一种基于超声波的结晶清除装置及使用方法

本发明涉及三氯化铝生产，尤其涉及一种基于超声波的结晶清除装置及使用方法。

背景技术：

1、铝锭法制备无水三氯化铝的工艺流程是将融熔状态的铝液在反应炉里与氯气发生反应，生成的三氯化铝气体通过升华管进入捕集罐中，在罐壁上遇冷凝华生成三氯化铝结晶，三氯化铝结晶的厚度各不一致，需要通过工人敲击结晶罐外壁来收集三氯化铝结晶，结晶通过捕集罐的底部排出，工人的劳动强度较大、效率较低并且持续的敲击会降低捕集罐的使用寿命。

2、目前实现三氯化铝结晶自动捕集的方法主要有刮刀法、击打锤砸罐及超声波清除法。刮刀法通过在捕集器内部装十字型刮刀对结晶进行清除，然而三氯化铝气体会在刮刀表面进行结晶，随着结晶的增多刮刀的运行效率逐渐降低，效果不够显著，超声波清除法由于三氯化铝气体在捕集器内壁结晶时是无规则的，不同的结晶位置三氯化铝结晶的厚度也不一致，结晶的厚度不一致超声波的频率也不一致，增加了超声波清除结晶时的难度。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中三氯化铝结晶采用人工敲击清除时劳动强度较大、效率较低并且持续的敲击会降低捕集罐的使用寿命，刮刀清除时三氯化铝气体会在刮刀表面进行结晶导致刮刀的运行效率逐渐降低的问题，现提供一种基于超声波的结晶清除装置及使用方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于超声波的结晶清除装置，包括捕集器，所述捕集器设有与其内腔连通的升华气进入管及冷气悬挂管，且冷气悬挂管与捕集器滑动连接，且冷气悬挂管延伸至捕集器外部且沿径向凸出有凸缘，凸缘用于与捕集器的外顶壁抵接以实现冷气悬挂管的安装，捕集器内腔设有：

3、结晶机构，其固定在冷气悬挂管底部，包括若干同轴设置的结晶环，相邻两个结晶环形成有等距结晶腔，且每个结晶环内部均设有与所述冷气悬挂管连通的空气腔，所述空心腔内部安装有若干均匀分布的超声波换能器，所述捕集器外顶壁与冷气悬挂管的凸缘之间设有荷重传感器；

4、收集器，位于所述结晶机构下方，包括弹性设置的收集管，所述收集管包括呈上下分布的锥形段及柱形段，两者连接部位形成来连通口，所述连通口设有可将其打开或封堵的释放控制器；所述释放控制器包括滑动设置在连通口的封堵锥及固定在封堵锥底部的t字杆，所述柱形段开设有滑槽，且所述t字杆两端穿过滑槽且在端部形成有触发环。

5、上述技术方案利用若干同轴设置的结晶环之间形成的等距结晶腔来来实现三氯化铝的等厚结晶，并利用超声波换能器实现自动化清除结晶，实现了超声波在工作过程中的频率恒定，大幅降低超声波换能器的功率消耗，提高了清除结晶效率，另外利用收集器实现了结晶定量自动排放。

6、进一步的，所述结晶环为固定式结晶环，若干固定结晶环同轴固定形成固定式结晶机构。

7、进一步的，所述结晶环为滑动式结晶环，若干滑动式结晶环滑动连接形成滑动式结晶机构，可实现轴向的收拢或分离；当若干滑动式结晶环处于收拢状态时，所形成的结构与固定式结晶机构接近；当若干滑动式结晶环处于分离状态时，其外壁与内壁可与三氯化铝气体充分接触，两者的结晶速度均大于结晶环处于收拢状态的结晶速度，并且分离状态的结晶环外壁的结晶速度大于内壁的结晶速度。设置为滑动式结晶环后，首先使其呈分离状态，由此可加快结晶速度，当到达一定结晶厚度后，将其收拢继续结晶直至形成与结晶腔宽度一致的结晶体。

8、进一步的，每个滑动式结晶环内周壁均凸出有若干周向分布的滑动筋条，外周壁均开设有若干周向分布的滑动槽，滑动槽为双端封闭结构，相邻两个滑动式结晶环的滑动筋条与滑动槽滑动连接，且滑动筋条截面为t形或燕尾形，以避免滑动筋条与滑动槽脱离。

9、进一步的，所述滑动式结晶机构还包括用于驱动若干滑动式结晶环收拢或分离的驱动单元，所述驱动单元包括收卷机构及一端端部绕设在收卷机构上的牵引复位绳，所述牵引复位绳的另一端固定在最外侧的滑动式结晶环的滑动筋条上，且其余滑动式结晶环顶部均开设有用于穿设牵引复位绳的引导线槽；当收卷机构收卷时，相邻滑动式结晶环逐级向上移动，并通过滑动筋条与滑动槽配合直至完全收拢以实现滑动式结晶环的收拢状态；当收卷机构放卷时，相邻滑动式结晶环逐级向下移动，并通过滑动筋条与滑动槽以实现滑动式结晶环的分离状态。

10、进一步的，所述滑动式结晶机构中的冷气悬挂管与滑动式结晶环之间设有通气盘，所述通气盘开设有用于连通冷气悬挂管与空心腔的通气腔，通气腔底部设有若干通气接头，所述滑动式结晶环设有与空心腔连通的快插接头，所述通气接头与快插接头插接时，冷气悬挂管内的冷气依次通过通气腔、通气接头及快插接头进入空心腔来对滑动式结晶环进行冷却。

11、进一步的，所述t字杆与滑槽之间设有封闭部，滑槽导致结晶会出现遗漏，因此设置了封闭部，封闭部可以采用弹性面料进行封闭，在t字杆运动时，封闭部发生弹性形变满足t字杆的运动，同时不会使结晶掉落至外部。

12、进一步的，所述捕集器的底部设置有两个锁定器，所述柱形段开设有两个与所述锁定器配合以使连通口延时封堵的锁定槽。

13、进一步的，所述装置还包括反应系统，所述反应系统包括反应炉，所述反应炉与升华气进入管之间连接有升华管，所述升华管上设有通气阀，所述冷气悬挂管通过冷风管路连接有制冷器，且冷风管路上设有冷风阀；铝锭和氯气在反应炉内反应后生成三氯化铝气体，三氯化铝气体通过升华管及升华气进入管进入捕集器内部，制冷器内的冷风通过冷风管路及冷气悬挂管进入空心腔，三氯化铝气体遇冷凝华生成三氯化铝结晶粘附在结晶腔处。

14、一种基于超声波的结晶清除装置的使用方法，包括如下步骤：

15、s1：铝锭和氯气在反应炉内反应后生成三氯化铝气体，三氯化铝气体通过升华管及升华气进入管进入捕集器内部，冷风通过冷风管路及冷气悬挂管进入空心腔，三氯化铝气体遇冷凝华生成三氯化铝结晶粘附在结晶腔处；

16、s2：随着结晶增加，荷重传感器检测重量达到启动阈值时，plc控制器发出信号关闭通气阀，阻断进入捕集器内部的三氯化铝气体，控制空心腔壁面的超声波换能器进行高频振动，壁面的高频超声波会引起固体介质的振荡，在界面处产生剪切力，从而将三氯化铝结晶进行清除，若重力大小未超过设定的阀值，则通过plc控制器控制制冷器降低进入空心腔中的冷风温度，降低结晶机构的温度，加快三氯化铝结晶的速度；

17、s3：掉落的三氯化铝结晶通过收集管进行收集，随着三氯化铝结晶收集量增加，收集管向下滑动，直至触发环与捕集器内底壁接触，收集管继续下降，此时t字杆带动封堵锥向上顶出，收集管实现通路，此时锁定器与锁定槽配合锁止使连通口延迟关闭，直至完全排出。

18、本发明的有益效果是：本发明利用若干同轴设置的结晶环之间形成的等距结晶腔来来实现三氯化铝的等厚结晶，并利用超声波换能器实现自动化清除结晶，实现了超声波在工作过程中的频率恒定，大幅降低超声波换能器的功率消耗，提高了清除结晶效率，另外利用收集器实现了结晶定量自动排放。

技术特征：

1.一种基于超声波的结晶清除装置，其特征在于：包括捕集器(2)，所述捕集器(2)设有与其内腔连通的升华气进入管(21)及冷气悬挂管(31)，且冷气悬挂管(31)与捕集器(2)滑动连接，捕集器(2)内腔设有：

2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的结晶清除装置，其特征在于：所述结晶环为固定式结晶环(34)，若干固定结晶环同轴固定形成固定式结晶机构。

3.根据权利要求1所述的一种基于超声波的结晶清除装置，其特征在于：所述结晶环为滑动式结晶环(36)，若干滑动式结晶环(36)滑动连接形成滑动式结晶机构。

4.根据权利要求3所述的一种基于超声波的结晶清除装置，其特征在于：每个滑动式结晶环(36)内周壁均凸出有若干周向分布的滑动筋条(361)，外周壁均开设有若干周向分布的滑动槽(363)，相邻两个滑动式结晶环(36)的滑动筋条(361)与滑动槽(363)滑动连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于超声波的结晶清除装置，其特征在于：所述滑动式结晶机构还包括用于驱动若干滑动式结晶环(36)收拢或分离的驱动单元，所述驱动单元包括收卷机构及一端端部绕设在收卷机构上的牵引复位绳(38)，所述牵引复位绳(38)的另一端固定在位于最外侧的滑动式结晶环(36)上。

6.根据权利要求3所述的一种基于超声波的结晶清除装置，其特征在于：所述滑动式结晶机构中的冷气悬挂管(31)与滑动式结晶环(36)之间设有通气盘(37)，所述通气盘(37)开设有用于连通冷气悬挂管(31)与空心腔(33)的通气腔(371)。

7.根据权利要求1所述的一种基于超声波的结晶清除装置，其特征在于：所述t字杆(52)与滑槽(431)之间设有封闭部(432)。

8.根据权利要求1所述的一种基于超声波的结晶清除装置，其特征在于：所述捕集器(2)的底部设置有锁定器(6)，所述柱形段开设有与所述锁定器(6)配合以使连通口延时封堵的锁定槽(433)。

9.根据权利要求1所述的一种基于超声波的结晶清除装置，其特征在于：所述装置还包括反应系统(1)，所述反应系统(1)包括反应炉(16)，所述反应炉(16)与升华气进入管(21)之间连接有升华管(14)，所述升华管(14)上设有通气阀(15)，所述冷气悬挂管(31)通过冷风管路(13)连接有制冷器(11)，且冷风管路(13)上设有冷风阀(12)。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种基于超声波的结晶清除装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及三氯化铝生产技术领域，尤其涉及一种基于超声波的结晶清除装置，包括捕集器，其内腔设有结晶机构及收集器，结晶机构固定在冷气悬挂管底部，包括若干同轴设置的结晶环，相邻两个结晶环形成有等距结晶腔，且每个结晶环内部均设有与冷气悬挂管连通的空气腔，空心腔内部安装有若干均匀分布的超声波换能器，所述捕集器外顶壁与冷气悬挂管的凸缘之间设有荷重传感器；本发明利用若干同轴设置的结晶环之间形成的等距结晶腔来来实现三氯化铝的等厚结晶，并利用超声波换能器实现自动化清除结晶，实现了超声波在工作过程中的频率恒定，大幅降低超声波换能器的功率消耗，提高了清除结晶效率，另外利用收集器实现了结晶定量自动排放。

技术研发人员：宋瑞宏,刘树圳,刘少君,史文杰
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8