[发明专利]一种超重力直接结晶的装置及方法

说明书

一种超重力直接结晶的装置及方法，属于结晶技术领域，可解决现有结晶设备存在的成本高、占地面积大、易堵塞等问题，采用气液直接接触的方式进行换热结晶，溶剂全部蒸发转化为气相，溶质达到过饱和状态并迅速结晶为无定形的细小颗粒。在超重力环境下实现直接结晶，可以获得较大的传质和传热系数，减少能源消耗的同时提高热能利用率，做到节能减排，超重力直接结晶技术无需设置换热面，提高了传热系数，具有节能优势；连续操作易于浆料处理，温度更易控制，处理效率更高；没有晶核的生长过程，获得无定型晶体用途广泛，可能具有更高的溶解度和更快的溶出速率。

技术领域

本发明属于结晶技术领域，具体涉及一种超重力直接结晶的装置及方法。

背景技术

结晶作为主要分离技术，可从均质液相中获得大小均匀，形态稳定的晶体。目前市场占有率较高的结晶设备主要有多效结晶器、机械再压缩蒸汽结晶器、多级闪蒸结晶器等。多效蒸发一般将3个及以上蒸发器串联，前一效蒸发器产生的蒸汽作为后一效蒸发器热源，以此达到节能效果。多效蒸发技术热效能高、动力消耗小、进水水质要求低，其缺点是设备占地面积较大、投资成本较高、易腐蚀结垢。机械压缩蒸发技术较为先进，核心是通过压缩机对二次蒸汽进行压缩，提高其压力和温度，补充蒸汽损失的热焓，主要优点是运行费用低、占地面积小、高效节能，也存在易结垢、易腐蚀、价格昂贵等缺点。

上述结晶技术和结晶设备均采用间接接触的方式进行蒸发结晶，传热效果受到限制，存在能量利用不充分和蒸发母液的问题。同时颗粒粒度较难控制，无法获得较细结晶颗粒，也存在设备和技术复杂、造价成本高等问题。对此，科学家开始研究直接接触式的结晶技术，旨在节能降耗减排，主要有喷雾结晶技术等。喷雾结晶器原理是将溶液通过喷头呈雾状喷入有气体流通的结晶室内，液滴在气流作用下保持悬浮状态，与周围空气进行热量传递，高比表面积提高热利用效率。但是喷雾结晶设备投资较高、处理量小、喷头容易堵塞，因此在工业上推广较少。

发明内容

本发明针对现有结晶设备存在的成本高、占地面积大、易堵塞等问题，提供一种超重力直接结晶的装置及方法，在超重力环境下实现直接结晶，可以获得较大的传质系数和传热系数，减少能源消耗的同时提高热能利用率，做到节能减排。

本发明采用如下技术方案：

一种超重力直接结晶的装置，包括旋转填料床、热风发生装置、鼓风机、储晶装置、离心泵、储液槽Ⅰ、储液槽Ⅱ和冷凝设备，热风发生装置通过鼓风机、阀门Ⅰ和气体流量计与旋转填料床的进气口连接，储液槽Ⅰ通过离心泵、阀门Ⅱ和液体流量计与旋转填料床的进液口连接，旋转填料床的出气口通过冷凝设备与储液槽Ⅱ连接，旋转填料床的晶体排出口与储晶装置连接。

所述旋转填料床为立式或卧式结构。

所述旋转填料床内设有填料，填料包括丝网、波纹网、多孔板或规整填料。

所述旋转填料床内设有液体分布器。

所述旋转填料床的晶体排出口设有排出阀。当旋转填料床内部结垢堵塞时关闭排出阀，通入热水进行处理。

所述旋转填料床的填料外侧设有若干刮刀，可在运行时对内壁上的晶渣进行刮除。

一种超重力直接结晶的方法，包括如下步骤：

第一步，将热风发生装置吹出的气体作为载热气，经鼓风机吹入旋转填料床，储液槽Ⅰ中的溶液经离心泵进入旋转填料床，与载热气在旋转填料床中直接接触；

第二步，调节操作参数进行结晶，溶液通过旋转填料床的液体分布器的喷嘴，喷射到填料的内缘上，在离心力的作用下沿填料孔隙向外缘流动，溶液与载热气在超重力场中直接接触，迅速蒸干；

第三步，溶液中的溶质结晶，形成无定形的颗粒，从旋转填料床的晶体排出口排出；

第四步，溶液中的溶剂气化，随载热气从旋转填料床的的排气口排出，经后处理装置将溶剂回收。