CN116832474A - 一种晶体粒度严格受控的结晶方法和专用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体粒度严格受控的结晶方法和专用装置,溶液经过一级冷却器后纷呈两股,一股进入一级结晶器,另一股进入二级冷却器,然后进入二级结晶器;来自二级冷却器的过冷溶液与来自母液泵的母液在二级结晶器内混合;二级结晶器内的晶浆从下部经二级晶浆泵输送至一级结晶器;一级结晶器中来自一级冷却器的溶液与来自二级晶浆泵的晶浆混合,晶体继续成长;一级结晶器的晶浆输送至增稠器进行增稠,增稠后的晶浆进入离心机进行固液分离,增稠器和离心机的母液收集在母液罐中,母液罐下部物料经母液泵进入二级结晶器参与循环。本发明实现晶体粒度精确控制,并避免细小晶粒在冷却器换热表面结垢情况发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种结晶的方法和装置。
背景技术
常规的几种通用型冷却结晶器如强制循环型和OLSO型,均采用晶浆循环的方式实现冷却降温。不管是晶浆循环或全混型操作的结晶器,均存在一个显著的缺点,即循环晶浆汇总的晶粒与高度叶轮的碰撞会产生大量的二次晶核,降低了产品的平均粒度,并产生较多的细晶,使C.V.值增大。晶浆循环的缺点还在于生产能力的限制,因为必须限制液体的循环流量及悬浮密度,把结晶器中悬浮液的澄清界面限制在溢流口之下,以防止母液中夹带明显数量的晶体。
当循环液从结晶器上部溢流而出是,溶液中基本不含晶粒,从而避免发生叶轮与晶粒间的接触成核现象时,晶体的粒度分级效果较为有利,但是往往在工业生产中难以实现精确控制,循环液中仍会含有一定数量的晶粒。
即使循环液中仅含有少量细小晶粒,在循环液经过冷却器时,由于溶液温度降低呈现过饱和状态,溶液中容易发生成核现象,这些晶核会附着在冷却器的换热表面上,不断富集后就形成大面积的晶体垢层。
由于存在上述缺点,实际工业应用的冷却结晶器运行周期均较短,需要频繁切换或停车清洗,甚至发生由于晶体堵塞换热管的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现晶体粒度精确控制,并避免细小晶粒在冷却器换热表面结垢情况发生的晶体粒度严格受控的结晶方法和专用装置。
本发明的技术解决方案是:
一种晶体粒度严格受控的结晶方法,其特征是:包括下列步骤:
步骤一:溶液经过一级冷却器后纷呈两股,一股进入一级结晶器,促进晶体成长;另一股进入二级冷却器,然后进入二级结晶器,二级冷却器将溶液处于一定的过冷状态,促进晶体成核;
步骤二:来自二级冷却器的过冷溶液与来自母液泵的母液在二级结晶器内混合,一方面消除过冷溶液的过饱和度,另一方面给细小晶体提供成长的空间;
步骤三:二级结晶器内的晶浆从下部经二级晶浆泵输送至一级结晶器;
步骤四:一级结晶器中来自一级冷却器的溶液与来自二级晶浆泵的晶浆混合,晶体继续成长;
步骤五:一级结晶器的晶浆从一级结晶器底部离开进入一级晶浆泵,输送至增稠器进行增稠,增稠后的晶浆进入离心机进行固液分离,将晶体与母液实现分离,增稠器和离心机的母液收集在母液罐中,母液罐下部物料(即母液)经母液泵进入二级结晶器参与循环,上部清液溢流出去,离开结晶系统。
经一级冷却器的溶液分成两股,一股进入一级结晶器,另一股进入二级冷却器,两股溶液的流量比例与二级结晶器内粒度尺寸联锁控制,当二级结晶器内粒度偏离设定晶体粒度上限时,降低进入二级冷却器的流量,增加去往一级结晶器的流量;反之,当二级结晶器内粒度偏离设定晶体粒度下限时,增加进入二级冷却器的流量,降低往一级结晶器的流量。
二级冷却器的出料温度与冷却介质的温差控制在2~4℃之间,溶液出口温度与二级冷却器壳程低温水温度形成联锁控制,通过调节低温水流量,实现二级冷却器出口温度与冷却介质之间的温度保持在设定范围之内。
根据具体溶液的超溶解度曲线,设定二级结晶器的工作温度,二级结晶器内温度与母液泵流量形成联锁,当要求温度较低时,降低母液泵的流量;反之,当要求温度较高时,增加母液泵的流量。
一种晶体粒度严格受控的结晶方法的专用装置,其特征是:包括一级冷却器,一级冷却器的出口分成二条管路分别与二级冷却器、一级结晶器连接,二级冷却器的下部晶浆出口通过二级晶浆泵与一级结晶器连接,一级结晶器的下部晶浆出口通过一级晶浆泵与增稠器连接,增稠器的上部母液出口通过管路与母液罐连接,增稠器的下部晶浆出口与离心机进口连接,离心机的母液出口通过管路与母液罐连接,离心机设有晶体出口,母液罐上部设有母液溢流出口,母液罐下部母液出口通过母液泵与二级结晶器连接。
本发明实现晶体粒度精确控制,母液以不循环流经冷却器的方式降温,从而避免细小晶粒在冷却器换热表面结垢情况的发生。晶体的成核和成长在单独的空间里进行,避免晶浆中不同晶体颗粒的返混。结合检测仪表和自动控制系统,能确保冷却结晶的长周期稳定运行。本发明适用于溶液中盐分溶解度随温度变化较为明显和中等的物系,如KCl,NaNO3,CuSO4*5H2O,Na2SO4*10H2O,FeSO4*7H2O等。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明晶体粒度严格受控的结晶方法的专用装置示意图。
图中:① 一级冷却器,②二级冷却器,③一级结晶器,④二级结晶器,⑤一级晶浆泵,⑥二级晶浆泵,⑦母液泵,⑧母液罐,⑨增稠器,⑩离心机。
实施方式
实施例
温度在42℃,质量浓度为25%的硫酸亚铁溶液的流量一共3t/h,进入一级冷却器,温度降低至25~27℃,2.4t/h进入所述一级结晶器,剩余0.6t/h进入二级冷却器继续冷却,终点冷却温度为8℃。一级结晶器和二级结晶器内均设有双层桨式搅拌器,搅拌速度为35rpm,一级结晶器内晶浆固含量23%,晶体平均颗粒度为1.2mm。一级结晶器的晶浆从底部进入所述一级晶浆泵,被一级晶浆泵输送至所述增稠器。增稠器内设搅拌器,缓慢搅动下晶浆实现增稠,固含量达到45%。增稠器底部物料依靠重力进入HR400双级活塞推料离心机,离心机出口得到湿含量≤5%七水硫酸亚铁(FeSO4*7H2O)660kg/h。
离心机的母液与增稠器上部溢流汇集在母液罐中,母液罐中没有搅拌,含有少量晶体的溶液从母液罐底部进入母液泵,然后输送至所述二级结晶器。二级结晶器中,来自二级冷却器的低温溶液从上部进入,来自母液泵的溶液从下部进入,两股物料在二级结晶器内混合。来自母液泵的溶液可帮助消除来自二级结晶器的过饱和度,帮助母液中细小晶体颗粒的成长。二级结晶器内物料温度为10℃,二级结晶器内晶体平均颗粒度为0.7~0.8mm。来自二级结晶器的低温溶液在超出超溶解度曲线以外的情况下(在上述温度下,硫酸亚铁溶解度为20.8,超溶解度为23.5),产生晶核。
一级和二级冷却器的壳程为低温水(5℃)。经一级冷却器,料液温度降低至25℃~27℃,经二级冷却器,物料降温至8℃。经过二级冷却器的物料为一次通过,没有任何母液循环经过二级冷却器,解决了常规冷冻结晶工艺中,母液循环冷却过程中,细小晶体在换热表面上结垢结疤的难题。二级结晶器主要功能在于成核,一级结晶器主要功能在于晶体成长,这样设计的优点非常显著,一方面减少晶体返混现象,另一方面使得整个过程的成核数量和晶体粒度均处于高度受控状态。
对比例1:3t/h硫酸亚铁溶液离开一级冷却器以后,全部进入二级冷却器;
对比例2:母液泵出口的硫酸亚铁溶液经过二级冷却器冷却后,再进入二级结晶器。
实施例1 | 对比例1 | 对比例2 | |
平均颗粒度 | 1.2mm | 0.45mm | 0.8mm |
粒度范围 | 0.9~1.4mm | 0.3~0.7mm | 0.4~1.0mm |
C.V.值 | 38% | 61% | 72% |
运行周期 | ≥55天 | 14天 | 3天 |
实施例
温度在40℃,质量浓度为20%的硫酸纳溶液的流量一共5t/h,进入一级冷却器,温度降低至12℃,4.5t/h进入所述一级结晶器,剩余0.5t/h进入二级冷却器继续冷却,终点冷却温度为8℃。一级结晶器和二级结晶器内均设有双层桨式搅拌器,搅拌速度为35rpm,一级结晶器内晶浆固含量28%,晶体平均颗粒度为0.9mm。一级结晶器的晶浆从底部进入所述一级晶浆泵,被一级晶浆泵输送至所述增稠器。增稠器内设搅拌器,缓慢搅动下晶浆实现增稠,固含量达到45%。增稠器底部物料依靠重力进入HR400双级活塞推料离心机,离心机出口得到湿含量≤5%七水硫酸亚铁(FeSO4*7H2O)2800kg/h。
离心机的母液与增稠器上部溢流汇集在及其进入所述母液罐中,母液罐中没有搅拌,含有少量晶体的溶液从母液罐底部进入母液泵,然后输送至所述二级结晶器。二级结晶器中,来自二级冷却器的低温溶液从上部进入,来自母液泵的溶液从下部进入,两股物料在二级结晶器内混合。来自母液泵的溶液可帮助消除来自二级结晶器的过饱和度,帮助母液中细小晶体颗粒的成长。二级结晶器内物料温度为10℃,二级结晶器内晶体平均颗粒度为0.4~0.5mm。来自二级结晶器的低温溶液在超出超溶解度曲线以外的情况下(在上述温度下,硫酸亚铁溶解度为9,超溶解度为12.5),产生晶核。
一级和二级冷却器的壳程为低温水(5℃)。经一级冷却器,料液温度降低至12℃,经二级冷却器,物料降温至8℃。经过二级冷却器的物料为一次通过,没有任何母液循环经过二级冷却器,解决了常规冷冻结晶工艺中,母液循环冷却过程中,细小晶体在换热表面上结垢结疤的难题。二级结晶器主要功能在于成核,一级结晶器主要功能在于晶体成长,这样设计的优点非常显著,一方面减少晶体返混现象,另一方面使得整个过程的成核数量和晶体粒度均处于高度受控状态。
对比例3:5t/h硫酸纳溶液离开一级冷却器以后,全部进入二级冷却器;
对比例4:母液泵出口的硫酸钠溶液经过二级冷却器冷却后,再进入二级结晶器;
实施例2 | 对比例3 | 对比例4 | |
平均颗粒度 | 0.9mm | 0.5mm | 0.6mm |
粒度范围 | 0.7~1.1mm | 0.3~0.7mm | 0.4~0.9mm |
C.V.值 | 53% | 61% | 64% |
运行周期 | ≥35天 | 16天 | 8天 |
由此可见本发明的优异技术效果。
Claims (5)
1.一种晶体粒度严格受控的结晶方法,其特征是:包括下列步骤:
步骤一:溶液经过一级冷却器后分成两股,一股进入一级结晶器,促进晶体成长;另一股进入二级冷却器,然后进入二级结晶器,二级冷却器将溶液处于一定的过冷状态,促进晶体成核;
步骤二:来自二级冷却器的过冷溶液与来自母液泵的母液在二级结晶器内混合,一方面消除过冷溶液的过饱和度,另一方面给细小晶体提供成长的空间;
步骤三:二级结晶器内的晶浆从下部经二级晶浆泵输送至一级结晶器;
步骤四:一级结晶器中来自一级冷却器的溶液与来自二级晶浆泵的晶浆混合,晶体继续成长;
步骤五:一级结晶器的晶浆从一级结晶器底部离开进入一级晶浆泵,输送至增稠器进行增稠,增稠后的晶浆进入离心机进行固液分离,将晶体与母液实现分离,增稠器和离心机的母液收集在母液罐中,母液罐下部物料经母液泵进入二级结晶器参与循环,上部清液溢流出去,离开结晶系统。
2.根据权利要求1所述的一种晶体粒度严格受控的结晶方法,其特征是:经一级冷却器的溶液分成两股,一股进入一级结晶器,另一股进入二级冷却器,两股溶液的流量比例与二级结晶器内粒度尺寸联锁控制,当二级结晶器内粒度偏离设定晶体粒度上限时,降低进入二级冷却器的流量,增加去往一级结晶器的流量;反之,当二级结晶器内粒度偏离设定晶体粒度下限时,增加进入二级冷却器的流量,降低往一级结晶器的流量。
3.根据权利要求1所述的一种晶体粒度严格受控的结晶方法,其特征是:二级冷却器的出料温度与冷却介质的温差控制在2~4℃之间,溶液出口温度与二级冷却器壳程低温水温度形成联锁控制,通过调节低温水流量,实现二级冷却器出口温度与冷却介质之间的温度保持在设定范围之内。
4.根据权利要求1所述的一种晶体粒度严格受控的结晶方法,其特征是:根据具体溶液的超溶解度曲线,设定二级结晶器的工作温度,二级结晶器内温度与母液泵流量形成联锁,当要求温度较低时,降低母液泵的流量;反之,当要求温度较高时,增加母液泵的流量。
5.一种权利要求1所述的晶体粒度严格受控的结晶方法的专用装置,其特征是:包括一级冷却器,一级冷却器的出口分成二条管路分别与二级冷却器、一级结晶器连接,二级冷却器的下部晶浆出口通过二级晶浆泵与一级结晶器连接,一级结晶器的下部晶浆出口通过一级晶浆泵与增稠器连接,增稠器的上部母液出口通过管路与母液罐连接,增稠器的下部晶浆出口与离心机进口连接,离心机的母液出口通过管路与母液罐连接,离心机设有晶体出口,母液罐上部设有母液溢流出口,母液罐下部母液出口通过母液泵与二级结晶器连接。
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