[发明专利]一种结晶器的澄清结构的设计方法

说明书

本发明涉及一种结晶器的澄清结构的设计方法；本发明依据溢流量、沉降目标粒度、结晶溶液密度、颗粒密度、溶液黏度以及结晶器主体结构，采用颗粒沉降公式，确定结晶器的澄清区的溢流口直径、澄清区宽度、澄清区几何形状以及几何尺寸。最后使用Fluent软件对设计的结晶器澄清区结构对目标粒度粒子的沉降和分布情况进行欧拉多相数值模拟，并依据CFD软件中的Plots工具以及excel软件分析了目标粒度粒子在有效澄清区的分布情况。本发明提供的结晶器澄清区结构设计方法具有良好效果。最终达到获得更大的晶体产品粒度和更为集中的产品粒度分布。

技术领域

本发明涉及水溶液或黏度与水溶液相近的溶液体系结晶过程中的结晶器的结构设计，特别涉及一种结晶器的澄清结构的设计方法。

背景技术

结晶器作为医药、材料以及化肥等行业的重要生产设备，其结构好坏不仅严重影响产品质量，同时也关系到生产能耗成本，因此，结晶器结构优化一直是工业结晶器研究的重要工作。目前，结晶器的流体力学研究通常有三种途径：理论流体力学方法，实验流体力学方法和计算流体力学(CFD)方法。理论流体力学由于是通过严格的数学分析，得到流场的数学解，然而，实际上可以得到数学解的情况是非常少的，因此，理论流体力学方法在实际的复杂流场中是无法使用的。实验流体力学方法由于是通过实验测定实际情况下的流场情况，因此得到的信息直观可靠，对于设备设计和过程放大可以提供直接的资料。实验流体力学得到的大量经验关系式在工业生产中发挥了巨大作用，因此，实验流体力学研究是搅拌设备设计研究不可缺少的。但要得到一个搅拌釜中的流场信息需要进行大量繁琐的实验工作，需要大量的人力、物力投入。随着计算机技术以及数值方法和理论的不断发展、完善，计算流体力学(CFD)方法目前得到长足发展和广泛运用。计算流体力学(CFD)方法在化工、汽车、航空、冶金和气象等行业均得到越来越多的应用。

工业结晶过程中由于晶体粒子的停留时间不同，导致晶体粒度大小不同，影响粒度分布的集中度以及产品粒度。为此，工业结晶器生产过程中往往需要大颗粒晶体产品沉降，随后排料、过滤、干燥获得产品，而细小晶体则需要溢流、再溶解，随后溶液返回结晶器进行结晶，这样可以获得粒度更大、更均匀的晶体产品。为了达到上述目的，许多结晶器如光卤石结晶器、氯化钠结晶器、联碱结晶器以及VC结晶器等往往需要澄清结构。

目前，虽然有关澄清设备已有一些专利，但大多属于水处理行业，如“一种水处理澄清装置”(CN201410381058.5)、“尾水尾矿水澄清新方法”(CN90108405.0)、“一种重辅絮凝澄清装置及方法”(CN201610115039.7)和“一种旋流式高效澄清池”(CN201520425194.X)等。这些设备和方法对于结晶器往往是不合适的，因为结晶器还需要结晶区以保证晶体成核和生长。目前，工业结晶器的澄清结构和几何尺寸大多凭感觉或经验进行设计，因此，其澄清效果往往无法达到较佳状态。为此，本发明提出一种关于结晶器澄清结构的设计方法，实现大粒度产品沉降而一定粒度的小粒子外排的目的。

发明内容

本发明的目的是为水溶液或溶液黏度与水溶液相近的溶液结晶的结晶器澄清结构提供一种设计方法，利用该方法可以提升结晶产品粒度及其粒度分布质量。

本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

一种结晶器澄清结构的设计方法；包括以下步骤：

第一步、确定结晶器的澄清区溶液的外排口直径：

依据HGT20570.6-95标准，对于水溶液或粘度与水溶液类似的液体其速度(u₀)范围为1.5～2.0m/s；因此，依据流速和溶液外排流量(Q，m³/h)，采用公式(1)计算外排口直径(d₀，mm)：

d₀＝18.81Q^0.5u₀^-0.5 (1)