旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器

《旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器》涉及一種真空蒸餾裝置，具體涉及一種精細(xì)化工、制藥、食品等行業(yè)使用的旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器。

蒸餾作為一種熱力學(xué)分離工藝，常用于液-液或液-固混合物中各組份的分離。截至2011年12月，在傳統(tǒng)的蒸餾加工技術(shù)過程中，被分離物質(zhì)由于長時間受熱或因高溫而引起分子氧化甚至裂解、聚合等化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其成分遭到破壞，在應(yīng)用上受到限制，如：從植物油和魚肝油中提取高級脂肪酸，就不能使用傳統(tǒng)的蒸餾方式，而采用了機械刮膜或自由降膜式真空蒸餾，這兩種蒸餾方式是基于在蒸發(fā)表面形成一層蒸發(fā)薄膜，利用被分離物質(zhì)中兩相或多相之間沸點的不同，從而達(dá)到分離的目的，這兩種蒸餾裝置被普遍使用。從分離效果看，這兩種蒸餾形式因其物料在蒸發(fā)面的膜層較厚、受熱時間長、蒸發(fā)溫度高而且溫度分布不均衡，不利于一些易分解、氧化的熱敏性物料的分離。

蒸餾過程需要外部提供熱源，常用的方法是在蒸餾裝置外部設(shè)置電加熱裝置或通過蒸餾裝置上夾套內(nèi)的熱媒（如：導(dǎo)熱油）降低溫度釋放熱量來供熱。電加熱雖然方便，但增加了生產(chǎn)成本，而且會產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象，影響蒸餾操作及產(chǎn)品質(zhì)量；導(dǎo)熱油供熱屬顯熱供熱，熱流密度較低，使蒸餾器的加工能力受到限制。

圖1是《旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器》結(jié)構(gòu)示意圖。

2021年6月24日，《旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器》獲得第二十二屆中國專利優(yōu)秀獎。

由圖1可見，《旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器》包括一個密閉的圓筒（1），圓筒（1）上端設(shè)有真空接口（3），圓筒（1）下端設(shè)有蒸餾殘液出口（2）；在圓筒（1）內(nèi)真空接口（3）的下方相間設(shè)有與圓筒（1）內(nèi)徑相配合的帶孔隔板（4）和隔板（5），隔板（4）和隔板（5）之間設(shè)有填料（6）；在隔板（5）下方的圓筒（1）的側(cè)壁上設(shè)有一個輕餾分出口（7）；在輕餾分出口（7）下方圓筒（1）的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有一個開口向上的環(huán)形集液槽（8），環(huán)形集液槽（8）固定在圓筒（1）內(nèi)側(cè)壁上；在環(huán)形集液槽（8）下方圓筒（1）的內(nèi)側(cè)壁上沿切線方向設(shè)有一個進(jìn)料噴嘴（9），進(jìn)料噴嘴（9）設(shè)置的方向是圓筒（1）內(nèi)側(cè)的切線方向；進(jìn)料噴嘴（9）上方和內(nèi)側(cè)設(shè)有一塊環(huán)形擋板（10），環(huán)形擋板（10）上部的外緣固定在圓筒（1）內(nèi)側(cè)壁上，環(huán)形擋板（10）下端向圓筒（1）內(nèi)側(cè)壁方向傾斜并與圓筒（1）內(nèi)側(cè)壁保留間隙；在環(huán)形擋板（10）下端相間一段距離的圓筒（1）的外側(cè)設(shè)有環(huán)繞圓筒（1）的熱管加熱裝置（11）。

蒸餾時，將真空泵與真空接口（3）連接，啟動真空泵將蒸餾器內(nèi)部抽到規(guī)定的真空度；開啟熱管加熱裝置（11）使蒸餾器升溫達(dá)到工藝規(guī)定的溫度；高溫物料從蒸餾器內(nèi)側(cè)壁切線方向設(shè)置的進(jìn)料噴嘴（9）高速進(jìn)入蒸餾器內(nèi)環(huán)形擋板（10）圍成的環(huán)形空間內(nèi)霧化，切線方向設(shè)置進(jìn)料噴嘴（9），氣液容易分離，夾帶的氣體量少，避免料液被蒸發(fā)氣體直接帶入輕餾份出口；霧化的物料從環(huán)形擋板（10）與圓筒（1）之間的間隙溢出，進(jìn)入環(huán)形擋板（10）下方和熱管加熱裝置（11）圍繞的圓筒（1）部分內(nèi)側(cè)上方的空間內(nèi)，一部分物料被閃蒸，蒸發(fā)氣體上升到由隔板（4）、隔板（5）和填料（6）組成的填料塔中，填料塔中填充規(guī)整填料，也可以填充鮑爾環(huán)填料，蒸發(fā)氣體遇填料冷凝成液體，液體依靠自身重力匯集到環(huán)形集液槽（8）中，經(jīng)輕餾份出口（7）流出；未閃蒸的液態(tài)物料呈膜狀沿?zé)峁芗訜嵫b置圍繞的圓筒（1）部分的內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)向下運動，同時吸收熱管加熱裝置（11）通過圓筒（1）壁傳遞的熱量完成薄膜蒸發(fā)，蒸發(fā)氣體上升到由隔板（4）、隔板（5）和填料（6）組成的填料塔中冷凝成液體，匯集到環(huán)形集液槽（8）中，經(jīng)輕餾份出口（7）流出，物料中未蒸發(fā)的重組份在蒸餾器的底部匯集，由蒸餾殘液出口（2）引出，從而完成一次蒸餾過程。

旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器專利目的

針對專利背景中相關(guān)技術(shù)中的缺陷，《旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器》提供了一種蒸發(fā)面膜層較薄、物料受熱時間短、溫度分布均衡、供熱能力提高、加工能力顯著增加的旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器。

旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器技術(shù)方案

《旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器》所述的旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器，包括一個密閉的圓筒，圓筒上端設(shè)有真空接口，圓筒下端設(shè)有蒸餾殘液出口；在圓筒內(nèi)真空接口的下方相間設(shè)有與圓筒內(nèi)徑相配合的兩塊帶孔隔板，兩塊隔板之間設(shè)有填料；在隔板下方的圓筒的側(cè)壁上設(shè)有一個輕餾分出口；在輕餾分出口下方圓筒的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有一個開口向上的環(huán)形集液槽，環(huán)形集液槽固定在圓筒內(nèi)側(cè)壁上；在環(huán)形集液槽下方圓筒的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有一個進(jìn)料噴嘴，進(jìn)料噴嘴設(shè)置的方向是圓筒內(nèi)側(cè)的切線方向；進(jìn)料噴嘴上方和內(nèi)側(cè)設(shè)有一塊環(huán)形擋板，環(huán)形擋板上部的外緣固定在圓筒內(nèi)側(cè)壁上，環(huán)形擋板下端向圓筒內(nèi)側(cè)壁方向傾斜并與圓筒內(nèi)側(cè)壁保留間隙；在環(huán)形擋板下端相間一段距離的圓筒1的外側(cè)設(shè)有環(huán)繞圓筒1的熱管加熱裝置。

旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器改善效果

（1）采用切線進(jìn)料，氣液容易分離，而且夾帶的液體量較少，避免液態(tài)物料被蒸發(fā)氣體直接帶入輕餾份出口；物料迅速霧化并形成大量微細(xì)的小液滴，大幅度增加了物料的受熱面積，提高了蒸發(fā)效率。

（2）進(jìn)料口采用噴嘴結(jié)構(gòu)，加快了物料的運動速度，使物料沿蒸餾器內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)向下運動并呈很薄的膜狀布滿蒸餾器內(nèi)壁；物料流動時容易形成湍流，提高了傳熱效率；物料分布均勻，避免了干壁現(xiàn)象；物料中易結(jié)垢的物質(zhì)因受剪切力作用而不會聚集，避免在蒸餾器內(nèi)壁產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。

（3）旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器結(jié)合了閃蒸設(shè)備蒸發(fā)能力大和薄膜蒸發(fā)設(shè)備分離效果好的優(yōu)點，一次蒸餾即可完成原來需要閃蒸設(shè)備和降膜蒸發(fā)設(shè)備才能完成的蒸發(fā)任務(wù)，減少了設(shè)備投資，提高了生產(chǎn)能力。

（4）蒸餾過程中，物料受熱時間短，受熱均勻、蒸發(fā)速度快，避免了蒸發(fā)面上出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象，特別適用于易分解、氧化的熱敏性物料的分離。

（5）蒸餾過程所需熱量由熱管加熱裝置提供，熱管是通過內(nèi)部工質(zhì)狀態(tài)變化（液-汽-液）引起的吸熱和放熱過程實現(xiàn)傳熱，即利用工質(zhì)的相變傳熱，屬潛熱供熱，熱流密度比顯熱供熱高1~2個數(shù)量級，供熱能力增加，溫度均衡、穩(wěn)定，可提高設(shè)備的蒸發(fā)能力1~2倍。

1.一種旋流閃蒸布料－薄膜再沸式熱管蒸餾器，其特征是：所述的旋流閃蒸布料－薄膜再沸式熱管蒸餾器，包括一個密閉的圓筒（1），圓筒（1）上端設(shè)有真空接口（3），圓筒（1）下端設(shè)有蒸餾殘液出口（2）；在圓筒（1）內(nèi)真空接口（3）的下方相間設(shè)有與圓筒（1）內(nèi)徑相配合的帶孔的第一隔板（4）和第二隔板（5），第一隔板（4）和第二隔板（5）之間設(shè)有填料（6）；在第二隔板（5）下方的圓筒（1）的側(cè)壁上設(shè)有一個輕餾分出口（7）；在輕餾分出口（7）下方圓筒（1）的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有一個開口向上的環(huán)形集液槽（8），環(huán)形集液槽（8）固定在圓筒（1）內(nèi)側(cè)壁上；在環(huán)形集液槽（8）下方圓筒（1）的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有一個進(jìn)料噴嘴（9），進(jìn)料噴嘴（9）設(shè)置的方向是圓筒（1）內(nèi)側(cè)的切線方向；進(jìn)料噴嘴（9）上方的圓筒（1）內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有一塊環(huán)形擋板（10），環(huán)形擋板（10）上部的外緣固定在圓筒（1）內(nèi)側(cè)壁上，環(huán)形擋板（10）下端向圓筒（1）內(nèi)側(cè)壁方向傾斜并與圓筒（1）內(nèi)側(cè)壁保留間隙；在環(huán)形擋板（10）下端相間一段距離的圓筒（1）的外側(cè)設(shè)有環(huán)繞圓筒（1）的熱管加熱裝置（11）。

臥式熱虹吸再沸器是一種典型的水平放置的管殼式換熱器，蒸餾塔內(nèi)液體從再沸器殼側(cè)底部進(jìn)入，向上流過管柬，沸騰發(fā)生在換熱管外表面，汽液混合物自上升管返回蒸餾塔內(nèi)，如圖2所示。

臥式熱虹吸再沸器的流動形式類似于釜式再沸器，但其循環(huán)性能良好，汽化分率較低，使得工藝流體結(jié)垢的可能性更小。因為臥式熱虹吸再沸器的循環(huán)量比較大，所以通過它的工藝流體，尤其是寬沸程混合物所需溫升比釜式再沸器的低，因此臥式熱虹吸再沸器的局部沸騰溫差和傳熱速率較高。中等黏度的流體在臥式中的沸騰狀態(tài)比在立式中要好，當(dāng)流體黏度小于0.5cP時，可考慮采用立式熱虹吸；但當(dāng)黏度大于0.5cP時，則考慮采用臥式熱虹吸再沸器。臥式熱虹吸再沸器清洗方便，傳熱面積較大，但是占地面積也大而且造價也比較高，出口管線較長，壓力降較大，不適于低壓和真空操作工況以及結(jié)垢較嚴(yán)重的場合。

再沸器（又稱為重沸器）常用于蒸餾塔底，對塔底流體加熱使一部分物料汽化返回塔內(nèi)，以提供分餾所需要的熱量。因此，設(shè)計再沸器時，必須同蒸餾塔的特點和結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來考慮。在石油化工廠中，再沸器多采用管殼式換熱器。

再沸器按循環(huán)方式可分為自然循環(huán)（熱虹吸）和強制循環(huán)兩種；按物料可分為管內(nèi)和管外蒸發(fā)兩種；按結(jié)構(gòu)可分釜式、立式、臥式及內(nèi)置式四種；按蒸發(fā)（汽化）程度可分為一次通過型和循環(huán)型兩種，此外還可按與塔的連接形式分類和按塔釜有無隔板分類。

常用的換熱器設(shè)備系列有國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28712.1—2012（浮頭式冷凝器型式與基本參數(shù)），適用于臥式熱虹吸再沸器；GB/T 28712.4—2012（立式熱虹吸式重沸器型式與基本參數(shù)），適用于立式熱虹吸再沸器；釜式再沸器和降膜蒸發(fā)器需要自行設(shè)計。

立式熱虹吸再沸器加熱介質(zhì)走殼側(cè)，工藝流體走管側(cè)，在管內(nèi)汽化，是自然循環(huán)的單元操作，其動力來自再沸器內(nèi)流體與入口管線內(nèi)流體的密度差，如圖1所示。

立式熱虹吸再沸器適用于低壓和真空操作，由于流體循環(huán)速率高，傳熱系數(shù)比較大，物料在換熱管內(nèi)的停留時間短，不易結(jié)垢，管程容易清洗，常用于易結(jié)垢的工況，但是設(shè)計時需要留有較大的面積余量。結(jié)構(gòu)和管線之間的連接比較緊湊，占地面積小，安裝費用以及價格都比較低：汽液混合物在蒸餾塔內(nèi)進(jìn)行分離，省去再沸器的分離空間，分餾效果小于一塊理論板。由于殼程難于清掃，不能用較臟的介質(zhì)加熱。再沸器要求的靜壓頭比較大，需要塔的安裝高度較高。單個設(shè)備的傳熱面積有一定限制。