各類結(jié)晶設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)對(duì)比

結(jié)晶器的類型很多，按溶液獲得過(guò)飽和狀態(tài)的方法可分蒸發(fā)結(jié)晶器和冷卻結(jié)晶器；按流動(dòng)方式可分母液循環(huán)結(jié)晶器和晶漿循環(huán)結(jié)晶器；按操作方式可分連續(xù)結(jié)晶器和間歇結(jié)晶器。
1. 冷卻式結(jié)晶器
    （1）空氣冷卻式結(jié)晶器：空氣冷卻式結(jié)晶器是一種最簡(jiǎn)單的敞開(kāi)型結(jié)晶器，靠頂部較大的敞開(kāi)液面以及器壁與空氣間的換熱，以降低自身溫度從而達(dá)到冷卻析出結(jié)晶的目的，并不加晶種，也不攪拌，不用任何方法控制冷卻速率及晶核的形成和晶體的生長(zhǎng)。
這類結(jié)晶器構(gòu)造最簡(jiǎn)單，造價(jià)最低，可獲得高質(zhì)量、大粒度的晶體產(chǎn)品，尤其適用于含多結(jié)晶水物質(zhì)的結(jié)晶。缺點(diǎn)是傳熱速率太慢，且屬于間歇操作，生產(chǎn)能力較低，占地面積較大。在產(chǎn)品量不太大而對(duì)產(chǎn)品純度及粒度要求又不嚴(yán)時(shí)，仍被采用。
     （2）攪拌式結(jié)晶槽：在空氣冷卻式結(jié)晶器的外部，裝設(shè)傳熱夾套或在內(nèi)部裝設(shè)蛇管式換熱器以促進(jìn)傳熱，并增加動(dòng)力循環(huán)裝置，即成為強(qiáng)制循環(huán)冷卻式結(jié)晶槽或攪拌式結(jié)晶槽。晶漿強(qiáng)制循環(huán)于外冷卻器與結(jié)晶槽之間，使晶漿在槽內(nèi)能較好地混合，并能提高冷卻面的熱交換速率，這種結(jié)晶槽可以分批或連續(xù)操作。為自然冷卻，必要時(shí)可配備內(nèi)部冷卻器。攪拌器可以從下方傳動(dòng)，也可以從上方傳動(dòng)。晶漿在導(dǎo)流筒中可以向上流動(dòng)，也可以向下流動(dòng)。
這類結(jié)晶器內(nèi)溫度比較均勻，產(chǎn)生的晶體較少但粒度較均勻，也使冷卻周期縮短，生產(chǎn)能力提高。對(duì)于易在空氣中氧化的物質(zhì)的結(jié)晶，可用閉式槽，槽內(nèi)通入惰性氣體。
     （3）長(zhǎng)槽攪抖式連續(xù)結(jié)晶器：長(zhǎng)槽攪抖式連續(xù)結(jié)晶器是一種應(yīng)用廣泛的連續(xù)結(jié)晶器，有較大的生產(chǎn)能力。其結(jié)構(gòu)為敞式或閉式長(zhǎng)槽，底為一個(gè)半圓形，槽外焊有水夾套，槽中裝有長(zhǎng)螺距的低速螺帶攪拌器。在操作時(shí)，濃熱溶液從槽的一端加入，冷卻水(或冷凍鹽水)通常是在夾套中與溶液作逆流流動(dòng)。螺帶攪拌器可以攪拌及輸送晶體，還可以防止晶體聚積在冷卻面上，并使已生成的晶體上揚(yáng)，散布于溶液中，使晶體在溶液中懸浮而生長(zhǎng)，從而獲得均勻的晶體。
 2. 蒸發(fā)式結(jié)晶器
      蒸發(fā)式結(jié)晶器是一類通過(guò)蒸發(fā)溶劑使溶液濃縮并析出晶體的結(jié)晶設(shè)備，其中以?shī)W斯陸蒸發(fā)式結(jié)晶器為例，結(jié)構(gòu)主要由結(jié)晶室、蒸發(fā)室及加熱室組成。工作時(shí)，原料液由進(jìn)料口加入，經(jīng)循環(huán)泵輸送至加熱器加熱，加熱后的料液進(jìn)入蒸發(fā)室，部分溶劑被蒸發(fā)，形成的二次蒸汽由蒸發(fā)室頂部排出，濃縮后的料液經(jīng)中央管下行至結(jié)晶室底部，然后向上流動(dòng)并析出晶體。其中結(jié)晶室呈錐形，自下而上截面積逐漸增大，因而固液混合物在結(jié)晶室內(nèi)自下而上流動(dòng)時(shí)，流速逐漸減小。粒度較大的晶體將富集于結(jié)晶室底部，可與過(guò)飽和溶液相接觸，故粒度將愈來(lái)愈大。而粒度較小的晶體則處于結(jié)晶室的上層，只能與過(guò)飽和度較小的溶液相接觸，故粒度只能緩慢增長(zhǎng)。因此在結(jié)晶室中的晶體被自動(dòng)分級(jí)，為奧斯陸結(jié)晶器的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。奧斯陸結(jié)晶器的操作性能優(yōu)異，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資成本較高。
3. 真空結(jié)晶器 
      真空結(jié)晶操作是將常壓下未飽和的溶液，在絕熱條件下減壓閃蒸，由于部分溶劑的氣化而使溶液濃縮、降溫并很快達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)而析出晶體。工作時(shí)把熱濃溶液送入密閉而絕熱的容器中，器內(nèi)維持較高的真空度，使器內(nèi)溶液的沸點(diǎn)較進(jìn)料溫度為低，于是此熱溶液勢(shì)必閃急蒸發(fā)而絕熱冷卻到與器內(nèi)壓力對(duì)應(yīng)的平衡溫度。
真空結(jié)晶器既有冷卻作用又有少量的濃縮作用。由溶液冷卻所釋放的顯熱及溶質(zhì)的結(jié)晶熱來(lái)提供溶劑蒸發(fā)所消耗的汽化潛熱，溶液受到冷卻而無(wú)需與冷卻面接觸，溶劑被蒸發(fā)而又不需要使溶液與加熱面接觸，故而在器內(nèi)根本不需設(shè)置換熱面。
（1）間歇式真空結(jié)晶器
     間歇式真空結(jié)晶器的器身是一個(gè)具有錐形底的容器。將料液置于容器中，料液的閃急蒸發(fā)造成劇烈的沸騰，使溶劑的蒸汽從器頂排出而進(jìn)入噴射器或其他真空設(shè)備中。加強(qiáng)攪拌使溶液溫度相當(dāng)均勻，并使晶粒懸浮起來(lái)，直到充分成長(zhǎng)后沉入錐底。每批操作結(jié)束后，晶體與母液的混合液經(jīng)排料閥放至晶漿槽，隨后進(jìn)行過(guò)濾，使晶體與母液分開(kāi)。
此結(jié)晶器的主要優(yōu)點(diǎn)為構(gòu)造簡(jiǎn)單，溶液系絕熱蒸發(fā)冷卻，不需傳熱面，避免了晶體在傳熱面上的聚結(jié)，故造價(jià)低而生產(chǎn)能力較大。
  (2)多級(jí)真空結(jié)晶器  
     多級(jí)真空結(jié)晶器的器身是橫臥的圓筒形容器，器內(nèi)由垂直檔板分割為幾個(gè)相連通室，允許晶漿在各室之間流動(dòng)，然而各室上部的蒸氣空間則互相隔絕，各蒸汽空間分別與真空系統(tǒng)相連。 在器底各級(jí)都裝有空氣分布管，與大氣相連通，故在運(yùn)行時(shí)可從器外吸入少量空氣，經(jīng)分布管鼓泡通過(guò)液層而起攪拌作用，當(dāng)溶液溫度降至飽和溫度之下，晶體開(kāi)始析出，在空氣泡的攪拌下，晶粒得以懸浮、生長(zhǎng)，并能與溶液一起逐級(jí)流動(dòng)。
4. 通用型結(jié)晶器
（1）FC型結(jié)晶器
     FC型結(jié)晶器又稱強(qiáng)制外循環(huán)結(jié)晶器，屬于晶漿循環(huán)型結(jié)晶器，其結(jié)構(gòu)主要由結(jié)晶室、循環(huán)管、循環(huán)泵、換熱器等組成。結(jié)晶室有錐形底，晶漿從錐底排出后，經(jīng)循環(huán)管用軸流式循環(huán)泵送至換熱器，被加熱或冷卻后，沿切線方向重又進(jìn)入結(jié)晶室，如此循環(huán)，形成晶漿排出。晶漿排出口接近結(jié)晶室錐底處，而進(jìn)料口則在循環(huán)泵入口管線上。強(qiáng)制外循環(huán)結(jié)晶器
1. 大氣冷凝器2．循環(huán)管3．換熱器4．循環(huán)泵
 （2）Oslo型結(jié)晶器 
     Oslo型結(jié)晶器也稱為Krvstal結(jié)晶器或粒度分級(jí)型結(jié)晶器，主要分為真空冷卻結(jié)晶器、冷卻結(jié)晶器、蒸發(fā)結(jié)晶器等幾種。結(jié)晶器主要由氣化室與結(jié)晶室兩部分組成，結(jié)晶室的器身有一定的錐度，上部較底部有較大的截面積。母液與熱濃料液混合后用循環(huán)泵送到高位的汽化室，在汽化室中溶液汽化、冷卻而產(chǎn)生過(guò)飽和度，然后通過(guò)中央降液管流至結(jié)晶室的底部，轉(zhuǎn)而向上流動(dòng)。在結(jié)晶室中，液體向上的流速逐漸降低，其中懸浮晶體的粒度愈往上愈小，當(dāng)溶液到達(dá)結(jié)晶室的頂層，基本上作為澄清的母液在結(jié)晶的頂部溢流進(jìn)入循環(huán)管路。
Oslo結(jié)晶器的優(yōu)點(diǎn)在于循環(huán)液中基本上不含晶粒，從而避免發(fā)生葉輪與晶粒間的接觸成核現(xiàn)象，再加上結(jié)晶室的粒度分級(jí)作用，使這種結(jié)晶器所產(chǎn)生的晶體大而均勻，特別適合生產(chǎn)在飽和溶液中沉降速度大晶粒。缺點(diǎn)是生產(chǎn)能力受到限制，因?yàn)楸仨毾拗埔后w的循環(huán)流量及懸浮密度，把結(jié)晶室中懸浮液的澄清界面限制在溢流以下。
（3）DTB型結(jié)晶器
    DTB型結(jié)晶器中部有一導(dǎo)流管，四周方有圓筒形擋板，圓筒形擋板將結(jié)晶器分隔為晶體生長(zhǎng)區(qū)和澄清區(qū)，在導(dǎo)流筒內(nèi)接近下端處有螺旋漿(內(nèi)循環(huán)軸流泵)，以較低的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，使懸浮液在螺旋槳的推動(dòng)下，在筒內(nèi)上升至液體表層，然后轉(zhuǎn)向下方，沿導(dǎo)流筒與擋板之間的環(huán)形通道流至器底，重又被吸入導(dǎo)流筒的下端，如此反復(fù)循環(huán)，形成良好的混合條件。
DTB型結(jié)晶器效能較高，能生產(chǎn)較大的晶粒，生產(chǎn)強(qiáng)度較高，器內(nèi)不易產(chǎn)生結(jié)晶垢。適用于各種結(jié)晶方法，連續(xù)結(jié)晶的主要型式之一。DTB型結(jié)晶器由 1.導(dǎo)流筒   2. 環(huán)形擋板 3. 螺旋漿 4. 折腿 5. 加熱器  6．循環(huán)管7．器身 8．噴射真空泵9．大氣冷凝器組成。
（4）DP型結(jié)晶器
    DP型結(jié)晶器在結(jié)構(gòu)可以看作是對(duì)DTB型的改進(jìn)。DP型不只在導(dǎo)流筒內(nèi)安裝螺旋槳，向上推送循環(huán)液，而且還在導(dǎo)流筒外側(cè)的環(huán)隙中也設(shè)置了一組與導(dǎo)流筒內(nèi)的葉片相反螺旋槳葉，可向下推送環(huán)隙中的循環(huán)液。內(nèi)外兩組槳葉共同組成一個(gè)大直徑的螺旋槳，使其外直徑與圓型擋板的內(nèi)徑間的空隙很小，使得中間一段導(dǎo)流筒與大螺旋槳而同步旋轉(zhuǎn)。
DP型結(jié)晶器適用于不同的結(jié)晶方法，可降低二次成核速率，產(chǎn)品平均粒度加大，晶體在器內(nèi)的平均停留時(shí)間減少，從而提高了生產(chǎn)能力，循環(huán)阻力低，流動(dòng)均勻，容易使密度較大的固體粒子懸浮。
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