用于结晶的装置和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 此申请主张2013年2月20日提交的美国临时申请号61/766, 994的优先权，其全 文以引用的方式并入文中。
技术领域
[0003] 提供了用于结晶的装置和方法。更具体地讲，提供了用于有效地混合和冷却重质 糖膏的装置和方法。
【背景技术】
[0004] 固体自溶液的结晶发生在物质例如蔗糖的过饱和材料溶液中。过饱和的保持可通 过（i)蒸发去除溶剂或（ii)冷却溶液来实现。虽然第一种是制糖工业中的标准做法，但是 冷却结晶的普遍应用存在多个优点。过饱和的糖溶液是粘性的，并且有效的冷却结晶取决 于糖膏（晶体和母液的混合物）的良好传热以及良好混合两者。迄今为止，还没有得到能 够满足最佳传热和混合需求的设备。
[0005] 冷却结晶已用于制糖工业相对长的一段时间，但不是发展的重点。考虑到不是特 别重要，其中只将其施用于在它们离心前通过蒸发结晶得到的糖膏，其中倾向于集中在最 终结晶级；但是通过冷却的前端排空被给以低优先性，并且很少或不关注白糖糖膏生产。从 历史角度看，对高纯度糖膏排空存在限制，因为随着晶体质量比含量增加，糖膏变得过度粘 稠并导致了多种机械问题：糖膏无法在合理的时间内从锅和结晶器中移走；离心无法适当 并均匀地被负载；结晶器无法处理粘性糖膏；并且需要过度的糖冲洗以达到糖目标纯度， 使纯度通过离心增加，这否定额外结晶的益处。此外，传统结晶器倾向于具有糖膏的停滞区 以导致材料在设备的部件中积累。
[0006] 因此，在该领域中需要用于结晶的能够以有效且高效方式增加糖膏中的晶体含量 同时避免很多这样的失败的装置和方法。
【发明内容】
[0007] 根据本发明目的，如文中具体化及广泛描述，本发明在一个方面中涉及用于结晶 的装置。一个示例性装置包括限定具有下部和上部的内部的容器，位于容器内部并在下部 与上部之间延伸的引流管。引流管可与容器内壁间隔开，从而限定引流管与容器侧壁之间 的环状空间。所述装置也可包括沿容器中心轴延伸的转轴，和螺旋螺杆；所述螺旋螺杆可位 于容器内部中以及引流管内并可附接到转轴且被构造成与其一起旋转。
[0008] 根据其它实施方案，提供了用于结晶的多级装置，其包括具有中心轴并限定具有 下部和上部的内部的容器。所述装置可进一步包括垂直于容器中心轴延伸的第一级障壁， 所述第一级障壁位于上部与下部之间并将所述容器分成第一级和第二级，同时提供第一级 与第二级之间的至少一个流体通路。第一引流管可位于容器的第一级中并可限定第一引流 管与容器侧壁之间的环状空间。类似地，第二引流管可位于容器的第二级中并可限定第二 引流管与容器侧壁之间的环状空间。转轴可沿容器的中心轴延伸并延伸通过容器的第一级 和第二级。第一螺旋螺杆可位于容器的第一级中以及第一引流管内，第二螺旋螺杆可位于 容器的第二级中以及第二引流管内。第一螺旋螺杆和第二螺旋螺杆可附接到转轴并被构造 成与其一起旋转。根据另一个实施方案，第一螺旋螺杆和第二螺旋螺杆可具有相对螺距。
[0009] 根据又其它实施方案，提供了一种用于结晶的方法，其包括将工艺材料供入文中 所述装置的容器内部，将工艺材料移动通过容器的中心部分，将工艺材料的至少一部分循 环通过容器的环状空间，并将工艺材料的至少一部分通过容器出口排出。例如，所述方法可 包括旋转转轴和螺旋螺杆以将工艺材料从下部抽取到引流管内容器的上部，将工艺材料的 至少一部分循环通过引流管与容器侧壁之间的环状空间，并将工艺材料的至少一部分通过 容器出口排出。
[0010] 本发明的其它优点将在以下描述中部分地陈述，并部分地将从描述中显而易见， 或可通过实施本发明学习到。将通过随附权利要求中特别指出的元素和组合实现并得到本 发明的优点。应了解，以上一般描述和以下详细描述仅仅是示例性的及阐述性的，并不像权 利要求那样限制本发明。
【附图说明】
[0011] 并入并构成本说明书一部分的附图阐述本发明的多个方面并与描述一起用于解 释本发明原理。
[0012] 图1是根据一个实施方案的组合冷却结晶和蒸发结晶以及返混（backblending) 的示例性糖生产系统的示意图。
[0013] 图2是根据另一个实施方案的组合冷却结晶和蒸发结晶以及返混的示例性糖生 广系统的不意图。
[0014] 图3是根据一个实施方案的具有呈垂直布置的两个级的用于结晶的装置的截面 图。
[0015] 图4阐述工艺材料流过图3的装置。
[0016] 图5是根据一个实施方案的具有单级的用于结晶的装置的截面图。
[0017] 图6阐述工艺材料流过图5的装置。
[0018] 图7阐述工艺材料流过具有呈水平布置的两个级的图5的装置。
[0019] 图8是显示在混合试验期间利用用于结晶的装置的温度曲线的图。
[0020] 图9是显示在工艺材料在所述装置内的冷却及加热过程期间在用于结晶的装置 内的温度曲线的图。
【具体实施方式】
[0021] 可参考以下详述、实施例、附图、及权利要求、以及它们先前和以下的描述更轻易 地理解本发明。但是，在公开和描述本发明器件、系统、和/或方法前，应了解，本发明不限 于所公开的特定器件、系统、和/或方法，除非另外指出，因此理所当然可变化。也应了解， 文中所用术语只是用于描述特定方面的目的并无意限制。
[0022] 如说明书和随附权利要求中所用，单数形式"一个（a/an) "及"所述"包含复数个 指示物，除非上下文明确另外指出。因此，例如，关于"级"的引述可包括两个或更多个所述 级，除非上下文另外指出。
[0023] 范围在文中可表示成从"约"一个特定值，和/或到"约"另一个特定值。当表示 此范围时，另一个实施方案包括从一个特定值和/或到另一个特定值。同样地，当通过使用 前缀"约"将值表示成近似值时，应了解，特定值形成另一个实施方案。更应了解，每个范围 的端点与另一个端点是显著相关的，并独立于另一个端点。
[0024] 如文中所用，术语"任选的"或"任选地"意指随后描述的事件或情况可能或不可 能发生，描述包括其中所述事件或所述情况发生的例子以及其不发生的例子。
[0025] 现在详细参考本发明的优选方面，其实施例在附图中阐述。在可能的情况下，在整 个图示中使用相同附图标记以指相同或类似的部件。
[0026] 提供了用于结晶的装置和方法，其可例如用作糖生产系统的一部分。图1阐述一 个示例性糖生产系统，示意性地显示出，其组合冷却结晶和蒸发结晶以及返混。将主要馈料 230和辅助馈料231 (由冷却的白色径流组成）馈入锅240中。然后，将糖膏从锅240送（由 箭头232所示）到结晶器200(以下更详细描述）。在一个实施方案中，将冷却结晶工艺施 加于糖膏以将糖膏从一个温度降到另一个温度。在一个特定实施方案中，冷却温度曲线被 设定以将糖膏从约70°C降到约30°C。如文中以下进一步描述，可将冷却的绿色径流233a 提供到结晶器以润滑糖膏并移除过量的晶体量，然后将糖膏送到离心接收器242并随后送 到离心机244,以形成最终的糖产物236。来自离心机的任何残余的冷却的绿色径流233b， 其不作为润滑剂用于结晶器，随后被送到下一个煮沸级。
[0027] 图2中显示用于糖生产的组合冷却结晶和蒸发结晶以及返混的一个任选的示例 性系统。在此系统中，在停工时离心一部分热糖膏。将主要馈料230和辅助馈料（由第一 冷却的白色径流231a组成）馈入锅240中。也将第二白色径流231b馈入锅中。为了润滑 糖膏并移除过量的晶体量，将来自第一离心机244a的第一热绿色径流233a返回到结晶器 200中剩余的糖膏中；将来自第二离心机244b的第二冷却的绿色径流233b送到煮沸级，如 上所述。此系统不同于图1中所示系统，其中更少的糖膏通过结晶器，因此减少所需的总结 晶器容量，以及初始的资金成本。但是，对于高纯度糖膏（例如精炼厂所用的那些），存在在 热绿色径流储存罐中发生蔗糖结晶的风险。因此，必须提供两个不同的罐以处理第一（热） 绿色径流233a，和第二（冷）绿色径流233b。
[0028] 表1显示锅中所产生的纯蔗糖糖膏的理论结果，假定母液在70°C下饱和。表1也显 示相同糖膏在以下条件下的结果：（1)母液在70°C下饱和，然后通过冷却结晶工艺，在30°C 下达到饱和母液；（2)利用冷却的未稀释的（绿色）饱和母液在30°C下在结晶器中润滑糖 膏，如图1所示，或利用热的未稀释的（绿色）饱和母液在70°C下润滑，如图2所示；以及 (3)假定95%的晶体固体产率的最大计算值。表1显示了如果糖膏进行上述条件，则可移 除通过冷却结晶达到的过量的晶体量。润滑的冷糖膏显示了与在锅中生产的热糖膏类似的 流变学性质。因此，可将两种糖膏从结晶器排出并以相同方式装入离心机器中而没有产生 机械问题。
[0029]
[0030] 表1
[0031