CN105617708B - 一种振动式雾化蒸发结晶装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动式雾化蒸发结晶装置，包括雾化结晶单元及振动单元。振动单元包括机架以及位于机架内部的电机和偏心轮；电机通过支架与机架相连，电机与其下方的偏心轮通过传动轴连接，偏心轮设置于振动盘片上，振动盘片又通过振动轴承与扭力杆连接，振动轴承的保持架固定于机架上，扭力杆的另一端与雾化结晶单元相连。雾化结晶单元的主体为雾化结晶室，该雾化结晶室的顶端分别设有热空气管和连有原液管路的高速离心雾化器，其底端连有回风管路；雾化结晶室的上部设有整流器。本发明具有防垢和除垢双重功能，省去了常规雾化蒸发结晶设备需周期性停机除垢的操作工序，实现了连续操作，显著提高了装置的运行效率和结晶产物的收集率。

Description

一种振动式雾化蒸发结晶装置

技术领域

本发明属于化工结晶分离领域，具体涉及一种化工结晶分离装置。

背景技术

雾化蒸发结晶器是化工生产过程中加速液体结晶和固态干燥广泛采用的设备，适用于以高浓度溶液、乳液、悬浮液和糊状液体为原料生产粉状、颗粒状固体产品，当对产品的颗粒形状、大小分布、含水量和堆积密度有较严格的标准时，雾化蒸发结晶是一种十分理想的工艺。目前大多数雾化蒸发结晶器的工作形式是：空气经过滤和加热，进入设备顶部空气分配器，热空气呈螺旋状均匀地进入结晶室。液体原料被顶部高速离心雾化器雾化成极细微的液滴，与热空气并流接触后在极短的时间内结晶，连续地从结晶室底部输出，经旋风分离器分离后得到产品，热空气由引风机排空。

由于雾化液滴中的溶质在结晶室结晶成粉状物质，因而极易粘附在结晶室内壁，随着设备运行时间的增加，结晶物大量地聚积在内壁，从而影响产品产量。目前，主要通过对结晶室内壁进行抛光和增加气锤来减轻结垢对生产的影响。内壁抛光可降低粉状物质和设备间的结合力，通过气锤对设备施加的激振力使结晶室振动，从而将粘附在内壁的结晶物抖落到底部回收。以上方式虽然对抑制因结晶物粘附而结垢具有一定的效果，但较为被动，往往是在设备已出现严重结垢的情况下才进行清除。对于连续生产有严格要求的情形，往往需采用更为主动且有效的防垢方式来对雾化蒸发结晶器进行改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种振动式雾化蒸发结晶装置，采取主动防垢、去垢方式，抑制结晶室内壁的粘附作用，以弥补现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采取的具体技术方案为：

一种振动式雾化蒸发结晶装置，其特征在于，包括雾化结晶单元及与其相连的振动单元。

所述振动单元包括形成结构框架的机架，以及位于框架内部的电机和偏心轮；其中，所述电机通过支架与机架相连，所述电机与其下方的偏心轮通过传动轴连接，所述偏心轮设置于振动盘片上，所述振动盘片又通过振动轴承与扭力杆连接，所述振动轴承的保持架固定于机架上，所述扭力杆的另一端与所述雾化结晶单元相连。

所述雾化结晶单元的主体为雾化结晶室，该雾化结晶室的顶端分别设有热空气管和连有原液管路的高速离心雾化器，该雾化结晶室的底端连有回风管路；所述雾化结晶室的上部设有整流器。

所述的整流器为一空心圆柱，空心圆柱中心处嵌有所述高速离心雾化器，空心圆柱一侧与热空气管连接；该整流器内部设有导流格。

所述的导流格是整流器内部根据横截面划分成的多个上宽下窄的倒扇形圆台。

所述雾化结晶室的外壁上环有卡套，卡套又通过卡箍与雾化结晶室外壁固定；且所述扭力杆与该卡套固定连接。

所述扭力杆为一直角弯杆，其直角弯内侧设有保证强度的加强筋。

所述热空气管和回风管路上均设有补偿器。

所述卡箍与卡套之间填充有橡胶垫。

所述的振动单元为一高频震源，其为雾化结晶室提供频率为50~70Hz的激振力。

本发明的特点在于集成了配置有整流器的雾化结晶室和振动单元。设有振动单元能够主动防垢、除垢，通过高频振动在装置内壁上产生的剪切作用来降低结晶物与设备间的结合力，降低装置内壁的结垢倾向；雾化结晶室内设有整流器对热气流在雾化结晶室的分布形式进行控制，使得原料中溶质的结晶过程主要发生在结晶室中部，只有较少部分发生在结晶室内壁附近，从根本上减少了结晶的粉状物质同设备内壁间的碰撞粘附机会和与设备内壁间的结合作用。

因此，本发明具有防垢和除垢双重功能，省去了常规雾化蒸发结晶设备需周期性停机除垢的操作工序。利用该发明处理高浓度溶液，实现了连续操作，显著提高了装置的运行效率和结晶产物的收集率。实验表明，采用本发明处理浓盐水并回收粗盐，晶体收集率可达85%以上，较常规雾化蒸发结晶器提高20~30%。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图。

图2为本发明中的雾化结晶室的结构示意图。

图3为本发明中的整流器的结构示意图。

图4为本发明中的扭力杆的结构示意图。

图5为本发明中扭力杆与卡套的连接方式示意图。

其中：1—雾化结晶室，2—热空气管，3—卡套，4—回风管路，5—卡箍，6—机架，7—电机，8—扭力杆，9—支架，10—振动盘片，11—振动单元，12—原液管路，13—补偿器，14-高速离心雾化器，15—振动轴承，16—偏心轮，17—传动轴，18—整流器，19—导流格，20—加强筋，21—刚接柱脚，22—螺杆，23—雾化结晶单元。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

本发明公开了化工结晶分离技术领域中一种振动式雾化蒸发结晶装置的结构形式。

一种振动式雾化蒸发结晶装置，包括雾化结晶单元23及与其相连的振动单元11。

如图2所示，所述雾化结晶单元23的主体为一圆柱形的雾化结晶室1，该雾化结晶室1的顶端分别设有热空气管2和连有原液管路12的高速离心雾化器14，该雾化结晶室1的底端连有回风管路4；所述雾化结晶室1的上部设有整流器18；所述热空气管2和回风管路4上均设有补偿器13，以减轻高频振动对与雾化结晶室1相连接的其它设备和管路的影响。原料液经过原液管路12输送到高速离心雾化器14内，为保证雾化后的液滴直径小于20μm，高速离心雾化器14的转速应达到2000rpm以上，在离心力作用下雾化成为直径20μm以下的微小液滴，此与热空气管2输送的高温空气在雾化结晶室1内并流接触，液滴中的水分迅速蒸发成为水汽，溶质则由于水分的蒸发而结晶成粉状结晶物，水汽和粉状结晶物随热空气进入回风管路4排出雾化结晶室1，最后经过后续的气固分离处理即可获得结晶产物。

如图1所示，所述振动单元11包括形成结构框架的机架6，以及位于框架内部的电机7和偏心轮16；其中，所述电机7通过支架9与机架6相连，所述电机7与其下方的偏心轮16通过传动轴17连接，所述偏心轮16设置于振动盘片10上，所述振动盘片10又通过振动轴承15与扭力杆8连接，所述振动轴承15的保持架固定于机架6上，所述扭力杆8的另一端与所述雾化结晶单元23相连。电机7作为振动单元11的驱动力，带动传动轴17及偏心轮16高速旋转产生的离心力作为激振力，激振力频率为50~70Hz，通过振动盘片10将此激振力传递到扭力杆8。在高频激振力的作用下，雾化结晶室1持续作微小振幅振动，由于振动的剪切作用，降低了粉状结晶物与雾化结晶室1内壁的结合力，导致新形成的结晶物无法牢固的与设备粘附，已形成的结垢由于持续的振动被抖落到结晶室1底部，从而降低了设备的结垢倾向，提高了结晶产物的收集率。

如图3所示，所述的整流器18为一空心圆柱，空心圆柱中心处嵌有所述高速离心雾化器14，空心圆柱一侧与热空气管2连接；该整流器18内部设有导流格19；所述的导流格19是整流器18内部根据横截面划分成的多个上宽下窄的倒扇形圆台。在进入雾化结晶室1之前，经过整流器18整流，整流后的热气流向雾化结晶室1竖向中心处作旋流运动，使得整个雾化结晶室1的温度分布形式为竖向中心处温度最高，由离竖向中心向周边内壁方向上温度呈逐渐降低趋势，这样大部分雾滴的结晶过程发生在竖向中心区域处，仅有少部分发生在雾化结晶室1内壁附近区域处，降低了装置内壁的结垢倾向。

所述雾化结晶室1的外壁竖向1/2位置处环有卡套3，卡套3又通过10-12只卡箍5与雾化结晶室1外壁固定，卡箍5与卡套3之间填充有2~4mm厚、弹性模量5~8MPa的橡胶垫，应尽可能选取范围内弹性模量较大的橡胶垫，防止弹性模量较小的橡胶垫对高频振动的缓冲作用，减小振动单元11传递到雾化结晶室1上的激振力；且所述扭力杆8与该卡套3固定连接；所述扭力杆8为一直角弯杆，两直角边的比例控制范围为1：2~1：3；且其直角弯内侧设有保证强度的加强筋20，如图4所示。

如图5所示，所述卡套3圆环对接处两侧以及扭力杆8的端部各焊接一个刚接柱脚21，再分别以3颗螺杆22固定，即构成三角形固定结构，使得振动单元11与雾化结晶室1能够稳定连接。

实施例1

利用本发明处理盐场外排苦卤水的工艺过程为例。当处理苦卤水量为50kg/h，设计雾化结晶室1的内径为1.8m，高度为2.5m；雾化结晶室1的顶部整流器18直径0.9m，与整流器18连接的热空气管2截面尺寸为0.8×0.8m，热空气管2与设备外部管路间设置补偿器13，用于吸收因振动单元11高频振动引起的横向、纵向和轴向位移，补偿器13截面尺寸为1.0×1.0m；高速离心雾化器14直径为0.225m，功率550W，转速2800rpm，喷雾量0~50kg/h可调，与高速离心雾化器14连接的聚四氟乙烯原液管路12的管径为Ø20mm。雾化结晶室1的底部连接回风管路4，回风管路4管径为Ø800mm，其截面面积小于整流器18，导致雾化结晶室1的回风速度大于进风速度，这样可使雾化结晶室1底部处于负压状态，有利于结晶粉末被吸入回风管路4。

振动单元11的机架6尺寸为1.2×1.2×1.8m，电机7的功率为750W，通过支架9与机架6固定，偏心轮16和传动轴17与电机7匹配，在电机7、偏心轮16和传动轴17的配合作用下，振动盘片10产生频率为60Hz的高频振动，并通过扭力杆8将激振力传递到卡套3上，卡套3通过卡箍5与雾化结晶室1连接，再将激振力传递到雾化结晶室1上。卡箍5均匀地布置于雾化结晶室1外壁竖向1/2位置处，各卡箍5间隔角度为30~36°，数量为10~12只。通过振动单元11的振动作用，使得粘附在装置内壁上的结晶物脱落得以回收。

雾化结晶室1内部设置的整流器18为一空心圆柱，空心圆柱中心处嵌入高速离心雾化器14，空心圆柱侧面与热空气管2以蜗壳形式连接，整流器18圆柱内部横截面平均划分成6个独立的导流格19，导流格19为上宽下窄的倒扇形圆台。热空气从热空气管2进入整流器18内部后，经过导流格19的分割作用，形成了6股螺旋向下的空气束，并且由于导流格19上宽下窄的设计形式，热空气首先流向雾化结晶室1竖向中心处。因此，在整个结晶室1内部存在一个温度梯度，即竖向中心处温度较高，而靠近内壁侧温度较低，这样大大降低了结晶物在装置内壁上粘附的可能性。

1）振动单元11的制作（见图1、图4）：

第一步：制作机架6，材质为304不锈钢方管（截面40×40mm，管壁1.5mm），机架6尺寸为1.2×1.2×1.8m。将电机7通过支架9固定到机架6上，支架9为304不锈钢圆杆，其两端分别用螺杆与机架6和电机7紧固。

第二步：分别安装与电机7匹配的传动轴17、偏心轮16和振动盘片10，以上部件材质均为304不锈钢，将偏心轮16中固定偏心块与可调偏心块之间的夹角调节至15°，振动盘片10的直径为300mm，厚度28mm。

第三步：通过振动轴承15将振动盘片10与扭力杆8连接，振动轴承15的保持架与机架6固定，扭力杆8穿入振动轴承15的振动体与振动盘片10刚接。扭力杆8为一材质为304不锈钢的90°弯杆，直接弯内侧需焊接加强筋20以保证扭力杆8强度。

2）雾化结晶室1的制作（见图2、图3）：

第一步：雾化结晶室1的主体为圆柱形，下部收集斗为圆锥形，利用剪板机和卷板机将厚度为8mm的304不锈钢钢板加工成内径为1.8m，高度为2.0m的圆柱主体和高度为0.5m的圆锥收集斗。在结晶室1的顶部预留直径0.9m的整流器18接口，底部预留直径Ø800mm的回风管路4接口。另对结晶室1的内壁作抛光处理，增大内壁的光滑度，目的是减小结晶体和内壁之间的粘附力。

第二步：整流器18为一直径0.9m的空心圆柱，用304不锈钢板将圆柱内部横截面平均划分隔成6个导流格19，导流格19为倒扇形圆台，上部宽阔，下部狭窄。将制作完成的整流器18嵌入雾化结晶室1的圆柱形内部，同时满焊固定，将高速离心雾化器14嵌入整流器18的内部圆环，同样满焊固定。整流器18与热空气管2以蜗壳形式焊接固定。

第三步：在高速离心雾化器14上方中心处的进液孔上连接直径15~20mm的聚四氟乙烯原液管路12，并用喉箍固定。在雾化结晶室1底部预留的接口上焊接回风管路4。热空气管2和回风管路4上焊接有法兰，用于连接带有法兰的补偿器13。

3）雾化结晶室1与振动单元11的连接（见图2、图5）：

第一步：在雾化结晶室1的外壁竖向1/2处，均匀地焊接12只卡箍5，两两间隔角度为30°，卡箍5卡环内侧安装厚度为4mm、弹性模量8MPa的橡胶垫，用于填充卡套3与卡箍5之间的空隙，确保激振力从振动单元11到雾化结晶室1间的传递。

第二步：制作卡套3，加热直径为24mm的304不锈钢圆棒，使用折弯机将其弯曲成直径为1.8m的圆环，放入卡箍5内并将卡环锁死。在卡套3圆环对接处两侧各焊接一个刚接柱脚21，以备后续和扭力杆8连接，构成一个刚接结构。

第三步：在扭力杆8的端部焊接一个刚接柱脚21，与卡套3圆环两侧的刚接柱脚21分别以3颗螺杆22固定，构成三角形固定结构，这样使得扭力杆8与卡套3形成一个整体构件，实现了激振力从振动单元11到雾化结晶室1的传递。

以上实施例仅是本发明若干种优选实施方式中的一种，应当指出，本发明不限于上述实施例；对于本领域内的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种振动式雾化蒸发结晶装置，其特征在于，包括雾化结晶单元(23)及与其相连的振动单元(11)；所述振动单元(11)包括形成结构框架的机架(6)，以及位于框架内部的电机(7)和偏心轮(16)；其中，所述电机(7)通过支架(9)与机架(6)相连，所述电机(7)与其下方的偏心轮(16)通过传动轴(17)连接，所述偏心轮(16)设置于振动盘片(10)上，所述振动盘片(10)又通过振动轴承(15)与扭力杆(8)一端连接，所述振动轴承(15)的保持架固定于机架(6)上，所述扭力杆(8)的另一端与所述雾化结晶单元(23)相连。

2.如权利要求1所述的雾化蒸发结晶装置，其特征在于，所述雾化结晶单元(23)的主体为雾化结晶室(1)，该雾化结晶室(1)的顶端分别设有热空气管(2)和连有原液管路(12)的高速离心雾化器(14)，该雾化结晶室(1)的底端连有回风管路(4)；所述雾化结晶室(1)的上部设有整流器(18)。

3.如权利要求2所述的雾化蒸发结晶装置，其特征在于，所述的整流器(18)为一空心圆柱，空心圆柱中心处嵌有所述高速离心雾化器(14)，空心圆柱一侧与热空气管(2)连接；该整流器(18)内部设有导流格(19)。

4.如权利要求3所述的雾化蒸发结晶装置，其特征在于，所述的导流格(19)是整流器(18)内部根据横截面划分成的多个上宽下窄的倒扇形圆台。

5.如权利要求2所述的雾化蒸发结晶装置，其特征在于，所述雾化结晶室(1)的外壁上环有卡套(3)，卡套(3)又通过卡箍(5)与雾化结晶室(1)外壁固定；且所述扭力杆(8)与该卡套(3)固定连接。

6.如权利要求1所述的雾化蒸发结晶装置，其特征在于，所述扭力杆(8)为一直角弯杆，其直角弯内侧设有保证强度的加强筋(20)。

7.如权利要求2所述的雾化蒸发结晶装置，其特征在于，所述热空气管(2)和回风管路(4)上均设有补偿器(13)。

8.如权利要求5所述的雾化蒸发结晶装置，其特征在于，所述卡箍(5)与卡套(3)之间填充有橡胶垫。

9.如权利要求2所述的雾化蒸发结晶装置，其特征在于，所述的振动单元(11)为一高频震源，其为雾化结晶室(1)提供频率为50～70Hz的激振力。