一種具有表面更新作用的薄層化多折面蒸發(fā)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有表面更新作用的薄層化多折面蒸發(fā)器的制造方法，物料在重力作用下沿錐形體錐面向下流動(dòng)，形成薄層化液膜；錐形體錐面設(shè)有擾流物，液體下流是經(jīng)過擾流物，導(dǎo)致湍動(dòng)程度加劇，形成物料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)向表面?zhèn)鬟f，表面質(zhì)點(diǎn)向內(nèi)部傳遞的表面更新作用，提高了傳熱和傳質(zhì)速率。對液膜加熱及在真空或常壓加熱狀態(tài)下，液體中的易揮發(fā)組分被蒸發(fā)。經(jīng)過多次折面蒸發(fā)，得到易揮發(fā)組分很低的濃縮液物料。
【專利說明】
一種具有表面更新作用的薄層化多折面蒸發(fā)器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于分離過程及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。本發(fā)明采用一種具有表面更新作用錐體形蒸發(fā)面，物料在重力作用下沿設(shè)有擾流物的錐形體錐面向下流動(dòng)，形成薄層化液膜和表面更新作用，對液膜加熱及在真空或常壓加熱狀態(tài)下，液體中的易揮發(fā)組分被蒸發(fā)。經(jīng)過多次折面蒸發(fā)，得到易揮發(fā)組分很低的濃縮液物料。
技術(shù)背景
[0002]本發(fā)明處理液體為高粘度液體、高固含量懸浮液、高含鹽溶液及高濃度液體等，需要去除液體中大部分水分、溶劑等易揮發(fā)性組分，目前常用的工藝有真空釜式蒸餾法及薄膜蒸發(fā)法。薄膜蒸發(fā)法可采用連續(xù)運(yùn)行模式，但無論是降膜式還是升膜式，都存在能耗高、設(shè)備復(fù)雜，輔助設(shè)施較多，占據(jù)空間較大、水份及低沸點(diǎn)物質(zhì)難以凈化至0.5%以下。真空釜式蒸餾法一般采用間歇工作模式，采用夾套蒸汽加熱，攪拌器攪動(dòng)物料方式。真空蒸餾法的優(yōu)點(diǎn)在于間歇操作時(shí)間可根據(jù)物料凈化程度控制，能夠保證產(chǎn)品的含水量，該工藝是國內(nèi)外廣泛采用的方法。該工藝存在的主要問題在于由于單位傳熱面積、單位蒸發(fā)面積均小，導(dǎo)致大攪拌功率、高熱量消耗；由于蒸發(fā)面積小，蒸發(fā)時(shí)間長，對易發(fā)生氧化反應(yīng)、分子鏈斷裂反應(yīng)或縮合反應(yīng)及熱敏性生物物料等，往往會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量；另外間隙化的操作也難以適應(yīng)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)、穩(wěn)定化控制的要求。
[0003]基于邊界層理論，流體在壁面流動(dòng)時(shí)，沿壁面形成流動(dòng)邊界層，在近壁面處的層流邊界層內(nèi)的傳質(zhì)為分子擴(kuò)散性傳質(zhì)，強(qiáng)化分子擴(kuò)散傳質(zhì)速率的措施之一是增大擾動(dòng)性流動(dòng)；位于液體內(nèi)部的溶質(zhì)通過分子傳遞的方式迀移到液體表面，再汽化進(jìn)入氣相，強(qiáng)化這種傳遞的方法之一是加快表面更新速率，采用能夠加快表面更新速率的技術(shù)能夠增加溶質(zhì)汽化速率；通過這些技術(shù)均能有效地提高本發(fā)明處理液體的蒸發(fā)速率。
[0004]本發(fā)明基于高粘度液體的流動(dòng)原理、熱質(zhì)傳遞理論、傳質(zhì)表面更新理論及蒸餾原理，采用超薄化流層技術(shù)、氣化面表面更新技術(shù)，發(fā)明了高容積氣化面積的薄層化多折面技術(shù)與裝置，從而實(shí)現(xiàn)超薄化蒸發(fā)、強(qiáng)化傳熱，降低停留時(shí)間，大大增加單位容積蒸發(fā)面積比值，提尚廣品質(zhì)量；實(shí)現(xiàn)過程的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)彳丁及廣品質(zhì)量控性精準(zhǔn)性，處理能力大幅提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:針對現(xiàn)有高粘度液體、高固含量懸浮液、高含鹽溶液及高濃度液體通過蒸發(fā)脫除易揮發(fā)性組分的技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種具有表面更新作用的薄層化多折面蒸發(fā)器的制造方法。
[0006]進(jìn)料從蒸發(fā)器頂部加入，經(jīng)過液體分布器分布，均勻地分布于上錐體形蒸發(fā)面，在重力作用下，液體沿錐面下流，流至近蒸發(fā)器內(nèi)壁面處折轉(zhuǎn)進(jìn)入下錐體形蒸發(fā)面，在重力作用下，液體沿錐面下流，流至中心分布管匯集再分布后折轉(zhuǎn)至下組蒸發(fā)面，如此往復(fù)進(jìn)行，直至釜底濃縮液排出。
[0007]加熱采用夾套與蒸發(fā)面下設(shè)的盤管組合加熱方式。
[0008]蒸發(fā)采用常壓、真空操作方式。蒸發(fā)器底邊通入惰性攜帶性氣體，加入的目的在于加快易揮發(fā)性氣體從液體中逸出及對被加熱物料保護(hù)防止其被氧化。
[0009]—種具有表面更新作用的薄層化多折面蒸發(fā)器的制造方法所述液體分布器特征為，鋸齒型分布器、堰式分布器中的一種或二種，制作材料是金屬材料。
[0010]所述上錐體形蒸發(fā)面特征是，用金屬材料制作，錐形蒸發(fā)面與水平方向的夾角為5°?60°，錐體下端與蒸發(fā)器內(nèi)壁面間距是5mm?50mm，錐體下端與蒸發(fā)器內(nèi)壁面沿周長方向設(shè)3?8個(gè)固定支撐架，以固定上錐形蒸發(fā)面。錐形蒸發(fā)面沿周長方向開設(shè)2?12個(gè)升氣管，以提供蒸發(fā)氣體向上流動(dòng)的通道；升氣管垂直于蒸發(fā)面，升氣管下端與錐形蒸發(fā)面相平，上端高出錐形蒸發(fā)面5_?60_，以防止液體通過升氣管造成短路。
[0011]所述下錐體形蒸發(fā)面特征是，用金屬材料制作，錐形蒸發(fā)面與水平方向的夾角為5°?60°，錐體上端與蒸發(fā)器內(nèi)壁面相連接，以固定錐形蒸發(fā)面并使由上錐體蒸發(fā)面流下的液體完全流入下錐形蒸發(fā)面；錐體形蒸發(fā)面沿周長方向開設(shè)2?12個(gè)升氣管，以提供蒸發(fā)氣體向上流動(dòng)的通道；升氣管垂直于蒸發(fā)面，升氣管下端與錐形蒸發(fā)面相平，上端高出錐形蒸發(fā)面5_?60_，以防止液體通過升氣管造成短路。
[0012]所述上、下錐體形蒸發(fā)面表面設(shè)有擾流物，擾流物是三角形、舌形、圓弧形及作為本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下還可以做出的若干改進(jìn)與變形的擾流物。擾流物凸出于蒸發(fā)表面5_?30_，擾流物根據(jù)其形狀制成階梯圓環(huán)形式、分散排列形式。流體流經(jīng)擾流物時(shí)，受到其干擾，發(fā)生流動(dòng)方向改變，增加湍動(dòng)流動(dòng)，層流邊界層得到減薄，同時(shí)液體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)更容易迀移到表面，表面的質(zhì)點(diǎn)加快向其內(nèi)部傳遞，加快了表面更新，提高了蒸發(fā)速率。
[0013]所述分布管其特征是，金屬材料制作的圓筒體，直徑為Φ 1mm?200mm，高度為50?200mm，其上端與下錐體蒸發(fā)面下端相連，以使沿蒸發(fā)面下流液體完全流入分布管；分布管下端為鋸齒形、圓孔形之中的一種，與之相連的上錐體蒸發(fā)面的錐頂位于分布管內(nèi)，由上層蒸發(fā)面流下的液體經(jīng)再分布后流向下層蒸發(fā)面。
[0014]所述由上錐體形蒸發(fā)面和下錐體形蒸發(fā)面構(gòu)成一個(gè)蒸發(fā)層，本發(fā)明蒸發(fā)器的蒸發(fā)層是I?150層。
[0015]所述操作方式為常壓、真空蒸發(fā)中的一種及二種組合。
[0016]所述惰性攜帶性氣體是與物料接觸時(shí)無任何化學(xué)反應(yīng)的氣體，有二氧化碳、氮?dú)狻⑺羝昂庵械囊环N及幾種。加入的目的在于加快易揮發(fā)性氣體從液體中逸出，由惰性攜帶性氣體帶出。惰性攜帶性氣體加入和濃縮液排出為共用套管組合件，其內(nèi)管為惰性攜帶性氣體入口，直徑為Φ 1mm?50mm，插入器內(nèi)距離最下層蒸發(fā)面的高度為50mm?100mm,外管是濃縮液出口，直徑為Φ 40mm?100mm。
[0017]所述加熱劑是水蒸汽和導(dǎo)熱油中的一種，加熱溫度為50°C?300°C。
【附圖說明】
[0018]圖1蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖
[0019]圖2上下蒸發(fā)面與筒體相對位置
[0020]圖3干擾物形狀與排布
[0021]圖4分布管結(jié)構(gòu)
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1
[0023]用不銹鋼材料制作的錐形蒸發(fā)器，蒸發(fā)面表面密布有凸出高度為6mm弦長為12mm的圓缺形擾流物，按中心距為16mm的間距錯(cuò)排；蒸發(fā)面與水平方向的夾角為25°，錐體下端與蒸發(fā)器內(nèi)壁面間距是15_，錐體下端與蒸發(fā)器內(nèi)壁面沿周長方向設(shè)4個(gè)固定支撐架。錐形蒸發(fā)面沿周長方向開設(shè)8個(gè)升氣管，升氣管直徑為Φ 100mm，升氣管上端高出錐形蒸發(fā)面40mm。蒸發(fā)器的蒸發(fā)層是10層。采用所述真空蒸發(fā)操作方式，真空度為80Kpa，以水蒸氣加熱，加熱溫度為95°C，加入少量氮?dú)鉃閿y帶性氣體。從蒸發(fā)器由頂部連續(xù)加入含水量為5.5%的從太陽能硅片切割廢液回收的液體，由蒸發(fā)器底部連續(xù)得到的液體含水量為0.6%，色澤無變化。
[0024]實(shí)施例2
[0025]用不銹鋼材料制作的錐形蒸發(fā)器，蒸發(fā)面表面設(shè)有有凸出高度為6mm寬度為15mm的三角形擾流環(huán)帶，按梯形排列；蒸發(fā)面與水平方向的夾角為20°，錐體下端與蒸發(fā)器內(nèi)壁面間距是15_，錐體下端與蒸發(fā)器內(nèi)壁面沿周長方向設(shè)4個(gè)固定支撐架。錐形蒸發(fā)面沿周長方向開設(shè)8個(gè)升氣管，升氣管直徑為Φ 100mm，升氣管上端高出錐形蒸發(fā)面40mm。蒸發(fā)器的蒸發(fā)層是10層。采用所述真空蒸發(fā)操作方式，真空度為80Kpa，以水蒸氣加熱，加熱溫度為95°C，加入少量氮?dú)鉃閿y帶性氣體。從蒸發(fā)器由頂部連續(xù)加入含水量為6.5%的從太陽能硅片切割廢液回收的液體，由蒸發(fā)器底部連續(xù)得到的液體含水量為0.8%，色澤無變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有表面更新作用的薄層化多折面蒸發(fā)器的制造方法其特征在于:蒸發(fā)器為由金屬制作的圓形筒體，外部設(shè)有保溫層，內(nèi)由物料進(jìn)料管、液體進(jìn)料分布器、上錐體形蒸發(fā)面、下錐體形蒸發(fā)面、分布管、加熱夾套、加熱盤管、套管組合件及氣相出口管構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種薄層化多折面蒸發(fā)器，其特征在于:所述物料進(jìn)料為高粘度液體、高固體含量懸浮液、高鹽含量溶液及高濃度溶液中的一種及幾種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種薄層化多折面蒸發(fā)器，其特征在于:液體進(jìn)料分布器為圓形鋸齒式。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種薄層化多折面蒸發(fā)器，其特征在于:上錐體形蒸發(fā)面表面設(shè)有擾流物，蒸發(fā)面與水平方向的夾角為5°?60°，錐體下端與蒸發(fā)器內(nèi)壁面間距是5mm?50_，錐體下端與蒸發(fā)器內(nèi)壁面沿周長方向設(shè)3?8個(gè)固定支撐架，以固定錐形蒸發(fā)面；錐形蒸發(fā)面沿周長方向開設(shè)2?12個(gè)升氣管，升氣管垂直于蒸發(fā)面，升氣管下端與錐形蒸發(fā)面相平，上端高出錐形蒸發(fā)面2mm?60mm ;所述下錐體形蒸發(fā)面表面設(shè)有擾流物，蒸發(fā)面與水平方向的夾角為5°?60°，錐體上端與蒸發(fā)器內(nèi)壁面相連接，錐體形蒸發(fā)面沿周長方向開設(shè)2?12個(gè)升氣管，升氣管垂直于蒸發(fā)面，升氣管下端與錐形蒸發(fā)面相平，上端高出錐形蒸發(fā)面2_?60_ ;所述擾流物是三角形、舌形、圓弧形中的一種和幾種；擾流物凸出于蒸發(fā)表面2mm?30mm，擾流物根據(jù)其形狀制成階梯圓環(huán)形式、分散排列形式；所述分散排列形式是根據(jù)擾流物形狀制成圓形、矩形中的一種或二種，按順排或錯(cuò)排的方式均勻排布在蒸發(fā)面表面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種薄層化多折面蒸發(fā)器，其特征在于:所述分布管直徑為Φ 10?200mm，高度為50?200mm，上端與下錐體蒸發(fā)面下端相連，分布管下端為鋸齒形、圓孔形之中的一種，與之相連的上錐體蒸發(fā)面的錐頂位于分布管內(nèi)，由上層蒸發(fā)面流下的液體經(jīng)再分布后流向下層蒸發(fā)面。6.根據(jù)權(quán)利要求4和5所述一種薄層化多折面蒸發(fā)器，其特征在于:所述液體流動(dòng)方向是由上錐體形蒸發(fā)面折流至下錐形體蒸發(fā)面，經(jīng)分布管匯集和分布后再折流到下一蒸發(fā)面，如此反復(fù)流向。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種薄層化多折面蒸發(fā)器，其特征在于:由上錐體形蒸發(fā)面和下錐體形蒸發(fā)面構(gòu)成構(gòu)成一層蒸發(fā)層，蒸發(fā)器內(nèi)有I?150層蒸發(fā)層。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種薄層化多折面蒸發(fā)器，其特征在于:加熱采用夾套加熱與蒸發(fā)面下設(shè)的盤管加熱組合方式。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種薄層化多折面蒸發(fā)器，其特征在于:蒸發(fā)器底邊通入惰性攜帶性氣體，所述惰性攜帶性氣體是與物料接觸時(shí)無任何化學(xué)反應(yīng)的氣體，有二氧化碳、氮?dú)狻⑺羝昂庵械囊环N及幾種。
【文檔編號】B01D1/22GK105879416SQ201410820820
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月23日
【發(fā)明人】孫余憑, 白云翔
【申請人】江南大學(xué)