CN104722098A

CN104722098A - 一种结晶器

Info

Publication number: CN104722098A
Application number: CN201510167955.0A
Authority: CN
Inventors: 程先明; 戴斌联; 杨能红; 杨灿辉; 申军; 陈伟来
Original assignee: China Bluestar Changsha Design and Research Institute
Current assignee: China Bluestar Chonfar Engineering and Technology Co Ltd
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2015-06-24

Abstract

一种结晶器，包括结晶器本体，所述结晶器本体内设有导流筒，所述导流筒的上、下部边缘或单独下部边缘设有横截面类似“水滴”状的流线型结构。本发明具有减少晶粒破碎、提高结晶产物粒度，延长导流筒使用寿命、降低设备维修率，降低搅拌器功率、减少能耗等优点。

Description

一种结晶器

技术领域

本发明涉及一种结晶器，具体涉及一种优化导流筒的结晶器。

背景技术

目前，通用的结晶器有如下几种：FC型结晶器、Oslo型结晶器、DTB型结晶器、DP型结晶器和Messo湍流结晶器。其中，以后面四种最为常见。

Oslo型结晶器，是30年代由挪威人提出，在工业上曾得到较广泛的应用。我国大连、连云港等地也建有产量达万吨级的Oslo结晶器，用于NH₄Cl的生产。这结晶器虽年代较久，性能也有不足之处，但由于人们对它的操作经验较为成熟，故仍常被选用。

DTB型结晶器，是50年代出现的一种效能较高的结晶器，最先用于氯化钾的生产，后为化工、食品、制药等工业部门所广泛采用。它可以用于真空冷却法、蒸发法、直接接触冷冻法及反应法的结晶操作。该结晶器通过设置导流筒，形成内部循环通道。

DP型结晶器，于70年代初开发，它与DTB结晶器在构造上很相似，可以看作是对DTB结晶器的改进。不同之处在于，DP型结晶器在导流筒外侧的环隙中设置了一组螺旋桨叶，它的安装方向与导流筒内的搅拌器叶片相反，可向下推送环隙中的循环液。内外两组桨叶共同组成一个大直径的螺旋桨，其外直径与圆形挡板的内径相近，相应的中间一段导流筒与此大螺旋桨制成一体而同步旋转。DP型晶器也可用于真空冷却法、蒸发法、直接接触冷冻法及反应法的结晶操作。

Messo湍流结晶器，60年代末已工业化，70年代中期已建成单台体积为200m³的大型结晶器，串联组成7级真空冷却结晶装置，用于氯化钾生产。这种结晶器有两个同心的圆形导流筒。

虽然上述结晶器在构造、循环形式、桨叶形式等方面有很大改进，但都没有解决导流筒对结晶产物的破碎、导流筒进出口存在负压以及导流筒磨损严重的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种晶体破碎少，可减少导流筒背侧的负压区，并降低该处的负压力，抗磨蚀的结晶器。利用该结晶器结晶，可节约成本，减少能耗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种结晶器，包括结晶器本体，所述结晶器本体内设有导流筒，所述导流筒的上、下部边缘或单独下部边缘设有横截面类似“水滴”状的流线型结构。

进一步，所述横截面类似“水滴”状的流线型结构由半管、斜板与导流筒焊接而成，所述斜板的一端与导流筒焊接，另一端与半管焊接，所述半管与导流筒焊接；或者，由圆管与导流筒焊接而成。

进一步，所述斜板与导流筒成10～60°，优选30～35°。

当然，所述半管、圆管均可用横截面呈椭圆弧或圆弧等其他形状的片状构件替代。

进一步，所述结晶器本体可为DTB型结晶器、DP型结晶器、Messo湍流结晶器或Oslo型结晶器等带导流筒或循环管的结晶设备。

根据结晶产物、结晶器尺寸、导流筒尺寸、结晶器循环量和流型来设计“水滴”结构的截面形状和尺寸。设计原则是减少导流筒进、出口背侧负压区和负压大小，降低流体的速度梯度，减少尾涡的产生，使流型缓和过渡。“水滴”结构的截面形状和尺寸可通过粒子成像测速技术（PIV）和流场模拟软件CFD、fluent来进行设计的合理化验证。

本发明的技术原理：

（1）避免现有常规导流筒上、下锋利边缘对结晶产物的剪切、碰撞，造成晶粒破碎；“水滴”结构可有效减少该现象，进而提高结晶产物的颗粒度，提高后续固液分离工序的效率；

（2）“水滴”结构可优化导流筒进口、出口的流型，使得进口和出口的湍动和涡流减少、流动更趋于缓和、进而降低能耗，且该结构可降低晶体对导流筒上下边缘的磨蚀，增加导流筒的使用寿命；

（3）“水滴”结构使得导流筒进、出口流型趋于缓和，可减少导流筒背侧的负压区，并降低该处的负压力，进而避免一部分动能因此而转化为热能，在达到相同搅拌效果的前提下，可以减少动能的浪费，降低结晶器搅拌器的功率。

综上所述，利用本发明可大大降低晶体对导流筒边缘的磨蚀，使导流筒的使用寿命延长2～4倍，进而降低维修人员维修频率；可以将结晶产物的平均粒径d₅₀提高20～45%，提高后续固液分离工序的效率；在达到相同搅拌效果的前提下，可降低搅拌器功率，节能5～15%。

本发明结晶器可用于生产氯化钾、硫酸钾、硝酸钠、硝酸钾、铷铯矾、碳酸锂、光卤石、Na₂CO₃、Na₂CO₃·H₂O、Na₂CO₃·10H₂O、NaHCO₃等产品。

附图说明

图1 为本发明实施例1的结构示意图；

图2 为图1所示实施例上部边缘“水滴”结构的放大示意图；

图3 为图1所示实施例下部边缘“水滴”结构的放大示意图；

图4 为本发明实施例2的结构示意图；

图5 为图4所示实施例下部边缘“水滴”结构的放大示意图；

图6 为本发明实施例3的结构示意图；

图7 为图6所示实施例下部边缘“水滴”结构的放大示意图；

图8 为本发明实施例4的结构示意图；

图9 为图4所示实施例上部边缘“水滴”结构的放大示意图；

图10 为图4所示实施例下部边缘“水滴”结构的放大示意图；

图11 为本发明实施例5的结构示意图；

图12 为图11所示实施例上部边缘“水滴”结构的放大示意图；

图13 为本发明实施例6的结构示意图；

图14 为图13所示实施例上部边缘“水滴”结构的放大示意图；

图15 为本发明实施例7的结构示意图；

图16 为图7所示实施例上部边缘“水滴”结构的放大示意图；

图17 为图7所示实施例下部边缘“水滴”结构的放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参照图1-3，本实施例为生产氯化钾的结晶器，具体操作参数和技术特征如下：

（1）该氯化钾结晶为DTB型；

（2）结晶器本体1直径为φ9m，导流筒2直径为φ3m；

（3）导流筒2上部边缘焊接有横截面类似“水滴”状的流线型结构Ⅰ3，由半管Ⅰ3-1、斜板Ⅰ3-2与导流筒2焊接而成：半管Ⅰ3-1圆直径φ100mm，斜板Ⅰ3-2与导流筒成35°；

（4）导流筒2下部边缘焊接有横截面类似“水滴”状的流线型结构Ⅱ4，由半管Ⅱ4-1、斜板Ⅱ4-2与导流筒2焊接而成：半管Ⅱ4-1圆直径φ100mm，斜板Ⅱ4-2与导流筒成30°；

（5）导流筒2内设有三桨叶涡轮桨，推动流体向上流动，导流筒外流体向下流动。

本实施例的导流筒使用寿命可延长2.5倍，晶体平均粒径提高32%，搅拌器功率降低8%。

实施例2

参照图4-5，本实施例为生产光卤石的结晶器，具体操作参数和技术特征如下：

（1）该光卤石结晶器属于DTB型；

（2）结晶器本体1直径为φ7m，导流筒2直径为φ2.5m；

（3）导流筒2下部边缘焊接有横截面类似“水滴”状的流线型结构Ⅲ5，由半管Ⅲ5-1、斜板Ⅲ5-2与导流筒2焊接而成：半管Ⅲ5-1圆直径φ200mm，斜板Ⅲ5-2与导流筒2成30°；

（4）导流筒2内设有三桨叶涡轮桨，流动方向为自下而上，导流筒外流体流动方向为自上而下。

本实施例导流筒使用寿命可延长3倍，晶体平均粒径提高38%，搅拌器功率降低12%。

实施例3

参照图6-7，本实施例为生产铷铯矾的结晶器，具体操作参数和技术特征如下：

（1）该铷铯矾结晶器是DTB型；

（2）结晶器本体1直径为φ4.2m，导流筒2直径为φ1.3m；

（3）导流筒2上部为敞口结构，无“水滴”结构；

（4）导流筒2下部边缘焊接有横截面类似“水滴”状的流线型结构Ⅳ6，由圆管6-1与导流筒2焊接而成：圆管6-1直径φ100mm；

（5）导流筒2内设有三桨叶涡轮桨，流动方向为自下而上，导流筒外流体流动方向为自上而下。

本实施例的导流筒使用寿命可延长2倍，晶体平均粒径提高40%，搅拌器功率降低10%。

实施例4

参照图8-10，本实施例为生产硫酸钾的结晶器，具体操作参数和技术特征如下：

（1）结晶器本体1直径为φ11m，有两个同心导流筒，外导流筒2-1直径为φ7.5m、内导流筒2-2直径为φ3m；

（2）外导流筒2-1为敞口结构，无“水滴”结构；内导流筒2-2上、下部边缘均焊接有横截面类似“水滴”状的流线型结构，上部边缘横截面类似“水滴”状的流线型结构Ⅴ7由半管Ⅴ7-1、斜板Ⅴ7-2与内导流筒2-2焊接而成：半管Ⅴ7-1圆直径φ150mm，斜板Ⅴ7-2与内导流筒2-2成30°；下部边缘横截面类似“水滴”状的流线型结构Ⅵ8由半管Ⅵ8-1、斜板Ⅵ8-2与内导流筒2-2焊接而成：半管Ⅵ8-1圆直径φ250mm，斜板Ⅵ8-2与内导流筒2-2成30°；

（3）内导流筒内上搅拌为双层三桨叶涡轮桨，流动方向为自上而下，底搅拌为斜叶桨，流动方向自下而上；

（4）物料从结晶器顶部加入，在常温下反应结晶，硫酸钾结晶产品从底部排出。

本实施例的导流筒使用寿命可延长2倍，晶体平均粒径提高38%，搅拌器功率降低9%。

实施例5

参照图11-12，本实施例为生产硝酸钾的结晶器，具体操作参数和技术特征如下：

（1）该硝酸钾结晶器属于DTB型结晶器；

（2）结晶器本体1直径为φ3.6m，导流筒2直径为φ1.08m；

（3）导流筒2上部为敞口结构，无“水滴”结构；

（4）导流筒2下部边缘焊接有横截面类似“水滴”状的流线型结构Ⅶ11，由半管Ⅶ11-1、斜板Ⅶ11-2与导流筒2焊接而成：半管Ⅶ11-1圆直径φ50mm，斜板Ⅶ11-2与导流筒2成30°；

本实施例的导流筒使用寿命可延长4倍，晶体平均粒径提高45%，搅拌器功率降低8%。

实施例6

参照图13-14，本实施例为生产硝酸钠的结晶器，具体操作参数和技术特征如下：

（1）该硝酸钠结晶器是DTB型；

（2）结晶器本体1直径为φ4.5m，导流筒2直径为φ1.1m；

（3）导流筒2上部为敞口结构，无“水滴”结构；

（4）导流筒2下部边缘焊接有横截面类似“水滴”状的流线型结构Ⅷ13，由半管Ⅷ13-1、斜板Ⅷ13与导流筒2焊接而成：半管Ⅷ13-1圆直径φ50mm，斜板Ⅷ13-2与导流筒2成30°；

本实施例的导流筒使用寿命可延长3.5倍，晶体平均粒径提高35%，搅拌器功率降低7%。

实施例7

参照图15-17，本实施例为生产碳酸锂的结晶器，具体操作参数和技术特征如下：

（1）结晶器本体1直径为φ3.5m，有两个同心导流筒，外导流2-1筒直径为φ2m、内导流筒2-2直径为φ1m；

（2）外导流筒2-1为敞口结构，无“水滴”结构；内导流筒2-2上、下部边缘均焊接有横截面类似“水滴”状的流线型结构，上部边缘横截面类似“水滴”状的流线型结构Ⅸ9由半管Ⅸ9-1、斜板Ⅸ9-2与内导流筒2-2焊接而成：半管Ⅸ9-1圆直径φ200mm，斜板Ⅸ9-2与内导流2-2筒成30°；下部边缘横截面类似“水滴”状的流线型结构Ⅹ10由半管Ⅹ10-1、斜板Ⅹ10-2与内导流筒2-2焊接而成：半管Ⅹ10-1圆直径φ200mm，斜板Ⅹ10-2与内导流筒2-2成30°；

（3）导流筒内搅拌为三桨叶涡轮桨，流动方向为自上而下；

（4）物料从结晶器顶部加入，在指定温度下反应结晶，碳酸锂结晶产品从底部排出。

本实施例的导流筒使用寿命可延长1.8倍，晶体平均粒径提高32%，搅拌器功率降低8%。

Claims

1.一种结晶器，包括结晶器本体，所述结晶器本体内设有导流筒，其特征在于：所述导流筒的上、下部边缘或单独下部边缘设有横截面类似“水滴”状的流线型结构。

2.根据权利要求1所述的结晶器，其特征在于：所述横截面类似“水滴”状的流线型结构由半管、斜板与导流筒焊接而成，所述斜板的一端与导流筒焊接，另一端与半管焊接，所述半管与导流筒焊接；或者，由圆管与导流筒焊接而成。

3.根据权利要求2所述的结晶器，其特征在于：所述斜板与导流筒成10～60°。

4.根据权利要求3所述的结晶器，其特征在于：所述斜板与导流筒的角度为30～35°。

5.根据权利要求2或3或4所述的结晶器，其特征在于：所述半管、圆管用横截面呈椭圆弧或圆弧的片状构件替代。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的结晶器，其特征在于：所述结晶器本体为DTB型结晶器、DP型结晶器、Messo湍流结晶器或Oslo型结晶器。