CN102872608B - 高位供料短程减压蒸馏器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机物料的减压蒸馏领域，特别是一种高位供料短程减压蒸馏器。包括蒸发器壳体、入料管线、馏出物排放管线，及由冷凝器、馏出物收集管线、馏出物收集罐、废气排放管线和真空泵组成的馏出物冷却收集减压机构，由料液输送管线、输料泵、加热器组成的料液加热机构，所述蒸发器壳体内设置有高位料液蒸发通道,该高位料液蒸发通道的料液进口与料液加热机构上端的受热料液出口通，该高位料液蒸发通道的高位料液蒸发面位于所述馏出物排放管线的馏出物进口之下。本发明通过高位料液蒸发面，实现了料液以高温、超短流程距离及突破静压的减压工况下高效蒸发，不但高效抑制被蒸馏料液的热解程度，还降低大量制热能耗，并可大幅提高装置的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及有机物料的减压蒸馏领域，特别是一种高位供料短程减压蒸馏器。
背景技术
减压蒸馏是一种通过降低气压而实现降低料液沸点温度的节能和抑制蒸馏料液热解的蒸馏方法，目前已被广泛应用，但是减压蒸馏的节能性、抑制蒸馏料液热解的程度及生产效率是当前令蒸馏领域技术人员关注的焦点。
公知的减压蒸馏装置一般是图4所示的结构，其工作原理简述如下：
将料液（待蒸馏提纯的物料）4通过入料阀门10和入料管线9注入安放于蒸发器支架2之上的蒸发器壳体1内，其注入量约占蒸发器壳体1体积的二分之一左右。
开启真空泵8，使蒸馏器系统实现真空减压状态，为降低料液4的沸点提供有利条件。
利用高温热载体在加热器3的盘形管内循环，为蒸发器壳体1内的料液4进行放热。
受热后的料液4温度不断上升，当达到料液4在其真空气压下的蒸发温度时，蒸发现象开始出现，在此时的料液4中，不断有被汽化的高温气相馏出物脱离料液4液面不断上升，一部分高温气相馏出物在穿越较长流程距离的过程中，因热量损耗被液化，再次回流至下部被加热的料液4中，另一部分不能被冷却液化的高温气相馏出物，经由馏出物排放管线5进入馏出物收集管线6内。
进入馏出物收集管线6内的高温气相馏出物，穿越冷凝器7接受冷却降温并进入馏出物收集罐12内，经冷却降温被液化的馏出物13被馏出物收集罐12所收集，不能被冷却液化的废气经由废气排放管线11及真空泵8被排往外界。
在持续不断的蒸发的过程中，为了维持蒸发器壳体1内料液4的最佳液位，料液供给管线与入料管线9之外的入料阀门10连通，通过入料阀门10和入料管线9将适量的料液4补充至蒸发器壳体1的内部。
上述减压蒸馏装置存在的缺陷是：
通过将过量的料液4输入至蒸发器壳体1内进行受热蒸发，虽然可以实现缩短高温气相馏出物的流程距离（在蒸发过程中，料液液面距可以收集馏出物的距离），提高料液4的蒸发效率，但是由于较厚的料液液层非常容易引发涨锅现象的发生（涨锅现象是指：料液在受热中，有大量气体以泡沫的形式从料液中蒸发溢出并不断堆积上涨，直到由馏出物排放管线排往外界的现象，该现象与料液液层的厚度呈正比的关系），由此只能以较少的料液4以牺牲较短的流程距离来抑制涨锅现象的发生。
由此产生的高温气相馏出物要突破较长流程距离的阻碍，其中一部分因热量损耗被液化，还要再次回流至下部被加热的料液4中，最终不但加剧了对被蒸馏料液的热解程度，还降低了装置的节能性，也降低了装置的加工效率。
中国专利（专利号CN 101732881 A）公开了一种分子蒸馏器：蒸馏器筒体的做功部分是由圆形垂直夹套组成，在夹套中有热媒导热油为放热体，在夹套筒体内设置有冷凝器，在夹套筒体内壁至冷凝器之间设置有由上下法兰、立柱及刮板条组成的转笼装置，在夹套筒体上部设置有上法兰、物料进口、与转笼装置连接的转轴、减速机及电动机，在夹套筒体下部分别设置有真空口、斜槽、重油出口、轻油收集槽、轻油出口等，该装置冷凝管的外侧管壁与筒体内壁之间的径向距离设置为3.6cm ～4.2cm。筒体的内径设置在460mm～580mm之间，筒体内工作部分长度设置在1.3m～1.8m之间。该装置的缺点是：因其紧凑精密性较高及小型化，很难实现长时间高产能的加工模式，不适应加工高沸点、热敏性要求较高、内含较多杂质且加工附加值较低的料液，否则：因冷凝管的外侧管壁与筒体内壁之间的径向距离设置仅为3.6cm ～4.2cm，在夹套筒体内壁至冷凝器之间设置有由上下法兰、立柱及刮板条组成的转笼装置，由此在进料以及旋转工作时，非常容易使料液液滴由筒体内壁飞溅至冷凝管的外侧管壁之上，由此形成短路蒸发（未经汽化而被馏出物收集系统所收集的料液）；因夹套筒体内壁既是放热面又是蒸发面，由此势必会在较短的工作时间内被所产生的固相物将装置的紧凑精密空间进行污浊破坏，使装置在较短的工作时间内进入较长的检修周期中。因装置的小型化，势必造成装置的加工效率低。因装置结构比较复杂，势必造成装置的制造成本及维护成本过高。
综上所述，因装置的检修周期长，势必将缩短装置的生产周期，加之加工效率低等因素，最终会导致加工费用过高而很难体现料液加工的经济效益。
发明内容
本发明旨在解决背景技术存在的上述问题，而提供一种能在低位料液液面与馏出物排放管线之间形成高位料液蒸发面的高位供料短程减压蒸馏器。
本发明解决所述问题采用的下技术方案是：
一种高位供料短程减压蒸馏器，包括蒸发器壳体、入料管线、馏出物排放管线，及由冷凝器、馏出物收集管线、馏出物收集罐、废气排放管线和真空泵组成的馏出物冷却收集减压机构，由料液输送管线、输料泵、加热器组成的料液加热机构，所述蒸发器壳体内设置有高位料液蒸发通道,该高位料液蒸发通道的料液进口与料液加热机构上端的受热料液出口连通，该高位料液蒸发通道的料液出口与蒸发器壳体内部连通，该高位料液蒸发通道内的高位料液蒸发面位于所述馏出物排放管线的馏出物进口之下。
本发明通过这样的结构,使加热器放热而实现预期受热的料液在输料泵的驱动下，由加热器上端的受热料液出口进入蒸发器壳体内部的高位料液蒸发通道内，在蒸发器壳体内的低位料液液面与馏出物排放管线之间形成高位料液蒸发面。
作为优选方案，本发明可以通过以下技术方案来实现：
所述高位料液蒸发通道是以蒸发器壳体侧壁为外壁环形布置在蒸发器壳体内的下端封闭、上端敞口的环形夹套，其料液进口由蒸发器壳体侧壁引入。
所述高位料液蒸发通道为变径管状体，该变径管状体的大口端开口向上位于蒸发器壳体内部中央，其小口端弯折后由蒸发器壳体侧壁引出与料液加热机构的受热料液出口连通。
所述高位料液蒸发通道是一个由蒸发器壳体侧壁引入并水平布置、大口端呈敞口状的变径管状体，该变径管状体的大口径管体内设置有馏出物排放管线的馏出物进口，该变径管状体的小口端与料液加热机构的受热料液出口连通。
所述高位料液蒸发通道的料液出口边缘装有水平布置的延伸板。
所述蒸发器壳体是一个上粗下细的立式结构的罐体容器。
所述馏出物排放管线装配在蒸发器壳体的上部，其对应高位料液蒸发通道的高位料液蒸发面至少设置有两个馏出物进口。
所述加热器是一个置于蒸发器壳体之外的双通道列管式换热器。
所述加热器的受热料液出口与高位料液蒸发通道的料液进口之间装有恒压器。
所述加热器的料液进口与输料泵之间装有单向阀。
与现有技术相比，本发明的突出效果是：预期受热的料液在高位料液蒸发通道形成的高位料液蒸发面上，以高温、超短流程距离及突破静压的减压工况下实现高效蒸发，不但可高效抑制被蒸馏料液的热解程度，抑制高位料液蒸发面周围形成结焦物，抑制料液在形成高位料液蒸发面的过程中因飞溅而造成短路蒸发，还能降低大量的制热能耗，并可大幅提高装置的工作效率。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例2的结构示意图。
图3是本发明实施例3的结构示意图。
图4是公知的减压蒸馏装置结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步阐述本发明，目的仅在于更好地理解本发明内容。
实施例1：
参见图1，图1中：1-蒸发器壳体，2-高位料液蒸发面，3-延伸板，4-入料管线，5-环形夹套内壁，6-高位料液蒸发通道，7-馏出物排放管线，8-蒸发器支架，9-低位料液液面，10-排料口，11-人孔，12-料液输送管线，13-输料泵，14-单向阀，15-管板，16-料液进口，17-加热器，18-放热体芯管，19-受热料液出口，20-恒压器，21-冷凝器，22-真空泵，23-馏出物收集管线，24-废气排放管线，25-入料阀门，26-馏出物，27-馏出物收集罐。
蒸发器壳体1是一个由筒体、封头组成的上粗下细的罐体容器，通过筒体安装于蒸发器支架8之上，由此形成立式结构的罐体容器。在所述罐体容器内部，通过环形夹套内壁5安装一个以所述罐体容器侧壁为外壁且下端封闭、上端敞口的环形夹套，由此构成本实施例所述的高位料液蒸发通道6，环形夹套上端的敞口即为高位料液蒸发通道6的料液出口，高位料液蒸发通道6的料液出口与蒸发器壳体1内部连通。高位料液蒸发通道6的料液进口由所述罐体容器侧壁引入，并与设置在所述罐体容器外部的加热器17上端的受热料液出口19相通，高位料液蒸发通道6内的高位料液蒸发面2位于设置在所述罐体容器上部的馏出物排放管线7的馏出物进口之下，以此条件满足高位料液蒸发通道6在本发明中的基本功能。
由此构成：所述蒸发器壳体1内设置有高位料液蒸发通道6,该高位料液蒸发通道6的料液进口与料液加热机构上端的受热料液出口19连通，该高位料液蒸发通道6的料液出口与蒸发器壳体1内部连通，该高位料液蒸发通道6内的高位料液蒸发面2位于所述馏出物排放管线7的馏出物进口之下。
在高位料液蒸发通道的料液出口向外延伸的空间内，连接有延伸板3。
上述蒸发器壳体1采用上端粗、下端细的立式结构罐体容器，可使高位料液蒸发面2得到更大的工作空间。
上述馏出物排放管线7至少设置两个馏出物进口，以使高位料液蒸发面2上的料液高效蒸发后顺利通过馏出物排放管线7进入馏出物冷却收集减压机构。
上述蒸发器壳体1侧端中部连通有入料管线4，入料管线4的放料口介于低位料液液面9与高位料液蒸发面2之间，入料管线4上装有入料阀门25；蒸发器壳体1侧端中下部设置有人孔11，通过人孔11可以将蒸发器壳体1内剩余的残液清理出来；蒸发器壳体1下端侧部连通有排料口10。
本实施例中的料液加热机构主要由料液输送管线12、输料泵13和加热器17组成，料液输送管线12的进口与排料口10连通，料液输送管线12的出口与加热器17的料液进口16连通，在料液输送管线12的进口与出口之间连通有输料泵13，在输料泵13与料液进口16之间的料液输送管线12之中加装有单向阀14，单向阀14可以保证在输料泵13因故停止运行的情况下，仍可使加热器17内仍然蓄有料液，在料液液面之下静压的作用下，通过抑制料液蒸发而实现抑制加热器17内结焦物的产生。
加热器17是一个置于蒸发器壳体1之外的双通道列管式换热器，其中一条通道是热载体放热通道，其中另一条通道是料液受热通道，热载体放热通道的两端与热载体输送管线连通，料液受热通道的下端与料液进口16连通，料液受热通道的上端与受热料液出口19连通。这种置于蒸发器壳体1之外的双通道列管式换热器可避免蒸发器壳体1内因放热而形成结焦物。
上述加热器17的受热料液出口19与高位料液蒸发通道6料液进口之间加装有恒压器20，恒压器20是一个可以调节流通阻力的恒压通道机构，它可以使本系统内形成两种气压区域，由输料泵13至恒压器20之间的区域在输料泵13做功的作用下形成高压区，其它区域在真空泵22的作用下形成低压真空区，通过高压区域和低压真空区域实现对料液的蒸发进行抑制和诱导。
本实施例中的馏出物冷却收集减压机构主要由冷凝器21、馏出物收集管线23、馏出物收集罐27、废气排放管线24和真空泵22组成，馏出物收集罐27是一个安放在支架之上的立式结构罐体容器，其上端设置有插入适当深度的进口和出口，该进口通过馏出物收集管线23、冷凝器21与馏出物排放管线7的出口连通，馏出物收集罐27的出口通过废气排放管线24与真空泵22的进口连通。
本实施例1给出的高位供料短程减压蒸馏器，其工作原理简述如下：
将料液仓储罐内的料液通过入料阀门25和入料管线4输往蒸发器壳体1的内部，料液的输入量约占蒸发器壳体1的二分之一以下。
开启真空泵22，使高位供料短程减压蒸馏器系统进入真空减压状态。
开启料液加热机构中的输料泵13和加热器17，使料液进入流动受热状态，受热后温度最高的料液在上下对流的现象下，优先通过加热器17上端的受热料液出口19进入蒸发器壳体1内的高位料液蒸发通道6内，在馏出物排放管线7进口之下的高位料液蒸发通道6出口的下边沿形成突破静压的高位料液蒸发面2，当料液在获得能够使其内组份在本工况下蒸发的热量时，在超短的流程距离及突破静压下的减压势差下实现高效蒸发，此时在高位料液蒸发面2中，不断有被汽化的高温气相馏出物脱离高位料液蒸发面2不断上升并经由馏出物排放管线7进入冷凝器21内，不能被汽化蒸发的料液将由内向外、由上向下流淌排放至蒸发器壳体1的下部而形成低位料液液面9。
进入冷凝器21的高温气相馏出物在冷却的作用下，被液化成馏出物26经由馏出物收集管线23进入馏出物收集罐27内，不能被冷却液化的废气经由废气排放管线24及真空泵22被排往外界。
在持续不断的蒸发的过程中，为了维持蒸发器壳体1内料液的最佳循环量，可以根据馏出物单位时间内产量，将料液仓储罐内的料液通过入料阀门25和入料管线4酌情输往蒸发器壳体1的内部，以此实现连续注料下的多程受热蒸发模式，在连续注料的工况下，残液与新注入的料液混合后必然进行相互换热，由此不但为新的料液进行预热，还为高温下的残液进行降温，为抑制残液热解又创造了有利条件。
通过加大高位料液蒸发通道6出口的通径面积，可高效抑制料液在形成高位料液蒸发面2的过程中因飞溅而发生短路蒸发现象。
通过设置于高位料液蒸发通道6之下的加热器17为料液进行加温，可使高位料液蒸发面2周围的机构部件避免因放热而形成结焦物。
综上所述：经加热器17放热而实现预期受热的料液在输料泵13的驱动下，由加热器17上端的受热料液出口19进入蒸发器壳体1内部的高位料液蒸发通道6内，在蒸发器壳体1内的低位料液液面9与馏出物排放管线7的进口之间形成高位料液蒸发面2，在高温、超短流程距离及突破静压的减压工况下实现高效蒸发，由此不但可高效抑制被蒸馏料液的热解程度，抑制高位料液蒸发面2周围形成结焦物、抑制料液在形成高位料液蒸发面2的过程中因飞溅而造成短路蒸发，还能降低大量的制热能耗并可大幅提高装置的工作效率。
实施例2：
参见图2，图2中：1-蒸发器壳体，2-高位料液蒸发面，3-延伸板，4-入料管线，5-变径管状体，6-高位料液蒸发通道，7-馏出物排放管线，8-蒸发器支架，9-低位料液液面，10-排料口，11-人孔，12-料液输送管线，13-输料泵，14-单向阀，15-管板，16-料液进口，17-加热器，18-放热体芯管，19-受热料液出口，20-恒压器，21-冷凝器，22-真空泵，23-馏出物收集管线，24-废气排放管线，25-入料阀门，26-馏出物，27-馏出物收集罐。
本实施例与实施例1所述高位供料短程减压蒸馏器的结构及功能大致相同，其区别仅在于：高位料液蒸发通道6由变径管状体5形成，该变径管状体5的大口端开口向上位于蒸发器壳体1内部中央，其小口端弯折后由蒸发器壳体1侧壁引出与料液加热机构上端的受热料液出口19连通。所述在变径管状体5的大口径管腔内形成高位料液蒸发面2。其变径管状体5的界定依据在于其出口孔径大于输料泵13的出口孔径。
实施例3：
参见图3，图3中：1-蒸发器壳体，2-高位料液蒸发面，4-入料管线，5-变径管状体，6-高位料液蒸发通道，7-馏出物排放管线，8-蒸发器支架，9-低位料液液面，10-排料口，11-人孔，12-料液输送管线，13-输料泵，14-单向阀，15-管板，16-料液进口，17-加热器，18-放热体芯管，19-受热料液出口，20-恒压器，21-冷凝器，22-真空泵，23-馏出物收集管线，24-废气排放管线，25-入料阀门，26-馏出物，27-馏出物收集罐。
本实施例与实施例1所述高位供料短程减压蒸馏器的结构及功能大致相同，其区别仅在于：所述高位料液蒸发通道6是一个由蒸发器壳体1侧壁引入并水平布置、大口端呈敞口状的变径管状体5形成，该变径管状体5的大口径管体内设置有馏出物排放管线7及馏出物进口，该变径管状体5的小口端与料液加热机构上端的受热料液出口19连通。所述变径管状体5的断面不局限于圆形，也可以是方形或三角形等。由于所述变径管状体5的大口端呈敞口状，所以大口径管体部分的底面也起到了前述延伸板3的作用。变径管状体5的界定依据在于其出口孔径大于输料泵13的出口孔径。
需要特别说明的是：
①在本发明中，高位料液蒸发通道6的功能是将受热后流动的料液在蒸发器壳体1内下部与馏出物排放管线7的馏出物进口之间可以形成高位料液蒸发面2，由此只要在满足其功能的前提下，不限于高位料液蒸发通道6的结构形式，高位料液蒸发通道6既可以垂直设置，还可以水平设置，也可以倾斜设置。
②无论是实施例1、实施例2还是实施例3，均可以将料液输送管线12的进口通过供料调节阀门与料液仓储罐连通，将排料口10与残液仓储罐的进口连通，在上述工作原理的前提下，实现单程受热单程蒸发的单程受热蒸发模式。
③无论是实施例1、实施例2还是实施例3，均可以将本发明所述高位供料短程减压蒸馏器进行多级串联使用，以此实现多级精确的分馏效果。
通过料液输送管线12进口经由供料调节阀门与料液仓储罐的出口连通的高位供料短程减压蒸馏器在此确定为前级高位供料短程减压蒸馏器，通过排料口10与残液仓储罐连通的高位供料短程减压蒸馏器在此确定为后级高位供料短程减压蒸馏器，后级高位供料短程减压蒸馏器的料液输送管线12进口与前级高位供料短程减压蒸馏器的排料口10连通。
热载体通过输送管线优先向后级高位供料短程减压蒸馏器的加热器17进行放热，经初级放热后的热载体再向前级高位供料短程减压蒸馏器的加热器17进行放热，经终级放热后的热载体排往制热设备内继续受热，往复循环。
为了使上述多级串联的高位供料短程减压蒸馏器系统内气压保持平衡，可以将多级高位供料短程减压蒸馏器的废气排放管线24的出口与同一台真空泵22的进口连通。
根据上述配置确定，料液是从前向后运行的，而热载体是从后向前运行的，在此料液与热载体的两者之间形成的是逆流换热关系，通过逆流换热关系而得到由前级装置至后级装置的各馏分，由此可实现一条循序渐进精确分馏的减压蒸馏流水线。
在上述配置的前级高位供料短程减压蒸馏器与后级高位供料短程减压蒸馏器之间，根据客观实际的工作需要，按照上述的连接关系，还可以插入中间级高位供料短程减压蒸馏器。
④在本发明中，高位料液蒸发面2与低位料液液面9是相对共存的，高位料液蒸发面2是通过输料泵13将受热后料液送至馏出物排放管线7之下进行蒸发的料液液面，经蒸发后流至其下方的料液液面为低位料液液面9。
⑤上述各实施例的描述均不是对本发明技术方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。
Claims (10)
1.一种高位供料短程减压蒸馏器，包括蒸发器壳体、入料管线、馏出物排放管线，及由冷凝器、馏出物收集管线、馏出物收集罐、废气排放管线和真空泵组成的馏出物冷却收集减压机构，由料液输送管线、输料泵、加热器组成的料液加热机构，其特征在于，蒸发器壳体内设置有高位料液蒸发通道,该高位料液蒸发通道的料液进口与料液加热机构上端的受热料液出口连接，该高位料液蒸发通道的料液出口与蒸发器壳体内部连通，该高位料液蒸发通道内的高位料液蒸发面位于所述馏出物排放管线的馏出物进口之下。
2.根据权利要求1所述的高位供料短程减压蒸馏器，其特征在于，所述高位料液蒸发通道是以蒸发器壳体侧壁为外壁环形布置在蒸发器壳体内的下端封闭、上端敞口的环形夹套，其料液进口由蒸发器壳体侧壁引入。
3.根据权利要求1所述的高位供料短程减压蒸馏器，其特征在于，所述高位料液蒸发通道为变径管状体，该变径管状体的大口端开口向上位于蒸发器壳体内部中央，其小口端弯折后由蒸发器壳体侧壁引出与料液加热机构的受热料液出口连通。
4.根据权利要求1所述的高位供料短程减压蒸馏器，其特征在于，所述高位料液蒸发通道是一个由蒸发器壳体侧壁引入并水平布置、大口端呈敞口状的变径管状体，该变径管状体的大口径管体内设置有馏出物排放管线的馏出物进口，该变径管状体的小口端与料液加热机构的受热料液出口连通。
5.根据权利要求2或3所述的高位供料短程减压蒸馏器，其特征在于，所述高位料液蒸发通道的料液出口边缘装有水平布置的延伸板。
6.根据权利要求1所述的高位供料短程减压蒸馏器，其特征在于，所述蒸发器壳体是一个上粗下细的立式结构的罐体容器。
7.根据权利要求1所述的高位供料短程减压蒸馏器，其特征在于，所述馏出物排放管线装配在蒸发器壳体的上部，其对应高位料液蒸发通道的高位料液蒸发面至少设置有两个馏出物进口。
8.根据权利要求1所述的高位供料短程减压蒸馏器，其特征在于，所述加热器是一个置于蒸发器壳体之外的双通道列管式换热器。
9.根据权利要求1所述的高位供料短程减压蒸馏器，其特征在于，所述加热器的受热料液出口与高位料液蒸发通道的料液进口之间装有恒压器。
10.根据权利要求1所述的高位供料短程减压蒸馏器，其特征在于，所述加热器的料液进口与输料泵之间装有单向阀。
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