一种水溶性肥料连续结晶方法与流程

1.本发明涉及结晶反应技术领域，具体涉及一种水溶性肥料连续结晶方法。


背景技术：

2.结晶是化学工业生产中典型的产品分离技术，通过降温实现产品的纯化结晶分离。通常的工艺方法为间歇式，具体操作包括进料、降温、出料等，具体是将热的结晶原液一次性加入专用的结晶器中，然后采用自然冷却、强制冷却等换热方式实现结晶，结晶操作完成后物料全部放出并进行固液分离。
3.上述生产方式，操作程序多，不同批次之间的产品质量差异大，批与批之间的质量存在明显差异。其中，进料和出料两个辅助环节在整个操作周期内占用了相当长的时间，导致结晶设备利用率低、产能低，能耗高，操作周期长。
4.中国专利文献cn110870984a公开了一种连续结晶器，包括缓冲罐和结晶罐，结晶原液通过缓冲罐进入到结晶罐内部，并在结晶罐内进行连续结晶后，成品结晶液通过第二排液口排出。该方案中采用的结晶器可以连续进料和连续出料。
5.然而，上述方案中，仅通过控制反应温度，生产过程中，容易导致结晶粒度分布不均匀。


技术实现要素：

6.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的连续结晶器无法保证结晶粒度分布均匀的缺陷，从而提供一种水溶性肥料连续结晶方法。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供一种水溶性肥料连续结晶方法，包括以下步骤：
8.将结晶原液通过进料管道连续地输送至混合器内；
9.将母液槽内的部分母液通过循环管道连续地输送至混合器内；
10.在混合器内将母液与结晶原液进行混合，并调整结晶原液的过饱和度；
11.将混合后的结晶原液和母液输送至结晶器内，在结晶器内通过搅拌析出结晶；
12.将结晶后产生的浆料输送至离心机内，通过离心机将浆料内的液体分离出来输送至母液槽。
13.可选地，通过过饱和度智能控制器调节结晶原液和循环母液的流量比例，以控制混合器内混合液的温度，从而调控混合器内的混合液的过饱和度。
14.可选地，所述过饱和度智能控制器通过进料管道上的第一流量计对进料管道内的结晶原液的流量进行监控，通过循环管道上的第二流量计对循环管道内的母液的流量进行监控。
15.可选地，所述过饱和度智能控制器通过混合器上的第一温度探头对混合器内的混合液的温度进行监控。
16.可选地，通过内部换热器和外部结晶器的冷却循环液的循环换热以对结晶器内的
混合液进行冷却。
17.可选地，所述内部换热器和所述外部结晶器之间的冷却循环液通过冷却循环泵驱动，所述冷却循环泵通过该智能控制器连接变频器进行控制。
18.可选地，所述结晶器上设置有液位计，通过所述液位计监控结晶器内的液位高度。
19.可选地，所述离心机分离出的部分母液返回到前工序进行蒸发浓缩。
20.可选地，所述结晶器的中部区域设置有第二温度探头，通过所述第二温度探头监控结晶器内的液体温度。
21.可选地，所述结晶器的底部区域连接有超声波探头，通过所述超声波探头监控结晶器内的晶体状态的实时特性参数信息。
22.本发明技术方案，具有如下优点：
23.本发明提供的水溶性肥料连续结晶方法，通过混合器将结晶原液和母液进行静态混合，在混合器内降低结晶原液和母液进行混合后的混合液过饱和度，从而减少成核数量，使晶体更加容易在结晶器内长大，结晶粒度分布更均匀。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明的实施例中提供的水溶性肥料连续结晶系统的一种具体实施方式的主视示意图；
26.图2为本发明的实施例中提供的水溶性肥料连续结晶系统的另一种具体实施方式的主视示意图；
27.图3为本发明的实施例中提供的水溶性肥料连续结晶方法的一种具体实施方式。
28.附图标记说明：
29.1、混合器；2、结晶器；3、离心机；4、母液槽；5、电机；6、减速器；7、搅拌器；8、外部保温层；9、第一电控阀；10、第二电控阀；11、第一流量计；12、第二流量计；13、第三流量计；14、第一温度探头；15、第二温度探头；16、内部换热器；17、外部换热器；18、冷却循环泵；19、液位计；20、超声波探头。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
34.本实施例提供的水溶性肥料连续结晶方法，可用于水溶性肥料的生产，具体的，进行水溶性肥料的大规模结晶生产。
35.如图1所示，为本实施例提供的水溶性肥料连续结晶方法中，所采用的水溶性肥料连续结晶系统的一种具体实施方式，包括：混合器1、结晶器2、离心机3和母液槽4。所述结晶器2具有进料口和出料口，所述混合器1与所述结晶器2的进料口连通，产品溶液通过进料管道进入所述混合器1内。所述离心机3的进口与所述结晶器2的出料口连通，通过离心机3的离心旋转用于将结晶器2底部出料口放出的浆料进行固液分离。所述母液槽4与所述离心机3的液体出口连通，所述母液槽4通过循环管道与所述混合器1连通。
36.使用时，如图3所示，具体包括以下步骤：
37.将结晶原液通过进料管道连续地输送至混合器1内；
38.将母液槽4内的部分母液通过循环管道连续地输送至混合器1内；
39.在混合器1内将母液与结晶原液进行混合，并调整结晶原液的过饱和度；
40.将混合后的结晶原液和母液输送至结晶器2内，在结晶器2内通过搅拌析出结晶；
41.将结晶后产生的浆料输送至离心机3内，通过离心机3将浆料内的液体分离出来输送至母液槽4。
42.本实施例提供的水溶性肥料连续结晶方法，通过混合器1将结晶原液和母液进行静态混合，在混合器1内降低结晶原液和母液进行混合后的混合液过饱和度，从而减少成核数量，使晶体更加容易在结晶器2内长大，结晶粒度分布更均匀。
43.如图1、图2所示，本实施例采用的结晶器2容积为120m3。另外，需要说明的是，本发明不对结晶器2的具体容积进行限制，在一些实施方式中，可选结晶器2的容积范围为100
±
50m3。
44.如图1所示，本实施例中结晶器2包括：结晶器本体、顶盖、电机5、减速器6、搅拌器7、进料口、出料口和外部保温层8。其中，结晶器本体的材质为不锈钢材料，电机5、减速器6、搅拌器7依次相连，并安装在结晶器2的顶盖上；进料口、出料口加装电磁阀。另外，需要说明的是，本发明不对结晶器2的具体结构进行限制，在一些实施方式中，结晶器2的具体结构也可以采用其他常规结构。
45.如图1所示，本实施中，在结晶器2内的搅拌器7为多层式轴流式搅拌器7，搅拌桨叶的层数至少两层，利用多层式轴流式搅拌器7强化物料分散，实现对晶体粒度的有效调控。另外，需要说明的是，本发明不对搅拌器7的具体结构进行限制，在一些实施方式中，搅拌器7也可以采用其他常规结构。
46.本实施例中，搅拌器7的转速由变频器控制，具体的，根据晶体生长尺寸，通过变频器控制搅拌器7的转速，在结晶生产过程中确保晶体不发生沉降的前提下将动力消耗控制
到最低水平，也就是，不产生晶体沉降的最小转速。
47.需要说明的是，本实施中，向混合器1内进入的结晶原液是指水和硫酸钾、硫酸镁、硫酸铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、硝酸钾、硝酸铵钙、硝酸钙、硝酸镁、氯化钾、氯化镁等水溶性肥料的一种或一种以上的混合物。
48.如图1所示，在水溶性肥料连续结晶系统中，所述混合器1上连接有过饱和度智能控制器，所述进料管道上设有第一电控阀9，所述循环管道上设有第二电控阀10，所述过饱和度智能控制器分别与所述第一电控阀9和所述第二电控阀10电连接。
49.使用时，通过过饱和度智能控制器调节结晶原液和循环母液的流量比例，控制混合器1内混合液的温度，从而调控混合器1内的混合液的过饱和度。具体的，过饱和度智能控制器根据混合器1内混合液的过饱和度，分别对第一电控阀9和第二电控阀10进行控制，以调整产品溶液和母液的配比。通过在线测量和自动化控制技术手段，精准控制物料温度、流量、换热速率，并利用高效轴流式搅拌器7强化物料分散，解决了间歇式结晶器2及通用连续结晶系统结构复杂、维修不便、能耗高及生产效率偏低的问题。
50.如图1所示，在水溶性肥料连续结晶系统中，所述进料管道上设有第一流量计11，所述循环管道上设有第二流量计12，所述结晶器2的出料口设置有第三流量计13。上述流量计，具体为电磁流量计。通过流量计监测结晶器2的进料和出料流量，确保总的进料速度和出料速度相等。使用时，所述过饱和度智能控制器通过进料管道上的第一流量计11对进料管道内的结晶原液的流量进行监控；所述过饱和度智能控制器通过循环管道上的第二流量计12对循环管道内的母液的流量进行监控。
51.如图1所示，所述混合器1上连接有第一温度探头14，所述第一温度探头14与所述过饱和度智能控制器电连接。通过第一温度探头14用于监测混合器1内温度，并将监测的温度信息发送至过饱和度智能控制器，以便于通过过饱和度智能控制器对混合器1内的混合液的过饱和度进行精确控制。使用时，所述过饱和度智能控制器通过混合器1上的第一温度探头14对混合器1内的混合液的温度进行监控。
52.如图2所示，在水溶性肥料连续结晶系统中，还包括：内部换热器16和外部换热器17，所述内部换热器16和所述外部结晶器2之间的冷却循环液通过冷却循环泵18驱动，所述冷却循环泵18通过该智能控制器连接变频器进行控制。具体的，所述智能控制器通过变频器与所述冷却循环泵18电连接，通过变频器的设置，能够控制冷却循环泵18的转速，从而调节冷却强度。所述内部换热器16设置在所述结晶器2的内部，所述外部换热器17设置在所述结晶器2的外部，所述外部换热器17与所述内部换热器16通过换热管道连通，所述换热管道上设置有冷却循环泵18，通过冷却循环泵18用于将冷却循环液在内部换热器16和外部换热器17之间进行强制流动。具体的，内部换热器16为不锈钢管式换热器，内部换热管的安装位置为搅拌器7的内部外围，距离结晶器2内壁的最小距离不小于5cm，每立方物料换热面积不小于2m2。使用时，通过内部换热器16和外部结晶器2的冷却循环液的循环换热以对结晶器2内的混合液进行冷却。具体的，混合液带入的热量及结晶释放的热量由内部换热器16中的冷却循环液带走，通过自动控制冷却循环液的进入温度和流量，实现结晶器2内物料温度恒定。
53.如图2所示，在水溶性肥料连续结晶系统中，在结晶器2上设置有液位计19。通过液位计19在线测量结晶器2内物料的实时液位水平，并通过电磁阀控制进料和出料速度，实现
进出料流量动态平衡。使用时，控制结晶器2内的液位超过搅拌器7的上层搅拌桨叶的高度，然后开启搅拌器7和冷却循环泵18，并通过变频器调节冷却循环液的流速，控制物料的降温速度每小时不超过5℃，直到将结晶器2的物料温度控制在20-35℃范围内，以析出大量的晶体。需要说明的是，在结晶器2连续运行过程中，控制冷却循环液的温度与结晶器2中的物料平均温度差不超过3℃，以保证结晶粒度分布的均匀性。
54.需要说明的是，本实施例中，根据产能需要，结晶器2底部出料口放出的浆料流量通过控制系统自动调节，并将放出的浆料直接送入离心机3进行固液分离，分离出的部分母液返回到结晶器2中循环，其余母液返回到前工序进行蒸发浓缩。
55.如图2所示，在水溶性肥料连续结晶系统中，所述结晶器2的中部区域设置有第二温度探头15，通过第二温度探头15用于监控结晶器2内的温度，从而以便于控制结晶反应。
56.如图2所示，在水溶性肥料连续结晶系统中，所述结晶器2的底部区域连接有超声波探头20，通过超声波探头20用于探测结晶器2内晶体状态的实时特性参数信息。
57.以下提供一种具体的水溶性肥料连续结晶方法。
58.步骤一、将密度大于1.50g/cm3的硝酸钙浓缩物料，即高温结晶原液放入到混合器1中。
59.步骤二、将离心分离晶体硝酸钙产品后产生的母液，通过母液循环泵输送到混合器1中，与高温结晶原液连续混合，控制高温结晶原液与母液的流量比为4：1。具体的，进入混合器1的高温原液与母液的比例，由设置在管路上的电磁阀进行调节，通过智能控制将混合器1出口的混合液温度和过饱和度控制在恒定的水平。
60.步骤三、上述混合后的物料从结晶器2顶部的进料口加入到结晶器2中，开启进料泵的同时，将结晶器2底部的出料阀打开，并通过电磁阀的开度控制流量，确保结晶器2内的液位保持在恒定水平。具体的，控制结晶器2内的料液的液位超过搅拌器7的上层搅拌桨叶的高度。
61.步骤四、开启搅拌器7和冷却循环泵18，搅拌器7电机5频率设置为35hz。通过变频器调节冷却循环水的流速，控制物料的降温速度每小时不超过5℃，经过30小时后结晶器2中的物料温度降到35℃以下，析出大量的晶体。
62.需要说明的是，在结晶器2连续运行过程中，控制冷却循环液的温度与结晶器2中的物料平均温度差不超过3℃。
63.步骤五、根据产能需要，自动调控结晶器2底部出料口放出的浆料流量，并将放出的浆料直接送入离心机3进行固液分离，分离出的部分母液返回到结晶器2中循环，其余母液返回到前工序进行蒸发浓缩。
64.采用上述方法，当搅拌器7所用的变频器设置为35hz时，制备的硝酸钙产品的粒径范围：0.1-0.5mm的部分占15％，0.5-1.0mm的部分占43.5％，1.0-2.0mm的部分占41.5％。
65.当搅拌器7所用的变频器设置为40hz时，制备的硝酸钙产品的粒径范围：0.1-0.5mm的部分占16.2％，0.5-1.0mm的部分占42.9％，1.0-2.0mm的部分占40.9％。
66.采用上述方法，每小时产出四水硝酸钙产品5吨，日产达到120吨，搅拌系统的最大输出功率为37kw，每吨产品的蒸汽消耗0.3-0.4吨。
67.对比例
68.采用30台容积为2m3的间歇式结晶器2，处理与上述硝酸钙溶液的结晶操作，该间
歇式结晶器2通过夹套中通入冷却循环水进行降温，搅拌器7结构为桨叶式，热的浓缩物料从100℃液冷却到25℃，冷却时间长达36小时以上。内壁有晶垢产生，每个批次都需要清理。
69.30台结晶器2总的换热面积为240m3，搅拌系统的功率消耗为72kw，日产四水硝酸钙产品仅有24吨，每吨产品的蒸汽消耗0.6-0.7吨。即产能为连续系统的20％，动力电消耗为连续结晶系统的2倍左右，蒸汽消耗为连续结晶系统的2倍左右。
70.这种传统的间歇式结晶器2生产，结晶时间长，占用非常大的空间，需要36小时以上，且工作无法实现连续生产。此外，夹套式冷却方式，水冷壁造成物料挂壁现象，影响传热效率，造成结晶时间延长，影响硝钙产量。
71.通过以上对比分析可知，采用本发明的连续结晶系统，可有效调节晶体颗粒的尺寸，通过控制冷却水量或被冷却液量，方便地调节产能，通过母液与高温进料自动混合，有效控制进料的过饱和度，成核少，有利于晶体长大，不结壁，并大幅度提高了产能，显著降低了能源能耗。
72.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

技术特征：
1.一种水溶性肥料连续结晶方法，其特征在于，包括以下步骤：将结晶原液通过进料管道连续地输送至混合器(1)内；将母液槽(4)内的部分母液通过循环管道连续地输送至混合器(1)内；在混合器(1)内将母液与结晶原液进行混合，并调整结晶原液的过饱和度；将混合后的结晶原液和母液输送至结晶器(2)内，在结晶器(2)内通过搅拌析出结晶；将结晶后产生的浆料输送至离心机(3)内，通过离心机(3)将浆料内的液体分离出来输送至母液槽(4)。2.根据权利要求1所述的水溶性肥料连续结晶方法，其特征在于，通过过饱和度智能控制器调节结晶原液和循环母液的流量比例，以控制混合器(1)内混合液的温度，从而调控混合器(1)内的混合液的过饱和度。3.根据权利要求2所述的水溶性肥料连续结晶方法，其特征在于，所述过饱和度智能控制器通过进料管道上的第一流量计(11)对进料管道内的结晶原液的流量进行监控，通过循环管道上的第二流量计(12)对循环管道内的母液的流量进行监控。4.根据权利要求2所述的水溶性肥料连续结晶方法，其特征在于，所述过饱和度智能控制器通过混合器(1)上的第一温度探头(14)对混合器(1)内的混合液的温度进行监控。5.根据权利要求1-4中任一项所述的水溶性肥料连续结晶方法，其特征在于，通过内部换热器(16)和外部结晶器(2)的冷却循环液的循环换热以对结晶器(2)内的混合液进行冷却。6.根据权利要求5所述的水溶性肥料连续结晶方法，其特征在于，所述内部换热器(16)和所述外部结晶器(2)之间的冷却循环液通过冷却循环泵(18)驱动，所述冷却循环泵(18)通过该智能控制器连接变频器进行控制。7.根据权利要求1-4中任一项所述的水溶性肥料连续结晶方法，其特征在于，所述结晶器(2)上设置有液位计(19)，通过所述液位计(19)监控结晶器(2)内的液位高度。8.根据权利要求1-4中任一项所述的水溶性肥料连续结晶方法，其特征在于，所述离心机(3)分离出的部分母液返回到前工序进行蒸发浓缩。9.根据权利要求1-4中任一项所述的水溶性肥料连续结晶方法，其特征在于，所述结晶器(2)的中部区域设置有第二温度探头(15)，通过所述第二温度探头(15)监控结晶器(2)内的液体温度。10.根据权利要求1-4中任一项所述的水溶性肥料连续结晶方法，其特征在于，所述结晶器(2)的底部区域连接有超声波探头(20)，通过所述超声波探头(20)监控结晶器(2)内的晶体状态的实时特性参数信息。

技术总结
本发明提供一种水溶性肥料连续结晶方法，属于结晶反应技术领域，包括以下步骤：将结晶原液通过进料管道连续地输送至混合器内；将母液槽内的部分母液通过循环管道连续地输送至混合器内；在混合器内将母液与结晶原液进行混合，并调整结晶原液的过饱和度；将混合后的结晶原液和母液输送至结晶器内，在结晶器内通过搅拌析出结晶；将结晶后产生的浆料输送至离心机内，通过离心机将浆料内的液体分离出来输送至母液槽；本发明的水溶性肥料连续结晶方法，通过混合器将结晶原液和母液进行静态混合，在混合器内降低结晶原液和母液进行混合后的混合液过饱和度，从而减少成核数量，使晶体更加容易在结晶器内长大，结晶粒度分布更均匀。结晶粒度分布更均匀。结晶粒度分布更均匀。


技术研发人员：蔺向前 闫建东 张海龙 蔺向光
受保护的技术使用者：山西金兰化工股份有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/8/9