CN105233514B - 一种基于分离式热管的薄膜蒸发器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分离式热管的薄膜蒸发器，包括蒸发筒体(1)、电机(3)、刮板(2)、锥形封头(4)和加热夹套(6)，其特征在于：还包括蒸发器(8)，所述加热夹套(6)的空腔和蒸发器(8)的内腔通过管道连接后形成一个封闭的空间。本发明相比现有技术具有以下优点：通过将加热夹套(6)和蒸发器(8)内腔连接并密封成一个封闭空间后，利用分离式热管的原理，通过控制密闭空间中的压力，经过蒸发器(8)输送到加热夹套(6)中的气态的导热介质处于饱和状态，通过潜热来实现供热，使得供热能力得到了大幅度的提升，从而让刮膜蒸发器能够突破原先的瓶颈其处理能力得到了大大的提升。
Description
技术领域
本发明涉及真空蒸馏技术领域，尤其涉及的是一种基于分离式热管的薄膜蒸发器及其使用方法。
背景技术
薄膜蒸发器的全名是机械搅拌式薄膜蒸发器，又称为旋转式薄膜蒸发器。是一种新型高效的节能降膜蒸发器。它以设备传热系数高(蒸发强度大)、物料停留时间短、适用的粘度范围宽、操作的弹性大等优越的性能，在氯碱、化工、轻工、食品、制药和环保等行业得到广泛的应用。
其工作原理如下：物料进入蒸发器后通过转子上挂板的搅动强制成膜，热源热量经筒壁与料液进行热交换，液膜沸腾，二次蒸汽汽化后经过捕膜器除去夹带的液滴后排出，浓缩液由底部出料口放出。因此薄膜蒸发器具有以下特点：
1、具有很高的传热系数，蒸发强度大，对水和有机溶剂(粘度小于100cp)等达到50～300kg/m2.h。
2、低温蒸发：由于薄膜蒸发器在真空下操作，真空度要求根据蒸发物料性质确定，大大降低了处理物料的沸点，因此特别适合热敏性物料的低温浓缩。同时可以选用普通材料来处理对强腐蚀介质的浓缩。
3、停留时间短：物料在设备内停留时间很短，在几秒～几十秒之间。停留时间随着挂板端面沟槽倾角不同而改变。物料在挂板的推送作用下，在设备内呈螺旋下降离开加热筒体，物料受到挤出，缩短停留时间，可以减少产品在蒸发过程中的分解或聚合，提高溶剂的回收率。
4、节约能源：由于采用真空操作，降低了物料沸点，在保证相同温差的前提下，可以利用低品位蒸汽，节约了能源。特别适用多效蒸发的末效蒸发。
5、操作方便，易于维修保养：由于转子系统对蒸发物料有良好的搅拌作用，设备表面具有最小的表面结垢，能够处理高粘度、含颗粒、热敏性及易结晶的介质。
但是由于其采用的方案是少量物料快速换热汽化的方案，物料汽化时需要大量的热能，受制于供热速度的限制，薄膜蒸发器的生产能力受到限制，无法进一步提升。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于分离式热管的薄膜蒸发器及其使用方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于分离式热管的薄膜蒸发器，包括蒸发筒体(1)和设置于蒸发筒体(1)顶部的电机(3)，在蒸发筒体(1)内设置有刮板(2)，刮板(2)通过旋转支架(32)和转轴(31)与电机(3)连接，蒸发筒体(1)顶部还设置有物料进口(51)和二次蒸汽出口(52)，蒸发筒体(1)的底部设置有锥形封头(4)，锥形封头(4)的底部设置有浓缩物料出口(41)，在蒸发筒体(1)的侧壁外侧还设置有加热夹套(6)，其特征在于：还包括蒸发器(8)，蒸发器(8)的出口(82)与加热夹套(6)的入口(61)连接，蒸发器(8)的入口(81)与加热夹套(6)的出口(62)连接，加热夹套(6)的入口(61)设置在加热夹套(6)的顶部，加热夹套(6)的出口(62)设置在加热夹套(6)的底部，加热夹套(6)的空腔和蒸发器(8)的内腔通过管道连接后形成一个封闭的空间。
作为对上述方案的进一步改进，在蒸发筒体(1)的筒壁外侧设置有道槽。
作为对上述方案的进一步改进，道槽垂直设置。
作为对上述方案的进一步改进，加热夹套(6)的入口(61)和出口(62)的轴线与蒸发筒体(1)的外侧壁水平相切。
作为对上述方案的进一步改进，在加热夹套(6)的内腔中还设置有螺旋状的导流板(7)，其螺旋方向沿加热夹套(6)入口(61)的进料方向螺旋向下，导流板(7)由加热夹套(6)的内壁伸向蒸发筒体(1)，导流板(7)与蒸发筒体(1)不接触。
作为对上述方案的进一步改进，道槽也呈螺旋状设置，其螺旋方向与导流板(7)的螺旋方向一致。
作为对上述方案的进一步改进，导流板(7)前端倾斜向下设置。
本发明还提供一种上述薄膜蒸发器的使用方法，其特征在于：开车前将加热夹套(6)和蒸发器(8)内抽真空，排出其中的空气；开车后通过调整压力使得蒸发器(8)向加热夹套(6)中输送饱和状态的气态导热介质。
作为对上述方案的进一步改进，导热介质是水、萘或钠。
本发明相比现有技术具有以下优点：通过将加热夹套(6)和蒸发器(8)内腔连接并密封成一个封闭空间后，利用分离式热管的原理，通过控制密闭空间中的压力，经过蒸发器(8)输送到加热夹套(6)中的气态的导热介质处于饱和状态，通过潜热来实现供热，使得供热能力得到了大幅度的提升，从而让刮膜蒸发器能够突破原先的瓶颈其处理能力得到了大大的提升。
附图说明
图1是本发明结构示意图一。
图2是本发明结构示意图二。
图3是本发明的俯视图一。
图4是本发明的俯视图二。
图5是道槽的结构放大图一。
图6是道槽的结构放大图二。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1、图3和图5所示，一种基于分离式热管的薄膜蒸发器，包括蒸发筒体(1)和设置于蒸发筒体(1)顶部的电机(3)，在蒸发筒体(1)内设置有刮板(2)，刮板(2)通过旋转支架(32)和转轴(31)与电机(3)连接，蒸发筒体(1)顶部还设置有物料进口(51)和二次蒸汽出口(52)，蒸发筒体(1)的底部设置有锥形封头(4)，锥形封头(4)的底部设置有浓缩物料出口(41)，在蒸发筒体(1)的侧壁外侧还设置有加热夹套(6)，其特征在于：还包括蒸发器(8)，蒸发器(8)的出口(82)与加热夹套(6)的入口(61)连接，蒸发器(8)的入口(81)与加热夹套(6)的出口(62)连接，加热夹套(6)的入口(61)设置在加热夹套(6)的顶部，加热夹套(6)的出口(62)设置在加热夹套(6)的底部，加热夹套(6)的空腔和蒸发器(8)的内腔通过管道连接后形成一个封闭的空间。现有的刮膜蒸发器受制于导热介质显热值太低，无法快速提供大量的热能，使得刮膜蒸发器的蒸发效率遇到瓶颈，无法突破。本发明通过将加热夹套(6)和蒸发器(8)内腔连接并密封成一个封闭空间后，利用分离式热管的原理，通过控制密闭空间中的压力，经过蒸发器(8)输送到加热夹套(6)中的气态的导热介质处于饱和状态，这样饱和状态的气态导热介质能够在蒸发筒体(1)的外壁上液化释放潜热，液化后的导热介质由于在重力作用下重新回到蒸发器(8)汽化。由于利用了分离式热管的原理，整个加热夹套(6)内腔中的温度一致，不会发生供热不均匀导致部分供热过度结焦或部分供热不足蒸发不充分的现象。此外物质的潜热值普遍比其显热值大，且一般相差不止一个数量级，通过潜热来实现供热，使得供热能力得到了大幅度的提升，从而让刮膜蒸发器能够突破原先的瓶颈其处理能力得到了大大的提升。
在蒸发筒体(1)的筒壁外侧设置有道槽。由于使用潜热供热，导热介质会在蒸发筒体(1)的外筒壁上液化，形成液膜，液膜形成后会对增大传热过程的热阻，通过设置道槽，使得液化后的导热介质快速形成液滴，并沿着道槽滑落到底部，降低液膜形成的热阻；同时道槽的设计也增大了蒸发筒体(1)外壁的传热面积，使得传染效果更佳。
道槽垂直设置。垂直设置的道槽能够帮助液滴快速下滑，有助于传热。
实施例2
如图2、图4和图6所示，一种基于分离式热管的薄膜蒸发器，包括蒸发筒体(1)和设置于蒸发筒体(1)顶部的电机(3)，在蒸发筒体(1)内设置有刮板(2)，刮板(2)通过旋转支架(32)和转轴(31)与电机(3)连接，蒸发筒体(1)顶部还设置有物料进口(51)和二次蒸汽出口(52)，蒸发筒体(1)的底部设置有锥形封头(4)，锥形封头(4)的底部设置有浓缩物料出口(41)，在蒸发筒体(1)的侧壁外侧还设置有加热夹套(6)，其特征在于：还包括蒸发器(8)，蒸发器(8)的出口(82)与加热夹套(6)的入口(61)连接，蒸发器(8)的入口(81)与加热夹套(6)的出口(62)连接，加热夹套(6)的入口(61)设置在加热夹套(6)的顶部，加热夹套(6)的出口(62)设置在加热夹套(6)的底部，加热夹套(6)的空腔和蒸发器(8)的内腔通过管道连接后形成一个封闭的空间。现有的刮膜蒸发器受制于导热介质显热值太低，无法快速提供大量的热能，使得刮膜蒸发器的蒸发效率遇到瓶颈，无法突破。本发明通过将加热夹套(6)和蒸发器(8)内腔连接并密封成一个封闭空间后，利用分离式热管的原理，通过控制密闭空间中的压力，经过蒸发器(8)输送到加热夹套(6)中的气态的导热介质处于饱和状态，这样饱和状态的气态导热介质能够在蒸发筒体(1)的外壁上液化释放潜热，液化后的导热介质由于在重力作用下重新回到蒸发器(8)汽化。由于利用了分离式热管的原理，整个加热夹套(6)内腔中的温度一致，不会发生供热不均匀导致部分供热过度结焦或部分供热不足蒸发不充分的现象。此外物质的潜热值普遍比其显热值大，且一般相差不止一个数量级，通过潜热来实现供热，使得供热能力得到了大幅度的提升，从而让刮膜蒸发器能够突破原先的瓶颈其处理能力得到了大大的提升。
在蒸发筒体(1)的筒壁外侧设置有道槽。由于使用潜热供热，导热介质会在蒸发筒体(1)的外筒壁上液化，形成液膜，液膜形成后会对增大传热过程的热阻，通过设置道槽，使得液化后的导热介质快速形成液滴，并沿着道槽滑落到底部，降低液膜形成的热阻；同时道槽的设计也增大了蒸发筒体(1)外壁的传热面积，使得传染效果更佳。
加热夹套(6)的入口(61)和出口(62)的轴线与蒸发筒体(1)的外侧壁水平相切。通过这样的设计能够使导热介质沿切线方向进入加热夹套(6)中，在离心力的作用下，液化的导热介质会被甩向周围，而使得蒸发筒体(1)的外壁上的液膜厚度大大降低，使传热效率更高，最后导热介质再沿切线方向快速离开加热夹套(6)；这样的设计还尽量保留了导热介质的动能，使之在不需要外部输送机械的帮助下，实现快速的流动，这样能够避免输送机械的引入导致的空间密封问题。
在加热夹套(6)的内腔中还设置有螺旋状的导流板(7)，其螺旋方向沿加热夹套(6)入口(61)的进料方向螺旋向下，导流板(7)由加热夹套(6)的内壁伸向蒸发筒体(1)，导流板(7)与蒸发筒体(1)不接触。通过设置螺旋状的导流板(7)，引导导热介质在加热夹套(6)中螺旋运动，增加导热介质与蒸发筒体(1)的接触时间，同时保证导热介质快速螺旋运动，使液化后的导热介质能够被吹离蒸发筒体(1)外壁，保证传热效率。
道槽也呈螺旋状设置，其螺旋方向与导流板(7)的螺旋方向一致。螺旋状的道槽能够帮助液化后的导热介质在螺旋气流下快速离开蒸发筒体(1)外壁，保证传热效率。
导流板(7)前端倾斜向下设置。这样能够保证液化后被甩离的导热介质能够快速回到加热夹套(6)底部。
实施例3
一种薄膜蒸发器的使用方法，其特征在于：开车前将加热夹套(6)和蒸发器(8)内抽真空，排出其中的空气；开车后通过调整压力使得蒸发器(8)向加热夹套(6)中输送饱和状态的气态导热介质。
本实施例中的导热介质可以是水、萘或钠。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于分离式热管的薄膜蒸发器，包括蒸发筒体(1)和设置于蒸发筒体(1)顶部的电机(3)，在蒸发筒体(1)内设置有刮板(2)，所述刮板(2)通过旋转支架(32)和转轴(31)与电机(3)连接，所述蒸发筒体(1)顶部还设置有物料进口(51)和二次蒸汽出口(52)，所述蒸发筒体(1)的底部设置有锥形封头(4)，锥形封头(4)的底部设置有浓缩物料出口(41)，在蒸发筒体(1)的侧壁外侧还设置有加热夹套(6)，其特征在于：还包括蒸发器(8)，所述蒸发器(8)的出口(82)与加热夹套(6)的入口(61)连接，所述蒸发器(8)的入口(81)与加热夹套(6)的出口(62)连接，所述加热夹套(6)的入口(61)设置在加热夹套(6)的顶部，加热夹套(6)的出口(62)设置在加热夹套(6)的底部，所述加热夹套(6)的空腔和蒸发器(8)的内腔通过管道连接后形成一个封闭的空间；在加热夹套(6)的内腔中还设置有螺旋状的导流板(7)，其螺旋方向沿加热夹套(6)入口(61)的进料方向螺旋向下，所述导流板(7)由加热夹套(6)的内壁伸向蒸发筒体(1)，所述导流板(7)与蒸发筒体(1)不接触。
2.如权利要求1所述一种基于分离式热管的薄膜蒸发器，特征在于：在所述蒸发筒体(1)的筒壁外侧设置有道槽。
3.如权利要求2所述一种基于分离式热管的薄膜蒸发器，特征在于：所述道槽垂直设置。
4.如权利要求2所述一种基于分离式热管的薄膜蒸发器，特征在于：所述加热夹套(6)的入口(61)和出口(62)的轴线与蒸发筒体(1)的外侧壁水平相切。
5.如权利要求1所述一种基于分离式热管的薄膜蒸发器，特征在于：所述道槽也呈螺旋状设置，其螺旋方向与所述导流板(7)的螺旋方向一致。
6.如权利要求1所述一种基于分离式热管的薄膜蒸发器，特征在于：所述导流板(7)前端倾斜向下设置。
7.一种如权利要求1至6中任一种薄膜蒸发器的使用方法，其特征在于：开车前将加热夹套(6)和蒸发器(8)内抽真空，排出其中的空气；开车后通过调整压力使得蒸发器(8)向加热夹套(6)中输送饱和状态的气态导热介质。
8.如权利要求7所述薄膜蒸发器的使用方法，其特征在于：所述导热介质是水、萘或钠。
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