CN103949083A - 一种结晶罐 - Google Patents

Abstract

一种结晶罐，属于搅拌结晶设备领域。所述的罐体（3）的底部为中心处向上凸起的W型封头（7），罐体（3）内部安装流通蒸汽的加热导流装置，加热导流装置设置在搅拌装置（2）下部的外圈，加热导流装置的进口端穿过罐体（3）底部外接蒸汽源，出口端穿过罐体（3）中部一侧；罐体（3）下部外侧设有夹套（4），夹套（4）内流通用于加热罐体（3）内部物料的流体。本结晶罐改变了罐体的内部结构，优化了罐体的加热方式，通过拉气筒、搅拌装置、夹套内流过的热流体对罐内物料同时进行内外加热，保证了物料温度均匀同时，强化了结晶罐内上下液体的整体轴向流动，搅拌流场分布较为理想，有效的保证了物料温度的均匀性，改善了结晶效果。

Description

一种结晶罐

技术领域

一种结晶罐，属于搅拌结晶设备领域。

背景技术

结晶罐常用于制药行业中物料的搅拌混合、降温冷冻、成品结晶等，同时也广泛应用于食品、化工、饮料等行业。结晶罐一般是由搅拌器、电机及减速器、结晶罐体、加热室以及相关的仪器仪表等构成的。结晶罐可以通过自然对流的方式来实现受热上升、物料混合、汽液分离、物料下降等过程，但由于物料的性质和实际情况等原因，需要借助于设置在罐体顶部的防爆电机和减速器带动在结晶罐内部的搅拌器，改变罐内的流场状态。通过调节搅拌器的转速，即可控制搅拌器产生的流体循环量的大小和对流剪切作用的强弱，使搅拌浓缩液在罐内进行强烈的循环，保持固体颗粒悬浮状态，便于晶体吸附长大，从而提高了传热系数与蒸发强度，加快结晶速率，提高了结晶罐的结晶效率。

但在使用中发现，现有的结晶罐存在传热效果不好，混合不均匀，局部过冷及蒸发不均而容易产生溶质浓度不均现象等问题，在研究中发现，产生上述问题的主要关键在于，溶液过饱和度、均匀度和搅拌强度等是影响晶核生成和晶体生长的主要因素，其中，促进结晶罐内物料的循环及保证均匀的传热效果，是设计和改进结晶罐的关键所在。

因此，罐体内所有的结构设计都必须是围绕着物料的良好循环和温度的有效控制进行的，而要保证结晶罐内流体的充分混合和均匀的传热效果，控制理想过饱和溶液浓度的形成，避免局部过冷及蒸发不均而产生溶质浓度不均现象是确保产品质量的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种促进罐内流体充分混合、和均匀传热、避免局部过冷及蒸发不均而产生溶质浓度不均现象的结晶罐。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该结晶罐，包括罐体、动力装置和搅拌装置，搅拌装置下部安装在罐体内部，顶部连接动力装置，其特征在于：所述的罐体的底部为中心处向上凸起的W型封头，罐体内部安装流通蒸汽的加热导流装置，加热导流装置设置在搅拌装置下部的外圈，加热导流装置的进口端穿过罐体底部外接蒸汽源，出口端穿过罐体中部一侧；罐体下部外侧设有夹套，夹套内流通用于加热罐体内部物料的流体。罐体内部盛装需要搅拌、结晶的物料，夹套内流通可加热罐体内部的流体，加热导流装置内流通可配合夹套内的高温流体同时加热罐体内部的蒸汽；采用内外同时加热的方式，对物料进行加热，配合罐体底部特殊设置的W型封头，中心处向上凸起的W型封头底部不易出现跟转现象，不易出现物料堆积的死角，使得流体的混合更充分。

内外两层同时加热并且可共同控制，有效的保证了物料温度的均匀性，改善了结晶效果，改变了内部的流场形态，有很好的导流效果，保证了物料的充分混合性，避免局部产生过高的溶质饱和度影响结晶效果。

进一步的，加热导流装置包括拉气筒和支板，拉气筒两侧通过支板安装在罐体内下部，拉气筒包括外筒、内筒、上半管和下半管，外筒内套装等高的内筒，外筒和内筒之间留有蒸汽流通流道，外筒和内筒上下两侧面通过环形设置的上半管和下半管连接密封，下半管左侧一端连接蒸汽进口接管，蒸汽流通流道右侧上部连接蒸汽出口接管。拉气筒结构与搅拌器的配合作用，改变了内部的流场形态，同时又起到了良好的导流效果，强化了结晶罐内上下液体的整体轴向流动，拉气筒结构的设置使得搅拌流场分布较为理想。

进一步的，夹套包括筒节、椭圆形封头和夹套出口接管，筒节下部固定连接椭圆形封头，椭圆形封头底部外部中心处设有夹套出口接管，椭圆形封头底部两侧与W型封头之间设有环形设置的护板，通过圈形护板在W型封头底部与罐体底部之间形成流通孔。通过控制夹套内流体的流量，能够一定程度上控制罐体内物料的温度；通过圈形护板在W型封头底部与罐体底部之间形成流通孔，可以减少夹套内流体对焊缝结构的腐蚀。

进一步的，搅拌装置包括搅拌轴和搅拌桨叶，搅拌轴竖直安装在罐体内部，搅拌轴下部固定安装搅拌桨叶，搅拌轴顶部伸出罐体连接动力装置，动力装置通过搅拌法兰安装在罐体顶部。

进一步的，搅拌轴和搅拌桨叶为中空结构，搅拌轴和搅拌桨叶内设置相连通的流通加热流体的流通通道，且在搅拌轴上设置流通入口和流通出口，流通入口和流通出口设置在搅拌轴伸出罐体的顶部一侧。在搅拌轴和搅拌桨叶内同时设置加热通道，并通入蒸汽等流体，配合夹套或拉气筒内的加热流体同时对罐体内部的物料进行加热，在搅拌物料的同时加热物料，进一步保证物料加热的均匀性。

进一步的，罐体分为上罐体和下罐体两部分，上罐体和下罐体之间通过容器法兰固定连接，上罐体上部一侧设有进料管，下罐体底部一侧设有出料管。

有现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、改变罐体内部结构，优化加热模式：外部采用夹套结构进行加热，内部设置一拉气筒容器进行加热，通过拉气筒和夹套内流过的热流体共同对罐内物料进行温度控制，而非传统结晶罐仅仅靠夹套来控制温度，拉气筒结构与搅拌器的配合强化了结晶罐内上下液体的整体轴向流动，搅拌流场分布较为理想，有效的保证了物料温度的均匀性，改善了结晶效果。

2、采用全新结构的封头：为了对传统结晶罐的内部结构进行改进，采用W型封头代替标准椭圆型封头， W型封头的底部不易出现跟转现象，从而不易出现物料堆积的死角，流体混合更充分；提高了溶液混和均匀性，避免局部产生过高的溶质饱和度，得到较好的结晶效果。

3、内外共同控制有效的保证了物料温度的均匀性，改善了结晶效果，W型封头和拉气筒的共同作用改变了内部的流场形态，有很好的导流效果，保证了物料的充分混合性，同时，流场的均匀性显著改善了桨叶所受载荷的变化，因而有效的降低了搅拌轴损坏的危险。

4、在搅拌轴和搅拌桨叶内同时设置加热通道，并通入蒸汽等流体，配合夹套或拉气筒内的加热流体同时对罐体内部的物料进行加热，在搅拌物料的同时加热物料，进一步保证物料加热的均匀性。

附图说明

图1为结晶罐结构主视图示意图。

图2为加热导流装置主视图示意图。

图3为图2的俯视图示意图。

其中：1、动力装置  2、搅拌装置  201、搅拌轴  202、搅拌桨叶  3、罐体  301、上罐体  302、下罐体  4、夹套  401、筒节  402、椭圆形封头  403、夹套出口接管  404、夹套进口接管  5、支座  6、拉气筒  601、外筒  602、内筒  603、支板  604、上半管  605、蒸汽进口接管  606、蒸汽出口接管  607、下半管  7、W型封头  8、出料管  9、填料密封  10、搅拌法兰  11、流通孔  12、护板  13、支撑板  14、进料管。

具体实施方式

图1~3是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~3对本发明做进一步说明。

参照附图1：一种结晶罐，包括罐体3、动力装置1、搅拌装置2、加热导流装置和夹套4，搅拌装置2下部安装在罐体3内部，顶部连接动力装置1，动力装置1包括电机、减速机、联轴器和传动轴，传动轴的动力输出端连接搅拌装置2顶部。罐体3的底部为中心处向上凸起的W型封头7，罐体3内部安装流通蒸汽的加热导流装置，加热导流装置设置在搅拌装置2下部的外圈，加热导流装置的进口端穿过罐体3底部外接蒸汽源，出口端穿过罐体3中部一侧；罐体3下部外侧设有密封夹套4，夹套4内流通用于加热罐体3内部物料的流体。

W型封头7在冲压过程中，摩擦系数取0.2，冲压速度取4.96m/s，冲压深度为148mm，W型的两个圆弧半径分别为200mm，225mm的时候，回弹量较小，且不会发生断裂，能够进行实际生产，为所需要的最优化方案。在制造时，W型封头7选用06Cr19Ni10材料制作，采用冲压成型，其中上模采用Cr12 型钢半球形冲头，它具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力高；下模采用高强度球墨铸铁凹模，球墨铸铁能够浸入润滑油，组织中的石墨具有自润滑作用，能有效地减轻拉深中的摩擦，而且成本较低、容易加工。

参照附图2和3：加热导流装置包括拉气筒6和支板603，拉气筒6两侧通过支板603安装在罐体3内下部，拉气筒6包括外筒601、内筒602、上半管604和下半管607，外筒601内套装等高的内筒602，外筒601的内径大于内筒602的内径，外筒601和内筒602之间形成蒸汽流通流道，外筒601和内筒602上下两侧面通过环形设置的上半管604和下半管607连接密封，下半管607左侧一端连接蒸汽进口接管605，蒸汽流通流道右侧上部连接蒸汽出口接管606，蒸汽进口接管605和蒸汽出口接管606与罐体3之间的连接采用焊接密封。

夹套4包括筒节401、椭圆形封头402和夹套出口接管403，筒节401下部固定连接椭圆形封头402，椭圆形封头402底部外部中心处设有夹套出口接管403，夹套4上部一侧设有夹套进口接管404，椭圆形封头402底部两侧与W型封头7之间设有环形设置的护板12，通过圈形护板12在W型封头7底部与罐体3底部之间形成流通孔11，蒸汽进口接管605和出料管8分别通过流通孔11穿出下罐体302底部。

夹套4上部外侧设有支座5，支座5采用吊耳标准件，为改善载荷状况，将其焊于夹套4的外侧的垫板上，便于结晶罐的固定和移动。

搅拌装置2包括搅拌轴201和搅拌桨叶202，搅拌轴201竖直安装在罐体3内部，搅拌轴201通过其底部的桨叶封板固定安装搅拌桨叶202，搅拌轴201顶部伸出罐体3连接动力装置1，动力装置1通过搅拌法兰10安装在罐体3顶部，搅拌装置2用来对罐体3内部的物料进行强制对流，使物料的混合更充分，以便得到好的结晶效果，搅拌轴201与上罐体301之间采用填料密封9密封。

另外，搅拌轴201和搅拌桨叶202还可设置为中空结构，搅拌轴201和搅拌桨叶202内设置相连通的流通加热流体的流通通道，且在搅拌轴201上设置流通入口和流通出口，流通入口和流通出口设置在搅拌轴201伸出罐体3的顶部一侧，通过流通入口向搅拌轴201和搅拌桨叶202内通入加热流体，加热流体再通过流通出口流出，形成加热流体循环。

罐体3分为上罐体301和下罐体302两部分，上罐体301和下罐体302之间通过容器法兰固定连接，上罐体301上部一侧设有进料管14，下罐体302底部一侧设有出料管8。

此外，结晶罐罐体3上还可焊有压力计、温度计、安全阀等接管，其数量、规格或其它要求可根据用户要求设计和制造。

工作过程：本结晶罐在工作时，由动力装置1向搅拌装置2提供动力，物料从上罐体301上部一侧的进料管14进入罐体3内部，搅拌轴201带动搅拌桨叶202在罐体3内部旋转，搅拌罐体3内的物料；通过夹套4上部一侧设有夹套进口接管404向夹套4内通入热流体，流体流经夹套4内部后由夹套4底部中心处的夹套出口接管403流出，同时通过蒸汽进口接管605向拉气筒6内通入蒸汽，蒸汽流经拉气筒6内部后从蒸汽出口接管606流出。

外部采用夹套4结构进行加热，内部采用增设的拉气筒6进行加热，通过拉气筒6和夹套4内流过的热流体共同对罐体3内物料进行温度控制，而非传统结晶罐仅仅靠夹套4来控制温度，拉气筒6与搅拌装置2的配合强化了罐体3内上下部的液体的整体轴向流动，搅拌流场分布较为理想，有效的保证了物料温度的均匀性，改善了结晶效果。拉气筒6和夹套4形成内外共同加热控制，有效的保证了物料温度的均匀性，改善了结晶效果。

同时，通过搅拌轴201顶部设置的流体流通入口对中空设置且相连通的搅拌轴201和搅拌桨叶202内通入如蒸汽等加热用的流体，加热流体流经搅拌轴201和搅拌桨叶202后再从搅拌轴201顶部的流通出口流出，使得搅拌轴和搅拌桨叶202在旋转搅拌物料的过程中，同时对物料进行辅助加热，配合拉气筒6和夹套4内外同时对物料进行加热，进一步的充分保证物料加热的均匀性。

通过试验比较有拉气筒6和无拉气筒6的结晶罐的差异，可以看出，有拉气筒6和W型封头7的结晶罐内的流场较为均匀，可以看到较为完整的轴向循环流型，其中参与上下循环运动的液体区域较大，几乎充满整个罐体，而无拉气筒6的流场较为混乱，且罐体上部分物料几乎不参与向下的循环，整体轴向速度明显小于有拉气筒6的情况，且无拉气筒6的罐内速度大小严重不均衡，不利于物料的充分混合，不利于晶体的充分混合与长大。

同时，采用W型封头7代替标准椭圆型封头， W型封头7的底部不易出现跟转现象，从而不易出现物料堆积的死角，流体混合更充分；提高了溶液混和均匀性，避免局部产生过高的溶质饱和度，得到较好的结晶效果。W型封头7和拉气筒6的共同作用改变了内部的流场形态，有很好的导流效果，保证了物料的充分混合性，同时，流场的均匀性显著改善了桨叶所受载荷的变化，因而有效的降低了搅拌轴损坏的危险。

对上述的有拉气筒6和无拉气筒6的结晶罐分别取不同水平面即Z=-100，250，350，650处的轴向速度进行比较，得出如下结论：有拉气筒6的结晶罐靠近搅拌装置2附件区域具有轴向向上速度的物料较多，且相同物料高度位置处速度较大。以Z=350为例，有拉气筒6的结晶罐内，轴向速度在距离罐中心X=380附件就已经大于零，且最大速度达到8.00e-02(m/s)；而无拉气筒6结晶罐内物料总体轴向速度较小，距离罐中心X=450以内流体轴向速度小于零，物料最大速度为4.00e-02(m/s)。

综上所述可知，拉气筒6结构和搅拌装置的配合强化了结晶罐内上下物料的整体轴向流动，产生较为强烈的混合效果。有拉气筒6结构的流场分布较为均匀，可以看到较为完整的轴向循环流型，其中参与上下循环运动的液体区域较大，几乎充满整个罐体，罐内有效混合体积明显增大。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种结晶罐，包括罐体（3）、动力装置（1）和搅拌装置（2），搅拌装置（2）下部安装在罐体（3）内部，顶部连接动力装置（1），其特征在于：所述的罐体（3）的底部为中心处向上凸起的W型封头（7），罐体（3）内部安装流通蒸汽的加热导流装置，加热导流装置设置在搅拌装置（2）下部的外圈，加热导流装置的进口端穿过罐体（3）底部外接蒸汽源，出口端穿过罐体（3）中部一侧；罐体（3）下部外侧设有夹套（4），夹套（4）内流通用于加热罐体（3）内部物料的流体。

2.根据权利要求1所述的一种结晶罐，其特征在于：所述的加热导流装置包括拉气筒（6）和支板（603），拉气筒（6）两侧通过支板（603）安装在罐体（3）内下部，拉气筒（6）包括外筒（601）、内筒（602）、上半管（604）和下半管（607），外筒（601）内套装等高的内筒（602），外筒（601）和内筒（602）之间留有蒸汽流通流道，外筒（601）和内筒（602）上下两侧面通过环形设置的上半管（604）和下半管（607）连接密封，下半管（607）左侧一端连接蒸汽进口接管（605），蒸汽流通流道右侧上部连接蒸汽出口接管（606）。

3.根据权利要求1所述的一种结晶罐，其特征在于：所述的夹套（4）包括筒节（401）、椭圆形封头（402）和夹套出口接管（403），筒节（401）下部固定连接椭圆形封头（402），椭圆形封头（402）底部外部中心处设有夹套出口接管（403），椭圆形封头（402）底部两侧与W型封头（7）之间设有环形设置的护板（12），通过圈形护板（12）在W型封头（7）底部与罐体（3）底部之间形成流通孔（11）。

4.根据权利要求1所述的一种结晶罐，其特征在于：所述的搅拌装置（2）包括搅拌轴（201）和搅拌桨叶（202），搅拌轴（201）竖直安装在罐体（3）内部，搅拌轴（201）下部固定安装搅拌桨叶（202），搅拌轴（201）顶部伸出罐体（3）连接动力装置（1），动力装置（1）通过搅拌法兰（10）安装在罐体（3）顶部。

5.根据权利要求4所述的一种结晶罐，其特征在于：所述的搅拌轴（201）和搅拌桨叶（202）为中空结构，搅拌轴（201）和搅拌桨叶（202）内设置相连通的流通加热流体的流通通道，且在搅拌轴（201）上设置流通入口和流通出口，流通入口和流通出口设置在搅拌轴（201）伸出罐体（3）的顶部一侧。

6.根据权利要求1所述的一种结晶罐，其特征在于：所述的罐体（3）分为上罐体（301）和下罐体（302）两部分，上罐体（301）和下罐体（302）之间通过容器法兰固定连接，上罐体（301）上部一侧设有进料管（14），下罐体（302）底部一侧设有出料管（8）。