CN209108654U - 一种用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器，包括柱形壳体，壳体内部设置有同轴的内筒和外筒，内筒和外筒之间形成圆环状的夹层，其中，夹层内间隔设置有多组螺旋导流板，使夹层内形成多组螺旋状的导流通道。本实用新型提供的结晶器增加了螺旋导流通道，由此可明显延长光卤石和分解母液的流动路程，由此大幅增加了停留时间，有利于光卤石的充分水解，尤其是大粒径的光卤石，使用本实用新型的结晶器生产氯化钾时，物料在其中可同时兼具全混流和平推流两种模式，提高了结晶器的生产效率和氯化钾的回收率，同时也减少了生产过程中的原料和能源消耗。

Description

一种用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器

技术领域

本实用新型涉及盐化工技术领域，具体涉及一种用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器。

背景技术

氯化钾是一种重要的钾肥，也是重要的化工原料。在化学工业中，可以用于制造氢氧化钾、硝酸钾、碳酸钾、硅酸钾、氯酸钾、高锰酸钾、碘酸钾等各种钾盐系列产品，还是电解氯化镁制金属镁配置电解液的成分之一，广泛应用于医药、电镀、冶金、照相等多个行业中。

光卤石矿自然条件下由钾、镁的卤化物矿物和氯化钠(KCl·MgCl₂·6H₂O+NaCl)形成的，中国以及老挝、泰国、非洲的埃塞俄比亚、厄立特里亚、刚果等国具有丰富的光卤石矿。光卤石矿的用途包括制造钾肥和提取金属镁的矿物原料等。

光卤石加工制取氯化钾的过程包括光卤石经预处理、计量后，连续进入结晶器与循环分解母液或淡水进行分解和结晶。分解过程中，氯化镁和氯化钾同时溶解在其分解母液中，当结晶器系统溶液中的氯化镁和氯化钾达到饱和时，根据物质溶解度，氯化钾则会结晶析出，得到氯化钾晶体，溶液中的氯化镁和氯化钾处于光卤石饱和点，从而实现氯化钾和氯化镁的分离。

中国专利CN 103073030A公开了一种水解光卤石的结晶器(如图2所示)，该结晶器相对于传统DTB型结晶器对光卤石的分解效率、钾的回收率有较大提高，但结构上仍不能满足较大粒径光卤石高效水解的要求。较大粒径的光卤石在空间停留时间不够而快速沉降到结晶器底部，无法实现完全水解，使得实际生产中以牺牲钾的回收率为代价，采用加入远大于理论加水量的水获得大部分光卤石的分解。

实用新型内容

为克服现有的结晶器无法满足大粒径光卤石充分水解的缺陷，本实用新型的目的是提供一种用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器，可有效克服此缺陷，提高结晶器的生产效率和氯化钾的回收率。

本实用新型提供的用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器包括柱形壳体，所述壳体内部设置有同轴的内筒和外筒，所述内筒和外筒之间形成圆环状的夹层，其中，所述夹层内间隔设置有多组螺旋导流板，使所述夹层内形成多组螺旋状的导流通道。

本实用新型提供的用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器中，所述夹层内分为4～12组螺旋状的导流通道。

本实用新型提供的用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器中，所述内筒和外筒的纵向剖面形状为上部呈倒锥形，下部呈矩形。

本实用新型提供的用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器中，所述螺旋状的导流通道的长度为所述夹层纵向剖面的侧壁长度的10～30倍。

本实用新型提供的用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器中，所述内筒的倒锥形边与其矩形边延长线的夹角为30～50°。

本实用新型提供的用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器中，所述外筒的倒锥形边与其矩形边延长线的夹角为30～45°。

本实用新型提供的用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器中，所述壳体的侧壁与底部的夹角为45～70°。

本实用新型提供的用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器中，所述壳体的高度与外径直径比为1﹕1～3.5；进一步地，所述壳体的高度与外径直径比为1﹕2～3.5。

本实用新型提供的结晶器增加了螺旋导流通道，由此可明显延长光卤石和分解母液的流动路程，由此大幅增加了物料的停留时间，有利于光卤石的充分水解，尤其是大粒径的光卤石，解决了大粒径光卤石不能很好水解的问题。使用本实用新型的结晶器生产氯化钾，物料在其中流动时可同时兼具“全混流”和“平推流”两种模式，突破了物料作用时间的局限，提高了结晶器的生产效率和氯化钾的回收率，同时也减少了生产过程中的原料和能源消耗。

附图说明

图1为本实用新型的结晶器的剖面结构示意图；

图2为现有的结晶器的剖面结构示意图；

其中，附图标记说明如下：

1、外筒；2、内筒；3、导流板；4、光卤石进口；5、母液进口；6、溢流液出口；7、产品出口；8、壳体；9、搅拌装置；10、澄清区；11、溶解区；12、循环区。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

现有的用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器可以为传统的DTB结晶器，也可以为改进的结晶器(如中国专利CN 103073030A)，如图2所示，结晶器主体为一壳体8，其可以为圆柱形，壳体8内设置有同轴的、内外套叠的内筒2和外筒1，形成导流筒，内筒2和外筒1的纵向剖面为上部呈倒锥形、下部呈矩形的形状。壳体8顶部分别设置有光卤石进口4和母液进口5，用于输送光卤石和分解母液，光卤石进口4和母液进口5与内筒2相连通，母液进口5的管路延伸至内筒2的底部。壳体8的侧壁上还设置有溢流液出口6和产品出口7，其中，溢流液出口6设置在壳体8侧壁的上部，用于分解母液溢流排出，产品出口7设置在壳体8侧壁的下部，用于排出得到的氯化钾晶体。内筒2内的下部设置有搅拌装置9，其通过结晶器顶部设置的电机驱动。

壳体8内的空间划分为多个功能区域，外筒1与壳体8之间围成的空间是澄清区10，内筒2上部的倒锥形区域为溶解区11，下部区域为循环区12，搅拌装置9设在循环区12中。

上述结晶器运行时，光卤石矿由光卤石进口4进入导流筒的内筒2中，一定量的分解母液则由母液进口5进入到内筒2底部的循环区12，在搅拌装置9的搅拌下开始混合，光卤石与母液的混合物料向上部溶解区11流动，然后经过外筒1和内筒2之间的夹层，之后排入结晶器的底部，氯化钾逐渐长大，未长大的细晶在澄清区10边上升边长大，随着氯化钾晶体继续增大，长大的氯化钾颗粒下沉到结晶器底部，结晶氯化钾与本来存在的一部分氯化钠固体及分解母液由产品出口7排出，输送至下游工序，多余母液及细微小颗粒经结晶器顶部的溢流液出口6溢出。

现有的结晶器在运行时，光卤石在结晶器内有效停留时间短，大粒径的光卤石难以充分水解，影响氯化钾的回收率，分解母液的加入量也需远大于理论量。图2所示的倒锥形导流筒可一定程度上改善提高光卤石的水解情况，但仍无法达到理想效果。无论是常规的DTB型结晶器还是改进的倒锥形导流筒结晶器，光卤石和母液的混合物料在结晶器内都是“全混流”这一种反应模式，限制了氯化钾回收效率的进一步提高。

基于此，本实用新型提供了一种新型的用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器，如图1所示，于内筒2和外筒1之间的圆环状夹层中，间隔设置有多组螺旋导流板3，以使夹层内形成多组螺旋状的导流通道。

本实用新型的结晶器运行时，光卤石与母液的混合物料聚集至溶解区11后，已经部分溶解的光卤石和母液进入夹层内，然后流经螺旋状的导流通道，螺旋状导流通道显著增加了物料的流动路程，此时，光卤石和分解母液的混合物料由全混流模式转变为近似平推流模式，物料在结晶器内的停留时间大幅延长，增加了光卤石和分解母液的作用时间，有利于大粒径光卤石的充分溶解。由于水解更充分，同样母液添加量下水解光卤石的量更多，有助于提高结晶器生产效率和氯化钾的收率，且在一定程度上减少了原料和能源消耗。

本实用新型提供的结晶器中，导流板3沿内筒2呈螺旋状设置，其可以为等螺距设置，也可以非等螺距设置，并可根据导流通道的长度要求来适当调整螺距。在根据本实用新型的一个优选实施方式中，导流板3为等螺距设置。

本实用新型提供的结晶器中，间隔设置的多组导流板3可以为等距离间隔设置，也可以任意距离间隔设置。在根据本实用新型的一个优选实施方式中，多组的导流板3为等距离间隔设置。

本实用新型提供的结晶器中，导流通道的数量越多，有利于延长物料的停留时间，但易受结晶器空间环境的限制，综合停留时间、工艺难易度、生产成本等因素，导流通道可以为4～12组。

本实用新型提供的结晶器中，导流通道的长度越长，物料的停留时间越长，但也受到结晶器空间环境的限制，综合光卤石结晶的实际情况、工艺难易度、生产成本等因素，导流通道的长度可以为原物料路程的10～30倍，即为夹层纵向剖面的侧壁长度的10～30倍。当导流筒为图2所示结构时，原物料路程的长度包括倒锥形部分的侧边长度以及矩形的侧边长度的总和。

本实用新型提供的结晶器中，内筒2的倒锥形边与其矩形边延长线的夹角可以为30～50°，外筒1的倒锥形边与其矩形边延长线的夹角可以为30～45°。内筒和外筒的倒锥形边与矩形边延长线的夹角设置有利于控制物料在结晶器中的流速，选择合适的夹角可保证延长光卤石颗粒的停留时间，夹角大小可根据结晶器处于的环境温度、原料光卤石的来源、生产能力等因素来调整。夹角过大易导致光卤石的沉积，影响生产效率，而如果夹角太小，则会影响光卤石的分解效果。

本实用新型提供的结晶器中，壳体8的侧壁与壳体底部的夹角可以为45～70°。

本实用新型提供的结晶器中，壳体8的高度与外径直径比可以为1﹕1～3.5，例如，可以为1﹕1.0、1﹕1.5、1﹕2.0、1﹕2.5、1﹕3.0、1﹕3.5或任意数值区间的组合。现有的结晶器中，光卤石与母液的混合物料主要在溶解区流动、停留并逐渐溶解，内筒和外筒需保证一定的高度来保证物料的停留时间，限制了壳体的高度与外径比。本实用新型由于设置了螺旋状的导流通道，有效增加了混合物料的停留时间和循环路径，故相同体积的情况下，壳体的高度可进一步减小，这样设计能够缩短搅拌轴的长度，从而可提高搅拌装置的运行稳定性，同时减去搅拌轴中间轴承，可减少故障点，从而可提高结晶器长周期连续稳定运行时间，最终提高单罐产能。在根据本实用新型的一个优选实施方式中，壳体的高度与外径直径比可以为1﹕2～3.5。

本实用新型提供的结晶器中，由于有效增加了混合物料的停留时间和循环路径，光卤石与母液的混合物料不必完全于内筒内进行溶解，故搅拌装置9的转速可有所降低，这样有利于减小结晶器底部氯化钾晶体的破碎程度，提高搅拌装置的稳定性，节约电力消耗，进一步实现节能增效。

本实用新型提供的结晶器中，在结晶器和搅拌装置的设计中可采用CFD及FEA技术，对流动场及结晶器结构进行优化，有利于光卤石分解反应充分进行，满足光卤石分解结晶需求，从而提高产量，降低单位产出能耗。

实施例

本实施例的结晶器如图1所示，该结晶器的柱形壳体8高8.0m，直径24m，内筒2上部高3.0m，上端口直径为16.0m，下端口直径为8.8m，内筒2的倒锥形边与矩形边延长线的夹角是39.8°，内筒2下部为筒形结构(纵向剖面形状为矩形)，其下部高2.0m，距离该结晶器椭圆锥壳体底部2.0m。

外筒1的上部高3.0m，上端口直径为17.5m，下端口直径为10.5m，其外筒1的倒锥形边与矩形边延长线的夹角是40.6°，外筒1下部为筒形结构(纵向剖面形状为矩形)，其下部高1.5m，距离该结晶器椭圆锥壳体底部2.5m。

内筒2和外筒1形成的夹层中设置5组等螺距的螺旋导流板3，以使夹层内形成5组螺旋状的导流通道。调节导流通道的长度为75～225m之间。在无导流板3的状态下，光卤石和分解母液的混合物料在夹层中的停留时间约为6～8秒，增加了导流板3之后，混合物料在夹层中的停留时间根据导流通道长度的不同提高至60～210秒。

采用上述结晶器处理光卤石，处理量大于750t/h，出口底流浓度30％(体积比)。采用我国现有分析标准或文献资料对光卤石及其水解产物中相关组分分析，根据这些分析结果确定其该结晶器的氯化钾收率大于70％，且实际母液添加量不大于理论添加量的103％。

采用没有设置导流通道的结晶器，按照同样工艺条件进行水解光卤石，其氯化钾回收率约为65％，且实际母液添加量为理论添加量的110％以上。

可以看出，使用本实用新型的结晶器水解光卤石生产氯化钾的过程中，由于物料循环路径的增长，大粒径的光卤石在结晶器内有效停留时间明显变长，在不增加结晶器数量的前提下实现了光卤石的高效分解结晶，在控制母液添加量方面也有很大的进步，结晶器生产效率和氯化钾的收率都有了明显的提高。

虽然为了说明本实用新型，已经公开了本实用新型的优选实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离权利要求书所限定的本实用新型构思和范围的情况下，可以对本实用新型做出各种修改、添加和替换。

Claims (9)

1.一种用于水解光卤石制取氯化钾的结晶器，包括柱形壳体，所述壳体内部设置有同轴的内筒和外筒，所述内筒和外筒之间形成圆环状的夹层，其特征在于，所述夹层内间隔设置有多组螺旋导流板，使所述夹层内形成多组螺旋状的导流通道。

2.根据权利要求1所述的结晶器，其特征在于，所述夹层内分为4～12组螺旋状的导流通道。

3.根据权利要求1所述的结晶器，其特征在于，所述内筒和外筒的纵向剖面形状为上部呈倒锥形，下部呈矩形。

4.根据权利要求3所述的结晶器，其特征在于，所述螺旋状的导流通道的长度为所述夹层纵向剖面的侧壁长度的10～30倍。

5.根据权利要求3所述的结晶器，其特征在于，所述内筒的倒锥形边与其矩形边延长线的夹角为30～50°。

6.根据权利要求3所述的结晶器，其特征在于，所述外筒的倒锥形边与其矩形边延长线的夹角为30～45°。

7.根据权利要求3所述的结晶器，其特征在于，所述壳体的侧壁与底部的夹角为45～70°。

8.根据权利要求1-7任一项所述的结晶器，其特征在于，所述壳体的高度与外径直径比为1﹕1～3.5。

9.根据权利要求8所述的结晶器，其特征在于，所述壳体的高度与外径直径比为1﹕2～3.5。