CN105233522A - 一种冷冻结晶装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷冻结晶装置，属于分离提纯领域。该冷冻结晶装置为一段两级冷冻结晶装置，主体结晶设备为两个串联的塔式结晶器，每个塔式结晶器配有强制外循环冷却系统，由循环泵、冷却器和管线组成；并配有外循加热系统，用于加热熔融塔式结晶器排出的晶体。本发明技术方案两个串联的结晶器中溶液结晶温度是递减的，可有效控制结晶过程的过饱和度和晶体生长速率。此外该装置工作的连续性增强，可以两台结晶器一起工作，也可以是当其中一台结晶器出现故障，用另一台结晶器单台工作，灵活性强。

Description

一种冷冻结晶装置

技术领域

本发明属于分离提纯技术领域，具体涉及一种冷冻结晶装置。

背景技术

溶液过饱和度是晶体从溶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和晶体生长速度的快慢。冷冻结晶器是通过降低温度来产生过饱和度，冷冻结晶过程冷冻温度控制非常重要。传统的冷冻结晶器常常采用带搅拌器的单釜式结晶器，结晶器设夹套或内盘管冷却降温，结晶器内温度控制在一个数值附近，搅拌装置使晶液不断循环，低温溶液中产生的晶核不断长大，达到需要的粒度后排出结晶器。并且，在连续的结晶过程中，结晶器内晶体的生长速度通常不快，达不到希望的晶体粒度，需要设置单独的老化器，使晶体在其中停留一段时间继续生长，达到期望的粒径后排出老化器。这种结晶装置存在以下问题：

1)在一个结晶器中，通常只能控制一个结晶温度，不易有效控制结晶过饱和度，从而不能有效控制晶核的形成和晶体生长速度的快慢；

2)釜式结晶器通过夹套或内盘管冷却降温，换热面积小、换热量不大，不适合大规模装置；

3)常常因为冷却速度不均匀，造成产品晶粒大小不均匀，结晶过程形成的细晶影响后续固液分离，甚至造成系统堵塞；

4)带搅拌器的釜式结晶器通常规格较小，处理能力有限，大规模的冷冻结晶分离装置，需要采用多个带搅拌器的釜式结晶器并联的方式，设备数量多，占地面积大；

5)在连续的结晶过程中，结晶器内晶体的生长停留时间短，达不到希望的晶体粒度，需要设置单独的老化器，使晶液在老化器中停留一段时间，让晶体继续生长；

6)由于老化器单独设置，使结晶装置设备数量多，占地面积大。并且，低温结晶液从结晶器流向老化器的管线，可能出现流量低、继续结晶、管线拐弯等情况，从而导致管线堵塞，影响装置的连续运行。

7)出料口设在釜式结晶器下部，析出的晶体沉降到底部后容易造成出料口堵塞。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的技术问题提供一种冷冻结晶装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种冷冻结晶装置，该装置包括两个或两个以上串联的塔式结晶器，所述的塔式结晶器的上部结晶区和下部生长老化区之间设有导流桶，所述导流桶的中部外周侧设有夹套或伴管；所述的塔式结晶器配有强制外循环冷却系统，该强制外循环冷却系统包括循环泵、循环液冷却器和管线；所述的塔式结晶器还配有外循环加热系统，该外循环加热系统包括结晶液泵、结晶液加热器和晶体熔融罐，所述的外循环加热器用于加热熔融塔式结晶器排出的晶体，加热后的熔融晶液输送至结晶器内导流桶的夹套或伴管中，最后进入生长老化区底部，熔融细晶，促进粗晶继续生长。

本发明技术方案中，强制外循环冷却器的换热面积可变，可以设置很大，适合于大规模的冷却结晶装置。为防止外循环冷却器覆盖冰层结垢，其一是设置大的循环量，晶体在其中流化悬浮，以避免晶体沉积结垢。同时，大的循环量可以消除结晶区的高度饱和区，维持均匀的过饱和度，使晶粒大小均匀。而且还可将冷媒切换成热媒，定期清除冰层结垢。

本发明技术方案中，晶体熔融罐是为确保晶体完全融化，升温后的晶液进入晶体熔融罐，停留一段时间完全熔化。升温的外循环液，使部分从结晶器出来的晶体熔解成液体，该液体的温度和纯度比结晶器内高，密度较轻，循环回生长老化区后，作用1是调整生长老化区的温度，熔融细晶，增加生长老化区的过饱和度，使粗晶继续生长，控制晶体粒径大小。作用2是内导流桶伴热，防止导流桶堵塞，作用3是用于冲洗结晶器的出料口，防止导流桶堵塞。作用4是用于防止和解决外循环冷却系统堵塞。通过设计外循环加热系统，可有效保证结晶装置的连续运转和控制晶体粒径大小。

本发明技术方案中，由于大的外循环冷却流体流量，外循环冷却系统中的流体处于湍流状态，并且，使得结晶器上部为过饱和结晶区流体也处于湍流状态，在湍流状态的液体中，形成的晶体处于悬浮状态，并且不断碰撞成核长大；在结晶器下部的晶体生长老化区，流体静置澄清，晶体继续生长，密度重的晶体长大后沉降到结晶器的底部，为了引导降到结晶器的底部的晶体流到出料口，结晶器底部结构平稳缩小，并且通过导流桶的出料冲洗，防止晶体在底部堆积。

本发明技术方案中，为了防止结晶器内导流桶中的晶体在导流桶壁形成冰层，而堵塞导流桶，在导流桶外设夹套或伴热管，向其中通入外循环加热系统的熔融晶液，使导流桶壁温稍高于其内部物料的温度。伴热后，从夹套流出的这些熔融晶液进入结晶器下部的晶体生长老化区，由于熔融晶液的温度高，可以熔融细晶，促进粗晶生长。并且密度小，会向上方出口方向流动，与生长老化区结晶沉降的晶体接触，洗涤净化晶体。

在一些优选的实施方案中，所述的冷冻结晶装置包括两个串联的塔式结晶器，分别为一级塔式结晶器和二级塔式结晶器；所述一级塔式结晶器中循环液出料口依次通过一级循环泵和一级循环液冷却器与一级塔式结晶器的循环液进料口相连，一级塔式结晶器的结晶液出料口依次通过一级结晶液泵和一级结晶液加热器与一级晶体熔融罐相连，所述一级晶体熔融罐的输出端与结晶器的循环晶液入口相连；一级结晶液泵和一级结晶液加热器相连的管路上还设有一支路，该支路与二级塔式结晶器的循环液进料口相连，所述的二级塔式结晶器的循环液出料口，依次通过二级循环泵和二级循环液冷却器，也与该支路相连。所述二级塔式结晶器的结晶液出料口，依次通过二级结晶液泵和二级结晶液加热器，与二级晶体熔融罐相连。所述二级晶体熔融罐的输出端与结晶器的循环晶液入口相连。

本发明方案中，所述的循环液冷却器为一级循环液冷却器或二级循环液冷却器，所述的循环液冷却器包括壳体，该壳体外侧设有夹套，该壳体的内腔中设有至少两个轴，所述轴的一侧设有冷媒进料口，另一侧设有冷媒出料口，在轴上还设有多个楔形中空桨叶，所述的多个楔形中空桨叶沿着轴向螺旋布置；在壳体的两侧分别设有结晶液进料口和结晶液出料口；

优选：所述的楔形中空桨叶包括两个扇形侧板，两个扇形侧板所组成的空间的一侧闭和，另一侧有矩形侧板，两侧扇形侧板所组成的空间的顶端设有三角形圆弧盖板，所述的矩形侧板还与刮板相连。

更为具体的说：浆式冷却器的楔形中空桨叶是由两片扇形侧板、一个三角形圆弧盖板、一个矩形侧板以及其上的刮板共5块薄板焊接而成。桨叶扇形面的左右两端，一端呈矩形，另一端为尖角，为同轴上螺距相同，旋向相反的两部分螺旋面相交而成，其投影像一只楔子。当设备运行时，桨叶的尖角端插入物料，由于扇形侧板的螺旋面为一倾斜面，在与晶体接触时产生的撞击力分散，使附着在传热面上的晶体能够自动清除，维持传热面的光洁，保持高效的热传导性能。而搅拌桨叶交替、分散的压缩(在楔形斜面处)和膨胀(在楔形空隙处)搅拌桨叶面上的晶体，因此，在靠近传热面处的晶体搅拌非常剧烈，传热系数很高。

由于采用本发明的桨式冷却器结构，冷冻形成的晶体和没有结晶的液体在浆式冷却器中交替受到挤压和松弛，基本呈活塞流形式向前运动，强化了换热过程。晶体的停留时间通过调节加料速度、搅拌轴转速、物料充满度等参数可调，换热时间从几分钟到几小时内任意调节。另外，晶体在浆式冷却器内从加料口向出料口移动基本呈活塞运动，停留时间分布窄，因而使晶体换热均匀。

在一些优选的技术方案中：浆式冷却器旋转轴内设置中间隔板，使液态冷媒进入与离开桨叶时各行其道，互不相混，而轴上只开小孔即可。在大型设备中，由于轴内空间较大，在轴内设置一同心圆筒，该同心圆筒中设有两个中间隔板，用两块较窄的隔板与内外筒相连，液态冷媒走环隙。这种结构既可提高轴内液体流动速度，强化轴表面传热，又可减轻冷媒经中间隔热板热传导产生“内耗”。

浆式冷却器中的液态冷媒经空心轴流经楔形中空桨叶，单位有效容积内传热面积很大。楔形中空桨叶传热面具有自清洁功能，物料与楔型面的相对运动产生洗刷作用，能够洗刷掉楔型面上附着物料，使运转中一直保持着清洁的传热面。

本发明技术方案中，所述塔式结晶器的底部设有结晶液出料口，该出料口设有结晶液出料管。该结晶液出料管一部分插入塔式结晶器内部，位于生长老化区下部的晶体浓浆段，该部分的出料管从上到下依次设有结晶液出料口、第二进料孔和第一进料孔，第二进料孔的方向是正对内导流桶，第一进料孔的方向是正对塔式结晶器壳体。其中：第一进料孔和第二进料孔的面积是出料料管内截面积的18～25％，当晶液出料时，在抽吸或重力作用下，晶浆从结晶液出料口、第二进料孔和第一进料孔进入结晶液出料管，第一进料孔和第二进料孔的方向正对水平方向，出料口为从上到下的出料方向。结晶液出料口、第二进料孔和第一进料孔处高度不同，从上到下晶浆浓度由小到大，一般情况下，高度低的地方物料最先流出结晶器，也容易最先堵塞。所以，第一进料孔、第二进料孔和结晶液出料口容易被堵塞的顺序是第一进料孔、第二进料孔和结晶液出料口，本发明技术方案通过在不同方向上设置出料口，有效的防止了结晶出料堵塞问题。而且，出料口堵塞时，可以通过冲洗液口通入熔融晶液，进行冲洗、疏通出料口。

本发明技术方案中，所述塔式结晶器的循环液出料口处设有挡板，该挡板用于防止出料形成涡流，影响下部生长老化区的静置澄清效果。本发明技术方案中，二级结晶液泵和二级结晶液加热器之间设有支路，该支路用于将结晶装置产品晶液输出。

本发明技术方案中，塔式结晶器的长度与直径比大于2；在一些优选的技术方案中，一级塔式结晶器的长度与直径比大于2，二级塔式结晶器的长度与直径比大于2。

本发明技术方案中，一级塔式结晶器和/或二级塔式结晶器的导流桶内均设有搅拌器。在两个结晶器的导流桶内设置搅拌器，或在其中一个结晶器的内导流桶内设置搅拌器，搅拌器主要功能是使晶体向上运动，以控制晶体在结晶器的停留时间，增加晶体的碰撞，从而控制晶体的粒径。是否在内导流桶内设搅拌器，需要依据冷冻物料的特性以及结晶晶体颗粒度的控制要求确定。

本发明技术方案中，结晶器上部过饱和结晶区和下部晶体生长老化区之间用一个喇叭形状的内导流桶连接，导流桶位于塔中心线位置，内导流桶出口延伸到下部晶体生长老化区底部，并且，导流桶出口也是一个扩大的喇叭口。

本发明技术方案的两个塔式结晶器内的温度是递减的。一级结晶器温度高于二级结晶器温度，一级、二级结晶器底部的生长老化区温度可以调整为高于上部的结晶区温度，一级、二级整个过程结晶时间延长，具体结晶时间需要根据原料浓度确定。

本发明的有益效果：

1)在两个串联的结晶器中溶液结晶温度是递减的，可有效控制结晶过程的过饱和度和晶体生长速率。

2)两个相连的塔式结晶器生长老化区澄清分离空间大，停留时间调节余地大，在连续冷冻结晶过程中，可以更有效控制结晶过饱和度和晶体生长速度，有效控制结晶过程。

3)晶体与母液在结晶器内被不断循环混合，晶体的成长时间延长，可以生成大颗粒的晶体，以利于后面的固液分离。

4)装置的连续性增强。可以两台结晶器一起工作，也可以是当其中一台结晶器出现故障，用另一台结晶器单台工作，灵活性强。

5)当其中一个外循环冷却器出现结晶结垢层较严重时，可以短时间关闭该外循环冷却器的冷媒，一段时间后结垢层就会自动消除。

6)结晶器处理能力大。塔式结构结晶器规格大，处理能力大，适用于大规模的冷冻结晶分离装置。

7)老化器设置于结晶器内，结晶装置设备数量减少，占地面积小。结晶液从结晶区流向老化区的管线流量大，无管线拐弯等情况出现。并且，内导流桶设有伴热，老化区还有固液洗涤除杂，老化区温度略高于结晶区，堵塞可能性小，装置的连续性增强。

8)塔式结构的结晶器的独特结构，防堵塞能力强。

9)外循环冷却器换热面积大，适合大规模生产，并且浆式外循环冷却器具有自清洁功能，防冰层堵塞能力强。

10)外循环冷却流量大，流体流动快，使晶体悬浮于液体中，有效消除局部过饱和区，可控制晶体晶粒不出现过快增大。

11)搅拌器设置在内导流桶内较小的空间里，电耗少。

附图说明

图1为本发明所述的冷冻结晶装置图。

图2为一级塔式结晶器和二级塔式结晶器的结构示意图。

图3为循环液冷却器结构示意图。

图4为循环液冷却器轴向正视结构示意图。

图5为循环液冷却器楔形桨叶结构示意图。

图6是液态冷媒循环液冷却器楔形桨叶传热介质流动结构示意图。

其中：1为一级塔式结晶器；2为一级循环泵；3为一级循环液冷却器；4为一级结晶液泵；5为一级结晶液加热器；6为一级晶体熔融罐；7为二级塔式结晶器；8为二级循环泵；9为二级循环液冷却器；10为二级结晶液泵；11为二级结晶液加热器；12为二级晶体熔融罐；13为进结晶装置原料液；14为结晶装置产品晶液；15为原料冷却器；16为原料换热器。

17为导流桶；18为夹套或伴管；19为搅拌器；20为上喇叭口，21为下喇叭口；22为循环液进料口；23为循环液出料口；24为结晶液出料口；25为结晶液出料管；26为第二进料孔；27为第一进料孔；28为冲洗液口；29为熔融晶液进夹套或伴管入口；30为挡板；31为结晶区；32为生长老化区。

33为壳体；34为轴；35为楔形中空桨叶；36为夹套；37为驱动电机；38为减速机；39为结晶液进料口；40为结晶液出料口；41为冷媒进料口；42为冷媒出料口；

43为扇形侧板；44为三角形圆弧盖板；45为矩形侧板；46为刮板；

47为中间隔板Ⅰ；48为同心圆筒；49为中间隔板Ⅱ。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：

一种冷冻结晶装置，该装置包括一级塔式结晶器(1)，所述的一级塔式结晶器(1)的上部为结晶区(31)，下部为生长老化区(32)。在上部结晶区(31)和下部生长老化区(32)之间设有导流桶(17)，所述的导流桶(17)的上部为上喇叭口(20)，导流桶(17)的下部为下喇叭口(21)，所述的导流桶(17)的中部外周侧设有夹套或伴管(18)；所述一级塔式结晶器(1)中循环液出料口(23)依次通过一级循环泵(2)和一级循环液冷却器(3)与一级塔式结晶器(1)的循环液进料口(22)相连，一级塔式结晶器(1)的结晶液出料口(24)依次通过一级结晶液泵(4)和一级结晶液加热器(5)与一级晶体熔融罐(6)相连，所述一级晶体熔融罐(6)的输出端与夹套或伴管熔融的循环晶液入口(29)相连。所述的一级结晶液泵(4)和一级结晶液加热器(5)相连的管路上还设有一支路，该支路与二级塔式结晶器(7)的循环液进料口(22)相连，所述的二级塔式结晶器(7)的循环液出料口(23)依次通过二级循环泵(8)和二级循环液冷却器(9)也与该支路相连，所述二级塔式结晶器(7)的结晶液出料口(24)依次通过二级结晶液泵(10)和二级结晶液加热器(11)与二级晶体熔融罐(12)相连，所述二级晶体熔融罐(12)的输出端与夹套或伴管熔融的循环晶液入口(29)相连。

所述的二级塔式结晶器(7)的上部为结晶区(31)，下部为生长老化区(32)。在上部结晶区(31)和下部生长老化区(32)之间设有导流桶(17)，所述的导流桶(17)的上部为上喇叭口(20)，导流桶(17)的下部为下喇叭口(21)，所述的导流桶(17)的中部外周侧设有夹套或伴管(18)，且所述的导流桶(17)内设有搅拌器(19)。

所述的一级塔式结晶器(1)和二级塔式结晶器(7)的底部的结晶液出料口(24)设有配套的结晶液出料管(25)。所述的结晶液出料管(25)的一部分位于塔式结晶器的内部，该部分的出料管上从上到下依次设有结晶液出料管的结晶液出料口(24)、第二进料孔(26)和第一进料孔(27)；第二进料孔(26)和第一进料孔(27)的面积是出料料管内截面积的18～25％。位于塔式结晶器(1)的外部的出料管上设有冲洗液口(28)。所述的第二进料孔(26)的方向是正对内导流桶，第一进料孔(27)的方向是正对塔式结晶器壳体。

一般情况下，高度低的地方物料最先流出结晶器，也容易最先堵塞。所以，第一进料孔(27)，第二进料孔(26)和结晶液出料口(24)容易被堵塞的顺序是第一进料孔(27)，第二进料孔(26)和结晶液出料口(24)，本发明技术方案通过在不同方向上设置出料口，从而减少堵塞，延长出料口工作时间。

所述的一级塔式结晶器(1)和二级塔式结晶器(7)的循环液出料口(23)设有挡板(30)。

所述的二级结晶液泵(10)和二级结晶液加热器(11)之间设有支路，该支路用于将结晶装置产品晶液(14)输出。

本发明方案中，为了引导降到结晶器的底部的晶体流到出料口，塔式结晶器底部结构平稳缩小，并且通过导流桶的出料冲洗，防止晶体在底部堆积。

本发明方案中，循环液冷却器采用浆式冷却器，该冷却器包括壳体(33)，该壳体(33)外侧设有夹套(36)。该壳体(33)的内腔中设有两个轴(34)。所述轴的一侧设有冷媒进料口(41)，另一侧设有冷媒出料口(42)，在该轴上还设有多个楔形中空桨叶(35)，所述的多个楔形中空桨叶(35)沿着轴向螺旋布置；在壳体(1)的两侧设有结晶液进料口(39)和结晶液出料口(39)。

所述的楔形中空桨叶(35)包括两个扇形侧板(43)，两个扇形侧板(43)所组成的空间的一侧闭和，另一侧有矩形侧板(45)，两侧扇形侧板(43)所组成的空间的顶端设有三角形圆弧盖板(44)，所述的矩形侧板(43)还与刮板(46)相连。

所述轴(34)的设计为：在轴内设置中间隔板Ⅱ(47)，使进入桨叶的液体冷媒与换热后离开桨叶的液体各行其道，互不相混，而轴上只开小孔即可。在大型设备中，由于轴内空间较大，在轴内设置一同心圆筒(48)，该同心圆筒中设有两个中间隔板Ⅰ(49)，用两块较窄的隔板与内外筒相连，冷热液体走环隙。这种结构既可提高轴内液体流动速度，强化轴表面传热，又可减轻冷热液体经中间隔热板热传导产生“内耗”。

一种利用上述冷冻结晶装置进行冷冻结晶的方法，具体如下：

原料液在原料冷却器(15)中冷却降温后，进入原料液换热器(16)，与来自二级循环泵(8)出口的低温贫液换热降温后，进入一级塔式结晶器，经一级循环泵打循环，循环液在一级浆式循环冷却器中冷却降温，温度降低到溶液冰点以下，由于大的外循环冷却量，进入一级塔式结晶器的上部结晶区的物料极剧混合，形成的晶体在其中碰撞成核长大，并悬浮在溶液中，通过安装在结晶器内部的导流桶上喇叭口平稳收集流入导流桶。如在导流桶内部没有安装搅拌器，则固液体混合物通过导流桶沉降进入结晶器下部的生长老化区；如在导流桶内部设有安装搅拌器，则固液体混合物在导流桶内部由于搅拌作用将固液体混合物向上搅动，则增加了结晶停留时间和晶体的碰撞机会，粗晶继续长大，通过搅拌器的固液混合物晶体通过导流桶沉降进入结晶器下部的生长老化区。

由于在导流桶内晶体在继续生长，形成的晶体可能堵塞导流桶，向伴热夹套或伴热管中通入外循环加热系统熔融晶体形成的热液体，确保导流桶金属壁温度稍高于内部物料温度。伴热流体直接进入结晶器下部的生长老化区，熔融底部细晶，促进粗晶继续生长。

在一级塔式结晶器的生长老化区，固液混合物静置分层，粗晶继续长大。内导流桶伴热后的热物料，可以连续或间断地加入结晶器的生长老化区，调整生长老化区的温度，控制生长老化区的过饱和度和晶体生长速度。此过程，老化区的温度通常需要控制在稍高于上部结晶区的温度。热流体加入结晶器的生长老化区后，还会与沉降的晶体逆流接触，洗涤晶体。

在结晶器的生长老化区，固液混合物静置分层后，轻的液体上升到顶部，从循环液出料口排出，去外循环冷却泵，继续冷却后，再返回结晶器上部的结晶区。重的晶体沉降到下部，从图2所示意的特殊出料口排出结晶器。

从图2所示意的特殊出料口排出的结晶液一部分经一级结晶液泵打出去二级结晶器，另一部分晶液去一级晶液加热器加热升温后去一级晶体熔融罐，一级熔融罐中热液体循环回一级结晶器，用于内导流桶伴热、出料口冲洗以及调整生长老化区的温度。

一级结晶液泵送来的晶液到二级塔式结晶器后，经二级循环泵打循环，循环液在二级循环冷却器中冷却降温，由于大的外循环冷却量，进入二级塔式结晶器的上部结晶区的物料极剧混合，晶体在其中碰撞继续长大，并悬浮在溶液中，通过安装在结晶器内部导流桶上的喇叭口，平稳收集流入导流桶。如在导流桶内部没有安装搅拌器，则固液混合物通过导流桶沉降进入结晶器下部的生长老化区；如在导流桶内部设有安装搅拌器，则固液体混合物在导流桶内部由于搅拌作用将固液体混合物向上搅动，则增加了结晶停留时间和晶体的碰撞机会，粗晶继续长大，通过搅拌器的固液混合物晶体通过导流桶沉降进入结晶器下部的生长老化区。

由于在二级塔式结晶器导流桶内晶体在继续生长，形成的晶体可能堵塞导流桶，向到流通的伴热夹套或伴热管中通入外循环加热系统熔融晶体形成的热液体，确保导流桶金属壁温度稍高于内部物料温度。伴热流体直接进入结晶器下部的生长老化区。

在二级塔式结晶器的生长老化区，固液混合物静置分层，粗晶继续长大。内导流桶伴热后的热物料，可以连续或间断地加入结晶器的生长老化区，调整生长老化区的温度，控制生长老化区的过饱和度和晶体生长速度。此过程生长老化区的温度通常需要控制在稍高于结晶区温度。热流体加入结晶器的生长老化区后，还会与沉降的晶体逆流接触，洗涤晶体。

在二级塔式结晶器的生长老化区，固液混合物静置分层后，轻的液体上升到顶部，从循环液出料口排出，去外循环冷却泵，继续冷却结晶返回结晶器上部的结晶区。重的晶体沉降到下部，从图2所示意的特殊出料口排出的结晶液经二级晶液泵打出出结晶器，一部分晶液去二级晶液加热器加热升温后去二级晶体熔融罐，熔融罐中热液体循环回二级结晶器，用于内导流桶伴热、出料口冲洗以及调整沉降分离区的温度。另一部分晶液作为结晶装置产品晶液输出。

实施例1

利用本发明所述的冷冻结晶装置分离对二甲苯的一段两级结晶。

如图1所示，混合二甲苯原料(13)温度为50℃，对二甲苯含量为80wt％，流量为1343.75kg/h，经原料冷却器(15)和原料换热器(16)冷却到20℃后，与循环液并流，经一级循环泵(2)送入一级循环冷却器(3)中冷却降温到9℃后，进入一级塔式结晶器(1)上部结晶区进行结晶。一级结晶器(1)结晶区温度为8℃，压力为常压。

上部结晶区浆液通过内导流桶流入生产老化区底部静置分层，粗晶继续长大，轻的液体上升到顶部，从循环液出料口排出，经一级循环冷却器(3)冷却后，返回一级结晶器(1)上部的结晶区；重的晶体沉降到结晶器(1)底部，从出料口排出结晶器，通过一级结晶液泵(4)，80％结晶液去二级结晶器(7)；20％结晶液经一级晶液加热器(5)加热升温到20℃后，去一级晶体熔融罐(6)，熔融罐中的熔融晶液循环回一级结晶器(1)，用于内导流桶伴热、出料口冲洗以及调整生长老化区的温度，生长老化区的温度控制在9℃。

一级晶液泵(4)送来的晶液，进入二级塔式结晶器(7)上部的结晶区，结晶区温度为4℃，结晶后的晶浆通过内导流桶流入该结晶器下部的生长老化区。

在二级结晶器(7)的生长老化区，固液混合物静置分层后，粗晶继续长大，轻的液体上升到顶部，从循环液出料口排出，去外循环冷却泵，继续冷却结晶返回结晶器上部的结晶区。

重的晶体沉降到结晶器(7)底部，从出料口排出结晶器，通过二级结晶泵(10)，80％的晶浆送出结晶装置去晶浆后处理，晶浆中晶体的平均粒度为350μm。20％的晶液经二级晶液加热器(11)加热升温后，去二级晶体熔融罐(12)，熔融后的循环晶液回到二级塔式结晶器(7)，用于内导流桶伴热、出料口冲洗以及调整生长老化区的温度，生长老化区的温度控制在5℃。

实施例2

按照实施例1的操作条件，采用如图1所示的冷冻结晶装置生产对二甲苯的一段两级结晶方法，其中，原料PX浓度调整为90％。

其结果列于表1中。

实施例3

按照实施例1的操作条件，采用如图1所示的冷冻结晶装置生产对二甲苯的一段两级结晶方法，其中，原料PX浓度调整为94％。

其结果列于表1中。

对比例1

现有的分离对二甲苯的结晶方法。

按照实施例1的进料条件，采用中国专利(专利号CN103664491A)所述的生产对二甲苯的结晶方法，结果列于表1中。

对比例2

现有的分离对二甲苯的结晶方法。

按照实施例2的进料条件，采用中国专利(专利号CN101941883A)所述的生产对二甲苯的结晶方法，结果列于表1中。

对比例3

现有的分离对二甲苯的结晶方法。

按照实施例3的进料条件，采用中国专利(专利号CN104557433A)所述的生产对二甲苯的结晶方法，结果列于表1中。

表1

由表1可以看出，本发明采用一段两级结晶分离对二甲苯的冷冻结晶装置，有效的增加了晶体的平均粒度，有利于后续固液分离，提高固液分离效率，从而提高PX收率。

Claims (10)

1.一种冷冻结晶装置，其特征在于：该装置包括两个或两个以上串联的塔式结晶器，所述的塔式结晶器的上部结晶区和下部生长老化区之间设有导流桶(17)，所述的导流桶(17)的中部外周侧设有夹套或伴管(18)；所述的塔式结晶器配有强制外循环冷却系统，该强制外循环冷却系统包括循环泵、循环液冷却器和管线；所述的塔式结晶器还配有外循环加热系统，该外循环加热系统包括结晶液加热器和晶体熔融罐，所述的外循环加热器用于加热熔融塔式结晶器排出的晶体，加热后的熔融晶液输送至夹套或伴管(18)中，最后进入结晶器生长老化区底部。

2.根据权利要求1所述的冷冻结晶装置，其特征在于：该装置包括两个串联的塔式结晶器，分别为一级塔式结晶器(1)和二级塔式结晶器(7)；所述一级塔式结晶器(1)中循环液出料口(23)依次通过一级循环泵(2)和一级循环液冷却器(3)与一级塔式结晶器(1)的循环液进料口(22)相连，一级塔式结晶器(1)的结晶液出料口(24)依次通过一级结晶液泵(4)和一级结晶液加热器(5)与一级晶体熔融罐(6)相连，所述一级晶体熔融罐(6)的输出端与结晶器循环晶液入口(29)相连；一级结晶液泵(4)和一级结晶液加热器(5)相连的管路上还设有一支路，该支路与二级塔式结晶器(7)的循环液进料口(22)相连，所述的二级塔式结晶器(7)的循环液出料口(23)依次通过二级循环泵(8)和二级循环液冷却器(9)也与该支路相连，所述二级塔式结晶器(7)的结晶液出料口(24)依次通过二级结晶液泵(10)和二级结晶液加热器(11)与二级晶体熔融罐(12)相连，所述二级晶体熔融罐(12)的输出端与结晶器循环晶液入口(29)相连。

3.根据权利要求1或2所述的冷冻结晶装置，其特征在于：循环液冷却器为一级循环液冷却器(3)或二级循环液冷却器(9)，所述的循环液冷却器包括壳体(33)，该壳体(33)外侧设有夹套(36)，该壳体(33)的内腔中设有至少两个轴(34)，所述轴的一侧设有冷媒进料口(41)，另一侧设有冷媒出料口(42)，在轴上还设有多个楔形中空桨叶(35)，所述的多个楔形中空桨叶(35)沿着轴向螺旋布置；在壳体(1)的两侧分别设有结晶液进料口(39)和结晶液出料口(39)；

优选：所述的楔形中空桨叶(35)包括两个扇形侧板(43)，两个扇形侧板(43)所组成的空间的一侧闭和，另一侧有矩形侧板(45)，两侧扇形侧板(43)所组成的空间的顶端设有三角形圆弧盖板(44)，所述的矩形侧板(43)还与刮板(46)相连。

4.根据权利要求1或2所述的冷冻结晶装置，其特征在于：导流桶(17)内设有搅拌器(19)。

5.根据权利要求2所述的冷冻结晶装置，其特征在于：一级塔式结晶器(1)和二级塔式结晶器(7)的底部的结晶液出料口(24)设有配套的结晶液出料管(25)。

6.根据权利要求5所述的冷冻结晶装置，其特征在于：结晶液出料管(25)的一部分位于塔式结晶器的内部，该部分的出料管上从上到下依次设有第二进料孔(26)和第一进料孔(27)，位于塔式结晶器(1)的外部的出料管上设有冲洗液口(28)。

7.根据权利要求6所述的冷冻结晶装置，其特征在于：第二进料孔(26)的方向是正对内导流桶，第一进料孔(27)的方向是正对塔式结晶器壳体。

8.根据权利要求2所述的冷冻结晶装置，其特征在于：一级塔式结晶器(1)和二级塔式结晶器(7)的循环液出料口(23)设有挡板(30)。

9.根据权利要求2所述的冷冻结晶装置，其特征在于：二级结晶液泵(10)和二级结晶液加热器(11)之间设有支路，该支路用于将结晶装置产品晶液输出。

10.根据权利要求2所述的冷冻结晶装置，其特征在于：一级塔式结晶器(1)的长度与直径比大于2，二级塔式结晶器(7)的长度与直径比大于2。