工业结晶方法的分类

工业结晶方法的分类

溶液结晶就是指晶体从溶液中析出的过程。对于工业结晶按照结晶过程中过饱与度形成的方式,可将溶液结晶分为两大类:移除部分溶剂的结晶与不移除溶剂的结晶。

(1) 不移除溶剂的结晶

不移除溶剂的结晶称冷却结晶法,它基本上不去除溶剂,溶液的过饱与度系籍助冷却获得,故适用于溶解度随温度降低而显著下降的物系。

(2) 移除部分溶剂的结晶法

按照具体操作的情况,此法又可分为蒸发结晶法与真空冷却结晶法。蒸发结晶就是使溶液在常压(沸点温度下)或减压(低于正常沸点)下蒸发,部分溶剂汽化,从而获得过饱与溶液。此法适用于溶解度随温度变化不大的物系,例如NaCl及无水硫酸钠等;

真空冷却结晶就是使溶液在较高真空度下绝热闪蒸的方法。在这种方法中,溶液经历的就是绝热等焓过程,在部分溶剂被蒸发的同时,溶液亦被冷却。因此,此法实质上兼有蒸发结晶与冷却结晶共有的特点,适用于具有中等溶解度物系的结晶。

此外,也可按照操作连续与否,将结晶操作分为间歇式与连续式,或按有无搅拌分为搅拌式与无搅拌式等。

常见的工业结晶器

一、冷却结晶器

间接换热釜式冷却结晶器就是目前应用最广泛的一类冷却结晶器。冷却结晶器根据其冷却形式又分为内循环冷却式与外内循环冷却式结晶器。空气冷却式结晶器就是一种最简单的敞开型结晶器,靠顶部较大的敞开液面以及器壁与空气间的换热,以降低自身温度从而达到冷却析出结晶的目的,并不加晶种,也不搅拌,不用任何方法控制冷却速率及晶核的形成与晶体的生长。冷却结晶过程所需冷量由夹套或外部换热器提供。

1、内循环冷却式结晶器

内循环式冷却结晶器其冷却剂与溶剂通过结晶器的夹套进行热交换。这种设备由于换热器的换热面积受结晶器的限制,其换热器量不大。

2、外循环冷却式结晶器

外循环式冷却结晶器,其冷却剂与溶液通过结晶器外部的冷却器进行热交换。这种设备的换热面积不受结晶器的限制,传热系数较大,易实现连续操作。

二、蒸发结晶器

蒸发结晶器与用于溶液浓缩的普通蒸发器在设备结构及操作上完全相同。在此种类型的设备(如结晶蒸发器、有晶体析出所用的强制循环蒸发器等)中,溶液被加热至沸点,蒸发浓缩达到过饱与而结晶。但应指出,用蒸发器浓缩溶液使其结晶时,由于就是在减压下操作,故可维持较低的温度,使溶液产生较大的过饱与度。但对晶体的粒度难于控制。因此,遇到必须严格控制晶体粒度的场合,可先将溶液在蒸发器中浓缩至略低于饱与浓度,然后移送至另外的结晶器中完成结晶过程。

三、导流筒结晶机(DTB型蒸发结晶器)

导流筒结晶机就是一种高效结晶设备,物料温度可控,其独特的结构与工作原理决定了它具有传热效率高、配置简单、操作控制方便、操作环境好等特点。

设备主体为根据流体计算后设计的外筒体与导流筒,配套专用螺旋浆实现了高效内循环,而几乎不出现二次晶核,根据冷却结晶体的生长速率与晶体大小,设计降温速度、搅拌桨转速等指标,各指标动态可调易实现系统自控制,以适应的结晶要求。

导流筒内外壁抛光,减小物料在内壁结疤现象;导流筒本身有高的换热面,也可另设冷却器;

晶浆过饱与度均匀,粒度分布良好,实现了高效率;

相对能耗低;下部安装出料阀可实现连续生产

转速低,变频调控,适用性强,运行可靠,故障少。

操作要点:结晶取出速率,晶种加入速率,PH制调整,搅拌速率。

下部接有淘析柱,器内设有导流筒与筒形挡板,操作时热饱与料液连续加到循环管下部,与循环管内夹带有小晶体的母液混合后泵送至加热器。加热后的溶液在导流筒底部附近流入结晶器,并由缓慢转动的螺旋桨沿导流筒送至液面。溶液在液面蒸发冷却,达过饱与状态,其中部分溶质在悬浮的颗粒表面沉积,使晶体长大。

在环形挡板外围还有一个沉降区。在沉降区内大颗粒沉降,而小颗粒则随母液入循环管并受热溶解。晶体于结晶器底部入淘析柱。为使结晶产品的粒度尽量均匀,将沉降区来的部分母液加到淘析柱底部,利用水力分级的作用,使小颗粒随液流返回结晶器,而结晶产品从淘析柱下部卸出。

四、OSLO流化床型冷却法结晶器

主要特点:就是过饱与度产生的区域与晶体生长区分别结晶器的两处,晶体在循环母液中流化悬浮,为晶体生长提供了较好的条件,能够生产出粒度较大而均匀的晶体。

工艺过程:它在循环管路上增设列管式冷却器,母液单程通过列管向上方循,浓的料液在循环泵前加入,与循环母液混合后一起经过冷却器冷却而产生过饱与度,之后进入结晶器中流化悬浮,生产出粒度较大而均匀的晶体。产品(晶体)悬浮液由结晶器锥底引出。

控制系统采用PLC控制器,有系统信息上传接口。要求能够自动监测控制结晶温度、晶体粒度,轴流泵采用变频控制,进、出料作业能够自动控制;

OSLO结晶机分为蒸发式OSLO结晶机与冷却式OSLO结晶机两大类。蒸发式OSLO结晶机就是由外部加热器对循环料液加热进入真空闪蒸室蒸发达到过饱与,再通过垂直管道进入悬浮床使晶体得以成长,由于OSLO结晶器的特殊结构,体积较大的颗粒首先接触过饱与的溶液优先生长,依次就是体积较小的溶液;冷却式OSLO结晶机冷却器就是由外部冷却器对饱与料液冷却达到过饱与,再通过垂直管道进入悬浮床使晶体得以成长,由于OSLO结晶器的特殊结构,体积较大的颗粒首先接触过饱与的溶

液优先生长。因此OSLO结晶机生产出的晶体具有体积大、颗粒均匀、生产能力大。并具有连续操作、劳动强度低等优点。

工作原理及特点:1、由于OSLO的本身特殊结构使生产出的产品具有颗粒较大,粒度分布较窄的优点;

2、溶液循环量较大,溶液的过饱与度较小,不易产生二次晶核c;

3、可连续生产,产量可大可小;

4、清液循环不存在晶体破碎问题;

5、悬浮床内过饱与度均匀给晶体成长提供了良好的条件,d>20μ。

OSLO冷却式结晶器的过饱与产生设备就是一个冷却换热器,溶液通过换热器的管程,而且管程为双程式的。冷却介质通过壳程。须指出的就是壳程冷却介质的循环方式。在管程通过的溶液过饱与度设计限就是靠主循环泵的流量所控制,冷却介质新鲜的冷却介质需要有合适的配合流量、

分级清液循环型

主要就是控制循环泵抽吸的就是基本不含晶体的清溶液,然后输送到冷却器去进行降温,通过降温使循环母液中的过饱与度增加。下部的结晶生长器主要就是使过饱与溶液经中央降液管直伸入生长器的底部,再徐徐穿过流态化的晶床层,从而消失过饱与现象,晶体也就逐渐长大。按照粒度的大小自动地从下至上分级排列,而晶浆浓度也就是从下到上逐步下降,上升到循环泵入口附近已变成清液。分级的操作法使底部的晶粒与上部未生长到产品粒度的互相分开,取出管就是插在底部,因此产品取出来的都就是均匀的球状大粒结晶,这就是它最大优点。

但就是循环泵的输送量在整个结晶器内就是一定的,这就造成结晶器内晶粒的流态化的终端速度与晶浆浓度(也就就是空隙率的大小)的限制,这样必然带来两个缺点:第一个就是过饱与度较大,但就是安全的过饱与介稳区域一般都就是很狭窄的,而且生产上往往不允许越过介稳区的上限,一般都在介稳区中部或偏上一点。所以生产能力的弹性很小。第二个缺点就是由于上述现象的存在,造成同一直