УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРА

Предлагаемая полезная модель относится к области выращивания искусственных кристаллов, а более конкретно к устройствам для выращивания кристаллов из пересыщенного раствора, например кристаллов KDP (дигидрофосфата калия). DKDP (дигидрофосфата калия) TGS (триглицинсульфата) и подобных.
Известно устройство для выращивания кристаллов из раствора, снабженное системой отбора конденсирующегося растворителя, содержащее кристаллизационный стакан, снабженный цилиндрической крышкой, на которой герметично установлен конденсатор растворителя, в крышке со стороны конденсатора выполнена кольцевая проточка, образующая полость для сбора растворителя, подключенная через канал в крышке к накопителю растворителя, размещенному вне кристаллизатора (Авторское свидетельство СССР №230104, МГЖ B01J, опубл. 30 октября 1968 г.).
Основным недостатком известного устройства для кристаллизации является то, что сконденсировавшийся на стенке конденсатора растворитель, стекающий в полость для сбора конденсата, не только заполняет ее целиком, но и в силу эффекта поверхностного натяжения образует мениск, поднимающийся выше стенки кольцевой проточки, образующей названную полость. В результате над полостью возникает «крыша из растворителя», который в зависимости от материала крышки, размеров кольцевой проточки и качества ее исполнения составляет от 5 до 7 мм.
Естественно, что после достижения определенного значения высоты «крыши» или в результате случайного толчка или вибрации кристаллизационного стакана растворитель, образующий «крышу», переливается внутрь объема названного стакана. Одномоментное поступление в результате перелива дополнительного количества растворителя в маточный раствор изменяет концентрацию соли в маточном растворе, нарушая установившийся режим пересыщения. Данное обстоятельство отрицательно сказывается на качестве выращиваемого кристалла.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание устройства, в котором обеспечивается контроль и регулирование количества сконденсированного растворителя, который поступает из полости для сбора конденсата в стакан кристаллизатора.
Техническим результатом является создание устройства, в котором в результате поддержания постоянного уровня пересыщения маточного раствора в течение всего цикла кристаллизации обеспечивается высокое качество выращиваемых кристаллов.
Решение поставленной технической задачи и достижение технического результата обеспечиваются тем, что в устройстве для выращивания кристаллов из раствора, содержащем
кристаллизационный стакан, снабженный цилиндрической крышкой, на которой герметично установлен конденсатор растворителя, в крышке со стороны конденсатора выполнена кольцевая канавка, образующая полость для сбора растворителя, подключенная через канал в крышке к накопителю растворителя, размещенному вне кристаллизатора, крышка снабжена формирователем капель растворителя, который гидравлически через горизонтальный канал соединен с полостью для сбора растворителя. Формирователь снабжен вертикальным каналом, через который капли растворителя поступают в кристаллизационный стакан. Формирователь имеет счетчик капель растворителя, сливающихся из полости для сбора растворителя через формирователь капель в кристаллизационный стакан. Счетчик капель растворителя имеет два электрода, один из которых размещен внутри канала в формирователе капель, заполненном растворителем, а другой установлен вне формирователя капель под выходным отверстием канала. Входное отверстие канала, ведущего к накопителю растворителя, расположено на 2-4 мм ниже горизонтального входного отверстия формирователя капель. Формирователь капель может быть выполнен съемным.
Конструкция устройства поясняется схемами, представленными на фигурах.
Фиг. 1 - схематическое изображение верхней части устройства для кристаллизации.
Фиг. 2 - сечение по А-А устройства, представленного на фиг. 1.
Поскольку новизна полезной модели состоит в системе отбора капель сконденсированного растворителя и механизме их возвращения в кристаллизационный стакан, то на фигурах изображена только верхняя часть кристаллизационного устройства, имеющая отношение к реализации предлагаемого технического решения.
Устройство имеет кристаллизационный стакан 1, заполненный маточным раствором, который перемешивается с помощью мешалки. На кристаллизационном стакане герметично установлена крышка 2, в которой выполнено отверстие большого диаметра для прохода паров растворителя (показаны стрелками), как правило, воды, испаряющихся с поверхности маточного раствора. Сверху к крышке 2 прикреплен конденсатор 3, соприкасаясь со стенкой которого пары растворителя конденсируются и стекают вниз. В крышке 2 выполнена кольцевая канавка, которая образует полость 4, в которой собираются стекающие по стенке конденсатора капли растворителя. Для отвода растворителя из названной полости в ее дне выполнен канал 5. В выходное отверстие канала 5 вставлен штуцер 6 трубки, через которую растворитель поступает в накопитель сконденсированного растворителя (не показан). С кольцевой канавкой в крышке соединен формирователь капель 7, имеющий вертикальный канал 8 и сообщающийся с ним горизонтальный канал 9, открывающийся в полость 4 канавки для сбора растворителя. Растворитель из названной полости проходит через каналы 8 и 9 и в виде отдельных капель 10 сливается внутрь полости кристаллизационного стакана 1. Внутри вертикального канала 8 и формирователя капель 7 размещен первый электрод 11 в виде стержня, а под выходным отверстием размещен второй электрод 12. Входное отверстие канала 9 соединяющего полость 4 и канал 8, расположено на несколько миллиметров, например 2-4 мм., выше входного отверстия канала 5, соединенного через штуцер 6 и трубку с накопителем растворителя (не показаны).
Устройство функционирует следующим образом
Пары растворителя в результате подвода тепла испаряются с поверхности маточного раствора, который заполняет полость кристаллизационного стакана 1. Далее пары растворителя, пройдя через отверстие в крышке 2, поступают в полость конденсатора и, соприкасаясь с его холодной внутренней стенкой, сжижаются. Полученный сконденсированный растворитель стекает вниз и заполняет кольцевую полость 4 для сбора растворителя.
Часть растворителя через отверстие в дне кольцевой канавки, канал 5 и штуцер 6 отводится в накопитель растворителя (не показан), обеспечивая пересыщение маточного раствора. Другая часть растворителя через горизонтальный канал 9 и вертикальный канал 8 поступает в формирователь капель 7. Из выходного отверстия названного канала растворитель в виде отдельных капель возвращается обратно в полость кристаллизационного стакана, пополняя объем маточного раствора. Контроль за объемом растворителя, поступающего обратно в кристаллизационный стакан, обеспечивается в результате подсчета его отдельных капель путем применения счетчика капель, имеющего первый вертикальный электрод 11 и второй электрод 12, расположенный горизонтально под выходным отверстием канала 8. Капля растворителя, заполняя пространство между электродами, вызывает замыкание электрической цепи и появление сигнала, который регистрируется счетчиком капель.
Таким образом, в процессе функционирования устройства, часть растворителя отводится из полости 4 через канал 5, поскольку его входное отверстие находится на дне кольцевой проточки, на 2-4 мм ниже входного отверстия канала 9. Другая часть растворителя через горизонтальный канал 9, вертикальный канал 8 в формирователе капель 7 в виде отдельных капель стекает обратно в кристаллизационный стакан. Уровень растворителя в кольцевой канавке никогда не поднимается выше уровня горизонтального канала 9. Поступление растворителя в маточный раствор в виде отдельных капель предотвращает резкое изменение его пересыщения, что обеспечивает повышение качества выращиваемых кристаллов.
Данный технический результат достигается в результате того, что крышка снабжена формирователем капель, через который растворитель дозировано в виде отдельных капель возвращается в кристаллизационный стакан.
Проведенные эксперименты подтвердили достижение поставленной цели и технического результата.