CN106422400A - 一种结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结晶器，属于结晶设备领域，提供一种可以有效地提高结晶设备内液体循环速率，进而以提高结晶效率的结晶器，包括从上至下依次相连的上腔室、换热室和结晶室；还包括导流管和斜板，所述导流管穿过换热室，所述斜板将结晶室分割为位于上方的循环腔室和位于下方的结晶腔室；在循环腔室的最低处设置有与循环腔室连通的循环液入口，在结晶腔室的最高处设置有与结晶腔室连通的循环液出口；所述循环液入口和循环液出口通过循环管路连通，并且在循环管路上设置有循环泵。本发明通过循环泵为整个结晶器提供强制的循环动力，因此可保证结晶器内的液体循环速率较快以及循环流量较大，进而保证整个结晶器的结晶效率。

Description

一种结晶器

技术领域

本发明涉及结晶设备领域，尤其涉及一种可以进行连续结晶的结晶器。

背景技术

结晶器是用于产品结晶操作的一种设备，一般分为蒸发结晶器和冷却结晶器两种。在公开号为CN202155069U的专利文献(以下简称文献1)中公开了一种“内循环蒸发结晶器”(本申请将其全文引用于此)。在该文献1中公开的结晶器，其相对于传统的外循环结晶器而言，可简化设备结构，同时可大大的降低设备运行的功耗，而且可有效地解决采用传统的外循环结晶设备时容易由于停机而在相应的管道、设备内发生结晶沉积而造成整个结晶设备无法重新开机的问题。但是，上述文献1中的结晶器仍然存在如下问题：

1、结晶设备内的内循环动力较小，即使在该文献1中采用有推进式搅拌器也很难在导流筒内产生足够速率的液体流量，进而影响到整个结晶设备的循环速率，导致结晶效率较低；

2、对经换热管换热后的溶液中所夹杂的细小结晶颗粒的分离效果较差，导致大部分结晶颗粒流至上方的筒体内；

3、驱动搅拌的机构设置在下筒体的底部，导致结晶的出料操作不方便；

4、导流筒的下端直接冲向下筒体底部，容易对位于下筒体底部的结晶区域造成冲击，使沉积的结晶被冲散，导致结晶的沉积效果较差，进而影响排出的结晶物料品质。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种可以有效地提高结晶设备内液体循环速率，进而以提高结晶效率的结晶器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种结晶器，包括从上至下依次相连的上腔室、换热室和结晶室；在上腔室和换热室之间设置有上管板，在结晶室和换热室之间设置有下管板；在换热室内设置有换热管，并且换热管的下端穿过下管板后与结晶室连通，换热管的上端穿过上管板后与上腔室连通；还包括导流管，所述导流管穿过换热室，并且导流管的上端穿过上管板后与上腔室连通，导流管的下端穿过下管板后与结晶室连通，还包括斜板，所述斜板倾斜地设置在结晶室内，并且所述斜板将结晶室分割为位于上方的循环腔室和位于下方的结晶腔室；所述换热管的下端穿过下管板后与循环腔室连通，所述导流管的下端穿过斜板后与结晶腔室连通；在循环腔室的最低处设置有与循环腔室连通的循环液入口，在结晶腔室的最高处设置有与结晶腔室连通的循环液出口；所述循环液入口和循环液出口通过循环管路连通，并且在循环管路上设置有用于驱动循环管路内液体流动的循环泵。

进一步的是：还包括分隔板，所述分隔板设置在上腔室内，并且所述分隔板将上腔室分割为位于上方的顶部腔室和位于下方的分离腔室，所述换热管的上端穿过上管板后与分离腔室连通，所述导流管的上端穿过分隔板后与顶部腔室连通；在位于分离腔室内的导流管的管壁上设置有贯穿管壁的斜向通孔，并且所述斜向通孔的走向相对于对应处的管壁壁厚方向倾斜。

进一步的是：所述斜向通孔设置有多个，并且多个斜向通孔沿着导流管的周向均匀分布，所述多个斜向通孔的走向相对于对应处的管壁壁厚方向的倾斜方向一致。

进一步的是：在导流管的管壁外侧，与每个斜向通孔对应的设置有一延长管，所述延长管与对应的斜向通孔连通，并且延长管的走向与对应的斜向通孔的走向一致。

进一步的是：所述斜向通孔的走向从导流管的外壁面至内壁面之间为斜向下倾斜设置，并且其倾斜角度为θ，有0＜θ≤30°；其中优选θ＝10°。

进一步的是：所述分隔板呈中部下凹的漏斗状，并且所述导流管的上端从分隔板中心的最低处穿出。

进一步的是：所述导流管的下端在穿过斜板后向下延伸一定距离L；并且在导流管的下端出口的正下方一定距离P处设置有挡板；其中L＞0，P＞0。

进一步的是：在顶部腔室的顶部设置有第一出口，在结晶室的底部设置有第二出口，在换热室的一侧设置有换热媒介入口，在换热室上与换热媒介入口相对的一侧设置有换热媒介出口；还包括进料口，所述进料口与结晶室连通。

进一步的是：所述结晶器用于冷凝结晶作业，所述进料口通过进料管道连接至导流管的中部位置，并与导流管连通。

进一步的是：还包括设置在结晶器内的转轴和设置在上腔室上方的驱动机构，所述驱动机构与转轴传动连接；还包括设置在转轴上可随转轴转动的搅拌叶，所述搅拌叶位于结晶腔室内的底部；当设置有挡板时，所述挡板安装在转轴上。

本发明的有益效果是：本发明通过设置斜板以及相应的循环泵，通过循环泵为整个结晶器提供强制的循环动力，因此可保证结晶器内的液体循环速率较快以及循环流量较大，进而保证整个结晶器的结晶效率；同时，由于换热室、导流管等结构直接设置在上腔室和结晶室之间，因此可最大限度的简化设备结构，降低设备间的流动阻力，缩短液体循环的路径，而且本发明所述的结晶器，可有效地降低由于停机而造成的管路堵塞甚至导致设备无法启动的情况发生，并且由于循环管路相对于传统的完全采用外循环的设置而言可得到有效的缩短，因此还可大大的降低设备运行所需能耗，达到节能减排的效果。

另外，还通过设置分隔板以及相应的斜向通孔结构，可使溶液在导流管内形成旋流状态，而通过旋流可将该部分溶液中所携带的结晶颗粒进行有效地分离，使得大部分结晶颗粒沿导流管向下沉降，同时使得分离后的清夜向上流动至顶部腔室中，因此可有效地实现对结晶颗粒的分离。另外，通过在结晶室的底部设置第二出口，可更便于将结晶部分的物料排出。另外，还通过设置挡板，可避免从导流管下端排出的液体直接冲击到位于结晶室底部的沉积区，可提高结晶物料的结晶效果。

附图说明

图1为本发明所述的一种结晶器具体示例的结构示意图；

图2为图1中局部区域A的放大示意图；

图3为导流管与分隔板连接时的三维结构示意图；

图4为图3的主视图；

图5为图4中B-B截面的剖视图，其中设置有延长管结构；

图6为图4中B-B截面的剖视图，其中未设置有延长管结构；

图7为图5中C-C截面的剖视图；

图中标记为：上腔室1、换热室2、结晶室3、上管板4、下管板5、换热管6、导流管7、分隔板8、顶部腔室9、分离腔室10、斜向通孔11、延长管12、挡板13、第一出口14、第二出口15、换热媒介入口16、换热媒介出口17、进料口18、进料管道19、循环泵20、转轴21、驱动机构22、搅拌叶23、循环管路24、循环液出口25、循环液入口26、结晶腔室27、循环腔室28、斜板29。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1中所示，本发明所述的一种结晶器，包括从上至下依次相连的上腔室1、换热室2和结晶室3；在上腔室1和换热室2之间设置有上管板4，在结晶室3和换热室2之间设置有下管板5；在换热室2内设置有换热管6，并且换热管6的下端穿过下管板5后与结晶室3连通，换热管6的上端穿过上管板4后与上腔室1连通；还包括导流管7，所述导流管7穿过换热室2，并且导流管7的上端穿过上管板4后与上腔室1连通，导流管7的下端穿过下管板5后与结晶室3连通，还包括斜板29，所述斜板29倾斜地设置在结晶室3内，并且所述斜板29将结晶室3分割为位于上方的循环腔室28和位于下方的结晶腔室27；所述换热管6的下端穿过下管板5后与循环腔室28连通，所述导流管7的下端穿过斜板29后与结晶腔室27连通；在循环腔室28的最低处设置有与循环腔室28连通的循环液入口26，在结晶腔室27的最高处设置有与结晶腔室27连通的循环液出口25；所述循环液入口26和循环液出口25通过循环管路24连通，并且在循环管路24上设置有用于驱动循环管路24内液体流动的循环泵20。

更具体的，为了实现对经换热管6换热后的溶液中所夹杂的结晶颗粒进行有效地分离，在上述结构的结晶器基础上还可设置有分隔板8，所述分隔板8设置在上腔室1内，并且所述分隔板8将上腔室1分割为位于上方的顶部腔室9和位于下方的分离腔室10，所述换热管6的上端穿过上管板4后与分离腔室10连通，所述导流管7的上端穿过分隔板8后与顶部腔室9连通；在位于分离腔室10内的导流管7的管壁上设置有贯穿管壁的斜向通孔11，并且所述斜向通孔11的走向相对于对应处的管壁壁厚方向倾斜。

其中，本发明所述结晶器内部的液体循环过程如下：循环泵20将位于结晶腔室27内的溶液通过循环管路24强制的泵入到循环腔室28内，然后促使溶液向上经过换热管6，经过换热管6的溶液将被加热或者冷却；被换热后的溶液部分再通过导流管7向下流回至结晶腔室27内，以此实现循环；当然，被换热后的溶液有部分可通过设置在顶部腔室9顶部的第一出口14排出，而未被再次循环。因此，本发明通过循环泵20实现了对结晶器内部溶液的强制循环，这样即可非常容易地提高结晶器内循环液体的流速以及流量，进而以提高整个结晶器的结晶效率。当然，循环泵20可采用普通的泵即可，只要其可提供满足实际需求的流速以及流量即可。

另外，斜板29的作用是将结晶室3分割为两个彼此独立的结晶腔室27和循环腔室28；而之所采用倾斜设置的斜板29，其作用主要有两个：第一是考虑到在循环腔室28内可能会沉积一定的结晶颗粒，而采用斜板29结构后，可将沉积的结晶尽量收集在斜板29的最低处，这样借助设置在该处的循环液入口26，可将沉积的结晶冲散，进而避免该部分结晶在斜板29上大量沉积；第二是通过设置斜板29，可在结晶腔室27内位于斜板29的最高处形成较高的区域，这样可使位于该最高处的溶液所夹杂的结晶已经过足够时间的沉降，进而使得该处的溶液内夹杂的结晶量尽量减少；这样通过在该处设置循环液出口25，可尽量减少通过循环管路24内的溶液所夹带的结晶颗粒。当然，更具体的斜板29可采用倾斜设置的平面板，也可采用具有一定弧度的曲面板或者也可采用其它可实现上述效果的结构。

另外，需要说明的是，附图中的循环管路24绘制为从结晶室3的底部绕过的形式，其只是为了避免在附图中产生图形的交叉而绘制的连接关系的示意图；在实际安装连接过程中，循环管路24可从结晶室3周向的外侧绕过后直接将循环液入口26和循环液出口25通过，以尽量的缩短循环管路24的长度，进而可减少管路的流动阻力，降低循环泵的运行功耗，同时也可尽量的避免在停机时管路中由于结晶沉积而造成的堵塞情况发生。

上述本发明所述的结晶器，可实现连续结晶作业，相应的需要连续不断的向结晶器内补入原液，同时也可连续或者不连续地排出结晶或者结晶浓液以及连续的排出清夜或者排出蒸汽。而且本发明所述的结晶器既可用于蒸发式结晶作业，又可用于冷凝式结晶作业；其中，根据结晶器作业方式的不同，上腔室1的作用也会随之改变，当本发明所述的结晶器用于蒸发式结晶作业时，上腔室1将作为蒸发腔室，整个结晶器内部的溶液液面将位于上腔室1内，并且溶液应当将换热室2、结晶室3以及分离室10等填充满；此时溶液从结晶室2内通过换热管6后将被加热，加热后的溶液最终将有部分进入到上腔室1中的顶部腔室9内，在顶部腔室9中被蒸发浓缩，蒸发后的蒸汽将从设置在顶部腔室9顶部的第一出口14排出并可被收集。而当所述的结晶器用于冷凝式结晶作业时，上腔室1将作为清液的澄清室，整个结晶器内部将被溶液完全充满；此时溶液从结晶室2内通过换热管6后将被冷却降温，冷却后的溶液将有部分进入到上腔室1中的顶部腔室9内，在顶部腔室9内位于溶液内的结晶颗粒将逐渐沉降，而位于最顶部的清液将从设置在上腔室1顶部的第一出口14排出并可被收集。

当然，不失一般性，本发明中的结晶器为了使其可正常地运行，需要在上腔室1的顶部设置有相应的第一出口14，在结晶腔室27的底部设置有第二出口15，在换热室2的一侧设置有换热媒介入口16，在换热室2上与换热媒介入口16相对的一侧设置有换热媒介出口17；还需要设置有进料口18；这样，通过进料口18可向结晶器内连续不断的加入原液；通过第一出口14，可排出相应的清液或者蒸汽；通过第二出口15，可排出结晶体或者结晶浓液；通过换热媒介入口16和换热媒介出口17可向换热室2内通入换热媒介，以与从换热管6内流过的溶液进行换热。

另外，根据结晶器作业方式的不同，当结晶器用于冷凝结晶作业时，可优选将所述进料口18通过进料管道19后连接至导流管7的中部位置，并与导流管7连通。例如参照附图1中所示，将进料口18通过进料管道19与穿过下管板5后的导流管7连通。这样设置的好处是：使得加入到结晶器内的原液将首先与被冷却后的从导流管7流回至结晶腔室27内的部分溶液混合，这样可使原液被快速冷却以及时地析出一定的结晶后再排至结晶腔室27中进行一定的沉降分离。而当结晶器用于蒸发结晶作业时，可直接将进料口18设置在结晶室3上部的侧壁上，以将原液直接加入到结晶室3内即可，如可直接将进料口18设置在循环腔室28上部的侧壁上，并使进料口18与循环腔室28连通，这样原液将直接被加入到循环腔室28中。

另外，本发明中设置斜向通孔11的作用是使得溶液通过斜向通孔11从导流管7外部的分离腔室10流入到导流管7内，同时在导流管7内形成旋流。参照附图5或者附图6中所示，图中带有箭头的曲线大致表示流体的流向线；由于将斜向通孔11的走向设置为相对于对应处的管壁壁厚方向倾斜，即斜向通孔11的走向与管壁壁厚方向形成一定的夹角δ，参照附图5中所示，以此使得沿着斜向通孔11的走向流入到导流管7的液体将形成旋流。当然，理论上为了在导流管7内实现旋流效果，δ的取值应当介于：0＜δ≤90°范围，并且当δ的取值越靠近90°时，则相同条件下产生的旋流效果越好。如图5中设置有四个斜向通孔11，四个斜向通孔11位于同一横截面上，并且四个斜向通孔11沿着导流管7的周向等角度的均匀分布，此时将在导流管7中形成逆时针转动的旋流。同理在附图6中通过设置五个倾斜方向一致的斜向通孔11，也可在导流管7中形成逆时针转动的旋流。而通过在导流管7内形成旋流，则可将溶液中所含有的结晶颗粒离心的甩至靠近导流管7的内壁侧，然后逐渐沉降到底部的结晶腔室27内；而分离出结晶后的清液，将部分沿着导流管7向上流入到顶部腔室9中，另一部分则向下回流入结晶腔室27中再次循环。之所以有部分的清液将沿着导流管7向上流动，是由于整个结晶器通过进料口18连续不断的向其内部供入原液，并且还应当控制原液的加入量大致等于从第一出口14和第二出口15所排出的物料量之和，以使得整个结晶器内部的溶液量保持稳定。

另外，考虑到导流管7的壁厚可能较薄，因此仅通过斜向通孔11所产生旋流效果可能不佳，为此，参照附图5中所示，可进一步在导流管7的管壁外侧，与每个斜向通孔11对应的设置有一延长管12，所述延长管12与对应的斜向通孔11连通，并且延长管12的走向与对应的斜向通孔11的走向一致。通过设置延长管12，可增强产生旋流的效果，进而提高结晶的分离效果。延长管12的形状应当大致与斜向通孔11一致，例如附图中所示的既是设置斜向通孔11的横截面为矩形的缝隙结构，相应的延长管12的横截面也设置为相同大小的矩形管。当然，不失一般性，也可将延长管12设置在导流管7的管壁内侧或者将延长管12整体穿过导流管7的管壁。另外，延长管12也可沿其走向方式设置有一定的弯曲弧度，只要保证其可提高最终在导流管7内产生的旋流效果即可。

另外，为了实现旋流时将结晶颗粒向导流管7的下端离心“抛甩”的效果，以使结晶颗粒能更好的向下沉积到结晶腔室27内，参照附图7中所示，进一步可将所述斜向通孔11的走向从导流管7的外壁面至内壁面之间为斜向下倾斜设置，并且当其倾斜角度为θ时，一般设置有0＜θ≤30°，例如可设置所述倾斜角度θ＝10°。另外，在上述情况下，当设置有延长管12时，也可将延长管12的走向设置为与斜向通孔11的走向一致的倾斜情况。

另外，在本发明中，设置分隔板8的作用是将上腔室1分割为两个彼此独立的分离腔室10和顶部腔室9；而考虑到在顶部腔室9中也可能产生一定量的结晶颗粒，尤其是在用于蒸发结晶作业时，在顶部腔室9中也将析出较多的结晶颗粒。因此，为了使该部分结晶颗粒能顺利的通过导流管7后沉降至底部的结晶腔室27内，参照附图3和附图4中所示，本发明进一步可将所述分隔板8设置为呈中部下凹的漏斗状，并且所述导流管7的上端从分隔板8中心的最低处穿出；当然导流管7的上端端面应当尽量与漏斗状的分隔板8的最低处平滑过渡，以避免结晶颗粒在该处堆积。

另外，参照附图2中所示，进一步可设置导流管7的下端在穿过斜板29后向下延伸一定距离L，其中L＞0，这样设置的好处是可避免从导流管7流至下方结晶腔室27内的部分溶液又立刻向上通过循环液出口25进行循环，以使得从导流管7流出的溶液先在结晶腔室27内进行一定时间的沉降过程后再通过循环液出口25进行循环，这样可尽量减少结晶颗粒再次被循环的情况发生。另外，还可在导流管7的下端出口的正下方一定距离P处设置有挡板13；其中P＞0，设置挡板13的作用是可避免从导流管7流出的溶液对位于结晶腔室27底部沉积的结晶颗粒或者结晶浓液造成冲击，挡板3可通过相应的安装支杆安装在结晶腔室27的内壁面上或者通过安装支杆直接安装到导流管7的底端。

另外，还可在结晶器内设置相应的转轴21以及在上腔室1上方设置相应的驱动机构22，所述驱动机构22与转轴21传动连接；还包括设置在转轴21上可随转轴转动的搅拌叶23，所述搅拌叶23位于结晶腔室27内的底部；而且，当设置有挡板13时，所述挡板13可直接安装在转轴21上。至于驱动机构22，一般可采用普通的电机即可，另外还可在驱动机构22的输出端设置有相应的减速机构，通过减速机构实现驱动机构22的输出端与转轴21之间的减速传动连接。上述在结晶腔室27的底部设置的搅拌用的搅拌叶23，如附图1中所示，可将搅拌叶23设置在第二出口15的上方；搅拌叶23的作用是起到对结晶腔室27内沉积的结晶颗粒或者结晶浓液起到缓慢的搅拌作用，以提高结晶颗粒的均匀性。

Claims (10)

1.一种结晶器，包括从上至下依次相连的上腔室(1)、换热室(2)和结晶室(3)；在上腔室(1)和换热室(2)之间设置有上管板(4)，在结晶室(3)和换热室(2)之间设置有下管板(5)；在换热室(2)内设置有换热管(6)，并且换热管(6)的下端穿过下管板(5)后与结晶室(3)连通，换热管(6)的上端穿过上管板(4)后与上腔室(1)连通；还包括导流管(7)，所述导流管(7)穿过换热室(2)，并且导流管(7)的上端穿过上管板(4)后与上腔室(1)连通，导流管(7)的下端穿过下管板(5)后与结晶室(3)连通，其特征在于：还包括斜板(29)，所述斜板(29)倾斜地设置在结晶室(3)内，并且所述斜板(29)将结晶室(3)分割为位于上方的循环腔室(28)和位于下方的结晶腔室(27)；所述换热管(6)的下端穿过下管板(5)后与循环腔室(28)连通，所述导流管(7)的下端穿过斜板(29)后与结晶腔室(27)连通；在循环腔室(28)的最低处设置有与循环腔室(28)连通的循环液入口(26)，在结晶腔室(27)的最高处设置有与结晶腔室(27)连通的循环液出口(25)；所述循环液入口(26)和循环液出口(25)通过循环管路(24)连通，并且在循环管路(24)上设置有用于驱动循环管路(24)内液体流动的循环泵(20)。

2.如权利要求1所述的结晶器，其特征在于：还包括分隔板(8)，所述分隔板(8)设置在上腔室(1)内，并且所述分隔板(8)将上腔室(1)分割为位于上方的顶部腔室(9)和位于下方的分离腔室(10)，所述换热管(6)的上端穿过上管板(4)后与分离腔室(10)连通，所述导流管(7)的上端穿过分隔板(8)后与顶部腔室(9)连通；在位于分离腔室(10)内的导流管(7)的管壁上设置有贯穿管壁的斜向通孔(11)，并且所述斜向通孔(11)的走向相对于对应处的管壁壁厚方向倾斜。

3.如权利要求2所述的结晶器，其特征在于：所述斜向通孔(11)设置有多个，并且多个斜向通孔(11)沿着导流管(7)的周向均匀分布，所述多个斜向通孔(11)的走向相对于对应处的管壁壁厚方向的倾斜方向一致。

4.如权利要求2所述的结晶器，其特征在于：在导流管(7)的管壁外侧，与每个斜向通孔(11)对应的设置有一延长管(12)，所述延长管(12)与对应的斜向通孔(11)连通，并且延长管(12)的走向与对应的斜向通孔(11)的走向一致。

5.如权利要求2所述的结晶器，其特征在于：所述斜向通孔(11)的走向从导流管(7)的外壁面至内壁面之间为斜向下倾斜设置，并且其倾斜角度为θ，有0＜θ≤30°，其中优选θ＝10°。

6.如权利要求2所述的结晶器，其特征在于：所述分隔板(8)呈中部下凹的漏斗状，并且所述导流管(7)的上端从分隔板(8)中心的最低处穿出。

7.如权利要求1所述的结晶器，其特征在于：所述导流管(7)的下端在穿过斜板(29)后向下延伸一定距离L；并且在导流管(7)的下端出口的正下方一定距离P处设置有挡板(13)；其中L＞0，P＞0。

8.如权利要求2所述的结晶器，其特征在于：在顶部腔室(9)的顶部设置有第一出口(14)，在结晶室(3)的底部设置有第二出口(15)，在换热室(2)的一侧设置有换热媒介入口(16)，在换热室(2)上与换热媒介入口(16)相对的一侧设置有换热媒介出口(17)；还包括进料口(18)，所述进料口(18)与结晶室(3)连通。

9.如权利要求8所述的结晶器，其特征在于：所述结晶器用于冷凝结晶作业，所述进料口(18)通过进料管道(19)连接至导流管(7)的中部位置，并与导流管(7)连通。

10.如权利要求1至9中任意一项所述的结晶器，其特征在于：还包括设置在结晶器内的转轴(21)和设置在上腔室(1)上方的驱动机构(22)，所述驱动机构(22)与转轴(21)传动连接；还包括设置在转轴(21)上可随转轴转动的搅拌叶(23)，所述搅拌叶(23)位于结晶腔室(27)内的底部；当设置有挡板(13)时，所述挡板(13)安装在转轴(21)上。