CN103691141B - 一种节能型蒸馏装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种节能型蒸馏装置，包括加热区、热循环交换区、蒸馏液区及存液区，其中：所述加热区包括液体加热区和位于所述液体加热区上方的热蒸汽区，所述液体加热区底部设有加热器；此外，该蒸馏装置还包括加热加压辅助装置，通过对加热区内产生的水蒸汽进行加热加压辅助蒸馏循环处理。本发明通过采用加热加压辅助装置以及采用冷凝管来进行水蒸汽与液态水的热交换，使得该蒸馏装置可以将系统内部热量循环吸收利用，且能够相对准确的控制加热区的加热温度，大幅降低了蒸馏设备的能耗。

Description

一种节能型蒸馏装置

技术领域

本发明涉及一种蒸馏装置，尤其是一种能够将系统内部能量循环利用的节能型蒸馏装置。

背景技术

在自然状态下，一般液体都是以多种物质混合的状态存在。但是，人们为了满足特定的生产、生活、科学研究、医疗等活动需求，通常会采用蒸馏技术，利用不同物质的沸点差异，对混合液体中的特定物质进行分离处理，以得到某种物质的高纯度组分，或者是分离出一些不需要甚至是有害的物质；例如蒸馏水制造、酿酒、液体提纯等。

物质的相变过程，是会吸收或释放大量能量的；而液体的蒸馏，则是不断进行着先吸收能量蒸发、再释放能量冷凝的相变过程。目前，现有的蒸馏设备在给液体加热过程中普遍存在能量消耗大、冷凝过程用水多等问题；另外，混合液体中的各种物质成分沸点有时较接近，且在生产过程中为了提高效率，即提高换热效率，通常会使得加热装置的表面温度远远超出待分离物质的沸点，这样做的直接结果是，会同时把多种不同物质蒸发，严重影响到分离物质的纯度。例如，在酿酒过程中，原料里边主要成分是酒精和水，我们需要的是酒精，然而在标准大气压下，水的沸点(100℃)比乙醇沸点(78.4℃)只高出21.6℃，而通常使用的加热装置表面的工作温度都会比水的沸点(100℃)还高出不少，如燃烧式加热，加热装置表面的温度通常都在几百度，因此加热过程中除了酒精被蒸发，大量水蒸汽也同样被蒸发，因此传统的采用一次蒸馏出的酒精浓度不会很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种节能型蒸馏装置，该装置至少可以部分回收在液体“蒸发—冷凝”的过程的能量，且能够相对准确的控制加热区的加热温度，以解决现有蒸馏设备能耗大、加热区的加热温度总是偏高的技术缺陷。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种节能型蒸馏装置，包括加热区、热循环交换区、蒸馏液区及存液区，其中：

所述加热区包括液体加热区和位于所述液体加热区上方的热蒸汽区，所述液体加热区底部设有加热器。

所述热循环交换区从上至下依次包括循环热蒸汽区、液体热交换区，所述循环热蒸汽区 与所述加热区的热蒸汽区连通；所述液体热交换区的上部与所述液体加热区的上部连通；所述液体热交换区内设有降温液体和浸入所述降温液体内的冷凝管，所述冷凝管的一端与所述加热区的蒸发冷凝发生器连通，另一端与所述蒸馏液区连通；为方便描述，本发明把冷凝管与所述蒸发冷凝发生器的连接端口称为头端，把冷凝管与所述蒸馏液区的连接端口称为尾端。

所述蒸馏液区，作为液体经历加热、沸腾、蒸发、冷凝过程后的液体回流区，与冷凝管的尾端连通。

所述存液区的底部与所述热循环交换区的液体热交换区的底部连通，所述存液区的上部与所述循环热蒸汽区的上部连通；即所述存液区的上部、循环热蒸汽区、热蒸汽区均保持连通。

作为一种优选的技术方案，还包括加热加压辅助装置，所述辅助装置包括由上循环管、下循环管构成的蒸汽循环管路，以及安装在蒸汽循环管路内的加热装置、加压装置、循环动力装置及蒸发冷凝发生器；为方便描述，本发明把上循环管与所述热蒸汽区的连接端口称为头端，把上循环管与所述下循环管的连接端口称为尾端；所述上循环管的头端与所述热蒸汽区连通，所述下循环管的两端分别与所述上循环管的中部和尾端连通；所述上循环管内设有加热装置、加压装置和循环动力装置设备的一种或多种，所述下循环管内设有蒸发冷凝发生器。

作为一种进一步优选的技术方案，所述上循环管内从头端至尾端依次设有加热装置、加压装置和循环动力装置，所述加热装置和加压装置设于所述上循环管的近头端，所述循环动力模块设于所述上循环管的近尾端，所述下循环管一端与与所述上循环管的中部连通处位于所述加压装置与所述循环动力装置之间。

作为一种优选的技术方案，在所述蒸发冷凝发生器的底部，所述液体加热区内还设有搅拌器。

作为一种优选的技术方案，所述蒸馏液区还设有一浮球，所述蒸馏液区浮球与整个蒸馏装置的控制开关联动，由预先设定的浮球位置状态，来控制蒸馏装置的开关操作。

作为一种优选的技术方案，所述存液区内也设有浮球，与液源连通的所述进液管内设有阀门开关，所述存液区内浮球与进液管阀门开关联控，由预先设定的浮球位置状态，来控制进液管阀门的开关操作。

作为一种优选的技术方案，在下循环管与蒸馏液区顶部设置一压力平衡管。

作为一种优选的技术方案，冷凝管在所述液体热交换区内的部分和/或存液段呈“S”形的弯曲状。

作为一种优选的技术方案，所述热蒸汽区内还设置有安全阀。

作为一种优选的技术方案，所述蒸馏液区内还设有一取液阀，所述加热区内还设有一排污阀。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：本发明所述的一种节能型蒸馏装置，在加热加压辅助装置的作用下，热蒸汽经过加热加压处理，其温度将明显高于所述热循环交换区内的液体沸点温度，其冷凝点也明显高于所述热循环交换区内的液体沸点温度，再流经冷凝管内与液体热交换区内的液体进行热交换后，热蒸汽会充分冷凝为液态回流至蒸馏液区；同时，在高温高压的热蒸汽冷凝过程中，其释放的热量被液体加热区和液态热交换区内的液体充分吸收利用，使得蒸馏过程中相变需要的大量能量在系统内部得到循环，从而有效地提高了整个蒸馏装置系统内部的热量利用效率，达到了节能目的。需要指出，本发明使得蒸馏过程中蒸发与冷凝的发生过程互为相变动力，避免传统蒸馏过程中需要较大温差完成蒸发、冷凝过程，从而产生非计划蒸馏对像混入的状况。

附图说明

图1是本发明所述节能型蒸馏装置一实施例的结构示意图。

图中：10：加热区；11：沸水区；12：热蒸汽区；13：加热器；14：排污阀；20：热循环交换区；21：循环热蒸汽区；22：水体热交换区；23：冷凝管；231：存液弯；232：存液段；30：蒸馏水区；31：浮球及联控开关；32：安全阀；33：取液阀；40：储水区；41：进水管；42：外接水管；43：浮球阀及联控开关；50：加热加压辅助装置；51：上循环管；52：加热装置；53：加压装置；54：循环动力装置；55：下循环管；56：蒸发冷凝发生器；57：搅拌器。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式进行详细说明。在以下实施方式中，以蒸馏水的过程进行描述。但是应当理解，在一些特殊场合中，也可以是其他性质的液体，例如酒精、汽油等，本发明不限于蒸馏水的生产。

参见图1，图1是本发明所述节能型蒸馏装置一实施例的结构示意图。在图1示出的实施方式中，该节能型蒸馏装置包括加热区10、热循环交换区20、蒸馏水区30和储水区40。其中，加热区10用于向注入容器中的水进行加热保持沸腾状态，使水能够持续转变为水蒸气；水蒸汽通过冷凝管后，重新冷凝转变为液态水进入蒸馏水区30，形成蒸馏水，而储水区40则用于储备需要等待注入热循环交换区20及加热区10的水，以确保加热区10内的水位保持在要求的高度范围。

在图1示出的实施方式中，所述加热区10包括沸水区11和位于所述沸水区11上方的 热蒸汽区12，所述沸水区11的下底部还设有加热器13。所述加热器13可以是电加热器，也可以是使用天然气或者柴油等燃料的燃烧式加热器；考虑环保及节能要求，优选采用电加热器进行加热。因此，对于本技术领域内的专业人员，在选用及安装加热器13时，加热器可以位于所述沸水区11内，也可以是处于沸水区11外面的下底部位置。

通过加热器13将按预设要求对沸水区11内的水进行加热，将液态水转变为水蒸汽，进入热蒸汽区12内。

此外，所述加热区10还设有一排污阀14，用于日常维护、清理工作和方便取用沸水。

作为优选，在图1示出的实施方式中，所述蒸馏装置还包括加热加压辅助装置50，所述热蒸汽区12通过所述的蒸发冷凝发生器56与冷凝管23进行连通。

在图1示出的实施方式中，所述加热加压辅助装置50包括上循环管51和下循环管55，所述下循环管55的两端分别与所述上循环管51的中部和尾端连通，所述上循环管51的头端与所述热蒸汽区12连通；在所述上循环管51内，从头端至尾端之间还依次设有加热装置52、加压装置53、循环动力装置54；且所述加热装置52和加压装置53设于所述上循环管51的近头端，所述循环动力装置54设于所述上循环管51的近尾端，所述下循环管55一端与所述上循环管51的中部连通处位于所述加压装置53和循环动力装置54之间。所述下循环管55内还设有蒸发冷凝发生器56，所述蒸发冷凝发生器56的底部设有搅拌器57；所述下循环管55内还设置有压力平衡管与所述蒸馏水区30连通。

所述热循环交换区20从上至下依次可分为循环热蒸汽区21、水体热交换区22和冷凝管23，所述循环热蒸汽区21两侧分别与所述热蒸汽区12及储水区40连通；所述水体热交换区22两侧分别与所述沸水区11及储水区40连通；所述水体热交换区22内设有水体和至少部分浸入水体内的冷凝管23，所述冷凝管23的头端与所述蒸发冷凝发生器56连通，尾端与所述蒸馏水区30连通。因此，蒸发冷凝发生器56内的蒸馏水可在重力作用下直接进入冷凝管23内并与水体热交换区22中的水体进行热交换。

作为优选，为了扩大冷凝管23的热交换面积，可将冷凝管23设置为“S”形的弯曲状或内旋转盘管状。

在图1示出的实施方式中，该蒸馏装置包括蒸馏水区30，用于收集及暂时储存蒸馏水；所述蒸馏水区30内还设有浮球及联控开关31、安全阀32、取液阀33。

所述浮球及联控开关31与所述整个蒸馏装置的开关联接；当蒸馏水区30的水位下降至警戒低位或上升至警戒高位时，与浮球联控的联控开关31会自动开启或关闭蒸馏过程，直至蒸馏水区30的水位上升至警戒高位或下降至警戒低位，以保持蒸馏水区30内的水量稳定。

所述安全阀32具体可选用压力阀等装置，确保整个蒸馏装置的内部压力维持在正常范 围内；在特殊情况下做到安全阀32可以自动泄压，保证压力安全。

所述蒸馏水区30还设有一取水阀33。

在图1示出的实施方式中，该蒸馏装置还包括储水区40，所述储水区40的底部与所述热循环交换区20的水体热交换区22的底部连通。储水区40内储装有用于注入水体热交换区22及沸水区11的水体。

在一些优选的实施方式中，所述冷凝管23的进入所述储水区40区段的高度大于所述储水区40与所述水体热交换区22连通孔的高度，使得进入水体热交换区22的水体都充分经过预换热过程。

在图1示出的实施方式中，所述储水区40设有进水管41，所述进水管41与外接水管42连通，所述进水管41内设有阀门开关，且该阀门开关与储水区40内的浮球阀43联控，以控制储水区40的水位保持在设定范围内。

另外，为了进一步降低能耗，所述冷凝管23在储水区40内的区段内设置有存液段232，该存液段232可设计为“S”形的弯曲状，使得存液段232内的蒸馏水残留热量可进一步在储水区40内进行热交换。

在图1示出的实施方式中，所述存液段232内设有一存液弯231，使得热蒸汽区12不会直接与蒸馏水区30直接连通，使沸热蒸汽必须通过充分的热交换后才能进入蒸馏水区30。

蒸馏操作时，热蒸汽区12内的水蒸汽首先在加热加压辅助装置50内进行内部循环处理，经加热加压处理后的水蒸汽将形成高温高压状态，其冷凝点会随之升高；同时，在蒸发冷凝发生器56的作用下，高温高压状态的水蒸汽会形成大量冷凝水并进入冷凝管23内，剩余水蒸汽被循环动力装置54吸入并与加压装置53压进的高压水蒸汽混合后，重新进行下一次冷凝处理，在水体热交换区22经过充分换热后进一步形成较低温蒸馏水并成股流入蒸馏水区30。与此同时，热蒸汽区12的蒸汽压力降低，导致沸水区11内的水沸点降低，沸水区11的整体水温会下降，使得蒸发冷凝发生器56内外温差进一步扩大，更有利于蒸发冷凝发生器56内外换热过程的进行。沸水区11内的沸水在搅拌器57的搅动作用下与蒸发冷凝发生器56内部高温高压的水蒸汽进行充分热交换，沸水区11内的沸水吸收从蒸发冷凝发生器56内水蒸汽冷凝过程中释放的大量热量后加剧沸腾蒸发过程，使得沸水区11的蒸发速度大幅加快，水蒸汽进入热蒸汽区12后再进入加热加压辅助装置50。这样，可视为一个完整的加热加压辅助蒸馏循环过程。

从上述的实施方式可以看出，本发明的实施方式所述的蒸馏装置通过冷凝管23的冷凝水与水体热交换区22内的水体进行热交换，产生的水蒸汽重新进入热蒸汽区12内，并同时把热量传递给水体热交换区22内的水体，有效提高了能源利用效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种节能型蒸馏装置，包括加热区、热循环交换区、蒸馏液区及存液区，其特征在于：所述加热区包括液体加热区和位于所述液体加热区上方的热蒸汽区，液体加热区底部设有加热器；所述热循环交换区从上至下依次包括循环热蒸汽区、液体热交换区，所述液体热交换区内设有降温液体和浸入所述降温液体内的冷凝管；所述冷凝管的一端与所述加热区的蒸发冷凝发生器连通；所述循环热蒸汽区与所述热蒸汽区连通；所述液体热交换区的上部与所述液体加热区的上部连通；所述存液区的底部与所述热循环交换区的液体热交换区的底部连通，所述存液区的上部与所述循环热蒸汽区的上部连通；所述蒸馏液区，为液体经历加热、沸腾、蒸发、冷凝过程后的液体回流区，与所述冷凝管的另一端连通。

2.根据权利要求1所述的一种节能型蒸馏装置，其特征在于：所述蒸馏装置还包括加热加压辅助装置，所述辅助装置包括由上循环管、下循环管构成的蒸汽循环管路，以及安装在蒸汽循环管路内的加热装置、加压装置、循环动力装置及蒸发冷凝发生器；所述上循环管的头端与所述热蒸汽区连通，所述上循环管的中部和尾端分别与下循环管的两端连通。

3.根据权利要求2所述的一种节能型蒸馏装置，其特征在于：在所述蒸发冷凝发生器的底部，所述液体加热区内还设有搅拌器。

4.根据权利要求1所述的一种节能型蒸馏装置，其特征在于：所述蒸馏液区还设有一浮球，所述浮球与联控开关联动，由预先设定的浮球位置状态，来控制蒸馏装置的开关操作。

5.根据权利要求1所述的一种节能型蒸馏装置，其特征在于：所述存液区内也设有浮球，与液源连通的进液管内设有阀门开关，所述浮球与所述阀门开关联控，由预先设定的浮球位置状态，来控制进液管阀门的开关操作。