CN113975848B - 一种冷却器外置的连续冷却结晶系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却器外置的连续冷却结晶系统，包括结晶器、冷却器以及设置在结晶器和冷却器之间的清液回收装置；结晶器包括釜体，釜体内设置有导流筒、搅拌装置和溢流槽，溢流槽与清液出口连通；冷却器包括壳体，壳体内部固定有U形列管束。本发明提供的冷却器外置的连续冷却结晶系统，利用冷却器将结晶母液在结晶器外进行冷却后再输送至釜体内，一方面能够增加冷却效果，另一方面能够避免现有技术中采用夹套冷却方式因釜壁率先结晶引起的传热效率降低的问题。本发明可以保证冷却结晶的连续性，能最大限度解决目前釜式搅拌结晶器在生产应用中存在的能耗高，产能低下等诸多实际问题，提高能源利用率、有效提高产能。

Description

一种冷却器外置的连续冷却结晶系统

技术领域

本发明涉及一种溶液冷却结晶技术领域，特别涉及一种冷却器外置连续冷却结晶系统。

背景技术

溶液结晶是指晶体从溶液中析出的过程，是一个重要的化工过程，广泛应用在化工、医药中间产品以及产品生产过程中。

结晶过程是一个复杂的传热、传质过程。在溶液和晶体并存的悬浮液中，溶液中的溶质分子向晶体转移(结晶)，同时晶体分子也在向溶液扩散(溶解)。在未饱和溶液中溶解速度大于结晶速度，从宏观上就是溶解过程；在过饱和溶液中结晶速度大于溶解速度，就是结晶过程。所以，结晶的前提溶液必须有一定的过饱和度。

对于工业结晶按照结晶过程中过饱和度形成的方式，可将溶液结晶分为两大类：移除部分溶剂的结晶和不移除溶剂的结晶。移除部分溶剂的结晶的方法称为蒸发结晶法，蒸发结晶法是使溶液在常压(沸点温度下)或减压(低于正常沸点)下蒸发，从而获得过饱和溶液。此法涉及到加热过程，适用于溶解度随温度变化不大的稳定物料，但同时涉及到溶剂的回收处理以及对于热敏感物料则会造成产品质量下降或产量减少。不移除溶剂的结晶方法称为冷却结晶法。它基本上不移除溶剂，通过溶液的冷却获得溶液的过饱和度，适用于溶解度随温度降低而下降的所有物料，通用性更强，且日益成为医药、化工、食品等行业十分重要的单元操作。它的操作条件以及工作效率直接关系到产品的产量和质量。

目前国内采用最广泛的冷却结晶的设备是釜式搅拌结晶器，其存在以下不足：

1)由于采用夹套冷却，结晶首先从釜壁开始，逐渐结成大量结晶，严重影响传热效率。从釜式搅拌结晶器结构来说，搅拌桨从加工工艺考虑，一般难以做到彻底刮壁，不可能根本消除釜壁结晶对传热效率削弱产生的不利影响，引起中心物料结晶很慢，釜内结晶粒径差异，造成能源浪费和产率低下。

2)结晶釜内虽可以通过加入冷却盘管，增大冷却面积，但结晶釜内壁遇到的同样问题，严重时造成结晶母液不能顺利排出，生产被迫中断。

3)釜式搅拌结晶器底部通常为标准椭圆封头，对于母液浓度较高，温差较大，产生晶体较多的工况，往往排料不彻底，降低产能，增加能耗。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种冷却器外置的连续冷却结晶系统，该系统可以保证冷却结晶的连续性，能最大限度解决目前釜式搅拌结晶器在生产应用中存在的能耗高，产能低下等诸多实际问题，提高能源利用率、有效提高产能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种冷却器外置的连续冷却结晶系统，包括结晶器、冷却器以及设置在结晶器和冷却器之间的清液回收装置，清液回收装置为内部具有一定容积的容器；其中：

所述结晶器包括釜体，所述釜体的底部具有出料口，所述釜体的上部侧壁开设有清液出口；优选的，所述釜体的上部为第一柱形部，所述釜体的下部为倒置的第一圆锥部；所述出料口位于第一圆锥部的底部，所述清液出口位于第一柱形部的侧壁上部。所述釜体的内部竖直固定有导流筒，所述导流筒的底部开口，导流筒能够使釜体内的液体混合更加充分；所述导流筒内安装有搅拌装置；优选的，所述搅拌装置包括搅拌桨以及用于带动搅拌桨转动的搅拌电机，所述搅拌电机的输出端通过搅拌轴与搅拌桨连接；所述第一柱形部的上方安装有用于固定搅拌电机的电机支架，所述搅拌电机通过电机支架固定在导流筒的顶部；所述釜体的内部安装有溢流槽，所述溢流槽与导流筒之间形成清液溢流通道；所述溢流槽与清液出口连通。优选的，所述溢流槽的底板为带有坡度的斜板，所述斜板的最低端朝向清液出口方向，带有坡度的斜板能够使溢流槽内的液体及时从清液出口排出，防止液体在溢流槽内积存，同时也能够避免液体中的少量结晶体在溢流槽内沉淀积蓄，省去了反复冲洗溢流槽的无效操作，降低维护成本，提高生产效率。进一步的，所述第一圆锥部的侧壁开设有人孔，通过设计人孔可方便工作人员进入釜体内检修。所述第一柱形部的内部安装有用于固定溢流槽的溢流槽支架；所述第一圆锥部的内部安装有用于固定导流筒的导流筒支架；所述釜体的外部固定有用于安装釜体的支撑架，使用时，通过支撑架将结晶器固定在工作区域，便于安装使用。

所述冷却器包括壳体，所述壳体包括第二柱形部和第二锥形部，所述第二柱形部和第二锥形部通过可拆卸法兰连接；所述壳体的内壁固定有波浪形导流板；所述波浪形导流板的弧形弯曲部与水平方向的夹角≥30°，其宽度为50～150mm，安装长度小于壳体的长度。所述壳体内部固定有U形列管束；所述U形列管束的U形弯曲部固定在壳体的内部下方，所述U形列管束的冷冻液进口和冷冻液出口设置在壳体的上方；所述壳体的上部侧壁开设有料液进口，所述壳体的底部开设有料液出口；进一步的，所述壳体内设置有用于刮除吸附在U形列管束外壁上的冷却结晶的刮板装置；所述刮板装置包括刮板组件以及用于带动刮板组件在竖直方向上进行升降运动的刮板电机；所述刮板组件包括若干个结构相同且互相平行设置的水平刮板，所述若干个水平刮板通过竖直板固定连接为一体结构；所述水平刮板上开设有多个与U形列管束中U形列管孔径相适配的列管孔，具体的，列管孔与U形列管配合的孔间隙为相邻两个列管孔之间开设有泄漏孔；所述水平刮板的顶面中部固定有连接杆，所述连接杆与刮板电机的输出轴固定连接；所述刮板电机通过刮板电机支架固定在壳体的顶部。水平刮板的外形可设计为任意形状，优选为圆形，工作时，在刮板电机的驱动下，刮板组件以一定速度上下移动，从而及时将U形列管束管壁上的结晶刮除；刮板组件的移动速率为5mm/s～30mm/s。壳体的内壁加工精度达到镜面，根据物料冷却速度，可不设置刮板。更进一步的，所述第二柱形部的上部开设有清洗液进口，所述第二锥形部的下部开设有清洗液出口；所述第二锥形部的下部还开设有排污口。当需对冷却器进行洗涤时，通过清洗液进口将清洗液输送至壳体内，然后从清洗液出口排出；此外，还可通过排污口将壳体内的杂质排出。所述第二柱形部体上还安装有多个视镜，通过视镜可观察壳体内情况，当U形列管束中的管壁出现结晶情况时，开启刮板装置将结晶有效刮除，以提高换热效率；所述第二柱形部体的外壁固定有壳体支撑架。

所述清液出口通过第一管道与清液回收装置的进液口连接，所述清液回收装置的出液口通过第二管道与料液进口连接；所述料液出口通过第三管道与釜体的内部连通；进一步的，所述第二管道上安装有循环泵。

本发明的有益效果为：

本发明提供的冷却器外置的连续冷却结晶系统，利用冷却器将结晶母液在结晶器外进行冷却后再输送至釜体内，一方面能够增加冷却效果，另一方面能够避免现有技术中采用夹套冷却方式因釜壁率先结晶引起的传热效率降低的问题。通过将釜体的下部设计为倒置的圆锥部，该锥形结构能够将釜底晶体及时排出，避免晶体在釜内积蓄导致的排料不彻底等问题。此外，通过将溢流槽的底板设计为带有坡度的斜板，能够使溢流槽内的液体及时从清液出口排出，防止液体在溢流槽内积存，同时也能够避免液体中的少量结晶体在溢流槽内沉淀积蓄，省去了反复冲洗溢流槽的无效操作，降低维护成本，提高生产效率。

本发明提供的冷却器外置的连续冷却结晶系统，可以保证冷却结晶的连续性，能最大限度解决目前釜式搅拌结晶器在生产应用中存在的能耗高，产能低下等诸多实际问题，提高能源利用率、有效提高产能。

附图说明

图1为本发明提供的冷却器外置的连续冷却结晶系统的结构示意图；

图2为结晶器的结构示意图；

图3为冷却器的结构示意图；

图4为冷却器中刮板组件的结构示意图；

图5为刮板组件中水平刮板俯视图；

附图标记：

11-釜体，1101-第一柱形部，1102-第一圆锥部，12-清液出口，13-出料口，14-导流筒，15-搅拌装置，1501-搅拌桨，1502-搅拌电机，1503-搅拌轴，1504-电机支架，16-溢流槽，17-斜板，18-清液溢流通道，19-溢流槽支架，110-导流筒支架，111-支撑架，112-人孔；

21-壳体，2101-第二柱形部，2102-第二圆锥部，2103-可拆卸法兰，22-U形列管束，2201-冷冻液进口，2202-冷冻液出口，24-料液进口，25-料液出口，26-刮板装置，2601-刮板电机，2602-水平刮板，2603-竖直板，2604-列管孔，2605-泄漏孔，2606-连接杆，2607-刮板电机支架，27-波浪形导流板，28-清洗液进口，29-清洗液出口，210-排污口，211-视镜，212-壳体支撑架；

3-清液回收装置，4-第一管道，5-第二管道，6-第三管道，7-循环泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。

需要说明的是，本发明中“固定”、“安装”、“连接”等均表示相互连接的两部件之间是固定在一起，一般是通过焊接、螺钉或胶粘等方式固定在一起，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。

参考图1，一种冷却器外置的连续冷却结晶系统，包括结晶器、冷却器以及设置在结晶器和冷却器之间的清液回收装置3，清液回收装置3为内部具有一定容积的容器；其中：

参考图2，结晶器包括釜体11，釜体11的底部具有出料口13，釜体11的上部侧壁开设有清液出口12；优选的，釜体11的上部为第一柱形部1101，釜体11的下部为倒置的第一圆锥部1102；出料口13位于第一圆锥部1102的底部，清液出口12位于第一柱形部1101的侧壁上部。釜体11的内部竖直固定有导流筒14，导流筒14的底部开口，导流筒14的底部朝向釜体的底部且与釜体底部具有一定的距离，导流筒14能够使釜体内的液体混合更加充分；导流筒14内安装有搅拌装置15；优选的，搅拌装置15包括搅拌桨1501以及用于带动搅拌桨转动的搅拌电机1502，搅拌电机1502的输出端通过搅拌轴1503与搅拌桨1501连接；第一柱形部1101的上方安装有用于固定搅拌电机1502的电机支架1504，搅拌电机1502通过电机支架1504固定在导流筒14的顶部；釜体11的内部安装有溢流槽16，溢流槽16与导流筒14之间形成清液溢流通道18；溢流槽16与清液出口12连通。优选的，溢流槽16的底板为带有坡度的斜板17，斜板17的最低端朝向清液出口12方向，带有坡度的斜板17能够使溢流槽内的液体及时从清液出口排出，防止液体在溢流槽内积存，同时也能够避免液体中的少量结晶体在溢流槽内沉淀积蓄，省去了反复冲洗溢流槽的无效操作，降低维护成本，提高生产效率。进一步的，第一圆锥部1102的侧壁开设有人孔112，通过设计人孔112可方便工作人员进入釜体内检修。第一柱形部1101的内部安装有用于固定溢流槽的溢流槽支架19；第一圆锥部1102的内部安装有用于固定导流筒14的导流筒支架110；釜体11的外部固定有用于安装釜体的支撑架111，使用时，通过支撑架111将结晶器固定在工作区域，便于安装使用。

参考图3至图5，冷却器包括壳体21，壳体21包括第二柱形部2101和第二锥形部2102，第二柱形部2101和第二锥形部2102通过可拆卸法兰2103连接；壳体21的内壁固定有波浪形导流板27；波浪形导流板的弧形弯曲部与水平方向的夹角≥30°，其宽度为50～150mm，安装长度小于壳体的长度。壳体21内部固定有U形列管束22；U形列管束22的U形弯曲部固定在壳体的内部下方，U形列管束的冷冻液进口2201和冷冻液出口2202设置在壳体21的上方；壳体21的上部侧壁开设有料液进口24，壳体的底部开设有料液出口25；进一步的，壳体21内设置有用于刮除吸附在U形列管束外壁上的冷却结晶的刮板装置26；刮板装置包括刮板组件以及用于带动刮板组件在竖直方向上进行升降运动的刮板电机2601；刮板组件包括若干个结构相同且互相平行设置的水平刮板2602，若干个水平刮板通过竖直板2603固定连接为一体结构；水平刮板2602上开设有多个与U形列管束中U形列管孔径相适配的列管孔2604，具体的，列管孔2604与U形列管配合的孔间隙为相邻两个列管孔2604之间开设有泄漏孔2605；水平刮板2602的顶面中部固定有连接杆2606，连接杆2606与刮板电机2601的输出轴固定连接；刮板电机2601通过刮板电机支架2607固定在壳体21的顶部。水平刮板2602的外形可设计为任意形状，优选为圆形，工作时，在刮板电机的驱动下，刮板组件以一定速度上下移动，从而及时将U形列管束管壁上的结晶刮除；刮板组件的移动速率为5mm/s～30mm/s。壳体的内壁加工精度达到镜面，根据物料冷却速度，可不设置刮板。更进一步的，第二柱形部2101的上部开设有清洗液进口28，第二锥形部2102的下部开设有清洗液出口29；第二锥形部2102的下部还开设有排污口210。当需对冷却器进行洗涤时，通过清洗液进口28将清洗液输送至壳体21内，然后从清洗液出口29排出；此外，还可通过排污口210将壳体21内的杂质排出。第二柱形部体2101上还安装有多个视镜211，通过视镜211可观察壳体21内情况，当U形列管束22中的管壁出现结晶情况时，开启刮板装置26将结晶有效刮除，以提高换热效率；第二柱形部体2101的外壁固定有壳体支撑架212。

再参考图1，清液出口12通过第一管道4与清液回收装置3的进液口连接，清液回收装置的出液口通过第二管道5与料液进口24连接；料液出口25通过第三管道6与釜体11的内部连通；进一步的，第二管道5上安装有循环泵7。

工作时，冷却器中U形列管束22的管程内通入冷却介质，冷却介质从冷冻液进口2201进入U形列管束中，从冷冻液出口2202排出；需要冷却的结晶母液通过料液进口24输入壳体21内，结晶母液通过与U形列管束接触完成换热过程，冷却降温后的结晶母液从料液出口25排出，通过第三管道6将结晶母液输送至釜体11内，开启搅拌装置15，随着结晶母液的加入，釜体11内液面上升，上清液从清液溢流通道18流入溢流槽16中，然后从清液出口12进入第一管道4中，从出液出口12排出的清液再经过冷却器进行冷却后，重新返回至釜体11内，这个循环进行至釜体中的结晶母液达到工艺设定温度，然后即可在结晶器内完成结晶过程，最后从出料口卸出结晶产物即可。

本发明提供的冷却器外置的连续冷却结晶系统，可以保证冷却结晶的连续性，能最大限度解决目前釜式搅拌结晶器在生产应用中存在的能耗高，产能低下等诸多实际问题，提高能源利用率、有效提高产能。

显然，所描述的实施例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作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。

Claims (8)

1.一种冷却器外置的连续冷却结晶系统，其特征在于：包括结晶器、冷却器以及设置在结晶器和冷却器之间的清液回收装置；其中：

所述结晶器包括釜体，所述釜体的底部具有出料口，所述釜体的上部侧壁开设有清液出口；所述釜体的内部竖直固定有导流筒，所述导流筒的底部开口；所述导流筒内安装有搅拌装置；所述釜体的内部安装有溢流槽，所述溢流槽与导流筒之间形成清液溢流通道；所述溢流槽与清液出口连通；

所述冷却器包括壳体，所述壳体内部固定有U形列管束；所述U形列管束的U形弯曲部固定在壳体的内部下方，所述U形列管束的冷冻液进口和冷冻液出口设置在壳体的上方；所述壳体的上部侧壁开设有料液进口，所述壳体的底部开设有料液出口；

所述清液出口通过第一管道与清液回收装置的进液口连接，所述清液回收装置的出液口通过第二管道与料液进口连接；所述料液出口通过第三管道与釜体的内部连通；

所述釜体的上部为第一柱形部，所述釜体的下部为倒置的第一圆锥部；所述出料口位于第一圆锥部的底部，所述清液出口位于第一柱形部的侧壁上部；

所述溢流槽的底板为带有坡度的斜板，所述斜板的最低端朝向清液出口方向。

2.根据权利要求1所述的冷却器外置的连续冷却结晶系统，其特征在于：所述搅拌装置包括搅拌桨以及用于带动搅拌桨转动的搅拌电机，所述搅拌电机的输出端通过搅拌轴与搅拌桨连接；所述第一柱形部的上方安装有用于固定搅拌电机的电机支架，所述搅拌电机通过电机支架固定在导流筒的顶部。

3.根据权利要求1或2所述的冷却器外置的连续冷却结晶系统，其特征在于：所述第一柱形部的内部安装有用于固定溢流槽的溢流槽支架；所述第一圆锥部的内部安装有用于固定导流筒的导流筒支架；所述釜体的外部固定有用于安装釜体的支撑架。

4.根据权利要求3所述的冷却器外置的连续冷却结晶系统，其特征在于：所述第一圆锥部的侧壁开设有人孔。

5.根据权利要求1所述的冷却器外置的连续冷却结晶系统，其特征在于：所述壳体包括第二柱形部和第二锥形部，所述第二柱形部和第二锥形部通过可拆卸法兰连接；所述壳体的内壁固定有波浪形导流板。

6.根据权利要求5所述的冷却器外置的连续冷却结晶系统，其特征在于：所述壳体内设置有用于刮除吸附在U形列管束外壁上的冷却结晶的刮板装置；所述刮板装置包括刮板组件以及用于带动刮板组件在竖直方向上进行升降运动的刮板电机；所述刮板组件包括若干个结构相同且互相平行设置的水平刮板，所述若干个水平刮板通过竖直板固定连接为一体结构；所述水平刮板上开设有多个与U形列管束中U形列管孔径相适配的列管孔；相邻两个列管孔之间开设有泄漏孔；所述水平刮板的顶面中部固定有连接杆，所述连接杆与刮板电机的输出轴固定连接；所述刮板电机通过刮板电机支架固定在壳体的顶部。

7.根据权利要求6所述的冷却器外置的连续冷却结晶系统，其特征在于：所述第二柱形部的上部开设有清洗液进口，所述第二锥形部的下部开设有清洗液出口；所述第二锥形部的下部还开设有排污口。

8.根据权利要求5至7任一项所述的冷却器外置的连续冷却结晶系统，其特征在于：所述第二柱形部上还安装有多个视镜；所述第二柱形部的外壁固定有壳体支撑架。

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