工业结晶基础之七结晶设备,按结晶方法分类结晶器,结晶敞槽：效率低、粒度无法控制、纯度不高。 搅拌式结晶器（图） 摇蓝式结晶器（图）：大晶体12mm 长槽搅拌式连续结晶器（图） 锥形分级冷却结晶器（图）,间接冷却式结晶器,搅拌式结晶槽,搅拌式结晶槽,摇蓝式结晶器,长槽搅拌式连续结晶器,锥形分级冷却结晶器,回转结晶器（图） 淋洒式结晶器（图） 湿壁结晶器（图） Cerny直接冷却结晶器（图） 直接接触冷冻结晶器（图）,直接接触冷却结晶器,回转结晶器,淋洒式结晶器,湿壁结晶器,Cerny直接冷却结晶器,直接接触冷冻结晶器,蒸发结晶器,多效蒸发结晶器。 真空结晶器 Messo多级真空结晶器 连续式自然循环真空结晶器,蒸发式结晶器,真空式结晶器,Messo多级真空结晶器,连续式自然循环真空结晶器,几种通用结晶器,强制外循环结晶器（图） Oslo型结晶器（图） DTB型结晶器（图） DP型结晶器（图） Messo湍流结晶器（图） 双夹套间歇结晶器（图） 双导流筒结晶器（图）,强制外循环结晶器,Oslo型结晶器,流化床型结晶器：适用于真空法、冷却法的结晶操 作。属于强制外循环结晶器。 这种类型的结晶器时30年代由挪威人Jeremiassen提 出的，也常称为Krystal结晶器或粒度分级型结晶器，在 工业上曾得到较为广泛的应用。我国大连、连云港等地 建有年产量达万吨级的Oslo结晶器，用于NH4Cl的生产。 这种结晶器虽然年代较久，性能也有不足之处，但是人 们对它的操作经验较为成熟，故常被使用。,Oslo型结晶器的特点,优点： 1、其过饱和度产生的区域与晶体生长区分别设置在 结晶器的两处，晶体在循环母液中流化悬浮，为晶体生 长提供一个良好的条件。在连续操作的基础上，能长成 为大而均匀的晶体。 2、其操作方式属于典型的母液循环式，优点在于循 环液中基本上不含晶粒，从而避免发生叶轮与晶粒间的 接触成核现象，再加上结晶室的粒度分级作用，使这种 结晶器所产生的晶体大而均匀，特别适合生产在饱和溶 液中沉降速度大于20mm/s的晶粒。,Oslo型结晶器特点,缺点： 母液循环型的缺点在于生产能力受到限制，因为必须 限制液体的循环流量（即流速）及悬浮密度，把结晶室 中悬浮液的澄清界面限制在溢流口之下，以防止母液中 挟带明显数量的晶体。,DTB 型结晶器 （导流筒-档板型结晶器）,DTB （Drabt tube babbled）型结晶器时50年代出现 的一种效能较高的结晶器，首先用于氯化钾的生产，后 卫化工、食品、制药等工业部门所广泛采用。经过多年 的运行考察，证明这种型式的结晶器性能良好，能生产 较大晶粒（粒度可达0.61.2mm），生产强度较高，器内 不易结疤，它已成为连续结晶器的主要形式之一。可用 于真空冷却、蒸发法、直接接触冷冻法及反应法的结晶 操作。,DTB型结晶器的特点,优点： 1、晶体不易在结晶器壁上结疤 DTB型结晶器设置了导流筒，形成了循环通道，只需要很低的 压头（约100200mmH2O），就能在结晶器内实现良好的内循环， 使器内各流动截面上都可以维持较高的流动速度，并使晶浆密度高 达3040%（重量）。对于真空冷却法及蒸发结晶，沸腾液体的表面 层是产生过饱和度的趋势最强烈的区域，在此区域中存在着进入不 稳区而大量产生晶核的危险。导流筒则把大量高浓度的晶浆直接送 到彼处，使表面层中随时存在着大量的晶体，从而有效地消耗不断 产生的过饱和度，使之只能处在较低的水平。以运行中的氯化钾真 空冷却结晶器为例，沸腾层的过冷温度仅为0.20.3从而避免了在 此区域中因过饱和度过高而产生大量晶核，同时也大大降低沸腾液 面处的内壁面上结疤的速率。,2、生产能力大 结晶器单位体积的晶体产量取决于过饱和度、晶体的生长率及 晶体的表面积，而晶体表面积又为晶浆密度及晶体粒度的函数。 DTB结晶器中流体力学条件较好。对控制传质速率的结晶过程 具有较高的生长速率。密度很高的晶浆也为结晶过程提供较大的生 长表面。在一般的结晶器中，人们总是小心翼翼地将过饱和度控制 到较低水平，唯恐出现大量的晶核，影响产品质量。而在DEB结晶 器中，由于循环强度很大，器内各处的过饱和度及晶浆密度都较均 匀，允许按过饱和度的上限控制操作条件。对于真空冷却法结晶， 可采用较浓、较热的料液、较大的进料量、较低的操作压力等，使 处于过饱和状态的溶质（大致为晶体的生产量）较多，这是此类型 结晶器具有较高生产强度的原因。,3、可生产颗粒较大的晶体 DTB结晶器设有母液外循环通道，用于过量微晶的消除及产品 的淘洗。由图可以看出，在澄清区的上端有母液排出口，从结晶器 中排出一定量的母液及多余的结晶，并使之经细晶消除器，用加热 或加溶剂稀释的方法以消除母液中的细晶，然后用泵分两股送回结 晶器。一股送至淘洗腿底部，作为淘洗产品的液流，剩余的部分则 直接送回结晶器的底部。结晶器设置澄清区，外循环通道、细晶消 除及淘洗腿，从而具有控制产品粒度及粒度分布的能力。外循环的 液体量远低于内循环液量，仅为进料量的几倍。若需生产粒度较大 的产品，则可适当提高外循环母液量，使澄清区内母液向上的流速 增大，借以使粒度较大的细晶被带出且被消除。,DTB型结晶器设计,（1）结晶器的有效容积：需要根据对产量及粒度分布的要求， 结合晶体动力学参数来决定。 （2）晶浆循环量（内循环量）：要求有足够大的循环量。一方 面必须防止沸腾表面层中不出现过大的过饱和度，而最大允许的过 饱和度取决于介稳区宽度，另一方面内循环量必须大至足以保持足 够高的晶浆悬浮密度。 （3）气液分离空间的直径及高度：要求能维持较低的蒸汽流 速uv，以保证上升蒸汽不致挟带过量的雾滴， uv可用下式估算：,Uv气液分离空间中蒸汽的上升速度，m/s； l 、v母液、蒸汽的密度，kg/m3； Kv雾沫挟带因子，对于水溶液可以接受的最大值为0.017m/s。,（4）导流筒的形状及尺寸：导流筒可以使等直径的圆筒形，也 可以是呈锥形，如采用后者，则导流筒的上口截面积可取为结晶 器的有效横截面积的一半，即导流筒的上口直径1/2倍的蒸汽空 间直径。锥形导流筒的底口直径可取为结晶器有效直径的一半。 导流筒的上缘至沸腾液面的距离应能保持悬浮液在该处的流道截 面积不变。即要求悬浮液流经导流筒的上端时的轴向速度同它流 过导流筒上缘与沸腾液面之间的流道时的径向速度相等，所以， 从导流筒的上缘至液面的距离为0.25倍导流筒上端直径。,DP型结晶器,Messo湍流结晶器,双夹套间歇结晶器,双导流筒结晶器,MSMPR型结晶器,Equipment,Kun.zhou925,DTB型结晶器,例题：在一台连续操作的MSMPR结晶器中进行KNO3结 晶试验，平均停留时间为0.5小时，每升料浆中含300g固 体KNO3，KCl晶体的密度为2.10g/cm3，体积形状因子可 取为1。产品经分析得到以下两个数据：1020m占10%（质量）；100120m占20%（质量）。若要求所 得产品95%（重量）以上的晶体尺寸大于120m，那么 平均停留时间至少应大于几小时？,解： 悬浮密度MT=300g/l晶浆，则可求出相应粒度范围类的 晶体质量。体积形状因子Kv=1，晶体密度=1.98g/cm3， 计算结果见表。,作图并用直线拟合：,直线的斜率为,停留时间,则,用函数,M（x）计算不同停留时间下晶体质量的累积分布，见下表。,累积保留%,结果见表，可知至少需要3.5个小时。,结晶器的操作与控制,分批结晶与连续结晶操作比较 当生产规模大至一定水平时，通常采用连续操作，但是 有许多结晶过程虽然生产规模很大还是可以合理的采用分批 操作，主要是因为间歇结晶设备相对简单，热交换器表面上 结垢现象不严重，特别是对于某些结晶物系只有间歇操作才 能生产出指定的纯度、粒度分布及晶型的合格产品。,间歇结晶优缺点,间歇结晶与连续结晶过程相比较，它的缺点是操作成本比 较高，不同批产品的质量可能有差异，即操作及产品质量的 稳定性较差，必须使用计算机辅助控制方能保证生产重复性。 在制药行业应用间歇结晶操作，便于批间对设备进行清 理，可防止批间污染，而保证药的高质量，同理对于高产值 低批量的精细化工产品也适用于间歇操作。,1、冷却法及蒸发法结晶采用连续操作时经济效果较好， 操作费用较低。 2、连续结晶操作的母液能充分利用，大约只有7%的母液 需要重复加工，与之相比，分批操作则有约20到40%的母液 需要重复加工。 3、当生产规模较小时，两种操作方式的劳动量相差不 多，但当生产规模幅度扩展时，连续操作所需劳动量可以不 增长，故可以节约劳动量。 4、相对而言，连续操作时的操作参数是稳定的，不像分 批操作那样要按一定的操作程序不断地调节其操作参数。 5、两种操作方式相比，连续操作的结晶器单位有效体积 的生产能力可高数倍至十数倍之多，占地面积也较小。,连续结晶优点,1、在换热面上及自由液面接触的器壁上容易结晶垢，并不 断累积。连续操作需要停机清理的周期通常在200到2000小时 之间，在运行的后期，操作条件及产品质量逐步恶化，而分 批操作则在每次操作开始之前都会有清理的机会。 2、与控制良好的分批结晶操作相比，连续操作的产品平均 粒度较小。 3、操作较为困难，它要求操作人员有较高的水平及较丰富 的经验。有时操作稳定，但器内晶体粒度分布的波动无法避 免。,连续结晶缺点,1、结晶操作方式的决定性因素一般是生产量或料液处理 量的多少，之间没有明确界限。正确的选择很大程度上取决 于被结晶物质的特性及所在工厂的具体条件。 2、晶体的生长速率较慢，分批操作交易控制。连续结晶 操作的生产规模最低限度不得小于100kg/h,否则在技术上认 为无法操作；而分批操作没有产量的下限。料液处理量若大 于20m3/h，最好选用连续结晶操作。,结晶操作方式选择,分批结晶器操作,加入晶种控制结晶 分批结晶过程中，为了控制晶体生长，获得粒度均匀的晶 体产品，尽量避免初级成核现象，所以向溶液中加入适当数 量及适当粒度的晶种，让被结晶的溶质只在晶种表面上生长 。同时用温和的搅拌，使晶体均匀的悬浮在溶液中，避免二 次成核现象。需要小心的控制溶液的温度或浓度，这种方式 叫“加晶种的控制结晶”。,连续结晶器的操作,连续结晶器的操作有以下几项要求： 1、控制符合要求的产品粒度分布； 2、结晶器具有尽可能高的生产强度； 3、尽量降低结晶垢的速率，以延长结晶器正常运行的 周期； 4、维持结晶器的稳定性。,连续结晶过程中采取的措施,1、采用细晶消除系统 2、粒度分级排料 3、清母液溢流技术 采用这些技术可使不同粒度范围的晶体在结晶器内具 有不同的停留时间，也可使晶体和母液具有不同的停留时 间，从而使结晶器增添了控制产品粒度分布和晶浆密度的 手段；再与适宜的晶浆循环速率相结合，便能使结晶器达 到操作要求。,在连续操作的结晶其中，每一粒晶体产品都是由一粒 晶核生长而成的，晶核生成量越少，产品晶体就会长的 越大。反之，晶体粒度必然小。 比较普遍的情况是晶核数目太多，所以要把过量的晶 核除掉，不让它们有机会长大，减少它们消耗的可结晶 出来的溶质，好让其他晶体长大。,1、细晶消除,去除细晶的目的是提高产品中晶体的平均粒度。此 外，它也为提高晶体的生长速率带来好处，因为结晶 器配置了细晶消除系统后，可以适当地提高过饱和度， 从而提高了晶体的生长速率及设备的生产能力。即使 不人为地提高过饱和度，被溶解而消除的细晶也会使 溶液的过饱和度有所提高。,细 晶 消 除 的 好 处,细晶消除的方法,在结晶器内部或外部建立一个澄清区，在此区域内， 晶浆以很低的速率向上流动，使大于某一“细晶切割 粒度”的晶体都能从溶液中沉降出来，回到结晶器的 主体部分，重新参与晶浆循环，并继续生长。小于此 粒度的细晶将随从澄清区溢流而出的溶液进入细晶消 除循环系统。 用加热或稀释的方法溶解细晶后，再经循环泵重新 回到结晶器中去。,2、产品粒度分级排出,这种操作方法有时为混合