[发明专利]一种旋流式流化床结晶器

说明书

技术领域

本发明专利属于化学工程的结晶技术领域，涉及一种结晶器。

背景技术

结晶是化工产品制备中的一个单元操作，搅拌槽式结晶器是普遍使用的结晶器，由于此类结晶器的搅拌桨叶对晶体有强烈的破碎作用，因而二次成核速率高，结晶产品粒径小，粒度分布宽，晶体形貌较差，难以满足某些化工产品的要求。

从理论上讲，要获得粒度均匀、晶形整齐的结晶产品，控制二次成核是关键。为此，有研究者们将流态化技术用于结晶过程，以避免搅拌桨叶对晶体的破碎及降低二次成核速率。如赵坤等人发表的论文“喷动流化床内砂状氢氧化铝结晶实验研究”中研究了喷动流化床在结晶过程的应用(见《四川冶金》，33卷第2期，63～66页)，但该结晶流化床局限于传统流态化过程，床层内部湍动剧烈，二次成核仍然较强，结晶产品的晶形和粒度分布仍然不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种旋流式流化床结晶器，以降低结晶过程中的二次成核速率，增大结晶产品的粒径，并使结晶产品粒度分布窄、形貌整齐。

本发明所述旋流式流化床结晶器，包括床体，所述床体为圆筒体和圆锥筒体的组合体，圆锥筒体大端的内径与圆筒体的内径相同，圆锥筒体的锥顶为圆弧状，圆锥筒体位于圆筒体的下方，其大端与圆筒体的下端衔接；圆筒体的上端封闭，圆筒体上端的端面上设置有晶种加入口，圆锥筒体下部段侧壁设置有加入料液的进料管，所述进料管至少为两个，环绕圆锥筒体同一高度均匀分布，各进料管均位于圆锥筒体的水平切线方向，使所加入的料液形成旋流，圆锥筒体下端的锥顶设置有晶体出口，圆筒体的上部侧壁设置有输出母液的出料管，所述出料管位于圆筒体的水平切线方向且出料管的出口与料液形成的旋流旋向一致。

为了更好的实现发明目的，本发明所述旋流式流化床结晶器选择了下述结构参数：

1、圆锥筒体的高度L₁＝(0.5～1.2)D，圆筒体的高度L₂＝(1～5)D，所述D为圆筒体的内径，圆筒体的内径D主要根据结晶体系的容积结晶速率及结晶器的生产能力确定。

2、料液进料管中心线与圆锥筒体的锥顶外壁之间的距离L₃＝(0.3～0.5)L₁，所述L₁为圆锥筒体的高度。

3、晶体出口的中心线与床体中心线的夹角α为30°～45°。

为了满足间歇结晶工艺的要求，可在上述结构的基础上设置冷却夹套，所述冷却夹套环绕床体外壁设置，其下部有冷却水进口，其上部有冷却水出口。

本发明所述旋流式流化床结晶器的工作原理：晶种自结晶器顶部加入，料液从结晶器下部的锥形侧壁沿切线方向进入，母液从上部圆筒侧壁切向排出，形成缓慢向上的螺旋式旋转流动(见图5)，悬浮晶体在旋流料液的作用下作圆周运动，并不断结晶长大，当晶体长大到悬浮力不能平衡自身重力时，自行落到结晶器的底部从晶体出口卸出；从结晶器上部排出的母液，经新鲜料液补充和热量交换，达到所需的过饱和度，由循环泵返回到结晶器的进料管，实现料液的循环。

本发明具有以下有益效果：

1、由于料液在本发明所述结晶器的床体中形成缓慢向上的螺旋式旋转流动，悬浮晶体围绕床体轴线作圆周运动，且在结晶长大过程中没有搅拌桨叶的强力撞击，因而晶体均匀分散在料液中结晶长大，不会发生碎裂，二次成核的速率大为减弱，所得晶体产品的粒数与投入晶种的粒数接近，粒度分布窄、形貌整齐(见实施例)。

2、本发明所述结晶器与其它设备组合，可满足间歇结晶和连续结晶工艺的要求。

3、本发明所述结晶器的床体内无任何构件，因而不易发生堵塞现象，工作性能稳定。

4、本发明所述结晶器结构简单，易于加工制作，因而投资费用少，有利于推广使用。

附图说明

图1是本发明所述旋流式流化床结晶器的一种结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的A-A剖面图；

图4是本发明所述旋流式流化床结晶器的又一种结构示意图，设置了冷却夹套；

图5是本发明所述旋流式流化床结晶器的工作原理图；

图6是本发明所述旋流式流化床结晶器与其它设备组合成的一种间歇结晶系统；

图7是本发明所述旋流式流化床结晶器与其它设备组合成的一种连续结晶系统；

图8是本发明所述旋流式流化床结晶器用于磷酸二氢钾结晶的实验装置系统图；

图9是使用图8所述实验装置系统所制备的磷酸二氢钾晶体的光学照片；