[实用新型]一种通过超声波控制结晶成核过程的结晶器

说明书

技术领域

本实用新型属于结晶设备领域，特别涉及一种通过超声波控制结晶成核过程的结晶器。

背景技术

现代工业结晶技术与设备是制备生物医药高端产品的共性核心技术，是具有绿色化与智能化特征的精加工核心技术，是实现生物医药由低端粗品向高端功能精品提升的核心技术，是对生物医药产业竞争力整体提升具有带动性、全局性影响的关键共性核心技术。加强该领域的研发已经成为必须抢占的战略制高点。

晶核是过饱和溶液中新生产的微小晶体粒子，是晶体生长过程必不可少的核心。成核速率是决定晶体产品粒度分布的首要动力学因素，但在工业结晶过程中，通常初级成核发生在高过饱和度的条件下，体系处于热力学非稳定状态，使成核过程难以控制。目前，在结晶过程中，通常通过添加晶种的方式来促使成核在低过饱和度下发生。研磨是目前用来生产晶种的最常用方式，但通过研磨产生的晶种粒度和粒度分布难以控制。同时，研磨过程存在容易引入杂质，原料浪费，扬尘污染等问题。另外，当研磨后的晶种加入体系时，往往因研磨产生的静电导致聚结，使其在液相中分散较困难。而超声波诱导产生的晶核不存在以上问题，是实现在低饱和度下对晶体成核过程进行控制的有效手段。

目前超声波难以应用在工业结晶器上进行成核控制的原因是诱导成核需要的超声能量相对较高，使用单个超声发生器发射的超声能量容易分散，难以在低过饱和度的情况下促进晶核产生。必须使用超声波聚能器增加单位体积的能量密度以诱导晶核产生，纵向安装时超声波聚能器的变幅杆长度有限，难以深入结晶体系，无法保证晶核扩散。横向安装时，超声波变幅杆在结晶器中阻碍流体流动，突出部分容易与晶体碰撞产生晶垢。需要设计新型的超声发生器以解决能量密度低和难以安装的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种通过超声波控制结晶成核过程的结晶器，不仅能够提供足够能量密度诱导成核，而且能够方便地将现有的工业结晶器改造成本发明，方便晶体成核控制。

本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：

本实用新型涉及一种通过超声波控制结晶成核过程的结晶器，包括以下部件：

结晶母液容器3,

至少一组成核诱导器6，其中每组内的成核诱导器6的个数为多个，其中每一个成核诱导器6包括超声波发射片1和导能头2，所述导能头2与所述超声波发射片1和所述结晶母液容器3的外壁贴合固定。

本实用新型优选的实施方案中，所述导能头2用于对所述超声波发射片1发射的超声波进行定向传导。

本实用新型优选的实施方案中，所述导向头2和超声波发射片1的布置方式使得其所发出的超声波与所述结晶母液容器3法线方向的夹角为40-80^。。

本实用新型优选的实施方案中，每组内的多个所述超声波发射片1的布置方式使得它们所发射的超声波通过所述导能头2定向传导后聚焦于结晶母液容器3内的非圆心位置处的超声波聚焦点5。

本实用新型优选的实施方案中，各组成核诱导器6各自的超声波聚焦点5的位置彼此独立地设置。

本实用新型优选的实施方案中，所述超声波聚焦点5位于结晶母液容器3的结晶母液的环流区域内。

其中所述导能头的材质为能传递超声波的材料，但其外壁上覆盖有阻挡超声波的材料，而仅在希望超声波传递的方向上未覆盖阻挡超声波的材料，从而起到对超声波进行定向传导的作用。

本实用新型的工作过程为：所述超声波发射片1产生的超声波，通过所述导能头2定向传导后进入所述结晶母液容器3中。通过多束超声波聚焦，在焦点形成单束超声波无法达到的能量密度，刺激晶核大量产生。同时，通过调整所述导能头2的定向传导方向，使每一组内的各超声波发射片所发出的超声波聚焦点5位于所述结晶母液容器3的结晶母液的环流区域内，在该区域内，结晶母液在搅拌器作用下做上下环流运动，使得通过超声波聚焦作用产生的晶核能够迅速随流体扩散至整个所述结晶母液容器3，防止表面能较高的晶核发生聚结的同时，保证整个所述结晶母液容器3内各部分晶体的均匀生长，进而达到优化晶体产品粒度、粒度分布、晶型等指标的目的。

本实用新型的关键点在于：利用多个超声波发生器同步工作，通过多束超声波聚焦，从而在聚焦区域内累积足够的能量密度，诱导晶核在低过饱和度下产生。同时，聚焦区域可以设定在结晶母液环流区域内，可迅速将超声波诱导的晶核均匀的扩散到整个结晶母液容器。

本实用新型有益效果：