行业应用
超声波密度计在结晶工艺晶浆密度测量的应用
发布日期:2020.11.13
 

结晶工艺是在化工、食品、医药等行业被广泛应用的生产过程,一般分为蒸发结晶和降温结晶两种类型。蒸发结晶是以蒸发溶剂的方式获得过饱和溶液,并析出晶体的过程;降温结晶是以降低温度的方式获得过饱和溶液,并析出晶体的过程;溶解度对温度不敏感的溶质应选用前者,对温度敏感的溶质可选择后者。

生产过程中,结出颗粒大且粒度分布均匀的晶体是所有结晶工艺的设计目标,晶浆的过饱和度是晶核形成和晶体成长的主要推动力,直接影响着生产效率和产品质量。过饱和度越大,晶体成长速率越快,生产效率越高,但若过大,超过介稳区极限,则会自发生成大量细小晶核,影响晶体粒度和分布。因此必须准确控制晶浆的过饱和度,保证晶体成长速率的同时,抑制晶核形成速率。

我们知道,晶浆过饱和度大小取决于其产生速率和消耗速率的动态平衡,在此过程中,晶浆的固含量在其中有着重要的影响:固含量过低,设备内晶体总表面积小,造成过饱和度消除的慢而越过介稳区,成核占优势,导致自发生成大量细小晶核,降低产品质量;固含量较高,设备内晶体有足够的结晶表面积,有效保证晶浆过饱和度在介稳区内,生长占优势,减少晶核产生,有利于晶体长大;但如果固含量过高,则会加大晶体之间的碰撞机会,加剧晶体与管路、器壁及搅拌叶轮之间的摩擦,导致晶体破裂并产生过量二次晶核;

因此,合适的固含量可有效减少晶体自发成核及二次成核机率,并有效促进晶体长大,提高产品质量,在工业生产过程中需及时准确测量和控制。但由于市场上没有直接测量晶浆固含量的仪表,因此无法实现这一测量目标,目前行业内通行的做法是采用测量晶浆密度的方法,利用其与固含量具有一定对应关系,来间接实现工艺过程控制。

在结晶工艺中常见的主要有质量密度差压密度计两种密度测量方法。

质量密度计的主要优点是测量精度高,测量介质范围广,测量结果不受工艺压力、温度等参数的影响,并且可进行质量、密度、温度等多参数测量。主要缺点是:价格贵,维修成本高,一般企业承受能力有限。测量管内壁易受到介质磨损,导致测量结果不准确或仪表损坏,测量管易造成堵塞,影响测量结果,安装管道的振动也会影响测量精度等。

差压密度计的主要优点是结构简单,安装方便,价格相对便宜。主要缺点是测量精度较低,传感器膜片粘上结晶颗粒以及浆液的流动都会导致测量结果不准确,管路容易造成堵塞而不能正常工作,严重情况下还会导致停车。

以上两种仪表在测量过程中都存在着一些问题,江苏迅创科技股份有限公司研发XC-CA超声波密度计因其不仅可直接测量晶浆密度,而且测量精度、产品寿命、管路结构克服了以上两款仪表存在的一些缺点,获得不少结晶工艺技术人员的认可。

以往工况都是通过密度指标控制工艺,其虽与固含量有一定对应关系,但并不完全一致,而密度值并不是影响工艺质量的直接指标,直接指标是晶浆固含量,XC-CA超声波密度计可直接测出晶浆固含量,并可切换质量固含量、体积固含量和密度显示,有效控制工艺进程。

仪表传感器贴在管道外壁,与管道介质不发生直接接触,因此传感器不受介质特性以及腐蚀性影响。直管段安装结构,介质在内部流动受到阻力小,因此摩擦力也小,管道不易因磨损导致损坏,即使有一些磨损,也不会影响到仪表的测量精度。根据工艺特性不同,仪表的主管段材质可进行多种选择,满足绝大多数客户及工况要求。仪表建议安装于垂直管段(晶浆自下而上),可安装于循环管路的旁通管上,以便检修及维护时不影响企业正常生产。

仪表测量时不受晶浆气泡影响,特别是蒸发结晶工艺密度测量,也是区别于国外超声波密度计的显著特点。

仪表较好的解决了结晶工艺晶浆固含量(密度)的测量与控制,因其价格适中、性能优异的高性价比,越来越多的获得客户的垂青,并将逐渐取代原有的密度测量方式。另外,随着该产品的广泛采用,也将改变多年来延用密度指标的固有习惯,引导市场接受固含量指标的工艺过程控制。

 
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