内置冷凝器的同腔两次相变减压蒸馏器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及有机物料液减压蒸馏提纯领域，尤其是一种内置冷凝器的同腔两次相变减压蒸馏器。包括蒸发器罐体、温度调节器、顶层减压排气口、减压排气管线、单向阀、真空泵，蒸发器罐体是一个由下端封头、中间筒体和上端锥形体罐壁组成的立式结构容器；在蒸发器罐体内的中下部盛装有料液；在蒸发器罐体内料液上方气相空间的中上部设置有第一引流器，第一引流器进口呈向上角度设置，第一引流器出口穿越蒸发器罐体的罐壁，通过第一引流管线与第一馏分罐的上端口连通；在第一引流器进口上方的气相空间内，设置有螺旋式冷凝器、板式冷凝器、列管式冷凝器中任意一种或两种以上的组合。本发明结构简单实用，可大幅提高气相馏分的冷却效果。
【专利说明】内置冷凝器的同腔两次相变减压蒸馏器
【技术领域】
[0001]本发明涉及有机物料液的减压蒸馏提纯领域，尤其是一种内置冷凝器的同腔两次相变减压蒸馏器。
【背景技术】
[0002]蒸馏是一种热提纯过程，通过针对有机物料液的蒸馏虽然可以得到质地单纯的馏分，但是经历热提纯后的有机物必将遭受热提纯过程的热解破坏，由此减压蒸馏是抑制有机物遭受热解破坏的方法之一，为了高效抑制有机物在蒸馏过程中所遭受的热解破坏，人们发明了分子蒸馏装置。
[0003]中国专利(CN 101537263A)公开了一种分子蒸馏机，该装置由繁多部件构成，在繁多的部件中，放热面是内壁(21)，冷却面是列管式冷凝器(4)，在内壁(21)与冷凝器(4)之间设置有由转笼驱动机构(32 )带动旋转的转笼(31)。
[0004]该装置存在的弊端是:
①因装置的结构紧凑而复杂，所以导致装置的制造成本高、维护成本高、操作难度大。
[0005]②因装置的放热面与冷却面的馏程距离太短(4?6cm)，所以容易使蒸发中的馏分发生雾沫夹带而导致短路蒸发，而使馏分的纯净度下降。
[0006]③冷却方式单一，很难进一步提高气相馏分的冷却效果。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服【背景技术】之不足，而提供一种结构简单实用、具有强大冷却功能的内置冷凝器的同腔两次相变减压蒸馏器。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种内置冷凝器的同腔两次相变减压蒸馏器，包括:具有进料管和排料管的蒸发器罐体、温度调节器、顶层减压排气口、减压排气管线、单向阀、参与提供真空减压动力的真空泵，所述蒸发器罐体是一个由下端封头、中间筒体和上端锥形体罐壁组成的立式结构容器；在所述蒸发器罐体内的中下部盛装有料液；在所述蒸发器罐体内料液上方气相空间的中上部设置有第一引流器，第一引流器进口呈向上角度设置，第一引流器出口穿越蒸发器罐体的罐壁，通过第一引流管线与第一馏分罐的上端口连通；在所述第一引流器进口上方的气相空间内，设置有冷凝器，所述冷凝器是螺旋式冷凝器、板式冷凝器、列管式冷凝器中任意一种或两种以上的组合。
[0009]采用上述技术方案本装置与现有技术相比，具有下述突出的特点:
通过在减压工况下内置第一引流器的蒸发器罐体以及设置于第一引流器进口之上的冷凝器，使受热蒸发过程中发生汽化相变的馏分，在冷凝器的作用下，再次发生液化相变而变成液相馏分，由此使蒸发器罐体之内保持一定的真空度，为料液在较低温度下的蒸发提供条件；该装置还具备结构简单、制造成本低、维护成本低、操作难度小等优势；通过受热后的料液液面距第一引流器进口的垂直适宜的馏程距离，可以高效抑制蒸发中的馏分发生雾沫夹带而导致短路蒸发；通过多种冷凝器的联合实施，可大幅提高气相馏分的冷却效果。
[0010]作为本发明装置的一种优选方案，在所述第一引流器进口至冷凝器之间的气相空间内设置有与蒸发器罐体内壁连接的上口大下口小的圈形第一引流板。
[0011]作为本发明装置的一种优选方案，在所述第一引流器进口至料液液面之间的气相空间内，设置有上端与进料管的出口连通、下端呈簸箕状出口、整体呈层叠盘旋的螺旋汽化槽。
[0012]作为本发明装置的一种优选方案，所述第一引流器为双层壳体结构，在双层壳体所形成的空间内设置有隔热材料；在所述第一引流器的外层壳体之上设置有与其内部相通的双层壳体恒压口，恒压管线一端与双层壳体恒压口连通，另一端旋转向下与与蒸发器罐体内气相空间相通的真空减压空间连通。
[0013]作为本发明装置的一种优选方案，所述参与提供真空减压动力的真空泵是滑阀式
真空泵。
[0014]作为本发明装置的一种优选方案，在所述蒸发器罐体外端下部的中央部位安装有与蒸发器罐体内部相通的密封轴承组件和减速机支架，减速机安装在蒸发器罐体之下的减速机支架下端，搅拌机构的搅拌轴穿越密封轴承组件与减速机连接。
[0015]作为本发明装置的一种优选方案，所述在列管式冷凝器壳体之内下端管板至下端壳体法兰盘之间的空间内，设置有由第二引流板和第二引流器构成的轻质馏分收集器。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例1的结构示意图。
[0017]图2是本发明实施例2的结构示意图。
[0018]图3是本发明实施例3的结构示意图。
[0019]图中:蒸发器罐体1，保温层2，料液3，排料管4，动力泵5，三通管线6，温度调节器7，内路阀门8，外路阀门9，进料管10，第一引流板11，板式冷凝器12，第一引流器进口 13，螺旋式冷凝器14，罐体上端口 15，列管式冷凝器16，顶层减压排气口 17，减压排气管线18，恒压管线19，单向阀20，真空泵21，双层壳体恒压口 22，第一引流管线23，第一引流器24，螺旋汽化槽25，料液液面26，第一馏分罐27，减速机28，密封轴承组件29，减速机支架30，搅拌机构31，第二引流板32，第二引流器33，第二引流管线34，第二馏分罐35。
【具体实施方式】
[0020]下面通过实施例进一步阐述本发明，目的仅在于更好地理解本
【发明内容】
。
[0021]实施例1:
参见图1，本实施例中:
为了便于识别，下述运用了锥形体罐壁的部件，在具体实施中，锥形体罐壁与封头的功能是类同的，它们之间没有本质上的区别。
[0022]蒸发器罐体I是一个由下端封头、中间筒体和上端锥形体罐壁组成的立式结构容器，垂直安放在支架之上。在蒸发器罐体I的底部、中上部、上部及顶部分别设置有与其内部相通的排料管4、进料管10、罐体上端口 15，在各管口的外口端均设置有法兰盘。在蒸发器罐体I上端锥形体之下的外部，设置有保温层2。[0023]在蒸发器罐体I内的中下部盛装有料液3。由此在蒸发器罐体I内至顶层减压排气口 17之间所形成的同腔总容积空间被料液液面26分割成两部分，由料液3占据的空间称之为液相空间，由料液液面26以上至顶层减压排气口 17之间所形成的空间称之为气相空间。
[0024]在蒸发器罐体I内料液上方气相空间的中上部设置有第一引流器24，第一引流器进口 13呈向上角度设置，第一引流器24出口穿越蒸发器罐体I的罐壁，通过第一引流管线23与第一馏分罐27的上端口连通。
[0025]第一馏分罐27是一个密封容器。
[0026]为了进一步将液相馏分进行冷却，在第一引流器24出口至第一馏分罐27之间的第一引流管线23之上，还可以安装液相馏分冷凝器。
[0027]在第一引流器进口 13上方的气相空间内，设置有冷凝器，冷凝器是螺旋式冷凝器
14、板式冷凝器12、列管式冷凝器16中任意一种或两种以上的组合。
[0028]螺旋式冷凝器14是一个呈螺旋形态的管状体，该管状体的冷媒进口和冷媒出口分别穿越蒸发器罐体I的罐壁与外界的冷媒介质相通。
[0029]板式冷凝器12是一个刻意通过金属板进行热量交换做功的换热器，本实施例中的板式冷凝器12是蒸发器罐体I在保温层2之上的裸体部分，该裸体部分既是板式冷凝器12,也是蒸发器罐体I罐壁的一部分。
[0030]列管式冷凝器16是一个垂直使用的冷凝器，它分别由壳体、上端壳体法兰盘、下端壳体法兰盘、换热管、上端管板、下端管板、冷媒进口和冷媒出口组成；上端壳体法兰盘和下端壳体法兰盘分别设置于壳体端头的上下两端；上端管板和下端管板分别设置于壳体之内的上下两端，其外边缘分别与壳体内壁焊接；若干根换热管穿越上端管板、下端管板，两端分别与上端管板和下端管板焊接；在本述结构下，与换热管内部相通的空间为本冷凝器的管程，由壳体内部与换热管外部所形成的空间为本冷凝器的壳程，冷媒进口和冷媒出口分别焊接在形成壳程的壳体上下两端。
[0031]列管式冷凝器16的上端壳体法兰盘和下端壳体法兰盘分别与上端口 26和顶层减压排气口 17之上的法兰盘相匹配；列管式冷凝器16垂直安装在罐体上端口 15与顶层减压排气口 17之间，由此列管式冷凝器16的下端口和上端口分别是该冷凝器的进口和出口。
[0032]在第一引流器进口 13至冷凝器之间的气相空间内设置有与蒸发器罐体I内壁连接的上口大下口小的圈形第一引流板11。第一引流板11的下口直径小于第一引流器进口13的外径。第一引流板11的原则性功能是将第一引流板11以上气相空间内发生液化相变的馏分引流至第一引流板11之下的第一引流器进口 13之内。
[0033]在第一引流器进口 13至料液液面26之间的气相空间内，设置有上端与进料管10的出口连通、下端呈簸箕状出口、整体呈层叠盘旋的螺旋汽化槽25。螺旋汽化槽25是一个类似于簸箕的凹形槽，该凹形槽以螺旋的形态自上向下地层叠盘旋在第一引流器24之下的气相空间的内，该螺旋形态凹形槽上端头设置有侧口端板并与进料管10的出口连通，该螺旋形态凹形槽下端头的侧端口呈常开状态，当料液3由进料管10的出口流出后，料液3可以完全、顺利地自上向下顺延螺旋汽化槽25向下流淌至料液液面26以下的料液3之中。
[0034]第一引流器24是一个类似于漏斗的部件；第一引流器进口 13的外径小于蒸发器罐体I内径，由此在第一引流器进口 13的侧端与蒸发器罐体I内壁之间形成一条气相通道。
[0035]第一引流器24为双层壳体结构，在双层壳体所形成的空间内设置有隔热材料；在第一引流器24的外层壳体之上设置有与其内部相通的双层壳体恒压口 22，恒压管线19 一端与双层壳体恒压口 22连通，另一端旋转向下与与蒸发器罐体I内气相空间相通的真空减压空间连通。本述的隔热材料是任意的不良导热材料，例如:固相的保温棉材料或气相介质材料等。在具体实施中，第一引流器24双层壳体内部既可以与蒸发器罐体I内气相空间直接连通，也可以与与蒸发器罐体I内气相空间相通的真空减压空间连通，真空减压空间所指的范围是自真空泵21的进口至蒸发器罐体I之内气相空间之间所形成的空间。
[0036]本实施例中，恒压管线19 一端与第一引流器24的双层壳体恒压口 22连通，另一端旋转向下与减压排气管线18的中部连通。
[0037]参与提供真空减压动力的真空泵21是滑阀式真空泵。滑阀式真空泵与往复式真空泵相比，具有密封性好、噪音低、真空度高等优势。滑阀式真空泵与液环式真空泵相比，具有能效比闻、真空度闻等优势。
[0038]顶层减压排气口 17是一个在口端向下封头的顶部连通有管线端口的部件，在封头的下口端连接有与罐体上端口 15法兰盘相匹配的法兰盘。
[0039]减压排气管线18 —端与顶层减压排气口 17的出口连通，另一端穿越单向阀20与真空泵21的进口连通，中部与恒压管线19连通。
[0040]为了更加环保起见，真空泵21的出口可以与外界的废气焚烧炉燃烧室连通。
[0041]三通管线6是一个具有三个端口的管线，下端口穿越温度调节器7和动力泵5与排料管4的出口相通，左端口穿越外路阀门9与外界相通，右端口穿越内路阀门8与进料管10的进口相通。
[0042]料液3是需要蒸馏提纯分离的任意一种有机物浆液。
[0043]温度调节器7是一个可以向料液3进行放热的部件，在具体实施中它可以是一个管式炉或换热器。
[0044]减压下蒸发器罐体I之内受热后料液3液层越厚，受热程度越高，越容易发生强烈的沸溢现象而使馏分的纯净度下降，因此应适度掌握受热后料液3液层厚度和受热程度的工况环境；减压下蒸发器罐体I之内受热后料液3与第一引流器进口 13的馏程距离越短，其蒸发效率越高，但是越容易发生雾沫夹带而导致短路蒸发，而使馏分的纯净度下降，因此应尽量缩短受热后料液3与第一引流器进口 13的馏程距离，但是应该避免上述弊端，由此调节确定的馏程距离是适宜的馏程距离；在本述机理下，受热后料液3液层越薄、受热程度越低，越有利于在较短的馏程距离下针对有机物料液3进行高效提纯，因此应根据受热后料液3液层厚度和受热程度等因素，调节确定其适宜的馏程距离。
[0045]装置的工作原理:
料液3通过三通管线6的上端，穿越外路阀门9、内路阀门8经由进料管10进入蒸发器罐体I之内，其注料量约占蒸发器罐体I容积的二分之一左右。
[0046]开启真空泵21，使蒸发器罐体I之内的气压进入真空减压状态。
[0047]开启内路阀门8，关闭外路阀门9，开启动力泵5，使蒸发器罐体I之内的料液3顺延排料管4、动力泵5、三通管线6、温度调节器7、内路阀门8、进料管10再次进入蒸发器罐体I之内进行循环流动。[0048]开启温度调节器7，使其向料液3进行放热，当循环流动的料液3得到在其真空气压下的蒸发温度时，汽化相变开始出现，此时在蒸发器罐体I内的受热后料液3中，不断有被汽化的高温气相馏分以膨胀数倍体积的物态变化，脱离料液3经由气相通道接受第一引流器进口 13上方气相空间内冷凝器的冷却；经冷却后可以被液化的馏分发生液化相变再次以收缩数倍体积的物态变化变成液态并落入第一引流器进口 13之内，落入第一引流器进口 13之内的液态馏分经由第一引流管线23被第一馏分罐27所收集；经冷却后不能被液化的馏分以气相物态的形式经由罐体上端口 15、顶层减压排气口 17、减压排气管线18、单向阀20被真空泵21排往外界。
[0049]上述冷凝器是螺旋式冷凝器14、板式冷凝器12、列管式冷凝器16中任意一种或两种以上的组合；在具体实施中，可以根据工艺及工况需要，选择其中的一种、两种或三种进行联合实施。
[0050]在上述工作原理的解析下，通过在减压工况下内置第一引流器24的蒸发器罐体I以及设置于第一引流器进口 13之上的冷凝器，使受热蒸发过程中发生汽化相变的馏分，在冷凝器的作用下，再次发生液化相变而变成液相馏分，由此使蒸发器罐体I之内保持一定的真空度，为料液3在较低温度下的蒸发提供条件；该装置还具备结构简单、制造成本低、维护成本低、操作难度小等优势；通过受热后的料液3液面距第一引流器进口 13的垂直适宜的馏程距离，可以高效抑制蒸发中的馏分发生雾沫夹带而导致短路蒸发；通过多种冷凝器的联合实施，可大幅提高气相馏分的冷却效果。
[0051]如果将列管式冷凝器16和螺旋式冷凝器14进行串联联合实施，将冷媒介质依次用于列管式冷凝器16和螺旋式冷凝器14的冷却换热，那么可以大幅提高冷媒介质的换热效率。
[0052]如果将螺旋式冷凝器14的的冷媒进口和冷媒出口与热能可以再利用的冷媒介质相通，将列管式冷凝器16的冷媒进口和冷媒出口与其它冷媒介质相通，那么可以大幅提高制热能和制冷能的利用效率；本述的热能可以再利用的冷媒介质是用于上述蒸馏之前的料液3。
[0053]板式冷凝器12是一个刻意通过金属板进行热量交换做功的换热器，如果使用自然流通的空气作为冷媒介质，那么该冷凝器在工作中不需要其它能源消耗。
[0054]气相馏分的冷却效果越好，蒸发器罐体I之内所保持的真空度越高。
[0055]受热后的料液3液面所指的是吸收温度调节器7热量后处于蒸发汽化状态中的料液3液面。
[0056]处于蒸发汽化状态中的料液3液面距第一引流器进口 13的距离是客观工况下的馏程距离。
[0057]为了使第一引流器进口 13更多地收集发生液化相变的馏分，在所述第一引流器进口 13至冷凝器之间的气相空间内设置有与蒸发器罐体I内壁连接的上口大下口小的圈形第一引流板11。
[0058]为了使受热后的料液3获得更多的汽化时间和汽化面积以及较短的馏程距离而提高其汽化效率、避免因受热后料液3的液层过厚而发生强烈的沸溢现象而引发雾沫夹带致使料液3过量进入馏分之内，在所述第一引流器进口 13至料液液面26之间的气相空间内，设置有上端与进料管10的出口连通、下端呈簸箕状出口、整体呈层叠盘旋的螺旋汽化槽25。
[0059]为了抑制第一引流器24下端因较低的温度而导致气相馏分因失热液化，再次回流至料液3之内；避免作用在第一引流器24双层壳体内外的压差而对第一引流器24双层壳体的损坏并抑制液相馏分流入双层壳体所形成的空间内，所述第一引流器24为双层壳体结构，在双层壳体所形成的空间内设置有隔热材料；在所述在第一引流器24的外层壳体之上设置有与其内部相通的双层壳体恒压口 22，恒压管线19 一端与双层壳体恒压口 22连通，另一端旋转向下与与蒸发器罐体I内气相空间相通的真空减压空间连通。
[0060]为了进一步提高真空泵做功的真空度、环保水平和能效比，所述参与提供真空减压动力的真空泵21是滑阀式真空泵。
[0061]实施例2:
参见图2，实施例2与实施例1的区别仅在于，在蒸发器罐体I内的中下部安装有由搅拌轴和搅拌桨等部件组成的搅拌机构31。
[0062]在蒸发器罐体I外端下部的中央部位安装有与蒸发器罐体I内部相通的密封轴承组件29和减速机支架30，减速机28安装在蒸发器罐体I之下的减速机支架30下端，搅拌机构31的搅拌轴穿越密封轴承组件29与减速机28连接。
[0063]密封轴承组件29是一个既可以使搅拌机构31的搅拌轴在一个相对范围内旋转，又可以将蒸发器罐体I之内搅拌机构31的搅拌轴与外界实现相对密封的组件。
[0064]基于上述结构，不但可以使蒸发器罐体I内的料液3不断实现搅拌均化、避免在静压下影响料液3的蒸发，还可以高效利用蒸发器罐体I下部的空间，通过料液3下部所形成的静压而减小密封轴承组件29内外的压差。
[0065]实施例3:
参见图3，实施例3与实施例2的区别仅在于，在列管式冷凝器16壳体之内下端管板至下端壳体法兰盘之间的空间内，设置有由第二引流板32和第二引流器33构成的轻质馏分收集器。
[0066]本实施例中，第二引流器33是一个由管圈、上口小下口大的锥形槽底圈、列管式冷凝器16壳体和馏分排放管构成的部件；管圈的直径与锥形槽底圈的上口直径相匹配，两者相互焊接连接；锥形槽底圈的下口直径与列管式冷凝器16壳体的内壁直径相匹配，两者相互焊接连接；由此由管圈、锥形槽底圈和列管式冷凝器16壳体构成一个环状凹形槽；馏分排放管穿越列管式冷凝器16壳体与环状凹形槽的内部相通。
[0067]第二引流板32是一个外径大于管圈直径、凸面向上的凸形板，第二引流板32通过支架被固定安装在管圈之上的下端管板之下。
[0068]第二馏分罐35是一个密封容器；第二引流管线34的进口端与馏分排放管连通，出口端与第二馏分罐35的上端口连通。
[0069]上述结构不是必然的，还可以在第一引流器24出口至第一馏分罐27之间的第一引流管线23之上安装液相馏分冷凝器，将第二引流管线34的出口端与第一馏分罐27的上端口连通。
[0070]基于上述结构，不但可以将总体液相馏分分割成两种窄馏分，还可以抑制因轻质馏分下落至第一引流器24之上而发生二次蒸发现象。
[0071]上述各实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明技术方案范畴。
【权利要求】
1.一种内置冷凝器的同腔两次相变减压蒸馏器，包括:具有进料管和排料管的蒸发器罐体、温度调节器、顶层减压排气口、减压排气管线、单向阀、参与提供真空减压动力的真空泵，其特征在于，所述蒸发器罐体是一个由下端封头、中间筒体和上端锥形体罐壁组成的立式结构容器；在所述蒸发器罐体内的中下部盛装有料液；在所述蒸发器罐体内料液上方气相空间的中上部设置有第一引流器，第一引流器进口呈向上角度设置，第一引流器出口穿越蒸发器罐体的罐壁，通过第一引流管线与第一馏分罐的上端口连通；在所述第一引流器进口上方的气相空间内，设置有冷凝器，所述冷凝器是螺旋式冷凝器、板式冷凝器、列管式冷凝器中任意一种或两种以上的组合。
2.根据权利要求1所述的内置冷凝器的同腔两次相变减压蒸馏器，其特征在于，在所述第一引流器进口至冷凝器之间的气相空间内设置有与蒸发器罐体内壁连接的上口大下口小的圈形第一弓I流板。
3.根据权利要求1所述的内置冷凝器的同腔两次相变减压蒸馏器，其特征在于，在所述第一引流器进口至料液液面之间的气相空间内，设置有上端与进料管的出口连通、下端呈簸箕状出口、整体呈层叠盘旋的螺旋汽化槽。
4.根据权利要求1所述的内置冷凝器的同腔两次相变减压蒸馏器，其特征在于，所述第一引流器为双层壳体结构，在双层壳体所形成的空间内设置有隔热材料；在所述第一引流器的外层壳体之上设置有与其内部相通的双层壳体恒压口，恒压管线一端与双层壳体恒压口连通，另一端旋转向下与与蒸发器罐体内气相空间相通的真空减压空间连通。
5.根据权利要求1所述的内置冷凝器的同腔两次相变减压蒸馏器，其特征在于，所述参与提供真空减压动力的真空泵是滑阀式真空泵。
6.根据权利要求1所述的内置冷凝器的同腔两次相变减压蒸馏器，其特征在于，在所述蒸发器罐体外端下部的中央部位安装有与蒸发器罐体内部相通的密封轴承组件和减速机支架，减速机安装在蒸发器罐体之下的减速机支架下端，搅拌机构的搅拌轴穿越密封轴承组件与减速机连接。
7.根据权利要求1所述的内置冷凝器的同腔两次相变减压蒸馏器，其特征在于，所述在列管式冷凝器壳体之内下端管板至下端壳体法兰盘之间的空间内，设置有由第二引流板和第二引流器构成的轻质馏分收集器。
【文档编号】B01D3/10GK103908791SQ201410130329
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】吴国存, 冯斌 申请人:吴国存