一種多層碟片式離心與重力成膜及差速減壓的低溫蒸發(fā)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及液體混合物蒸發(fā)分離或濃縮技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種多層碟片式離心與重力成膜及差速減壓的低溫蒸發(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?，即所謂蒸發(fā)。
[0003]在蒸發(fā)過(guò)程中，易揮發(fā)組分在蒸氣中得到增濃，難揮發(fā)組分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(guò)真空機(jī)組的連續(xù)抽吸來(lái)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]在本領(lǐng)域中，蒸發(fā)器公知的類型較多，如，按操作壓力分為:常壓、加壓和減壓三種。按蒸發(fā)方式分為:自然蒸發(fā)型，即溶液在低于沸點(diǎn)溫度下蒸發(fā);沸騰蒸發(fā)型，即將溶液加熱至沸點(diǎn)，使之在沸騰狀態(tài)下蒸發(fā)。按溶液運(yùn)動(dòng)狀況分為:循環(huán)型，即沸騰溶液在加熱室中多次通過(guò)加熱表面;單程型，即沸騰溶液在加熱室中一次通過(guò)加熱表面。按加熱方式分:直接接觸型:加熱介質(zhì)與溶液直接接觸傳熱；間接加熱型，容器間壁傳給被蒸發(fā)的溶液。即在間壁式換熱器中進(jìn)行的傳熱過(guò)程。按效數(shù)分為:單效蒸發(fā)型，即蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽直接冷凝不再利用;多效蒸發(fā)型，即將二次蒸汽作為下一效加熱蒸汽，并將多個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)。
[0005]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(kāi)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。
[0006]降膜式蒸發(fā)器原理是:料液自降膜蒸發(fā)器加熱室上管加入，通過(guò)液體分布及成膜裝置，均勻分配到各換熱管內(nèi)，在重力和真空誘導(dǎo)及氣流作用下，成均勻自上而下的膜層流動(dòng)，流動(dòng)過(guò)程中，被殼程加熱介質(zhì)加熱蒸發(fā)。其特性是傳熱強(qiáng)度高、受熱時(shí)間短、蒸發(fā)溫度低、液膜流量易于調(diào)整、操作穩(wěn)定可靠，適用于熱敏性料液的蒸發(fā)濃縮分離。
[0007]升膜式蒸發(fā)器與降膜式結(jié)構(gòu)基本相同，主要區(qū)別在于原料液是從加熱室的底部進(jìn)入，料液進(jìn)入加熱管后，受熱沸騰迅速氣化，蒸汽在管內(nèi)迅速上升，料液受到高速上升蒸汽的帶動(dòng)，沿管壁形成膜狀上升，并繼續(xù)蒸發(fā)。其特性是液體高度湍流、停留時(shí)間極短、操作可控性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊造價(jià)低，適用于蒸發(fā)量大、熱敏性、粘性、有生垢發(fā)泡趨勢(shì)料液的蒸發(fā)。
[0008]機(jī)械攪拌式薄膜蒸發(fā)器，簡(jiǎn)稱薄膜蒸發(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)器已得到廣泛應(yīng)用，其原理為:預(yù)熱到一定溫度的料液，自蒸發(fā)器上部通過(guò)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)(加熱蒸汽或?qū)嵊?傳給蒸發(fā)表面(圓筒內(nèi)壁)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，料液逐漸被蒸發(fā)。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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]—般換熱設(shè)備傳熱過(guò)程的強(qiáng)化方式，主要分為有功強(qiáng)化和無(wú)功強(qiáng)化。有功強(qiáng)化即需要外部能量來(lái)達(dá)到強(qiáng)化傳熱目的，其中包括旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)換熱表面、振動(dòng)載熱劑、置于靜電場(chǎng)或電磁場(chǎng)中。無(wú)功強(qiáng)化換熱主要有表面特殊處理、粗糙表面法、擴(kuò)展表面法和擾動(dòng)流體法。
[0012]以下引述的專利是膜式蒸發(fā)器發(fā)展的某些裝置結(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。
[0013]浦紀(jì)壽的中國(guó)實(shí)用新型專利CN03278316.7，公開(kāi)了一種連續(xù)蒸餾分離裝置，由旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器、循環(huán)栗、相關(guān)的閥門、管道組成，以及由精餾塔、塔頂冷凝器、排放自動(dòng)閥、塔頂溫度計(jì)組成，旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器的頂部氣化輸出口連接至精餾塔中部入口。
[0014]王守成的中國(guó)實(shí)用新型專利CN 200420112953.9，公開(kāi)了一種多頭螺旋管式旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器，包括盛料筒和蒸發(fā)管，盛料筒內(nèi)軸向設(shè)有空心轉(zhuǎn)動(dòng)軸，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與盛料筒外部的減速機(jī)構(gòu)和電機(jī)固定連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸外表面軸向螺旋式纏繞多頭蒸發(fā)管，轉(zhuǎn)動(dòng)軸內(nèi)設(shè)有多個(gè)徑向空腔，并與相應(yīng)的蒸發(fā)管的管頭相通，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸向設(shè)有中心通道，中心通道的端口與轉(zhuǎn)動(dòng)軸內(nèi)的空腔相通，在中心通道周圍沿圓周面還均勻分布多條與其平行的通道，與相鄰的兩徑向空腔相通。
[0015]周森安的中國(guó)實(shí)用新型專利CN200520031886.2，公開(kāi)了一種實(shí)驗(yàn)室和中試實(shí)驗(yàn)用水平式內(nèi)旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器，包括一水平放置的蒸發(fā)器筒體，在蒸發(fā)器筒體上設(shè)置有進(jìn)料口、真空表接口以及出料口，蒸發(fā)器筒體的一端設(shè)置清洗口，在清洗口處設(shè)置可拆卸的密封蓋，在蒸發(fā)器筒體內(nèi)設(shè)置一旋轉(zhuǎn)筒體，在旋轉(zhuǎn)筒體內(nèi)設(shè)置一橫軸，橫軸穿過(guò)蒸發(fā)器筒體的端部，并通過(guò)其上的帶輪和電機(jī)聯(lián)動(dòng)。
[0016]孫麗等人的中國(guó)實(shí)用新型專利CN 200820109668.X，公開(kāi)了一種碟式單孔線性降膜式蒸發(fā)器，包括一抽真空的容器，該容器設(shè)夾層，夾層中填充循環(huán)導(dǎo)熱油，容器上部裝設(shè)由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的進(jìn)料器，進(jìn)料器為盤狀圓槽，槽壁與槽底面呈銳角，且槽壁上設(shè)一個(gè)出液孔。容器夾層設(shè)雙進(jìn)油管和出油管形成上下左右交叉循環(huán)加熱路線。
[0017]陸文光的中國(guó)實(shí)用新型專利CN201120334446.X，公開(kāi)了一種臥式旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器，其大直徑端的側(cè)壁上設(shè)有原料液入口，小直徑端的上、下側(cè)壁上分別設(shè)有與一冷凝器相連的輕組份蒸汽出口和與一成品貯罐相連的重組份出口。臥式旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器包括:固定于支座上的隔套加熱式筒體，設(shè)于筒體兩端的前、后密封蓋，穿過(guò)該前、后密封蓋并設(shè)于該筒體中心軸線上的轉(zhuǎn)軸，中心軸對(duì)稱分布于該轉(zhuǎn)軸上，并沿筒體內(nèi)壁分布的多個(gè)刮板，設(shè)于前密封蓋前端的機(jī)架，設(shè)有該機(jī)架前端的減速機(jī)，與該減速機(jī)傳動(dòng)連接的電機(jī)。
[0018]黃小周的中國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)CN103191571A，公開(kāi)了一種高速旋轉(zhuǎn)式薄膜真空濃縮機(jī)，包括蒸發(fā)器、設(shè)在蒸發(fā)器內(nèi)的軸體附件和與軸體附件上端連接的電機(jī);軸體附件上設(shè)有刮板，蒸發(fā)器上設(shè)有真空栗連接口、物料入口、物料出口、熱水進(jìn)口和熱水出口；所述電機(jī)線圈繞組的內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子之間的縫隙間設(shè)置一體式密封保護(hù)套。
[0019]胳仲泱的中國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)CN104399265A，公開(kāi)一種電場(chǎng)強(qiáng)化板式降膜蒸發(fā)裝置及其方法。裝置主要由高壓電源、電極線、絕緣裝置、不銹鋼板