一种降膜蒸馏装置及其蒸发器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种降膜蒸馏装置及其蒸发器，包括：降膜蒸发器、冷凝收集机构、浓缩液储罐、缓冲罐和真空泵；所述降膜蒸发器、冷凝收集机构、浓缩液储罐和缓冲罐构成密闭蒸馏体系，所述降膜蒸发器与浓缩液储罐连接，所述降膜蒸发器的蒸汽出口与冷凝收集机构连接，所述冷凝收集机构与缓冲罐连接，所述缓冲罐与真空泵连接。本实用新型实现高效蒸发，抑制热敏物料的热解同时保证了易挥发轻质溶剂的完全回收，实现环保、安全、节能生产。
【专利说明】一种降膜蒸馏装置及其蒸发器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及化工浓缩【技术领域】，特别涉及一种降膜蒸馏装置及其蒸发器。
【背景技术】
[0002]减压降膜蒸馏是一种在较低压力下通过降低蒸发温度和采用膜蒸发方式抑制热敏物料热解的方法，广泛应用于化工生产中。如何使蒸发料液在换热管壁均匀分布，有效利用蒸发面积以及完全回收易挥发的有机溶剂，实现高效、节能、环保、安全生产是困扰业内技术人员的焦点。
[0003]目前应用广泛的减压降膜蒸馏装置如图1所示，其工作原理是:1)开启真空泵P001，持续排出蒸馏体系内的气体，使蒸发体系内维持较低的压强，为降低物料的沸点提供条件；2)打开控制阀门VOOl混合料液经由进料管道GOOl自蒸发器HE001料液入口加入，经液体分布及成膜装置分配到各换热管内壁，在重力和真空诱导及气流作用下，成膜状自上而下流动。流动过程中，逐步吸热，混合液中的部分轻质(溶剂)成为气体与液相一同进入汽液分离室B001。在汽液分离室内分离，蒸汽通过管道G002导入冷凝器HE002冷凝，流入B002收集，未汽化的液体在分离室BOOl内收集；3)物料泵把分离室内的料液在蒸发器HE001内循环加热蒸发，沸点低的轻质(溶剂)汽化进入冷凝器冷凝收集，脱离混合液；4)循环时间的延长，分离室内料液的重质浓度不断提高，料液温度也逐渐升高，推动蒸发持续进行；5)在不断汽化蒸发的的进行中，料液中的轻质(溶剂)不断分离，料液浓度达到预期目标后，重质浓缩液从分离室底部排出，轻质(溶剂)从轻质储罐B002底部排出。
[0004]对于上述图1所示蒸馏装置，存在以下缺点:1)料液在蒸发器换热管间分布不均，给料不足的换热管蒸发面积不能完全利用，给料过剩的换热管液膜过厚，不利蒸发。料液在单根换热管也存在分布不均、成线状流动现象，大大降低了换热强度和生产能力；2)料液在换热管的流向是汽液同向的，气相和液相混合在一起进入分离室分离，浓缩液中轻质浓度较大，不能满足高精度轻质溶剂残余的要求；3)真空机组在提高系统真空，降低蒸馏温度抑制热影响的同时，加大了易挥发轻质溶剂的回收难度，部分轻质溶剂通过真空系统排出，造成环境污染和溶剂损失,加大生产成本。
【发明内容】
[0005]为了克服上述缺陷，本实用新型提供了一种降膜蒸馏装置及其蒸发器，解决上述蒸馏装置中蒸发器在换热管之间分布不均匀及浓缩溶剂精度不足的问题。
[0006]本实用新型提供一种蒸发器，包括:蒸发室1、换热管2、分隔板3、管箱4、布料器9、隔热材料10和外通体11 ;所述蒸发室I内部设置换热管2和布料器9，所述蒸发室I中设置分隔板3，所述蒸发室I的外侧设置隔热材料10，所述蒸发室I的下端设置浓缩液出口12，所述蒸发室I上端设置料液入口 7和蒸汽出口 8，所述蒸发室I上还设置外通体11。
[0007]进一步地，所述蒸发室I是矩形柱体结构，内置多层密集错位规则分布的换热管2，换热管2管程是热媒通道，换热管2外壁是蒸发物料通道。
[0008]进一步地，所述降膜蒸发器的热媒通道用分隔板3隔离成导流管箱4，蒸发器最底端的管箱4设置热媒入口 5，上端管箱4设置热媒出口 6。
[0009]进一步地，所述换热管2外壁设置有阻流环。
[0010]本实用新型还提供一种利用上述蒸发器的降膜蒸馏装置，包括:降膜蒸发器HE01、冷凝收集机构、浓缩液储罐B02、缓冲罐B05和真空泵POl ;所述降膜蒸发器HE01、冷凝收集机构、浓缩液储罐B02和缓冲罐B05构成密闭蒸馏体系，所述降膜蒸发器HEOl与浓缩液储罐B02连接，所述降膜蒸发器的蒸汽出口与冷凝收集机构连接，所述冷凝收集机构与缓冲罐B05连接，所述缓冲罐B05与真空泵POl连接。
[0011]进一步地，所述冷凝收集机构包括一级冷凝收集机构HE02和二级冷凝收集机构HE03，所述降膜蒸发器HEOl的蒸汽出口与一级冷凝收集机构HE02连接，所述一级冷凝收集机构HE02与二级冷凝收集机构HE03连接，所述二级冷凝收集机构HE03与缓冲罐B05连接。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013]1、本实用新型利用管箱式降膜蒸发器为减压蒸馏的料液提供瞬时加热，特殊的换热管布局和汽液逆向的流动方式使物料在换热管表面分布均匀，即可实现高效蒸发，也可抑制热敏物料的热解。
[0014]2、蒸发室内物料自上而下浓度逐步提高，但换热管是逐步增加的，温度是逐步升高的，汽液逆向的流动方向使蒸发室底部的蒸汽较少，从而可以实现浓缩液中轻质的高精度去除。
[0015]3、蒸馏过程，体系预抽真空后切断真空泵与蒸馏体系的连接，蒸馏在减压密闭系统进行。配备较大的缓冲罐和采用两级冷却机构，消减因物料进入蒸发体系造成的真空下降，既应用减压原理抑制了热敏物料的热解，同时保证了易挥发轻质溶剂的完全回收，实现环保、安全、节能生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为传统减压降膜蒸馏装置结构示意图；
[0017]图2为本实用新型的管箱式降膜蒸发器结构示意图；
[0018]图2-a为图2中的换热管排布结构示意图；
[0019]图2_b为图2中的蒸发室结构示意图；
[0020]图2-c为图2中的换热管结构示意图；
[0021]图3为本实用新型的降膜柔和浓缩装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]本实用新型提供一种蒸发器，参见图2所示，所述管箱式降膜蒸发器包括:
[0023]蒸发室1、换热管2、分隔板3、管箱4、布料器9、隔热材料10和外通体11 ;所述蒸发室I内部设置换热管2和布料器9，所述蒸发室I中设置分隔板3，所述蒸发室I的外侧设置隔热材料10，所述蒸发室I的下端设置浓缩液出口 12，所述蒸发室I上端设置料液入口 7和蒸汽出口 8，所述蒸发室I上还设置外通体11。
[0024]进一步地，所述蒸发室I是矩形柱体结构，内置多层密集错位规则分布的换热管2，换热管2管程是热媒通道，换热管2外壁是蒸发物料通道。
[0025]其中，所述蒸发室参见图2-a为换热管排布结构示意图，图2-b为图2中的蒸发室结构示意图。
[0026]本实用新型所述的蒸发器的工作过程为:多元液体混合液从料液入口 7加入，经过布料器9分布在换热管2管外壁上，由于表面张力及重力的作用，物料在换热管管壁上自然形成液膜并以液滴的形式逐层向下分布推进，换热管2内流动的热媒不断向液膜传热，混合液中的低沸点轻质就会成为气相分子脱离换热管壁，在气相分子向上运动，液滴向下运动的过程中相互碰撞进行汽液交换和二次分配，最终浓缩液从蒸发器底部浓缩液出口流出收集，轻相物质(溶剂)以气相形式从蒸汽出口 8排出，进入冷凝器冷却回收。
[0027]进一步地，降膜蒸发器的换热管2外壁设置有阻流环。参照图2-c所示。
[0028]本实用新型中，料液经布料器9均匀布到换热管2外壁后逐层向下流动，换热管在蒸发室内层与层间错位分布，从纵向上保证料液的二次完全再分配；换热管外壁设置有阻液环，防止换热管安装不水平而造成的横向测流；向上运动的气流分散向下运动的液滴，使料液再次分布更均匀。这样有效利用换热面积，增加蒸发强度，实现高效生产。
[0029]进一步地，降膜蒸发器的传热管在蒸发器内从上到下分成η段，数量逐级增加。本实用新型中，蒸发室内，换热管从上到下分成几个密度层，从上而下密度增加，为从上而下浓度逐步提高的料液提供更大的换热面积，从而可以实现浓缩液中轻质的高精度去除。
[0030]进一步地，所述降膜蒸发器的热媒通道用分隔板3隔离成导流管箱4，蒸发器最底端的管箱4设置热媒入口 5，上端管箱4设置热媒出口 6。
[0031]本实用新型中，用分隔板将热媒通道分隔成多个管箱，热媒从最底部的第一层管箱一侧流经第一段换热管管程进入第一层管箱，在第一层管箱内重新分配后流经第二段换热管管程再进入第二层换热管中，依次反复最后从最上层换热管流出。热媒在流动过程和换热管外壁的物料进行热交换，温度逐渐降低，从而使蒸发室内的换热管从上到下形成温度从低到高梯度分布，这样符合从上到下被浓缩液浓度逐步提高需要更高加热温度的要求，从而可以实现浓缩液中轻质的高精度去除。
[0032]参见图3所示，为本实用新型提供的使用所述管箱式降膜蒸发器的降膜蒸馏装置结构图。
[0033]如图3所示，所述降膜蒸馏装置，包括:降膜蒸发器ΗΕ01、冷凝收集机构、浓缩液储罐Β02、缓冲罐Β05和真空泵POl ;所述降膜蒸发器HEO1、冷凝收集机构、浓缩液储罐Β02和缓冲罐Β05构成密闭蒸馏体系，所述降膜蒸发器HEOl与浓缩液储罐Β02连接，所述降膜蒸发器HEOl的蒸汽出口与冷凝收集机构连接，所述冷凝收集机构与缓冲罐Β05连接，所述缓冲罐Β05与真空泵POl连接。
[0034]进一步地，所述冷凝收集机构包括一级冷能收集机构ΗΕ02和二级冷凝收集机构ΗΕ03，所述降膜蒸发器HEOl的蒸汽出口与一级冷凝收集机构ΗΕ02连接，所述一级冷凝收集机构ΗΕ02与二级冷凝收集机构ΗΕ03连接，所述一级冷凝收集机构HEOl与二级冷凝收集机构HEOl分别连接储罐Β03、Β04,所述二级冷凝收集机构ΗΕ03与缓冲罐Β05连接。
[0035]本实用新型实施例中，通过配备较大的缓冲罐和采两级冷却机构，可以消减因物料进入蒸发体系造成的真空下降，延长体系再次预抽真空时间，而且在蒸发进行时，真空机组不用一直工作，可降低生产能耗。
[0036]本实用新型所述的降膜蒸馏装置的工作流程为:待浓缩料液储存于料液储罐BOl内，关闭料液储罐BOl和蒸发器HEOl之间连接管道GOl上的控制阀V04，开启真空泵POl将设备系统内抽到一定的负压，关闭真空泵POl和设备体系连接管路G05上的控制阀门V19，打开进料管道GOl上的控制阀V04，料液储罐BOl内的混合液在压力差下吸入蒸发器HEOl，经过蒸发器HEOl传热汽化后的轻相物质(溶剂)经一、二级冷凝器HE01、HE02冷凝，收集于B03、B04储罐，重相浓缩液从蒸发器HEOl底部流出收集于B02储罐。随着蒸馏过程的进行，料液储罐BOl内的物料进入负压体系使体系内压力升高，达到一定界限时停止进料，对系统进行再次抽真空后进料，如此循环使蒸馏控制在一定的压力范围内密闭进行。一个循环运行后浓缩液从控制阀V09取样分析，如溶剂残留达不到要求可通过输料泵VPOl输送到储罐BOl多次循环浓缩，最终可实现混合液中轻质的高精度分离。
[0037]本实用新型中，物料由BOl料液储罐经HEOl蒸发器加热分离浓缩进入B02浓缩液储罐控温储存，整个过程受热时间短；在蒸发室内膜状蒸发，压力降小；通过减压降低蒸发温度。三种方法同时作用有效的抑制了热敏物料的热解。
[0038]本实用新型中，蒸馏过程体系预抽真空后，切断真空泵与蒸馏体系之间的阀门V19，蒸馏在密闭系统进行，完全解决了减压状态下低挥发度溶剂的回收损失。既降低生产成本，也避免低挥发度溶剂污染环境，实现节能、环保、安全生产。
[0039]上述实施方案的描述，不是对本实用新型的限制，任何形式上的依据本实用新型构思的变化，都属于本实用新型的范畴。
【权利要求】
1.一种蒸发器，其特征在于，包括:蒸发室(I)、换热管(2)、分隔板(3)、管箱(4)、布料器(9)、隔热材料(10)和外通体(11);所述蒸发室(I)内部设置换热管(2)和布料器(9)，所述布料器(9)设置在换热管(2)的上方，所述蒸发室(I)中设置分隔板(3)，所述蒸发室(I)的外侧设置隔热材料(10)，所述蒸发室(I)的下端设置浓缩液出口(12)，所述蒸发室(I)上端设置料液入口(7)和蒸汽出口(8)，所述蒸发室(I)上还设置外通体(11)。
2.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述蒸发室(I)是矩形柱体结构，内置多层密集错位规则分布的换热管(2)，换热管(2)管程是热媒通道，换热管(2)外壁是蒸发物料通道。
3.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述蒸发器的热媒通道用分隔板(3)隔离成导流管箱(4)，蒸发器最底端的管箱(4)设置热媒入口(5)，上端管箱(4)设置热媒出口(6)。
4.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述换热管(2)外壁设置有阻流环。
5.一种使用权利要求1所述的蒸发器的降膜蒸馏装置，其特征在于，包括:蒸发器(HEOl)、冷凝收集机构、浓缩液储罐(B02)、缓冲罐(B05)和真空泵(POl);所述蒸发器(HEOl)、冷凝收集机构、浓缩液储罐(B02)和缓冲罐(B05)构成密闭蒸馏体系，所述蒸发器(HEOl)与浓缩液储罐(B02)连接，所述蒸发器(HEOl)的蒸汽出口与冷凝收集机构连接，所述冷凝收集机构与缓冲罐(B05)连接，所述缓冲罐(B05)与真空泵(POl)连接，所述真空泵(POl)与蒸馏体系之间装有控制阀(V19)。
6.根据权利要求5所述的一种降膜蒸馏装置，其特征在于，所述冷凝收集机构包括一级冷凝收集机构(HE02)和二级冷凝收集机构(HE03)，所述蒸发器(HEOl)的蒸汽出口与一级冷凝收集机构(HE02)连接，所述一级冷凝收集机构(HE02)与二级冷凝收集机构(HE03)连接，所述二级冷凝收集机构(HE03)与缓冲罐(B05)连接。
【文档编号】B01D3/10GK203971428SQ201320834343
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】杨建军, 王建文, 赵全灵 申请人:西安纽赛特化工设备科技有限公司