[發明專利]一種超重力直接結晶的裝置及方法

有效

• 申請號: 202011138906.1
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112337130B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 劉有智;李歡;申紅艷;郭婧
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B01D9/02
• 分類號: B01D9/02
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

一種超重力直接結晶的裝置及方法，屬于結晶技術領域，可解決現有結晶設備存在的成本高、占地面積大、易堵塞等問題，采用氣液直接接觸的方式進行換熱結晶，溶劑全部蒸發轉化為氣相，溶質達到過飽和狀態并迅速結晶為無定形的細小顆粒。在超重力環境下實現直接結晶，可以獲得較大的傳質和傳熱系數，減少能源消耗的同時提高熱能利用率，做到節能減排，超重力直接結晶技術無需設置換熱面，提高了傳熱系數，具有節能優勢；連續操作易于漿料處理，溫度更易控制，處理效率更高；沒有晶核的生長過程，獲得無定型晶體用途廣泛，可能具有更高的溶解度和更快的溶出速率。

技術領域

本發明屬于結晶技術領域，具體涉及一種超重力直接結晶的裝置及方法。

背景技術

結晶作為主要分離技術，可從均質液相中獲得大小均勻，形態穩定的晶體。目前市場占有率較高的結晶設備主要有多效結晶器、機械再壓縮蒸汽結晶器、多級閃蒸結晶器等。多效蒸發一般將3個及以上蒸發器串聯，前一效蒸發器產生的蒸汽作為后一效蒸發器熱源，以此達到節能效果。多效蒸發技術熱效能高、動力消耗小、進水水質要求低，其缺點是設備占地面積較大、投資成本較高、易腐蝕結垢。機械壓縮蒸發技術較為先進，核心是通過壓縮機對二次蒸汽進行壓縮，提高其壓力和溫度，補充蒸汽損失的熱焓，主要優點是運行費用低、占地面積小、高效節能，也存在易結垢、易腐蝕、價格昂貴等缺點。

上述結晶技術和結晶設備均采用間接接觸的方式進行蒸發結晶，傳熱效果受到限制，存在能量利用不充分和蒸發母液的問題。同時顆粒粒度較難控制，無法獲得較細結晶顆粒，也存在設備和技術復雜、造價成本高等問題。對此，科學家開始研究直接接觸式的結晶技術，旨在節能降耗減排，主要有噴霧結晶技術等。噴霧結晶器原理是將溶液通過噴頭呈霧狀噴入有氣體流通的結晶室內，液滴在氣流作用下保持懸浮狀態，與周圍空氣進行熱量傳遞，高比表面積提高熱利用效率。但是噴霧結晶設備投資較高、處理量小、噴頭容易堵塞，因此在工業上推廣較少。

發明內容

本發明針對現有結晶設備存在的成本高、占地面積大、易堵塞等問題，提供一種超重力直接結晶的裝置及方法，在超重力環境下實現直接結晶，可以獲得較大的傳質系數和傳熱系數，減少能源消耗的同時提高熱能利用率，做到節能減排。

本發明采用如下技術方案：

一種超重力直接結晶的裝置，包括旋轉填料床、熱風發生裝置、鼓風機、儲晶裝置、離心泵、儲液槽Ⅰ、儲液槽Ⅱ和冷凝設備，熱風發生裝置通過鼓風機、閥門Ⅰ和氣體流量計與旋轉填料床的進氣口連接，儲液槽Ⅰ通過離心泵、閥門Ⅱ和液體流量計與旋轉填料床的進液口連接，旋轉填料床的出氣口通過冷凝設備與儲液槽Ⅱ連接，旋轉填料床的晶體排出口與儲晶裝置連接。

所述旋轉填料床為立式或臥式結構。

所述旋轉填料床內設有填料，填料包括絲網、波紋網、多孔板或規整填料。

所述旋轉填料床內設有液體分布器。

所述旋轉填料床的晶體排出口設有排出閥。當旋轉填料床內部結垢堵塞時關閉排出閥，通入熱水進行處理。

所述旋轉填料床的填料外側設有若干刮刀，可在運行時對內壁上的晶渣進行刮除。

一種超重力直接結晶的方法，包括如下步驟：

第一步，將熱風發生裝置吹出的氣體作為載熱氣，經鼓風機吹入旋轉填料床，儲液槽Ⅰ中的溶液經離心泵進入旋轉填料床，與載熱氣在旋轉填料床中直接接觸；

第二步，調節操作參數進行結晶，溶液通過旋轉填料床的液體分布器的噴嘴，噴射到填料的內緣上，在離心力的作用下沿填料孔隙向外緣流動，溶液與載熱氣在超重力場中直接接觸，迅速蒸干；

第三步，溶液中的溶質結晶，形成無定形的顆粒，從旋轉填料床的晶體排出口排出；

第四步，溶液中的溶劑氣化，隨載熱氣從旋轉填料床的的排氣口排出，經后處理裝置將溶劑回收。