CN109761294B - 一种适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，包括外筒及设置在外筒内的导流筒和导流挡板，导流挡板设置在外筒的底部，导流筒和导流挡板均采用弧形设计。本发明对传统结晶器结构进行了改进，采用弧形导流筒的结构设计，基于流体流动方向截面积的变化使结晶器内流场剪切作用得到增强，进而强化结晶器内部物料混合；同时，在结晶器底部加装采用弧形设计的导流挡板，用于强化晶体颗粒的分级沉降，依据颗粒沉降理论，细晶体颗粒将连同流体回流至导流筒内继续循环直至长大，粗晶体颗粒则沉降进入结晶器底部，进而保证结晶颗粒产品的尺寸。本发明通过强化结晶器内的流体混合与颗粒沉降过程，提高了结晶器的操作效率和精细度。
Description
技术领域
本发明涉及结晶分离技术领域，具体是一种适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器。
背景技术
结晶是化工分离工程中最重要的单元操作之一，广泛应用于工业生产过程中，尤其是近年来煤化工高盐废水近零排放工艺的开发，对分质结晶技术装备提出了更高要求。
煤化工高盐废水为无机-有机交互体系，由于难降解有机污染物的存在，分质结晶回收的无机盐产品往往存在有机物的附着与夹带，产品质量难以保证。结晶器作为分质结晶过程主要装备，是最为直接的结晶盐品质控制平台。本申请发明人研究发现，充分的物料混合与晶体生长是控制有机污染物夹带的两个重要手段，因此，结晶器内混合过程强化与晶体颗粒尺寸控制是煤化工高盐废水分质结晶工艺过程的关键。
CN105597362A专利公开了一种钾盐工业用机械结晶器，包括结晶器本体、外筒、导流筒、给料挡板、主搅拌装置、碗形挡板和排料搅拌装置，所述外筒、导流筒、给料挡板、碗形挡板与结晶器本体固定连接，所述主搅拌装置、排料搅拌装置通过支架和轴承与结晶器本体连接，所述结晶器本体上端设有母液溢流口，底部设有排料口，所述碗形挡板位于导流筒正下方，底部呈中间高四周低的拱形结构，底部四周设有物料连通孔。利用本发明对氯化钾和硫酸钾进行结晶生产，可使原料给料粒度放大至8mm，结晶循环料浆与结晶产品相对分离，有效提高循环料浆质量浓度和结晶器处理量，增大结晶产品粒度，降低结晶产品中的原料夹带率，获得更好的结晶效果。但该结晶器中的导流筒和碗形挡板只是普通的喇叭状和碗状设计，与传统结晶器中导流筒和挡板类似，该专利中的导流筒和碗形挡板的内表面为直线型，不存在流通方向上的速度梯度，并未完全解决物料的混合强化和晶体颗粒尺寸控制问题。
本发明通过结晶器内流场结构的分析，对结晶器结构进行了改进设计，以实现结晶器内部混合过程强化及晶体颗粒分级控制，提升结晶器的操作效率和精细程度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，对结晶器结构进行合理设计，优化结晶器内部流场分布，强化结晶器内部剪切混合作用，依据颗粒沉降理论实现晶体颗粒的分级控制，提供一种适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，以提升结晶器的操作效率和精细度。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，包括外筒及设置在外筒内的导流筒和导流挡板，所述的导流挡板设置在所述的外筒的底部，所述的导流筒和所述的导流挡板均采用弧形设计。
本发明对传统结晶器结构进行了改进，对导流筒和导流挡板分别采用弧形设计，符合结晶器内固液两相的流体力学特性，有利于结晶器内流场的发展，可进一步强化结晶器内的流体混合与颗粒沉降过程，从而充分利用结晶器内多相流动特征，提高其操作效率和精细度。
本发明采用弧形导流筒的结构设计，基于流体流动方向截面积的变化使结晶器内流场剪切作用得到增强，进而强化结晶器内部物料混合。此外，在结晶器底部加装采用弧形设计的导流挡板，用于强化晶体颗粒的分级沉降。依据颗粒沉降理论，细晶体颗粒将连同流体在挡板作用下回流至导流筒内继续循环直至长大，粗晶体颗粒则由于其沉降性能而进入结晶器底部，进而保证结晶颗粒产品的尺寸。
作为优选，所述的导流筒的内侧面由多个上下依次连接的球形弧面构成。
作为优选，所述的导流筒的内侧面和外侧面分别由多个上下依次连接的球形弧面构成。
进一步地，每个所述的球形弧面对应的球形弧线的弧度为0.7~2.4。
进一步地，所述的导流筒的最大内径为所述的外筒的内径的0.15~0.45倍。
作为优选，所述的导流挡板为下凸的环形的导流挡板，所述的导流挡板的外侧面与所述的外筒的内壁相切。
进一步地，所述的导流挡板对应的弧线的弧度为1.0~2.8。
进一步地，所述的导流挡板的内环的直径为所述的外筒的内径的0.05~0.25倍。
作为优选，所述的外筒上设置有进料口、溢流口和螺旋桨，所述的螺旋桨伸入所述的导流筒内，所述的导流筒的上部的外侧套设有折流筒，所述的外筒的底部连接有倒锥形的沉降筒，所述的导流筒的下部伸入所述的沉降筒内，所述的折流筒经所述的导流筒与所述的沉降筒相通，所述的折流筒的外侧面与所述的外筒的内侧面之间围成环形的混合区，所述的混合区分别与所述的溢流口、折流筒和沉降筒相通，所述的导流挡板安装在所述的沉降筒的下部，所述的导流挡板位于所述的导流筒的下方，所述的导流挡板与所述的沉降筒的下部围成沉降区，所述的沉降区的底部设置有排矿口。该结晶器仅是具体采用弧形设计的导流筒和导流挡板的一种适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器应用实例。在实际应用中，弧形设计的导流筒和导流挡板也可应用于其他传统结晶器中，替换其相应的导流筒和导流挡板。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器对传统结晶器结构进行了改进，采用弧形导流筒的结构设计，基于流体流动方向截面积的变化使结晶器内流场剪切作用得到增强，进而强化结晶器内部物料混合；同时，在结晶器底部加装采用弧形设计的导流挡板，用于强化晶体颗粒的分级沉降，依据颗粒沉降理论，细晶体颗粒将连同流体回流至导流筒内继续循环直至长大，粗晶体颗粒则沉降进入结晶器底部，进而保证结晶颗粒产品的尺寸。本发明通过强化结晶器内的流体混合与颗粒沉降过程，提高了结晶器的操作效率和精细度。
附图说明
图1为实施例中适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1的适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，如图1所示，包括外筒1及设置在外筒1内的导流筒2和导流挡板3，导流挡板3设置在外筒1的底部，导流筒2和导流挡板3均采用弧形设计，导流筒2的内侧面由多个上下依次连接的球形弧面21构成。导流挡板3为下凸的环形的导流挡板3，导流挡板3的外侧面与外筒1的内壁相切。
实施例2的适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，与实施例1的区别在于，实施例2中，每个球形弧面21对应的球形弧线的弧度为0.7~2.4，
实施例3的适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，与实施例2的区别在于，实施例3中，导流筒2的最大内径为外筒1的内径的0.15~0.45倍。
实施例4的适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，与实施例3的区别在于，实施例4中，导流挡板3为下凸的环形的导流挡板3，导流挡板3的外侧面与外筒1的内壁相切，导流挡板3对应的弧线的弧度为1.0~2.8。
实施例5的适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，与实施例4的区别在于，实施例5中，导流挡板3的内环的直径为外筒1的内径的0.05~0.25倍。
实施例6是具体采用弧形设计的导流筒2和导流挡板3的一种适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器应用实例。如图1所示，该改进型结晶器包括外筒1及设置在外筒1内的导流筒2和导流挡板3，导流挡板3设置在外筒1的底部，导流筒2和导流挡板3均采用弧形设计，导流筒2的内侧面由多个上下依次连接的球形弧面21构成；外筒1上设置有进料口（图中未示出）、溢流口4和螺旋桨5，螺旋桨5伸入导流筒2内，导流筒2的上部的外侧套设有折流筒6，外筒1的底部连接有倒锥形的沉降筒7，导流筒2的下部伸入沉降筒7内，折流筒6经导流筒2与沉降筒7相通，折流筒6的外侧面与外筒1的内侧面之间围成环形的混合区8，混合区8分别与溢流口4、折流筒6和沉降筒7相通，导流挡板3安装在沉降筒7的下部，导流挡板3位于导流筒2的下方，导流挡板3与沉降筒7的下部围成沉降区9，沉降区9的底部设置有排矿口10。
由结晶器内固液两相流体力学行为特性可知，传统内表面为直线型的导流筒2和导流挡板3不存在流通方向上的速度梯度，而本发明通过弧形导流筒2的改进型内构件设计，导流筒2内流体流通存在截面积的变化，由此在原有基础上产生流通方向上的速度剪切，进一步强化了结晶器内的混合作用，同时，结合弧形导流挡板3的设计，结晶器内的物料被导流进入导流筒2后，依据颗粒沉降特性，较细的结晶颗粒具有较好的跟随性，跟随流体进入导流筒2，进而在结晶器内循环以便晶体颗粒长大；较大的颗粒具有较好的沉降性，则通过导流挡板3的内孔31沉降进入结晶器底部的沉降区9，并通过排矿口10排料，进而保证分质结晶工艺过程的无机盐产品尺寸，从而控制有机污染物的夹带作用。
Claims (6)
1.一种适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，包括外筒及设置在外筒内的导流筒和导流挡板，其特征在于：所述的导流筒和所述的导流挡板均采用弧形设计，所述的导流筒的内侧面由多个上下依次连接的球形弧面构成，所述的导流挡板为下凸的环形的导流挡板，所述的外筒的底部连接有倒锥形的沉降筒，所述的导流挡板安装在所述的沉降筒的下部，所述的导流挡板位于所述的导流筒的下方，所述的导流挡板的外侧面与所述的沉降筒的内壁相切，所述的导流挡板对应的弧线的弧度为1.0～2.8。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，其特征在于：所述的导流筒的内侧面和外侧面分别由多个上下依次连接的球形弧面构成。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，其特征在于：每个所述的球形弧面对应的球形弧线的弧度为0.7～2.4。
4.根据权利要求1或2所述的一种适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，其特征在于：所述的导流筒的最大内径为所述的外筒的内径的0.15～0.45倍。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，其特征在于：所述的导流挡板的内环的直径为所述的外筒的内径的0.05～0.25倍。
6.根据权利要求1所述的一种适用于高盐废水分质结晶的改进型结晶器，其特征在于：所述的外筒上设置有进料口、溢流口和螺旋桨，所述的螺旋桨伸入所述的导流筒内，所述的导流筒的上部的外侧套设有折流筒，所述的导流筒的下部伸入所述的沉降筒内，所述的折流筒经所述的导流筒与所述的沉降筒相通，所述的折流筒的外侧面与所述的外筒的内侧面之间围成环形的混合区，所述的混合区分别与所述的溢流口、折流筒和沉降筒相通，所述的导流挡板与所述的沉降筒的下部围成沉降区，所述的沉降区的底部设置有排矿口。
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