CN107381637B - 一种偏钒酸铵结晶过程中防结疤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种偏钒酸铵结晶过程中防结疤的方法。该方法包括如下步骤：1)制备偏钒酸铵母液，自然冷却结晶，得到的固相作为晶种，液相作为循环液；将所述循环液加入到结晶器中，搅拌，然后向所述结晶器中加入所述晶种，开启低温恒温反应浴，控制结晶器中循环液的温度始终恒定；2)制备与步骤1)相同浓度的偏钒酸铵母液，并在恒温水浴中保温，用流量泵将偏钒酸铵母液缓慢加入所述结晶器中；3)将所述结晶器的上部放料口间歇放料，保证循环液维持恒定浓度。本发明通过加入晶种、降低母液过饱和度的方法，有效的防止了器壁结疤，有利于热量传递，节省了除垢时间，提高了生产效率，工艺操作简单，有利于工业化生产。

Description

一种偏钒酸铵结晶过程中防结疤的方法

技术领域

本发明属于钒化工冶金技术领域，涉及一种偏钒酸铵结晶过程中防结疤的方法。

背景技术

结晶是一个重要的化工过程，是物质提纯的主要手段之一。众多化工、医药产品及中间产品都是以晶体形态出现的，结晶往往是大规模生产它们的最好又最经济的方法。

偏钒酸铵在结晶过程中，会有一部分结晶细颗粒粘附在换热界面(冷却结晶器内壁或管道内壁)上形成结疤，结疤量约占总结晶量的8-12％，偏钒酸铵结疤现象有以下弊端：(1)过程传热系数降低，冷却能耗增加，生产效率降低；(2)需要定期对结晶器及管道进行清洗，浪费大量的人力物力，降低生产效率，并影响设备的使用寿命；(3)器壁形成的晶粒与在溶液中析出得到的晶粒大小不均一，影响产品质量。

为了解决结晶过程中结疤问题，CN106745615A公开了一种冷却结晶器。该冷却结晶器由冷却结晶储罐和搅拌装置两部分组成；冷却结晶储罐是由平盖封头、圆柱筒体和各个功能接管等组成的密闭器室，可以承受各种压力和温度的组合工况；搅拌装置由电机、变频器、搅拌支架、减速机、搅拌桨、搅拌轴、毛刷等部件组成，可以搅拌各种过饱和结晶溶液，并在搅拌桨上设置毛刷，使毛刷对圆柱筒体内壁形成有效冲刷，可以有效的防止晶体粘壁现象的发生，在搅拌轴的底部顶端设置搅拌三角铁，可以有效的防止晶液混合物在冷却结晶储罐的底部发生堵塞。该种新型冷却结晶器结构简单，使用方便，设计经验成熟，可以处理大批量的各种高温高浊度的垃圾渗虑液，但毛刷在使用过程中掉毛会严重影响产品质量。

CN105561626A公开了一种内置超声波搅拌结晶器，包括筒体，筒体的中轴线处设有空心轴，空心轴的两端穿过筒体，所述空心轴的两侧设有多个振子组，振子组的内部设有多个超声波振子，空心轴的一端设有电刷组，所述电刷组的一端通过导线连接着超声波振子，另一端通过导线连接着超声波发生器；本发明能够在一定程度上防止设备结垢，超声波能快速释放溶液的不饱和度，促进晶体均匀的生长，防止物料集中在换热界面处结晶，超声波能除去已经结垢的换热界面上的污垢，并且超声波振子离换热界面部位足够近，保证清除污垢的使用效果，并且能耗较低。

上述两种方法虽然能够有效避免结疤现象，但购买新设备需要大量资金，提高了生产成本。因此，很有必要通过改进工艺方法提供一种解决偏钒酸铵结疤的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种偏钒酸铵结晶过程中防结疤的方法，通过加入晶种、降低母液过饱和度的方法，有效的防止了器壁结疤，有利于热量传递，节省了除垢时间，提高了生产效率，工艺操作简单，有利于工业化生产。

为达上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种偏钒酸铵结晶过程中防结疤的方法，包括如下步骤：

1)制备偏钒酸铵母液，自然冷却结晶，得到的固相作为晶种，液相作为循环液；将所述循环液加入到结晶器中，搅拌，然后向所述结晶器中加入所述晶种，开启低温恒温反应浴，控制结晶器中循环液的温度始终恒定；

2)制备与步骤1)相同浓度的偏钒酸铵母液，并在恒温水浴中保温，用流量泵将偏钒酸铵母液缓慢加入所述结晶器中；

3)将所述结晶器的上部放料口间歇放料，保证循环液维持恒定浓度。

步骤1)中，所述偏钒酸铵母液中钒元素的含量为5～50g/L，例如所述偏钒酸铵母液中钒元素的含量为5g/L、10g/L、15g/L、20g/L、25g/L、30g/L、35g/L、40g/L、45g/L、50g/L。

步骤1)中，所述搅拌的转速为40～500r/min，例如所述搅拌的转速为40r/min、50r/min、60r/min、70r/min、80r/min、90r/min、100r/min、200r/min、250r/min、300r/min、350r/min、400r/min、450r/min、500r/min。转速高于时500r/min时，会出现二次成核现象，即流体剪应力成核和碰撞成核，不利于晶体长大。转速低于40r/min时，晶体易在结晶器壁生长，造成结疤现象。

步骤1)中，所述偏钒酸铵晶种的添加量为偏钒酸铵母液质量的1～20％，例如所述偏钒酸铵晶种的添加量为偏钒酸铵母液质量的1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％。偏钒酸铵晶种的添加量多于20％时，溶液中有限的溶质将分别生长到过多的晶体表面上，结晶产品的粒度就会越小；偏钒酸铵晶种的添加量少于1％时，偏钒酸铵分子除了会在这些晶种上生长以外，还会自发的寻找新的质点进行生长，一种方式是生成许多新的晶核，在新的晶核上生长，另一种方式是偏钒酸铵分子会将冷却结晶器壁作为晶体生长点进行生长，从而造成结疤现象。因此，需将偏钒酸铵晶种的添加量控制为偏钒酸铵母液质量的1～20％。

步骤1)中，所述恒定温度为25～40℃，例如恒定温度为25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃。

步骤2)中，所述恒温水浴的温度为80～95℃，例如恒温水浴的温度为80℃、81℃、82℃、83℃、84℃、85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃。当恒温水浴的温度低于80℃时，结晶未生成；当恒温水浴的温度高于95℃时，偏钒酸铵母液中的铵根离子会蒸发，不利于结晶，因此需控制恒温水浴的温度为80～95℃。

步骤2)中，所述流量泵的流速为50～200mL/min，例如所述流量泵的流速为50mL/min、60mL/min、70mL/min、80mL/min、90mL/min、100mL/min、110mL/min、120mL/min、130mL/min、140mL/min、150mL/min、160mL/min、170mL/min、180mL/min、190mL/min、200mL/min。流量泵将母液以50～200mL/min的流速打入结晶器中缓慢加入的目的是为了保证结晶器内循环液的温度始终维持在一定温度。

步骤3)中，所述循环液中钒元素的恒定浓度为3～6g/L，例如所述循环液中钒元素的恒定浓度为3g/L、4g/L、5g/L、6g/L。

步骤3)中，所述间歇放料具体为：根据流量泵的进料速率确定上部放料口的放料时间，进料500mL～800mL放料一次，防止结晶器内料液溢出，并可维持料液的液固比。

作为本发明的优选方案，一种偏钒酸铵结晶过程中防结疤的方法，包括如下步骤：

1)制备偏钒酸铵母液，所述偏钒酸铵母液中钒元素的含量为5～30g/L，自然冷却结晶，得到的固相作为晶种，液相作为循环液；将所述循环液加入到结晶器中，搅拌，所述搅拌的转速为100～500r/min，然后向所述结晶器中加入所述晶种，所述偏钒酸铵晶种的添加量为偏钒酸铵母液质量的1～20％，开启低温恒温反应浴，控制结晶器中循环液的温度始终恒定为25～40℃；

2)制备与步骤1)相同浓度的偏钒酸铵母液，并在80～95℃恒温水浴中保温，用流量泵将偏钒酸铵母液缓慢加入所述结晶器中，所述流量泵的流速为50～200mL/min；

3)将所述结晶器的上部放料口间歇放料，保证所述循环液中钒元素的恒定浓度为3～6g/L。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的偏钒酸铵结晶过程中防结疤的方法，能够有效避免结疤现象，结疤量约占总结晶量的1.5％以下，提高了结晶过程的传热系数，降低了冷却能耗，提高了生产效率。

(2)本发明的偏钒酸铵结晶过程中防结疤的方法，大大延长了对结晶器及管道的清洗时间，节省了大量的人力物力，提高设备的使用寿命。

(3)本发明的偏钒酸铵结晶过程中防结疤的方法，溶液中析出得到的晶粒大小均一，粒度为50～200μm，提高了产品质量和产量。

附图说明

图1为本发明的偏钒酸铵结晶过程中防结疤方法的设备流程图。

附图标记如下：

1-结晶器；2-低温恒温反应浴；3-恒温水浴；4-流量泵；5-循环液；6-放料口。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但本发明的权利保护范围并不仅限于实施例。

如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。

本发明的偏钒酸铵结晶过程中防结疤的方法所用的设备流程图如图1所示，工艺流程如下所述：

1)制备偏钒酸铵母液，进行自然冷却结晶，得到的固相作为晶种，液相作为循环液5。将循环液5加入到结晶器1中，开启搅拌，然后向结晶器1中加入晶种，开启低温恒温反应浴2，控制温度，保证结晶器1中循环液5的温度始终维持在恒定温度。

2)制备与步骤1)相同浓度的偏钒酸铵母液，在恒温水浴3中保温，用流量泵4将母液以一定的流速打入结晶器1中缓慢加入。

3)结晶器1的上部放料口6间歇放料，保证循环液维持恒定浓度。

实施例1

(1)制备偏钒酸铵母液，钒浓度为5g/L，进行自然冷却结晶，得到的固相作为晶种，液相作为循环液。将循环液加入到结晶器中，开启搅拌，转速为100r/min，然后向结晶器中加入晶种，晶种添加量为偏钒酸铵母液质量的1％。开启低温恒温反应浴，控制温度，保证结晶器中循环液的温度始终维持在恒定温度25℃。

(2)制备与步骤(1)相同浓度的偏钒酸铵母液，并在90℃恒温水浴设备中保温，用流量泵将90℃的母液以一定的流速打入结晶器中缓慢加入的目的是为了保证结晶器内循环液的温度始终维持在一定温度，流量泵的流速为50mL/min。

(3)上部放料口间歇放料，保证循环液中钒元素的恒定浓度3.2g/L。

本实施例析出得到的晶粒的粒径均一，平均粒度为120μm，经检测结疤量约占总结晶量的0.5％。

实施例2

(1)制备偏钒酸铵母液，钒浓度为15g/L，进行自然冷却结晶，得到的固相作为晶种，液相作为循环液。将循环液加入到结晶器中，开启搅拌，转速为200r/min，然后向结晶器中加入晶种，晶种添加量为偏钒酸铵母液质量的5％。开启低温恒温反应浴，控制温度，保证结晶器中循环液的温度始终维持在恒定温度30℃。

(2)制备与步骤(1)相同浓度的偏钒酸铵母液，并在80℃恒温水浴设备中保温，用流量泵将80℃的母液以一定的流速打入结晶器中缓慢加入的目的是为了保证结晶器内循环液的温度始终维持在一定温度，流量泵的流速为100mL/min。

(3)上部放料口间歇放料，保证循环液中钒元素的恒定浓度4.1g/L。

本实施例析出得到的晶粒的粒径均一，平均粒度为103μm，经检测结疤量约占总结晶量的0.8％。

实施例3

(1)制备偏钒酸铵母液，钒浓度为30g/L，进行自然冷却结晶，得到的固相作为晶种，液相作为循环液。将循环液加入到结晶器中，开启搅拌，转速为500r/min，然后向结晶器中加入晶种，晶种添加量为偏钒酸铵母液质量的20％。开启低温恒温反应浴，控制温度，保证结晶器中循环液的温度始终维持在恒定温度35℃。

(2)制备与步骤(1)相同浓度的偏钒酸铵母液，并在90℃恒温水浴设备中保温，用流量泵将90℃的母液以一定的流速打入结晶器中缓慢加入的目的是为了保证结晶器内循环液的温度始终维持在一定温度，流量泵的流速为100mL/min。

(3)上部放料口间歇放料，保证循环液中钒元素的恒定浓度5.6g/L。

本实施例析出得到的晶粒的粒径均一，平均粒度为63μm，经检测结疤量约占总结晶量的1％。

实施例4

(1)制备偏钒酸铵母液，钒浓度为25g/L，进行自然冷却结晶，得到的固相作为晶种，液相作为循环液。将循环液加入到结晶器中，开启搅拌，转速为500r/min，然后向结晶器中加入晶种，晶种添加量为偏钒酸铵母液质量的15％。开启低温恒温反应浴，控制温度，保证结晶器中循环液的温度始终维持在恒定温度40℃。

(2)制备与步骤(1)相同浓度的偏钒酸铵母液，并在95℃恒温水浴设备中保温，用流量泵将95℃的母液以一定的流速打入结晶器中缓慢加入的目的是为了保证结晶器内循环液的温度始终维持在一定温度，流量泵的流速为200mL/min。

(3)上部放料口间歇放料，保证循环液中钒元素的恒定浓度6.1g/L。

本实施例析出得到的晶粒的粒径均一，平均粒度为76μm，经检测结疤量约占总结晶量的0.6％。

实施例5

(1)制备偏钒酸铵母液，钒浓度为20g/L，进行自然冷却结晶，得到的固相作为晶种，液相作为循环液。将循环液加入到结晶器中，开启搅拌，转速为300r/min，然后向结晶器中加入晶种，晶种添加量为偏钒酸铵母液质量的5％。开启低温恒温反应浴，控制温度，保证结晶器中循环液的温度始终维持在恒定温度25℃。

(2)制备与步骤(1)相同浓度的偏钒酸铵母液，并在90℃恒温水浴设备中保温，用流量泵将90℃的母液以一定的流速打入结晶器中缓慢加入的目的是为了保证结晶器内循环液的温度始终维持在一定温度，流量泵的流速为150mL/min。

(3)上部放料口间歇放料，保证循环液中钒元素的恒定浓度3.1g/L。

本实施例析出得到的晶粒的粒径均一，平均粒度为98μm，经检测结疤量约占总结晶量的1.5％。

对比例

(1)向结晶器中通入偏钒酸铵母液，母液的钒含量为20g/L，温度为90℃，开启搅拌，转速为300r/min；

(2)不加入晶种，在自然条件下进行冷却结晶。

本实施例析出得到的晶粒的粒径均一，平均粒度为50μm，经检测结疤量约占总结晶量的11.2％。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (4)

1.一种偏钒酸铵结晶过程中防结疤的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)制备偏钒酸铵母液，所述偏钒酸铵母液中钒元素的含量为5～50g/L，自然冷却结晶，得到的固相作为晶种，液相作为循环液；将所述循环液加入到结晶器中，搅拌，然后向所述结晶器中加入所述晶种，所述偏钒酸铵晶种的添加量为偏钒酸铵母液质量的1～20％；开启低温恒温反应浴，控制结晶器中循环液的温度始终恒定，所述恒定温度为25～40℃；

2)制备与步骤1)相同浓度的偏钒酸铵母液，并在恒温水浴中保温，所述恒温水浴的温度为80～95℃，用流量泵将偏钒酸铵母液缓慢加入所述结晶器中；

3)将所述结晶器的上部放料口间歇放料，所述间歇放料具体为：根据流量泵的进料速率确定上部放料口的放料时间，进料500mL～800mL放料一次以维持料液的液固比，保证循环液维持恒定浓度，所述循环液中钒元素的恒定浓度为3～6g/L。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述搅拌的转速为40～500r/min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述流量泵的流速为50～200mL/min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)制备偏钒酸铵母液，所述偏钒酸铵母液中钒元素的含量为5～30g/L，自然冷却结晶，得到的固相作为晶种，液相作为循环液；将所述循环液加入到结晶器中，搅拌，所述搅拌的转速为100～500r/min，然后向所述结晶器中加入所述晶种，所述偏钒酸铵晶种的添加量为偏钒酸铵母液质量的1～20％，开启低温恒温反应浴，控制结晶器中循环液的温度始终恒定为25～40℃；

2)制备与步骤1)相同浓度的偏钒酸铵母液，并在80～95℃恒温水浴中保温，用流量泵将偏钒酸铵母液缓慢加入所述结晶器中，所述流量泵的流速为50～200mL/min；

3)将所述结晶器的上部放料口间歇放料，保证所述循环液中钒元素的恒定浓度为3～6g/L。