一种喷雾蒸馏装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种喷雾蒸馏装置，包括至少一个蒸发室、原料液进料管、原料预热器、过滤器、泵、原料液储罐、成品储罐；所述蒸发室包括壳体、原料液雾化器、水蒸汽分布器和回流液处理装置；所述壳体顶部有易挥发相出口，底部有难挥发相出口；所述壳体中安装有原料液雾化器和水蒸汽分布器；所述原料液雾化器与原料液进料管连接；水蒸汽分布器与水蒸汽进汽管连接；所述壳体中安装有回流液处理装置，所述回流液处理装置由回流液导管、洒水环、填料网圈、残液透气帽和残液排放管、安装板组成。本发明脱离现有以孔板或填料为主要传质传热蒸馏精馏方式，而采用喷雾蒸馏技术，不但能够充分有效利用热能，节约能源，而且废液排放达标效果突出。
【专利说明】
一种喷雾蒸馏装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及到蒸馏设备，特别涉及一种蒸馏(精馏)装置。
技术背景
[0002]蒸馏是将要分离的混合液体加热至沸，引出生成的蒸汽，再使它冷凝，结果得到与最初混合液体不同的液体。精馏是一种在过程进行时，有着上升的蒸汽和迎面下来的流动的液体(回流)，相互作用的蒸馏。通常把上述蒸馏和精馏简称为蒸馏。
[0003]传统蒸馏的主要设备有:蒸馏塔、再沸器、冷凝器、回流输送设备等。主要传质传热的空间条件是塔板或填料。液体混合物进入蒸馏塔后，易挥发相向塔顶逐渐浓缩，离开塔顶后在冷凝器冷凝，一部分作为易挥发相成品，另一部分被送入蒸馏塔上部(这一部分被称为精馏塔)作为回流液，保证精馏操作连续稳定地进行。难挥发相向塔底逐渐浓缩，一部分作为难挥发相或称为废液排出，另一部分则经再沸器加热蒸发送回蒸馏塔中，为蒸馏操作提供足够的连续上升的蒸汽气流，最终还是落到再沸器里。
[0004]典型的精馏塔有孔板塔、填料塔等，其理论和设备都已成熟，广泛用于石油、制药、化工、轻工、食品、冶金等行业。但现有技术中的蒸馏塔所实现的蒸馏(精馏)过程在蒸发与处理回流时不但需要消耗大量的能源，而且排放的废液往往达不到国家环保要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于脱离现有以孔板或填料为主要传质传热蒸馏精馏方式，而采用喷雾蒸馈技术，以最大面积、最快速度、最简化设备实现传质传热，同时达到最大限度节约能源又使废液排放趋近于零。
[0006]本发明的目的通过下述技术方案实现:一种喷雾蒸馏装置，包括至少一个蒸发室、原料液进料管、原料预热器、过滤器、栗、原料液储罐、成品储罐;所述蒸发室(I)具有一个壳体，所述壳体的顶部设有易挥发相出口，底部设有难挥发相出口，上部安装有原料液雾化器，下部安装有水蒸汽分布器，内部安装有回流液处理装置;所述原料液雾化器与原料液进料管连接固定，所述原料液进料管固定安装于壳体的上部;所述水蒸汽分布器与水蒸汽进气管连接固定，所述水蒸汽分布器与水蒸汽进气管连接固定，所述水蒸汽进气管固定在壳体的下部;所述回流液处理装置包括安装板、残液透气帽、残液排放管、填料网圈、洒水环和回流液导管，所述安装板与壳体连接固定，所述的残液透气帽安装在安装板的上方，残液排放管安装在安装板的下方，所述填料网圈安装在安装板的上面，洒水圈安装在填料网圈的上方，洒水圈两个进口端分别与两个回流液导管连接;所述蒸发室与原料液进料管连通并通过管路依次与原料预热器、过滤器、栗、原料液储罐相连通，所述蒸发室的易挥发相出口通过管路与成品储罐相连通。
[0007]作为优选，本装置包括两个蒸发室，所述两个蒸发室串联使用，上面的蒸发室的原料液进料管接收回流，下面的蒸发室的原料液进料管接收原料液，上面的蒸发室起精馏作用，下面的蒸发室起提留作用。
[0008]作为优选，本装置还包括精馏柱和残液处理器，所述精馏柱的塔壳底部与所述蒸发室顶部连接，所述残液处理器顶部与所述蒸发室底部连接;所述精馏柱内部填充填料块或孔板，上部设有回流洒水圈，顶部设有易挥发相蒸汽出口，下部设有安装在透气帽底板上的回流透气帽和残液流出口；所述残液处理器内部交替安装有小、大残液处理盘，所述小、大残液处理盘里分别安装有多个残液加热圈，所述残液加热圈的一端分别连接于蒸汽分气缸，另一端分别连接于蒸汽冷凝水收集器，所述小、大残液处理盘由残液处理盘支撑架支撑于处理器内壳底部，在残液处理器底部有残液排放口。
[0009]本装置还包括与所述成品储罐连通的冷凝器，所述的冷凝器或接收所述蒸发室顶部的易挥发相出口(10)出来的蒸汽，或接收所述精馏柱顶部的易挥发相蒸汽出口出来的蒸汽。
[0010]本发明的优点(工作原理)在于:
[0011]1、瞬间蒸发。本发明所述的蒸馏装置中，设置一个喷雾式蒸发室，在这个蒸发室里，被蒸发的混合液体被雾化成无数细小液珠从上往下充满蒸发室空间，热源载体水蒸汽和被蒸汽分布盘加热蒸发的混合液体被分布器均勾分散在蒸馈室里。上述两者的分散方向是相对的。这就为两者的传质传热创造了最大接触面积和最快速传递的空间条件。(可以计算，Im3的水，当水珠直径由I Cm变为Ιμπι时，其表面积将会由623.6m2，增加到6236，OOOm2，表面积增加了 10，000倍)混合液微粒得到热量汽化蒸发上行，水蒸汽微粒释放热量被冷凝下行，促使混合液中的易挥发相和难挥发相迅速分离。这是在蒸发室里湍流冲撞中心空间完成的传质传热。蒸发室中心空间是传质传热的主要空间通道。另外在蒸发室的四周环形空间带，有回流液处理装置:借助填料网圈里的填料，为上部精馏柱下来的回流残液(大部分成分是难挥发相)，与带热蒸汽以及残液处理器蒸发上来的蒸汽(含有一定量的易挥发相)接触创造第二个接触空间通道。这两种传质传热空间条件为混合液体两种以上组分分离创造了最大的空间和最快的接触速度。构成了本发明装置充分利用热能，解决残液残留排放达标问题的硬件条件。
[0012 ] 2、连续性--同时连续进料、连续出成品、连续排废液。本发明可以实现原料连续进入，成品连续输出，废液连续排放，温度、压力、流量、含量等物性参数可以实现程序乃至全自动监控。而传统蒸馏装置，包括加热釜再沸器、孔板蒸馏塔或填料蒸馏塔，这些装置是断续进料，断续出成品，直到加热釜再沸器装满了残液无法继续蒸发了只好排放。而排放的废液里含有3-5%的溶剂(因为剩下的含易挥发相3-5%的残液，在再沸器里蒸发出来需要大量蒸汽加热大量的难挥发相，不够蒸汽成本，往往被舍弃)，由于生产不连续，成品易挥发组分含量不稳定，废液排放超标，既造成损失浪费严重又污染环境。
[0013]由此可知，这种生产过程中的连续性，是蒸馏设备先进性的一个突出特征。本发明的喷雾蒸馏床(蒸发室)所具有的连续性，不但是蒸馏操作本身要求的(成品含量的提高和废液零污染排放)，也是生产可控性、自动化控制所必需的。
[0014]3、安全性。本发明比折流式或填料式旋转超重力床有以下进步:
[0015]原料液的混合液体在栗压下各个喷嘴处形成了高速雾化的射流湍流，其射速远比离心力甩出的速度高，并迅速在蒸馏床里形成无数个液体粒珠，这些粒珠与反向混合蒸汽间实现了借助于动量传递、热量传递和浓度扩撒的多种传递形式的传质转热，效率之高，远不是离心力所比的。离心转子的转速和直径，都是受到材质和加工精度、安装精度制约的；而各种栗的机械运动，相对离心转子的机械运动，运动惯量要小的多，而因压力形成的喷射速度增加幅度反而很大。相比之下:本发明一是省去了离心转子。节省了大量电力消耗、钢材消耗和机械加工及维修量;二是制造成本较低。旋转式的超重力床有机械转子及其大功率电动机传动，功率较大，不但制造成本大而且运行成本也高;三是安全性好。而旋转超重力床由于有转子的转动，有可能出现碰壁、挂帮，造成火花引起易挥发相爆炸。
[0016]4、节能性。本装置的蒸发室的壳体、精馏柱的塔壳、处理器内壳的外部均设有保温层，这些保温措施对于节能起到了重要作用。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的蒸发室(喷雾蒸馏床)示意图。
[0018]图2是本发明的有塔喷雾蒸馏床系统图(实施例1)。
[0019]图3是本发明的喷雾蒸馏床系统图(实施例2)。
[0020]图4是本发明的精馏柱示意图。
[0021]图5是本发明的残液处理器示意图。
[0022]图6是本发明的雾化器示意图。
[0023]图7是本发明的水蒸汽分布器示意图。
[0024]图8是本发明的残液透气帽、残液排放管与安装板结构示意图。
[0025]图9是本发明的回流透气帽与透气帽底板结构示意图。
[0026]图10是本发明的洒水环示意图。
[0027]图11是本发明的回流洒水圈不意图。
[0028]图12是本发明的小残液处理盘和残液加热圈结构示意图。
[0029 ]图13是本发明的大残液处理盘和残液加热圈结构示意图。
[0030]图14是本发明的无塔喷雾蒸馏床系统图(实施例3)。
[0031 ]图中:1-蒸发室，2-原料液雾化器，3-水蒸汽分布器，4-壳体，5-回流液处理装置，6-填料网圈，7-洒水环，8-残液排放管，9-残液透气帽，10-易挥发相出口，11-原料液进料管，12-水蒸汽进气管，13-进气管固定板，14-进料管固定板，15-难挥发相出口，16-回流液导管，17-安装板，18-大法兰，19-小法兰，20-冷凝器，21-保温层，22-成品储罐，23-原料储罐，24-栗，25-过滤器，26-阀门，27-成品冷却器，28-原料预热器，29-管道，30-精馏柱，31-塔壳及保温层，32-填料或孔板，33-回流洒水圈，34-回流透气帽，35-透气帽底板，36-残液流出口，37-易挥发相蒸汽出口，38-回流液进料管，39-水蒸汽分布盘，40-残液处理器，41-处理器内壳，42-处理器保温层，43-小残液处理盘，44-残液加热圈，45-蒸汽分气缸，46-蒸汽进口，47-蒸汽冷凝水收集器，48-冷凝水出口管，49-残液处理盘支撑架，50-大残液处理盘，51-废液排放口，52-喷嘴，53-喷嘴座，54-洒水孔，55-洒水环进水口，56-蒸汽分布盘加固环。
具体实施例
[0032]下面结合附图及实施例对本发明进一步描述。
[0033]实施例1:有塔喷雾蒸馏床系统
[0034]本发明的喷雾蒸馏装置，其包括蒸发室1、精馏柱30、残液处理器40、冷凝器20、原料液储罐23、成品储罐22、栗24、过滤器25、原料预热器28、成品冷却器27，上述设备通过管道29和阀门26组成如图2所示的有塔喷雾蒸馏床系统。
[0035]如图1所示，蒸发室I包括原料液雾化器2、水蒸汽分布器3、壳体4和回流液处理装置5;壳体4的顶部有易挥发相出口 10与精馏柱30的塔壳底部通过小法兰19连接;蒸发室I的回流液导管16与精馏柱30的残液流出口 36连接;壳体4底部有难挥发相出口 15通过大法兰18与残液处理器40上部连接;壳体4内，上部安装有原料液雾化器2，原料液雾化器2与原料液进料管11连接固定。原料液进料管11由进料管固定板14固定安装于壳体4的上部;原料液进料管11通过管道29连接于原料预热器28、过滤器25、栗24和原料液储罐23。壳体4的下部安装有水蒸汽分布器3，所述水蒸汽分布器3与水蒸汽进气管12连接固定，水蒸汽进气管12由进气管固定板13固定在壳体4的下部，壳体4外部设有保温层21。
[0036]参见图6?7，上述水蒸汽分布器3有多个喷嘴52安装在水蒸汽分布盘39上，水蒸汽分布盘39与水蒸汽进气管12连接。水蒸汽进气盘39上有蒸汽分布盘加固环56加固上下盘底。
[0037]上述壳体4中安装有回流液处理装置5。回流液处理装置5包括安装板17、残液透气帽9、残液排放管8、填料网圈6、洒水环7和回流液导管16。安装板17与壳体4的大法兰18连接固定，数个残液透气帽9环绕壳体4的中心，安装在安装板17的上方;残液排放管8安装在安装板17的下方。填料网圈6安装在环状排列的残液透气帽9的上面;洒水圈7安装在填料网圈6的上方，洒水圈7两个进口端55分别与两个回流液导管16连接，从精馏柱30的残液流出口36下来的回流残液经回流液导管16，洒水环进水口 55进入洒水环7，经过数个洒水孔54洒向下面的填料网圈6(见图9?10)。
[0038]见图2、图4、图10，本实施例中包括有冷凝器20，冷凝器20接收精馏柱30上的易挥发相蒸汽出口 37出来的蒸汽。冷凝液一部分流经成品冷却器27和阀门26进入成品储罐22;另一部分经阀门26、管道29、回流液进料管38流进回流洒水圈33，被洒水孔54分布于精馏柱30里的填料或孔板32上。
[0039]参见图1、图4、图10，上述精馏柱30，其内部填充填料或孔板32，上部有回流洒水圈33，回流洒水圈的回流液进料管38与冷凝器20下来的一条分支管道连接。精馏柱30下部有安装在透气帽底板35上的回流透气帽34和残液流出口 36。透气帽底板35与小法兰19连接于塔壳及保温层31上。残液流出口 36通过回流液导管16与洒水环7的两个洒水环进水口 55连接。
[0040]参见图5，上述的残液处理器40，内部交替安装有小大残液处理盘43和50，残液处理盘43和50里分别安装有多个残液加热圈44，残液加热圈44的一端分别连接于蒸汽分气缸45，另一端分别连接于蒸汽冷凝水收集器47，所述残液处理盘43和50由残液处理盘支撑架49支撑于处理器内壳41底部。在残液处理器底部有废液排放口 51，处理器内壳41外部设有处理器保温层42。
[0041 ]参见图1、图7，上述的原料液雾化器2至少有一个喷嘴52安装在喷嘴座53上，喷嘴座53与原料液进料管11连接。原料液进料管11被进料管固定板14安装在壳体4的上部。
[0042 ]这个实施例的工作过程是:储存在原料液储存罐23里的原料混合液体，经过栗24、过滤器25、原料液预热器28过管道29和原料液进料管11被打入原料液雾化器2，雾化后与下面蒸发上来的蒸汽汇合受热被气化蒸发，易挥发相大部分变成蒸汽上升，穿过残液透气帽9进入填料柱30，在填料或孔板32里，与上边下来的回流液进行传质传热。易挥发相在上升过程中浓度逐渐浓缩，经易挥发相成品出口 37流进冷凝器20。在精馏柱30里面形成的残液通过残液流出口 36经回流液导管16流进洒水环7，经过洒水孔54洒落在填料网圈6上，在填料网圈6里与下面上来的蒸汽传质传热。又使一部分易挥发相受热蒸发上行。难挥发相下行，经过残液排放管8进入残液处理器的小处理盘43，再到大残液处理盘50，依次折流下行。直到经废液排放口 51排出。在残液加热圈作用下，残液受热，部分易挥发相继续蒸发，经过残液透气帽9进入填料网环6，与上边下来的残液交换，继续浓缩上升。
[0043]需要说明一点，冷凝器20并非本发明所必需。如果排掉易挥发相，难挥发相是成品，就不需要冷凝器20了。
[0044]这个实施例已经投入生产。蒸馏50%含量的乙醇水混合液，成品含量达到95.5 %。每蒸馏一吨成品，需蒸汽500kg;成品含量92%，蒸馏一吨成品仅需蒸汽150kg。废液含乙醇
0.02%。
[0045]实施例2:喷雾蒸馏床系统
[0046]参考图1、图3、图6?13，本发明的喷雾蒸馏装置，其包括蒸发室1、冷凝器20、原料液储罐23、成品储罐22、栗24、过滤器25和原料液预热器28，上述设备通过管道29和阀门26连接成如图3所示的喷雾蒸馏床系统。
[0047]本实施例中各部件结构作用在实施例1里已经描述。这里具体描述这个简单的喷雾蒸馏床系统的具体工作过程:
[0048]储存在原料液储存罐23里的原料混合液体，经过栗24、过滤器25、原料液预热器28过管道29和原料液进料管11被打入原料液雾化器2，雾化后与下面上来的蒸汽包括被水蒸汽发布盘蒸发的蒸汽汇合受热被气化蒸发，易挥发相大部分变成蒸汽上升，经易挥发相出口 10流进冷凝器20，之后冷凝液进入成品储罐22;此实施例中回流液导管16没有用。但是，填料网圈6依然有为汽液两相相互传递质量和热量起到一定的作用。在蒸发室壳体4里，没有蒸发上去的液体经残液排放管8和难挥发相出口 15排出。
[0049]虽然此实施例简单，如果串联使用，下一台回流液导管16和上一台残液排放管8连接，下一台易挥发相出口 10和上一台难挥发相出口 15连接，也是能够处理多组分混合液体的。
[0050]实施例3:无塔喷雾蒸馏床系统
[0051]结合图1和图14，简单描述一下两个蒸发室(喷雾精馏床)的串联使用。与上述实施例中相同的部分不再赘述。描述不同的或稍有改变的地方如下:
[0052]1、上一个蒸发室I的安装板17中心孔，即难挥发相出口 15向上起一圈围堰，目的是没被蒸发的液体不要从这个孔流下，而是从残液排放管8流下来，进入下面的填料网圈6。
[0053]2、在安装板17下面接一段短管焊接法兰19，使其与下面的蒸发室法兰19连接。目的是保证下面的蒸汽通过上面蒸发室I的难挥发相出口 15进入上一个蒸发室I。
[0054]3、下面的蒸发室I的难挥发相出口 15堵死，使液体从下蒸发室的残液排放管8排出。
[0055]4、上一个蒸发室的回流液导管16去掉。
[0056]如此连接后，上面的蒸发室I的原料液进口11接收回流，下面的蒸发室I的原料液进口 11接收原料液。上面的蒸发室I起到精馏作用，下面的蒸发室I起提留作用。
[0057]以上仅为对本发明的几个具体实施例进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种喷雾蒸馏装置，其特征在于，包括: 至少一个蒸发室(I)、原料液进料管(U)、原料预热器(28)、过滤器(25)、栗(24)、原料液储触(23)、成品储触(22)； 所述蒸发室(I)具有一个壳体(4)，所述壳体(4)的顶部设有易挥发相出口(10)，底部设有难挥发相出口(15)，上部安装有原料液雾化器(2)，下部安装有水蒸汽分布器(3)，内部安装有回流液处理装置(5);所述原料液雾化器(2)与原料液进料管(11)连接固定，所述原料液进料管(11)固定安装于壳体(4)的上部;所述水蒸汽分布器(3)与水蒸汽进气管(12)连接固定，所述水蒸汽分布器(3)与水蒸汽进气管(12)连接固定，所述水蒸汽进气管(12)固定在壳体(4)的下部;所述回流液处理装置(5)包括安装板(17)、残液透气帽(9)、残液排放管(8)、填料网圈(6)、洒水环(7)和回流液导管(16)，所述安装板(17)与壳体(4)连接固定，所述的残液透气帽(9)安装在安装板(17)的上方，残液排放管(8)安装在安装板(17)的下方，所述填料网圈(6)安装在安装板(17)的上面，洒水圈(7)安装在填料网圈(6)的上方，洒水圈(7)两个进口端分别与两个回流液导管(16)连接； 所述蒸发室(I)与原料液进料管(11)连通并通过管路(29)依次与原料预热器(28)、过滤器(25)、栗(24)、原料液储罐(23)相连通，所述蒸发室(I)的易挥发相出口(10)通过管路(29)与成品储罐(22)相连通。2.根据权利要求1所述的一种喷雾蒸馏装置，其特征在于，包括两个蒸发室(I)，所述两个蒸发室(I)串联使用，上面的蒸发室(I)的原料液进料管(11)接收回流，下面的蒸发室(I)的原料液进料管(11)接收原料液，上面的蒸发室(I)起精馏作用，下面的蒸发室(I)起提留作用。3.根据权利要求1所述的一种喷雾蒸馏装置，其特征在于，还包括精馏柱(30)和残液处理器(40)，所述精馏柱(30)的塔壳底部与所述蒸发室(I)顶部连接，所述残液处理器(40)顶部与所述蒸发室(I)底部连接。4.根据权利要求3所述的一种喷雾蒸馏装置，其特征在于，所述精馏柱(30)内部填充填料块或孔板(32)，上部设有回流洒水圈(33)，顶部设有易挥发相蒸汽出口(37)，下部设有安装在透气帽底板(35)上的回流透气帽(34)和残液流出口(36)。5.根据权利要求3所述的一种喷雾蒸馏装置，其特征在于，所述残液处理器(40)内部交替安装有小、大残液处理盘(43、50)，所述小、大残液处理盘(43、50)里分别安装有多个残液加热圈(44)，所述残液加热圈(44)的一端连接于蒸汽分气缸(45)，另一端连接于蒸汽冷凝水收集器(47)，所述小、大残液处理盘(43、50)由残液处理盘支撑架(49)支撑于处理器内壳(41)底部，在残液处理器底部有残液排放口( 51)。6.根据权利要求3所述的一种喷雾蒸馏装置，其特征在于，还包括与所述成品储罐(22)连通的冷凝器(20)，所述的冷凝器(20)接收所述精馏柱(30)顶部的易挥发相蒸汽出口(37)出来的蒸汽。7.根据权利要求1或2所述的一种喷雾蒸馏装置，其特征在于，还包括与所述成品储罐(22)连通的冷凝器(20)，所述的冷凝器(20)接收所述蒸发室(I)顶部的易挥发相出口(10)出来的蒸汽。8.根据权利要求1或2或3所述的一种喷雾蒸馏装置，其特征在于，所述原料液雾化器(2)至少有一个喷嘴(52)安装在喷嘴座(53)上，所述喷嘴座(53)与所述原料液进料管(I I)连接。9.根据权利要求1或2或3所述的一种喷雾蒸馏装置，其特征在于，所述水蒸汽分布器(3)至少有一个喷嘴(52)安装在水蒸汽分布盘(39)上，所述水蒸汽分布盘(39)与所述水蒸汽进气管(12)连接。10.根据权利要求1或3或5所述的一种喷雾蒸馏装置，其特征在于，所述壳体(4)或精馏柱(30)的塔壳或处理器内壳(41)的外部均设有保温层。
【文档编号】B01D1/16GK105920861SQ201610402370
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】邢继春
【申请人】燕山大学