能沉淀在罐体5底部，所有成型的晶体通过第一晶体出料口7送出；
蒸发结晶是需要热量的，故未结晶的料液由第一出料口4送出并经换热器3加热，再次通过第一进料口1与待结晶料液一同进入罐体5蒸发结晶，如此形成料液不断、热量不断、蒸发不断、晶体不断的循环，达到连续结晶的目的。同时，本发明结晶罐避免了将蒸汽直接送入结晶罐内，改用罐外换热方式，减小了蒸汽的消耗。
参照本发明优选方案的描述以及结构示意图，本领域技术人员能够轻易实现其他形状的结晶罐的改造，这种仅在形状上的改进也包括在本发明中。
针对现有蒸发结晶工艺中，已成型的晶体表面易吸附杂质或细小的晶体颗粒，造成产品大小不一，均匀度较差的问题，作为优选，本发明在上述结晶罐的基础上还包括：
增稠器，所述增稠器为漏斗状封闭容器，在所述增稠器侧壁上设有第二出料口和第二进料口，所述第二进料口位于侧壁咀部，所述第二出料口位于侧壁顶部；在所述增稠器的顶部上设有晶体进料口，在底部上设有第二晶体出料口；
其中，所述第二出料口与第一进料口通过管道相连，管道上设有换热器；所述第一晶体出料口与晶体进料口通过管道相连。
由于本发明所述增稠器呈漏斗状，故所述增稠器咀部即为漏斗的颈部区域，这属于公知常识。所述增稠器可以为各种形状的漏斗状容器，本发明优选为圆筒漏斗状的容器。
为方便理解所述增稠器的结构以及同结晶罐的连接关系，在前述优选技术方案的结晶罐基础上进行描述，具体结构示意图见图3。
由图3可以看到，增稠器16为漏斗状封闭容器，在增稠器16侧壁上设有第二出料口13和第二进料口14，第二进料口14位于增稠器16咀部，第二出料口13位于增稠器16侧壁顶部；在增稠器16的顶部设有晶体进料口17，在底部设有第二晶体出料口15；
第二出料口13与第一进料口1通过管道20相连，管道20上设有换热器19；第一晶体出料口7与晶体进料口17通过管道相连。
在具体应用中，从第一晶体出料口7送出的晶体通过晶体进料口17送至增稠器16中，晶体自由沉降，当晶体沉降至增稠器咀部，即漏斗的颈部区域时，由于此处通道突然变小，晶体会在此有稍许的停滞，利用这段时间从第二进料口14送入的水或待结晶的料液形成一股液流，冲刷晶体，以便将晶体吸附的杂质或小晶体颗粒洗去，维持成型晶体的均匀度(成型晶体的大小可在结晶罐处设定)，同时还可以防止过多的晶体沉积在此处堵塞通道，然后冲刷过的晶体经第二晶体出料口15送出，进行后续处理。
在晶体进入增稠器16时，或多或少会带入一些罐体5中未结晶的料液，这些料液混合从第二进料口14进入的待结晶的料液或水一起从第二出料口13送出，经换热后通过第一进料口1再次进入罐体5蒸发结晶。从第二出料口13送出的料液可以和待结晶的料液以及从第一出料口4送出的料液共用一个第一进料口1，也可以在罐体5侧壁上重新设立一个第一进料口。增加了增稠器的结晶罐不仅能够连续蒸发结晶，而且能够维持晶体的均匀度。
本发明还提供一种连续蒸发结晶工艺，将待结晶的料液预热至70℃后通过所述第一进料口送至所述结晶罐(未连接增稠器)中，在真空以及70-100r/min的搅拌速度下蒸发结晶，所得到的晶体沉淀至结晶罐底部并从所述第一晶体出料口送出，未结晶的料液从所述第一出料口送出并经换热后继续从所述第一进料口进入结晶罐蒸发结晶。
其中，所述待结晶的料液优选为待结晶的味精料液，所述搅拌速度优选为80-90r/min。
本发明还提供一种连续蒸发结晶工艺，将待结晶的料液预热至70℃后通过所述第一进料口送至所述结晶罐(连接增稠器)中，在真空以及70-100r/min的搅拌速度下蒸发结晶，所得到的晶体沉淀至结晶罐底部并从所述第一晶体出料口送出，未结晶的料液从所述第一出料口送出并经换热后继续从所述第一进料口进入结晶罐蒸发结晶；
从所述第一晶体出料口送出的晶体通过所述晶体进料口进入所述增稠器中自由沉降，至增稠器咀部时被所述第二进料口输送的水或待结晶的料液形成的液流冲刷，冲刷后的晶体沉淀至增稠器底部并从所述第二晶体出料口送出，未结晶的料液从所述第二出料口送出并预热至70℃后继续从所述第一进料口进入结晶罐结晶，所述液流的流量为6-9m3/h。
其中，所述待结晶的料液优选为待结晶的味精料液，所述搅拌速度优选为80-90r/min，所述液流的流量优选为7-8m3/h。
经本发明所述连续蒸发结晶工艺制备的晶体和利用现有蒸发结晶工艺制备的晶体比较，以结晶出1吨晶体为标准，本发明蒸汽消耗量低于现有工艺蒸汽消耗量，约减少20-30％，且符合标准大小的晶体含量也明显高于现有工艺。
由以上技术方案可知，本发明所述结晶罐优化内部结构，通过套筒、环形金属板等部件实现了连续蒸发结晶的目的，同时还能够维持晶体大小均匀、减少蒸汽消耗量，能够广泛应用于各种需要蒸发结晶特别是味精的产品生产中。
附图说明
图1所示为本发明所述结晶罐的结构示意图；
其中，1表示第一进料口，2表示管道，3表示换热器，4表示第一出料口，5表示罐体，6表示第一支撑架，7表示第一晶体出料口，8表示第二支撑架，9表示搅拌器，10表示第一套筒，11表示第二套筒，12表示环形金属板；
图2所示为本发明所述结晶罐的内部俯视图；
其中，5表示罐体，9表示搅拌器，10表示第一套筒，11表示第二套筒，12表示环形金属板；
图3所示为本发明所述增稠器结构以及同所述结晶罐的连接关系的示意图；
其中，1表示第一进料口，2表示管道，3表示换热器，4表示第一出料口，5表示罐体，6表示第一支撑架，7表示第一晶体出料口，8表示第二支撑架，9表示搅拌器，10表示第一套筒，11表示第二套筒，12表示环形金属板，13表示第二出料口，14表示第二进料口，15表示第二晶体出料口，16表示增稠器，17表示晶体进料口，18表示管道，19表示换热器，20表示管道。
具体实施方式
本发明公开了一种连续结晶罐以及连续蒸发结晶工艺，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的结晶罐和工艺已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
下面结合实施例，进一步阐述本发明。
实施例1：利用本发明所述结晶罐蒸发结晶味精
1、结晶工艺
所用结晶罐：未连接有增稠器，罐体为圆柱体且顶部和底部呈半球状，第一套筒和第二套筒均为两端不封口的圆筒，罐体、第一套筒、第二套筒轴心线重合，搅拌器在第二套筒轴心线上，结构示意图见图1和图2；
将经过脱色后的待结晶的味精料液经过板式换热器预热至70℃左右，从第一进料口进入到本发明所述结晶罐内，在真空以及80r/min的搅拌速度下蒸发结晶，所得到的晶体沉淀至结晶罐底部并从所述第一晶体出料口送出，未结晶的料液从所述第一出料口送出并经换热后继续从所述第一进料口进入结晶罐蒸发结晶；
送出的晶体经过整晶、离心、干燥、筛分后得成品味精。
2、工艺对比
选用与1中相同来源的待结晶味精料液，以现有结晶工艺制备，以每结晶1吨味精晶体为标准，对比本发明工艺和现有工艺在结晶过程中的蒸汽消耗量，结晶环境相同。
结果显示，本发明所述工艺消耗蒸汽量为2吨，现有工艺蒸汽消耗量为2.5吨，节约蒸汽量约为20％，且现有工艺不能连续蒸发结晶，生产效率远低于本发明所述连续蒸发结晶工艺。
实施例2：利用本发明所述结晶罐蒸发结晶味精
1、结晶工艺
所用结晶罐：连接有增稠器，罐体为圆柱体且顶部和底部呈半球状，第一套筒和第二套筒均为两端不封口的圆筒，罐体、第一套筒、第二套筒轴心线重合，搅拌器在第二套筒轴心线上；增稠器为圆筒漏斗状容器，结构示意图见图2和图3。
将经过脱色后的待结晶的味精料液经过板式换热器预热至70℃左右，从第一进料口进入到本发明所述结晶罐内，在真空以及90r/min的搅拌速度下蒸发结晶，所得到的晶体沉淀至结晶罐底部并从所述第一晶体出料口送出，未结晶的料液从所述第一出料口送出并经换热后继续从所述第一进料口进入结晶罐蒸发结晶；
从所述第一晶体出料口送出的晶体通过所述晶体进料口进入所述增稠器中自由沉降，至增稠器咀部时被所述第二进料口输送的待结晶的料液形成的液流(液流的流量为7-8m3/h)冲刷，冲刷后的晶体沉淀至增稠器底部并从所述第二晶体出料口送出，未结晶的料液从所述第二出料口送出并经过板式换热器预热至70℃后继续从所述第一进料口进入结晶罐结晶；
送出的晶体经过整晶、离心、干燥、筛分后得成品味精。
2、工艺对比
选用与1中相同来源的待结晶味精料液，结晶环境相同，以现有结晶工艺制备，以每结晶1吨味精晶体为标准，对比本发明工艺和现有工艺在结晶过程中的蒸汽消耗量，同时设置两种工艺结晶颗粒规格目数相同，对比最后得到的符合规格目数标准的味精产品含量。
结果显示，本发明所述工艺消耗蒸汽量为1.8吨，现有工艺蒸汽消耗量为2.5吨，节约蒸汽量约为28％，而最终制备的味精产品，本发明工艺中符合标准的可达80％，而现有工艺中符合标准的小于50％，且现有工艺不能连续蒸发结晶，生产效率远低于本发明所述连续蒸发结晶工艺，
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种连续结晶罐，其特征在于，包括罐体、仅有侧面并位于罐体内的第一套筒、仅有侧面并位于第一套筒内的第二套筒以及搅拌器和增稠器，所述罐体、第一套筒和第二套筒的侧壁互相平行且互不接触，所述第一套筒和第二套筒不与罐体底部接触；
其中，所述第一套筒侧壁顶部与罐体侧壁通过环形金属板封闭相连，所述第二套筒通过第一支撑架与罐体或第一套筒固定，所述搅拌器位于第二套筒内，并通过第二支撑架与罐体、第一套筒或第二套筒固定；
在所述罐体的侧壁上设有第一进料口和第一出料口，在罐体底部设有第一晶体出料口，所述第一进料口位于环形金属板上方，所述第一出料口介于环形金属板和第一套筒侧壁底部之间，所述第一出料口与第一进料口通过管道相连，管道上设有换热器；
所述增稠器为漏斗状封闭容器，在所述增稠器侧壁上设有第二出料口和第二进料口，所述第二进料口位于增稠器咀部，所述第二出料口位于侧壁顶部；在所述增稠器的顶部设有晶体进料口，在底部设有第二晶体出料口；
其中，所述第二出料口与第一进料口通过管道相连，管道上设有换热器；所述第一晶体出料口与晶体进料口通过管道相连。
2.根据权利要求1所述结晶罐，其特征在于，所述环形金属板为仅有侧面的倒直棱台状环形金属板或仅有侧面的倒圆台状环形金属板。
3.根据权利要求1所述结晶罐，其特征在于，所述罐体、第一套筒和第二套筒的轴心线重合。
4.根据权利要求1所述结晶罐，其特征在于，所述搅拌器位于第二套筒的轴心线上。
5.一种连续蒸发结晶工艺，其特征在于，将待结晶的料液预热至70℃后通过权利要求1所述第一进料口送至权利要求1所述结晶罐中，在真空以及70-100r/min的搅拌速度下蒸发结晶，所得到的晶体沉淀至结晶罐底部并从所述第一晶体出料口送出，未结晶的料液从所述第一出料口送出并经换热后继续从所述第一进料口进入结晶罐蒸发结晶，所述待结晶的料液为味精料液。
6.一种连续蒸发结晶工艺，其特征在于，将待结晶的味精料液预热至70℃后通过权利要求1所述第一进料口送至权利要求1所述结晶罐中，在真空以及70-100r/min的搅拌速度下蒸发结晶，所得到的晶体沉淀至结晶罐底部并从所述第一晶体出料口送出，未结晶的料液从所述第一出料口送出并经换热后继续从所述第一进料口进入结晶罐蒸发结晶；
从所述第一晶体出料口送出的晶体通过权利要求1所述晶体进料口进入权利要求1所述增稠器中自由沉降，至增稠器咀部时被所述第二进料口输送的水或待结晶的料液形成的液流冲刷，冲刷后的晶体沉淀至增稠器底部并从所述第二晶体出料口送出，未结晶的料液从所述第二出料口送出并预热至70℃后继续从所述第一进料口进入结晶罐结晶，所述液流的流量为6-9m3/h。
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于信令,董滨.内热式味精结晶罐的开展与结构设计.《发酵科技通讯》.1998,第27卷(第1期),
内热式味精结晶罐的开展与结构设计;于信令,董滨;《发酵科技通讯》;19980215;第27卷(第1期);24-28 *

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