КРИСТАЛЛИЗАТОР С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОГО РАСТВОРА

Кристаллизатор с устройством для фильтрации кристаллизационного раствора.
Предлагаемая полезная модель относится к области выращивания кристаллов из раствора, а более конкретно к кристаллизаторам, в которых фильтрация водных растворов осуществляется в отсутствии затравки в кристаллизаторе. Такая технология обеспечивает получение чистой среды для выращивания монокристаллов. Конструкция предлагаемого кристаллизатора позволяет выполнять фильтрацию раствора без контакта раствора с окружающей средой помещения, в котором размещен кристаллизатор. Высокая чистота растворов способствует достижению стабильности водно-солевых растворов, в результате чего рост монокристаллов осуществляется без паразитических кристаллов и включений. Данное обстоятельство особенно важно при выращивании искусственных кристаллов, предназначенных для использования в оптико-электронных устройствах, например кристаллов дигидрофосфатов калия и аммония (КДР и АДР) или триглицин сульфата (ТГС).
Известен кристаллизатор, в котором осуществляется фильтрация раствора и его перегрев при условии отсутствия соприкосновения затравки с маточным раствором в полости кристаллизатора (Патент США US 5.904.772, МПК С30В 7/00, опубл. 18.05.1999 г.). Этот кристаллизатор содержит корпус с крышкой, внутри которого размещена платформа- кристаллоносец, предназначенная для размещения затравки, которая не контактирует с маточным раствором до завершения фильтрации названного раствора.
Предотвращение контакта затравки с раствором в процессе фильтрации и перегрева раствора обеспечивается посредством защитного механизма, имеющего штангу, нижняя часть которой выполнена пустотелой. При подготовке раствора штангу опускают и затравка входит внутрь нижней пустотелой части штанги, что обеспечивает ее герметизацию от раствора. После окончания подготовки раствора штангу поднимают и затравка погружается в раствор. Платформа-кристаллоносец, снабженная вертикальными стойками, приводится во вращение полым валом, через который телескопически проходит штанга, обеспечивающая защиту затравки.
Недостатком известного технического решения является его высокая конструктивная сложность, обусловленная необходимостью обеспечения уплотнения вращающихся и возвратно-поступательно перемещающихся элементов конструкции.
Технической задачей, решаемой при создании полезной модели, является достижение 100%-ой разовой фильтрации с одновременной очисткой внутренних поверхностей кристаллизационного сосуда.
Техническим результатом является создание конструктивно простого кристаллизатора, обеспечивающего получение кристаллов высокого оптического качества.
Решение поставленной технической задачи и достижение технического результата обеспечивается тем, что кристаллизатор с устройством для фильтрации кристаллизационного раствора, содержащий корпус с крышкой, внутри которого размещена платформа- кристаллоносец, предназначенная для размещения затравки, которая не контактирует с маточным раствором до завершения фильтрации названного раствора, дополнительно содержит расположенный дистанционно от кристаллизатора промежуточный сосуд, гидравлически подключенный к полости кристаллизатора через блок из четырех клапанов, фильтр, насос и систему трубок, причем клапаны открываются и закрываются попарно, обеспечивая движение маточного раствора через насос и фильтр в одном направлении. В качестве насоса может применяться перистальтический насос, а в системе трубок, соединяющих полости кристаллизатора и промежуточного сосуда, названные трубки выполняются гибкими, например, из резины или полимерного материала. Блок клапанов может быть выполнен в виде центрального элемента, по обеим сторонам которого размещены пластины с резьбовыми отверстиями, в которые входит ходовой винт, а между центральным элементом и пластинами размещены гибкие трубки, которые попарно пережимаются при вращении ходового винта, соответственно, по часовой и против часовой стрелки.
Функционирование кристаллизатора с устройством для фильтрации кристаллизационного раствора поясняется схемами. Предствавленными на фигурах.
На фиг. 1 представлена схема кристаллизатора в положении клапанов, обеспечивающем перекачку раствора из промежуточного сосуда в полость кристаллизатора;
на фиг. 2 представлена схема кристаллизатора в положении клапанов, обеспечивающем перекачку раствора из полости кристаллизатора в промежуточный сосуд;
на фиг. 3 представлена схема блока клапанов.
Кристаллизатор с устройством для фильтрации кристаллизационного раствора содержит корпус 1 с крышкой 2. Внутри полости 3 корпуса 1 в нижней ее части размещена платформа- кристаллоносец 4, а в верхней части мешалка 5. По высоте полости 3 от донной части до выхода из крышки 2 установлена трубка 6, которая через горизонтальную трубку 7, трубки 8, 9 подключена к клапанам 10, 11. В верхней части полости 3 размещена трубка 12, которая через трубки 13 и 14 соединена с полостью промежуточного сосуда 15, заполненной раствором. Внутри полости промежуточного сосуда 15 установлена вертикальная трубка 16, конец которой размещен у днища названного сосуда. Трубка 16 через трубки 17, 18, 19 гидравлически подключена к клапанам 20 и 21. Клапан 10 через трубки 22 и 23 подключен, соответственно, к фильтру 24 и клапану 21. Клапан 11 подключен через трубки 25 и 26, соответственно, к клапану 20 и насосу 27. Фильтр 24 и насос 27 соединены трубкой 28.
Предлагаемый кристаллизатор функционирует следующим образом.
Внутрь промежуточного сосуда 15 заливают перегретый насыщенный раствор. При этом внутри полностью собранного кристаллизатора затравочный кристалл отсутствует. Включают насос 27 и раствор  из промежуточного сосуда 15 по трубкам 16, 17, 19 и через открытый клапан 21 (клапаны 10 и 20 закрыты) просасывется насосом 27 через фильтр 24. Очищенный в фильтре раствор поступает через трубки 26, 25, открытый клапан 11, трубки 7 и 6 внутрь полости 3 кристаллизатора. Включают мешалку 5. Вращение мешалки обеспечивает интенсивную циркуляцию раствора внутри полости кристаллизатора, что обеспечивает промывку стенок полости 3 кристаллизатора, а также поверхностей платформы кристаллоносца 4. После перепуска всего объема раствора из промежуточного сосуда 15 в полость 3 кристаллизатора мешалку 4 и насос 27 выключают и начинают подготовку к второму циклу очистки раствора. Для этого клапаны 11 и 21 закрывают, а клапаны 10, 20 открывают (фиг. 2). Включают насос 27, например перистальтический насос, который независимо от цикла очистки вращается в одну сторону (показано на фиг. 1 и 2 стрелкой). Насос, создавая разряжение в трубке 28, обеспечивает перекачку раствора из кристаллизатора в промежуточный сосуд 15. При этом раствор движется из кристаллизатора в сосуд 15 через трубки 7, 8, открытый клапан 10 фильтр 24, насос 27, трубку 26, открытый клапан 20, трубки 18, 17 и 16, заполняя полость сосуда 15. При необходимости циклы очистки могут быть повторены несколько раз вплоть до получения необходимой степени чистоты раствора, которая может определяться, например, посредством пропускания через раствор луча лазера. Трубки 12, 13 и 14 выполняют функцию дренажного канала, обеспечивающего выравнивание давления в кристаллизаторе и промежуточном сосуде 15.
В процессе фильтрации вся система герметична и полностью изолирована от внешней среды. Конструктивное исполнение блока клапанов
10, 11 и 20, 21 позволяет изменять направление перекачки раствора из промежуточного сосуда 15 в кристаллизатор 1 и, наоборот, в самое короткое время только за счет переключения пары клапанов 10, 11 и 20, 21. При этом изменения направления вращения перистальтического насоса 27 не требуется, и фильтруемый раствор в обоих случаях проходит через фильтр 24 в одном и том же направлении. После последней фильтрации трубку 6 извлекают из кристаллизатора 1 и размещают затравку на платформе-кристаллоносце, после чего начинают процесс кристаллизации на затравке.
Система клапанов 10, 11 и 20, 21 может иметь различную конструктивную реализацию. В частности, при использовании в качестве насоса 27 перистальтического насоса и в качестве трубок 8, 9, 18, 19, 22, 23 и 25, 26 гибких трубок, например, резиновых или полимерных, блок клапанов 10, 20 и 11, 21 может быть конструктивно выполнен в виде центрального элемента 29, по обеим сторонам которого размещены пластины 30, 31 с резьбовыми отверстиями (фиг. 3). В эти отверстия входит ходовой винт 32. Между центральным блоком 29 и пластинами 30 и 31 размещены гибкие трубки 8, 18 и 9, 19, которые при вращении ходового винта (по часовой или против часовой стрелки) попарно перекрываются. Таким образом, перекрытие каждой из пар трубок обеспечивает изменение направления потока раствора из сосуда 15 в кристаллизатор 1 и наоборот.
В процессе работы с кристаллизатором предлагаемой конструкции были выявлены его следующие положительные качества:
1. За один цикл практически полностью фильтруется весь объем раствора, и таких циклов может быть несколько. С каждым циклом фильтрации чистота раствора повышается.
2. Устройство герметично, изолировано от внешней среды, позволяет без потерь фильтровать токсичные, дейтерированные, а также иные растворы.
3. Устройство имеет незначительный размер, изготовляется из доступных гигиенических материалов, легко и быстро собирается и разбирается.
4. Устройство позволяет профильтрованным раствором очищать внутренний объем полностью собранного кристаллизатора в отсутствие затравки.
5. Возможность применения для фильтрации практически любых фильтров, включая трековые мембраны.
6. Промежуточный сосуд с блоком клапанов и системой трубок может быть подключен к любому находящемуся в эксплуатации кристаллизатору практически без модернизации последнего.
7. Высокая скорость фильтрации.
8. Переключение направления фильтрации занимает несколько секунд.
9. Возможность автоматизации процесса фильтрации.
ЗДЕСЬ МОЖНО ПРИВЕСТИ ИНФОРМАЦИЮ О ВЫРАЩЕННЫХ КРИСТАЛЛАХ