一種連續(xù)牽引式網(wǎng)膜微波蒸發(fā)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于液體混合物蒸發(fā)分離或濃縮技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種連續(xù)牽引式網(wǎng)膜微波蒸發(fā)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]液體的分子由于分子運(yùn)動(dòng)有從液相表面逃逸或揮發(fā)的傾向，這種傾向隨著溫度的升高而增大。利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的差別，將液體混合物中易揮發(fā)的液相加熱至氣化，使液體變?yōu)檎魵猓此^蒸發(fā)。
[0003]在蒸發(fā)過程中，易揮發(fā)組分在蒸氣中得到增濃，難揮發(fā)組分(包括固相)在剩余液中也得到增濃，這在一定程度上實(shí)現(xiàn)了不同組分的分離。組分之間的揮發(fā)度相差越大，則這種增濃程度也越大。如果將液體混合物置于密閉的真空系統(tǒng)中，則液體分子繼續(xù)不斷地溢出，而在液相界面上形成蒸氣，若通過真空機(jī)組的連續(xù)抽吸來維持一定的真空度，則可從該真空體系中連續(xù)地輸出揮發(fā)性蒸氣。蒸發(fā)適用于各種蒸餾、分離、提純、濃縮、萃取、脫氣、除味、反應(yīng)等工藝，因此，廣泛用于制藥、生物、食品、香料、石化、日化、環(huán)保、農(nóng)藥、海水淡化等行業(yè)。
[0004]由于蒸發(fā)涉及傳質(zhì)、傳熱，也屬于換熱設(shè)備，而液膜傳熱是強(qiáng)化傳熱的有效方法之一。膜層越薄、成膜越均勻，傳熱效率就越高。為使膜層均勻，減小溫度梯度，增大比表面積，縮短受熱時(shí)間，開發(fā)的膜式蒸發(fā)器，其公知的類型包括:升膜式、降膜式、機(jī)械攪拌式薄膜蒸發(fā)器和離心式薄膜蒸發(fā)器，其中，升膜式和降膜式為常用的傳統(tǒng)形式蒸發(fā)器。
[0005]機(jī)械攪拌式薄膜蒸發(fā)器，又稱旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器，是一種真空條件下采用機(jī)械攪拌進(jìn)行降膜蒸發(fā)的效率較高的蒸發(fā)器。其中，以刮膜式蒸發(fā)器為代表的機(jī)械攪拌式薄膜蒸發(fā)器也已得到廣泛應(yīng)用，其原理為:料液通過上端旋轉(zhuǎn)液體分布器被分成多股料流進(jìn)入圓筒內(nèi)壁;每股料流被相應(yīng)的刮板攪動(dòng)，分散在蒸發(fā)圓筒加熱內(nèi)壁上形成均勻液膜;液膜吸收夾套中加熱介質(zhì)(熱蒸汽或?qū)嵊?傳給蒸發(fā)表面的熱量，在其表面迅速蒸發(fā)，膜層減薄，又被后繼刮板掃刮，形成新膜，再蒸發(fā)，如此反復(fù)進(jìn)行。其特性是真空壓降小、操作溫度低、受熱時(shí)間短、蒸發(fā)強(qiáng)度高、操作彈性大，特別適用于熱敏性、粘性、有生垢發(fā)泡趨勢(shì)料液的蒸發(fā)濃縮分離。
[0006]離心式薄膜蒸發(fā)器，又稱離心蒸發(fā)器。其構(gòu)造與碟片式離心機(jī)相仿，但碟片具有夾層，內(nèi)通加熱蒸汽。由于旋轉(zhuǎn)碟片的離心力作用，料液分布于碟片的內(nèi)表面，形成薄膜。碟片夾層內(nèi)的蒸汽液膜進(jìn)行加熱蒸發(fā)，濃縮液則匯集于周邊液槽內(nèi)，由吸料管籍真空作用將其吸出。二次蒸汽經(jīng)碟片頂部空間匯集上升，進(jìn)入冷凝器冷凝，并由真空栗抽出。加熱蒸汽由底部空心轉(zhuǎn)軸通入，經(jīng)通道進(jìn)入碟片夾層。其特性是傳熱效率高，蒸發(fā)強(qiáng)度大，料液受熱時(shí)間短，形成的膜層薄，特別適合于熱敏性物料的蒸發(fā)濃縮，但不宜用于黏度大、易結(jié)晶、易結(jié)垢的料液。
[0007]通常膜式蒸發(fā)器與其輔助設(shè)備一起構(gòu)成蒸發(fā)操作系統(tǒng)。輔助設(shè)備一般有預(yù)熱器、脫氣裝置、真空機(jī)組、輸送栗、精餾液罐和濃縮物料罐以及相應(yīng)的加熱系統(tǒng)和冷卻/冷凝系統(tǒng)等，廣泛應(yīng)用于蒸發(fā)濃縮、脫氣脫溶、蒸餾提純、蒸餾萃取等工藝。但既有技術(shù)的膜式蒸發(fā)器多為立式，料液在蒸發(fā)器圓筒內(nèi)的流速較快，易導(dǎo)致?lián)]發(fā)性組分蒸發(fā)不夠充分，一定程度上影響了蒸發(fā)效果。
[0008]在這類基于料液膜層蒸發(fā)為原理的分離、濃縮等蒸餾提取或萃取裝置中，大多采用的是間壁加熱的傳熱方式，即夾套或夾層中的熱蒸汽或?qū)嵊偷葻峤橘|(zhì)，先使壁面材料受熱，再通過傳導(dǎo)加熱將熱量傳遞給料液，期間熱流穿越了多個(gè)界面，影響了換熱效率的提高。另一種傳熱方式是將熱蒸汽直接導(dǎo)入蒸發(fā)器內(nèi)，通過對(duì)流加熱使料液表面加熱蒸發(fā)，帶來的問題是水蒸汽混入到氣相揮發(fā)物中，額外增加了后續(xù)的氣液分離負(fù)荷，甚至可能影響到分離物的品質(zhì)。因此，加熱介質(zhì)和與料液的換熱方式，也是影響蒸發(fā)器效率的重要因素。
[0009]微波被定義為波長在Im?1mm，頻率在300?3000GHz范圍內(nèi)的一種電磁波，因此，具有直線傳播及受不同介質(zhì)的吸收、反射和透射作用等特性。當(dāng)介質(zhì)吸收微波能量時(shí)，微波即對(duì)介質(zhì)產(chǎn)生加熱作用。
[0010]微波主要通過兩種機(jī)制對(duì)介質(zhì)進(jìn)行加熱:即極化機(jī)制和離子傳導(dǎo)機(jī)制。其中，偶極極化和界面極化是共價(jià)化合物的主要極化加熱機(jī)制，而介質(zhì)內(nèi)因存在自由移動(dòng)離子在電磁場(chǎng)中所產(chǎn)生的離子迀移電流，進(jìn)而產(chǎn)生熱，則是離子化合物的離子傳導(dǎo)主要加熱機(jī)制。
[0011]介質(zhì)由極性分子和非極性分子組成，其中，極性分子在微波電磁場(chǎng)作用下的取向運(yùn)動(dòng)，以每秒數(shù)十億次的頻率不斷變化，造成分子的劇烈碰撞摩擦而產(chǎn)生熱量，可見，微波加熱是介質(zhì)材料損耗電場(chǎng)能量而發(fā)熱。由于不同的介質(zhì)材料具有不同的介電損耗，因此，在微波電磁場(chǎng)作用下其熱效應(yīng)也不一樣。極性分子介質(zhì)能較好地吸收微波能，如水是強(qiáng)極性分子，是吸收微波的最好介質(zhì)。非極性分子介質(zhì)基本上不吸收或很少吸收微波，如聚四氟乙烯、聚丙烯等樹脂和玻璃、陶瓷等，能透過微波而不吸收微波。金屬導(dǎo)體則反射微波而極少吸收微波能。
[0012]微波加熱的特點(diǎn)顯著，如料液與電磁場(chǎng)整體發(fā)生作用，產(chǎn)生體相熱效應(yīng)，加熱速度快、均勻且熱效率高;料液中介電常數(shù)及介質(zhì)損耗小的組分，吸收微波能量極少，其中，極性大的熱效應(yīng)強(qiáng)烈，而非極性組分熱作用很小，選擇性加熱顯著;微波輸出功率易調(diào)整，加熱過程可控制性好，熱慣性小，有助于提高蒸發(fā)組分的質(zhì)量等。因此，作為一種非接觸式的加熱方式，微波加熱已在蒸餾提取、萃取、濃縮、干燥等領(lǐng)域得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。
[0013]以下引述的專利涉及微波加熱用于提取、萃取的裝置結(jié)構(gòu)和方法，但這不能必然地解釋為，既有的這些技術(shù)對(duì)液體混合物蒸發(fā)分離或濃縮是適宜的。
[0014]阿奇麥克斯的中國專利CN94192507.2，公開了一種無溶劑微波萃取天然產(chǎn)品的方法和設(shè)備，包括將生物物質(zhì)放在未裝有溶劑的容器中接受微波輻照，然后從萃取的天然產(chǎn)品中分離除去殘留的生物物質(zhì)。此外，也涉及在微波輻照時(shí)給容器減壓，以及在至少微波輻照的大部分時(shí)間中加熱以補(bǔ)償因從生物物質(zhì)中水蒸發(fā)而引起的溫度下降。
[0015]鄧修等人的中國專利CN02111457.9，公開了一種萃取裝置，包括圓筒形萃取器、隔離器、過渡管，圓筒形容器與隔離器之間形成工作環(huán)隙，工作環(huán)隙的高度為所采用的微波場(chǎng)共振模式的半波長的整倍數(shù)。
[0016]黃凱中等人的中國專利CN02111640.7，公開了一種微波萃取裝置，具有攪拌器、冷卻和電控裝置的萃取罐，在萃取罐的罐體四周間隔一定距離，分多層均勻地裝有多個(gè)微波電源和磁控管，可進(jìn)行間歇式或連續(xù)式操作，具體形式可采用立式或臥式裝置。
[0017]鄭必勝等人的中國專利CN200410027563.6，公開了一種微波萃取裝置，包括微波加熱器及固液傳輸裝置，微波加熱器為一中空腔體，其前、后壁開有孔，固液傳輸裝置從前壁開孔處斜伸入腔體，從后壁開孔處伸出，微波加熱器的外頂部設(shè)有微波磁控管，固液傳輸裝置底端設(shè)有固體物料進(jìn)口及萃取液出口，頂端設(shè)有出料口及萃取液入口。
[0018]萬紹平等人的中國專利CN200510031458.4，公開了一種從含有油脂的植物籽仁中用微波加熱萃取油脂的方法，將植物籽仁中含有油脂的部分或其副產(chǎn)品，粉碎后放在容器中接受微波輻照，當(dāng)受輻照物料溫度上升到一定時(shí)，停止輻照，將溶劑滲透萃取，分離液渣，濃縮回收溶劑，從而得到目標(biāo)油脂。
[0019]李晟的中國專利CN200510096079.3，公開了一種微波逆流連續(xù)萃取裝置，包括萃取滾筒，其一端設(shè)有進(jìn)料斗及萃取液出口，另一端設(shè)有出渣口及萃取液進(jìn)口；在萃取滾筒上設(shè)有微波系統(tǒng)，萃取滾筒的內(nèi)腔設(shè)有螺旋推進(jìn)器，由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)螺旋推進(jìn)器。
[0020]馬烽等人的中國專利CN200610044442.1，公開了一種用于植物有效成分提取的減壓微波萃取裝置和方法。由微波爐、萃取罐、冷凝器、氣液分離器和減壓裝置組成。微波爐設(shè)置在萃取罐外圍，其內(nèi)均勻布置微波發(fā)生器，萃取罐上安裝有電動(dòng)攪拌器。在減壓和微波作用下，溶劑汽化經(jīng)冷凝器冷凝成液態(tài)溶劑。
[0021]李晟等人的中國實(shí)用新型專利CN 200620136108.4，公開了一種環(huán)型微波提取設(shè)備，包括機(jī)架，萃取筒，傳輸裝置，微波加熱系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是萃取筒為首尾相接的環(huán)形管，萃取筒的外部設(shè)有微波加熱系統(tǒng)，在萃取筒內(nèi)設(shè)有傳輸裝置，在傳輸裝置上設(shè)有輸送隔板，輸送隔板固定在輸送鏈板上，且輸送隔板上設(shè)有溶媒循環(huán)流通的小孔，由輸送鏈板和輸送隔板將萃取筒里的輸送空間分割成一個(gè)個(gè)輸送單元，在輸送單元內(nèi)物料和溶媒在微波加熱作用下進(jìn)行萃取。
[0022]杜榮慶的中國實(shí)用新型專利200620049558.X，公開了一種用于實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)生產(chǎn)上對(duì)天然植物進(jìn)行連續(xù)式微波萃取的裝置，包括立式進(jìn)料攪拌裝置、臥式螺旋推進(jìn)萃取裝置和卸料裝置，臥式螺旋推進(jìn)萃取裝置分為前段微波萃取段和后段冷卻段。
[0023]郭維圖等人的中國專利CN200610138359.0，公開了一種管道式微波連續(xù)提取裝置，包括兩個(gè)浸泡罐、微波提取裝置