專利名稱：結晶的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明的領域本發明涉及一種結晶工藝及其設備，并特別涉及一種結晶過程，能夠在結晶操作中實現改進的平均顆粒尺寸和顆粒直徑的分布，并以簡單的過程而不用復雜的設備可防止晶體在結晶槽和與結晶槽連接的設備上粘結。
背景在諸如硫酸銨化肥及尿素化肥等化肥領域，使用各種化學產品，藥品和食品，各種結晶設備生產結晶顆粒。從加熱類型來看，結晶設備可分為內加熱型結晶設備和外加熱型結晶設備。從攪拌來看，結晶設備可分為使用液體沸騰的自發攪拌類型的結晶設備，與具有配置在設備內部的攪拌葉片的強迫攪拌類型的結晶設備。
對于每一種類型的結晶設備重要的是，控制晶體的平均顆粒直徑和顆粒直徑的分布，并防止晶體粘結到結晶設備壁的表面。為了控制晶體平均顆粒直徑和顆粒直徑的分布以及防止晶體粘結到設備壁表面已作出各種努力。
在結晶設備中，當結晶的條件決定了時，結晶中稀漿的保持時間(結晶槽的體積)是從材料的平衡和晶體生長必須的結晶時間(晶體的駐留時間)決定的。當作為目標值的平均顆粒直徑或顆粒直徑的分布改變時，必須通過在結晶槽中液體水平變化允許的范圍內結晶期間稀漿保持時間的改變，或通過結晶的溫度和壓力的改變而達到新的目標值。當然，以上條件變化的范圍是有限制的。
為了克服以上的限制，長期以來作出了各種努力。例如，在結晶槽內形成了復雜的結構。這種結構典型的例子包括Oslo型結晶槽(Crystal Oslo)及通風管式結晶槽。例如，在日本專利公開No.Heisei6(1994)-226003中描述的工藝中，具有許多對液體鼓風的開口的環形管配置在通風管外管的下端，外部循環設備連接到環形管，并通過環形管向結晶槽提供溶液。
為了防止晶體的粘結，如下所述在的晶體粘結和生長的部分采取了局部措施。
1)為了在設備的液體表面部分抑制晶體粘結，通過各種拋光(磨光或電解拋光)或以抑制粘結的材料涂敷(諸如以Teflon涂敷)處理表面部分。
2)為了對設備的液面部分的溶液提供防止形成晶體的性質，設備的液體表面附近的溶液以具有低于飽和的濃度被加熱或冷卻的溶液代替。
3)為了即便當晶體被粘結時防止晶體的生長，晶體被機械地去除(提供刮板去除)。
例如，在日本專利公開No.Heisei 10(1998)-156103中描述的工藝中，溶劑是從含有用于結晶的原料的過飽和溶液在降低的壓力下蒸發的，同時溶液由具有攪拌軸的攪拌器攪拌，蒸發的溶劑凝聚在結晶槽的外側，且溶劑被噴射到結晶槽的氣相部分，以便防止晶體在結晶槽氣相部分的粘結。
如上所述，已經為改進顆粒直徑的分布和及防止晶體粘結到壁上對結晶槽作出了各種努力。然而，一般來說，需要復雜的設備或操作，但大多數情形下達不到實際的效果。例如，在日本專利公開No.Heisei10(1998)-156103中描述的工藝中，通過蒸發獲得的溶劑必須噴射到結晶槽內部。已經濃縮的材料在結晶槽中的濃縮還隨噴射的溶劑再次被稀釋，并降低了濃縮的效率。在日本專利公開No.Heisei6(1994)-226003描述的工藝中，需要具有對液體鼓風的開口的復雜的管路。
本發明的概述本發明的目的是要提供一種工藝，用于以簡單而無需復雜設備的過程改進顆粒直徑的分布并防止晶體粘結到壁上。
作為由本發明人為了實現以上目的對結晶工藝和結晶設備廣泛研究的結果，發現當結晶進行時同時形成的稀漿部分或全部量從結晶槽取出并被引入到晶體循環設備，在晶體再循環設備中稀漿中的晶體被分離或稀漿被濃縮，并且分離的晶體或濃縮的稀漿被再循環到結晶槽，能夠增加晶體在結晶槽中的駐留時間和稀漿的濃縮，改進了顆粒直徑的分布，并能夠通過控制再循環晶體的流率獲得具有所需平均顆粒直徑的晶體，并防止了晶體在結晶槽和與結晶槽連接的設備中液體表面部分的粘結。
本發明提供了一種結晶工藝，包括把溶液或由溶質不完全結晶形成的稀漿引入結晶槽，使在結晶槽中的溶質結晶，形成包括晶體和溶劑的稀漿并向外部釋放形成的稀漿，進行結晶，其中形成的稀漿的部分或全部量從結晶槽取出并被引入到晶體再循環設備，在晶體再循環設備中稀漿中的晶體被分離或稀漿被濃縮，且被分離的晶體或濃縮的稀漿被再循環到結晶槽；以及用于結晶工藝的一種結晶設備，該工藝包括把溶液或由溶質的不完全結晶形成的稀漿引入到結晶槽，使結晶槽中的溶質結晶，形成包括晶體和溶劑的稀漿，并把形成的稀漿釋放到外部，結晶設備包括晶體再循環設備，用于分離出在形成的稀漿中的晶體或濃縮形成的稀漿，并向結晶槽再循環分離的晶體或濃縮的稀漿。
附圖的簡要說明
圖1示出表示本發明原理的一圖示。圖2示出傳統的設備的一流程圖其中通過在高溫閃蒸稀漿進行結晶。圖3示出一流程圖，表示本發明的結晶設備中的基本流程圖，包括圖2中所示的設備和和晶體再循環設備。圖4示出表示本發明包括兩個晶體再循環設備的結晶設備一實施例的流程圖。圖5示出表示本發明結晶設備的另一實施例的流程圖，其中從結晶槽取出的稀漿一部分沒有再循環到結晶槽而是釋放到外部。
記號的說明在以上圖示中，V表示結晶槽，R、R1和R2每一表示晶體再循環設備，PP表示泵，A表示攪拌器，而C1和C2每一表示用于控制流率的裝置，諸如控制閥。
優選實施例的詳細說明本發明中使用的結晶槽的類型沒有特別的限制。最好是連續的結晶槽。一般來說，在結晶槽中形成的稀漿的全部量通過一個泵被引入到晶體子循環設備，用于提取晶體。在必要時，在結晶槽中形成的稀漿的一部分可被提取到外部，而不通過晶體再循環設備。
晶體再循環設備由用于分離晶體的設備或由用于濃縮稀漿的設備，以及用于轉移的設備組成，在用于分離晶體的設備中晶體從結晶槽取出的稀漿被分離出，在用于濃縮稀漿的設備中包含晶體并從結晶槽提取出的稀漿被濃縮，通過轉移設備分離出的晶體或濃縮的稀漿被轉移到結晶槽供再循環。作為用于分離的設備，可以使用任何設備，只要該設備能夠從稀漿分離出晶體即可。作為濃縮稀漿的設備，可以使用任何設備，只要該設備能夠濃縮稀漿即可。例如，能夠使用廉價的傳統設備，諸如液體旋風分離器，重力沉淀設備和離心沉淀設備等作為濃縮稀漿的設備。
在結晶槽中形成并被引入到晶體再循環設備中的稀漿的流率，適當地根據溶質的物理性質諸如可溶性及稀漿的物理性質決定。通過配置晶體再循環設備并根據本發明的工藝再循環晶體，結晶槽中的晶體量與不使用晶體再循環設備相比能夠增加。稀漿的濃度是百分之幾到幾十，并且稀漿的濃度有時能夠大于百分之幾十。
由于結晶槽中的稀漿濃度能夠增加到所希望的值，就表現出諸如防止晶體粘結到結晶槽壁表面的優點。此外，由于可溶性與溫度相關的變化小而根據傳統工藝不易通過結晶被分離的物質有時能夠被分離，或者在以往不允許使用冷卻水的結晶工藝中有時能夠使用冷卻水。
一般來說，本發明中配有控制閥或其旋轉速度可控制的螺旋傳送器，并當分離出的晶體或濃縮的稀漿從晶體再循環設備被再循環到結晶槽時，通過改變控制閥或螺旋傳送器的旋轉速度，能夠改變顆粒的直徑分布，并能夠獲得具有所需平均顆粒直徑的晶體。通過這種操作能夠獲得具有高質量的晶體。此外，便于晶體的分離操作和下一步分離的晶體的轉移，因而能夠改進操作的效率。
本發明中，為了獲得防止在壁面上粘結及改進顆粒直徑分布的充分的效果，重要的是結晶槽中的稀漿是流體并被充分混合。一般來說，使用在槽內有攪拌器的結晶槽。另外，不僅可通過攪拌而且可通過其它操作，諸如從晶體再循環設備向結晶槽提供濃縮的稀漿作為紊流，或以高溫向結晶槽閃蒸原料的溶液，使結晶槽的內含物流質化，攪拌和混合。
以下將參照附圖描述本發明的工藝。圖1示出表示本發明的原理的一圖示。圖1中，原料通過流路T1被引入到結晶槽V。在結晶槽V中形成晶體。在結晶槽V中形成的晶體通過流路T2被轉移到晶體再循環設備R。在晶體再循環設備R中被分離的晶體，或在晶體再循環設備R中被濃縮的稀漿通過流路T4再循環到結晶設備V。作為原料被引入的晶體和在結晶設備中形成的晶體的部分通過流路T3流出晶體再循環設備，使得晶體再循環設備中的晶體含量保持為平衡。通過再循的環晶體增加了結晶設備V內稀漿的濃度。
作為晶體材料的平衡，通過流路T1提供的原料中的晶體的流率S1，與在結晶槽V中每單位時間P形成和生長的晶體量之和等于通過流路T3輸出的晶體的流率S3。當從晶體再循環設備R到結晶設備V再循環的晶體流率由S4表示時，通過流路T2(從結晶槽V到晶體再循環槽R的流路)轉移的晶體的流率S2由(S3+S4)表示。
當沒有通過流路T4的晶體流而保持在結晶槽V內的晶體量以H0表示時，獲得在存在以流率S4通過流路路T4的晶體流而保持在結晶槽V中的稀漿量H1為H1＝H0x(S4+S3)＝H0x(S4+P+S1)/(P+S1)。
如上所示，在存在流率為S4流時結晶槽V中的晶體的駐留時間從沒有流率為S4流的駐留時間按因子(H1/H0)增加。因而，能夠使晶體生長且能夠增加平均顆粒直徑。
圖2示出傳統的設備的一流程圖，其中結晶通過以高溫閃蒸稀漿進行。圖3示出表示本發明的包括圖2中所示的設備和晶體再循環設備的結晶設備中基本流的流程圖。
在圖3所示的流程圖中，成員高溫的原料稀漿通過流路T1被引入到就槽V。攪拌器A配置在結晶槽V中。結晶槽V中的稀漿由泵PP通過流路T2提取。稀漿的全部量通過流路T2被引入到晶體再循環設備R(液體旋風分離器等設備)，并分離為通過流路T3被轉移的稀釋稀漿，與通過流路T4被轉移的濃縮的稀漿。產品的晶體通過流路T3作為稀漿被提取。再循環進入結晶設備的晶體流率由配置在流路T4中用于控制流率的一閥門控制。
本發明中，可以使用各種工藝用于增加稀漿的濃縮的程度，并改進顆粒直徑的分布。例如，如圖4所示可在兩個步驟使用晶體再循環設備，或如圖5所示，從結晶槽提取的稀漿的一部分可從系統取出而不再循環到晶體再循環設備中。
在傳統的結晶設備中，過飽和溶液提供給結晶設備，晶體在冷卻和攪拌之下形成，并獲得包含晶體的稀漿。根據本發明的工藝，通過結晶設備和晶體再循環設備的組合增加了結晶設備中稀漿的濃度。其結果是，每單位晶體量結晶速率能夠保持很小，能夠獲得具有優秀的純度的致密和堅硬的晶體。
根據本發明的工藝，由于能夠增加結晶槽中稀漿的濃度，因而即使當提供給結晶槽的過飽和溶液的過飽和度保持很大時，每單位晶體量的結晶速率能夠保持很小，且能夠使結晶槽中的溶液的過飽和度很小。因而，能夠抑制或防止晶體在結晶槽內粘結。
在本發明的工藝中，當通過配置在結晶槽中的攪拌器的攪拌能夠使結晶中稀漿流質化時，通過具有高濃度的稀漿流能夠刮除粘結到結晶槽內壁表面的晶體。這樣，能夠防止晶體在結晶槽內的粘結，或能夠抑制晶體的生長。
在本發明中，通過組合使用結晶槽和晶體再循環設備，能夠獨立控制結晶槽中晶體的駐留時間和母液的駐留時間。因而，能夠自由控制稀漿中顆粒的直徑，并能夠獲得具有所需的顆粒直徑的晶體。為了控制顆粒直徑，當使用濃縮稀漿的設備作為晶體再循環設備時，使用控制閥用于控制濃縮稀漿的再循環流率，并當使用用于分離晶體的設備作為晶體再循環設備時，則使用螺旋傳送器用于控制晶體再循環流率。
本發明的工藝和設備能夠基本上用于任何能夠進行結晶的材料。因而，本發明的工藝和設備的優點在于廣泛用于多種工業領域。
在本發明的工藝和設備的應用中，通過組合使用結晶設備和再循環設備，結晶槽中稀漿的濃度能夠增加，并且顯示有以下優越的效果。
(1)能夠把每單位晶體量的結晶率抑制到很小的值，因而能夠獲得具有高純度致密和堅硬的晶體。
(2)即使當提供給結晶槽的過飽和溶液的過飽和度保持在很大的值，并且結晶槽中的溶液的過飽和度保持在很小的值時，也能夠把晶體的每單位量的結晶速率抑制到很小的值。因而，能夠防止晶體在結晶槽內的粘結并能夠抑制晶體的生長。
(3)當通過配置在結晶槽中的攪拌器攪拌使稀漿流質化時，能夠刮除粘結到結晶槽內側壁表面的晶體。因而，能夠防止晶體在結晶槽內的粘結并能夠抑制晶體的生長。
(4)使用結晶槽和晶體再循環設備的組合，并進而使用控制再循環晶體流率的功能，能夠把結晶槽中的稀漿濃度調節到所希望的值，并能夠獨立地改變結晶槽中晶體的駐留時間和母液駐留時間。其結果是，能夠按需要調節晶體的顆粒直徑，并能夠獲得具有所需顆粒直徑的晶體。
(5)如上所述，由于能夠按需要控制晶體的物理性質(密度，硬度和純度)，提供給結晶槽的過飽和溶液的過飽和度，晶體在結晶槽內的粘結和粘結的晶體的生長，因而能夠獲得具有高質量的晶體，并且便于進行結晶后晶體的分離和轉移操作。
(6)即使當與溫度相關的可溶性的差別很小以至通過結晶獲得的晶體直徑很小而不能根據傳統的工藝分離時，或者即使當由于否則降低結晶的溫度會使結晶的效果消失而不能進行水冷時，由于能夠增加結晶槽內稀漿的濃度，故能夠在結晶溫度提高時使用冷卻水進行結晶。
如上所述，通過組合使用結晶槽和晶體再循環設備，根據簡單的操作而無需使用復雜的設備，就能夠達到顆粒直徑分布的實現并防止晶體粘結到壁表面。因而，本發明的工藝和設備在工業上是先進的。
以下將具體參照例子描述本發明。然而本發明不限于這些例子。
例子1使用圖3所示的結晶設備，從天然均苯四酸的溶液進行均苯四酸的結晶。使用液體旋風分離器作為晶體再循環設備，并使用控制閥控制濃縮稀漿再循環的的流率。包含晶體成分(均苯四酸)的原料溶液(天然均苯四酸溶液)以高溫通過閃蒸蒸發到圖3所示的設備，并且濃縮的稀漿以從結晶槽提取稀漿的流率的0.3倍的流率，從晶體再循環設備再循環到結晶槽。其結果是，晶體的平均顆粒直徑為80μm，因而改進了設備分離晶體的能力。
例子2進行與例子1中所進行的類似的過程，所不同在于從結晶槽提取的晶體不提供給晶體再循環設備(液體旋風分離器)，并從系統中提取結晶設備中的稀漿而不進行再循環。其結果是，晶體的平均顆粒直徑大約為50μm。
權利要求
1.一種結晶工藝，包括把溶液或由溶質不完全結晶形成的稀漿引入結晶槽，使在結晶槽中的溶質結晶，形成包括晶體和溶劑的稀漿并向外部釋放形成的稀漿，進行結晶，其中形成的稀漿的部分或全部量從結晶槽取出并被引入到晶體再循環設備，在晶體再循環設備中稀漿中的晶體被分離或稀漿被濃縮，且被分離的晶體或濃縮的稀漿被再循環到結晶槽。
2.根據權利要求1的工藝，其中進行結晶的同時，通過控制分離的晶體或濃縮的稀漿從晶體再循環設備向結晶槽再循環的流率，而控制結晶槽中晶體的駐留時間和稀漿的濃度。
3.用于結晶工藝的一種結晶設備，該工藝包括把溶液或由溶質的不完全結晶形成的稀漿引入到結晶槽，使結晶槽中的溶質結晶，形成包括晶體和溶劑的稀漿，并把形成的稀漿釋放到外部，結晶設備包括晶體再循環設備，用于分離出在形成的稀漿中的晶體或濃縮形成的稀漿，并向結晶槽再循環分離的晶體或濃縮的稀漿。
4.根據權利要求3的結晶設備，該設備具有控制分離的晶體或濃縮的稀漿從晶體再循環設備向結晶槽再循環的流率的功能。
5.根據權利要求3和4任何之一的結晶設備，其中晶體再循環設備是用于分離晶體的設備。
6.根據權利要求3和4任何之一的結晶設備，其中晶體再循環設備是用于濃縮稀漿的設備。
7.根據權利要求6的結晶設備，其中用于濃縮稀漿的設備是液體旋風分離器。
8.根據權利要求3到7任何之一的結晶設備，該設備包括串聯的至少兩個晶體再循環設備，并具有從每個晶體再循環設備向結晶槽再循環分離的晶體或濃縮的稀漿的功能。
全文摘要
一種用于結晶的方法，包括把溶液或通過溶質的局部沉淀所形成的稀漿送到結晶槽，使溶質在結晶槽中沉淀以產生包括晶體和溶劑的稀漿，并將其卸出，其中裝有晶體返回裝置，用于從生成的稀漿分開晶體并將它們返回，或用于濃縮稀漿并將濃縮物返回，并把從結晶槽卸出的部分或全部生成的稀漿引入晶體返回裝置以便進行結晶，同時把從生成的稀漿提取的晶體或稀漿的濃縮物返回結晶槽。通過這樣安裝晶體返回裝置并進行結晶，同時向結晶槽返回晶體或稀漿濃縮物，晶體在結晶槽中的駐留時間可被增加，或能夠提高稀漿濃縮度。通過控制被返回的晶體的流率，改進了顆粒尺寸的分布，并可獲得具有任何所需平均顆粒直徑的晶體。進而，能夠防止晶體在結晶槽中以及在與液體接觸的周邊設備那些表面沉積。
文檔編號B01D9/02GK1466480SQ01816539
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月14日 優先權日2000年9月29日
發明者古屋貴久 申請人:三菱瓦斯化學株式會社