第六章-结晶器设计 PPT
结晶设备PPT课件
20200//33/2/244
10
DTB型蒸发结晶器
DTB型蒸发结晶器即导流筒-挡板蒸发结晶 器，也是一种晶浆循环式结晶器。
20200//33/2/244
11
20200//33/2/244
12
DTB型蒸发结晶器结构特点
20200//33/2/244
内循环流型 DTB型结晶 器由于设置 导流筒，形 成了循环通 道，导流筒 内接近下端 设置螺旋桨 （可以看作 内循环轴流 泵），所以 只需很低的 压头就能在 器内实现良 好的内循环。
20200//33/2/244
8
强制循环蒸发结晶器
20200//33/2/244
9
强制循环蒸发结晶器一种晶浆循环式连续结晶器。操作时, 料液自循环管下部加入，与离开结晶室底部的晶浆混合后 ，由泵送往加热室。晶浆在加热室内升温（通常为2～6℃ ），但不发生蒸发。热晶浆进入结晶室后沸腾，使溶液达 到过饱和状态，于是部分溶质沉积在悬浮晶粒表面上，使 晶体长大。作为产品的晶浆从循环管上部排出。强制循环 蒸发结晶器生产能力大，但产品的粒度分布较宽。
13
澄清区结构
DTB结晶器特征构件之一的圆筒形挡板将结晶器内分 隔为晶体生长区和澄清区。挡板与器壁间的环隙为澄 清区，其为搅拌的影响实际上已消失，较大为晶体从 母液中沉降分离，微小的晶体随母液在澄清区顶部排 出。澄清区通常为半圆形结构，主要起移除细晶，调 整器内微晶量的作用
20200//33/2/244
备，由PLC控制物料温度，其独特的结构和
工作原理决定了它具有传热效率高、配置简
单、操作控制方便、操作环境好等特点，广
泛适用于化工、医药、农药、等行业的结晶
作业。现生产制造设备处理量50～
结晶器设计计算
通过结晶器的热流量通过结晶器放出热流，可用下列计算Q=LEVP{C1（Te-Tl）+lf+cs（Ts-To）} （3.1）式中：Q：结晶器钢水放出的热量，kj/min；L：结晶器横截面周长，4.012m；E：出结晶器坯壳厚度，0.012m；V：拉速，2.2m/min；P：钢水密度，7.4×10⒊kj/kg·℃；由此可得： Q=LEVP{C1（Te-Tl）+lf+cs（Ts-To）}=62218kj/min结晶器水缝面积计算结晶器的水缝面积与单位水流量（冷却强度）铸坯尺寸的大小以及冷却水流速有关，结晶器水缝面积可用下式计算：F=QkS×106/（3600V）（mm2）（3.2）式中：Qk：单位水流量m3/n·m，经验值取100-500m3/n·m；取100m3/n·m。
S：结晶器周边长度，4×120×103m；V：冷却水流速，取6-10m/s，实际取8m/s；即结晶器水缝面积为：F+QkS×106/（3600v）=1.67×103mm33.5 结晶器的冷却系统为使结晶器壁有较高的导热系数，在铜壁与冷却水之间不能产生水垢和沉淀物。
由于结晶器的热负荷很高，接触结晶器壁的冷却水有时会达到汽化的温度。
为了防止出现水垢，水必须经过软化处理或脱盐处理[9]。
结晶器内冷却水的流量，一般按断面周长长度每毫米2-2.5每毫米计算。
经过净化及软处理的水一般都是循环使用。
采用封闭式供水系统。
充分利用回水系压有利于节能。
3.5.1 结晶器的倒锥度钢水在结晶器内凝固是因坯壳收缩形成气隙，通常是将结晶器作成倒锥度，后者定义为：△ =（S上—S下）/S上×L （3.3）式中：△：结晶器的倒锥度 %/m；S上，S下：结晶器的上边口，下边口长；L：结晶器长度。
倒锥度取值不能太小，也不能太大。
过小则作用不大，过大则增大了拉坯阻力，甚至卡钢而不能出坯[9]。
结晶器设计计算
通过结晶器的热流量通过结晶器放出热流，可用下列计算Q=LEVP{C1（Te-Tl）+lf+cs（Ts-To）} （3.1）式中：Q：结晶器钢水放出的热量，kj/min；L：结晶器横截面周长，4.012m；E：出结晶器坯壳厚度，0.012m；V：拉速，2.2m/min；P：钢水密度，7.4×10⒊kj/kg·℃；由此可得： Q=LEVP{C1（Te-Tl）+lf+cs（Ts-To）}=62218kj/min结晶器水缝面积计算结晶器的水缝面积与单位水流量（冷却强度）铸坯尺寸的大小以及冷却水流速有关，结晶器水缝面积可用下式计算：F=QkS×106/（3600V）（mm2）（3.2）式中：Qk：单位水流量m3/n·m，经验值取100-500m3/n·m；取100m3/n·m。
S：结晶器周边长度，4×120×103m；V：冷却水流速，取6-10m/s，实际取8m/s；即结晶器水缝面积为：F+QkS×106/（3600v）=1.67×103mm33.5 结晶器的冷却系统为使结晶器壁有较高的导热系数，在铜壁与冷却水之间不能产生水垢和沉淀物。
由于结晶器的热负荷很高，接触结晶器壁的冷却水有时会达到汽化的温度。
为了防止出现水垢，水必须经过软化处理或脱盐处理[9]。
结晶器内冷却水的流量，一般按断面周长长度每毫米2-2.5每毫米计算。
经过净化及软处理的水一般都是循环使用。
采用封闭式供水系统。
充分利用回水系压有利于节能。
3.5.1 结晶器的倒锥度钢水在结晶器内凝固是因坯壳收缩形成气隙，通常是将结晶器作成倒锥度，后者定义为：△ =（S上—S下）/S上×L （3.3）式中：△：结晶器的倒锥度 %/m；S上，S下：结晶器的上边口，下边口长；L：结晶器长度。
倒锥度取值不能太小，也不能太大。
过小则作用不大，过大则增大了拉坯阻力，甚至卡钢而不能出坯[9]。
结晶方法和结晶器-化工共48页
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
结晶方法和结晶器-化工
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
结晶技术精品课件
解度时，该溶液称为饱和溶液
过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解度时，该溶液称之为过饱
和溶液
精品 PPT 欢迎下载 可修改
8
饱和曲线与过饱和曲线
饱和曲线：溶解度曲线
稳定区：溶液没有饱和，没有结晶的可能
介稳区：又叫亚稳区，在此区域内，如果不
采取措施，溶液可以长时间保持稳定，如遇到 某种刺激，则会有结晶析出。另外，不会自发 产生晶核。但是，如果有晶核，则晶核长大而 吸收溶剂直至浓度回落到饱和线上。
•
10、低头要有勇气，抬头要有低气。1 0:11:27 10:11:2 710:11 10/14/2 020 10:11:27 AM
•
11、人总是珍惜为得到。20.10.1410:1 1:2710:11Oct- 2014-O ct-20
•
12、人乱于心，不宽余请。10:11:2710 :11:271 0:11W ednesd ay , October 14, 2020
精品 PPT 欢迎下载 可修改
9
五.结晶方法
方法一、冷却结晶法
主要通过冷却使溶液获得过饱和度。冷却结晶法适用于溶解度随温度降温 而显著下降的物系。
方法二、蒸发结晶法
蒸发结晶法是在常压沸点条件下，使溶剂中的溶剂部分气化（蒸发），使 溶液获得过饱和度。蒸发结晶法适用于溶解度随温度变化不大的物系
精品 PPT 欢迎下载 可修改
11
方法五、反应结晶法
反应结晶过程可分为反应和结晶两步，随着反映的进行，反应物的浓度 增大并达到饱和度，在溶液中产生晶核并逐渐长大为较大的晶体颗粒
方法六、等电点结晶法 利用溶质在溶液中的溶解度随着溶液的PH值的变化而变化，在等电点溶解度最小 的原理，通过控制溶液的PH值，在等电点将溶质从溶液中结晶的方法。这种方法 适用具备酸碱性的物质，如氨基酸。
连铸ppt-6-7
图3.1.水结晶冷却曲线 水结晶冷却曲线 1—水理论结晶曲线； 水理论结晶曲线； 2—水实际结晶曲线 水理论结晶曲线 水实际结晶曲线
（2）形核、长大（动力学条件） ）形核、长大（动力学条件） 形核过程 A.均质形核，又称自发形核 液态金属中存在很多与固态金属结构相似、体积很小、 液态金属中存在很多与固态金属结构相似、体积很小、近程 有序排列的原子集团，在很大的过冷度(通常 通常∆T=(0.15～ 有序排列的原子集团，在很大的过冷度 通常 ～ 0.20)Tl, 实验室测定纯铁 实验室测定纯铁∆T=0.16Tl=295℃。)条件下，这些 条件下， ℃ 条件下 原子集团变成规则排列，并稳定下来而成为晶核，这一过程 原子集团变成规则排列，并稳定下来而成为晶核， 即为均质形核。 即为均质形核。 B.非均质形核，又称非自发形核，也称异质形核 又称非自发形核， 在金属液相中已存在的固相质点和表面不光滑的器壁均可作 为形成核心的“依托”而发展成初始晶核。 为形成核心的“依托”而发展成初始晶核。非均质形核需要 的过冷度则很小，只要过冷度到20℃就能形成晶核。 的过冷度则很小，只要过冷度到 ℃就能形成晶核。 钢液内部含有熔点不同的杂质， 钢液内部含有熔点不同的杂质，因此钢液的结晶主要为非均 质形核。
4．铸坯凝固冷却过程分为四个阶段： ．铸坯凝固冷却过程分为四个阶段： 1）钢液在结晶器中快速冷却，形成薄的坯壳，坯壳与结晶 ）钢液在结晶器中快速冷却，形成薄的坯壳， 器壁紧密接触，此时冷却较快，铸坯表面温度明显下降； 器壁紧密接触，此时冷却较快，铸坯表面温度明显下降； 2）随着凝固壳增厚，铸坯收缩，坯壳与结晶器壁间产生气 ）随着凝固壳增厚，铸坯收缩， 隙，铸坯冷却速度减慢； 铸坯冷却速度减慢； 3）铸坯从结晶器中拉出，在二冷区受到强烈的喷水冷却， ）铸坯从结晶器中拉出，在二冷区受到强烈的喷水冷却， 中心逐渐凝固； 中心逐渐凝固； 4）铸坯在空气中较缓慢的冷却，铸坯中心的热量传导给外 ）铸坯在空气中较缓慢的冷却， 层使铸坯外层变热，表面温度回升。 层使铸坯外形成的细小等轴晶的基础上， 在已形成的细小等轴晶的基础上， 一些在散热方向上具有优先成长 方位的晶体将继续长大。 方位的晶体将继续长大。如果在 结晶前沿液相中成分过冷很大， 结晶前沿液相中成分过冷很大， 则晶体呈树枝状发展， 则晶体呈树枝状发展，从而形成 了大体上平行于散热方向的树枝 晶集合组织（柱状晶）。 晶集合组织（柱状晶）。
结晶器内部构造
结晶器内部构造结晶器内部构造一、引言结晶器是用来进行晶体生长的装置。
结晶器内的结构和设计对于晶体的生长具有重要的影响。
本文将从结晶器内部的构造角度，介绍结晶器主要组成部分的功能和设计要点，以及常见的结晶器类型和应用。
二、结晶器的主要组成部分1. 壳体结晶器的壳体是整个装置的支撑结构，通常由优质耐热材料制成。
壳体的设计要合理，能够承受结晶过程中的高温和高压。
2. 隔热屏结晶器内部温度较高，为了防止热量散失，需要在壳体内部设置隔热屏。
隔热屏通常由耐热材料制成，能够有效降低结晶器内部温度的下降速率，提高结晶效率。
3. 搅拌装置搅拌装置是结晶过程中的重要组成部分。
它能够通过搅拌将溶液中的成分均匀分布，促进晶体的生长。
常见的搅拌装置有搅拌叶片、搅拌轴和驱动装置等。
在设计搅拌装置时，应考虑结晶过程中的气泡和溶液波动对于晶体生长的影响，并选择适当的搅拌速度和方式。
4. 温度控制装置结晶过程中温度的控制对于晶体生长非常重要。
温度控制装置通常由热传导材料、加热元件和温度传感器组成。
热传导材料能够均匀分布温度，加热元件通过调节能量输入来控制结晶器的温度，温度传感器用于监测和反馈结晶器内的温度变化。
5. 过滤装置结晶过程中，溶液中的杂质会影响晶体的质量和生长速度。
过滤装置能够通过过滤溶液中的杂质，净化溶液并提高晶体的纯度。
过滤装置通常包括滤芯、滤筒和支撑结构等。
三、常见的结晶器类型和应用1. 批式结晶器批式结晶器是最简单的结晶器类型，适用于小规模生产和实验室研究。
它能够在相对较短的时间内得到较高质量的晶体。
批式结晶器通常采用单层结构，搅拌装置直接与溶液接触。
2. 连续结晶器连续结晶器适用于大规模工业生产，能够实现连续供应高质量晶体。
连续结晶器通常采用多级结构，将结晶过程分为多个阶段进行。
每个阶段都有相应的搅拌装置和温度控制装置，以确保结晶器内部的温度和溶液浓度的稳定。
3. 蒸发结晶器蒸发结晶器是利用溶液中溶质的饱和度随温度变化而变化的原理进行结晶。
第六章08蒸发与结晶
第一节 常压与真空蒸发设备 第二节 结晶设备
第一节 常压与真空蒸发设备
一、蒸发目的 1)利用蒸发操作取得浓溶液； 2)将溶液蒸发并将蒸汽冷凝、冷却，以达
到纯化溶剂的目的。
二、设计蒸发器必须满足基本要求：
1、应防止或减少浓溶液在加热表面上析出溶 质而形成结垢。
2、对于热敏性的物质减少溶液在蒸发器内停 留时间。
图d: 柱状气泡
当气泡继续增大形 成柱状，气体以很 大的速度上升，而 液体受重力作用沿 气泡边缘下滑。
图e：湍流区
液体下降较多时，大 个柱状汽泡则被液层 截断。此时液相仍然 是连续相。这时混合 流体处于一种强烈的 湍流状态，气柱向上 升并带动其周围的部 分液体一起运动。
图f : 爬膜区
管壁上的液体受热 不断蒸发，气柱不 断增大，最后气柱 之间的液膜消失， 蒸汽占据了整个管 的中部空间，形成 连续相，液体只能 分布于管壁，形成 环状液膜，并在上 升蒸汽的拖带下形 成“爬膜”。
浓物料
• 15 冷凝水出 • 16 热泵
第八章 蒸发与结晶设备 第二节 结晶设备
一、结晶设备 二 、结晶设备的新动向
一、结晶设备
• 结晶： • 结晶是制备纯物质有效的方法。（微生物药物
的精制。）
饱和区的划分和结晶方法
不稳区
浓
真空结晶
度 冷却结晶
T
T 亚稳区
S
蒸发结晶+ B
SA
温度过饱和度稳定区
降膜蒸发器均匀分布液体方法：
1）齿形溢流口 2）导流棒 3）旋液导流器
罗纹导流管 切线进料旋流器
• 齿形溢流口、导流棒、罗纹导流管、切线进料旋流 器
• 1、齿形溢流口
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
¥ x3e-xmdx
0
（7）
• 从另一方面讲，在结晶器内晶体的全部个
数也可以表示为
ò N=F'Q= ¥ n0e-xmdx 0
• Θ—晶体的平均停留时间
（8）
从晶体的平均停留时间的定义
0
d dx r dx
0
θdr dx
dx
Θ—平均停留时间
dr dx
一定尺寸的晶体个数
θ 一定尺寸晶体的停留时间
• 等号两边同时等于结晶器内晶体的总个数（相对 值，因为r为相对分布），从晶体生长的角度我们
果一致。
当m=0时，产品晶体为同一尺寸，表示一 个连续操作的带有理想产品分级的操作过程，对 方程（3）进行积分，得到以质量为基础的生产速 率。
ò ò P=
¥ L
3
F'rvkvL* x3(ddxr)dx
¥
=F'rvkvL*3m0
xm+2e-xmdm
（5）
F ' 是全部结晶器内成核速率，如果用V表示结晶器体积，
有 GL G(ddL)av
L (dL/d)av
或
0
d dd x r x0 (d/L L d)am v m x 1e xm dx
(dL /Ld*)avm0xmexmdx
（9）
由方程（8）和（9）
N 0 n 0 e x m d x F '(d/L d L * )av m 0 x m e x m dx
• 计算：
MT—悬浮密度
C1—溶液的终止浓度，根据最后排出体系的温度
而定，即C1=f（Tf） VW—蒸发水量
MT
C0 1VW
C1
V0
可V0根—据溶母液液的中进杂料质体浓积度流而率定，，此对参单数组对分多系组统分M系T统是， 一个操作参数，根据结晶器的流动状态而定。因
此，可用上式计算体积、流率。
• 当结晶器操作于MSMPR模型
• 图5.11 5.17 5.18
• 强制循环结晶器可用 于很多过程，可根据 不同的过程来调节， 其也可设置粒度控制 系统。
结晶器的计算
• 生产能力和产品质量，和粒度要求 • 计算要求的基础数据与模型
– 溶解度数据
• 溶液的基本性质和颗粒的基本性质 如密度、形状系 数等
– 结晶成长速率模型与成核动力学模型 – 溶液的初始浓度C0
结晶器的选择与设计
• 在现代结晶器的设计中 – 考虑结晶动力学 – 设计产品的尺寸，尺寸 – 产品的质量。
• 结晶器工艺设计 1. 确定操作模型
(1). (2). 间歇型 2. 产生过饱和度的方法 冷却、 蒸发、 反应、 其它 3。结晶过程质量衡算 质量、热量、粒数衡算（略） 颗粒衡算与质量、热量衡算的关系
成核速率表示为B， #/m 3 gh
即 F' = BV
ò rv P V=L *3(B kvm0¥xm +2e-xmdx)
(6)
当m=1
m xm 2exm dx x3exdx 6
0
0
xd=L Ld*=(1+m 2)m 1 =3
L *3
L
3 d
27
方程（6）变成 rvPV=6BkvL*3=9 2BkvL3d
晶体的成核速率 #/h
• 如果以产品中最大质量的晶体作为晶体尺寸来表 示，这种晶体尺寸可以从方程（3）得出即
（4） d d w x= F 'rC k v L * 3 (m + 2 -m x m )x m + 1 e -x m= 0
xd
=
(1+
)2
1 m
m
x = Ld
d
L*3
注意：当m=1时，xd=3，其分布式和MSMPR的结
r=e-(L/L *)m=e-xm
r—相对产品颗粒个数的累积分布，当所有的晶体考虑在内 r=1 m—改良的均一系数，不同的m值表示不同的分布函数，假设在一个过程中
的产品其m值不变，也不随颗粒的尺寸而变。 L—晶体的尺寸。 L*—参考尺寸，其定义为在此尺寸下，r值为0.3679与m无关。 x—无因次晶体尺寸，x=L/L*
在这种假设下，在结晶器内的晶体密度分布正比
于方程（1）的r。如果把晶种（成核）在dx范围
内的个数表示为n0dx（注意：n0为核的粒数密度
n0，
在#/m无4gh 因次晶体尺寸x的颗粒数为
(n0dx)r=(n0dx)e-xm
• 因此，在结晶器内全部晶体重量为
ò ò wt =
¥ rvkvL3n0e-xmdx=rvkvL*3n0
这一结果和MSMPR的结果相同
以上分析是从产品晶体部分来考虑，下面再从结晶 器内部的晶体变化来考虑。
• 在稳定操作状态下，细小的晶体或者从外部加入
（加晶种）或者来源于系统内的成核，假设在操
作过程中成长的晶体没有破碎或聚并。因此，在
结晶器内一定尺寸的晶体的晶数密度与产品中大
于此晶体尺寸的积累尺寸分布成正比，也就是说，
3. 设计流程 • 操作模型的选择
连续：大型生产一般产生的晶体的尺寸分布较 宽可用一些控制手段来完成大晶体窄分布的产 品。
间歇：相对小的生产能力（50T/天）一般可产 生分布较窄的晶体也需要适当的控制方法。
• 操作过程的选择 冷却：溶解度随温度变化较大的体系，适宜用 冷却的方法。
蒸发：如果溶解度随温度变化不大的体系可用 蒸发法。在溶解度高时，为提高回收率用蒸发 的方法。
Ld 3G
Ld 3G
• 结晶器体积 ：进料流率 * 停留时间
这样设计的结晶器比较简单，但因为是MSMPR的假设下， 而以其结果很难适用于大型结晶器。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
设计图及设计程序
• 假设在稳定连续操作 的结晶过程中，其产 品的颗粒的累积尺寸 分布可用RosionRammler 方程表示：
反应：能产生沉淀的反应体系。
其它：溶剂萃取，高压结晶等。
结晶器类型的选择
• DTB结晶器（draft tube and baffle）图 5.7（导流筒、挡板式）
• 特征：固体悬浮较好， 可带有结晶排除系统 和产品颗粒分级系统， 实现晶体粒度的控制。
• FC（forced circulation）强制循环
• 在用方程（1）表示积 累产品晶体分布时，
颗粒的粒数密度（即
在一定的颗粒尺寸范 围内的晶体个数）为
dr dx
=-
mxm-1e-
xm
（2）
因此，在此尺寸范围内的晶体质量为dx r)
=F'rCkvL*m xm +2e-xm
w ( x ) —产品晶体的质量分布 kg/m·h r C —晶体密度 kg/m3 k v —晶体的体积形状系数 F ' —以个数为基准的晶体生产速率，它等于