專利名稱：撞擊流蒸發(fā)結(jié)晶器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
屬于物理、化學(xué)工藝設(shè)備。適用于溶液并行蒸發(fā)結(jié)晶、制取結(jié)晶產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的 過程。
技術(shù)背景在化工、醫(yī)藥、輕工等行業(yè)中，有許多固體產(chǎn)品通過從溶液中結(jié)晶制得。從溶液中 結(jié)晶在溶液過飽和的條件下進(jìn)行。依據(jù)產(chǎn)生過飽和方式不同，結(jié)晶過程大致可分為冷卻結(jié) 晶、蒸發(fā)結(jié)晶和反應(yīng)結(jié)晶三種類型；其中冷卻結(jié)晶應(yīng)用最為廣泛。冷卻結(jié)晶通常是把溶液蒸發(fā)濃縮到一定接近飽和的濃度后轉(zhuǎn)入結(jié)晶裝置進(jìn)行冷 卻結(jié)晶作業(yè)。已工業(yè)應(yīng)用的冷卻結(jié)晶器有很多種。1950至70年代研發(fā)的一類帶導(dǎo)流筒的 結(jié)晶器，例如 DTB 結(jié)晶器(Mullin. J. W. ,"Industrial Crystallization"ppl-168, Plenum Press, New York，1976)、DP結(jié)晶器(河西達(dá)夫，“月島式DP型晶出裝置”，別冊(cè)化學(xué)工業(yè)， 18(2) :58-65，1974)禾Π Standard-Messo 湍流結(jié)晶器(Messing，Τ.，Br. Chem. Eng.，14 641-645,1969)等，至今仍屬于比較先進(jìn)的連續(xù)結(jié)晶裝置。上述結(jié)晶器的主要不足之處，是 微觀混合狀況不理想，某些結(jié)晶性質(zhì)較差的物料仍難以制得粗大均勻的結(jié)晶。伍沅等在國(guó) 家自然科學(xué)基金項(xiàng)目研究基礎(chǔ)上較新研發(fā)并獲得專利的“無旋撞擊流真空結(jié)晶器”(專利號(hào) ZL 200720083842. 3)和“無旋撞擊流換熱式結(jié)晶器”(ZL200820066743. 9)利用液體連續(xù)相 撞擊流有效促進(jìn)微觀混合的特性，可提供非常均勻的過飽和度環(huán)境，顯著改善了晶核生成 和結(jié)晶成長(zhǎng)的條件，優(yōu)于以上各種結(jié)晶裝置；雖然它們實(shí)施冷卻的方式不同，即分別以真空 和換熱的方式冷卻工質(zhì)。對(duì)于某些產(chǎn)品的生產(chǎn)，將蒸發(fā)或部分蒸發(fā)過程與結(jié)晶過程結(jié)合在同一設(shè)備中進(jìn)行 更為合理，可以在簡(jiǎn)化流程、節(jié)能等方面產(chǎn)生顯著的效益。然而，迄今尚未見有專門用于并 行蒸發(fā)_結(jié)晶過程的高性能技術(shù)裝備。為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，研發(fā)本實(shí)用新型。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，是提供一種微觀混合好、動(dòng)力消耗低，可節(jié)能高效地完成并行 蒸發(fā)-結(jié)晶過程的技術(shù)裝備。本實(shí)用新型撞擊流蒸發(fā)結(jié)晶器，其本體是一個(gè)中下部為較小直徑結(jié)晶區(qū)、上部為 較大直徑蒸發(fā)室(20)的鍋形或錐形底異徑直立圓筒(1)；蒸發(fā)室(20)帶頂蓋(6)并配有 蒸汽出口管(9)；結(jié)晶區(qū)底部中心配有帶循環(huán)母液進(jìn)口管(12)和晶漿出口管(13)的分級(jí) 腿(11)，中上部垂直同軸安裝上、下兩個(gè)內(nèi)壁裝有若干垂直折流擋板(5)的導(dǎo)流筒(2)，其 中分別同軸安裝螺旋方向相反、分別從上部和下部推動(dòng)流體通過上、下導(dǎo)流筒(2)向結(jié)晶 區(qū)中心流動(dòng)撞擊的上、下兩個(gè)螺旋槳(3)和(4)；異徑直立圓筒(1)中下部?jī)?nèi)壁與上、下導(dǎo) 流筒⑵之間設(shè)置垂直換熱列管(14)，壁外設(shè)有換熱夾套(17)；裝置還設(shè)有其出口安排在 上、下導(dǎo)流筒(2)之間的進(jìn)料管(7)。進(jìn)料管7的出口也可以安排在上或下導(dǎo)流筒2的進(jìn)口 處。[0009]不同于現(xiàn)有的用于蒸發(fā)或結(jié)晶過程的技術(shù)裝備，本實(shí)用新型“撞擊流蒸發(fā)結(jié)晶器” 可直接用于并行蒸發(fā)-結(jié)晶過程，在簡(jiǎn)化流程、節(jié)能等方面產(chǎn)生顯著的效益。此外還具有下 列優(yōu)點(diǎn)(1)利用撞擊流微觀混合非常有效的特性促進(jìn)結(jié)晶過程；(2)垂直同軸兩流撞擊流 的流動(dòng)結(jié)構(gòu)安排顯著節(jié)省動(dòng)力；(3)垂直換熱列管的安排減小了換熱壁面上結(jié)晶結(jié)疤的概率。


圖1是本實(shí)用新型撞擊流蒸發(fā)結(jié)晶器結(jié)構(gòu)示意圖，它同時(shí)表示了工作的基本原 理；圖2是圖1的A-A剖面俯視圖。本實(shí)用新型的基本部件包括異徑直立圓筒1，其上部為較大直徑帶拱形或倒錐形 頂蓋6并配有蒸汽出口管9的蒸發(fā)室20，中下部為較小直徑的結(jié)晶區(qū)，底部為鍋形或錐形。 圓筒1的中下部結(jié)晶區(qū)內(nèi)垂直同軸安裝上、下兩個(gè)導(dǎo)流筒2和同軸地分別安裝在兩個(gè)導(dǎo)流 筒2中的上螺旋槳3和下螺旋槳4。兩個(gè)螺旋槳3和4螺旋方向相反，一個(gè)右旋，另一個(gè)左 旋，分別推動(dòng)流體向下和向上流動(dòng)并在上、下導(dǎo)流筒2中間處相向撞擊，構(gòu)成垂直同軸兩流 撞擊流，并在上、下導(dǎo)流筒2之間形成撞擊區(qū)IZ。異徑圓筒1中下部較小直徑部分及其錐 形底包圍的空間是結(jié)晶過程的有效容積區(qū)，也是溶液加熱區(qū)，其中裝工藝介質(zhì)即結(jié)晶-溶 液混合物懸浮體，液面沒過上導(dǎo)流筒2 —定高度，保證實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的撞擊流流動(dòng)結(jié)構(gòu)。上、下 兩個(gè)導(dǎo)流筒2內(nèi)壁各裝若干塊沿圓周均布的垂直折流擋板5，以抑制螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)引起的旋 轉(zhuǎn)流動(dòng)。異徑直立圓筒1中下部壁外即結(jié)晶區(qū)外設(shè)置換熱夾套17 ；該部分內(nèi)壁與上、下導(dǎo) 流筒2之間設(shè)置垂直換熱列管14，二者通入蒸汽或其它加熱介質(zhì)以間接加熱流經(jīng)它們壁面 的工藝介質(zhì)，分別配有加熱介質(zhì)進(jìn)口管18、15和出口管19、16。圓筒1的錐形底下接淘洗 腿11，其底端接循環(huán)母液進(jìn)口接管12，下部側(cè)壁配有晶漿即成品結(jié)晶與母液混合物S的卸 料管13。原料液進(jìn)料管7的出口安排在上、下導(dǎo)流筒2之間即撞擊區(qū)IZ內(nèi)；該出口也可以 安排在上或下導(dǎo)流筒2進(jìn)口端。上螺旋槳3和下螺旋槳4的共同驅(qū)動(dòng)軸穿過頂蓋6中心連 接電動(dòng)機(jī)。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型技術(shù)裝備一般采用連續(xù)操作方式。操作時(shí)，異徑圓筒1中下部結(jié)晶有效容積區(qū)內(nèi)先裝入工藝介質(zhì)即結(jié)晶與母液混合 物懸浮體，也可以裝入進(jìn)料液；然后啟動(dòng)螺旋槳3和4 ；同時(shí)不斷通過進(jìn)口接管15和18分 別向換熱列管14和夾套17送入蒸汽V或其它加熱介質(zhì)；換熱后冷凝水L通過出口管16和 19流出。待流動(dòng)和溫度都達(dá)到穩(wěn)定后，開始通過進(jìn)料管7連續(xù)穩(wěn)定地加入進(jìn)料溶液F。螺 旋槳3和4推動(dòng)流體(工藝介質(zhì))，分別從上部和下部經(jīng)導(dǎo)流筒2流向結(jié)晶有效容積區(qū)中 部，并在該處相向撞擊，在撞擊面周圍形成撞擊區(qū)IZ。該區(qū)中來自不同方向的流體間劇烈 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使得流團(tuán)間和液_固相間有效地混合和接觸，溫度、液相濃度等狀態(tài)幾乎達(dá)到 分子均勻程度。撞擊后，懸浮體經(jīng)過上下導(dǎo)流筒2外壁與圓筒1中下部?jī)?nèi)壁之間的環(huán)室分 別返回結(jié)晶有效容積區(qū)的上、下兩端。在流經(jīng)垂直換熱管14和換熱夾套17壁面過程中被 換熱管和夾套中的蒸汽或其它換熱介質(zhì)間接加熱，達(dá)到結(jié)晶有效容積區(qū)液面處的沸點(diǎn)。返 回結(jié)晶有效容積區(qū)上端的溶液在液面附近沸騰蒸發(fā)，產(chǎn)生的二次蒸汽通過蒸汽出口管9排 出。蒸發(fā)室20采用較大直徑以控制向上蒸汽流速，從而可以依靠重力沉降分離掉大部分蒸 汽夾帶的液滴或液沫。根據(jù)是否利用二次蒸汽以及利用的具體要求，蒸汽出口管9的下游
4還可以安排附加的汽液分離裝置。蒸發(fā)后溶液濃度增大、達(dá)到過飽和狀態(tài)的結(jié)晶_溶液懸浮體又被上螺旋槳3輸送 通過上導(dǎo)流筒2流向結(jié)晶有效容積區(qū)中部，與返回結(jié)晶有效容積區(qū)下端、又被下螺旋槳4通 過下導(dǎo)流筒2輸送流到該處的懸浮體再次撞擊，如此反復(fù)循環(huán)。結(jié)晶，包括晶核生成和晶體 成長(zhǎng)，在由上、下螺旋槳3和4推動(dòng)懸浮體反復(fù)撞擊和撞擊后循環(huán)流動(dòng)過程中完成。循環(huán)流動(dòng)過程中有一部分結(jié)晶_溶液懸浮體進(jìn)入分級(jí)腿(也稱淘洗腿)11。用適 當(dāng)種類的輸液泵a從設(shè)置在結(jié)晶有效容積區(qū)上部側(cè)壁處的圍堰8中抽取一定量的循環(huán)母 液，通過循環(huán)管道b和淘洗腿11下部的循環(huán)母液進(jìn)口接管12送入淘洗腿11并向上流動(dòng)， 對(duì)淘洗腿中的結(jié)晶顆粒進(jìn)行水力分級(jí)。已長(zhǎng)大的結(jié)晶顆粒與部分母液的懸浮混合物向下運(yùn) 動(dòng)，即為晶漿S，經(jīng)淘洗腿下部側(cè)壁處的卸料管13卸出，送至適當(dāng)種類的分離裝置如離心機(jī) 分離或/和干燥后得到結(jié)晶產(chǎn)品；尚未長(zhǎng)大的結(jié)晶顆粒由循環(huán)母液攜帶向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)淘洗 腿11返回結(jié)晶器的有效容積區(qū)繼續(xù)生長(zhǎng)。圖1中的輸液泵a和以虛線表示的管道b是配 套使用的元件，不屬于本實(shí)用新型撞擊流蒸發(fā)結(jié)晶器本身。本實(shí)用新型撞擊流蒸發(fā)結(jié)晶器的突出優(yōu)點(diǎn)是可以有效地用于并行蒸發(fā)_結(jié)晶過 程，彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的不足；對(duì)許多結(jié)晶產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，可以較大幅度地簡(jiǎn)化流程和設(shè) 備。此外，它還具有下述優(yōu)點(diǎn)(1)利用撞擊流強(qiáng)化微觀混合的特點(diǎn)可為結(jié)晶過程提供均勻 的過飽和度環(huán)境，促進(jìn)結(jié)晶過程有效地進(jìn)行；(2)特殊流動(dòng)結(jié)構(gòu)安排使之具有顯著的節(jié)能 特性；(3)上下導(dǎo)流筒2與異徑圓筒1中下部?jī)?nèi)壁間采用垂直換熱列管，降低了換熱壁面上 結(jié)晶結(jié)疤的概率。
權(quán)利要求撞擊流蒸發(fā)結(jié)晶器，其特征在于其本體是一個(gè)中下部為較小直徑結(jié)晶區(qū)、上部為較大直徑蒸發(fā)室(20)的鍋形或錐形底異徑直立圓筒(1)；蒸發(fā)室(20)帶頂蓋(6)并配有蒸汽出口管(9)；結(jié)晶區(qū)底部中心配有帶循環(huán)母液進(jìn)口管(12)和晶漿出口管(13)的分級(jí)腿(11)，中上部垂直同軸安裝上、下兩個(gè)內(nèi)壁裝有若干垂直折流擋板(5)的導(dǎo)流筒(2)，其中分別同軸安裝螺旋方向相反、分別從上部和下部推動(dòng)流體通過上、下導(dǎo)流筒(2)向結(jié)晶區(qū)中心流動(dòng)撞擊的上、下兩個(gè)螺旋槳(3)和(4)；異徑直立圓筒(1)中下部?jī)?nèi)壁與上、下導(dǎo)流筒(2)之間設(shè)置垂直換熱列管(14)，壁外設(shè)有換熱夾套(17)；裝置還設(shè)有其出口安排在上、下導(dǎo)流筒(2)之間的進(jìn)料管(7)。
2.按權(quán)利要求1所述的撞擊流蒸發(fā)結(jié)晶器，其特征在于進(jìn)料管(7)的出口也可以安排 在上或下導(dǎo)流筒(2)的進(jìn)口處。
專利摘要撞擊流蒸發(fā)結(jié)晶器，本體上部為大直徑蒸發(fā)室20；中下部為較小直徑的結(jié)晶有效容積區(qū)，其中同軸安裝上、下兩個(gè)導(dǎo)流筒2和分別安裝在兩個(gè)導(dǎo)流筒2中螺旋方向相反的上、下兩個(gè)螺旋槳3和4。結(jié)晶有效容積區(qū)壁外設(shè)有換熱夾套；內(nèi)壁與上下導(dǎo)流筒之間設(shè)置垂直換熱列管14。螺旋槳推動(dòng)流體向有效容積區(qū)中心流動(dòng)并在該處相向撞擊；隨后在通過外壁與上下導(dǎo)流筒間環(huán)室回流過程中被加熱，達(dá)到沸點(diǎn)，在液面附近沸騰蒸發(fā)至過飽和狀態(tài)；螺旋槳推動(dòng)過飽和懸浮體流向中心再次撞擊，反復(fù)循環(huán)，在撞擊和其后循環(huán)流動(dòng)中完成結(jié)晶過程。適用于并行蒸發(fā)一結(jié)晶過程，簡(jiǎn)化流程設(shè)備，具有效率高、節(jié)能的突出優(yōu)點(diǎn)，并降低結(jié)晶在加熱面上結(jié)疤的概率。
文檔編號(hào)B01D9/02GK201692685SQ201020175960
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者伍沅, 伍笑晞, 伍笑虹 申請(qǐng)人:伍沅