结晶操作单元机械化、自动化设计指导方案

结晶操作单元机械化、自动化设计指导方案

目录

1物料种类...................................................................1

2结晶分类...................................................................1

3结晶操作方式...............................................................1

3.1间歇操作...............................................................1

3.2连续操作...............................................................1

4机械化、自动化操作要求....................................................2

4.1间歇操作...............................................................2

4.1.1进料................................................................2

4.1.2出料................................................................3

4.1.3结晶过程............................................................3

4.2连续操作...............................................................5

4.2.1进料................................................................5

4.2.2出料................................................................5

4.2.3结晶过程............................................................5

4.3其他...................................................................6

5集中控制的要求.............................................................7

6典型结晶单元设计方案......................................................7

6.1某企业结晶“机械化换人、自动化减人”设计方案一..........................7

6.1.1工艺简述............................................................7

6.1.2结晶单元采用的，•机械化换人、自动化减人，,设计方案....................8

6.2某企业结晶“机械化换人、自动化减人”设计方案二..........................9

6.2.1工艺简述............................................................9

6.2.2结晶单元采用的“机械化换人、自动化减人”设计方案...................10

1物料种类

结晶是固体物料以晶体状态从蒸汽、溶液或者熔融物质中析

出的过程。物料种类按待结晶混合物中组分的数目可分为单组

分、双组分和多组分物料。

2结晶分类

对于结晶方法的分类，一般按溶液结晶、熔融结晶、升华、

沉淀四类划分，又可以细分为冷却结晶、蒸发结晶、真空绝热冷

却结晶、盐析结晶、冰析结晶、萃取结晶、反应结晶、悬浮结

晶、加压结晶、膜结晶、喷射牵引结晶等。关于结晶固体与其溶

液之间的相平衡关系，通常可用固体在溶剂中的溶解度来表示这

种相平衡关系；其溶解度随温度变化较大适于冷却结晶，物质其

溶解度随温度变化较小适于蒸发结晶，溶解度介于两者之间的物

质适于采用真空蒸发冷却结晶方法。

3结晶操作方式

结晶的单元操作方式主要有两种：间歇操作和连续操作。

3.1间歇操作

间歇操作的特征是一种或几种原料一次性或分批定量加入结

晶设备，然后进行结晶操作结束后采出全部物料。根据生产要求

对结晶设备进行清洗、置换，继而进行下一生产周期的操作。

3.2连续操作

连续操作的特征是连续地将原料加入结晶设备，结晶后的产

物也连续地从设备采出。

4机械化、自动化操作要求

4.1间歇操作

间歇操作的机械化、自动化操作要求主耍是对进料、出料、

结晶过程等的控制。

4.1.1进料

（1）采用动量输送设备（泵等）向结晶单元进料，设置流量

计、自动控制阀，流量与自动控制阀、动量输送设备联锁，实现

远程自动控制。

动量输送设备，如泵采用远程自动启停、调节，或者通过远

程控制变频、调节。本章节涉及的此类设备按此要求执行。

（2）采用计量槽向结晶单元进料

①采用动量输送设备（泵等）向计量槽进料，进料管线设自

动控制阀、计量槽设置液位计（或称重模块），液位（或重量）与

自动控制阀、动量输送设备联锁，实现远程自动控制。

②计量槽出料通过重力（或动量输送设备）向结晶设备进

料，计量槽设置称重模块（或液位计），重量（或液位）与计量槽

出料阀和结晶设备进料阀（泵）联锁，实现远程自动控制。

（3）采用压料方式向结晶设备进料，进料管线设置流量计、

自动控制阀，流量与压料罐出料阀和结晶设备进料阀联锁，实现

远程自动控制。

当进料管线设置流量计和调节阀时，出料管线可不设置流量

计和调节阀。

③冷媒系统采用远程自动控制，也可根据结晶过程由时间控

制程序自动调节搅拌转数、冷媒流量实现晶核形成、晶体生长、

晶体保温等过程。

④设有搅拌时，搅拌电机转数、电流控制室集中显示报警，

远程控制。

⑤可设远传密度或者浓度检测仪器，通过检测设计指标远程

控制采出物料流量，也可通过设定的时间控制程序进行远程控制

放料，当放料完成后通过检测密度、浓度、流量等参数联锁切

断，实现远程自动控制。

（2）蒸发结晶

控制参数为温度、原料进料量等，实现结晶过程的机械化、

自动化操作要求：

①远程监控温度、压力等参数。

②通过自动调节热媒量、原料进料量等远程控制结晶单元温

度。

③热媒系统（蒸汽、热水、导热油等）采用远程自动控制。

（3）真空绝热冷却结晶

控制参数为温度、搅拌电机（如有）转数、电流、原料进料

量等，实现结晶过程的机械化、自动化操作要求：

①远程监控温度、压力等参数。

②通过自动调节真空度、原料进料量等远程控制结晶单元温

度。

③结晶单元真空系统采用远程自动控制。

4.2连续操作

连续操作的机械化或自动化手段主要是对进料、出料、结晶

过程等的控制。

421进料

液体经动量输送设备（如泵等）、压差等向结晶单元连续进

料，设置流量计和自动控制阀，实现流量自动控制调节。当进料

管线设置流量计和调节阀时，出料管线可不设置流量计和调节

阀。

4.2.2出料

当出料时，结晶设备可设置液位计，出料管线可设置流量计

和控制阀，通过液位或流量控制出料。

当出料量控制有难度时，结晶设备的出料量由结晶单元的进

料量控制。

根据实际生产工艺具体情况，可选择设置远传称重模块、远

传流量计、远传液位计或液位开关等检测报警仪表，通过设定值

远程自动控制连续进料和出料。

结晶过程

（1）冷却结晶

控制参数为温度、搅拌电机转数、原料进料量等，实现结晶

过程的机械化、自动化操作要求：

①远程监控温度、压力、搅拌电机转数、电流等参数。

②通过自动调节冷媒量、原料进料量等远程控制结晶单元温

度。

③冷媒系统采用远程自动控制。

④设有搅拌时，搅拌电机转数、电流控制室集中显示报警，

远程控制。

（2）蒸发结晶

控制参数为温度、原料进料量等，实现结晶过程的机械化、

自动化操作要求：

①远程监控温度、压力等参数。

②通过自动调节热媒量、原料进料量等远程控制结晶单元温

度。

③结晶单元热媒系统采用远程自动控制。

（3）真空绝热冷却结晶

控制参数为真空度、温度、搅拌电机转数、原料进料量等，

实现结晶过程的机械化、自动化操作要求：

①远程监控温度、压力（真空度）等参数。

②通过自动调节真空度、原料进料量等远程控制结晶单元温

度。

③结晶单元真空系统采用远程自动控制。

④设有搅拌时，搅拌电机转数、电流控制室集中显示报警，

远程控制。

4.3其他

针对特殊的工艺物料，如特殊的易燃、易爆、有毒、有腐蚀

性等介质，在结晶过程（进料、结晶、出料）中存在诸多安全风

险，应在基础设计阶段开展危险和可操作性分析（HAZOP）,及

预先危险分析（PHA）或事故树分析（ETA）等定量定性风险评

价方法，对整个结晶过程的危险性进行分析。根据分析结果设置

相应的机械化及自动化手段。

现场阀门的开关切换等有人员现场操作，应采用机械化和自

动化的手段来实现现场无人操作。

5集中控制的要求

结晶单元操作过程参数（如液位、压力、温度、流量、称

重、电流等）远传至DCS系统。进料、出料及结晶过程的操作，

通过DCS系统实现远程自动控制。

6典型结晶单元设计方案

6.1某企业结晶“机械化换人、自动化减人”设计方案一

某企业硫酸钠回收单元“机械化换人、自动化减人”设计方

案。该工序将上游工序制得副产物硫酸钠溶液蒸发结晶离心制成

产品，原来采用向结晶釜人工加料方式的间歇操作，现在采取二

级蒸发结晶连续操作方式，现场实现无人连续化蒸发结晶生产，

具体设计方案如下。

6.1.1工艺简述

硫酸钠溶液经沉降罐输送泵送入一效蒸发加热器和一效蒸发

室进行加热浓缩，浓缩后的硫酸钠溶液经一效蒸发转料泵送入二

效蒸发加热器和二效蒸发室再次浓缩后，再由二效蒸发输送泵送

到增稠罐暂存，然后连续进入卧式刮刀离心机进行分离操作，离

心后的物料进入中转料仓，通过料仓上的称重模块控制星型给料

器进行放料，物料通过设置地面的产品输送带进入包装工序。

蒸汽先进入二效蒸发加热器蒸发硫酸钠溶液，蒸发生成的二

次蒸汽进入一效蒸发加热器，一效蒸发室产生的冷凝水进入热水

收集罐回收利用，冷凝器的不凝气由真空喷射泵抽出。

结晶单元采用的“机械化换人、自动化戒人”设计方案

6.121进出料自动化手段

（1）硫酸钠溶液进料管线设泵、流量计和调节阀，其流量由

流量计和调节阀实现自动控制。

（2）一效蒸发室顶部气相经过冷凝器冷凝后进入热水收集

罐。

（3）蒸发器底部出料的阀门均为自动控制阀，物料由泵输送

到增稠罐。

结晶设备自动化手段

（1）一效蒸发加热器设远传温度计集中显示。

（2）二效蒸发加热器出口设远传温度计集中显示、控制，温

度控制蒸汽调节阀，自动控制蒸汽的流量。

（3）一效蒸发室和二效蒸发室顶部设远传压力表集中显示。

（4）二效蒸发加热器蒸汽管线设远传温度、压力表集中显

/JSo

（5）一效蒸发室进料管线设远传流量计集中显示、控制，流

量计和流量调节阀自动控制进料流量。

（6）一效转料泵出口设远传流量计集中显示、控制，流量计

和流量调节阀自动控制转料流量。

（7）二效出料泵出口设远传流量计集中显示、控制，流量计

和流量调节阀自动控制采出流量。

6.123蒸发冷凝器自动化手段

（1）冷却水回水管线设远传温度和压力表集中显示、报警。

6.2某企业结晶“机械化换人、自动化减人''设计方案二

某企业结晶单元“机械化换人、自动化减人”设计方案。该工

序将上游工序制得待结晶溶液冷却结晶离心制成待结晶物品，原

来采用单釜间歇结晶操作生产，现在采用三釜连续结晶操作生

产。

621工艺简述

待结晶溶液经打料泵送入一级连续结晶釜，一级连续结晶釜

通冷冻水，釜内设置连续运行的搅拌，为防止物料沉积挂壁，此

搅拌一直运作并设置远程显示和报警联锁，并通过进料管线上的

流量计和调节阀控制进料速度和停留时间，一级结晶后的物料连

续送入二级结晶釜，二级结晶釜夹套通入冷冻水进行第二步结

晶，通过二级结晶釜的温度计控制冷冻水调节阀开度，