工業(yè)結(jié)晶方法及十種結(jié)構(gòu)原理介紹

工業(yè)結(jié)晶的方法

溶液結(jié)晶是指晶體從溶液中析出的過程。對于工業(yè)結(jié)晶按照結(jié)晶過程中過飽和度形成的方式，可將溶液結(jié)晶分為兩大類：移除部分溶劑的結(jié)晶和不移除溶劑的結(jié)晶。

1不移除溶劑的結(jié)晶

不移除溶劑的結(jié)晶稱冷卻結(jié)晶法，它基本上不去除溶劑，溶液的過飽和度系籍助冷卻獲得，故適用于溶解度隨溫度降低而顯著下降的物系。

2移除部分溶劑的結(jié)晶法

按照具體操作的情況，此法又可分為蒸發(fā)結(jié)晶法和真空冷卻結(jié)晶法。蒸發(fā)結(jié)晶是使溶液在常壓(沸點溫度下)或減壓(低于正常沸點)下蒸發(fā)，部分溶劑汽化，從而獲得過飽和溶液。此法適用于溶解度隨溫度變化不大的物系，例如NaCl及無水硫酸鈉等；

真空冷卻結(jié)晶是使溶液在較高真空度下絕熱閃蒸的方法。在這種方法中，溶液經(jīng)歷的是絕熱等焓過程，在部分溶劑被蒸發(fā)的同時，溶液亦被冷卻。因此，此法實質(zhì)上兼有蒸發(fā)結(jié)晶和冷卻結(jié)晶共有的特點，適用于具有中等溶解度物系的結(jié)晶

此外，也可按照操作連續(xù)與否，將結(jié)晶操作分為間歇式和連續(xù)式，或按有無攪拌分為攪拌式和無攪拌式等。

常見的工業(yè)結(jié)晶器

1冷卻結(jié)晶器

間接換熱釜式冷卻結(jié)晶器是目前應(yīng)用最廣泛的一類冷卻結(jié)晶器。冷卻結(jié)晶器根據(jù)其冷卻形式又分為內(nèi)循環(huán)冷卻式和外內(nèi)循環(huán)冷卻式結(jié)晶器。

空氣冷卻式結(jié)晶器是一種最簡單的敞開型結(jié)晶器，靠頂部較大的敞開液面以及器壁與空氣間的換熱，以降低自身溫度從而達(dá)到冷卻析出結(jié)晶的目的，并不加晶種，也不攪拌，不用任何方法控制冷卻速率及晶核的形成和晶體的生長。冷卻結(jié)晶過程所需冷量由夾套或外部換熱器提供。

1、內(nèi)循環(huán)冷卻式結(jié)晶器

內(nèi)循環(huán)式冷卻結(jié)晶器其冷卻劑與溶劑通過結(jié)晶器的夾套進(jìn)行熱交換。這種設(shè)備由于換熱器的換熱面積受結(jié)晶器的限制，其換熱器量不大。

2.外循環(huán)冷卻式結(jié)晶器

外循環(huán)式冷卻結(jié)晶器，其冷卻劑與溶液通過結(jié)晶器外部的冷卻器進(jìn)行熱交換。這種設(shè)備的換熱面積不受結(jié)晶器的限制，傳熱系數(shù)較大，易實現(xiàn)連續(xù)操作。

2蒸發(fā)結(jié)晶器

蒸發(fā)結(jié)晶器與用于溶液濃縮的普通蒸發(fā)器在設(shè)備結(jié)構(gòu)及操作上完全相同。在此種類型的設(shè)備(如結(jié)晶蒸發(fā)器、有晶體析出所用的強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器等)中，溶液被加熱至沸點，蒸發(fā)濃縮達(dá)到過飽和而結(jié)晶。

但應(yīng)指出，用蒸發(fā)器濃縮溶液使其結(jié)晶時，由于是在減壓下操作，故可維持較低的溫度，使溶液產(chǎn)生較大的過飽和度。但對晶體的粒度難于控制。因此，遇到必須嚴(yán)格控制晶體粒度的場合，可先將溶液在蒸發(fā)器中濃縮至略低于飽和濃度，然后移送至另外的結(jié)晶器中完成結(jié)晶過程。

3導(dǎo)流筒結(jié)晶機(jī)（DTB型蒸發(fā)結(jié)晶器）

導(dǎo)流筒結(jié)晶機(jī)是一種高效結(jié)晶設(shè)備，物料溫度可控，其獨特的結(jié)構(gòu)和工作原理決定了它具有傳熱效率高、配置簡單、操作控制方便、操作環(huán)境好等特點。

設(shè)備主體為根據(jù)流體計算后設(shè)計的外筒體和導(dǎo)流筒，配套專用螺旋漿實現(xiàn)了高效內(nèi)循環(huán)，而幾乎不出現(xiàn)二次晶核，根據(jù)冷卻結(jié)晶體的生長速率和晶體大小，設(shè)計降溫速度、攪拌槳轉(zhuǎn)速等指標(biāo)，各指標(biāo)動態(tài)可調(diào)易實現(xiàn)系統(tǒng)自控制，以適應(yīng)的結(jié)晶要求。

導(dǎo)流筒內(nèi)外壁拋光，減小物料在內(nèi)壁結(jié)疤現(xiàn)象；
導(dǎo)流筒本身有高的換熱面,也可另設(shè)冷卻器；
晶漿過飽和度均勻，粒度分布良好，實現(xiàn)了高效率；
相對能耗低；
下部安裝出料閥可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)；
轉(zhuǎn)速低，變頻調(diào)控,適用性強(qiáng),運(yùn)行可靠，故障少。

操作要點:結(jié)晶取出速率，晶種加入速率，PH制調(diào)整，攪拌速率

下部接有淘析柱，器內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒和筒形擋板，操作時熱飽和料液連續(xù)加到循環(huán)管下部，與循環(huán)管內(nèi)夾帶有小晶體的母液混合后泵送至加熱器。加熱后的溶液在導(dǎo)流筒底部附近流入結(jié)晶器，并由緩慢轉(zhuǎn)動的螺旋槳沿導(dǎo)流筒送至液面。

溶液在液面蒸發(fā)冷卻，達(dá)過飽和狀態(tài)，其中部分溶質(zhì)在懸浮的顆粒表面沉積，使晶體長大。在環(huán)形擋板外圍還有一個沉降區(qū)。在沉降區(qū)內(nèi)大顆粒沉降，而小顆粒則隨母液入循環(huán)管并受熱溶解。晶體于結(jié)晶器底部入淘析柱。為使結(jié)晶產(chǎn)品的粒度盡量均勻，將沉降區(qū)來的部分母液加到淘析柱底部，利用水力分級的作用，使小顆粒隨液流返回結(jié)晶器，而結(jié)晶產(chǎn)品從淘析柱下部卸出。

4OSLO流化床型冷卻法結(jié)晶器

1.主要特點

是過飽和度產(chǎn)生的區(qū)域與晶體生長區(qū)分別結(jié)晶器的兩處，晶體在循環(huán)母液中流化懸浮，為晶體生長提供了較好的條件，能夠生產(chǎn)出粒度較大而均勻的晶體。

2.工藝過程

它在循環(huán)管路上增設(shè)列管式冷卻器，母液單程通過列管向上方循，濃的料液在循環(huán)泵前加入，與循環(huán)母液混合后一起經(jīng)過冷卻器冷卻而產(chǎn)生過飽和度，之后進(jìn)入結(jié)晶器中流化懸浮，生產(chǎn)出粒度較大而均勻的晶體。產(chǎn)品（晶體）懸浮液由結(jié)晶器錐底引出。

1控制系統(tǒng)采用 PLC控制器，有系統(tǒng)信息上傳接口。要求能夠自動監(jiān)測控制結(jié)晶溫度、晶體粒度，軸流泵采用變頻控制，進(jìn)、出料作業(yè)能夠自動控制；
OSLO結(jié)晶機(jī)分為蒸發(fā)式OSLO結(jié)晶機(jī)和冷卻式OSLO結(jié)晶機(jī)兩大類。蒸發(fā)式OSLO結(jié)晶機(jī)是由外部加熱器對循環(huán)料液加熱進(jìn)入真空閃蒸室蒸發(fā)達(dá)到過飽和，再通過垂直管道進(jìn)入懸浮床使晶體得以成長，由于OSLO結(jié)晶器的特殊結(jié)構(gòu)，體積較大的顆粒首先接觸過飽和的溶液優(yōu)先生長，依次是體積較小的溶液；冷卻式OSLO結(jié)晶機(jī)冷卻器是由外部冷卻器對飽和料液冷卻達(dá)到過飽和，再通過垂直管道進(jìn)入懸浮床使晶體得以成長，由于OSLO結(jié)晶器的特殊結(jié)構(gòu)，體積較大的顆粒首先接觸過飽和的溶液優(yōu)先生長。因此OSLO結(jié)晶機(jī)生產(chǎn)出的晶體具有體積大、顆粒均勻、生產(chǎn)能力大。并具有連續(xù)操作、勞動強(qiáng)度低等優(yōu)點
3.工作原理及特點
（1）特點：
由于OSLO的本身特殊結(jié)構(gòu)使生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有顆粒較大，粒度分布較窄的優(yōu)點；
溶液循環(huán)量較大，溶液的過飽和度較小，不易產(chǎn)生二次晶核c；
可連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)量可大可??；
清液循環(huán)不存在晶體破碎問題；
懸浮床內(nèi)過飽和度均勻給晶體成長提供了良好的條件，d>20μ。
OSLO冷卻式結(jié)晶器的過飽和產(chǎn)生設(shè)備是一個冷卻換熱器，溶液通過換熱器的管程，而且管程為雙程式的。冷卻介質(zhì)通過殼程。須指出的是殼程冷卻介質(zhì)的循環(huán)方式。在管程通過的溶液過飽和度設(shè)計限是靠主循環(huán)泵的流量所控制，冷卻介質(zhì)新鮮的冷卻介質(zhì)需要有合適的配合流量.
（2）分級清液循環(huán)型
主要是控制循環(huán)泵抽吸的是基本不含晶體的清溶液，然后輸送到冷卻器去進(jìn)行降溫，通過降溫使循環(huán)母液中的過飽和度增加。下部的結(jié)晶生長器主要是使過飽和溶液經(jīng)中央降液管直伸入生長器的底部，再徐徐穿過流態(tài)化的晶床層，從而消失過飽和現(xiàn)象，晶體也就逐漸長大。
按照粒度的大小自動地從下至上分級排列，而晶漿濃度也是從下到上逐步下降，上升到循環(huán)泵入口附近已變成清液。分級的操作法使底部的晶粒與上部未生長到產(chǎn)品粒度的互相分開，取出管是插在底部，因此產(chǎn)品取出來的都是均勻的球狀大粒結(jié)晶，這是它最大優(yōu)點。
但是循環(huán)泵的輸送量在整個結(jié)晶器內(nèi)是一定的，這就造成結(jié)晶器內(nèi)晶粒的流態(tài)化的終端速度和晶漿濃度(也就是空隙率的大小)的限制，這樣必然帶來兩個缺點:第一個是過飽和度較大，但是安全的過飽和介穩(wěn)區(qū)域一般都是很狹窄的，而且生產(chǎn)上往往不允許越過介穩(wěn)區(qū)的上限，一般都在介穩(wěn)區(qū)中部或偏上一點。
所以生產(chǎn)能力的彈性很小。第二個缺點是由于上述現(xiàn)象的存在，造成同一直徑的設(shè)備比晶漿循環(huán)操作的生產(chǎn)能力要低幾倍。
5外循環(huán)型結(jié)晶器
簡稱FC結(jié)晶器，由結(jié)晶室、循環(huán)管、循環(huán)泵、換熱器等組成。結(jié)晶室有錐型底，晶漿從錐底排出后，經(jīng)循環(huán)管用軸流式循環(huán)泵送過換熱器，被加熱或冷卻后重新又進(jìn)入結(jié)晶室，如此循環(huán)不已，屬于晶漿循環(huán)型。晶漿排出口位于接近結(jié)晶室錐底處，而進(jìn)料口則在排料口之下的較低的位置上?？梢赃B續(xù)操作，也可以間歇操作。

結(jié)晶器可通用于蒸發(fā)法、間壁冷卻法或真空冷卻法結(jié)晶。若用于后者則換熱器無存在的必要，而結(jié)晶室與真空系統(tǒng)相連，以便在室內(nèi)維持較高的真空。這種形式的結(jié)晶器適用于生產(chǎn)氯化鈉、氯化鋇、氯化鉀、尿素、次磷酸鈉、硫酸鈉、硫酸銨、檸檬酸及其它一些無機(jī)及有機(jī)晶體。產(chǎn)品粒度約在0.05～1mm范圍。
6真空式結(jié)晶器
真空式結(jié)晶器與蒸發(fā)式結(jié)晶器的區(qū)別是前者真空度更高，要求操作溫度下的飽和蒸汽壓(絕對)與該溫度下溶液的總蒸汽分壓相等。操作溫度一般都要低于大氣溫度或者最高是接近氣溫。

真空式結(jié)晶器的原料溶液多半是靠裝置外部的加熱器預(yù)熱，然后注入結(jié)晶器。當(dāng)進(jìn)入真空蒸發(fā)器后，立即發(fā)生閃蒸效應(yīng)，瞬間即可把蒸汽抽走，隨后就開始繼續(xù)降溫過程，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，溶液的溫度與飽和蒸汽壓力相平衡。
因此真空結(jié)晶器既有蒸發(fā)效應(yīng)又有制冷的效應(yīng)，也就是同時起到移去溶劑與冷卻溶液的作用。溶液變化沿著溶液濃縮與冷卻的兩個方向前進(jìn)，迅速接近介穩(wěn)區(qū)。
真空結(jié)晶器一般沒有加熱器或者冷卻器，避免了在復(fù)雜的表面換熱器上析出結(jié)晶，防止了因結(jié)垢降低換熱能力等現(xiàn)象，延長了換熱器的使用周期。溶液的蒸發(fā)、降溫在蒸發(fā)室的沸騰液面上進(jìn)行，這樣也就不存在結(jié)垢問題。
但是，在蒸發(fā)室閃急蒸發(fā)時，沸騰界面上的霧滴飛濺是很嚴(yán)重的。仍然要黏結(jié)在蒸發(fā)室器壁上形成晶垢。需要在蒸發(fā)室的頂部附加一周向器壁噴灑的特殊洗滌噴管或洗水溢流環(huán)，在生產(chǎn)過程中定期地用清水清洗，以避免蒸發(fā)器截面逐漸縮小而帶來的生產(chǎn)能力下降，且可以在不中斷生產(chǎn)而得到清洗的效果。
7真空冷卻結(jié)晶器
真空冷卻結(jié)晶器是將熱的飽和溶液加入一與外界絕熱的結(jié)晶器中，由于器內(nèi)維持高真空，故其內(nèi)部滯留的溶液的沸點低于加入溶液的溫度。這樣，當(dāng)溶液進(jìn)入結(jié)晶器后，經(jīng)絕熱閃蒸過程冷卻到與器內(nèi)壓力相對應(yīng)的平衡溫度。
真空冷卻結(jié)晶器可以間歇或連續(xù)操作。圖片7-9所示為一種連續(xù)式真空冷卻結(jié)晶器。熱的原料液自進(jìn)料口連續(xù)加入，晶漿(晶體與母液的懸混物)用泵連續(xù)排出，結(jié)晶器底部管路上的循環(huán)泵使溶液作強(qiáng)制循環(huán)流動，以促進(jìn)溶液均勻混合，維持有利的結(jié)晶條件。
蒸出的溶劑(汽體)由器頂部逸出，至高位混合冷凝器中冷凝。雙級式蒸汽噴射泵用于產(chǎn)生和維持結(jié)晶器內(nèi)的真空。一般地，真空結(jié)晶器內(nèi)的操作溫度都很低，所產(chǎn)生的溶劑蒸汽不能在冷凝器中被水冷凝，此時可在冷凝器的前部裝一蒸汽噴射泵，將溶劑蒸汽壓縮，以提高其冷凝溫度。
8轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機(jī)
轉(zhuǎn)鼓結(jié)片是一個冷卻結(jié)晶過程，料盤中熔融料液與冷卻的轉(zhuǎn)鼓接觸，在轉(zhuǎn)鼓表面形成料膜，通過料膜與轉(zhuǎn)鼓間的換熱，使料膜冷卻、結(jié)晶，結(jié)晶的物料被刮刀刮下，成為片狀產(chǎn)品。轉(zhuǎn)鼓干燥是通過轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)鼓，以熱傳導(dǎo)的方式，將附在轉(zhuǎn)鼓外壁的液相物料或帶狀物料進(jìn)行加熱干燥的一種連續(xù)操作設(shè)備。
典型物料：
聚乙烯低聚物、石油樹脂、氧化聚乙烯等高分子類產(chǎn)品；苯酐、順酐、萘、平平加、高級脂肪醇、氯乙酸、三羥基丙烷、硝酸胍、雙酚a、間苯二硬脂酸等有機(jī)化工產(chǎn)品；硫磺、硫化堿、燒堿、硫氫化鈉、氯化鈣等無機(jī)化工產(chǎn)品。
設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積??； 轉(zhuǎn)鼓精度高，產(chǎn)品均勻度好；采用多組刮刀，調(diào)節(jié)靈活；半管夾套式料盤，安全可靠；設(shè)有側(cè)刮刀，避免轉(zhuǎn)鼓側(cè)鼓積料。

9表面連續(xù)結(jié)晶器(套管結(jié)晶機(jī))

刮壁表面連續(xù)結(jié)晶器是一個冷卻結(jié)晶過程，高粘度料液與冷卻內(nèi)管壁接觸，在表面形成冷卻結(jié)晶的料膜，旋轉(zhuǎn)的刮刀葉片不斷刮除管壁上妨礙傳熱的結(jié)晶料膜層，并且不斷向前推料將結(jié)晶帶出?？筛鶕?jù)具體產(chǎn)量情況確定冷卻面積，選擇設(shè)備機(jī)組。
1.設(shè)備優(yōu)點：
（1）結(jié)晶溫度范圍廣(-60 C 到 +100 C).
（2）適合高固含量或高粘度的油脂類物料的結(jié)晶
（3）設(shè)備連續(xù)操作，可簡單控制各項指標(biāo)
（4）設(shè)備占地面積小，處理量大，可替代大型真空結(jié)晶器，且沒有復(fù)雜的附屬設(shè)備如冷凝器，真空系統(tǒng)等
2.應(yīng)用領(lǐng)域
潤滑油脫蠟，高粘有機(jī)物結(jié)晶，粘性液體冷卻等，氨冷式和換熱式;換熱面積可根據(jù)用戶需求進(jìn)行設(shè)計制造。

10臥式結(jié)晶機(jī)

結(jié)晶是醫(yī)藥、化工生產(chǎn)中常見的化工單元操作過程，是一種與溫度、時間、攪拌狀態(tài)緊密相關(guān)的工藝過程。結(jié)晶過程一般為降溫過程，在一定的時間內(nèi)， 以不同的速率降溫是結(jié)晶過程的基本特征。不同的產(chǎn)品有不同的結(jié)晶過程曲線，而同一種產(chǎn)品，不同的結(jié)晶過程對產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量有很大影響。

由于結(jié)晶過程具有時間長、溫度差小、控制指數(shù)高、結(jié)晶曲線易變等特點，采用人工控制結(jié)晶過程往往達(dá)不到理想的要求，為此，本結(jié)晶機(jī)采用了專用的結(jié)晶曲線過程控制系統(tǒng)， 以適應(yīng)各種物料結(jié)晶過程提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
臥式結(jié)晶機(jī)是一種高效率的結(jié)晶設(shè)備， 由計算機(jī)控制物料溫度，按預(yù)先設(shè)定結(jié)晶曲線平穩(wěn)進(jìn)行，其自動控制系統(tǒng)具有如下功能：
（1）測量范圍：0 ~ 200 0C 測量精度0．5級；
（2）控制規(guī)律：連續(xù)PID 串級；
（3）控制精度：±1℃ 超調(diào)量<5％； 、
（4）手／自無擾動切換；
（5）結(jié)晶曲線在線設(shè)定和修改，控制參數(shù)在線設(shè)定和修改：
（6）程序段大于10段，時間長度大于1個月；
（7）可帶通訊接口，便于集散控制；
（8）控制參數(shù)：報警、控制；
（9）可具有防爆功能：
（10）具備實時和歷史記錄功能，便于數(shù)據(jù)分析。