本发明设计了一种热质同传蒸发结晶系统及其工作方法，属于溶液蒸发结晶领域。
背景技术：
蒸发结晶是使溶液蒸发浓缩达到过饱和，从而析出晶体的过程。目前工业上常用的蒸发结晶技术主要有多效蒸发结晶和机械蒸汽再压缩（Mechanical Vapor Recompression,MVR）蒸发结晶技术。这两种技术均属于沸腾式蒸发技术，需要将物料溶液加热至沸腾状态，由于蒸发时汽化的溶剂量较大，蒸发过程需要消耗大量的加热蒸汽，能量消耗大。此外，沸腾蒸发技术采用间壁传热式蒸发器，需要消耗大量换热效果好的贵重金属材料，蒸发器的制作成本较高。
如何降低蒸发结晶过程的能量消耗，降低设备的制造成本，是目前亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明针对现有沸腾蒸发技术加热温度高、能耗高、贵重金属消耗量大的缺点，提出一种加热温度低、能耗低、贵重金属消耗量少的热质同传蒸发结晶系统。
一种热质同传蒸发结晶系统，其特征在于：该系统包括清母液循环泵、加热器、传热传质罐、结晶罐、养晶罐、晶浆泵、密度计、晶浆循环泵、晶浆罐、离心机、晶体罐、母液泵、压缩机、膨胀阀；其中传热传质罐包括布置在其上部的喷淋装置、中部的填料和下部的布气装置； 传热传质罐包括上部空气出口、上部溶液入口、下部空气入口和下部溶液出口；结晶罐包括溶液入口、上部清母液出口和下部浓溶液出口；养晶罐包括浓溶液入口、上部晶浆入口、下部晶浆出口、冷侧入口和冷侧出口；密度计包括晶浆入口、合格晶浆出口和不合格晶浆出口；离心机包括晶浆入口、晶体出口和母液出口；加热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；物料入口与加热器冷侧入口相连，加热器冷侧出口与传热传质罐上部的溶液入口相连，传热传质罐下部溶液出口与结晶罐溶液入口相连，结晶罐上部清母液出口通过清母液循环泵与加热器冷侧入口相连，结晶罐下部浓溶液出口与养晶罐浓溶液入口相连，养晶罐下部晶浆出口经过晶浆泵后与密度计晶浆入口相连，密度计不合格晶浆出口通过晶浆循环泵与养晶罐上部晶浆入口相连，密度计合格晶浆出口与晶浆罐入口相连，晶浆罐出口与离心机晶浆入口相连，离心机晶体出口与晶体罐相连，离心机母液出口通过母液泵与加热器冷侧入口相连；养晶罐冷侧出口通过压缩机与加热器热侧入口相连，加热器热侧出口通过膨胀阀与养晶罐冷侧入口相连。
所述的热质同传蒸发结晶系统的工作方法，其特征在于，包括以下工作过程：空气从传热传质罐的下部空气入口流入，与自上而下喷淋的低浓度溶液发生传热传质后，从传热传质罐的上部空气出口排入环境；物料从物料入口流入系统，与清母液循环泵出口的清母液和母液泵出口的母液混合后形成低浓度溶液，低浓度溶液流入加热器的冷侧，吸收其热侧低沸点工质放出的热量后，从传热传质罐上部溶液入口流入，并在喷淋装置的作用变成细小液滴，然后在填料中与自下而上流动的空气发生传热传质，水分减少温度降低后从传热传质罐下部溶液出口流出，进入结晶罐中静置：结晶罐上部的清母液通过清母液循环泵流入加热器冷侧；结晶罐下部的浓溶液流入养晶罐，向其冷侧的低沸点工质放热后析出晶体，形成晶浆，晶浆通过晶浆泵流向密度计：当晶浆密度不符合条件时，晶浆通过晶浆循环泵再次流入养晶罐；当晶浆密度符合条件时，晶浆流入晶浆罐，晶浆罐中的晶浆流入离心机进行固液分离：离心机分离出的晶体储存在晶体罐中；离心机分离出的母液通过母液泵流入加热器的冷侧，如此循环；低温低沸点工质从养晶罐冷侧入口流入，吸收其中溶液放出的热量后变成低温蒸汽，低温蒸汽经压缩机升温升压后，从加热器热侧入口流入，向其冷侧低浓度溶液出热量，然后经膨胀阀膨胀，降温降压，变成初始低温状态，如此循环工作。
所述的热质同传蒸发结晶系统，其特征在于：系统还包括与传热传质罐下部空气入口相连的鼓风机，或/和与传热传质罐上部空气出口相连的引风机。上述热质同传蒸发结晶系统的工作方法，其特征在于，包括以下工作过程：可以同时设置鼓风机和引风机，空气在鼓风机吹力和引风机吸力的双重作用下，流过传热传质罐；也可以只设置鼓风机，而不设置引风机，空气在鼓风机的吹力下，流过传热传质罐；也可以只设置引风机，而不设置鼓风机，空气在引风机的吸力下，流过传热传质罐。
所述的热质同传蒸发结晶系统，其特征在于：养晶罐中设置搅拌器。搅拌速度控制在合理的范围内，防止晶体沉降和破碎。对于易于结晶的溶质结晶过程而言，养晶罐也可以不设置搅拌器。
本发明采用热质同传的方法，实现常温下溶液的蒸发结晶，不需要将溶液加热至沸腾状态，能耗低，贵重金属消耗量小；系统增设养晶罐，通过冷却方式促进溶液进一步结晶；低沸点工质吸收养晶罐中的热量后蒸发，经压缩机压缩升温后，进入加热器加热待蒸发溶液，实现了系统内部能量的转移。系统具有能量消耗少、制造成本低廉的优点，适用于溶解度随着温度增加而增加的溶液的蒸发结晶过程。
附图说明
图1 热质同传蒸发结晶系统图；
图中标号名称：1-清母液循环泵；2-加热器；3-喷淋装置；4-填料；5-传热传质罐；6-布气装置；7-引风机；8-鼓风机；9-结晶罐；10-养晶罐；11-晶浆泵；12-密度计；13-晶浆循环泵；14-晶浆罐；15-离心机；16-晶体罐；17-母液泵；18-压缩机；19-膨胀阀；20-搅拌器；21-物料入口。
具体实施方法
图1是本发明提出的热质同传蒸发结晶系统，下面参照图1说明系统的工作过程。
空气通过鼓风机8从传热传质罐5的下部空气入口流入，与自上而下喷淋的低浓度溶液发生传热传质后，从传热传质罐5的上部空气出口经过引风机7排入环境；
初始溶液从物料入口21流入系统，与清母液循环泵1出口的清母液和母液泵17出口的母液混合后形成低浓度溶液，低浓度溶液流入加热器2的冷侧，吸收其热侧低沸点工质放出的热量后，从传热传质罐5上部流入，并在喷淋装置3的作用变成细小液滴，然后在填料4中与自下而上流动的空气发生传热传质，水分减少温度降低后从传热传质罐5下部溶液出口流出，进入结晶罐9中静置：结晶罐9上部的清母液通过清母液循环泵1流入加热器2冷侧；结晶罐（9）下部的浓溶液流入养晶罐10，向其冷侧的低沸点工质放热后析出晶体，形成晶浆，晶浆通过晶浆泵11流向密度计12：当晶浆密度不符合条件时，晶浆通过晶浆循环泵13再次流入养晶罐10；当晶浆密度符合条件时，晶浆流入晶浆罐14，晶浆罐14中的晶浆流入离心机15进行固液分离：离心机15分离出的晶体储存在晶体罐16中；离心机15分离出的母液通过母液泵17流入加热器2的冷侧，如此循环。
低温低沸点工质从养晶罐10冷侧入口流入，吸收其中溶液放出的热量后变成低温蒸汽，低温蒸汽经压缩机18升温升压后，从加热器2热侧入口流入，向其冷侧低浓度溶液出热量，然后经膨胀阀19膨胀，降温降压，变成初始低温状态，如此循环工作。