CN1061728A - 通过结晶从液体混合物中分离物质的装置 - Google Patents

Abstract

一条环形钢带(12)在箭头(65)方向上移动。带 (12)的上段(17)由从喷嘴(43，59)射出的冷却剂冷 却或加热。加料工位(21)供给液体混合物，其沿结晶 表面(11)向下流动。结晶表面(11)上形成的晶体层 逆流向上移动。剩余的液体即所谓的母液已经基本 不含可结晶的物质，并向下流动。用于改变结晶表面 倾斜角(α)的装置(22)使得可用简单方式按照结晶工 艺的需要调整结晶装置。

Description

本发明涉及一种通过结晶从液体混合物中分离物质的装置，所说装置包括：一个结晶表面，该表面由一段环形带的一侧面提供，该段环形带以一个角度倾斜;该环形带的驱动装置;用于冷却或加热该段环形带另一侧面的冷却或加热装置;和至少一个用于将液体混合物提供至该结晶表面上的加料工位。

德国专利申请公开公报第1769123号描述了一种通过分级结晶从液体混合物中分离物质的方法和装置。在该方法中，液体混合物以湍流形式间接流过被冷却的结晶表面，并且该结晶层达到一定厚度之后，以熔化法从该结晶表面上除去。这种已有技术的层结晶方法，需要使用结晶器，在该结晶器中通过许多平行设置的立管提供立式冷却或在特定情况下的加热壁。液体混合物在管内以薄膜形式从顶部流到底部，而在管外侧是冷却剂。该冷却剂以薄膜形式在结晶器管外流动，由于过冷作用致使在内壁上流动的薄膜中形成局部结晶中心，而局部结晶中心不断生长成为一个连续层。当沉积的结晶层达到一定厚度时，它却会被熔化。因此这种方法的缺点是：它必须是间歇式的，并且因此，每一循环之后，必需加热和冷却所有的装置。这将需要相当多的能量并增加了循环周期。由于高的温度梯度和小的物质传导面会相对降低结晶产生的纯度，因此通常该方法是分几级进行的。该文献建议以不同步骤或级别的循环实行分离。前一循环的N+1级的母液被用作N-1级的晶体熔化液，并且N级的母液被用作下一个循环N-2级的晶体熔化液。这种方法因苏尔采（Sulzer）-MWB结晶法（S.J.简西斯发表于1988年第4期的苏尔采技术杂志的“苏尔采-MWB分级结晶系统”）而出名。

US3603103公开了一种方法，其中，由带有刮料机构的冷却器形成的晶体被送入一个柱塔的中部。在此塔中以逆流方式供入晶体和被净化的液体混合物（也常常称之为熔化物）。并要控制熔化物的温度，以使得其通过柱塔时晶体也生长。在塔的末端晶体被熔化。分离出熔化晶体的一部分作为最终产品而另一部分以逆流形式返回到塔中生长的晶体中。在塔的另一端，取出具有较高杂质的剩余部分，亦即所谓的母液。这种方法的优点是它为连续的。这种逆流提供了强烈的物质交换。但是，该方法具有的缺点是会产生强烈的轴向混合。因此，显著降低了结晶得到的分离作用。这时，生长的晶体输送中粘附的熔化物，和以逆流形式流动的熔化物都输送细小的晶体。

欧洲专利申请公开公报第0167401号描述了一种用于分离或净化有机物质的结晶装置。该结晶装置包括三个垂直的同心中空圆筒。在内部和中部空心圆筒之间是一个用于容纳冷却流体的第一空间。在中部和外部空心圆筒之间是一个用于容纳待净化熔化物的第二空间。中部空心圆筒的外侧形成结晶表面。第一空间具有冷却流体的入口和出口。第二空间具有一个待净化熔化物的入口和一个熔化结晶产品（即纯净产品）的出口，以及一个杂质产品的出口。在第二空间中设置有一个挡板，它位于待净化熔化物入口的直径相对一侧，以防止熔化的结晶产品流过。使用一个电加热器以熔化结晶产品。该结晶装置工作时，结晶表面朝向纯净产品出口的方向缓慢地转动。在上述通路的结晶表面上形成一个晶体层。并由电加热器熔化该晶体层。依靠出口阀的调节，或多或少的熔化结晶产品会流过出口，而其余部分则朝入口流回第二空间中，它与待净化熔化物混合并进一步流向杂质产品的出口。在此路途中，晶体进一步沉积在结晶表面上。由于在此通路上，熔化物含有愈来愈少的在结晶表面温度下可结晶的材料，因此在杂质产品出口附近就很难再发生结晶。在杂质产品出口设置有一个阀。此外，如果希望的话可设置一个泵，用于将一部分杂质产品再输送到入口，以便进一步结晶。

上述结晶装置具有的明显缺点是第一空间中的冷却液使整个结晶表面具有基本相同的温度。因此，在已经具有相对较薄厚度的结晶层情况下将不再发生结晶。故效率相对较低。其进一步的缺点是：由于摩擦、在边缘处较快的冷却、以及通过出口的部分液流的流动，将使得熔化的结晶产品的回流速度不是处处相同的。此外，不可能控制其发汗作用。

公开的欧洲专利申请第0063688号揭示了一种结晶装置，它特别适用于过冷的熔化物。这种装置包括一个预结晶装置和一个水平的冷却带，并且具有在不需要向预结晶装置中加入附加的晶种材料的条件下能提供最佳成核速度和高的成核数的能力。在该预结晶装置中，以薄膜形式开始成核，并且预结晶熔化物以厚层形式供到冷却带上便在其上发生结晶。这种结晶装置特别适用于过冷熔化物的结晶，并且该专利申请没有包括任何关于使用该装置以结晶方法能进行物质分离的建议。

法国专利1220220公开了多个不同的结晶装置，其中之一具有一个倾斜的结晶表面。该结晶表面由一段环形带的一侧面形成。在该段带的下方是一个冷却装置，而在该段带的上方是一个加料工位，用于将液体混合物加到结晶表面上。这种装置的缺点是倾斜结晶表面的倾斜度是不可变的。进一步的缺点是：在该段结晶表面上不能具有任意可选择的温度分布。它也没有提供回流管以使得能够洗涤结晶层。

本发明目的是提供一种至少能部分消除以上所提及缺点的装置。

按照本发明，设有用于改变其倾斜角的装置。这种装置使得能够进行节省能量的连续工作。与已有技术的层结晶相比，在晶体的结晶和熔化步骤之间没有间歇转换，亦即在熔化状态下母液以及熔化的结晶产品朝下流动，而结晶产品和待净化混合物以逆流形式在相反的方向上运动。这种装置不仅允许进行连续的工作，并且也具有逆流时不发生轴向回搅所带来的优点。因此，产品的分离是非常好的。同时没有被液体混合物夹带的悬浮晶体。与悬浮晶体相比，晶体层和液体混合物之间的边界区域小几个数量级。因此，结晶产品所夹带的液体混合物数量是非常小的。且在重力作用下液体混合物经过结晶表面。

液体混合物能以薄膜形式向下流动。这将使得可基本均匀地润湿结晶表面或润湿已经形成的晶体层。而用于改变倾斜角的装置则使得能以一种简单的方式让该装置适应于该方法的需要。根据待处理产品，这些需要可能有较大的改变。通过调节倾斜角，就能够调节液体混合物在结晶表面或在结晶层上的停留时间。因此，倾斜角是一个改变结晶层和熔化物之间相对速度的影响要素。该驱动装置最好是速度可控的。这就使得可将带的速度调整至与流动速度相协调。这样与倾斜角的调整一起能实现一个最佳的分离作用。

最好设置用来在结晶表面上治液体混合物流动方向实施温度分布的装置。用这种方法，就能够补偿结晶层的隔热作用，从而在整个有效的带段上得到均匀的晶体生长速度。同时也能够用一个选定一个有效带段的装置，通过对每个工艺步骤选择相适宜的温度分布来完成不同的工艺步骤。

也可以设置一个通到第一加料工位的母液回流管。用这种方法，能够获得母液的附加结晶。但是，也可以设置一个通到第二加料工位的母液回流管，该第二加料工位置于第一加料工位的下游侧。在某些情况下，也可适当地设置多个第二加料工位，它们在流动方向上前后依次安置，用这种方法也可进一步获得希望的出自母液的结晶产品。这就使得生产工艺进一步最佳化。

设置一个通至位于第一加料工位上游侧的第三加料工位回流管是有益的。这样可允许洗涤位于结晶表面上的结晶产品。用这种方法，可将附着于结晶产品上的母液和通过发汗析可能熔化的结晶产品洗涤掉。

为进行发汗，可以设置用液体介质加热上部带段的下侧面的装置，其加热位置在第一加料工位的上游侧。通过这些或其他装置，处于结晶表面上的结晶产品可进行发汗。通过选择合适的温度能得到部分熔化的发汗。具有较低熔点的那一部分即杂质部分熔化。该熔化的杂质以液滴形式从结晶层中析出。由于它们使人想起发汗的液滴，因此这一过程被称之为发汗。在本方法中，熔化的部分向下流动并且能同母液混合一起在下游侧被除掉。

本实施方案的一个优点在于：在同一结晶装置中能同时发生结晶和发汗，因此不需要附加设备和附加用时。

用于物质分离的装置最好包括一个用于取下结晶产品的剥离器。这样做的优点是可获得薄片状的结晶产品。与获得液体形式的已有技术相对比，它不需要附加装置就可获得薄片产品。

按照本发明的一个优选实施方案，环形带、冷却和/或加热装置、以及一个或几个加料工位是置于一个可绕一个轴倾斜的框架上。这种结构的优点是当改变结晶表面的倾斜角时，不需要调节装置的其他部分。

再一个优选解决方案是，每一加料工位可在一滑板上沿着一个平行于该带的上部带段设置的导轨移动。这样将能够容易地调节加料工位并且也将允许以此方式选择结晶、洗涤、以及发汗区域的有效长度。又能够在装置的操作过程中进行上述调节。通过选择有效区域的长度以及温度分布还能够仅用一个装置实现多级结晶工艺。

本发明也涉及该装置在苏尔采-MWB工艺中的使用。这种使用仍具有在单个结晶装置中发生多级结晶的优点。

现在参照附图描述一个本发明的实施方案。

示意图表明的连续结晶装置具有一个循环的结晶表面11。结晶表面11由环形带12的上侧面构成，该环形带12由下部滚轮13和上部滚轮15引导。在任何时候，仅仅上部带段17的上侧面作为结晶表面。环形带12最好是一个金属带，例如，一个钢带。当然也可以考虑使用具有足够导热性的其他材料。由驱动装置（未示出）在箭头方向上驱动滚轮13、15中的一个。滚轮13、15设置在框架19上，框架19可绕轴20倾斜，以便能够改变倾斜角α。可以采用一个液压缸作为调节装置24。由于上部带段17以一个倾斜角倾斜，因此，液体混合物能够靠重力作用在结晶表面11上移动。

序号21表示用来将液体混合物加到结晶表面11上的第一加料工位。该加料工位21置于带段17的中部附近或中部上方。序号23表示一个装母液的容器，而序号25表示一个装结晶产品的容器。同时，回流管27从容器23通至第一加料工位和/或回流管29通至第二加料工位31。第二加料工位31置于第一加料工位21的下游侧并位于带段17下部约四分之一处。回流管33从容器25通至第三加料工位35，其（35）置于第一加料工位21的上游侧。每一加料工位21、31、35都可在浴板21′、31′、35′上沿导板36移动。因此，这些加料工位可以沿结晶表面11移动。加热装置37用于熔化容器25中的结晶产品，以便能够通过回流管33反馈结晶产品。冷却装置39基本包括：冷却机组41、带有许多喷嘴43的管道42、收集槽45、回流管47、冷却流体贮罐49、以及泵51。通过喷嘴43能使用如水那样的流体介质冷却上部带段17的下侧面。如果结晶产品的熔点高于环境温度，可以用加热代替冷却。

此外，能够在作用位置通过控制冷却流体即一个喷嘴或多个喷嘴43的温度及数量有效地进行后下侧冷却带段17，用这种方法就可以在结晶表面11上施加所希望的温度分布。作为例子，这种方式能用于补偿晶体层导致的隔热作用。亦即一种允许与质量平衡无关地控制能量平衡的温度分布。

设置有加热装置53，它能通过流体介质在第一加料工位上游侧加热上部带段17的下侧面，以使结晶产品发汗。为此目的能利用冷却机组41的废热。用此废热加热一个罐。来自该罐的热介质通过管道57供入喷嘴59，而喷嘴59将此热介质射向上部带段17的下侧面。同时，热介质还能通过槽61和管道63流回贮罐55。

在装置运转时，上段17沿箭头65的方向移动。准备通过结晶法分离的液体混合物在加料工位21施加到结晶表面11上。这些液体混合物就在结晶表面上向下流动，并在结晶表面11上形成结晶层22，它随带12向上移动。而剩余的液体即所谓的母液已基本上不含可结晶的物质，就向下流入容器23。最后，可通过管道27和/或29使母液再循环，以便使含在母液中的可结晶物质析出。通过在带段17的上部加热结晶表面11使结晶产品发汗。用剥离器69将结晶产品卸入容器25中。最后，由加热装置37加热熔化的结晶产品可通过管道33返回，以洗涤结晶表面11上的结晶产品。换言之，即从结晶产品上除去剩余的母液和/或仍然依附其上的发汗相。可以使几个上述的装置串联连接以获得多级结晶。同样也可以按照苏尔采Sulzer-MWB工艺使用一个结晶装置实现多级结晶。

Claims (14)

1、通过结晶从液体混合物中分离物质的装置，所说装置包括：

一结晶表面，它由一环形带(12)的一段(17)之一侧面提供，所说带段(17)以一个角度(α)倾斜；环形带(12)的驱动装置；用于冷却或加热带段(17)另一侧面的冷却或加热装置(31)；和至少一个用于将液体混合物施加到所说结晶表面上的加料工位(21)，其特征在于，它具有用于改变倾斜角(α)的装置。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，驱动装置是速度可控的。

3、如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还具有沿液体混合物流动方向上在结晶表面上施加温度分布的装置。

4、如权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于，设置一条通至第一加料工位（21）的母液回流管。

5、如权利要求1至4之一的装置，其特征在于，设置一母液回流管（29）通至第二加料工位（31），该第二加料工位（31）置于第一加料工位（21）的上游侧。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于，在流动方向上前后依次地设置多个第二加料工位（31）。

7、如权利要求1至6之一所述的装置，其特征在于，一条结晶产品回流管（33）通至第三加料工位（35），该加料工位（35）位于第一加料工位（21）的上游侧。

8、如权利要求1至7之一所述的装置，其特征在于，设置有发汗装置，它能用一种流体介质在第一加料工位（21）上游侧加热上部带段（17）的下侧面。

9、如权利要求1至8之一所述的装置，其特征在于，一个剥离器（69）用于卸下结晶产品。

10、如权利要求1至9之一所述的装置，其特征在于，借助一个框架（19），环形带（12）、冷却和/或加热装置（31）以及一个或几个加料工位（21，31，35）能绕一根轴（20）倾斜。

11、如权利要求1至10之一所述的装置，其特征在于，每个加料工位（21，31，35）可在一滑板（21′，31′，35′）上沿一条平行于带（12）的上段（17）设置的导轨（36）移动。

12、按照权利要求1至11之一所述装置的应用，即用在一多级方法中。

13、如权利要求12所述的应用，其特征在于，对于每一级，都将一个温度分布施加在有效的带段上。

14、如权利要求12或13的应用，它用于苏尔采-MWB方法。

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