一种液态物质的结晶系统及其方法与流程

本发明涉及结晶领域，尤其涉及一种液态物质的结晶系统及其方法。

背景技术

传统钛液结晶方法通过蒸汽喷射泵等真空设备将结晶罐内的蒸汽抽出，使结晶罐内的蒸汽升温升压排出，然后再用冷却水对抽出的蒸汽进行冷凝。该方法存在的问题是：

1.以蒸汽作为抽真空的动力，会带入大量的汽化潜热到系统中，使冷却水的耗量增加。

2.当结晶罐内的温度降低后，其内真空度极高，蒸汽很稀薄，如当结晶罐内的钛液温度降至20℃时，其饱和水蒸汽温度仅为17℃左右，对应的饱和蒸汽密度只有15.35克/方，即蒸汽喷射泵每从结晶罐内吸出1方蒸汽，结晶罐内的钛液才蒸发出15克的水。生产1吨钛白粉，在结晶段需要从结晶罐内蒸发出1.05吨水，因此生产过程需要消耗大量的工作蒸汽。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中液态物质结晶成本高的缺点，提供一种液态物质的结晶系统及其方法。

首先我们了解几个常识性的问题：

一、只要水蒸汽的温度高于大气冷却塔提供的冷却水的温度，原则上就可以用大气冷却塔来冷凝蒸汽了。

二、适合人类活动地方的地方，冷却塔产出的冷水都可以在35℃以下。

因此，我们只要想办法让低温的蒸汽的饱和蒸汽温度升到35℃以上，就可以用较低成本的大气冷却塔来冷凝蒸汽了。下表是水蒸汽在不同饱和蒸汽压的饱和蒸汽温度的变化特性：

从上表我们可以看出，水蒸汽的饱和蒸汽温度从0℃升到40℃，饱和蒸汽压仅上升了7.7kpa,而水蒸汽的饱和蒸汽温度从60℃升到100℃，虽然同样升温40℃，饱和蒸汽压却上升了81kpa,如果采用机械压缩蒸汽升温，输入的轴功率＝p.q，即消耗的功率等于升压与流量的乘积。据此我们设计了本套结晶系统，经试运行，测得吨钛白粉平均耗电67kw.h的水平，较传统的钛液真空结晶有很大的优势。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种液态物质的结晶系统，包括结晶罐、循环泵、冷却塔和水槽；还包括冷凝器，结晶罐通过第一管道与冷凝器连通，第一管道上安装有抽气装置，结晶罐与冷凝器之间还设有第二管道，第二管道上安装有单向阀，冷凝器冷凝结晶罐内蒸发的蒸汽并通过管道与冷却塔连接，冷却塔对液态水降温处理后通过管道输送到水槽内，循环泵将水槽内的冷水抽送到冷凝器内。

作为优选，抽气装置为高压风机或者蒸汽压缩机。

作为优选，冷凝器为水力喷射器或者管式冷凝器或者混合式蒸汽冷凝器。

一种液态物质的结晶方法，包括如下步骤：

步骤a：将热的液态物质通过进料阀装入到结晶罐内，当液态物质达到设定液位时，关闭结晶罐上的进料阀和排料阀，结晶罐形成一个密封容器；

步骤b：启动循环泵将水槽内的冷水抽送到冷凝器中，结晶罐内的蒸汽通过第二管道输送到冷凝器内，冷凝器冷凝结晶罐内蒸发的蒸汽并凝结成液态水，结晶罐内的蒸汽减少导致压力降低，结晶罐内的液态物质在低压下持续沸腾并蒸发蒸汽；

步骤c：启动冷却塔，冷凝器形成的液态水通过管道输送到冷却塔内，冷却塔将液态水进行降温处理后输送到水槽内；

步骤d：随着时间的推移，结晶罐内热的液态物质温度不断降低，当结晶罐内液态物质温度接近环境温度时，启动抽气装置，抽气装置抽取结晶罐内的蒸汽并输送给冷凝器，结晶罐内的压力持续降低，使得其内的液体物质持续沸腾并蒸发蒸汽，结晶罐内的液态物质持续降温结晶；

步骤e：当结晶罐内热的液态物质温度降到5℃～25℃，停止抽气装置，结晶罐内的液体物质结晶结束。

作为优选，步骤a中热的液态物质温度在40℃～90℃。

作为优选，步骤b中结晶罐内的液态物质在1kpa～70kpa的低压下持续沸腾并蒸发蒸汽。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

利用高压风机或者蒸汽压缩机代替传统的蒸汽喷射泵，抽吸蒸汽，可以减少工作蒸汽带入大量的热量给冷却系统，减轻冷却负担。

利用低温条件下，蒸汽很小的压升即可获得很大温升的特性，消耗很少的电力，即可将蒸汽温度的大幅提高。因而可大大接省电力。

本方法可最大限度利用环境的冷量来冷凝结晶罐产出的蒸汽，只有当蒸汽温度降至接近环境温度时，才投入高压风机或者蒸汽压缩机工作。

附图说明

图1是本发明的系统框架结构示意图。

以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，10—结晶罐、11—循环泵、12—冷却塔、13—水槽、14—冷凝器、15—第一管道、16—抽气装置、17—第二管道、18—单向阀。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种液态物质的结晶系统，如图1所示，包括结晶罐10、循环泵11、冷却塔12和水槽13，本实施例结晶罐10用于蒸发结晶热的钛液；还包括冷凝器14，结晶罐10通过第一管道15与冷凝器14连通，第一管道15上安装有抽气装置16，抽气装置16直接将结晶罐10内的蒸汽抽送到冷凝器14中，结晶罐10与冷凝器14之间还设有第二管道17，第二管道17上安装有单向阀18，单向阀18使得冷凝器14在环境温度较低时利用环境冷源进行冷凝蒸汽，结晶罐10刚开始结晶时，抽气装置16不工作，结晶罐10内的蒸汽直接通过第二管道17输送到冷凝器14中，冷凝器14冷凝结晶罐10内蒸发的蒸汽并通过管道与冷却塔12连接，冷凝器14通过冷凝器14冷凝后形成液态水并输送到冷却塔12内，冷却塔12对液态水降温处理后通过管道输送到水槽13内，循环泵11将水槽13内的冷水抽送到冷凝器14内。

抽气装置16为高压风机。

冷凝器14为水力喷射器或者管式冷凝器或者混合式蒸汽冷凝器。

一种液态物质的结晶方法，包括如下步骤：

步骤a：将热的液态物质通过进料阀装入到结晶罐10内，当液态物质达到设定液位时，关闭结晶罐10上的进料阀和排料阀，结晶罐10形成一个密封容器；

步骤b：启动循环泵11将水槽13内的冷水抽送到冷凝器14中，结晶罐10内的蒸汽通过第二管道17输送到冷凝器14内，冷凝器14冷凝结晶罐10内蒸发的蒸汽并凝结成液态水，结晶罐10内的蒸汽减少导致压力降低，结晶罐10内的液态物质在低压下持续沸腾并蒸发蒸汽；

步骤c：启动冷却塔12，冷凝器14形成的液态水通过管道输送到冷却塔12内，冷却塔12将液态水进行降温处理后输送到水槽13内；

步骤d：随着时间的推移，结晶罐10内热的液态物质温度不断降低，当结晶罐10内液态物质温度接近环境温度时，启动抽气装置16，抽气装置16抽取结晶罐10内的蒸汽并输送给冷凝器14，结晶罐10内的压力持续降低，使得其内的液体物质持续沸腾并蒸发蒸汽，结晶罐10内的液态物质持续降温结晶；

步骤e：当结晶罐10内热的液态物质温度降到5℃，停止抽气装置16，结晶罐10内的液体物质结晶结束。

步骤a中热的液态物质温度在40℃。

步骤b中结晶罐10内的液态物质在1kpa的低压下持续沸腾并蒸发蒸汽。

实施例2

实施例2与实施例1特征基本相同，不同的是实施例2中抽气装置16为蒸汽压缩机，蒸汽压缩机的出口可以连接其它用热设备；冷凝器14为管式冷凝器。

步骤e：当结晶罐10内热的液态物质温度降到15℃，停止抽气装置16，结晶罐10内的液体物质结晶结束。

步骤a中热的液态物质温度在65℃。

步骤b中结晶罐10内的液态物质在35kpa的低压下持续沸腾并蒸发蒸汽。

实施例3

实施例3与实施例1特征基本相同，不同的是实施例3中

步骤e：当结晶罐10内热的液态物质温度降到25℃，停止抽气装置16，结晶罐10内的液体物质结晶结束。

步骤a中热的液态物质温度在90℃。

步骤b中结晶罐10内的液态物质在70kpa的低压下持续沸腾并蒸发蒸汽。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。