專利名稱：通過結晶從液體混合物中分離物質的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過結晶從液體混合物中分離物質的裝置，所說裝置包括一個結晶表面，該表面由一段環(huán)形帶的一側面提供，該段環(huán)形帶以一個角度傾斜;該環(huán)形帶的驅動裝置;用于冷卻或加熱該段環(huán)形帶另一側面的冷卻或加熱裝置;和至少一個用于將液體混合物提供至該結晶表面上的加料工位。
德國專利申請公開公報第1769123號描述了一種通過分級結晶從液體混合物中分離物質的方法和裝置。在該方法中，液體混合物以湍流形式間接流過被冷卻的結晶表面，并且該結晶層達到一定厚度之后，以熔化法從該結晶表面上除去。這種已有技術的層結晶方法，需要使用結晶器，在該結晶器中通過許多平行設置的立管提供立式冷卻或在特定情況下的加熱壁。液體混合物在管內以薄膜形式從頂部流到底部，而在管外側是冷卻劑。該冷卻劑以薄膜形式在結晶器管外流動，由于過冷作用致使在內壁上流動的薄膜中形成局部結晶中心，而局部結晶中心不斷生長成為一個連續(xù)層。當沉積的結晶層達到一定厚度時，它卻會被熔化。因此這種方法的缺點是它必須是間歇式的，并且因此，每一循環(huán)之后，必需加熱和冷卻所有的裝置。這將需要相當多的能量并增加了循環(huán)周期。由于高的溫度梯度和小的物質傳導面會相對降低結晶產生的純度，因此通常該方法是分幾級進行的。該文獻建議以不同步驟或級別的循環(huán)實行分離。前一循環(huán)的N+1級的母液被用作N-1級的晶體熔化液，并且N級的母液被用作下一個循環(huán)N-2級的晶體熔化液。這種方法因蘇爾采(Sulzer)-MWB結晶法(S.J.簡西斯發(fā)表于1988年第4期的蘇爾采技術雜志的“蘇爾采-MWB分級結晶系統(tǒng)”)而出名。
US3603103公開了一種方法，其中，由帶有刮料機構的冷卻器形成的晶體被送入一個柱塔的中部。在此塔中以逆流方式供入晶體和被凈化的液體混合物(也常常稱之為熔化物)。并要控制熔化物的溫度，以使得其通過柱塔時晶體也生長。在塔的末端晶體被熔化。分離出熔化晶體的一部分作為最終產品而另一部分以逆流形式返回到塔中生長的晶體中。在塔的另一端，取出具有較高雜質的剩余部分，亦即所謂的母液。這種方法的優(yōu)點是它為連續(xù)的。這種逆流提供了強烈的物質交換。但是，該方法具有的缺點是會產生強烈的軸向混合。因此，顯著降低了結晶得到的分離作用。這時，生長的晶體輸送中粘附的熔化物，和以逆流形式流動的熔化物都輸送細小的晶體。
歐洲專利申請公開公報第0167401號描述了一種用于分離或凈化有機物質的結晶裝置。該結晶裝置包括三個垂直的同心中空圓筒。在內部和中部空心圓筒之間是一個用于容納冷卻流體的第一空間。在中部和外部空心圓筒之間是一個用于容納待凈化熔化物的第二空間。中部空心圓筒的外側形成結晶表面。第一空間具有冷卻流體的入口和出口。第二空間具有一個待凈化熔化物的入口和一個熔化結晶產品(即純凈產品)的出口，以及一個雜質產品的出口。在第二空間中設置有一個擋板，它位于待凈化熔化物入口的直徑相對一側，以防止熔化的結晶產品流過。使用一個電加熱器以熔化結晶產品。該結晶裝置工作時，結晶表面朝向純凈產品出口的方向緩慢地轉動。在上述通路的結晶表面上形成一個晶體層。并由電加熱器熔化該晶體層。依靠出口閥的調節(jié)，或多或少的熔化結晶產品會流過出口，而其余部分則朝入口流回第二空間中，它與待凈化熔化物混合并進一步流向雜質產品的出口。在此路途中，晶體進一步沉積在結晶表面上。由于在此通路上，熔化物含有愈來愈少的在結晶表面溫度下可結晶的材料，因此在雜質產品出口附近就很難再發(fā)生結晶。在雜質產品出口設置有一個閥。此外，如果希望的話可設置一個泵，用于將一部分雜質產品再輸送到入口，以便進一步結晶。
上述結晶裝置具有的明顯缺點是第一空間中的冷卻液使整個結晶表面具有基本相同的溫度。因此，在已經具有相對較薄厚度的結晶層情況下將不再發(fā)生結晶。故效率相對較低。其進一步的缺點是由于摩擦、在邊緣處較快的冷卻、以及通過出口的部分液流的流動，將使得熔化的結晶產品的回流速度不是處處相同的。此外，不可能控制其發(fā)汗作用。
公開的歐洲專利申請第0063688號揭示了一種結晶裝置，它特別適用于過冷的熔化物。這種裝置包括一個預結晶裝置和一個水平的冷卻帶，并且具有在不需要向預結晶裝置中加入附加的晶種材料的條件下能提供最佳成核速度和高的成核數的能力。在該預結晶裝置中，以薄膜形式開始成核，并且預結晶熔化物以厚層形式供到冷卻帶上便在其上發(fā)生結晶。這種結晶裝置特別適用于過冷熔化物的結晶，并且該專利申請沒有包括任何關于使用該裝置以結晶方法能進行物質分離的建議。
法國專利1220220公開了多個不同的結晶裝置，其中之一具有一個傾斜的結晶表面。該結晶表面由一段環(huán)形帶的一側面形成。在該段帶的下方是一個冷卻裝置，而在該段帶的上方是一個加料工位，用于將液體混合物加到結晶表面上。這種裝置的缺點是傾斜結晶表面的傾斜度是不可變的。進一步的缺點是在該段結晶表面上不能具有任意可選擇的溫度分布。它也沒有提供回流管以使得能夠洗滌結晶層。
本發(fā)明目的是提供一種至少能部分消除以上所提及缺點的裝置。
按照本發(fā)明，設有用于改變其傾斜角的裝置。這種裝置使得能夠進行節(jié)省能量的連續(xù)工作。與已有技術的層結晶相比，在晶體的結晶和熔化步驟之間沒有間歇轉換，亦即在熔化狀態(tài)下母液以及熔化的結晶產品朝下流動，而結晶產品和待凈化混合物以逆流形式在相反的方向上運動。這種裝置不僅允許進行連續(xù)的工作，并且也具有逆流時不發(fā)生軸向回攪所帶來的優(yōu)點。因此，產品的分離是非常好的。同時沒有被液體混合物夾帶的懸浮晶體。與懸浮晶體相比，晶體層和液體混合物之間的邊界區(qū)域小幾個數量級。因此，結晶產品所夾帶的液體混合物數量是非常小的。且在重力作用下液體混合物經過結晶表面。
液體混合物能以薄膜形式向下流動。這將使得可基本均勻地潤濕結晶表面或潤濕已經形成的晶體層。而用于改變傾斜角的裝置則使得能以一種簡單的方式讓該裝置適應于該方法的需要。根據待處理產品，這些需要可能有較大的改變。通過調節(jié)傾斜角，就能夠調節(jié)液體混合物在結晶表面或在結晶層上的停留時間。因此，傾斜角是一個改變結晶層和熔化物之間相對速度的影響要素。該驅動裝置最好是速度可控的。這就使得可將帶的速度調整至與流動速度相協調。這樣與傾斜角的調整一起能實現一個最佳的分離作用。
最好設置用來在結晶表面上治液體混合物流動方向實施溫度分布的裝置。用這種方法，就能夠補償結晶層的隔熱作用，從而在整個有效的帶段上得到均勻的晶體生長速度。同時也能夠用一個選定一個有效帶段的裝置，通過對每個工藝步驟選擇相適宜的溫度分布來完成不同的工藝步驟。
也可以設置一個通到第一加料工位的母液回流管。用這種方法，能夠獲得母液的附加結晶。但是，也可以設置一個通到第二加料工位的母液回流管，該第二加料工位置于第一加料工位的下游側。在某些情況下，也可適當地設置多個第二加料工位，它們在流動方向上前后依次安置，用這種方法也可進一步獲得希望的出自母液的結晶產品。這就使得生產工藝進一步最佳化。
設置一個通至位于第一加料工位上游側的第三加料工位回流管是有益的。這樣可允許洗滌位于結晶表面上的結晶產品。用這種方法，可將附著于結晶產品上的母液和通過發(fā)汗析可能熔化的結晶產品洗滌掉。
為進行發(fā)汗，可以設置用液體介質加熱上部帶段的下側面的裝置，其加熱位置在第一加料工位的上游側。通過這些或其他裝置，處于結晶表面上的結晶產品可進行發(fā)汗。通過選擇合適的溫度能得到部分熔化的發(fā)汗。具有較低熔點的那一部分即雜質部分熔化。該熔化的雜質以液滴形式從結晶層中析出。由于它們使人想起發(fā)汗的液滴，因此這一過程被稱之為發(fā)汗。在本方法中，熔化的部分向下流動并且能同母液混合一起在下游側被除掉。
本實施方案的一個優(yōu)點在于在同一結晶裝置中能同時發(fā)生結晶和發(fā)汗，因此不需要附加設備和附加用時。
用于物質分離的裝置最好包括一個用于取下結晶產品的剝離器。這樣做的優(yōu)點是可獲得薄片狀的結晶產品。與獲得液體形式的已有技術相對比，它不需要附加裝置就可獲得薄片產品。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，環(huán)形帶、冷卻和/或加熱裝置、以及一個或幾個加料工位是置于一個可繞一個軸傾斜的框架上。這種結構的優(yōu)點是當改變結晶表面的傾斜角時，不需要調節(jié)裝置的其他部分。
再一個優(yōu)選解決方案是，每一加料工位可在一滑板上沿著一個平行于該帶的上部帶段設置的導軌移動。這樣將能夠容易地調節(jié)加料工位并且也將允許以此方式選擇結晶、洗滌、以及發(fā)汗區(qū)域的有效長度。又能夠在裝置的操作過程中進行上述調節(jié)。通過選擇有效區(qū)域的長度以及溫度分布還能夠僅用一個裝置實現多級結晶工藝。
本發(fā)明也涉及該裝置在蘇爾采-MWB工藝中的使用。這種使用仍具有在單個結晶裝置中發(fā)生多級結晶的優(yōu)點。
現在參照附圖
描述一個本發(fā)明的實施方案。
示意圖表明的連續(xù)結晶裝置具有一個循環(huán)的結晶表面11。結晶表面11由環(huán)形帶12的上側面構成，該環(huán)形帶12由下部滾輪13和上部滾輪15引導。在任何時候，僅僅上部帶段17的上側面作為結晶表面。環(huán)形帶12最好是一個金屬帶，例如，一個鋼帶。當然也可以考慮使用具有足夠導熱性的其他材料。由驅動裝置(未示出)在箭頭方向上驅動滾輪13、15中的一個。滾輪13、15設置在框架19上，框架19可繞軸20傾斜，以便能夠改變傾斜角α。可以采用一個液壓缸作為調節(jié)裝置24。由于上部帶段17以一個傾斜角傾斜，因此，液體混合物能夠靠重力作用在結晶表面11上移動。
序號21表示用來將液體混合物加到結晶表面11上的第一加料工位。該加料工位21置于帶段17的中部附近或中部上方。序號23表示一個裝母液的容器，而序號25表示一個裝結晶產品的容器。同時，回流管27從容器23通至第一加料工位和/或回流管29通至第二加料工位31。第二加料工位31置于第一加料工位21的下游側并位于帶段17下部約四分之一處。回流管33從容器25通至第三加料工位35，其(35)置于第一加料工位21的上游側。每一加料工位21、31、35都可在浴板21′、31′、35′上沿導板36移動。因此，這些加料工位可以沿結晶表面11移動。加熱裝置37用于熔化容器25中的結晶產品，以便能夠通過回流管33反饋結晶產品。冷卻裝置39基本包括冷卻機組41、帶有許多噴嘴43的管道42、收集槽45、回流管47、冷卻流體貯罐49、以及泵51。通過噴嘴43能使用如水那樣的流體介質冷卻上部帶段17的下側面。如果結晶產品的熔點高于環(huán)境溫度，可以用加熱代替冷卻。
此外，能夠在作用位置通過控制冷卻流體即一個噴嘴或多個噴嘴43的溫度及數量有效地進行后下側冷卻帶段17，用這種方法就可以在結晶表面11上施加所希望的溫度分布。作為例子，這種方式能用于補償晶體層導致的隔熱作用。亦即一種允許與質量平衡無關地控制能量平衡的溫度分布。
設置有加熱裝置53，它能通過流體介質在第一加料工位上游側加熱上部帶段17的下側面，以使結晶產品發(fā)汗。為此目的能利用冷卻機組41的廢熱。用此廢熱加熱一個罐。來自該罐的熱介質通過管道57供入噴嘴59，而噴嘴59將此熱介質射向上部帶段17的下側面。同時，熱介質還能通過槽61和管道63流回貯罐55。
在裝置運轉時，上段17沿箭頭65的方向移動。準備通過結晶法分離的液體混合物在加料工位21施加到結晶表面11上。這些液體混合物就在結晶表面上向下流動，并在結晶表面11上形成結晶層22，它隨帶12向上移動。而剩余的液體即所謂的母液已基本上不含可結晶的物質，就向下流入容器23。最后，可通過管道27和/或29使母液再循環(huán)，以便使含在母液中的可結晶物質析出。通過在帶段17的上部加熱結晶表面11使結晶產品發(fā)汗。用剝離器69將結晶產品卸入容器25中。最后，由加熱裝置37加熱熔化的結晶產品可通過管道33返回，以洗滌結晶表面11上的結晶產品。換言之，即從結晶產品上除去剩余的母液和/或仍然依附其上的發(fā)汗相。可以使幾個上述的裝置串聯連接以獲得多級結晶。同樣也可以按照蘇爾采Sulzer-MWB工藝使用一個結晶裝置實現多級結晶。
權利要求
1.通過結晶從液體混合物中分離物質的裝置，所說裝置包括一結晶表面，它由一環(huán)形帶(12)的一段(17)之一側面提供，所說帶段(17)以一個角度(α)傾斜；環(huán)形帶(12)的驅動裝置；用于冷卻或加熱帶段(17)另一側面的冷卻或加熱裝置(31)；和至少一個用于將液體混合物施加到所說結晶表面上的加料工位(21)，其特征在于，它具有用于改變傾斜角(α)的裝置。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，驅動裝置是速度可控的。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，還具有沿液體混合物流動方向上在結晶表面上施加溫度分布的裝置。
4.如權利要求1至3之一所述的裝置，其特征在于，設置一條通至第一加料工位(21)的母液回流管。
5.如權利要求1至4之一的裝置，其特征在于，設置一母液回流管(29)通至第二加料工位(31)，該第二加料工位(31)置于第一加料工位(21)的上游側。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于，在流動方向上前后依次地設置多個第二加料工位(31)。
7.如權利要求1至6之一所述的裝置，其特征在于，一條結晶產品回流管(33)通至第三加料工位(35)，該加料工位(35)位于第一加料工位(21)的上游側。
8.如權利要求1至7之一所述的裝置，其特征在于，設置有發(fā)汗裝置，它能用一種流體介質在第一加料工位(21)上游側加熱上部帶段(17)的下側面。
9.如權利要求1至8之一所述的裝置，其特征在于，一個剝離器(69)用于卸下結晶產品。
10.如權利要求1至9之一所述的裝置，其特征在于，借助一個框架(19)，環(huán)形帶(12)、冷卻和/或加熱裝置(31)以及一個或幾個加料工位(21，31，35)能繞一根軸(20)傾斜。
11.如權利要求1至10之一所述的裝置，其特征在于，每個加料工位(21，31，35)可在一滑板(21′，31′，35′)上沿一條平行于帶(12)的上段(17)設置的導軌(36)移動。
12.按照權利要求1至11之一所述裝置的應用，即用在一多級方法中。
13.如權利要求12所述的應用，其特征在于，對于每一級，都將一個溫度分布施加在有效的帶段上。
14.如權利要求12或13的應用，它用于蘇爾采-MWB方法。
全文摘要
一條環(huán)形鋼帶(12)在箭頭(65)方向上移動。帶(12)的上段(17)由從噴嘴(43，59)射出的冷卻劑冷卻或加熱。加料工位(21)供給液體混合物，其沿結晶表面(11)向下流動。結晶表面(11)上形成的晶體層逆流向上移動。剩余的液體即所謂的母液已經基本不含可結晶的物質，并向下流動。用于改變結晶表面傾斜角(α)的裝置(22)使得可用簡單方式按照結晶工藝的需要調整結晶裝置。
文檔編號B01D9/02GK1061728SQ9111117
公開日1992年6月10日 申請日期1991年11月27日 優(yōu)先權日1990年11月27日
發(fā)明者J·烏爾里希, M·斯捷潘斯基, Y·厄佐古茨 申請人:蘇舍兄弟有限公司, 桑德威克過程系統(tǒng)有限公司