CN102321436B - 一种松脂短程蒸馏器及其松脂蒸馏工艺 - Google Patents
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Abstract
一种松脂短程蒸馏器及其松脂蒸馏工艺。蒸馏器包括进料口1、脂液分怖环2、分子蒸发面3、松节油接盘4和出口5、松香出口6、加热夹套8、真空接口10和法兰11组成分子蒸发筒和由进水口12、出水口13、齿状波纹分子冷却面14、法兰15和密封底组成的分子冷却器。将蒸发面预热到130℃-140℃，抽真空到50Pa-100Pa，往冷却器注入冷却液后，将预热脂液放入脂液分怖环，将脂液分怖成液膜沿分子蒸发面向下流被蒸发面加热，进行分子蒸馏，松节油分子从液面逸出，被分子冷却面冷却成松节油流落接盘从出口5流入储罐P1，液膜余下的松香从出口流入储罐P2，蒸馏过程为10-15秒。本发明简单易操作，比蒸馏法工艺节省了70％以上的热能，松香颜色更浅。
Description
一、技术领域
本发明属于松脂加工技术领域。
二、背景技术
松香是用途广泛的工业原料。松树的松脂含有松香和松节油，蒸出松节油就得到松香。松脂经溶解、沉清、除杂，稀释成流动性好的脂液后进入蒸馏工序。在目前的生产工艺中蒸馏脂液时有两股蒸汽起作用，第一是间接蒸汽，它通过蛇管传热，将脂液不停加温直到蒸馏结束时的195℃左右；第二是直接蒸汽，它喷入脂液中，与脂液混合共沸抽出松节油。此工艺称为蒸汽法，是目前世界各国松香产业的主流工艺。此工艺虽成熟但能耗大，每吨松香要耗1吨蒸汽，因此工厂要用大锅炉来供汽，对环境有影响。在其总能耗中，溶解、沉清两道工序共占10％，蒸馏工序占90％，在蒸馏工序的能耗中，间接蒸汽占其25％，直接蒸汽占其75％。由此可知，松香生产要大幅度节能，必须先改进蒸馏工序，第一要大量节减直接蒸汽，第二要降低蒸馏温度，这样才能取得明显的节能效果。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种完全省去直接蒸汽的，降低蒸馏温度的松脂短程蒸馏器及其松脂蒸馏工艺，从而达到在松香生产中大幅度节能的目的。本发明采用的是新兴的分子蒸馏工艺，其能耗远低于蒸汽法。
本发明的松脂短程蒸馏器，由金属制成的分子蒸发筒和分子冷却器组成，其特征在于所述的分子蒸发筒呈直筒形，分子蒸发筒的筒外壁有加热夹套，在加热夹套下部设有加热源进口，上部设有热源出口，在分子蒸发筒筒顶部有连接法兰，连接法兰以下有真空泵接口、松脂脂液进口和松脂脂液分怖环，在分子蒸发筒底部有松节油接盘、松节油出口和松香出口；在松脂脂液分怖环至松节油接盘之间的内筒壁表面是分子蒸发面，分子蒸发面的直径从200毫米至1200毫米范围内，分子蒸发面的垂直长度从1500毫米至2500毫米范围内；所述的分子冷却器呈直筒形，在分子冷却器顶部平面有连接法兰、冷却液输入管的管口和冷却液输出管口，冷却液输入管另一端穿入分子冷却器内，分子冷却器底部用密封底密封；分子冷却器与分子蒸发筒的连接是用两者的连接法兰和螺栓密封连接，使分子冷却器垂直悬于分子蒸发筒内，中轴线与分子蒸发筒中轴线重合；分子冷却器的筒体外表面是分子冷却面，它的垂直长度与分子蒸发面长度相等；将分子冷却面表面做成垂直排列的三角齿形波纹状，使分子冷却表面积扩大到1.5倍至2倍之间，各三角齿形波纹的边长相等，边长为3毫米-6毫米，齿角为60°-80，齿顶圆直径小于分子蒸发面直径20毫米到40毫米，使分子冷却面与分子蒸发面之间的距离在10毫米至20毫米之间。
本发明的松脂短程蒸馏器，将分子冷却面表面做成垂直排列的三角齿形波纹状，是由于松脂脂液中松节油含量多达40％，在进行松脂蒸馏时，在分子蒸发面上的松节油分子在瞬间逸出量很大，如果分子冷却面面积不够大，会形成分子活动空间挤拥而导致蒸馏速度放慢，所以本松脂短程蒸馏器的分子冷却面表面做成垂直排列的三角齿形波纹状，使分子冷却表面积扩大到1.5倍至2倍之间，远大于分子蒸发面的面积，以确保松脂蒸馏顺畅进行。
本松脂短程蒸馏器将三角齿形波纹状的冷却面齿顶圆直径做成比分子蒸发面的直径小20毫米到40毫米，使分子冷却面与分子蒸发面之间的距离在10毫米至20毫米之间，是根据分子运动原理，脂液膜在高真空度中流经分子蒸发面时，脂液膜中的松香分子和松节油分子被加热时都会按各自的运动半径作分子运动，不断从脂液膜面逸出和返回。由于松节油沸点比松香低很多，在相同条件下其分子运动的距离比松香分子远很多，所以本松脂短程蒸馏器将分子冷却面设在松节油分子运动时能到达而松香分子不能到达的距离内，即分子冷却面与分子蒸发面之间的距离相差10毫米至20毫米，这样分子冷却面就能捕捉和冷却松节油分子，而松香分子则返回脂液膜。
用本发明的松脂短程蒸馏器进行松脂蒸馏工艺如下：
(一)系统连接：将松脂短程蒸馏器与配合的松脂脂液供应系统、供热系统、真空泵系统、冷却液供给系统、储罐系统等按要求连接好，其中，松脂脂液进口与松脂脂液供应系统连接，加热源进口与供热系统连接，真空泵接口与真空泵系统连接，冷却液输入管的管口与冷却液供给系统连接，松节油出口与松节油储罐连接，松香出口与松香储罐连接；
(二)蒸馏条件：启动真空泵系统，从真空泵接口抽真空，使松脂短程蒸馏器内真空度达到50Pa-100Pa之间；启动供热系统，热源从加热源进口进入加热夹套内再从热源出口流出，将分子蒸发面预热到150℃至160℃之间；将松脂脂液供应系统内的松脂脂液预热到135℃至145℃之间；冷却液供给系统内的冷却液温度控制在10℃-30℃以内；
(三)分子蒸馏：将分子蒸发面蒸馏脂液流量的速度定为每分钟4升至5升流量，把已预热好的松脂脂液按此流量从分子蒸发筒上部的松脂脂液进口输入松脂脂液分怖环，由松脂脂液分怖环将松脂脂液分怖成1毫米-1.5毫米厚的脂液膜，脂液膜自上而下沿分子蒸发面流动並不断被分子蒸发面加热，由此进行分子蒸馏；
(四)、分子冷却：由冷却液供给系统将冷却液按相当于分子蒸发面每分钟蒸馏脂液流量的2-3倍从冷却液输入管的管口输入分子冷却器内，从冷却液输出管口处流出，使分子冷却面处于低温工作状态；将分子冷却面与分子蒸发面之间的距离设定在10毫米至20毫米之间，本短程松脂蒸馏器依照分子运动规律，松节油分子从流经分子蒸发面的松脂液膜中逸出被分子冷却面捕捉，並将其冷却成液体松节油，从而分离出松节油，而松香分子未能到达分子冷却面则返回脂液膜；
(五)回收：松节油分子被分子冷却面冷却成液体松节油后流落松节油接盘，再从松节油出口流出进入松节油储罐，当松脂液膜自上而下流完分子蒸发面的垂直长度时，松节油已蒸发完而剩下松香，剩下的松香从松香出口流出进入松香储罐，由此完成松脂蒸馏过程，，松脂脂液分离成松香和松节油过程耗时约10-15秒，连续进料就可以连续蒸馏生产下去。
当要停止蒸馏时，依次关闭松脂脂液供应系统、供热系统、冷却液供给系统、真空泵系统等各系统，放氮气进入真空泵系统，使与之连通的松脂短程蒸馏器回复常压状态后，便可从松节油储罐、松香储罐处放出松节油和松香，由此完成一次生产过程。在生产中如需要调节松香的软化点高低，只需调节松脂脂液预热温度高低即可。
本发明的松脂短程蒸馏器及其松脂蒸馏工艺，省去直接蒸汽和降低蒸馏温度，比蒸馏法节能70％以上。此外本发明还具有体积小和松香颜色浅等优点。
四、附图说明
图1是本发明的松脂短程蒸馏器的立面剖面示意图。
图1中Z是松脂脂液供应系统，1是松脂脂液进口，2是松脂脂液分怖环，3是分子蒸发面，D是分子蒸发面直径，H是分子蒸发面垂直长度，4是松节油接盘，5是松节油出口，P1是松节油储罐，6是松香出口，P2是松香储罐，E是供热系统，7是加热源进口，8是加热夹套，9是热源出口，J是真空泵系统，10是真空泵接口，11是分子冷却器顶部连接法兰，W是冷却液供给系统，12是冷却液输入管，13是冷却液输出管口，14是三角齿形波纹状的分子冷却面，d是齿顶圆直径，15是分子蒸发筒顶部的连接法兰，M是螺栓，16是分子冷却器密封底。
图2是本发明的分子冷却面14的三角齿形波纹剖面放大图。
在图2中，C是齿形边长，R为齿角。
五、具体实施方式
实施例一
下面以每小时产180公斤南亚松松香为例，进一步说明本发明的短程松脂蒸馏器的结构及其松脂蒸馏过程。
参照附图，本发明的松脂短程蒸馏器，由金属制成的分子蒸发筒和分子冷却器组成，所述的分子蒸发筒呈直筒形，分子蒸发筒的筒外壁有加热夹套8，在加热夹套8下部设有加热源进口7，上部设有热源出口9，在分子蒸发筒筒顶部有连接法兰15，连接法兰15以下有真空泵接口10、松脂脂液进口1和松脂脂液分怖环2，在分子蒸发筒底部有松节油接盘4、松节油出口5和松香出口6；在松脂脂液分怖环2至松节油接盘4之间的内筒壁表面是分子蒸发面3，分子蒸发面3的面积为1.25m2，由此将分子蒸发面直径D定为220毫米，分子蒸发面的垂直长度H定为1800毫米；所述的分子冷却器呈直筒形，在分子冷却器顶部有冷却器连接法兰11、冷却液输入管12的管口和冷却液输出管口13，冷却液输入管12另一端穿入分子冷却器内，分子冷却器底部用密封底16密封；分子冷却器与分子蒸发筒的连接是用连接法兰11、连接法兰15和螺栓M密封连接，使分子冷却器垂直悬于分子蒸发筒内，中轴线与分子蒸发筒中轴线重合；分子冷却器的筒体外表面是分子冷却面14，它的垂直长度与分子蒸发面3长度H相等；分子冷却面14的表面做成垂直排列的三角齿形波纹状，齿顶圆直径d为200毫米，小于分子蒸发面直径20毫米，使分子冷却面与分子蒸发面之间相距为10毫米，各三角齿形波纹的边长C相等，边长C为3毫米，齿角R为60°。
采用上述的松脂短程蒸馏器进行松脂蒸馏工艺如下：
(一)系统连接：将松脂短程蒸馏器与配合的松脂脂液供应系统Z、供热系统E、真空泵系统J、冷却液供给系统W、储罐系统P1、P2等按要求连接好，其中，松脂脂液进口1与松脂脂液供应系统Z连接，加热源进口7与供热系统E连接，真空泵接口10与真空泵系统J连接，冷却液输入管12的管口与冷却液供给系统W连接，松节油出口5与松节油储罐P1连接，松香出口6与松香储罐P2连接；
(二)蒸馏条件：将松脂脂液供应系统Z内的松脂脂液预热到设定的温度135℃；开动供热系统E，将分子蒸发面3预热到160℃并恒温；开动冷却液供给系统W，冷却液进液温度定为10℃-30℃之间；启动真空泵系统J，由真空泵接口10处抽真空，使短程蒸馏器内部及与其相通的系统处于真空状态，真空度为50Pa-100Pa。
(三)分子蒸馏：将分子蒸发面3蒸馏脂液流量的速度定为每分钟5公斤流量，把已预热好的松脂脂液按此流量从分子蒸发筒上部的松脂脂液进口1输入松脂脂液分怖环2，由松脂脂液分怖环2将松脂脂液分怖成1毫米-1.5毫米厚的脂液膜，脂液膜自上而下沿分子蒸发面3流动並不断被分子蒸发面3加热，由此进行分子蒸馏；
(四)分子冷却：由冷却液供给系统W将冷却液按相当于分子蒸发面3每分钟蒸馏脂液流量的2-3倍从冷却液输入管12的管口输入分子冷却器内，从冷却液输出管口13处流出，使分子冷却面14处于低温工作状态；将分子冷却面14与分子蒸发面3之间的距离设为10毫米，本松脂短程蒸馏器是依照分子运动规律设定，当松节油分子从流经分子蒸发面3的脂液膜中逸出被分子冷却面14捕捉，並将其冷却成液体松节油，从而分离出松节油，而松香分子未能到达分子冷却面14则返回脂液膜；
(五)回收：松节油分子被分子冷却面14冷却成液体后流落松节油接盘4，再从松节油出口5流出进入松节油储罐P1，当松脂液膜流完蒸发面3的垂直长度H时，松节油已蒸发完而剩下松香，剩下的松香从松香出口6流出进入松香储罐P2，由此完成蒸馏过程，连续进料就可以连续生产下去。
在连续进行蒸馏1小时后，可从松节油储罐P1处收集到120公斤松节油，从松香储罐P2处收集到180公斤松香。
在停止蒸馏时，依次关闭松香脂液供应系统Z、供热系统E、冷却液供给系统W、真空泵系统J等各系统，放氮气进入真空泵系统J，使与之连通的松香短程蒸馏器回复常压状态后，便可从松节油储罐P1、松香储罐P2处放出松节油和松香，由此完成一次生产过程。在生产中如需要调节松香的软化点高低，只需调节脂液预热温度高低即可。
实施例二
以每小时产出500公斤湿地松松脂的松脂短程蒸馏器及其松脂蒸馏过程
湿地松松节油沸点稍高于南亚松，经计算得到蒸馏器各项数据如下：
分子蒸发面面积为3.47m2，由此将分子蒸发面直径D定为550毫米，蒸发面垂直长度H定为2000毫米，齿顶圆直径d定为520毫米，齿形边长C定为5毫米，齿角R定为60°，分子冷却面14与分子蒸馏面3之间的距离为15毫米，以上述设定的数据，按实施例一的结构制得松脂短程蒸馏器。
将松脂脂液预热温度定为135℃，松脂脂液供应系统Z提供松脂脂液速度定为每分钟13.8公斤，冷却液供给系统W供10℃-30℃之间却液却液的速度定为每分钟28公斤左右，供热系统E采用导热油加热，导热油温度定为160℃，用真空泵系统J将松脂短程蒸馏器抽真空到50Pa-100Pa，本实施例的松脂蒸馏工艺操作过程及进出料操作与实施例一相同。
本实施例的松脂蒸馏器1小时内可蒸完833公斤脂液，可生产出松香500公斤和松节油333公斤。
实施例三
以每小时产出1000公斤马尾松松香的松脂短程蒸馏器及其松脂蒸馏过程
马尾松松节油的沸点最高，经核算得到松脂短程蒸馏器的各项数据如下：
分子蒸发面面积为6.95m2，由此将分子蒸发面直径D定为890毫米，分子蒸发面垂直长度H定为2500毫米，齿顶圆直径d定为850毫米，齿形边长C定为6毫米，齿角R定为60°，分子冷却面14与分子蒸发面3之间的距离为20毫米，根据上述设定的数据，按实施例一的结构制得松脂短程蒸馏器。
将松脂脂液预热温度定为140℃，松脂脂液供应系统Z提供脂液速度定为每分钟28公斤，冷却液供给系统W供10℃-30℃之间冷却液的速度定为每分钟56公斤左右。供热系统E采用导热油加热，导热油温度定为160℃，将分子蒸发面3预热到160℃，真空泵系统J使松脂短程蒸馏器内真空度达到50Pa-100Pa。
本实施例的松香蒸馏工艺操作过程及进出料操作与上述实施例一相同。
本松脂短程蒸馏器1小时内可蒸完1666公斤脂液，可生产出松香1000公斤和松节油666公斤。
Claims (2)
1.一种松脂短程蒸馏器，由金属制成的分子蒸发筒和分子冷却器组成，其特征在于所述的分子蒸发筒呈直筒形，分子蒸发筒的筒外壁有加热夹套(8)，在加热夹套(8)下部设有加热源进口(7)，上部设有热源出口(9)，在分子蒸发筒筒顶部有连接法兰(15)，连接法兰(15)以下有真空泵接口(10)、松脂脂液进口(1)和松脂脂液分怖环(2)，在分子蒸发筒底部有松节油接盘(4)、松节油出口(5)和松香出口(6)；在松脂脂液分怖环(2)至松节油接盘(4)之间的内筒壁表面是分子蒸发面(3)，分子蒸发面(3)的直径(D)从200毫米至1200毫米范围内，分子蒸发面的垂直长度(H)从1500毫米至2500毫米范围内；所述的分子冷却器呈直筒形，在分子冷却器顶部平面有连接法兰(11)、冷却液输入管(12)的管口和冷却液输出管口(13)，冷却液输入管(12)另一端穿入分子冷却器内，分子冷却器底部用密封底(16)密封；分子冷却器与分子蒸发筒的连接是用连接法兰(11)、连接法兰(15)和螺栓(M)密封连接，使分子冷却器垂直悬于分子蒸发筒内，中轴线与分子蒸发筒中轴线重合；分子冷却器的筒体外表面是分子冷却面(14)，它的垂直长度与分子蒸发面(3)长度(H)相等；分子冷却面(14)表面做成垂直排列的三角齿形波纹状，使分子冷却表面积扩大到1.5倍至2倍之间，各三角齿形波纹的边长(C)相等，边长(C)为3毫米-6毫米，齿角(R)为60°-80°，齿顶圆直径(d)小于分子蒸发面(3)直径20毫米到40毫米，使分子冷却面(14)与分子蒸发面(3)之间的距离在10毫米至20毫米之间。
2.一种应用权利要求1的松脂短程蒸馏器的松脂蒸馏工艺，其松脂蒸馏工艺特征如下：
(一)系统连接：将松脂短程蒸馏器与配合的松脂脂液供应系统(Z)、供热系统(E)、真空泵系统(J)、冷却液供给系统(W)、储罐系统(P1、P2)等按要求连接好，其中，松脂脂液进口(1)与松脂脂液供应系统(Z)连接，加热源进口(7)与供热系统(E)连接，真空泵接口(10)与真空泵系统(J)连接，冷却液输入管(12)的管口与冷却液供给系统(W)连接，松节油出口(5)与松节油储罐(P1)连接，松香出口(6)与松香储罐(P2)连接；
(二)蒸馏条件：开动真空泵系统(J)，从真空泵接口(10)抽真空，使蒸馏器内真空度达到50Pa-100Pa之间；启动供热系统(E)，热源从加热源进口(7)进入加热夹套(8)再从热源出口(9)流出，将分子蒸发面(3)预热到150℃至160℃之间，松脂脂液供应系统(Z)内的松脂脂液预热到135℃至145℃之间，冷却液供给系统(W)内的冷却液温度控制在10℃-30℃以内；
(三)分子蒸馏：将分子蒸发面(3)蒸馏脂液流量的速度定为每分钟4公斤至5公斤流量，把已预热好的松脂脂液按此流量从分子蒸发筒上部的松脂脂液进口(1)输入松脂脂液分怖环(2)，由松脂脂液分怖环(2)将松脂脂液分怖成1毫米-1.5毫米厚的脂液膜，脂液膜自上而下沿分子蒸发面(3)流动並不断被分子蒸发面(3)加热，由此进行分子蒸馏；
(四)分子冷却：由冷却液供给系统(W)将冷却液按相当于分子蒸发面(3)每分钟蒸馏脂液流量的2-3倍从冷却液输入管(12)的管口输入分子冷却器内，从冷却液输出管口(13)处流出，使分子冷却面(14)处于低温工作状态；将分子冷却面(14)与分子蒸发面(3)之间的距离设定在10毫米至20毫米之间，本松脂蒸馏器依照分子运动规律，松节油分子从流经分子蒸发面(3)的脂液膜中逸出被分子冷却面(14)捕捉，並将其冷却成液体松节油，从而分离出松节油，而松香分子未能到达分子冷却面(14)则返回脂液膜；
(五)回收：松节油分子被分子冷却面(14)冷却成液体松节油后流落松节油接盘(4)，再从松节油出口(5)流出进入松节油储罐(P1)，当脂液膜流完蒸发面(3)的垂直长度(H)时，松节油已蒸发完而剩下松香，剩下的松香从松香出口(6)流出进入松香储罐(P2)，由此完成松脂蒸馏过程，连续进料就可以连续生产下去。
Priority Applications (1)
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