循环式结晶设备及循环式结晶系统的制作方法

本发明涉及结晶技术领域，尤其涉及一种循环式结晶设备以及一种循环式结晶系统。

背景技术：

结晶设备是用于产品结晶操作的一种设备。在生产过程中，一般可分为蒸发结晶和冷却结晶两种结晶方式。所谓循环式结晶，指的是在结晶系统中设置有循环管路，以将结晶设备内的浆液抽出，并进行相应的换热(加热或者冷却)后再送回至结晶设备内进行循环结晶。

在现有的循环结晶系统中，设置的循环管路几乎都是仅从结晶设备内某一特定位置处抽取结晶设备内的浆液作为循环液，然后对循环液进行换热后再送回至结晶设备内循环结晶。然而，上述循环方式中，受其取液位置的限制，导致从结晶设备内取出的循环液中所含晶粒的含量以及粒径等无法控制，进而无法控制最终经过换热后再排回至结晶设备内的循环液内所含晶粒的含量以及粒径，因此不利于控制晶粒的长晶情况以及控制最终成晶的晶粒粒径。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种可控制从结晶设备进入到循环管路的循环液内所含晶粒情况的循环式结晶设备及循环式结晶系统，可实现对晶粒的长晶情况以及最终成晶的晶粒粒径的控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：循环式结晶设备，包括结晶罐体，在所述结晶罐体内具有用于使浆液内的浮晶沉降的浮晶沉降分层区，在所述结晶罐体上开设有至少两个循环液出口，并且各循环液出口分别与浮晶沉降分层区的不同沉降高度位置对应连通。

进一步的是：所述循环液出口设置有三个，三个循环液出口沿浮晶沉降分层区的沉降高度范围间隔分布。

进一步的是：在每个循环液出口处设置有控制阀门。

进一步的是：在所述结晶罐体的底部设置有第一产品出口，在所述结晶罐体的顶部设置有第二产品出口。

另外，本发明还提供一种循环式结晶系统，其采用上述本发明所述的循环式结晶设备，还包括循环管路，循环管路的入口端与结晶罐体上的各循环液出口并联连通，循环管路的出口端伸入至结晶罐体的内部；在所述循环管路上位于入口端和出口端之间设置有循环液驱动设备和换热设备。

进一步的是：沿循环管路的入口端至出口端，所述循环液驱动设备设置于换热设备的上游。

进一步的是：在循环管路上位于循环液驱动设备的上游设置有原液供给口。

进一步的是：循环管路的出口端伸入至结晶罐体内的底部，在循环管路上位于出口端的端头设置有封板进行封堵，在循环管路上位于出口端处的周向管壁上设置有多个切向出口，并且由多个所述的切向出口排出的循环液可在结晶罐体内产生旋流。

进一步的是：多个所述的切向出口沿循环管路上位于出口端处的外周管壁的周向均匀分布。

进一步的是：所述循环液驱动设备为循环泵；所述换热设备为管式换热器。

本发明的有益效果是：本发明通过在结晶罐体上开设至少两个循环液出口，进而可从各循环液出口分别将结晶罐体内位于不同高度位置的浮晶沉降分层区内的浆液抽出以作为循环液，而由于在浮晶沉降分层区内的不同沉降高度位置上的浆液内所含晶粒含量和粒径等各不相同，并且理论上为越位于浮晶沉降分层区底部的晶粒含量越多且粒径通常越大，因此通过在浮晶沉降分层区的不同沉降高度位置上分别进行取液，可实现将含有不同晶粒量和不同晶粒粒径的浆液抽取并混合后作为循环液，因此可根据需要控制进入循环管路内的循环液所含晶粒的情况。因此，本发明可实现对从结晶设备内抽取的循环液中所含晶粒的含量以及粒径等的可控以及实现对经过循环换热后再排回至结晶设备内的循环液内所含晶粒的含量以及粒径的可控，并最终实现对晶粒的长晶情况以及最终成晶的晶粒粒径等的控制。

附图说明

图1为本发明所述的循环式结晶系统的连接关系示意图；

图2为图1中局部区域a的放大示意图；

图3为图2中b-b截面的剖视图；

图4为进行冷却式结晶时结晶罐体内部浆液情况的示意图；

图5为进行蒸发式结晶时结晶罐体内部浆液情况的示意图

图中标记为：结晶罐体1、浮晶沉降分层区2、循环液出口3、控制阀门4、第一产品出口5、第二产品出口6、循环管路7、循环管路的出口端8、循环液驱动设备9、换热设备10、原液供给口11、封板12、切向出口13、换热介质入口14、换热介质出口15、蒸汽腔16。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。本发明所述的循环式结晶设备，其为循环式结晶系统中的其中一部分设备。而所谓循环式结晶系统，即是通过设置相应的循环管路实现对浆液进行循环结晶的系统。

参照附图1至附图5中所示，本发明所述的循环式结晶设备，包括结晶罐体1，在所述结晶罐体1内具有用于使浆液内的浮晶沉降的浮晶沉降分层区2，在所述结晶罐体1上开设有至少两个循环液出口3，并且各循环液出口3分别与浮晶沉降分层区2的不同沉降高度位置对应连通。

另外，通常情况下在结晶罐体1的底部还会设置有第一产品出口5，在结晶罐体1的顶部设置有第二产品出口6。其中，第一产品出口5为用于将结晶罐体1内底部的结晶沉积排出；第二产品出口6则为将结晶罐体1顶部的清液或者蒸汽等排出。具体可参照附图中所示。

上述本发明中所指的浮晶沉降分层区2，其为在结晶罐体1内用于盛装浆液的区域，利用结晶晶粒在浮晶沉降分层区2内的自由沉降作用，实现晶粒向下沉积的目的。不失一般性，参照附图4和附图5中所示，本发明中根据采用蒸发结晶方式或冷却结晶方式的不同，对浮晶沉降分层区2在结晶罐体1内的所占区域有相应的区别；例如参照附图4中所示，当为冷却式结晶方式时，其在结晶罐体1内的整个腔体均可为浮晶沉降分层区2，此时经晶粒沉降后的清液将最终从结晶罐体1顶部的第二产品出口6排出并可被收集，而结晶沉积在结晶罐体1底部的晶粒产品将从结晶罐体1底部的第一产品出口5排出并可被收集；而参照附图5中所示，当为蒸发式结晶方式时，其在结晶罐体1内的下部分腔体可为浮晶沉降分层区2，而在浮晶沉降分层区2的上方将留有一定的空间作为蒸汽腔16，以实现浆液的蒸发，此时蒸发的蒸汽将最终从结晶罐体1顶部的第二产品出口6排出并可被收集，相应的结晶沉积在结晶罐体1底部的晶粒产品将从结晶罐体1底部的第一产品出口5排出并可被收集。

另外，不失一般性，本发明中的结晶罐体1可以仅由一个罐体组成，也可由两个或者多个罐体相连而成；当为两个或者多个罐体时，可根据各罐体的作用确定浮晶沉降分层区2的对应范围，并且此时的浮晶沉降分层区2可同时位于不同的罐体内。

本发明中设置的循环液出口3，其设置位置必须与浮晶沉降分层区2的不同沉降高度位置对应连通，以实现通过不同的循环液出口3排出的循环液中所含晶粒的含量以及粒径等各不同，进而通过控制各循环液出口3即可实现控制进入循环管路7内的循环液所含晶粒的含量和粒径等情况。

更具体的，为了实现上述控制目的，本发明中必须要求在结晶罐体1上设置至少两个循环液出口3。当然，不失一般性，本发明中对于循环液出口3的具体数量没有严格限制；例如参照附图中所示的具体情况，将循环液出口3设置为三个，并且三个循环液出口3沿浮晶沉降分层区2的沉降高度范围间隔分布。

另外，在设置循环液出口3时，可优选设置其在浮晶沉降分层区2的中上部，并且位于最下方的一个循环液出口3，其应当尽量设置在浮晶沉降分层区2内位于结晶沉积在底部的晶粒以上位置，以避免结晶沉积的晶粒造成对循环液出口3的堵塞。另外，在后续所述的循环管路7的出口端8深入至结晶罐体1内的底部附近时，可将位于最下方的一个循环液出口3优选设置在位于出口端8以上的位置。

另外，为了实现对各循环液出口3的流量控制，本发明中进一步可在每个循环液出口3处设置有控制阀门4，如附图中所示。这样，可通过相应控制阀门4控制各循环液出口3的开度调节，进而控制各循环液出口3的循环液流量，因此最终可控制进入循环管路7内的各循环液出口3的流量比。至于控制阀门4，其可采用普通的蝶阀、球阀等阀门，也可采用电磁阀等自动控制阀门。当采用自动控制阀门时，可通过额外配套相应的控制系统以实现对阀门的自动控制。另外，控制阀门4除了可直接设置在循环液出口3处以外，也可设置在与各循环液出口3对应连通的支管路上，只要其可实现对各循环液出口3的流量控制即可。

另外，本发明还提供一种循环式结晶系统，采用上述本发明所述的循环式结晶设备，同时还包括循环管路7，循环管路7的入口端与结晶罐体1上的各循环液出口3并联连通，循环管路7的出口端8伸入至结晶罐体1的内部；在所述循环管路7上位于入口端和出口端8之间设置有循环液驱动设备9和换热设备10。当然，本发明所述的循环式结晶设备可单独生产、销售也可与本发明所述的循环式结晶系统配套生产、销售。

其中，循环管路7的作用是用于实现对结晶罐体1内的浆液进行循环，并通过设置相应的换热设备10实现对循环管路7内的循环液进行换热；而循环液驱动设备9则是用于为循环液提供驱动力的设备。对于循环液驱动设备9，通常采用常规的泵即可。本发明中根据采用蒸发结晶方式或冷却结晶方式的不同，换热设备10可为加热式换热设备或者为冷却式换热设备。当换热设备10为加热式换热设备时，其通过向换热设备10内额外通入相应的热介质，实现对经过换热设备10的循环液的加热；而当换热设备10为冷却式换热设备时，其通过向换热设备10内额外通入相应的冷介质，实现对经过换热设备10的循环液的冷却。更具体的，本发明中对于换热设备10的具体结构形式并没有严格限制，通常换热设备10可采用为管式换热器即可，并且参照附图1中所示，在换热设备10上可设置有相应的换热介质入口14和换热介质出口15等用于换热介质进出的接口。另外，不失一般性，换热设备10还可采用相应的直接加热设备或者制冷设备等代替，即实现直接对流经换热设备10内的循环液进行加热或者制冷。

更优选的，本发明中在沿循环管路7的入口端至出口端8的方向上，将循环液驱动设备9设置于换热设备10的上游；即循环液在沿循环管路7流动时，先经过循环液驱动设备9，然后再经过换热设备10。这样设置的好处是：当循环液经过换热设备被换热后，循环液中含有的晶粒可能进一步长晶增大，因此可降低晶粒经过循环液驱动设备9时的阻碍，同时也可避免在循环液驱动设备9内发生堵塞的情况；尤其适用于冷却结晶方式的情况。

更具体的，本发明中在将循环液驱动设备9设置于换热设备10的上游的情况下，还可进一步在循环管路7上位于循环液驱动设备9的上游设置有原液供给口11。其中所指的原液供给口11，其是向整个循环式结晶系统内供入初始原液的端口，通过原液供给口11不断地向整个循环式结晶系统内供入原液，可确保系统的连续、平稳运行。本发明中原液供给口11设置于循环液驱动设备9的上游，这样可通过控制从原液供给口11供给的液体量和从结晶罐体1上到循环液出口3所排出的液体量的比例关系。当然，不失一般性，对于循环液出口3所排出的液体量可通过各循环液出口3上对应设置的控制阀门4进行控制，而对于原液供给口11供给的液体量，则可通过进一步在原液供给口11上设置相应的控制阀门进行流量控制。另外，本发明通过上述设置，还具有如下优点：由原液供给口11供给的液体和从循环液出口3排出的液体可在初步混合后再通过循环液驱动设备9，这样可利用循环液驱动设备9的搅动作用提高两股液体的混合效果。

另外，参照附图2和附图3中所示，本发明中将循环管路7的出口端8伸入至结晶罐体1内并且靠近其底部附近的位置，如附图中所示；并且进一步在循环管路7上位于出口端8的端头设置有封板12进行封堵，在循环管路7上位于出口端8处的周向管壁上设置有多个切向出口13，并且由多个所述的切向出口13排出的循环液可在结晶罐体1内产生旋流。这样设置的好处是：一方面通过设置封板12结构，可避免从出口端8排出的液体直接冲击结晶罐体1的底部；另一方面，通过从切向出口13排出的循环液所产生的旋流作用，可起到对结晶罐体1内的液体的搅动作用，进而可促进长晶效果和晶粒的均匀性。本发明切向出口13应当设置为大致沿出口端8的周向管壁的切线方向，以使从切向出口13排出的液体能有效地在结晶罐体1内产生旋流作用。另外，对于循环管路7伸入至结晶罐体1内的位置，可参照附图1中所示，从结晶罐体1的顶部正中位置竖直向下伸入至结晶罐体1内部，并且可使位于结晶罐体1内部的部分管路的中轴线与结晶罐体1的中轴线共线。

当然，不失一般性，上述由切向出口13所产生的旋流优选与结晶罐体1的中轴线共线，即此时出口端8处各切向出口13沿管壁周向布置的轴线应当与结晶罐体1的中轴线共线，如附图3中所示。并且，本发明中对于切向出口3的数量并没有严格限制，理论上可至少设置一个即可，当然优选设置为不少于两个的情况；并且应当确保各切向出口3的出流方向一致，以确保在结晶罐体1内产生有效、稳定的旋流作用。例如附图3中所示的具体结构中设置有五个切向出口3；并且更优选的，可设置五个切向出口3沿外周管壁的周向均匀分布。

另外，不失一般性，上述切向出口13可为直接设置在循环管路7位于出口端8处的一段管路上或者也可专门在循环管路7的出口端8处设置一相应的额外的管体结构以用于设置各切向出口3。