一种短程蒸发器的制作方法

背景技术：
短程的含义不是指蒸发器的长度、高度或直径的尺寸，而是指物料分子运动平均自由程。众所周知，当混合液体物料被加热板加热后，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于轻、重分子的自由程不同，使得不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同。轻分子从液面逸出后移动距离大，其自由程就长，重分子从液面逸出后移动距离小，其自由程就短，在沸腾的薄膜和冷凝面之间的压差是蒸汽流向的驱动力，对于微小的压力降就会引起蒸汽的流动。在1mbar下运行要求在沸腾面和冷凝面之间非常短的距离，基于这个原理制作的蒸馏器称为短程蒸发器。若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。这样，达到物质蒸发分离的目的。

短程蒸馏器是一个工作在1～0.001mbar压力下热分离技术过程，它较低的沸腾温度，非常适合热敏性、高沸点物。短程蒸馏器(用于分子蒸馏装置中)有一个内置冷凝器(指现有技术中)在加热面的对面，并使操作压力降到0.001mbar。其基本构成：带有加热夹套的圆柱型筒体，转子和内置冷凝器；在转子的固定架上精确装有刮膜器和防飞溅装置。内置冷凝器位于蒸发器的中心，转子在圆柱型筒体和冷凝器之间旋转。短程蒸馏器由外加热的垂直圆筒体、位于它的中心冷凝器及在蒸馏器和冷凝器之间旋转的刮膜器组成。

分子蒸馏是一种特殊的液--液分离技术，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。短程蒸馏器还适合于进行分子蒸馏。分子流从加热面直接到冷凝器表面。分子蒸馏过程可发如下四步：

1、分子从液相主体向蒸发表面扩散：通常，液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速度的主要因素，所以应尽量减薄液层厚度及强化液层的流动；

2、分子在液层表面上的自由蒸发：蒸发速度随着温度的升高而上升，但分离因素有时却随着温度的升高而降低，所以，应以被加工物质的热稳定性为前提，选择经济合理的蒸馏温度；

3、分子从蒸发表面向冷凝面飞射：蒸气分子从蒸发面向冷凝面飞射的过程中，可能彼此相互碰撞，也可能和残存于两面之间的空气分子发生碰撞。由于蒸发分子远重于空气分子，且大都具有相同的运动方向，所以它们自身碰撞对飞射方向和蒸发速度影响不大。而残气分子在两面间呈杂乱无章的热运动状态，故残气分子数目的多少是影响飞射方向和蒸发速度的主要因素；

4、分子在冷凝面上冷凝：只要保证冷热两面间有足够的温度差(一般为70～100℃)，冷凝表面的形式合理且光滑则认为冷凝步骤可以在瞬间完成，所以选择合理冷凝器的形式相当重要。

短程蒸发器的特点：

1、普通蒸馏在沸点温度下进行分离，分子蒸馏可以在任何温度下进行，只要冷热两面间存在着温度差，就能达到分离目的；

2、普通蒸馏是蒸发与冷凝的可逆过程，液相和气相间可以形成相平衡状态；而分子蒸馏过程中，从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上，中间不与其它分子发生碰撞，理论上没有返回蒸发面的可能性，所以，分子蒸馏过程是不可逆的；

3、普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象；分子蒸馏过程是液层表面上的自由蒸发，没有鼓泡现象；

4、表示普通蒸馏分离能力的分离因素与组元的蒸汽压之比有关，表示分子蒸馏分离能力的分离因素则与组元的蒸汽压和分子量之比有关，并可由相对蒸发速度求出。

可见，短程蒸发器主要应用于熔融物料的分子蒸馏装置。

以下对现有技术中短程蒸发器的不足和缺陷进行说明：

目前短程蒸发器均由外加热的垂直圆筒体和位于它的中心冷凝器以及在圆筒体和冷凝器之间旋转的刮膜器三部分组成，存在的不足和缺陷如下：

1.实际上，刮膜器的刮板或刮刀与加热圆筒内壁吻合的程度差异较大，形成的蒸馏薄膜厚薄不均，使蒸馏分离效果产生差异。有许多用户反映，同时加工的两套蒸馏设备，产品得率始终存在一定差异，其中，吻合程度的差异是造成这种现象的原因之一。

2.刮膜器的刮板或刮刀运动迎面堆积厚厚的物料无法被蒸馏分离出来，蒸馏得率下降。

3.刮膜器的刮板或刮刀是有一定体积和厚度，对自由程在40毫米以下的物料来说，中型规模短程蒸发器已无法设计。尤其对自由程在10毫米以下的物料来说，微型短程蒸发器都无法设计了。一般生产物料的自由程在20～50毫米之间，显然，现有技术已无法满足现代化工业化生产的需要。

4.实际设计加工的短程蒸发器冷却面是由按圆周排列的无缝钢管组成的，与蒸发面之间的距离是远近都有，远近相差45％以上，极不严格。分子蒸馏得到的产物不一致，成分非常杂，得到的产物是自由程范围非常大的产品。

5.刮膜板作用在内壁加热面上，对内壁加热面要求精加工、难度大，成本高，废品率高。

本发明主要构思是：一个高真空的密闭容器内(即横卧的圆筒体内)有一个料盆，将蒸馏分离用的混合料通入料盆内；转鼓可以匀速转动，其下方极小部分浸入料盆中；靠转鼓外圆表面自然沾粘料盆内的物料，在转鼓外圆表面形成不到1毫米厚的薄料层，必要时可以利用设置在薄料层形成后其前方迎面的刮膜板刮走面上的物料，进一步减薄料层厚度，以利于物料分子扩散。刮膜板设置在料盆内靠一边的上方，被刮出来多余的物料直接回落到料盆内暂时不参与分子扩散蒸馏，最大限度地适应各种自由程物料蒸馏分离的需要。外圆筒通入降温冷却介质，转鼓通入高温加热介质，与现有技术相反，更符合人们节能的想法。

技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种简单合理、技术领先、效率高、得率高的短程蒸馏器。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种短程蒸发器，包括一个水平静止放置并带有夹套a10的圆筒形器体组件19、一个可转动且带有空心轴头的转鼓组件7、动力端器盖a36和非动力端器盖b40，所述转鼓组件7设置在所述器体组件19内并且同轴，所述转鼓组件7两端空心轴头上设置有机械密封组件35，形成一个密闭的工作空间9，所述器体组件19底部设置有料盆22，所述转鼓组件7的转鼓17的一部分浸入料盆22中，所述器体组件19的夹套a10为马蹄形结构，所述转鼓组件7的转鼓17为圆柱形，所述转鼓组件7的两轴端分别设置有旋转接头27，所述轴头内设置有保温夹套层29，所述料盆22底部设置有进料口15，在所述器体组件19的外围设置一液位平衡罐3，其出料管5与料盆22的进料口15相通，所述器体组件19底部设置有隔板a11、隔板b23，所述隔板a11、隔板b23将所述器体组件19底部无夹套部位分割为I、II、III三个区间，并分别对应设置有出料口a14、出料口b26、出料口c24，所述料盆22外一侧设置有刮刀a13，依靠弹簧a12作用力使刮刀a13的刃口与转鼓外圆相接触，所述料盆22内一边设置有刮刀b20，依靠弹簧b21作用力使刮刀b20的刃口与转鼓外圆相接触，动力端器盖a36和非动力端器盖b 40上的轴承座32的机械密封室34与轴承位43之间均设置有两道密封31，所述两道密封31之间设置有排泄孔41，所述器体组件19两端的动力端器盖a36和非动力端器盖b40为曲面封头，其上设置有视镜16。

进一步的，所述马蹄形夹套a10内设置有导流槽a38，所述转鼓17内设置有夹套b8和导流槽b39，所述旋转接头27上设置有介质进出口28，所述液位平衡罐3内设置有液位控制阀2、外部设置有视镜16和进料口1，所述弹簧a12为拉伸弹簧，所述弹簧b21为压缩弹簧，所述刮刀a13为聚四氟乙烯塑料，所述刮刀b20为聚四氟乙烯塑料，所述密封31为Y型密封圈，所述曲面封头为椭圆封头，所述机械密封室34部位设置有补液管口33。所述导流槽38沿轴线方向来回折返或沿圆周方向来回折返，所述导流槽39沿圆周方向呈螺旋状分布。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

1、对于所有高沸点、热敏及易氧化物料的分离，本发明分子蒸馏短程蒸发器提供了最佳分离方法。因为分子蒸馏在远低于物料沸点的温度下操作，而且物料停留时间短；

2、分子蒸馏可极有效地脱除液体中的物质如有机溶剂、臭味等，这对于采用溶剂萃取后液体的脱溶是非常有效的方法；

3、分子蒸馏可有选择地蒸出目的产物，去除其它杂质，通过多级分离可同时分离2种以上的物质；

4、分子蒸馏的分馏过程是物理过程，因而可很好地保护被分离物质不受污染和侵害。

5、外圆筒卧式设置可以靠转鼓外圆表面自然沾粘料盆内的物料，在转鼓外圆表面形成一层厚度不到1毫米、厚薄非常均匀的薄膜状料层，必要时可以利用设置在薄膜状料层形成时前方迎面的刮膜板做进一步减薄，以利于物料分子的扩散。

6、刮膜板是设置在分子蒸发表面至冷凝面区域以外，既不受自由程大小限制，又不影响分子扩散。可以任意设置加热面与冷凝面间距，适应面更广，可适应更多物料的分子蒸馏。

7、物料分子运动平均自由程与物料温度、真空度有关。温度真空度越低，平均自由程越小。基于这个原理，本发明短程蒸发器的加热面与冷凝面间距可以比现有技术小50％以上，使得物料加热温度进一步降低，有效保护物料有效成分；真空要求变低，使得真空的形成更容易实现，有效降低了真空形成和运行成本。

8、刮膜板作用在转鼓外表面上，难度小，易加工，成本低，成品率高。结构简单，造价低。

9、外圆筒通入降温冷却介质，转鼓通入高温加热介质。形成高温物体被低温物体包围的空间体，更符合人们节能的想法，与现有技术相反。

附图说明 图1是本发明一种短程蒸发器横截面结构剖视图。

图2是本发明一种短程蒸发器纵向结构剖视图。

图3是本发明一种短程蒸发器的器体组件纵向结构剖视图。

图4是本发明一种短程蒸发器的转鼓组件纵向结构剖视图。

图5是本发明一种短程蒸发器的器体本体纵向结构剖视图。

图6是本发明一种短程蒸发器的器体本体横截面结构剖视图。

其中，1为进料口a，2为液位控制阀，3为液位平衡罐，4为物料，5为出料管，6为真空口，7为转鼓组件，8为夹套b，9为工作空间，10为夹套a，11为隔板a，12为弹簧a，13为刮刀a，14为出料口a，15为进料口b，16为视镜，17为转鼓，18为冷却内筒，19为器体组件，20为刮刀b，21为弹簧b，22为料盆，23为隔板b，24为出料口c，25为液位，26为出料口b、27为旋转接头，28为介质进出口，29为保温夹套层，30为轴承，31为密封，32为轴承座，33为补液管口，34为机械密封室，35为机械密封组件，36为动力端器盖a，37为介质出口，38为导流槽a，39为导流槽b，40为非动力端器盖b，41为排泄孔，42为介质进口，43为轴承位。

具体实施方式 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参见图1、图2、图3、图4、图5、图6，一种短程蒸发器，包括一个水平静止放置并带有冷却液夹套a10的圆筒形器体组件19、一个可转动且带有空心轴头的转鼓组件7、动力端器盖a36和非动力端器盖b40，所述转鼓组件7设置在所述器体组件19内并且同轴，所述转鼓组件7两端空心轴头上设置有机械密封组件35，形成一个密闭的工作空间9。所述器体组件19底部设置有料盆22，所述转鼓组件7的转鼓17的一部分浸入料盆22中，所述料盆22内通入物料4(见图1、图3)，液位高过转鼓17的底部，但不能溢出料盆22。所述器体组件19的夹套a10为马蹄形结构，所述转鼓组件7的转鼓17为圆柱形，所述转鼓组件7的两轴端分别设置有旋转接头27，所述轴头内设置有保温夹套层29，目的是防止高温传给轴承30和密封31，导致轴承30过热和烧损密封31。所述料盆22底部设置有进料口15。在所述器体组件19的外围设置一液位平衡罐3，其出料管5与料盆22的进料口15相通，底部设置有隔板a11、隔板b23，所述隔板a11、隔板b23将所述器体组件19底部无夹套部位分割为I、II、III三个区间，并分别对应设置有出料口a14、出料口b26、出料口c24。所述料盆22外一侧设置有刮刀a13，依靠弹簧a12的作用力使刮刀a13的刃口与转鼓外圆相接触，所述料盆22内一边设置有刮刀b20，依靠弹簧b21的作用力使刮刀b20的刃口与转鼓外圆相接触，动力端器盖a36和非动力端器盖b40上的轴承座32(见图3)的机械密封室34与轴承位43之间均设置有两道密封31，所述两道密封31之间设置有排泄孔41，所述器体组件19两端的动力端器盖a 36和非动力端器盖b40为曲面封头，其上设置有视镜16。

进一步的，所述马蹄形夹套a10内设置有导流槽a38，导流槽a38可以沿轴线方向来回折返，也可以沿圆周方向来回折返。所述转鼓17内设置有夹套b8和导流槽39b，导流槽b39沿圆周方向呈螺旋状分布。所述旋转接头27上设置有介质进出口28，所述液位平衡罐3内设置有液位控制阀2，保证料盆22液位处于正常高度；液位平衡罐3外部设置有视镜16和进料口1，方便观察液位工作状态。所述弹簧a12为拉伸弹簧，所述弹簧b21为压缩弹簧，所述刮刀a13和所述刮刀b20均为聚四氟乙烯塑料，所述密封31为Y型密封圈，所述曲面封头为椭圆封头，所述机械密封室34部位设置有补液管口33。

工作过程描述：所述器体组件19顶部真空口6与高真空系统相连，工作空间9内形成高真空(1～0.001mbar压力范围内)；启动电动机，转鼓组件7转动；向液位平衡罐3进料口1送料，转鼓组件7的转鼓17整个外表面自然会沾粘上一层薄薄的物料层。通过所述液位平衡罐3内设置的液位控制阀2自动补料，料盆22内液位25到达设定高度后，自动停止进料。通过所述液位平衡罐3外部设置的视镜16，可以清晰地观察到液位4变化情况。接通转鼓组件7两端高温加热介质进出口28，使转鼓17上沾粘的物料会迅速得到加热、蒸发、蒸馏。所述器体组件19的介质进口42和介质出口37分别与降温循环水系统接通，使所述器体组件19的冷却内筒18成为冷却面并将从转鼓17外表面蒸发飞射过来的物料气态分子捕捉冷凝成液态物质。这些冷凝在冷却面的产品受自身重力作用，沿冷却弧形面自然流下落入I区间和III区间内，由出料口a 14、出料口c 24自动排出，得到分子蒸馏轻相产品。未能得到蒸馏的重分子物料仍然粘附在转鼓17外表面，通过紧贴在转鼓17外表面的刮刀a13的铲刮作用，被刮落至器体组件19底部的II区间内，由出料口b26自动排出，得到分子蒸馏重相产品。