CN107617230B - 结晶管结构及采用该结晶管结构的结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结晶管结构及采用该结晶管结构的结晶器，结晶管结构包括冷却介质管、结晶管，所述结晶管在冷却介质管外部，所述冷却介质管为包括内管和外管的同轴圆柱体套管式结构，外管套设在内管外，外管与内管相连通，内管上设置有冷却介质入口，外管上设置有冷却介质出口，所述结晶管外周设置有若干翅片，所述翅片相对于结晶管的轴线平行或倾斜设置，本发明的结晶管结构增大了有效换热面积，提高了传热效率，强化了降膜结晶过程；而且能耗低，生产能力大，结构紧凑，容易实现，易于工业放大。

Description

结晶管结构及采用该结晶管结构的结晶器

技术领域

本发明属于结晶分离提纯设备技术领域，涉及一种结晶管结构及采用该结晶管结构的结晶器。

背景技术

结晶作为一种重要的化工单元操作，在产品的分离纯化过程中具有重要的作用。而降膜结晶技术作为熔融结晶的一种，是根据分离物质之间的凝固点不同而实现分离的结晶过程，是一种高效率、低能耗、低污染的分离技术，特别适合分离共沸物系、热敏物系及同分异构体物系，而且还具有能耗低、占地小、污染小、产品质量好等优点，在石油、化工、医药等领域产品的精制提纯中广泛应用。

降膜结晶过程中的传热传质强化效果直接影响着降膜结晶和融晶的质量，而结晶管结构的优化是其关键。降膜结晶可分为内降膜结晶、外降膜结晶和内外双降膜结晶过程。现有技术中的结晶管结构存在着一定的不足，例如，管外换热介质的传热效率低，换热介质沿管外壁膜状流动时，由于局部流速变小，边界层厚度增大，导致传热系数低，或者，管内的液体混合物的传热传质没有得到优化，晶层杂质包藏严重，生产能力有限。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种结晶管结构及采用该结晶管结构的结晶器。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种结晶管结构，包括冷却介质管、结晶管，所述结晶管在冷却介质管外部，所述冷却介质管为包括内管和外管的同轴圆柱体套管式结构，外管套设在内管外，外管与内管相连通，内管上设置有冷却介质入口，外管上设置有冷却介质出口，所述结晶管外周设置有若干翅片，所述翅片相对于结晶管的轴线平行或倾斜设置。

进一步的，所述结晶管的外侧壁圆周均布若干相对于结晶管的轴线平行的翅片。

进一步的，所述翅片的高度为40mm～80mm，厚度为0.2mm～0.6mm，相邻两个翅片之间的间距为10mm～30mm。

进一步的，所述结晶管的外侧壁上由上至下焊接若干相对于结晶管的轴线倾斜的翅片。

进一步的，所述翅片的长度为30mm～100mm，宽度为5mm～50mm，厚度为0.2mm～0.8mm，翅片的倾斜角度为15°～75°。

进一步的，所述冷却介质管的材质为玻璃或不锈钢，所述结晶管的材质为不锈钢。

进一步的，所述冷却介质入口设置在所述内管的顶端，内管内部的空腔为进水通道，内管和外管之间的空腔为出水通道，进水通道和出水通道经内管底端的开口相连通，冷却介质出口设置在外管上端的侧壁上。

进一步的，所述结晶管的底端部外套接有套环，所述套环包括结晶器调节环和结晶器控制环。

进一步的，包括壳体、布液器、结晶管，布液器设置在壳体内腔上部，壳体上设置有与布液器相连通的物料进口，布液器下方间隔设置有若干结晶管，布液器包括一个主布液管和多个分支布液管，分支布液管的一端与主布液管连接，另一端为自由端，分支布液管的个数与结晶管的个数相对应。

进一步的，所述分支布液管呈S形管，或者为横向放置的Z形管，分支布液管的自由端相对于主布液管呈放射状向下延伸，分支布液管和主布液管的侧壁上均开设有多个分布孔。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：增大了有效换热面积，提高了传热效率，强化了降膜结晶过程；而且能耗低，生产能力大，结构紧凑，容易实现，易于工业放大。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的结晶管结构的主视示意图；

图2为本发明实施例一提供的结晶管结构的俯视示意图；

图3为本发明实施例二提供的结晶管结构的示意图；

图4为本发明实施例三提供的结晶管结构的示意图；

图5为本发明实施例四提供的结晶器的结构示意图。

图中：

100-结晶管；101-翅片；200-冷却介质管；201-内管；202-外管；203-冷却介质入口；204-冷却介质出口；205-进水通道；206-出水通道；300-结晶器调节环；301-结晶器控制环；400-壳体；401-物料进口；500-布液器；501-主布液管；502-分支布液管；503-分布孔。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1-5所示，一种结晶管结构，包括冷却介质管、结晶管，所述结晶管在冷却介质管外部，结晶管和结晶管同轴设置，所述冷却介质管为包括内管和外管的同轴圆柱体套管式结构，用于流通换热介质，通过该结构的设置，不仅能增大有效换热面积，同时增大换热介质的扰动程度，减弱了边界层效应，从而极大的提高管内换热介质的传热系数，外管套设在内管外，外管与内管相连通，内管上设置有冷却介质入口，外管上设置有冷却介质出口，所述结晶管外周设置有若干翅片，翅片可以大大增加有效换热面积，使晶层受热均匀，提高晶层的有效导热系数，减少晶层中杂质的包藏量；同时，发汗过程中翅片与汗液流向一致，没有液阻和滞留现象，充分除杂，从而优化了结晶和发汗整个工艺过程，所述翅片相对于结晶管的轴线平行或倾斜设置，实际应用中，可根据工艺需求，选择性的设置。本结晶管结构的设置缓解了结晶过程中冷却介质的过冷度太低，能耗大的问题，还实现了在发汗过程中，高效的将晶层中的母液杂质排出的技术突破。

本结晶管结构达到了强化结晶和发汗的效果，提高了结晶和发汗的效率和产品质量，能耗低，效果好，容易实现。

在本实施例中，翅片可以开孔或者不开孔。

在本实施例中，所述结晶管的外侧壁圆周均布若干相对于结晶管的轴线平行的翅片，翅片与结晶管一体成型，翅片的长度与结晶管的管体长度相等。

在本实施例中，所述翅片的高度为40mm～80mm，厚度为0.2mm～0.6mm，相邻两个翅片之间的间距为10mm～30mm。

优选地，所述翅片的高度为50mm～60mm，厚度为0.3mm～0.5mm，相邻两个翅片之间的间距为12mm～16mm。

在本实施例中，所述结晶管的外侧壁上由上至下焊接若干相对于结晶管的轴线倾斜的翅片，翅片的截面形状为长方形，翅片与结晶管的材质相同。

在本实施例中，所述翅片的长度为30mm～100mm，宽度为5mm～50mm，厚度为0.2mm～0.8mm，翅片的倾斜角度为15°～75°。

优选地，所述翅片的长度为40mm～60mm，宽度为10mm～20mm，厚度为03mm～0.5mm，翅片的倾斜角度为30°～60°

在本实施例中，所述冷却介质管的材质为玻璃或不锈钢，所述结晶管的材质为不锈钢。

在本实施例中，所述冷却介质入口设置在所述内管的顶端，内管内部的空腔为进水通道，内管和外管之间的空腔为出水通道，进水通道和出水通道经内管底端的开口相连通，冷却介质出口设置在外管上端的侧壁上，内管的顶端部高于外管的顶端部，外管的顶端部高于结晶管的顶端部，结晶管的底端部和外管的底端部齐平，内管的底端部高于外管的底端部。

在本实施例中，所述结晶管的底端部外套接有套环，所述套环包括结晶器调节环和结晶器控制环。

本结晶管结构，其结构紧凑，易安装，有效换热面积大，加强传热传质效果，缓解降膜结晶过程中存在的晶层杂质包藏严重的问题，强化了降膜结晶过程，优化了结晶过程中冷却介质的过冷度太低，能耗太大的问题，晶层的导热能力高，能有效减少晶层的杂质包藏，提高结晶和发汗的效率和质量，增大结晶过程中的传热面积，并且在强化传热传质的同时不影响流体通道阻力，使结晶分离系统达到整体节能的效果，减少了杂质在晶体内的包藏，更有利于结晶过程进行。

一种结晶器，包括壳体、布液器、结晶管，布液器设置在壳体内腔上部，壳体上设置有与布液器相连通的物料进口，布液器下方间隔设置有若干结晶管，布液器包括一个主布液管和多个分支布液管，分支布液管的一端与主布液管连接，另一端为自由端，分支布液管的个数与结晶管的个数相对应，通过布液器与结晶管配合使用，能够进一步强化降膜结晶过程，增强流体在管外的均匀分散性，布液均匀性好，传热系数高，而且良好的换热性能能够有效降低降膜结晶过程能耗，产品质量好，结构紧凑，便于加工，方便操作。

在本实施例中，所述分支布液管呈S形管，或者为横向放置的Z形管，分支布液管的自由端相对于主布液管呈放射状向下延伸，分支布液管和主布液管的侧壁上均开设有多个分布孔。

实施例一

如图1和图2所示，本实施例提供一种结晶管结构，包括冷却介质管200和结晶管100，结晶管100套接在冷却介质管200外部，冷却介质管200和结晶管100同轴设置；冷却介质管200为包括内管201和外管202的同轴圆柱体套管式结构，在内管201上设置有冷却介质入口203，在外管202上设置有冷却介质出口204；结晶管100的外侧壁上设置有多个翅片101，翅片101相对于结晶管100的轴线平行或倾斜设置。

本实施例中，冷却介质管200的设置为：冷却介质入口203设置在内管201的顶端，内管201内部的空腔为进水通道205，内管201和外管202之间的空腔为出水通道206，进水通道205和出水通道206相连通，冷却介质出口204设置在外管202上端的侧壁上；内管201的顶端部高于外管202的顶端部，外管202的顶端部高于结晶管100的顶端部，结晶管100的底端部和外管202的底端部齐平，内管201的底端部高于外管202的底端部。

需要说明的是，冷却介质管200的结构并不限于此，例如可以在内管201的底端开孔或者在内管201的下端侧壁开多个通孔，以使得进水通道205和出水通道206相连通；冷却介质入口203可以设置在内管201的顶端也可以设置在内管201上端的侧壁上。实际应用中，可根据具体该结构做类似的变换，进而增大有效换热面积，增强流体的扰动强度，减弱边界层效应，大大提高管内换热介质的传热系数。

本实施例中，结晶管100的翅片101的设置为：结晶管100的外侧壁圆周上均匀分布相对于结晶管100的轴线平行的多个外凸纵向翅片101。纵向翅片101与结晶管100一体成型，纵向翅片101与结晶管100材质相同，纵向翅片101的长度与结晶管100长度相等，冷却介质管200的材质为玻璃，结晶管100和纵向翅片101的材质为不锈钢。

纵向翅片的设计大大增加了有效换热面积，增大晶层的有效导热系数，减少晶层的杂质包藏；同时，发汗过程中纵向翅片与汗液流向一致，没有液阻和滞留现象，充分除杂，从而优化了结晶和发汗整个工艺过程。

本实施例中，内管201的直径为50mm，外管202的直径为60mm，结晶管100长300mm，纵向翅片101的高为50mm，厚度为0.5mm，相邻纵向翅片101的间距为160mm。

实施例二

如图3所示，本实施例中，结晶管100的翅片101的设置为：在结晶管100的外侧壁上焊接相对于结晶管100的轴线倾斜的一排长薄翅片101，且每片翅片101都竖着焊接在结晶管100外侧壁上。冷却介质管200、结晶管100和翅片101的材质均为不锈钢。

长薄翅片的设置，使液体混合物沿翅片降膜流下，大大增加了有效换热面积，增大了晶层的有效导热系数，减少晶层的杂质包藏；同时，发汗过程中没有液阻和滞留现象，充分除杂，从而优化了结晶和发汗整个工艺过程。

其中，内管201的直径为50mm，外管202的直径为60mm，结晶管100长300mm，每个翅片101的截面都为长方形，翅片101的长为60mm，宽为10mm，厚为0.5mm；翅片101的倾斜角度为30°。

实施例三

如图4所示，本实施例中，外管202和结晶管100的底端部外套接有套环，套环包括结晶器调节环300和结晶器控制环301。

其中，结晶器调节环300和结晶器控制环301均为两个，结晶器调节环300和结晶器控制环301依次套接在结晶管100上，且结晶器调节环300与结晶管100过度配合，结晶器调节环300与结晶器控制环301之间为过度配合。

通过结晶器调节环300和结晶器控制环301的设置，可以调节结晶位置和结晶速度，使用更加灵活，保证了产品的尺寸要求，提高了生产效率。

实施例四

如图5所示，本实施例提供一种结晶器，包括结晶管结构、壳体400和布液器500；在壳体400内空腔的上部设置有布液器500，壳体400上设置有物料进口401，物料进口401与布液器500相连通，布液器500的下方间隔的设置有多个结晶管结构；布液器500包括一个主布液管501和多个分支布液管502，多个分支布液管502的一端与主布液管501连接，另一端为自由端，且分支布液管502的个数与结晶管100的个数相对应。

其中，分支布液管502为“S”形管状结构，或者为横向放置的“Z”形管状结构，多个分支布液管502的自由端相对于主布液管501呈放射状向下延伸，分支布液管502和主布液管501的侧壁上均开设有多个分布孔503。

需要说明的是，本实施例中的分支布液管502为“S”形管状结构，但并不限于此，也可以为横向放置的“Z”形管状结构等其他类似的异形管结构。

主布液管501的侧壁上开设有至少两排分布孔503，分支布液管502的侧壁上也开设有至少两排分布孔503。

通过该布液器500与结晶管结构的配合设置，能够提高流体分布均匀性，从而增强流体在管外的均匀分散性，传热传质效果好，进一步强化降膜结晶过程，提高产品质量。

上列为较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种结晶管结构，其特征在于：包括冷却介质管、结晶管，所述结晶管在冷却介质管外部，所述冷却介质管为包括内管和外管的同轴圆柱体套管式结构，外管套设在内管外，外管与内管相连通，内管上设置有冷却介质入口，外管上设置有冷却介质出口，所述结晶管外周设置有若干翅片，所述翅片相对于结晶管的轴线平行或倾斜设置，所述冷却介质入口设置在所述内管的顶端，内管内部的空腔为进水通道，内管和外管之间的空腔为出水通道，进水通道和出水通道经内管底端的开口相连通，冷却介质出口设置在外管上端的侧壁上，所述结晶管的底端部外套接有套环，所述套环包括结晶器调节环和结晶器控制环；

结晶管的外侧壁圆周均布若干相对于结晶管的轴线平行的翅片时，翅片的高度为40mm～80mm，厚度为0.2mm～0.6mm，相邻两个翅片之间的间距为10mm～30mm；

结晶管的外侧壁上由上至下焊接若干相对于结晶管的轴线倾斜的翅片时，翅片的长度为30mm～100mm，宽度为5mm～50mm，厚度为0.2mm～0.8mm，翅片的倾斜角度为15°～75°；

所述冷却介质管的材质为玻璃或不锈钢，所述结晶管的材质为不锈钢。

2.一种结晶器，采用如权利要求1所述的结晶管结构，其特征在于：包括壳体、布液器、结晶管，布液器设置在壳体内腔上部，壳体上设置有与布液器相连通的物料进口，布液器下方间隔设置有若干结晶管，布液器包括一个主布液管和多个分支布液管，分支布液管的一端与主布液管连接，另一端为自由端，分支布液管的个数与结晶管的个数相对应。

3.根据权利要求2所述的结晶器，其特征在于：所述分支布液管呈S形管，或者为横向放置的Z形管，分支布液管的自由端相对于主布液管呈放射状向下延伸，分支布液管和主布液管的侧壁上均开设有多个分布孔。

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