一种轻质固体的连续蒸发结晶器及蒸发系统的制作方法

本发明涉及一种蒸发结晶装置，尤其是涉及一种密度小于液体的轻质固体的连续蒸发结晶器及蒸发系统。

背景技术：

结晶过程是化工过程中的一个重要操作单元，是完成化工产品生产的一个重要环节，在其他工业部门也应用得十分广泛。固体产品的密度通常大于溶液密度，因此目前工业上通用的连续结晶装置如Oslo结晶器、DTB结晶器都是从结晶容器的底部采出晶浆，再经过滤和/或干燥工序得到固体产品(叶铁林，《化工结晶过程原理及应用》，化学工业出版社，2006)。

丙酸钙是一种重要的食品添加剂，在食品工业中应用相当广泛。丙酸与碳酸钙或氢氧化钙在水相进行反应可以得到丙酸钙的水溶液，由于丙酸钙的密度小于溶液密度，因此，在反应生产丙酸钙之后一般采取间歇的间壁加热过程蒸发出大部分水分得到浓缩晶浆(US P4700000,1987年；贾震宇等广东化工1999年第2期93页)，不能实现大规模连续化稳定生产。陈广宇等将丙酸钙溶液通入降膜蒸发装置浓缩(包装与机械2015年第3期97页)可以实现过程的连续化，但溶液加热与水分蒸发同时进行，将导致固体丙酸钙在加热面上大量沉积。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种轻质固体的连续蒸发结晶器及蒸发系统，本发明提供的连续蒸发结晶器从溶液上方采出晶浆，本发明的连续蒸发结晶器适用于丙酸钙等密度小于液体的轻质固体的连续化稳定工业蒸发结晶。本发明提供的连续蒸发结晶器能够确保溶液加热与水分蒸发两个过程在空间位置的分离。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种轻质固体的连续蒸发结晶器，包括罐体、设置在罐体上的进料口、出汽口、出液口、晶浆采出管，及设置在罐体内的除沫器，所述的进料口设置在罐体的中部，所述的出汽口设置在罐体的上端，所述的出液口设置在罐体的下端，所述的罐体内中部设置有喇叭形扩口，所述的喇叭形扩口大开口朝下，小开口朝上，所述的晶浆采出管位于罐体内的一端与喇叭形扩口的小开口相连。所述的喇叭形扩口上面的空间为气液分离区，所述的喇叭形扩口下面的空间为液固分离区。

所述的喇叭形扩口包括上下相连的两部分，上部分为圆锥或多棱锥形状的挡板，下部分为圆筒体或多面筒体，圆锥或多棱锥形状的挡板上端为锥顶，下端为锥底，锥顶形成喇叭形扩口的小开口，圆筒体或多面筒体与圆锥或多棱锥形状的挡板的锥底焊接在一体，圆筒体或多面筒体的下端开口形成喇叭形扩口的大开口。

优选地，圆锥或多棱锥形状的挡板上端形成的锥顶的锥顶角为100-160°。

优选地，圆筒体或多面筒体的高度为200-1000mm。。

优选地，所述的喇叭形扩口的大开口的直径为小开口直径的3-15倍，其中喇叭形扩口的小开口与晶浆采出管的内径相等。

所述的进料口的位置高于圆筒体或多面筒体的上端。

所述的喇叭形扩口通过固定杠固定在罐体内部。

所述的罐体包括一筒体及连接在筒体上下两端的封头，所述的出汽口开设在上端封头上，所述的出液口开设在下端封头上，所述的进料口沿筒体的侧壁切线方向设置，所述的除沫器设置在筒体的上方或在筒体上端的封头内。优选地，所述的筒体为圆柱形筒体，筒体两端的封头采用半椭球形结构或锥形结构。

基于本发明所述的连续蒸发结晶器的蒸发系统，包括加热器、连续蒸发结晶器、过滤器及混合器，所述的加热器内设原料管道与换热管道，换热通道外接换热循环水，原料管道的出口与连续蒸发结晶器的进料口连接，过滤器的入口与连续蒸发结晶器的晶浆采出管连接，过滤器的母液出口、连续蒸发结晶器的出液口均与混合器连接，混合器的出口与加热器内原料管道的入口连接；

与普通的蒸发结晶器一样，本发明的连续蒸发结晶器与外置的加热器配合使用，经加热器加热后的溶液从进料口进入连续蒸发结晶器，部分水汽化为蒸汽经除沫器脱除夹带的雾沫后从出汽口排出，液体和晶体沿罐体与喇叭形扩口之间的环形通道向下流动，残留气泡上升并进入喇叭形扩口之上的气液分离区；在喇叭形扩口之下的液固分离区，密度小的固体缓慢上浮并经喇叭形扩口进入晶浆采出管，以晶浆的形式流入过滤器内，晶浆经过滤器过滤后，晶体固体收集，晶浆过滤后的母液流入混合器，与从出液口流出的溶液和加入的原料在混合器内混合后循环进入加热器内原料管道的入口。

与现有技术相比，本发明提供的连续蒸发结晶器从溶液上方采出晶浆，本发明的连续蒸发结晶器适用于丙酸钙等密度小于液体的轻质固体的连续化稳定工业蒸发结晶。本发明提供的连续蒸发结晶器能够确保溶液加热与水分蒸发两个过程在空间位置的分离。同时，本发明结构形式简单，采出喇叭形扩口结构，晶浆沿喇叭形扩口向上流动过程中密度小于液体的固体颗粒存在逆沉降有助于提高晶浆的浓度。

此外，本发明结构形式不适宜结晶器在负压操作，由于采出喇叭形扩口结构，在喇叭形扩口内向上流动压力进一步降低，虹吸采出困难，机械泵采出晶浆则很容易发生汽蚀。

附图说明

图1为本发明的连续蒸发结晶器结构示意图；

图2为基于本发明连续蒸发结晶器的蒸发系统的结构示意图。

图中标号，1进料口，2出汽口，3封头，4除沫器，5筒体，6固定杠，7喇叭形扩口，8晶浆采出管，9出液口，11加热器，12连续蒸发结晶器，13过滤器，14混合器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种轻质固体的连续蒸发结晶器，如图1所示，包括罐体、设置在罐体上的进料口1、出汽口2、出液口9、晶浆采出管8，及设置在罐体内的除沫器4，进料口1设置在罐体的中部，出汽口2设置在罐体1的上端，出液口9设置在罐体1的下端，罐体内中部设置有喇叭形扩口7，喇叭形扩口7大开口朝下，小开口朝上，晶浆采出管8位于罐体内的一端与喇叭形扩口7的小开口相连。喇叭形扩口7上面的空间为气液分离区，喇叭形扩口7下面的空间为液固分离区。

其中，罐体包括一筒体5及连接在筒体5上下两端的封头3，出汽口2开设在上端封头3上，出液口9开设在下端封头3上，进料口1沿筒体5的侧壁切线方向设置，除沫器4设置在筒体5的上方或在筒体5上端的封头3内。筒体5为圆柱形筒体，筒体5两端的封头3采用半椭球形结构或锥形结构。

喇叭形扩口7包括上下相连的两部分，上部分为圆锥或多棱锥形状的挡板，下部分为圆筒体或多面筒体，圆锥或多棱锥形状的挡板上端为锥顶，下端为锥底，锥顶形成喇叭形扩口7的小开口，圆筒体或多面筒体与圆锥或多棱锥形状的挡板的锥底焊接在一体，圆筒体或多面筒体的下端开口形成喇叭形扩口7的大开口。圆锥或多棱锥形状的挡板上端形成的锥顶的锥顶角为100-160°优选地，圆筒体或多面筒体的高度为200-1000mm。喇叭形扩口7的大开口的直径为小开口直径的3-15倍，其中喇叭形扩口7的小开口与晶浆采出管8的内径相等。进料口1的位置高于圆筒体或多面筒体的上端。喇叭形扩口7通过固定杠6固定在罐体内部。

基于本发明连续蒸发结晶器的蒸发系统，如图2所示，图2中H-IN与H-OUT表示加热器11内换热管道的入口与出口，SOLID表示晶浆经过滤器13过滤后所得晶体固体，M表示晶浆经过滤器13过滤后所得母液，FEED表示加入混合器14的原料。该蒸发系统包括加热器11、连续蒸发结晶器12、过滤器13及混合器14，加热器11内设原料管道与换热管道，换热通道外接换热循环水，原料管道的出口与连续蒸发结晶器12的进料口1连接，过滤器13的入口与连续蒸发结晶器12的晶浆采出管8连接，过滤器13的母液出口、连续蒸发结晶器12的出液口9均与混合器14连接，混合器14的出口与加热器11内原料管道的入口连接。

与普通的蒸发结晶器一样，本发明的连续蒸发结晶器与外置的加热器配合使用，经加热器11加热后的溶液从进料口1进入连续蒸发结晶器12，部分水汽化为蒸汽经除沫器4脱除夹带的雾沫后从出汽口2排出，液体和晶体沿筒体5与喇叭形扩口7之间的环形通道向下流动，残留气泡上升并进入喇叭形扩口7之上的气液分离区；在喇叭形扩口7之下的液固分离区，密度小的固体缓慢上浮并经喇叭形扩口7进入晶浆采出管8，以晶浆的形式流入过滤器13内，晶浆经过滤器13过滤后，晶体固体收集，晶浆过滤后的母液流入混合器14，与从出液口9流出的溶液和加入的原料在混合器14内混合后循环进入加热器11内原料管道的入口。

采用本实施例的蒸发结晶器，并采用图2所示的蒸发系统进行丙酸钙溶液的连续蒸发结晶，每小时处理15立方米20％(质量分数)的丙酸钙溶液，顶部操作压力1.0bar(常压)，筒体直径3米高8米，顶部为半球形封头，底部为锥形结构的封头，进料口、出液口和出汽口直径0.4米，晶浆采出管直径0.3米，晶浆采出管连接的喇叭形扩口外沿直径2.5米，喇叭形扩口的下部筒体直径2.5米高度0.4米，上部采用圆锥形状，锥顶角140度，进料口在结晶器筒体的中间位置，进料口下沿高出喇叭形扩口的筒体上沿0.1米，晶浆采出管外部的出口位置与结晶器筒体下沿基本持平，采出晶浆进入离心过滤机。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。