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新型工業(yè)結晶裝置的研究與開(kāi)發(fā)
2012年09月14日 作者：張美景 次
工業(yè)結晶作為高效的提純、精致單元操作，在化工、醫藥、材料等領(lǐng)域越來(lái)越受到了高度的重視。在工業(yè)結晶過(guò)程的產(chǎn)業(yè)化實(shí)施階段，結晶過(guò)程的工藝技術(shù)、工業(yè)結晶的裝置技術(shù)以及結晶過(guò)程的自動(dòng)控制技術(shù)等三個(gè)方面密不可分，為了達到控制晶體產(chǎn)品的晶型、晶習、粒度及其分布，提高晶體產(chǎn)品的內在質(zhì)量、提高結晶過(guò)程的收率等目標，在重視工業(yè)結晶過(guò)程工藝技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，還必須特別重視工業(yè)結晶裝置的放大研究及工程設計，本文重點(diǎn)將探討大生產(chǎn)工業(yè)結晶裝置的研究與開(kāi)發(fā)問(wèn)題。
以工業(yè)結晶工藝技術(shù)為龍頭，工業(yè)結晶裝置的選型和工程放大是實(shí)現工業(yè)結晶過(guò)程成功產(chǎn)業(yè)化工程實(shí)施的關(guān)鍵因素之一。因為晶體粒子的生產(chǎn)需要特定的物理、化學(xué)環(huán)境。工業(yè)結晶是一個(gè)集流體力學(xué)動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞于一體的復雜過(guò)程，一般情況下需要盡量保證結晶器內部具有理想的物理、化學(xué)場(chǎng)，才能保證生產(chǎn)出來(lái)的晶體產(chǎn)品滿(mǎn)足工藝設計的要求。從而生產(chǎn)出外觀(guān)均勻、整齊、流動(dòng)性較好的晶體產(chǎn)品。
工業(yè)結晶裝置的研發(fā)首先必須以結晶過(guò)程工藝技術(shù)的研發(fā)結果為根本出發(fā)點(diǎn)。綜合考慮結晶過(guò)程的熱力學(xué)數據（包括工藝條件下的溶解度曲線(xiàn)及超溶解度曲線(xiàn)、結晶物質(zhì)的比重及粘度、晶體的真實(shí)密度、晶體粒子在結晶溶液物系中的沉降速度，對反應結晶過(guò)程還要考慮到反應動(dòng)力學(xué)數據，對蒸發(fā)結晶過(guò)程還要考慮含鹽物系的氣液平衡相圖等）、動(dòng)力學(xué)數據（包括結晶過(guò)程的成核速率、成長(cháng)速率、聚結與破碎速率等）。
其次，工業(yè)結晶裝置的研發(fā)要考慮結晶裝置的生產(chǎn)能力，結合物系在結晶工藝條件下的穩定性，以及結晶裝置前置和后續設備的處理能力等方面因素，決定工業(yè)結晶裝置的操作形式，可以選擇連續操作、間歇操作或者半間歇半連續的工業(yè)結晶裝置。
在以上兩方面研發(fā)結果的基礎上，綜合考慮攪拌強度的程度和結晶方式對結晶器裝料系數的影響，初步計算工業(yè)結晶裝置的體積和外形尺寸，研究結晶器攪拌的形式或其它混合形式、研究結晶器內構件（導流元件，包括導流筒、結晶器底部形狀、導流擋板）的尺寸與位置。工業(yè)結晶裝置研發(fā)結果實(shí)踐應用表明，對于大生產(chǎn)使用的工業(yè)結晶裝置，在結晶器外形尺寸已定的情況下，結晶器內導流元件對結晶器的使用效果作用明顯。
最后，可以建立適當規模的中試工業(yè)結晶裝置及流程驗證工業(yè)結晶裝置的研發(fā)結果。也可以通過(guò)CFD(Computational Fluid Dynamics)進(jìn)行模擬驗證。最后得到適當的工業(yè)結晶裝置研發(fā)結果。
天津大學(xué)國家工業(yè)結晶工程技術(shù)研究中心及其前身從1980年開(kāi)始，經(jīng)過(guò)30多年的工業(yè)結晶技術(shù)與裝置的研發(fā)與實(shí)踐，相繼開(kāi)發(fā)出以下幾種典型的新型工業(yè)結晶裝置：
1、 新型冷卻結晶DTB結晶器；
2、 新型反應結晶DTB結晶器、新型溶析DTB結晶器；
3、 具有中央循環(huán)管的OSLO蒸發(fā)結晶器和冷卻結晶器；
4、 帶晶漿循環(huán)的Messo蒸發(fā)結晶器；
5、 塔式液膜結晶器；
