CN104826357B - 一种带整流罩的结晶器 - Google Patents
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Abstract
一种带整流罩的结晶器，包括筒体和锥底，所述锥底的下部内置圆锥形整流罩；所述筒体内设有导流筒，导流筒内设有搅拌装置。本发明带整流罩的结晶器，流型稳定，在母液结晶过程中不存在搅拌死角，有利于晶体的长大，能降低搅拌功率；圆锥形整流罩不作为承压元件；可在现有结晶器上进行改造，结构简单、制造方便、造价较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种带整流罩的结晶器，具体涉及一种用于母液结晶以获得固体颗粒的带整流罩的结晶器。
背景技术
在化工生产中，有很多工艺需要通过母液结晶来获得产品，比如真空制盐、光卤石制氯化钾等。母液结晶一般采用带搅拌装置的结晶器，搅拌装置使母液在结晶器内不断循环，产生晶核并不断长大，达到需要的粒度后排出结晶器。国内结晶器广泛采用的是具有夹角为60°左右锥底结构的传统型结晶器（参见图5），虽然其制造简单，造价低廉，但这种结构存在搅拌死角（参见图6），不能使搅拌流体达到理想流型，不利于晶体颗粒的快速长大，同时也使得有效搅拌功率降低，增大功率消耗。
国外先进的结晶器，采用的是夹角为60°左右的W型整流锥底（参见图7），与国内无导流装置的锥底相比较，具有无搅拌死角、能达到搅拌流体所需的理想流型（参见图8），利于晶体颗粒的快速长大，同时也提高了有效搅拌功率，降低功率消耗。但是，国外的W型整流锥底结晶器，其W型整流结构直接作为承压部件，该部件受力复杂，计算繁琐，制造该整流结构需采用定制模具才能达到设计精度要求，使得结晶器造价高昂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种不存在搅拌死角、能降低搅拌功率且结构简单、制造方便、造价较低的带整流罩的结晶器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种带整流罩的结晶器，包括：筒体和锥底，所述锥底的下部内置圆锥形整流罩；所述筒体内设有导流筒，导流筒内设有搅拌装置。所述筒体可为传统型，如DTB型、DP型、Messo型、Oslo型等结晶器的本体。
进一步，所述圆锥形整流罩的锥角角度为60～140°（优选100～130°）。
进一步，所述圆锥形整流罩的底部直径为所述导流筒直径的0.8～1.2倍。
进一步，所述圆锥形整流罩的锥体母线为直边或曲边。所述曲边可以是锥顶至锥底为全曲边的形态；也可以是靠近锥顶部分为直边，整流罩与锥底接触部分为曲边的形态，曲边相对于直边的长度与曲率半径、整流罩锥角角度和整流罩的底部直径相关。
进一步，所述曲边的曲率半径为所述筒体半径的0.2～1.2倍（优选0.3～0.8倍）。
进一步，所述圆锥形整流罩的顶端设有开孔。开孔的作用，一是便于搅拌装置的搅拌轴从锥顶穿过，二是结晶溶液可通过开孔进入圆锥形整流罩内部，起到平衡圆锥形整流罩内外压力的作用，使得圆锥形整流罩不成为承压部件，从而降低在设计、制造上的要求。
进一步，所述锥底的锥角角度为45～60°。若小于45°则下锥太长，若大于60°则受力计算非常复杂，且结构复杂。
进一步，所述锥底的底部纵截面呈圆弧形。实际运用中可以直接采用球冠形封头作为锥底。球冠形的锥底底部可以缩短轴的长度，减少轴的摆动，延长轴封寿命。
本发明所述筒体、锥底、圆锥形整流罩、导流筒和搅拌装置均同心安装。
本发明者基于通用流体力学分析软件ANSYS FLUENT模拟工作过程中结晶器底部的流体状态，假设母液为所含的固体颗粒粒径为0.06mm、0.16mm、0.24mm和0.32mm，搅拌转速为150转/分钟，模拟结果为：不管哪种粒度，在结晶器底部均存在山状的颗粒堆积，这个堆积的区域就是搅拌的死区，如图6所示，死区以外的区域，由于流体流动的剪切力较大，颗粒均被流体带走。若要减小搅拌死区，必须通过提高转速，消耗更大的功率，以提升流体的流速。而本发明在死区位置设置圆锥形整流罩，无需通过提高转速就可以消除剪切力不够的流体，起到调整流型、消除死区，降低功耗的作用。
本发明带整流罩的结晶器的工作原理是：母液在设备内闪急蒸发而绝热冷却，实质上是以冷却及蒸发掉一部分水这两种效应来产生过饱和度，母液过饱和度是晶体从母液中结晶出来的推动力。过饱和度的大小直接影响晶核形成过程和晶体生长过程的快慢，增加圆锥形整流罩后，减少了固体颗粒在结晶器底部的堆积，使其参与母液循环，更有利于过饱和度的形成和晶体的长大。
本发明带整流罩的结晶器的工作过程是：在搅拌器的推动下，母液夹带晶体在设备内不断循环，把晶浆中的晶体悬浮在液相中，保持一定的含固量，整流罩对结晶器内流体有导流作用，可以消除剪切力不够的流体，使得流体流速相对均匀，带动大小晶体参与循环，可明显消除高饱和度区域，维持结晶器内母液稳定均匀的过饱和度，促进结晶过程的进行和增大结晶产品的平均粒度。
本发明带整流罩的结晶器，流型稳定，可实现在母液结晶过程中不存在搅拌死角，有利于晶体的长大，能降低搅拌功率；且圆锥形整流罩不作为承压元件，可以降低制造要求；本发明带整流罩的结晶器可在现有传统型结晶器上进行改造，结构简单、制造方便、造价较低。
附图说明
图1为本发明带整流罩的结晶器实施例1的结构示意图（圆锥形整流罩锥体母线为直边）；
图2为ANSYS
FLUENT模拟混合粒径固体颗粒在图1带整流罩的结晶器底部的分布图（已简化整流罩内流体分布，单位mm）；
图3为本发明带整流罩的结晶器实施例2的结构示意图（圆锥形整流罩锥体母线为曲边）；
图4为ANSYS
FLUENT模拟混合粒径固体颗粒在图3带整流罩的结晶器底部的分布图（已简化整流罩内流体分布，单位mm）；
图5为现有具有V型锥底的传统型结晶器的结构示意图；
图6 为ANSYS
FLUENT模拟混合粒径固体颗粒在图5结晶器底部的分布图（单位mm）；
图7为现有具有W型锥底结构结晶器的结构示意图；
图8为ANSYS FLUENT模拟混合粒径固体颗粒在图7结晶器底部的分布图（单位mm）。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例
1
如图1所示，本实施例包括筒体1和锥底2，所述锥底2的下部内置圆锥形整流罩Ⅰ5；所述筒体1内设有导流筒3，导流筒3内设有搅拌装置4。所述圆锥形整流罩Ⅰ5的锥角角度为120°，圆锥形整流罩Ⅰ5的底部直径为导流筒3直径的1倍，圆锥形整流罩Ⅰ5的锥体母线为直边。所述圆锥形整流罩Ⅰ5的顶端设有一开孔6。所述锥底2的锥角角度为60°，底部呈球冠形。所述筒体1为现有传统型结晶器的本体。本实施例所述筒体1、锥底2、圆锥形整流罩Ⅰ5、导流筒3和搅拌装置4均同心安装。
通过ANSYS FLUENT模拟本实施例带整流罩的结晶器，在母液结晶过程中几乎不存在搅拌死角，如图2所示；搅拌效率与现有具有V型锥底的传统型结晶器相比明显得到提高，有利于晶体的快速长大；圆锥形整流罩不作为承压元件，降低了设备成本。本实施例可在现有结晶器上进行改造，结构简单、制造方便。
实施例
2
如图3所示，本实施例包括筒体1和锥底2，所述锥底2的下部内置圆锥形整流罩Ⅱ7；所述筒体1内设有导流筒3，导流筒3内设有搅拌装置4。所述圆锥形整流罩Ⅱ7的锥角角度为120°，圆锥形整流罩Ⅱ7的底部直径为导流筒3直径的1倍，圆锥形整流罩Ⅱ7的锥体母线为曲边，所述曲边的曲率半径为筒体半径的0.4倍。所述圆锥形整流罩Ⅱ7的顶端设有一开孔6。所述锥底2的锥角角度为60°，底部呈球冠形。所述筒体1为现有传统型结晶器的本体。本实施例所述筒体1、锥底2、圆锥形整流罩Ⅱ7、导流筒3和搅拌装置4均同心安装。
通过ANSYS FLUENT模拟本实施例带整流罩的结晶器，在母液结晶过程中不存在搅拌死角，如图4所示；搅拌效率与现有具有V型锥底的传统型结晶器相比明显得到提高，有利于晶体的快速长大；圆锥形整流罩不作为承压元件，降低了设备成本。本实施例可在现有结晶器上进行改造，结构简单、制造方便。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术方案的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (20)
1.一种带整流罩的结晶器，包括：筒体和锥底，其特征在于：所述锥底的下部内置圆锥形整流罩；所述筒体内设有导流筒，导流筒内设有搅拌装置；所述圆锥形整流罩的顶端设有开孔。
2.根据权利要求1所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述圆锥形整流罩的锥角角度为60～140°。
3.根据权利要求1或2所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述圆锥形整流罩的底部直径为所述导流筒直径的0.8～1.2倍。
4.根据权利要求1或2所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述圆锥形整流罩的锥体母线为直边或曲边。
5.根据权利要求3所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述圆锥形整流罩的锥体母线为直边或曲边。
6.根据权利要求4所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述曲边的曲率半径为所述筒体半径的0.2～1.2倍。
7.根据权利要求5所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述曲边的曲率半径为所述筒体半径的0.2～1.2倍。
8.根据权利要求1或2所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述锥底的锥角角度为45～60°。
9.根据权利要求3所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述锥底的锥角角度为45～60°。
10.根据权利要求4所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述锥底的锥角角度为45～60°。
11.根据权利要求5所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述锥底的锥角角度为45～60°。
12.根据权利要求6所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述锥底的锥角角度为45～60°。
13.根据权利要求7所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述锥底的锥角角度为45～60°。
14.根据权利要求1或2所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述锥底的底部纵截面呈圆弧形。
15.根据权利要求3所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述锥底的底部纵截面呈圆弧形。
16.根据权利要求4所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述锥底的底部纵截面呈圆弧形。
17.根据权利要求5所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述锥底的底部纵截面呈圆弧形。
18.根据权利要求6所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述锥底的底部纵截面呈圆弧形。
19.根据权利要求7所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述锥底的底部纵截面呈圆弧形。
20.根据权利要求8所述带整流罩的结晶器，其特征在于：所述锥底的底部纵截面呈圆弧形。
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