一种小型化节能型的蒸馏装置的制作方法

本发明涉及一种小型化节能型的蒸馏装置管，具体而言，涉及一种高效节能的一种小型化节能型的蒸馏装置，属于日常生活用品技术领域。

背景技术：

蒸馏是一种热力学的分离工艺，广泛用于化学实验中分离和提纯液体物质。具体应用于以下几方面：

(1)当混合物中各组分的沸点相差较大时，分离液体混合物。

(2)当纯化合物中含有少量杂质时，提高其纯度。

(3)回收溶剂或浓缩溶剂。

从原理上看，蒸馏是利用混合液体各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程。蒸馏操作包含三个部分，分别是蒸发、冷凝和接收，消耗的能源的操作有两部分，一是蒸发环节将液体加热，使其转化为气体，二是冷凝环节将气体冷却为液体。一般情况下，液体的沸点越高，蒸发环节消耗的能量越多，而冷凝就更容易；而液体的沸点越低，则蒸发环节消耗的能量就少，而冷凝就越困难，消耗的能量就越多。

化学实验中经常使四种冷凝管：直形冷凝管、球形冷凝管、蛇形冷凝管、空气冷凝管。

直形冷凝管包括作为内芯的空气冷凝管和一个外套的水冷管，用水进行冷却，适用于沸点为140℃以下的物质，在蒸馏装置进行冷却使用。直形冷凝管在使用时需要使用水作为冷却介质帮助冷凝，不仅需要增加水循环装置，消耗能源，也存在水压力变化，跑水的风险。

球形冷凝管又称为回流冷凝管，包括多个球泡相连的内管和外套的水冷管，用水进行冷却。由于其冷却表面积大，且一个个球形相连，使得气体在上升环节中一收一缩，更容易冷凝液体，所以应用于回流操作。使用时需要与蒸馏烧瓶、干燥管配套，从而使蒸气冷凝回流到烧瓶。球形冷凝管不能在蒸馏装置中作为冷凝管使用，原因在于球泡处积攒液体，前一馏份还未流出冷凝管，后一馏份就会进入冷凝管与前馏份混合，不能将两种液体很好的分离。

蛇形冷凝管也包括内芯和外管，用水进行冷却。其内芯管为螺旋形，增加了玻璃管的长度，冷却面积较球形更大。同样由于内芯管为螺旋形，蒸馏时积留的蒸馏液更多，故适用于做垂直式的连续长时间的回流装置，但是加工难度大，价格较高，也同样也不能在蒸馏装置中作为冷凝管使用。

空气冷凝管只有一个玻璃管，用空气进行冷却。当蒸馏物质沸点超过140℃时，可以使用空气冷凝管，利用空气与蒸气的温度差异将物质冷却。普通空气冷凝管冷凝效率低，只有在液体沸点大于140℃时使用，应用范围有限。

在一般的蒸馏操作过程中，通常使用水冷却的直型冷凝管，使得冷凝不仅需要消耗能源，同时也需要增加水冷却系统，使得蒸馏装置变得更加复杂。

本发明设计了一种新型空气冷凝管，利用空气冷却蒸气，同时延长蒸气在冷凝管的停留时间，增大蒸气和空气的接触面积，提高空气冷凝管的冷凝效率和适用范围。

以此新型空气冷凝管为基础，本发明设计了一种新型小型化、节能型的蒸馏装置，相对于现有的蒸馏装置具有几个显著的特点。(1)只使用空气作为冷凝介质，这样设备简单，容易维护，并且减轻了蒸馏装置的重量，使其小型化便于移动；(2)减少了循环水冷却系统，节约能源降低成本；(3)操作简单，便于使用，适合在家庭、办公室等场合使用，降低了蒸馏成本。

随着人们生活水平的提高，对饮用水的要求越来越高，一些地区的自来水中含有杂质较多，硬度较大，很多人并不喜欢饮用。蒸馏水中杂质少,其有很好的渗透、溶解、扩散、清洗的作用，对人体血脂、免疫功能、肾功能等有促进或降低的作用。为了喝到高品质的水,有些人通过市场直接购买桶装纯净水,或安装反渗透水处理装置,还有一些人更喜欢diy自己制备蒸馏水,然而现有的水蒸馏装置比较复杂,制备蒸馏水成本高,占地面积大,并不适合在家庭和办公室里使用。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本发明提供本一种小型化、节能型的蒸馏装置，结构简单、维护方便、运行成本低，可以根据需要在家庭、办公室制备蒸馏水、水蒸气提取精油、家庭酿酒等活动。

一种小型化节能型的蒸馏装置，所述蒸馏装置包括带有封盖的容器，空气冷凝管，连通容器和空气冷凝管的连接弯管，冷凝液排出管，加热装置，其中，

所述空气冷凝管包括外套管和内管，所述外套管由玻璃壳体、位于玻璃壳体顶部的进料口和位于玻璃壳体底部的出料口组成；所述玻璃壳体为梨形套管；所述内管为倒圆锥台管，所述内管整体位于玻璃壳体内，内管的顶端口连通进料口；内管的底端口位于外套管玻璃壳体内，并位于玻璃壳体底部出料口的上方；

所述连接弯管的一端贯穿容器的封盖并伸入容器内部；连接弯管的另一端连通空气冷凝管的进料口；所述玻璃壳体底部的出料口连接直管，所述冷凝液排出管与直管底端口连接；所述加热装置用于加热容器内的液体。

本发明所述小型化节能型的蒸馏装置包括进液管，所述进液管贯穿容器的封盖并伸入容器中。所述进液管用于向容器内导入待蒸馏液体，进液管末端伸入容器内一定长度，便于向内输送液体。

本发明所述小型化节能型的蒸馏装置中，所述连接弯管的一端贯穿容器的封盖并伸入容器内部，另一端连通空气冷凝管的进料口。优选其为具有u型结构，连接弯管两端均以垂直方式伸入容器中且与空气冷凝管的进料口相连。

本发明所述空气冷凝管中，优选所述容器为带有活塞的蒸馏瓶。

本发明所述空气冷凝管中，优选所述加热装置包括加热板和温控装置，容器置于所述加热板上。上述温控装置可商业购得，或可根据现有技术公开的方法制得，该装置温控可检测容器内待处理液体的温度，并控制加热板，使待处理液体的温度达到预期温度。

本发明所述空气冷凝管中，优选所述装置包括用于检测容器内液面高度的液面检测及报警装置。上述液面检测及报警装置可商业购得，或可根据现有技术公开的方法制得，该液面检测及报警装置可检测容器内待处理液体的液面位置，放置液面超过安全高度，超过安全高度时可进行报警。

本发明所述空气冷凝管中，所述内管为中空倒圆锥台形管，上宽下窄。这样的结构可在外套管下端形成缩放式的气流，增加气流的混合，加速热量交换，同时增加接触面积，更快的散热和冷凝。

本发明所述空气冷凝管，所述内管的底端口位于外套管玻璃壳体内，并位于玻璃壳体底部出料口的上方，内管的底端口与玻璃壳体底部出料口不接触，两者之间具有一定距离，使得内管底端排出的蒸气进入外套管内部进行冷凝。

本发明所述空气冷凝管，所述内管的顶端口连通外套管的进料口，其可与进料口为一体式连接；也可为拆卸式连接。进一步的，拆卸式连接为磨口连接。

进一步地，所述外套管的玻璃壳体整体呈梨形，上段为半球形，下段为圆锥形。外套管下段为圆锥形，有利于冷凝液沿侧壁流下。

进一步地，所述外套管的玻璃壳体上部设置有通气管。该通气管用于平衡系统压力。

进一步地，玻璃壳体顶部的进料口为上磨口；所述直管底端口为下磨口，且上磨口较下磨口的口径大。更进一步地，所述内管由上磨口引出，向下接近玻璃壳体底部的出料口位置并位于出料口上方。

工作原理

蒸馏是加热使得低沸点的液体蒸发变成气体，再冷凝还原形成液体，这样与原溶液中高沸点的物质分离。普通蒸馏装置加热要消耗一部分能源，将液体转化为气体。在冷却气体时也需要消耗能源，并且蒸气的沸点越低，将其冷却转化为液体就更加困难。如化学实验室冷却时使用的普通蒸馏装置，常常使用循环水作为冷却介质，这样就会消耗一些能源，不仅使蒸馏装置变的复杂，还会占用较多的空间。本发明的核心在于使用了新型空气冷凝管，不需要使用水等冷却介质，也不需要消耗能量，因此使得蒸馏设备简洁、操作方便，制水成本降低。

普通的空气冷凝管用空气进行冷却，应用范围较小，只有在液体沸点大于140℃时使用。原因在于普通空气冷凝管为了便于接收冷凝的液体需向下倾斜，而蒸馏出的蒸气密度比空气大很多，蒸气受到重力的作用会很快地从冷凝管的上部流向接引管，停留在冷凝管的时间很少，与空气的接触时间短，因此冷凝效果很差。

为了提高空气冷凝的效果，首要的方法是延长蒸气在冷凝管内的停留时间，本发明使用逆向运作法，使蒸气先进入冷凝管的底部，再逆向从下向上流动，由于重力的作用，蒸气上升速度很慢，这样会增加蒸气在冷凝管的停留时间.同时本发明还应用不对称性原理，改变冷凝管的形状，使冷凝管上部宽、下部细，蒸气在上升过程中流动速度更慢，还增大了蒸气和玻璃管的接触面积，这两种方法提高了空气冷凝的效率。具体的工作原理如下。

使用本装置时，蒸馏过程中产生的蒸气通过接引管，由内管中进入冷凝管的底部。由于冷凝管的下磨口处与接收瓶密封连接，蒸气的密度比空气大，其在重力作用下，从外套管的底部缓慢地由下向上流动。外套管上部宽、下部细，蒸气越向上流动速度进一步减慢，又延长了蒸气与空气的热交换时间，同时冷凝玻璃管的面积也逐渐增大，扩大了蒸气和空气的接触面积，提高了冷凝管的冷凝效率。此时蒸气冷凝为液滴，由于重力的原因汇集到冷凝管的底部，从直管流入接收瓶。此外，外套管上侧通气管的作用是平衡系统压力，防止蒸馏装置形成密闭系统。

本发明空气冷凝管应用于蒸馏操作，可以冷却沸点大于70℃的液体。由于使用新型空气冷凝管，所以取消了冷却水循环系统。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的有益效果为：本发明中使用空气冷凝管，结构简单，可显著提高冷凝性能，应用范围更广。此外冷凝过程为二次空气冷凝，取消了冷却水循环系统，也不使用其他冷凝介质，能源消耗少，降低了运行成本。本发明中整个装置结构简单紧凑，新型空气冷凝管竖直使用，减少占地空间，移动和操作更方便。总之使用了新型空气冷凝管后，不必使用其他冷凝介质，节省了能源，减小的占地空间，使设备更简洁，操作更方便，有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明一种小型化节能型的蒸馏装置的结构示意图；

图2为本发明一种空气冷凝管的结构示意图；

附图标记如下：1-外套管；101-玻璃壳体；102-进料口；103-出料口；2-内管；201-顶端口；202-底端口；3-通气管；4-直管；5-容器；6-连接弯管；7-冷凝液排出管；8-进液管；9-加热板；10-水位监控模块；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

下面结合附图及具体实施案例对本发明做进一步的详细说明。

如图所示1，一种小型化节能型的蒸馏装置，所述蒸馏装置包括带有活塞的蒸馏瓶，空气冷凝管，连通蒸馏瓶和空气冷凝管的连接弯管6，冷凝液排出管7，加热装置，其中，

空气冷凝管，所述空气冷凝管包括外套管1和内管2，所述外套管1由玻璃壳体101、位于玻璃壳体顶部的进料口102和位于玻璃壳体底部的出料口103组成；所述玻璃壳体101为梨形套管，上段为半球形，下段为圆锥形；所述内管2为倒圆锥台管，所述内管2整体位于玻璃壳体101内，内管2的顶端口201连通进料口102；内管2的底端口202位于外套管1的玻璃壳体101内，并位于玻璃壳体底部出料口103的上方，内管2的底端口202与玻璃壳体底部出料口103不接触。所述外套管1的玻璃壳体101上部设置有通气管3，该通气管用于平衡系统压力。所述玻璃壳体底部的出料口103连接用于排出冷凝液的直管4。玻璃壳体顶部的进料口102为上磨口；所述直管4底端口为下磨口，且上磨口较下磨口的口径大。所述内管2由上磨口引出，向下接近玻璃壳体底部的出料口103位置并位于出料口103上方。

所述连接弯管6的一端贯穿蒸馏瓶的活塞并伸入蒸馏瓶内部；连接弯管6的另一端连通空气冷凝管的进料口2；所述玻璃壳体底部的出料口103连接直管4，所述冷凝液排出管7与直管4底端口连接；所述加热装置用于加热蒸馏瓶内的液体，所述加热装置包括加热板9和温控装置，蒸馏瓶置于所述加热板9上。上述温控装置可商业购得，或可根据现有技术公开的方法制得，该装置温控可检测蒸馏瓶内待处理液体的温度，并控制加热板，使待处理液体的温度达到预期温度。所述装置包括用于检测蒸馏瓶5内液面高度的液面检测及报警装置。上述液面检测及报警装置可商业购得，或可根据现有技术公开的方法制得，该液面检测及报警装置可检测蒸馏瓶内待处理液体的液面位置，放置液面超过安全高度，超过安全高度时可进行报警并控制进入蒸馏瓶的液体减少、停止或增加。所述安全液面位于进液管端口下方。

工作原理

使用本装置时，待蒸馏的液体从进料管1输入蒸馏瓶中。当液体进入过程中，蒸馏烧瓶3内设有的水位监测模块10监控蒸馏瓶内液位并控制进液频率。然后启动加热装置对蒸馏瓶进行加热。蒸馏瓶内依据简单蒸馏原理进行；蒸气通过连接弯管进入冷凝部分。冷凝部分采用空气冷凝管，蒸气进入内管进入冷凝管的底部，由于重力的作用，蒸气上升速度很慢。蒸气在积累上升过程中，随着套管的管径增大，蒸气上升速度进一步减缓，延长了热交换时间并增大了蒸气冷凝面积。蒸气冷凝为液滴，进入冷凝管道。该冷凝管节省了冷却水循环系统，实现了节能与小型化。

利用上述装置制备蒸馏水

如附图1所示，用该装置制备蒸馏水。将市政管道自来水注入蒸馏瓶中，加热使水沸腾形成蒸气，蒸气由连接弯管进入空气冷凝管。过一段时间蒸气在空气冷凝管内壁冷却变为蒸馏水流出，此时用水瓶收集。当烧瓶中水量不足时，水位监测模块启动切断电源，防止干烧损坏系统。在制备蒸馏水的过程中只需要对水进行加热，使其转换为蒸气，而不需要增加水冷却系统和冷却时的能源消耗，因此大大节约了设备空间和运行成本，维护和使用也更加方便和容易。

利用上述装置提取橙皮精油

如附图1所示，用该装置提取植物精油。将水注入蒸馏瓶中，再将橙皮切碎加入到蒸馏瓶中。加热使蒸馏瓶内液体沸腾，此时水和橙皮精油形成共沸物，一起以蒸气的形式进入空气冷凝管。过一段时间，橙皮精油和水一起冷却流出，此时用水瓶收集。橙皮精油不溶于水，且密度较小，因此会浮在水面上，取上层有机相即为橙皮精油。利用该空气冷凝管，取消了水冷却循环系统，操作简单，使用方便。