CN217887994U - 一种气液连续反应结晶装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气液连续反应结晶装置，包括由上至下依次对接的直筒壳体和缩径筒体，所述直筒壳体具有底部敞口端，所述直筒壳体的底部敞口端的至少部分伸入所述缩径筒体内并与所述缩径筒体连通，所述底部敞口端的内腔中设置有导流筒，所述直筒壳体内设置有贯穿所述导流筒的搅拌装置，所述搅拌装置包括若干搅拌桨，至少一个所述搅拌桨位于所述导流筒内部；所述直筒壳体顶部设置有进液口，所述缩径筒体外壁开设有进气口，进气管穿过所述进气口伸入所述导流筒内部。通过结晶装置的特定构型与工艺流程操作，控制气‑液两相的接触形式，促进其反应转化效率，实现结晶装置内过饱和度场分布均匀，有效调控晶体成核与生长。

Description

一种气液连续反应结晶装置

技术领域

本实用新型属于结晶技术领域，涉及一种气液连续反应结晶装置。

背景技术

气液反应结晶是由反应气体的物理吸收、化学反应、沉淀结晶过程的耦合集成生产晶体的操作单元，具有绿色环保、能耗低、资源利用率高等优点。其中，以CO₂作为气体酸源代替传统无机酸，例如，硫酸和盐酸等，可进行多种有机弱碱盐的中和反应，从源头减少有机废酸、废盐等产生，既可以达到利用和消耗CO₂的目的，实现碳达峰、碳中和，又可以降低污染物排放而实现生态环境保护，因而，被认为是一种绿色清洁生产技术。但是，气液反应结晶包含着极其复杂的物理化学现象，涉及气液传质、化学反应、气泡聚并与破碎、气液两相流体与晶体颗粒间作用等过程，受诸多生产过程中的操作条件影响，导致气液反应器的工业设计具有极高的难度，而非均相混合、快速的气液扰动极易引起颗粒破碎、晶体细小、产品堆密度小、结晶设备容易结垢等问题。

连续结晶是将物料持续的通入结晶器中并连续获得产品的结晶过程。相较于传统间歇结晶，连续结晶过程的工艺参数恒定，不随时间变化，结晶过程稳定易控，从而保证了晶体产品质量的稳定性、批间差异小，大大减少了人为操作影响，自动化水平高，生产效率高和规模大，可以大大减少结晶流程的设备体积或数量，提高设备利用率。但是，连续结晶过程调控手段有限，结晶体系产生的细晶难以消除，导致连续结晶工艺的产品粒度整体偏小。根据过饱和产生方式不同，连续结晶可分为连续冷却、连续蒸发、连续绝热闪蒸、连续液液反应结晶、连续气液反应结晶等结晶操作。对于控温的连续结晶操作，若采用结晶设备壁面换热，连续结晶产生的细小晶核极易在壁面形成晶垢，垢层不断生长会影响结晶器内的搅拌混合、传热传质等，严重影响产品质量和装置的连续、稳定运行，并需要定期停车清洗。综上，气液连续反应结晶包含气液传质、化学反应、结晶等多种化工过程，更易造成体系过饱和度分布不均匀、二次成核严重、晶体细小、设备结垢严重致使过程难以长时稳定运行等难题。

CN105435482A公开了一种多级真空绝热闪蒸连续结晶方法及设备。由多个结晶器串联；其晶器分为上直筒段和下直筒段；下直筒段直径小，上直筒段直径大，两段直筒由变径连接；上直筒段短，下直筒段长；结晶器底部为W型底；结晶器下部直筒段内带有导流筒；搅拌用电机位于结晶器的顶部，搅拌桨使用双层搅拌桨搅拌，搅拌桨的直径小于导流筒直径，顶层搅拌桨高于导流筒，底层搅拌桨位于导流筒下部。控制第一级结晶器内的固体含量在3％～10％；使第二级结晶器内的固体含量在10％～20％；第三级结晶器内的固体含量在20％～30％；第四级结晶器固含量不应超过50％。但是该设备主要是针对单相的闪蒸结晶过程，并不适用于气液连续反应结晶过程。

CN113117612A一种用于气液连续反应结晶的装置，包括反应器和分离器两部分，反应器的内部设有气体液体分布装置、导流筒、推进式搅拌装置、折流挡板、循环液出口管；气体反应物进料管进入反应器的内部和气体液体分布装置相连，气体液体分布装置位于导流筒的正上方，推进式搅拌装置的叶片位于导流筒的内部，导流筒的正下方为折流挡板，推进式搅拌桨用于在导流筒中心位置将液体引向下方，折流挡板用于将液体从导流筒的外部折返回反应器上部进入导流筒，从而形成一个反应器内循环，反应器和分离器之间的物料交换形成一个外循环。但是，该设备气液两相进行并流接触，造成大量晶体成核，并因缺乏生长时间，晶体颗粒小，采用气流旋风分离还可能会造成晶体颗粒破碎严重。

CN104744326A公开了一种连续制备高堆积密度甲硫氨酸结晶的方法，其过程是：将5-(β-甲巯基乙基)乙内酰脲与碳酸钾溶液反应得到的水解液与来自带气相中和段的DTB中和结晶器的外循环物料混合、冷却后进入该结晶器上部中和区的液体分布装置中，以液滴或细流状喷洒到二氧化碳气体中进行中和反应并自然下落到下部的结晶区后与区内物料混合，并在体系中的细小结晶上生长形成粒径较大的晶体，同时也会形成新的晶核；在结晶区中部的沉降区，较大粒径的结晶沉入淘洗腿，细小结晶则随外循环物料一起进行循环，外循环物料部分用于对淘洗腿中的结晶进行淘洗，部分用于与水解液混合；将淘洗腿中的结晶进行分离、洗涤，再经干燥，即可得到高堆积密度甲硫氨酸产品。但是该设备的气液反应过快可能会导致过饱和度过高而产生爆发成核，平直反应器不利于流场混合，可能会造成设备结垢，同时，使用的淘洗腿也容易堵塞底部出料，难于长时稳定运行。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种气液连续反应结晶装置，通过结晶装置的特定构型与工艺流程操作，控制气-液两相的接触形式，促进其反应转化效率，实现结晶装置内过饱和度场分布均匀，有效调控晶体成核与生长；通过流场设计改善晶浆循环方式，实现晶体粒度分级，从而改善气液连续反应结晶过程的产品粒度小、晶体破碎严重、易发泡、设备结垢、运行周期短等问题，提高气液连续结晶过程稳定运行周期，获得大颗粒晶体产品。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种气液连续反应结晶装置，所述气液连续反应结晶装置包括由上至下依次对接的直筒壳体和缩径筒体，所述直筒壳体具有底部敞口端，所述直筒壳体的底部敞口端的至少部分伸入所述缩径筒体内并与所述缩径筒体连通，所述底部敞口端的内腔中设置有导流筒，所述直筒壳体内设置有贯穿所述导流筒的搅拌装置，所述搅拌装置包括若干搅拌桨，至少一个所述搅拌桨位于所述导流筒内部；所述直筒壳体顶部设置有进液口，所述缩径筒体外壁开设有进气口，进气管穿过所述进气口伸入所述导流筒内部。

针对现有气液连续反应结晶普遍存在的晶体颗粒小、设备易结垢难以长时稳定运行的问题，本实用新型提供了一种气液连续反应结晶装置，通过结晶装置的特定构型与工艺流程操作，控制气-液两相的接触形式，促进其反应转化效率，实现结晶装置内过饱和度场分布均匀，有效调控晶体成核与生长；通过流场设计改善晶浆循环方式，实现晶体粒度分级，从而改善气液连续反应结晶过程的产品粒度小、晶体破碎严重、易发泡、设备结垢、运行周期短等问题，提高气液连续结晶过程稳定运行周期，获得大颗粒晶体产品。

本实用新型在结晶装置内设置多个搅拌桨确保了气液固多相间接触混合均匀，同时降低了晶体碰撞引起的二次成核速率，有效降低初级和二次爆发成核，结合上直筒段变径段设计，可显著减轻雾沫夹带引起的结晶装置内部壁面结垢现象，从而延长气液连续反应结晶装置运行周期，该结晶装置还可通过引入分离和母液循环系统实现气液连续反应结晶操作。

采用本实用新型提供的气液连续反应结晶装置进行气液连续反应结晶，无需增加多余的沉降储罐和动力设置，同时以气体作为反应物，避免了连续结晶生产中产生的大量废固和废液，节能环保，生态友好，是一种典型的绿色清洁生产工艺。

本实用新型提供的独特结晶装置构型和流程操作，适宜的气体反应物和液体反应物进料口位置、变换的气液连续-分散相接触混合、导流筒内外独特的晶浆循环方式、结晶装置内多次粒度沉降分级作用，增大了气液混合接触面积，提高了气液两相反应传质效率和混合均匀，保证了最终结晶产品粒度大，改善了气液连续反应结晶过程的产品粒度小、结晶装置内壁结垢严重、管路堵塞、运行周期短等的问题。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述直筒壳体包括由上至下依次对接的上直筒段、中直筒段和下直筒段，所述上直筒段的直径大于所述下直筒段的直径，所述中直筒段为倒锥形结构，所述中直筒段的大端面对接所述上直筒段的下沿，所述中直筒段的小端面对接所述下直筒段的上沿。

所述上直筒段的直径为下直筒段直径的1.2～1.5倍，例如可以是1.2倍、1.25倍、1.3倍、1.35倍、1.4倍、1.45倍或1.5倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本实用新型限定了上直筒段的直径为下直筒段直径的1.2～1.5倍，上直筒段直径增大，有利于气液接触混合，减轻由于气体扰动引起发泡现象，降低气体物料夹带引起的结晶装置内壁物料结垢问题。

所述上直筒段的高度为所述上直筒段直径的2～5倍，例如可以是2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、4.5倍或5倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述下直筒段的高度为所述下直筒段直径的0.5～1.5倍，例如可以是0.5倍、0.6倍、0.7倍、0.8倍、0.9倍、1.0倍、1.1倍、1.2倍、1.3倍、1.4倍或1.5倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述导流筒位于所述下直筒段内部，并与所述下直筒段同轴设置，所述下直筒段和所述导流筒形成气液反应结晶生长区，在气液反应结晶生长区内气体反应物和液体反应物充分混合形成晶浆悬浮液，在搅拌桨的作用下，晶浆悬浮液在导流筒和下直筒段之间的环形空腔内循环流动。

本实用新型公开的气液连续反应结晶装置，上直筒段内设有气液接触反应混合区，气体反应物经进气管通入导流筒内腔中形成连续液相，连续液相与分散后的液相反应物在气液反应结晶生长区内充分混合接触，增大了气液反应接触面积和转化率，降低了气液两相混合不均引起的爆发成核。

本实用新型中，上直筒段、导流筒以及搅拌桨的结构设计，促成了晶浆悬浮液的内循环，晶浆悬浮液在导流筒内向下运动，在导流筒外向上运动，增大了小粒径颗粒循环的时间，从而保证了小颗粒晶体具有足够时间生长。

所述导流筒的高度为所述导流筒直径的0.2～2倍，例如可以是0.2倍、0.3倍、0.4倍、0.5倍、0.6倍、0.7倍、0.8倍、0.9倍、1.0倍、1.1倍、1.2倍、1.3倍、1.4倍、1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、1.9倍或2.0倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述导流筒的直径为所述下直筒段直径的0.5～0.9倍，例如可以是0.5倍、0.55倍、0.6倍、0.65倍、0.7倍、0.75倍、0.8倍、0.85倍或0.9倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述导流筒的高度大于所述下直筒段的高度，所述导流筒的上沿高于所述下直筒段的上沿，所述导流筒的下沿低于所述下直筒段的下沿。

所述导流筒外壁与所述下直筒段内壁之间设置有固定件，从而仍将导流筒固定于所述下直筒段的内腔。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述上直筒段内腔中设置有第一搅拌桨，所述导流筒内腔的上部和下部分别设置有第二搅拌桨和第三搅拌桨，所述第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨由上至下依次间隔固定于同一根搅拌轴上，所述搅拌轴由所述直筒壳体的顶部伸出后连接电机，所述电机用于带动所述搅拌轴旋转。

在本实用新型中，搅拌装置的搅拌轴从结晶装置的顶部深入到结晶装置的导流筒内部，搅拌装置配有3～4个搅拌桨，优选为螺旋搅拌桨。其中，一个搅拌桨(第一搅拌桨)位于导流筒的上方，另外两个搅拌桨(第二搅拌桨和第三搅拌桨)设置在导流筒内部，第二搅拌桨位于导流筒上部，第三搅拌桨位于导流筒下部，通过三组搅拌桨的机械搅拌保证气-液和液-固两相间充分混合；搅拌装置的转速优选设定为20～300rpm，在搅拌作用下，进料气体反应物与溶液充分接触、高效混合，传质、传热均匀，料液过饱和度均匀，避免因局部过饱和度太高而造成爆发成核。

作为本实用新型一种优选的技术方案，通过所述直筒壳体顶部的进液口向直筒壳体内注入液体反应物，直至没过所述第一搅拌桨，所述第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨均位于液面以下，所述第一搅拌桨与液面之间的垂直距离为0.5～1.5m，例如可以是0.5倍、0.6倍、0.7倍、0.8倍、0.9倍、1.0倍、1.1倍、1.2倍、1.3倍、1.4倍或1.5倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述进气管的轴线与所述导流筒外壁相切。

所述进气管的出口端位于所述第二搅拌桨和所述第三搅拌桨之间，并靠近所述第三搅拌桨。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述缩径筒体包括由上至下依次对接的底部直筒段和底部缩径段，所述下直筒段位于所述底部直筒段内部，并与所述底部直筒段同轴设置。

底部直筒段和下直筒段之间形成的环形空腔为晶浆澄清区，由于没有搅拌作用，物料扰动较小，颗粒沉降、粒度分级明显，含小颗粒的清液从晶浆澄清区上部的循环出口引出，进入外部加热/冷却换热器，该股物料具有晶浆密度低、固体粒子粒径小的特点，不会堵塞外部换热器的管路，解决了现有技术的大颗粒高晶浆密度悬浮液进入换热器引发的管路堵塞问题。底部缩径段内腔为粒度分级区，可实现颗粒多次沉降、粒度分级，增大了最终产品的粒径，制备出大颗粒且粒径均匀、外观形貌好的晶体。

所述底部缩径段的直径由上至下逐渐减小，所述底部缩径段的底部具有至少两个沉降腔，所述沉降腔由内向外突出，相邻两个所述沉降腔之间的壳壁由外向内突出，所述沉降腔的底部开设有出料口。

本实用新型提供的结晶装置设有粒度分级区用于颗粒沉降，保证了最终产品粒度大：在下直筒段下沿附近，不同粒径颗粒的沉降速度不同，并在清液循环流股的引出作用下，含较小颗粒的晶浆向上进入下直筒段外部的晶浆澄清区，而大颗粒的晶浆向下进入下部的粒度分级区；由于结晶装置下部粒度分级区的底部缩径段的直径逐渐变小，流速逐渐增加，在颗粒沉降作用下粒度继续分级，小颗粒的晶体被第三搅拌桨吸入导流筒内继续循环和结晶生长，只有大颗粒的晶浆悬浮可以从底部缩径段的底部出料口排出，从而增大最终产品的晶体粒度。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述底部缩径段包括两个沉降腔，两个所述沉降腔之间的壳壁由外向内突出，从而形成具有W形底部结构的底部缩径段。

本实用新型提供的气液连续反应结晶装置内部根据反应进程可以分为四个区域，具体如下：

(1)上直筒段内腔是气液两相反应区，内配有1～2层搅拌桨，增大气液两相接触面积，确保其充分混合；

(2)下直筒段和导流筒内腔是气液反应结晶生长区，在高效螺旋搅拌桨和导流筒作用下，实现气液充分混合，晶浆悬浮液在导流筒内向下运动，导流筒外向上运动，实现晶浆均匀混合；

(3)下直筒段与底部直筒段之间的环形空腔为晶浆澄清区由于颗粒沉降，下直筒段与底部直筒段之间会形成晶浆澄清区；

(4)导流筒底部下沿到底部缩径段之间的区域为颗粒沉降粒度分级区。

本实用新型提供的结晶装置结合了塔式气液反应器与DTB结晶装置优势与创新设计，实现结晶装置内气-液-固三相间的有效接触混合，粒度分级，避免爆发成核，从而实现制备大颗粒晶体产品。

每一所述沉降腔的底部均设置一所述出料口，所述底部缩径段的底部设置有两个所述出料口，两个所述出料口之间的距离为所述下直筒段直径的0.4～0.6倍，例如可以是0.4倍、0.42倍、0.44倍、0.46倍、0.48倍、0.5倍、0.52倍、0.54倍、0.56倍、0.58倍或0.6倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述底部直筒段的直径为所述下直筒段直径的1.1～1.5倍，例如可以是1.1倍、1.15倍、1.2倍、1.25倍、1.3倍、1.35倍、1.4倍、1.45倍或1.5倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述底部直筒段的高度为所述下直筒段高度的0.9～1.1倍，例如可以是0.9倍、0.92倍、0.94倍、0.96倍、0.98倍、1倍、1.02倍、1.04倍、1.06倍、1.08倍或1.1倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述底部直筒段的外壁上部设置有至少一个循环流股出口。

所述底部缩径段的高度为所述下直筒段直径的0.5～0.9倍，例如可以是0.5倍、0.55倍、0.6倍、0.65倍、0.7倍、0.75倍、0.8倍、0.85倍或0.9倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述直筒壳体的内腔上部设置有液体分布装置，液体反应物通入直筒壳体后经所述液体分布装置分散为液滴并与气体连续相接触混合。

本实用新型在直筒壳体上部设置液体分布装置，液体进料经过液体分布装置均匀分散在气相中，进行充分接触混合后进入气液两相反应区，在搅拌桨的机械搅拌和晶浆的重力作用下，混合均匀的晶浆悬浮液导入底部气液反应结晶生长区继续进行结晶生长。

本实用新型所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本实用新型不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

本实用新型的气液连续反应结晶装置连续结晶方法具体操作步骤如下：

(1)气液连续反应结晶装置在常压或加压条件下，将气体反应物由进气管送入导流筒中，液体反应物由顶部的进液口通入并经过液体分布装置均匀分散形成液体分散相，在第一搅拌桨的机械搅拌作用下，气体均匀分散在液体分散相中充分接触并发生反应，产生过饱和度形成晶核；

(2)混合均匀的晶浆悬浮液在重力作用下进入下直筒段内，在第二搅拌桨、第三搅拌桨和导流筒之间形成气液反应结晶生长区，晶浆悬浮液中的晶体在气液反应结晶生长区内继续成核生长，晶浆悬浮液在导流筒内由下向上循环，导流筒外由上向下循环，形成良好的混合效果；

(3)晶浆悬浮液在重力作用下继续向下进入缩径筒体，由于缩径筒体内没有搅拌作用，晶浆悬浮液的扰动较小，颗粒沉降、粒度分级明显，含小颗粒的清液从晶浆澄清区上部的循环出口引出，进入外部加热/冷却换热器；含大颗粒的晶浆悬浮液由底部缩径段的底部出料口排出。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)针对现有气液连续反应结晶普遍存在的晶体颗粒小、设备易结垢难以长时稳定运行的问题，本实用新型提供了一种气液连续反应结晶装置，通过结晶装置的特定构型与工艺流程操作，控制气-液两相的接触形式，促进其反应转化效率，实现结晶装置内过饱和度场分布均匀，有效调控晶体成核与生长；通过流场设计改善晶浆循环方式，实现晶体粒度分级，从而改善气液连续反应结晶过程的产品粒度小、晶体破碎严重、易发泡、设备结垢、运行周期短等问题，提高气液连续结晶过程稳定运行周期，获得大颗粒晶体产品；

(2)本实用新型在结晶装置内设置多个搅拌桨确保了气液固多相间接触混合均匀，同时降低了晶体碰撞引起的二次成核速率，有效降低初级和二次爆发成核，结合上直筒段变径段设计，可显著减轻雾沫夹带引起的结晶装置内部壁面结垢现象，从而延长气液连续反应结晶装置运行周期，该结晶装置还可通过引入分离和母液循环系统实现气液连续反应结晶操作；

(3)采用本实用新型提供的气液连续反应结晶装置进行气液连续反应结晶，无需增加多余的沉降储罐和动力设置，同时以气体作为反应物，避免了连续结晶生产中产生的大量废固和废液，节能环保，生态友好，是一种典型的绿色清洁生产工艺；

(4)本实用新型提供的独特结晶装置构型和流程操作，适宜的气体反应物和液体反应物进料口位置、变换的气液连续-分散相接触混合、导流筒内外独特的晶浆循环方式、结晶装置内多次粒度沉降分级作用，增大了气液混合接触面积，提高了气液两相反应传质效率和混合均匀，保证了最终结晶产品粒度大，改善了气液连续反应结晶过程的产品粒度小、结晶装置内壁结垢严重、管路堵塞、运行周期短等的问题。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施方式提供的气液连续反应结晶装置的结构示意图。

其中，1-电机；2-液体分布装置；3-上直筒段；4-第一搅拌桨；5-搅拌轴；6-第二搅拌桨；7-第三搅拌桨；8-导流筒，9-下直筒段；10-底部直筒段；11-循环出口；12-进气口；13-底部缩径段；14-出料口。

具体实施方式

需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本领域技术人员理应了解的是，本实用新型中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本实用新型的主要创新点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型可以自行增设布局，本实用新型对此不做特殊要求和具体限定。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种气液连续反应结晶装置，如图1所示，所述气液连续反应结晶装置包括由上至下依次对接的直筒壳体和缩径筒体，所述直筒壳体具有底部敞口端，所述直筒壳体的底部敞口端的至少部分伸入所述缩径筒体内并与所述缩径筒体连通，所述底部敞口端的内腔中设置有导流筒8，所述直筒壳体内设置有贯穿所述导流筒8的搅拌装置，所述搅拌装置包括若干搅拌桨，至少一个所述搅拌桨位于所述导流筒8内部；所述直筒壳体顶部设置有进液口，所述缩径筒体外壁开设有进气口12，进气管穿过所述进气口12伸入所述导流筒8内部。

针对现有气液连续反应结晶普遍存在的晶体颗粒小、设备易结垢难以长时稳定运行的问题，本实用新型提供了一种气液连续反应结晶装置，通过结晶装置的特定构型与工艺流程操作，控制气-液两相的接触形式，促进其反应转化效率，实现结晶装置内过饱和度场分布均匀，有效调控晶体成核与生长；通过流场设计改善晶浆循环方式，实现晶体粒度分级，从而改善气液连续反应结晶过程的产品粒度小、晶体破碎严重、易发泡、设备结垢、运行周期短等问题，提高气液连续结晶过程稳定运行周期，获得大颗粒晶体产品。

本实用新型在结晶装置内设置多个搅拌桨确保了气液固多相间接触混合均匀，同时降低了晶体碰撞引起的二次成核速率，有效降低初级和二次爆发成核，结合上直筒段3变径段设计，可显著减轻雾沫夹带引起的结晶装置内部壁面结垢现象，从而延长气液连续反应结晶装置运行周期，该结晶装置还可通过引入分离和母液循环系统实现气液连续反应结晶操作。

采用本实用新型提供的气液连续反应结晶装置进行气液连续反应结晶，无需增加多余的沉降储罐和动力设置，同时以气体作为反应物，避免了连续结晶生产中产生的大量废固和废液，节能环保，生态友好，是一种典型的绿色清洁生产工艺。

本实用新型提供的独特结晶装置构型和流程操作，适宜的气体反应物和液体反应物进料口位置、变换的气液连续-分散相接触混合、导流筒8内外独特的晶浆循环方式、结晶装置内多次粒度沉降分级作用，增大了气液混合接触面积，提高了气液两相反应传质效率和混合均匀，保证了最终结晶产品粒度大，改善了气液连续反应结晶过程的产品粒度小、结晶装置内壁结垢严重、管路堵塞、运行周期短等的问题。

进一步地，所述直筒壳体包括由上至下依次对接的上直筒段3、中直筒段和下直筒段9，所述上直筒段3的直径大于所述下直筒段9的直径，所述中直筒段为倒锥形结构，所述中直筒段的大端面对接所述上直筒段3的下沿，所述中直筒段的小端面对接所述下直筒段9的上沿。

所述上直筒段3的直径为下直筒段9直径的1.2～1.5倍。

本实用新型限定了上直筒段3的直径为下直筒段9直径的1.2～1.5倍，上直筒段3直径增大，有利于气液接触混合，减轻由于气体扰动引起发泡现象，降低气体物料夹带引起的结晶装置内壁物料结垢问题。

所述上直筒段3的高度为所述上直筒段3直径的2～5倍。

所述下直筒段9的高度为所述下直筒段9直径的0.5～1.5倍。

进一步地，所述导流筒8位于所述下直筒段9内部，并与所述下直筒段9同轴设置，所述下直筒段9和所述导流筒8形成气液反应结晶生长区，在气液反应结晶生长区内气体反应物和液体反应物充分混合形成晶浆悬浮液，在搅拌桨的作用下，晶浆悬浮液在导流筒8和下直筒段9之间的环形空腔内循环流动。

本实用新型公开的气液连续反应结晶装置，上直筒段3内设有气液接触反应混合区，气体反应物经进气管通入导流筒8内腔中形成连续液相，连续液相与分散后的液相反应物在气液反应结晶生长区内充分混合接触，增大了气液反应接触面积和转化率，降低了气液两相混合不均引起的爆发成核。

本实用新型中，上直筒段3、导流筒8以及搅拌桨的结构设计，促成了晶浆悬浮液的内循环，晶浆悬浮液在导流筒8内向下运动，在导流筒8外向上运动，增大了小粒径颗粒循环的时间，从而保证了小颗粒晶体具有足够时间生长。

所述导流筒8的高度为所述导流筒8直径的0.2～2倍。

所述导流筒8的直径为所述下直筒段9直径的0.5～0.9倍。

所述导流筒8的高度大于所述下直筒段9的高度，所述导流筒8的上沿高于所述下直筒段9的上沿，所述导流筒8的下沿低于所述下直筒段9的下沿。

所述导流筒8外壁与所述下直筒段9内壁之间设置有固定件，从而仍将导流筒8固定于所述下直筒段9的内腔。

进一步地，所述上直筒段3内腔中设置有第一搅拌桨4，所述导流筒8内腔的上部和下部分别设置有第二搅拌桨6和第三搅拌桨7，所述第一搅拌桨4、第二搅拌桨6和第三搅拌桨7由上至下依次间隔固定于同一根搅拌轴5上，所述搅拌轴5由所述直筒壳体的顶部伸出后连接电机1，所述电机1用于带动所述搅拌轴5旋转。

在本实用新型中，搅拌装置的搅拌轴5从结晶装置的顶部深入到结晶装置的导流筒8内部，搅拌装置配有3～4个搅拌桨，优选为螺旋搅拌桨。其中，一个搅拌桨(第一搅拌桨4)位于导流筒8的上方，另外两个搅拌桨(第二搅拌桨6和第三搅拌桨7)设置在导流筒8内部，第二搅拌桨6位于导流筒8上部，第三搅拌桨7位于导流筒8下部，通过三组搅拌桨的机械搅拌保证气-液和液-固两相间充分混合；搅拌装置的转速优选设定为20～300rpm，在搅拌作用下，进料气体反应物与溶液充分接触、高效混合，传质、传热均匀，料液过饱和度均匀，避免因局部过饱和度太高而造成爆发成核。

进一步地，通过所述直筒壳体顶部的进液口向直筒壳体内注入液体反应物，直至没过所述第一搅拌桨4，所述第一搅拌桨4、第二搅拌桨6和第三搅拌桨7均位于液面以下，所述第一搅拌桨4与液面之间的垂直距离为0.5～1.5m。

进一步地，所述进气管的轴线与所述导流筒8外壁相切。

所述进气管的出口端位于所述第二搅拌桨6和所述第三搅拌桨7之间，并靠近所述第三搅拌桨7。

进一步地，所述缩径筒体包括由上至下依次对接的底部直筒段10和底部缩径段13，所述下直筒段9位于所述底部直筒段10内部，并与所述底部直筒段10同轴设置。

底部直筒段10和下直筒段9之间形成的环形空腔为晶浆澄清区，由于没有搅拌作用，物料扰动较小，颗粒沉降、粒度分级明显，含小颗粒的清液从晶浆澄清区上部的循环出口11引出，进入外部加热/冷却换热器，该股物料具有晶浆密度低、固体粒子粒径小的特点，不会堵塞外部换热器的管路，解决了现有技术的大颗粒高晶浆密度悬浮液进入换热器引发的管路堵塞问题。底部缩径段13内腔为粒度分级区，可实现颗粒多次沉降、粒度分级，增大了最终产品的粒径，制备出大颗粒且粒径均匀、外观形貌好的晶体。

所述底部缩径段13的直径由上至下逐渐减小，所述底部缩径段13的底部具有至少两个沉降腔，所述沉降腔由内向外突出，相邻两个所述沉降腔之间的壳壁由外向内突出，所述沉降腔的底部开设有出料口14。

本实用新型提供的结晶装置设有粒度分级区用于颗粒沉降，保证了最终产品粒度大：在下直筒段9下沿附近，不同粒径颗粒的沉降速度不同，并在清液循环流股的引出作用下，含较小颗粒的晶浆向上进入下直筒段9外部的晶浆澄清区，而大颗粒的晶浆向下进入下部的粒度分级区；由于结晶装置下部粒度分级区的底部缩径段13的直径逐渐变小，流速逐渐增加，在颗粒沉降作用下粒度继续分级，小颗粒的晶体被第三搅拌桨7吸入导流筒8内继续循环和结晶生长，只有大颗粒的晶浆悬浮可以从底部缩径段13的底部出料口14排出，从而增大最终产品的晶体粒度。

进一步地，所述底部缩径段13包括两个沉降腔，两个所述沉降腔之间的壳壁由外向内突出，从而形成具有W形底部结构的底部缩径段13。

本实用新型提供的气液连续反应结晶装置内部根据反应进程可以分为四个区域，具体如下：

(1)上直筒段3内腔是气液两相反应区，内配有1～2层搅拌桨，增大气液两相接触面积，确保其充分混合；

(2)下直筒段9和导流筒8内腔是气液反应结晶生长区，在高效螺旋搅拌桨和导流筒8作用下，实现气液充分混合，晶浆悬浮液在导流筒8内向下运动，导流筒8外向上运动，实现晶浆均匀混合；

(3)下直筒段9与底部直筒段10之间的环形空腔为晶浆澄清区由于颗粒沉降，下直筒段9与底部直筒段10之间会形成晶浆澄清区；

(4)导流筒8底部下沿到底部缩径段13之间的区域为颗粒沉降粒度分级区。

本实用新型提供的结晶装置结合了塔式气液反应器与DTB结晶装置优势与创新设计，实现结晶装置内气-液-固三相间的有效接触混合，粒度分级，避免爆发成核，从而实现制备大颗粒晶体产品。

每一所述沉降腔的底部均设置一所述出料口14，所述底部缩径段13的底部设置有两个所述出料口14，两个所述出料口14之间的距离为所述下直筒段9直径的0.4～0.6倍。

进一步地，所述底部直筒段10的直径为所述下直筒段9直径的1.1～1.5倍，。

所述底部直筒段10的高度为所述下直筒段9高度的0.9～1.1倍。

所述底部直筒段10的外壁上部设置有至少一个循环流股出口。

所述底部缩径段13的高度为所述下直筒段9直径的0.5～0.9倍。

进一步地，所述直筒壳体的内腔上部设置有液体分布装置2，液体反应物通入直筒壳体后经所述液体分布装置2分散为液滴并与气体连续相接触混合。

本实用新型在直筒壳体上部设置液体分布装置2，液体进料经过液体分布装置2均匀分散在气相中，进行充分接触混合后进入气液两相反应区，在搅拌桨的机械搅拌和晶浆的重力作用下，混合均匀的晶浆悬浮液导入底部气液反应结晶生长区继续进行结晶生长。

在另一个具体实施方式中，本实用新型的气液连续反应结晶装置连续结晶方法具体操作步骤如下：

(1)气液连续反应结晶装置在常压或加压条件下，将气体反应物由进气管送入导流筒8中，液体反应物由顶部的进液口通入并经过液体分布装置2均匀分散形成液体分散相，在第一搅拌桨4的机械搅拌作用下，气体均匀分散在液体分散相中充分接触并发生反应，产生过饱和度形成晶核；

(2)混合均匀的晶浆悬浮液在重力作用下进入下直筒段9内，在第二搅拌桨6、第三搅拌桨7和导流筒8之间形成气液反应结晶生长区，晶浆悬浮液中的晶体在气液反应结晶生长区内继续成核生长，晶浆悬浮液在导流筒8内由下向上循环，导流筒8外由上向下循环，形成良好的混合效果；

(3)晶浆悬浮液在重力作用下继续向下进入缩径筒体，由于缩径筒体内没有搅拌作用，晶浆悬浮液的扰动较小，颗粒沉降、粒度分级明显，含小颗粒的清液从晶浆澄清区上部的循环出口11引出，进入外部加热/冷却换热器；含大颗粒的晶浆悬浮液由底部缩径段13的底部出料口14排出。

应用例

本应用例提供了一种用于生产DL-蛋氨酸的气液连续反应结晶工艺，具体的工艺过程包括如下步骤：

压力0.3～0.6MPa条件下，含有质量浓度为10～15％的蛋氨酸钾水溶液从进液口处的气体分布器进入直筒壳体内，CO₂气体反应物由进气管进入导流筒内，CO₂气体反应物与蛋氨酸钾水溶液在下直筒段区域逆流接触混合并发生反应，由于导流筒和机械搅拌的作用，两股物料混合均匀，充分反应，产生过饱和度均一，晶体有良好的环境和足够时间长大；

在上直筒段上层的CO₂气体与新鲜进料的蛋氨酸钾水溶液再次接触反应，通过液体分散相与气体连续相接触增大接触气液接触面积，促进反应转化效率，并在第二搅拌桨的作用下达到充分混合；

CO₂气体反应物与蛋氨酸钾水溶液反应生成的晶浆悬浮液中的反应物晶体在气液反应结晶生长区内成核生长，晶浆悬浮液进入直径逐渐缩小的底部缩径段，晶浆悬浮液中的大颗粒沉降和粒度分级，通过底部缩径段底部的出料口排出。

DL-蛋氨酸气液连续反应结晶的过程收率75％，产品颗粒平均粒度在200-400μm，形貌较为规整。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种气液连续反应结晶装置，其特征在于，所述气液连续反应结晶装置包括由上至下依次对接的直筒壳体和缩径筒体，所述直筒壳体具有底部敞口端，所述直筒壳体的底部敞口端的至少部分伸入所述缩径筒体内并与所述缩径筒体连通，所述底部敞口端的内腔中设置有导流筒，所述直筒壳体内设置有贯穿所述导流筒的搅拌装置，所述搅拌装置包括若干搅拌桨，至少一个所述搅拌桨位于所述导流筒内部；所述直筒壳体顶部设置有进液口，所述缩径筒体外壁开设有进气口，进气管穿过所述进气口伸入所述导流筒内部。

2.根据权利要求1所述的气液连续反应结晶装置，其特征在于，所述直筒壳体包括由上至下依次对接的上直筒段、中直筒段和下直筒段，所述上直筒段的直径大于所述下直筒段的直径，所述中直筒段为倒锥形结构，所述中直筒段的大端面对接所述上直筒段的下沿，所述中直筒段的小端面对接所述下直筒段的上沿；

所述上直筒段的直径为所述下直筒段直径的1.2～1.5倍；

所述上直筒段的高度为所述上直筒段直径的2～5倍；

所述下直筒段的高度为所述下直筒段直径的0.5～1.5倍。

3.根据权利要求2所述的气液连续反应结晶装置，其特征在于，所述导流筒位于所述下直筒段内部，并与所述下直筒段同轴设置；所述下直筒段和所述导流筒形成气液反应结晶生长区，在气液反应结晶生长区内，气体反应物和液体反应物充分混合形成晶浆悬浮液，在所述搅拌桨的作用下，晶浆悬浮液在所述导流筒和所述下直筒段之间的环形空腔内循环流动；

所述导流筒的高度为所述导流筒直径的0.2～2倍；

所述导流筒的直径为所述下直筒段直径的0.5～0.9倍；

所述导流筒的高度大于所述下直筒段的高度，所述导流筒的上沿高于所述下直筒段的上沿，所述导流筒的下沿低于所述下直筒段的下沿；

所述导流筒外壁与所述下直筒段内壁之间设置有固定件，所述固定件用于将所述导流筒固定于所述下直筒段的内腔。

4.根据权利要求2所述的气液连续反应结晶装置，其特征在于，所述上直筒段的内腔中设置有第一搅拌桨，所述导流筒内腔的上部和下部分别设置有第二搅拌桨和第三搅拌桨，所述第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨由上至下依次间隔固定于同一根搅拌轴上，所述搅拌轴由所述直筒壳体的顶部伸出后连接电机，所述电机用于带动所述搅拌轴旋转。

5.根据权利要求4所述的气液连续反应结晶装置，其特征在于，通过所述直筒壳体顶部的进液口向直筒壳体内注入液体反应物，直至没过所述第一搅拌桨，所述第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨均位于液面以下，所述第一搅拌桨与液面之间的垂直距离为0.5～1.5m。

6.根据权利要求4所述的气液连续反应结晶装置，其特征在于，所述进气管的轴线与所述导流筒外壁相切；

所述进气管的出口端位于所述第二搅拌桨和所述第三搅拌桨之间，并靠近所述第三搅拌桨。

7.根据权利要求2所述的气液连续反应结晶装置，其特征在于，所述缩径筒体包括由上至下依次对接的底部直筒段和底部缩径段，所述下直筒段位于所述底部直筒段内部，并与所述底部直筒段同轴设置；

所述底部缩径段的直径由上至下逐渐减小，所述底部缩径段的底部具有至少两个沉降腔，所述沉降腔的壳壁由内向外突出，相邻两个所述沉降腔之间的壳壁由外向内突出，所述沉降腔的底部开设有出料口。

8.根据权利要求7所述的气液连续反应结晶装置，其特征在于，所述底部缩径段包括两个沉降腔，两个所述沉降腔之间的壳壁由外向内突出，从而形成具有W形底部结构的底部缩径段；

每一所述沉降腔的底部均设置一所述出料口，所述底部缩径段的底部设置有两个所述出料口，两个所述出料口之间的距离为所述下直筒段直径的0.4～0.6倍。

9.根据权利要求7所述的气液连续反应结晶装置，其特征在于，所述底部直筒段的直径为所述下直筒段直径的1.1～1.5倍；

所述底部直筒段的高度为所述下直筒段高度的0.9～1.1倍；

所述底部直筒段的外壁上部设置有至少一个循环出口；

所述底部缩径段的高度为所述下直筒段直径的0.5～0.9倍。

10.根据权利要求1所述的气液连续反应结晶装置，其特征在于，所述直筒壳体的内腔上部设置有液体分布装置，液体反应物通入直筒壳体后经所述液体分布装置分散为液滴并与气体连续相接触混合。

Images