CN201692685U - 撞击流蒸发结晶器 - Google Patents

Abstract

撞击流蒸发结晶器，本体上部为大直径蒸发室20；中下部为较小直径的结晶有效容积区，其中同轴安装上、下两个导流筒2和分别安装在两个导流筒2中螺旋方向相反的上、下两个螺旋桨3和4。结晶有效容积区壁外设有换热夹套；内壁与上下导流筒之间设置垂直换热列管14。螺旋桨推动流体向有效容积区中心流动并在该处相向撞击；随后在通过外壁与上下导流筒间环室回流过程中被加热，达到沸点，在液面附近沸腾蒸发至过饱和状态；螺旋桨推动过饱和悬浮体流向中心再次撞击，反复循环，在撞击和其后循环流动中完成结晶过程。适用于并行蒸发一结晶过程，简化流程设备，具有效率高、节能的突出优点，并降低结晶在加热面上结疤的概率。

Description

撞击流蒸发结晶器 

所属技术领域：

属于物理、化学工艺设备。适用于溶液并行蒸发结晶、制取结晶产品或中间产品的过程。 

背景技术：

在化工、医药、轻工等行业中，有许多固体产品通过从溶液中结晶制得。从溶液中结晶在溶液过饱和的条件下进行。依据产生过饱和方式不同，结晶过程大致可分为冷却结晶、蒸发结晶和反应结晶三种类型；其中冷却结晶应用最为广泛。 

冷却结晶通常是把溶液蒸发浓缩到一定接近饱和的浓度后转入结晶装置进行冷却结晶作业。已工业应用的冷却结晶器有很多种。1950至70年代研发的一类带导流筒的结晶器，例如DTB结晶器(Mullin.J.W.，“Industrial Crystallization”pp1-168，Plenum Press，New York，1976)、DP结晶器(河西达夫，“月岛式DP型晶出装置”，别册化学工业，18(2)：58-65，1974)和Standard-Messo湍流结晶器(Messing，T.，Br.Chem.Eng.，14：641-645，1969)等，至今仍属于比较先进的连续结晶装置。上述结晶器的主要不足之处，是微观混合状况不理想，某些结晶性质较差的物料仍难以制得粗大均匀的结晶。伍沅等在国家自然科学基金项目研究基础上较新研发并获得专利的“无旋撞击流真空结晶器”(专利号ZL 200720083842.3)和“无旋撞击流换热式结晶器”(ZL200820066743.9)利用液体连续相撞击流有效促进微观混合的特性，可提供非常均匀的过饱和度环境，显著改善了晶核生成和结晶成长的条件，优于以上各种结晶装置；虽然它们实施冷却的方式不同，即分别以真空和换热的方式冷却工质。 

对于某些产品的生产，将蒸发或部分蒸发过程与结晶过程结合在同一设备中进行更为合理，可以在简化流程、节能等方面产生显著的效益。然而，迄今尚未见有专门用于并行蒸发-结晶过程的高性能技术装备。 

为克服上述现有技术的不足，研发本实用新型。 

发明内容：

本实用新型的目的，是提供一种微观混合好、动力消耗低，可节能高效地完成并行蒸发-结晶过程的技术装备。 

本实用新型撞击流蒸发结晶器，其本体是一个中下部为较小直径结晶区、上部为较大直径蒸发室(20)的锅形或锥形底异径直立圆筒(1)；蒸发室(20)带顶盖(6)并配有蒸汽出口管(9)； 结晶区底部中心配有带循环母液进口管(12)和晶浆出口管(13)的分级腿(11)，中上部垂直同轴安装上、下两个内壁装有若干垂直折流挡板(5)的导流筒(2)，其中分别同轴安装螺旋方向相反、分别从上部和下部推动流体通过上、下导流筒(2)向结晶区中心流动撞击的上、下两个螺旋桨(3)和(4)；异径直立圆筒(1)中下部内壁与上、下导流筒(2)之间设置垂直换热列管(14)，壁外设有换热夹套(17)；装置还设有其出口安排在上、下导流筒(2)之间的进料管(7)。进料管7的出口也可以安排在上或下导流筒2的进口处。 

不同于现有的用于蒸发或结晶过程的技术装备，本实用新型“撞击流蒸发结晶器”可直接用于并行蒸发-结晶过程，在简化流程、节能等方面产生显著的效益。此外还具有下列优点：(1)利用撞击流微观混合非常有效的特性促进结晶过程；(2)垂直同轴两流撞击流的流动结构安排显著节省动力；(3)垂直换热列管的安排减小了换热壁面上结晶结疤的概率。 

附图说明：

图1是本实用新型撞击流蒸发结晶器结构示意图，它同时表示了工作的基本原理；图2是图1的A-A剖面俯视图。 

本实用新型的基本部件包括异径直立圆筒1，其上部为较大直径带拱形或倒锥形顶盖6并配有蒸汽出口管9的蒸发室20，中下部为较小直径的结晶区，底部为锅形或锥形。圆筒1的中下部结晶区内垂直同轴安装上、下两个导流筒2和同轴地分别安装在两个导流筒2中的上螺旋桨3和下螺旋桨4。两个螺旋桨3和4螺旋方向相反，一个右旋，另一个左旋，分别推动流体向下和向上流动并在上、下导流筒2中间处相向撞击，构成垂直同轴两流撞击流，并在上、下导流筒2之间形成撞击区IZ。异径圆筒1中下部较小直径部分及其锥形底包围的空间是结晶过程的有效容积区，也是溶液加热区，其中装工艺介质即结晶-溶液混合物悬浮体，液面没过上导流筒2一定高度，保证实现稳定的撞击流流动结构。上、下两个导流筒2内壁各装若干块沿圆周均布的垂直折流挡板5，以抑制螺旋桨转动引起的旋转流动。异径直立圆筒1中下部壁外即结晶区外设置换热夹套17；该部分内壁与上、下导流筒2之间设置垂直换热列管14，二者通入蒸汽或其它加热介质以间接加热流经它们壁面的工艺介质，分别配有加热介质进口管18、15和出口管19、16。圆筒1的锥形底下接淘洗腿11，其底端接循环母液进口接管12，下部侧壁配有晶浆即成品结晶与母液混合物S的卸料管13。原料液进料管7的出口安排在上、下导流筒2之间即撞击区IZ内；该出口也可以安排在上或下导流筒2进口端。上螺旋桨3和下螺旋桨4的共同驱动轴穿过顶盖6中心连接电动机。 

具体实施方式：

本实用新型技术装备一般采用连续操作方式。 

操作时，异径圆筒1中下部结晶有效容积区内先装入工艺介质即结晶与母液混合物悬浮体，也可以装入进料液；然后启动螺旋桨3和4；同时不断通过进口接管15和18分别向换热列管14和夹套17送入蒸汽V或其它加热介质；换热后冷凝水L通过出口管16和19流出。待流动和温度都达到稳定后，开始通过进料管7连续稳定地加入进料溶液F。螺旋桨3和4推动流体(工艺介质)，分别从上部和下部经导流筒2流向结晶有效容积区中部，并在该处相向撞击，在撞击面周围形成撞击区IZ。该区中来自不同方向的流体间剧烈的相对运动使得流团间和液-固相间有效地混合和接触，温度、液相浓度等状态几乎达到分子均匀程度。撞击后，悬浮体经过上下导流筒2外壁与圆筒1中下部内壁之间的环室分别返回结晶有效容积区的上、下两端。在流经垂直换热管14和换热夹套17壁面过程中被换热管和夹套中的蒸汽或其它换热介质间接加热，达到结晶有效容积区液面处的沸点。返回结晶有效容积区上端的溶液在液面附近沸腾蒸发，产生的二次蒸汽通过蒸汽出口管9排出。蒸发室20采用较大直径以控制向上蒸汽流速，从而可以依靠重力沉降分离掉大部分蒸汽夹带的液滴或液沫。根据是否利用二次蒸汽以及利用的具体要求，蒸汽出口管9的下游还可以安排附加的汽液分离装置。 

蒸发后溶液浓度增大、达到过饱和状态的结晶-溶液悬浮体又被上螺旋桨3输送通过上导流筒2流向结晶有效容积区中部，与返回结晶有效容积区下端、又被下螺旋桨4通过下导流筒2输送流到该处的悬浮体再次撞击，如此反复循环。结晶，包括晶核生成和晶体成长，在由上、下螺旋桨3和4推动悬浮体反复撞击和撞击后循环流动过程中完成。 

循环流动过程中有一部分结晶-溶液悬浮体进入分级腿(也称淘洗腿)11。用适当种类的输液泵a从设置在结晶有效容积区上部侧壁处的围堰8中抽取一定量的循环母液，通过循环管道b和淘洗腿11下部的循环母液进口接管12送入淘洗腿11并向上流动，对淘洗腿中的结晶颗粒进行水力分级。已长大的结晶颗粒与部分母液的悬浮混合物向下运动，即为晶浆S，经淘洗腿下部侧壁处的卸料管13卸出，送至适当种类的分离装置如离心机分离或/和干燥后得到结晶产品；尚未长大的结晶颗粒由循环母液携带向上运动，经淘洗腿11返回结晶器的有效容积区继续生长。图1中的输液泵a和以虚线表示的管道b是配套使用的元件，不属于本实用新型撞击流蒸发结晶器本身。 

本实用新型撞击流蒸发结晶器的突出优点是可以有效地用于并行蒸发-结晶过程，弥补了现有技术的不足；对许多结晶产品的生产过程，可以较大幅度地简化流程和设备。此外，它还具有下述优点：(1)利用撞击流强化微观混合的特点可为结晶过程提供均匀的过饱和度环境，促进结晶过程有效地进行；(2)特殊流动结构安排使之具有显著的节能特性；(3)上下导流筒2与异径圆筒1中下部内壁间采用垂直换热列管，降低了换热壁面上结晶结疤的概率。 

Claims (2)

1.撞击流蒸发结晶器，其特征在于其本体是一个中下部为较小直径结晶区、上部为较大直径蒸发室(20)的锅形或锥形底异径直立圆筒(1)；蒸发室(20)带顶盖(6)并配有蒸汽出口管(9)；结晶区底部中心配有带循环母液进口管(12)和晶浆出口管(13)的分级腿(11)，中上部垂直同轴安装上、下两个内壁装有若干垂直折流挡板(5)的导流筒(2)，其中分别同轴安装螺旋方向相反、分别从上部和下部推动流体通过上、下导流筒(2)向结晶区中心流动撞击的上、下两个螺旋桨(3)和(4)；异径直立圆筒(1)中下部内壁与上、下导流筒(2)之间设置垂直换热列管(14)，壁外设有换热夹套(17)；装置还设有其出口安排在上、下导流筒(2)之间的进料管(7)。

2.按权利要求1所述的撞击流蒸发结晶器，其特征在于进料管(7)的出口也可以安排在上或下导流筒(2)的进口处。 

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