用于結(jié)晶的裝置和方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 此申請(qǐng)主張2013年2月20日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/766, 994的優(yōu)先權(quán)，其全 文以引用的方式并入文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 提供了用于結(jié)晶的裝置和方法。更具體地講，提供了用于有效地混合和冷卻重質(zhì) 糖膏的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 固體自溶液的結(jié)晶發(fā)生在物質(zhì)例如蔗糖的過(guò)飽和材料溶液中。過(guò)飽和的保持可通 過(guò)（i)蒸發(fā)去除溶劑或（ii)冷卻溶液來(lái)實(shí)現(xiàn)。雖然第一種是制糖工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)做法，但是 冷卻結(jié)晶的普遍應(yīng)用存在多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。過(guò)飽和的糖溶液是粘性的，并且有效的冷卻結(jié)晶取決 于糖膏（晶體和母液的混合物）的良好傳熱以及良好混合兩者。迄今為止，還沒(méi)有得到能 夠滿足最佳傳熱和混合需求的設(shè)備。
[0005] 冷卻結(jié)晶已用于制糖工業(yè)相對(duì)長(zhǎng)的一段時(shí)間，但不是發(fā)展的重點(diǎn)?？紤]到不是特 別重要，其中只將其施用于在它們離心前通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶得到的糖膏，其中傾向于集中在最 終結(jié)晶級(jí)；但是通過(guò)冷卻的前端排空被給以低優(yōu)先性，并且很少或不關(guān)注白糖糖膏生產(chǎn)。從 歷史角度看，對(duì)高純度糖膏排空存在限制，因?yàn)殡S著晶體質(zhì)量比含量增加，糖膏變得過(guò)度粘 稠并導(dǎo)致了多種機(jī)械問(wèn)題：糖膏無(wú)法在合理的時(shí)間內(nèi)從鍋和結(jié)晶器中移走；離心無(wú)法適當(dāng) 并均勻地被負(fù)載；結(jié)晶器無(wú)法處理粘性糖膏；并且需要過(guò)度的糖沖洗以達(dá)到糖目標(biāo)純度， 使純度通過(guò)離心增加，這否定額外結(jié)晶的益處。此外，傳統(tǒng)結(jié)晶器傾向于具有糖膏的停滯區(qū) 以導(dǎo)致材料在設(shè)備的部件中積累。
[0006] 因此，在該領(lǐng)域中需要用于結(jié)晶的能夠以有效且高效方式增加糖膏中的晶體含量 同時(shí)避免很多這樣的失敗的裝置和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明目的，如文中具體化及廣泛描述，本發(fā)明在一個(gè)方面中涉及用于結(jié)晶 的裝置。一個(gè)示例性裝置包括限定具有下部和上部的內(nèi)部的容器，位于容器內(nèi)部并在下部 與上部之間延伸的引流管。引流管可與容器內(nèi)壁間隔開(kāi)，從而限定引流管與容器側(cè)壁之間 的環(huán)狀空間。所述裝置也可包括沿容器中心軸延伸的轉(zhuǎn)軸，和螺旋螺桿；所述螺旋螺桿可位 于容器內(nèi)部中以及引流管內(nèi)并可附接到轉(zhuǎn)軸且被構(gòu)造成與其一起旋轉(zhuǎn)。
[0008] 根據(jù)其它實(shí)施方案，提供了用于結(jié)晶的多級(jí)裝置，其包括具有中心軸并限定具有 下部和上部的內(nèi)部的容器。所述裝置可進(jìn)一步包括垂直于容器中心軸延伸的第一級(jí)障壁， 所述第一級(jí)障壁位于上部與下部之間并將所述容器分成第一級(jí)和第二級(jí)，同時(shí)提供第一級(jí) 與第二級(jí)之間的至少一個(gè)流體通路。第一引流管可位于容器的第一級(jí)中并可限定第一引流 管與容器側(cè)壁之間的環(huán)狀空間。類似地，第二引流管可位于容器的第二級(jí)中并可限定第二 引流管與容器側(cè)壁之間的環(huán)狀空間。轉(zhuǎn)軸可沿容器的中心軸延伸并延伸通過(guò)容器的第一級(jí) 和第二級(jí)。第一螺旋螺桿可位于容器的第一級(jí)中以及第一引流管內(nèi)，第二螺旋螺桿可位于 容器的第二級(jí)中以及第二引流管內(nèi)。第一螺旋螺桿和第二螺旋螺桿可附接到轉(zhuǎn)軸并被構(gòu)造 成與其一起旋轉(zhuǎn)。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案，第一螺旋螺桿和第二螺旋螺桿可具有相對(duì)螺距。
[0009] 根據(jù)又其它實(shí)施方案，提供了一種用于結(jié)晶的方法，其包括將工藝材料供入文中 所述裝置的容器內(nèi)部，將工藝材料移動(dòng)通過(guò)容器的中心部分，將工藝材料的至少一部分循 環(huán)通過(guò)容器的環(huán)狀空間，并將工藝材料的至少一部分通過(guò)容器出口排出。例如，所述方法可 包括旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸和螺旋螺桿以將工藝材料從下部抽取到引流管內(nèi)容器的上部，將工藝材料的 至少一部分循環(huán)通過(guò)引流管與容器側(cè)壁之間的環(huán)狀空間，并將工藝材料的至少一部分通過(guò) 容器出口排出。
[0010] 本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將在以下描述中部分地陳述，并部分地將從描述中顯而易見(jiàn)， 或可通過(guò)實(shí)施本發(fā)明學(xué)習(xí)到。將通過(guò)隨附權(quán)利要求中特別指出的元素和組合實(shí)現(xiàn)并得到本 發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)了解，以上一般描述和以下詳細(xì)描述僅僅是示例性的及闡述性的，并不像權(quán) 利要求那樣限制本發(fā)明。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 并入并構(gòu)成本說(shuō)明書一部分的附圖闡述本發(fā)明的多個(gè)方面并與描述一起用于解 釋本發(fā)明原理。
[0012] 圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的組合冷卻結(jié)晶和蒸發(fā)結(jié)晶以及返混（backblending) 的示例性糖生產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖。
[0013] 圖2是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案的組合冷卻結(jié)晶和蒸發(fā)結(jié)晶以及返混的示例性糖生 廣系統(tǒng)的不意圖。
[0014] 圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的具有呈垂直布置的兩個(gè)級(jí)的用于結(jié)晶的裝置的截面 圖。
[0015] 圖4闡述工藝材料流過(guò)圖3的裝置。
[0016] 圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的具有單級(jí)的用于結(jié)晶的裝置的截面圖。
[0017] 圖6闡述工藝材料流過(guò)圖5的裝置。
[0018] 圖7闡述工藝材料流過(guò)具有呈水平布置的兩個(gè)級(jí)的圖5的裝置。
[0019] 圖8是顯示在混合試驗(yàn)期間利用用于結(jié)晶的裝置的溫度曲線的圖。
[0020] 圖9是顯示在工藝材料在所述裝置內(nèi)的冷卻及加熱過(guò)程期間在用于結(jié)晶的裝置 內(nèi)的溫度曲線的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 可參考以下詳述、實(shí)施例、附圖、及權(quán)利要求、以及它們先前和以下的描述更輕易 地理解本發(fā)明。但是，在公開(kāi)和描述本發(fā)明器件、系統(tǒng)、和/或方法前，應(yīng)了解，本發(fā)明不限 于所公開(kāi)的特定器件、系統(tǒng)、和/或方法，除非另外指出，因此理所當(dāng)然可變化。也應(yīng)了解， 文中所用術(shù)語(yǔ)只是用于描述特定方面的目的并無(wú)意限制。
[0022] 如說(shuō)明書和隨附權(quán)利要求中所用，單數(shù)形式"一個(gè)（a/an) "及"所述"包含復(fù)數(shù)個(gè) 指示物，除非上下文明確另外指出。因此，例如，關(guān)于"級(jí)"的引述可包括兩個(gè)或更多個(gè)所述 級(jí)，除非上下文另外指出。
[0023] 范圍在文中可表示成從"約"一個(gè)特定值，和/或到"約"另一個(gè)特定值。當(dāng)表示 此范圍時(shí)，另一個(gè)實(shí)施方案包括從一個(gè)特定值和/或到另一個(gè)特定值。同樣地，當(dāng)通過(guò)使用 前綴"約"將值表示成近似值時(shí)，應(yīng)了解，特定值形成另一個(gè)實(shí)施方案。更應(yīng)了解，每個(gè)范圍 的端點(diǎn)與另一個(gè)端點(diǎn)是顯著相關(guān)的，并獨(dú)立于另一個(gè)端點(diǎn)。
[0024] 如文中所用，術(shù)語(yǔ)"任選的"或"任選地"意指隨后描述的事件或情況可能或不可 能發(fā)生，描述包括其中所述事件或所述情況發(fā)生的例子以及其不發(fā)生的例子。
[0025] 現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選方面，其實(shí)施例在附圖中闡述。在可能的情況下，在整 個(gè)圖示中使用相同附圖標(biāo)記以指相同或類似的部件。
[0026] 提供了用于結(jié)晶的裝置和方法，其可例如用作糖生產(chǎn)系統(tǒng)的一部分。圖1闡述一 個(gè)示例性糖生產(chǎn)系統(tǒng)，示意性地顯示出，其組合冷卻結(jié)晶和蒸發(fā)結(jié)晶以及返混。將主要饋料 230和輔助饋料231 (由冷卻的白色徑流組成）饋入鍋240中。然后，將糖膏從鍋240送（由 箭頭232所示）到結(jié)晶器200(以下更詳細(xì)描述）。在一個(gè)實(shí)施方案中，將冷卻結(jié)晶工藝施 加于糖膏以將糖膏從一個(gè)溫度降到另一個(gè)溫度。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，冷卻溫度曲線被 設(shè)定以將糖膏從約70°C降到約30°C。如文中以下進(jìn)一步描述，可將冷卻的綠色徑流233a 提供到結(jié)晶器以潤(rùn)滑糖膏并移除過(guò)量的晶體量，然后將糖膏送到離心接收器242并隨后送 到離心機(jī)244,以形成最終的糖產(chǎn)物236。來(lái)自離心機(jī)的任何殘余的冷卻的綠色徑流233b， 其不作為潤(rùn)滑劑用于結(jié)晶器，隨后被送到下一個(gè)煮沸級(jí)。
[0027] 圖2中顯示用于糖生產(chǎn)的組合冷卻結(jié)晶和蒸發(fā)結(jié)晶以及返混的一個(gè)任選的示例 性系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，在停工時(shí)離心一部分熱糖膏。將主要饋料230和輔助饋料（由第一 冷卻的白色徑流231a組成）饋入鍋240中。也將第二白色徑流231b饋入鍋中。為了潤(rùn)滑 糖膏并移除過(guò)量的晶體量，將來(lái)自第一離心機(jī)244a的第一熱綠色徑流233a返回到結(jié)晶器 200中剩余的糖膏中；將來(lái)自第二離心機(jī)244b的第二冷卻的綠色徑流233b送到煮沸級(jí)，如 上所述。此系統(tǒng)不同于圖1中所示系統(tǒng)，其中更少的糖膏通過(guò)結(jié)晶器，因此減少所需的總結(jié) 晶器容量，以及初始的資金成本。但是，對(duì)于高純度糖膏（例如精煉廠所用的那些），存在在 熱綠色徑流儲(chǔ)存罐中發(fā)生蔗糖結(jié)晶的風(fēng)險(xiǎn)。因此，必須提供兩個(gè)不同的罐以處理第一（熱） 綠色徑流233a，和第二（冷）綠色徑流233b。
[0028] 表1顯示鍋中所產(chǎn)生的純蔗糖糖膏的理論結(jié)果，假定母液在70°C下飽和。表1也顯 示相同糖膏在以下條件下的結(jié)果：（1)母液在70°C下飽和，然后通過(guò)冷卻結(jié)晶工藝，在30°C 下達(dá)到飽和母液；（2)利用冷卻的未稀釋的（綠色）飽和母液在30°C下在結(jié)晶器中潤(rùn)滑糖 膏，如圖1所示，或利用熱的未稀釋的（綠色）飽和母液在70°C下潤(rùn)滑，如圖2所示；以及 (3)假定95%的晶體固體產(chǎn)率的最大計(jì)算值。表1顯示了如果糖膏進(jìn)行上述條件，則可移 除通過(guò)冷卻結(jié)晶達(dá)到的過(guò)量的晶體量。潤(rùn)滑的冷糖膏顯示了與在鍋中生產(chǎn)的熱糖膏類似的 流變學(xué)性質(zhì)。因此，可將兩種糖膏從結(jié)晶器排出并以相同方式裝入離心機(jī)器中而沒(méi)有產(chǎn)生 機(jī)械問(wèn)題。
[0029]
[0030] 表1
[0031