CN113101688A - 一种强制循环蒸发结晶器用加热器结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及结晶设备技术领域，且公开了一种强制循环蒸发结晶器用加热器结构，包括结晶器、加热器和控制器，所述加热器的出口端与结晶器底端的入口相连通，所述结晶器的底端连接有循环液管，所述循环液管的出口连接有循环泵。本发明通过液泵将储液箱内的液体输送至分液底座中，利用内液管与竖向固定槽与导热液管之间的连接，在导热液管内的混合晶浆外周包裹一层液体，并利用液体的莱顿弗罗斯特效应在混合晶浆的与导热液管的内壁之间形成一层蒸汽膜层，避免混合晶浆直接与导热液管的内壁接触，防止晶体沾附在导热液管内壁上造成导热液管堵塞，同时由于蒸汽膜层与导热液管内壁的摩擦力更小，可达到降低循环泵能耗的效果。

Description

一种强制循环蒸发结晶器用加热器结构

技术领域

本发明涉及结晶设备技术领域，具体为一种强制循环蒸发结晶器用加热器结构。

背景技术

随着工业化的发展，工业废水称为环保治理的重中之重，污水处理零排放废水处理的最高要求，而要达到零排放，则不可避免的涉及到含盐废水的处理，对于含由大量盐类的污水，可使用结晶设备将盐类成分结晶分离出来，在结晶设备中，强制循环蒸发结晶器是一种高效的结晶设备。

强制循环蒸发结晶器是一种晶浆循环式连续结晶器，操作时,料液自循环管下部加入，与离开结晶室底部的晶浆混合后，由泵送往加热室，晶浆在加热室内升温(通常为2～6℃)，热晶浆进入结晶室后结晶。强制循环蒸发结晶器的优点是可适应于高粘度、容易结垢的料液，料液在加热器中加热的过程中，通过利用循环泵的高强泵力，使得料液高速流动，减少料液在加热管中停留的时间，从而减少料液的干壁现象，因此其缺点也是显而易见的—循环泵的能耗过大。循环泵的能耗与料液的浓度是呈正比的，尤其是在加热器中，料液在加热管道中流动，而管道的内径较小，料液与管道内壁的粘附力、摩擦力较大，从而增大了循环泵的能耗；而料液吸收的热量又需通过管道壁传导，现有技术中的加热器中，料液与管道内壁直接接触，管道上往往沾附晶体，容易阻碍料液移动甚至造成管道堵塞。

发明内容

针对背景技术中提出的现有结晶用加热器在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种强制循环蒸发结晶器用加热器结构，具备防堵塞的优点，解决了上述背景技术中提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种强制循环蒸发结晶器用加热器结构，包括结晶器、加热器和控制器，所述加热器的出口端与结晶器底端的入口相连通，所述结晶器的底端连接有循环液管，所述循环液管的出口连接有循环泵，所述循环泵的入口还连接有进液管，所述加热器的外壁开设有传热液入口和冷凝液出口，所述加热器的内腔设有导热液管，所述循环泵的出口端连接有混合室，所述混合室的出口端与加热器的入口端相连通，所述加热器和混合室的内腔设置有监测组件，所述监测组件与控制器电性连接，所述加热器内腔的底端设有分液底座，所述分液底座的入口连接有液泵，所述液泵的入口端连接有储液箱，所述储液箱的入口端连接至结晶器的顶端。

优选的，所述混合室包括外箱，所述外箱的底端的中部固定套接有主液管，所述主液管的一端与循环泵的出口相连通，所述外箱的内腔设有挡液板，所述挡液板为内腔中空且底面空缺的圆柱形，所述挡液板罩设在主液管的外周，所述挡液板的顶面与底面分别与主液管和外箱之间存在间隔，所述外箱与主液管的空间形成混液腔低温混液腔，所述混液腔低温混液腔的上方即为外箱的出口。

优选的，所述分液底座固定连接在加热器的内壁上，所述分液底座的内部固定套接有内液管，所述内液管的入口与混液腔低温混液腔相连通，所述分液底座的顶部开设有竖向固定槽，所述导热液管的底端固定套接在竖向固定槽的内部，所述内液管的顶端延伸至导热液管的内部，所述导热液管的内壁与内液管的外壁之间形成外液出腔，所述分液底座的内部开设有连通液槽，所述连通液槽与竖向固定槽相连通，所述连通液槽连通有外液进管，所述外液进管与液泵的出口端相连通。

优选的，所述加热器的内腔中设置有位于传热液入口上方的混液隔板，所述导热液管固定套接在混液隔板的内部且导热液管延伸至混液隔板的上方，所述混液隔板与加热器的内壁之间形成位于传热液入口内腔上方的高温混液腔，所述高温混液腔与结晶器的入口端相连通。

优选的，所述监测组件包括第一温度传感器、浓度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器和浓度传感器安装在混液腔低温混液腔处，所述第二温度传感器安装在高温混液腔处，所述传热液入口处安装有电磁阀，所述电磁阀与控制器电性连接。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明通过液泵将储液箱内的液体输送至分液底座中，利用内液管与竖向固定槽与导热液管之间的连接，在导热液管内的混合晶浆外周包裹一层液体，并利用液体的莱顿弗罗斯特效应在混合晶浆的与导热液管的内壁之间形成一层蒸汽膜层，避免混合晶浆直接与导热液管的内壁接触，防止晶体沾附在导热液管内壁上造成导热液管堵塞，同时由于蒸汽膜层与导热液管内壁的摩擦力更小，可达到降低循环泵能耗的效果。

2、本发明通过在混合室和加热器中设置监测组件，利用第二温度传感器和第一温度传感器的温度差监测吸热后晶浆的温度，并可通过控制器控制电磁阀的开口大小而调整进入传热液入口内热液体量，从而完善现有技术中加热器内温度控制系统，解决导热液管内蒸汽膜层的阻挡造成混合晶浆升温速度降低的问题，保证经过加热器后的晶浆温度达到结晶要求。

3、本发明通过在循环泵与加热器之间设置混合室，并通过主液管使得晶浆折返流动，从而促进循环晶浆与原料液的混合均匀度，同时在加热器内腔的顶端设置循环泵，通过不同导热液管的晶浆在高温混液腔处混合均匀，有利于第一温度传感器和第二温度传感器测量结果的准确性，提高对通入加热器内热液体量的控制精确性，达到完善加热器内温度控制系统的作用。

附图说明

图1为本发明的结构组成示意图；

图2为加热器和混合室的结构示意图；

图3为图2的A处放大示意图；

图4为本发明分液底座的俯视结构示意图；

图5为本发明混合室的局部剖视图结。

图中：1、结晶器；101、循环液管；2、加热器；201、传热液入口；202、冷凝液出口；203、导热液管；204、混液隔板；2040、高温混液腔；3、混合室；301、外箱；302、主液管；303、挡液板；3001、低温混液腔；4、循环泵；5、进液管；6、控制器；7、液泵；8、储液箱；9、监测组件；901、第一温度传感器；902、浓度传感器；903、第二温度传感器；10、分液底座；1001、内液管；1002、竖向固定槽；1003、连通液槽；1004、外液进管；1020、外液出腔；11、电磁阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，一种强制循环蒸发结晶器用加热器结构，包括结晶器1、加热器2、循环泵4和控制器6，结晶器1的内腔连通有靠近结晶器1底端的循环液管101，循环液管101的出口连接循环泵4的入口，循环泵4的入口还连接进液管5，原料液从进液管5内输送，与结晶器1内流出的晶浆混合在一起并通过循环泵4输送至混合室3内，混合室3的出口端与加热器2的入口端相连通，原料液与晶浆在混合室3内混合均匀后输送至加热器2的内腔中，加热器2的外壁上开设有传热液入口201和冷凝液出口202，传热液入口201和冷凝液出口202分别位于加热器2的上、下两端，加热后的液体从传热液入口201输送进加热器2的内腔中，加热器2的内部设置有导热液管203，经过混合室3混合的晶浆会进入导热液管203，导热液管203内的晶浆吸收加热器2内腔中的液体的热量而升温，一般晶浆的温度只需要升高2-6度，传热液入口201处安装有电磁阀11，通过控制电磁阀11的开口大小可以控制通入加热器2内的热液体的量，从而控制吸热后的导热液管203内的晶浆的温度，加热器2和混合室3上安装有监测组件9，监测组件9包括第一温度传感器901、浓度传感器902和第二温度传感器903；

混合室3包括外箱301，外箱301底端的中部固定套接有主液管302，主液管302的入口端与循环泵4的出口端相连通，原料液与从结晶器1内流出的晶浆通过主液管302进入外箱301的内腔中，外箱301的内腔中设有挡液板303，挡液板303类似于一个没有底面且内部中空的圆柱体，挡液板303罩设在主液管302的外周，挡液板303的顶端与主液管302的顶端预留有间隔，挡液板303的底端与外箱301的底壁之间也预留有间隔，该间隔供混合晶浆流通，外箱301与挡液板303之间形成混液腔低温混液腔3001，混合晶浆通过挡液板303的阻挡后弯曲流动，在此流动过程中混合均匀，第一温度传感器901和浓度传感器902设置于混液腔低温混液腔3001中，用于测量进入加热器2前混合晶浆的温度和浓度；

加热器2内腔的底端设有分液底座10，分液底座10的底部固定套接有内液管1001，内液管1001的入口端与混液腔低温混液腔3001相连通，分液底座10的顶面开设有位于内液管1001处的竖向固定槽1002，导热液管203固定套接在竖向固定槽1002的内部，竖向固定槽1002的顶部与导热液管203之间密封，内液管1001的内径比导热液管203的内径小，内液管1001的顶端延伸至导热液管203的内部，内液管1001的外壁与导热液管203的内壁之间形成环绕内液管1001的外液出腔1020，外液出腔1020与竖向固定槽1002连通，且分液底座10的内部开设有连通液槽1003，连通液槽1003用于连通与导热液管203对应的所有竖向固定槽1002，分液底座10的外壁上连接有与连通液槽1003连通的外液进管1004，外液进管1004的入口端连接有液泵7，液泵7的入口端连接有储液箱8，储液箱8的内部存储有液体，一般该液体可选用无杂质的蒸馏水，或者可使用结晶器1顶部逸出的冷凝后的蒸汽，保证储液箱8内液体的杂质少；储液箱8内的液体通过液泵7输送至外液进管1004中，并进入连通液槽1003中，然后通过竖向固定槽1002至外液出腔1020处，导热液管203内的晶浆周围环绕一层储液箱8内的液体；储液箱8内存储的液体的选择应注意两点：一是纯度，需保证液体在汽化时无杂质，否则杂质会贴附在导热液管203的内壁上造成堵塞；二是液体沸点，该液体的沸点应远小于混合晶浆的沸点；混合晶浆在加热器2内只是增加2-6度，即从传热液入口201内输送进加热器2内腔的热液体的温度应能够使得储液箱8内的液体沸腾；根据莱顿弗罗斯特效应，当储液箱8中的液体在导热液管203的内壁处会吸热汽化成一层蒸汽膜层，从而将导热液管203内的晶浆包裹在中部，防止晶浆与导热液管203的内壁直接接触，晶浆中的晶体沾附在内壁上而导致导热液管203堵塞，由于蒸汽为气体，具有一定的气压作用力，气压力均匀作用在晶浆的外侧，进一步阻碍晶浆直接与导热液管203的内壁接触，而晶浆仍可通过蒸汽膜层获取热量来达到升温的要求，并且蒸汽相比于液体，与导热液管203内壁的接触摩擦力更低，有利于晶浆以及蒸汽膜层的移动，同时由于摩擦力较低，可提高蒸汽膜层的完整性，降低蒸汽膜层的破损；

由于蒸汽膜层的阻挡，混合晶浆的升温速度以及效率都有所改变，需要根据形成蒸汽膜层后的加热机构来调整现有技术中加热器2内的温度控制系统，因此加热器2内腔的顶端设有混液隔板204，导热液管203固定套接在混液隔板204的内部，混液隔板204与加热器2顶端内壁之间形成高温混液腔2040，第二温度传感器903安装在高温混液腔2040处，用于测量升温后的晶浆的温度是否达到要求，通过第二温度传感器903与第一温度传感器901检测到的温度差可计算热量传导的效率，可通过控制电磁阀11的开口大小达到设定的升温要求；

浓度传感器902用于检测混合晶浆的浓度，相同成分而不同浓度的晶浆其对应的莱顿弗罗斯特点是不同的，莱顿弗罗斯特点为液体发生莱顿弗罗斯特效应的最低温度，由于混合晶浆若发生莱顿弗罗斯特效应，则不可避免的在导热液管203的内壁上附着晶体而造成堵塞，含有溶质的液体，即晶浆可通过实验得出该液体的莱顿弗罗斯特点，通过根据不同浓度的晶浆以及其莱顿弗罗斯特点可通过控制通入传热液入口201内的液体温度和液体量，配合现有加热器2内液体控制系统中的温度控制方法，使得导热液管203内的晶浆在升温的过程不会出现莱顿弗罗斯效应。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种强制循环蒸发结晶器用加热器结构，包括结晶器(1)、加热器(2)和控制器(6)，所述加热器(2)的出口端与结晶器(1)底端的入口相连通，所述结晶器(1)的底端连接有循环液管(101)，所述循环液管(101)的出口连接有循环泵(4)，所述循环泵(4)的入口还连接有进液管(5)，所述加热器(2)的外壁开设有传热液入口(201)和冷凝液出口(202)，所述加热器(2)的内腔设有导热液管(203)，其特征在于：所述循环泵(4)的出口端连接有混合室(3)，所述混合室(3)的出口端与加热器(2)的入口端相连通，所述加热器(2)和混合室(3)的内腔设置有监测组件(9)，所述监测组件(9)与控制器(6)电性连接，所述加热器(2)内腔的底端设有分液底座(10)，所述分液底座(10)的入口连接有液泵(7)，所述液泵(7)的入口端连接有储液箱(8)，所述储液箱(8)的入口端连接至结晶器(1)的顶端。

2.根据权利要求1所述的一种强制循环蒸发结晶器用加热器结构，其特征在于：所述混合室(3)包括外箱(301)，所述外箱(301)的底端的中部固定套接有主液管(302)，所述主液管(302)的一端与循环泵(4)的出口相连通，所述外箱(301)的内腔设有挡液板(303)，所述挡液板(303)为内腔中空且底面空缺的圆柱形，所述挡液板(303)罩设在主液管(302)的外周，所述挡液板(303)的顶面与底面分别与主液管(302)和外箱(301)之间存在间隔，所述外箱(301)与主液管(302)的空间形成混液腔低温混液腔(3001)，所述混液腔低温混液腔(3001)的上方即为外箱(301)的出口。

3.根据权利要求2所述的一种强制循环蒸发结晶器用加热器结构，其特征在于：所述分液底座(10)固定连接在加热器(2)的内壁上，所述分液底座(10)的内部固定套接有内液管(1001)，所述内液管(1001)的入口与混液腔低温混液腔(3001)相连通，所述分液底座(10)的顶部开设有竖向固定槽(1002)，所述导热液管(203)的底端固定套接在竖向固定槽(1002)的内部，所述内液管(1001)的顶端延伸至导热液管(203)的内部，所述导热液管(203)的内壁与内液管(1001)的外壁之间形成外液出腔(1020)，所述分液底座(10)的内部开设有连通液槽(1003)，所述连通液槽(1003)与竖向固定槽(1002)相连通，所述连通液槽(1003)连通有外液进管(1004)，所述外液进管(1004)与液泵(7)的出口端相连通。

4.根据权利要求3所述的一种强制循环蒸发结晶器用加热器结构，其特征在于：所述加热器(2)的内腔中设置有位于传热液入口(201)上方的混液隔板(204)，所述导热液管(203)固定套接在混液隔板(204)的内部且导热液管(203)延伸至混液隔板(204)的上方，所述混液隔板(204)与加热器(2)的内壁之间形成位于传热液入口(201)内腔上方的高温混液腔(2040)，所述高温混液腔(2040)与结晶器(1)的入口端相连通。

5.根据权利要求4所述的一种强制循环蒸发结晶器用加热器结构，其特征在于：所述监测组件(9)包括第一温度传感器(901)、浓度传感器(902)和第二温度传感器(903)，所述第一温度传感器(901)和浓度传感器(902)安装在混液腔低温混液腔(3001)处，所述第二温度传感器(903)安装在高温混液腔(2040)处，所述传热液入口(201)处安装有电磁阀(11)，所述电磁阀(11)与控制器(6)电性连接。

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