降膜结晶装置

一.概述

降膜结晶装置装置主要用于通过降膜结晶器进行熔融结晶，从而达到提纯物料的目的。

主要由几部分组成：物料结晶系统、温控系统及相应的仪器仪表阀门。

物料结晶系统：主要由降膜结晶器、原料及产品罐、机泵组成。

降膜结晶器为主要关键设备，用于物料晶体的结晶生长及熔融；循环泵用于对降膜器内的物料不断循环结晶；原料罐、低油罐、成品罐用于不同含量物料的储存。

温控系统：主要包括冷热源介质系统。

我公司整套装置的构架采用框架模块式结构。

二.常规装置流程图

见后附图。

三. 主要工艺设计参数

3.1 单套装置产能：10-10000吨/年。

    如果产品超过10000吨/年，一般采用双降膜结晶器，能耗更低，产能更大。一般可以达到2万吨/年单套。

3.2 能耗为静态结晶装置的60%，同样的生产规模，占地面积为静态结晶装置的50%以内。

四.流程描述

4.1熔融结晶提纯原理

‌熔融结晶工艺‌是一种基于物质各组分间凝固点差异的分离提纯方法，通过控制热量的输入和移出，使被分离组分从熔融液中结晶析出，然后经过洗涤、发汗等操作，实现目标组分的分离和纯化。这一过程不仅具有选择性高、能量消耗低、无需溶剂参与等优势，而且是一种绿色高效的分离技术。‌熔融结晶工艺的基本原理是将待分离物系首先加热溶融，然后通过冷却介质的逐渐降温来降低熔融液的温度，使得溶融液中被提纯物质部分结晶析出。这个过程一般由连续重复的操作组成，每一级操作都可以分为结晶、发汗、熔融三个阶段。

一阶段 结晶——晶体生长和母液排放

预定体积的原料被加入降膜结晶器下部。然后被循环泵打入结晶器顶部，经过布液器成膜，在结晶管内壁下落，形成循环流动的膜层。当结晶器内壁循环熔体的温度被通过HTM按预定设置梯度降温的冷媒降至需要纯度的凝固点时，物料在结晶管内壁形成晶核，慢慢长大成一定的晶型并形成一定厚度的晶层。当结晶器下方储槽中纯度较低的熔体（母液）液位达到预先设定的高度，结晶过程结束。此时，熔体停止循环，晶层表面的残余熔体通过重力排至储罐。这一步结束时，剩余的液体作为母液排入低油槽。母液会根据要求送去精馏或再结晶提纯的方式进行回收处理，以保证整体的收率。

二阶段 发汗——提纯产品

发汗是结晶过程的下一步，是整个纯化过程中晶层有效纯化的关键步骤。为了进一步纯化晶体，管外壁的热媒会逐渐升温至设定值（略低于产品熔点的温度）。在这个过程中，粘附在晶层表面的杂质和晶体间包裹的杂质就会通过晶层间隙逐渐流出晶层，在重力作用下，发汗过程排出的部分熔体排入低油槽。

三阶段 熔融——全熔化

发汗过程进一步提高了晶体的纯度，此时结晶器内壁是纯度较高的晶体。在第三阶段，热媒温度进一步升高至设定值（略高于产品熔点的温度），使结晶产品完全熔化，排至结晶器下方的收集罐中。同时，为了防止从管壁脱落的晶体无法及时融化，从成品槽加热后的合格物料经循环泵打入结晶器，循环化料，提高产品溶化速度。

当全熔化过程结束，这个结晶过程的降膜结晶产品呈液体被收集在结晶器下方的储罐中。它们可作为纯品排出或进一步提纯。如含量合格，则排入成品槽，如进一步提纯，则进入一阶段循环。

4.2降膜装置优势

我公司自主开发的单降膜熔融结晶器具有以下优势：

4.2.1 高效料液分布器

料液分布器是降膜装置的关键部件，降膜装置的热交换强度和生产能力实质上取决于料液沿换热管分布的均匀程度。所谓均匀分布不仅是指液体要均匀地分配到每一根管子中，还要沿每根管的全部周边均匀分布，并在整个管子的长度上保持其均匀性。

我公司开发了具有自主知识产权的分布器有以下优点：

换热面积利用充分。每个换热管进入的物料量相等，均匀分布，不会出现断流问题，换热面积充分利用。

膜厚均匀。每个换热管内的物料均匀分布，强制成膜，膜厚相等。

规格、材质灵活。换热管外径≧32mm，材质可选不锈钢、钛材、哈氏合金等金属材料。

原有降膜蒸发器/结晶器可直接加装、更换，安装便捷，不需要更换设备。

我公司自主开发的分布头使用效果（见上图）。

4.2.2 定制化服务

每种产品均需要不同的结晶温度、升降温梯度、停留时间等，因此每种物料的熔融结晶提纯过程均需要根据物料提供定制化方案。我公司自建实验室及装置，有专业的研发人员配合作业，为客户提供专业化的服务。

我公司自建12L/批降膜结晶实验装置                                    各规格分布头实验装置

五.控制系统描述 

5.1概述

本装置采用一体机PLC系统控制，控制器界面采用全中文式菜单操作方式，用户很容易掌握设备的操作法，控制器具体功能参数如下：

（1）控制器Max显示精度：温度：0.1℃

根据不同的工艺需要，可选择温度恒定或程序自控升降温（即预设程序自动运行）两种工作方式，或完全手动控制模式。

（2）设备运行自动化程度高，用户只须设置目标温度和速率或预设设备运行程序，启动运行按钮后系统可自动判断是否开启制冷机组、换热器阀门或油泵，同时自动对加热、制冷输出量、进行调节，无须用户过多操作或监控，可得到理想的试验过程曲线。

5.2温度控制

装置的温度控制主要体现在降膜器本体和降膜器组件导热介质温度上。通过温度传感器采集数据，所得数据采入一体机PLC控制系统，进行在线控制。

各个管路、储罐保温采用电伴热模式，可调节范围室温-150℃，通过PLC设定温度后自动控温。

5.3氮气保护

部分物料对空气中的水分、氧气敏感，因此系统设置了氮气保护系统，由氮气管路对整个系统提供0-2kpa氮气保护。

5.4 安全措施

整个装置具有完善的安全设施，用于确保装置运行安全可靠。

5.4.1 整个系统的所有温度检测均具有高报、高高报参数设置，具有声光报警功能。同时冷热一体机加装过载继电器、热保护措施，防止系统超温及压缩机过载。

5.4.2  整个装置运行为常压。压力传感器具有高报高高报参数设置，具有声光报警功能。氮气罐安装有安全阀，起跳压力0.05MPa；储罐排气安装呼吸阀及自力式氮气减压阀，用于保证系统2kpa氮气正压保护。

5.4.3 系统框架均为金属材质，具有良好的导电性能。同时框架预留静电接地端子，用于就位后的静电接地网连接。

六．工程案例

6.1 2024年11月20日 江苏XX公司5000吨碳酸亚乙烯酯装置，采用我公司2台产能3000吨的单降膜结晶器，一次开车成功。

一次结晶：原料含量：99.4%，产品含量≥99.998，色度≤10

6.2 2024年11月28日 珠海XX公司3000吨氟代碳酸亚乙烯酯装置，采用我公司2台产能2000吨的单降膜结晶器，一次开车成功。

一次结晶：原料含量：99.4%，产品含量≥99.98%。

客户现场，准备进料调试