旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器發(fā)明內(nèi)容

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技術中的缺陷，《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，圓筒上端設有真空接口，圓筒下端設有蒸餾殘液出口；在圓筒內(nèi)真空接口的下方相間設有與圓筒內(nèi)徑相配合的兩塊帶孔隔板，兩塊隔板之間設有填料；在隔板下方的圓筒的側(cè)壁上設有一個輕餾分出口；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)壁上設有一個進料噴嘴，進料噴嘴設置的方向是圓筒內(nèi)側(cè)的切線方向；進料噴嘴上方和內(nèi)側(cè)設有一塊環(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）進料口采用噴嘴結構，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)生結垢現(xiàn)象。

（3）旋流閃蒸布料-薄膜再沸式熱管蒸餾器結合了閃蒸設備蒸發(fā)能力大和薄膜蒸發(fā)設備分離效果好的優(yōu)點，一次蒸餾即可完成原來需要閃蒸設備和降膜蒸發(fā)設備才能完成的蒸發(fā)任務，減少了設備投資，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，可提高設備的蒸發(fā)能力1~2倍。

蒸餾作為一種熱力學分離工藝，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、聚合等化學反應，導致其成分遭到破壞，在應用上受到限制，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置電加熱裝置或通過蒸餾裝置上夾套內(nèi)的熱媒（如：導熱油）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》結構示意圖。

《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。

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）上端設有真空接口（3），圓筒（1）下端設有蒸餾殘液出口（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）之間設有填料（6）；在第二隔板（5）下方的圓筒（1）的側(cè)壁上設有一個輕餾分出口（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)壁上設有一個進料噴嘴（9），進料噴嘴（9）設置的方向是圓筒（1）內(nèi)側(cè)的切線方向；進料噴嘴（9）上方的圓筒（1）內(nèi)側(cè)壁上設有一塊環(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)設有環(huán)繞圓筒（1）的熱管加熱裝置（11）。

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）上端設有真空接口（3），圓筒（1）下端設有蒸餾殘液出口（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）之間設有填料（6）；在隔板（5）下方的圓筒（1）的側(cè)壁上設有一個輕餾分出口（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)壁上沿切線方向設有一個進料噴嘴（9），進料噴嘴（9）設置的方向是圓筒（1）內(nèi)側(cè)的切線方向；進料噴嘴（9）上方和內(nèi)側(cè)設有一塊環(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)壁切線方向設置的進料噴嘴（9）高速進入蒸餾器內(nèi)環(huán)形擋板（10）圍成的環(huán)形空間內(nèi)霧化，切線方向設置進料噴嘴（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)物料呈膜狀沿熱管加熱裝置圍繞的圓筒（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。

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。

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，當流體黏度小于0.5cP時，可考慮采用立式熱虹吸；但當黏度大于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垢較嚴重的場合。

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，設計再沸器時，必須同蒸餾塔的特點和結構聯(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；按結構可分釜式、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。

常用的換熱器設備系列有國家標準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，不易結垢，管程容易清洗，常用于易結垢的工況，但是設計時需要留有較大的面積余量。結構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。單個設備的傳熱面積有一定限制。