CN105251224B - 一种连续夹带式薄料层微波蒸发方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连续夹带式薄料层微波蒸发方法及装置，采用一对回转的上夹辊和下夹辊，通过两条无端滤网带，将固液混合物对夹在滤网带之间，形成上滤网带、固液混合物料层和下滤网带的对夹料层结构，并以水平往返逐层上升的输运方式通过微波谐振腔，使所述对夹料层中的固液混合物料液，在均匀薄层状态下吸收微波能量而被加热蒸发，同时，还通过对离析料液的喷嘴循环加载，来提高蒸发量，以及通过进、出料的密封结构，来提高蒸发器中的真空度，使料液在较低温度下高效转化为气相。此外，由于采用多层输运状态的对夹料层，使换热比表面积增大，蒸发装置紧凑，面积利用率高，配合冷凝和气液分离装置，可实现蒸馏、提取作业。

Description

一种连续夹带式薄料层微波蒸发方法及装置

技术领域

本发明涉及固液混合物蒸发分离或浓缩技术领域，更具体地说，涉及一种连续夹带式薄料层微波蒸发方法及装置。

背景技术

液体的分子由于分子运动有从液相表面逃逸或挥发的倾向，这种倾向随着温度的升高而增大。利用液体混合物或固液混合物中各组分挥发度的差别，将液体混合物或固液混合物中易挥发的液相加热至气化，使液体变为蒸气，即所谓蒸发。

在蒸发过程中，易挥发组分在蒸气中得到增浓，难挥发组分(包括固相)在剩余液中也得到增浓，这在一定程度上实现了不同组分的分离。组分之间的挥发度相差越大，则这种增浓程度也越大。如果将液体混合物或固液混合物置于密闭的真空系统中，则液体分子继续不断地溢出，而在液相界面上形成蒸气，若通过真空机组的连续抽吸来维持一定的真空度，则可从该真空体系中连续地输出挥发性蒸气。蒸发适用于各种蒸馏、分离、提纯、浓缩、萃取、脱气、除味、反应等工艺，因此，广泛用于制药、生物、食品、香料、石化、日化、环保、农药、海水淡化等行业。

由于蒸发涉及传质、传热，也属于换热设备，而液膜传热是强化传热的有效方法之一。膜层越薄、成膜越均匀，传热效率就越高。为使膜层均匀，减小温度梯度，增大比表面积，缩短受热时间，开发的膜式蒸发器，其公知的类型包括：升膜式、降膜式、机械搅拌式薄膜蒸发器和离心式薄膜蒸发器，其中，升膜式和降膜式为常用的传统形式蒸发器。

机械搅拌式薄膜蒸发器，又称旋转薄膜蒸发器，是一种真空条件下采用机械搅拌进行降膜蒸发的效率较高的蒸发器。其中，以刮膜式蒸发器为代表的机械搅拌式薄膜蒸发器也已得到广泛应用，其原理为：料液通过上端旋转液体分布器被分成多股料流进入圆筒内壁；每股料流被相应的刮板搅动，分散在蒸发圆筒加热内壁上形成均匀液膜；液膜吸收夹套中加热介质(热蒸汽或导热油)传给蒸发表面的热量，在其表面迅速蒸发，膜层减薄，又被后继刮板扫刮，形成新膜，再蒸发，如此反复进行。其特性是真空压降小、操作温度低、受热时间短、蒸发强度高、操作弹性大，特别适用于热敏性、粘性、有生垢发泡趋势料液的蒸发浓缩分离。

离心式薄膜蒸发器，又称离心蒸发器。其构造与碟片式离心机相仿，但碟片具有夹层，内通加热蒸汽。由于旋转碟片的离心力作用，料液分布于碟片的内表面，形成薄膜。碟片夹层内的蒸汽液膜进行加热蒸发，浓缩液则汇集于周边液槽内，由吸料管籍真空作用将其吸出。二次蒸汽经碟片顶部空间汇集上升，进入冷凝器冷凝，并由真空泵抽出。加热蒸汽由底部空心转轴通入，经通道进入碟片夹层。其特性是传热效率高，蒸发强度大，料液受热时间短，形成的膜层薄，特别适合于热敏性物料的蒸发浓缩，但不宜用于黏度大、易结晶、易结垢的料液。

通常膜式蒸发器与其辅助设备一起构成蒸发操作系统。辅助设备一般有预热器、脱气装置、真空机组、输送泵、精馏液罐和浓缩物料罐以及相应的加热系统和冷却/冷凝系统等，广泛应用于蒸发浓缩、脱气脱溶、蒸馏提纯、蒸馏萃取等工艺。但既有技术的膜式蒸发器多为立式，料液在蒸发器圆筒内的流速较快，易导致挥发性组分蒸发不够充分，一定程度上影响了蒸发效果。

在这类基于料液膜层蒸发为原理的分离、浓缩等蒸馏提取或萃取装置中，大多采用的是间壁加热的传热方式，即夹套或夹层中的热蒸汽或导热油等热介质，先使壁面材料受热，再通过传导加热将热量传递给料液，期间热流穿越了多个界面，影响了换热效率的提高。另一种传热方式是将热蒸汽直接导入蒸发器内，通过对流加热使料液表面加热蒸发，带来的问题是水蒸汽混入到气相挥发物中，额外增加了后续的气液分离负荷，甚至可能影响到分离物的品质。因此，加热介质和与料液的换热方式，也是影响蒸发器效率的重要因素。

微波被定义为波长在lm～1mm，频率在300～3000GHz范围内的一种电磁波，因此，具有直线传播及受不同介质的吸收、反射和透射作用等特性。当介质吸收微波能量时，微波即对介质产生加热作用。

微波主要通过两种机制对介质进行加热：即极化机制和离子传导机制。其中，偶极极化和界面极化是共价化合物的主要极化加热机制，而介质内因存在自由移动离子在电磁场中所产生的离子迁移电流，进而产生热，则是离子化合物的离子传导主要加热机制。

介质由极性分子和非极性分子组成，其中，极性分子在微波电磁场作用下的取向运动，以每秒数十亿次的频率不断变化，造成分子的剧烈碰撞摩擦而产生热量，可见，微波加热是介质材料损耗电场能量而发热。由于不同的介质材料具有不同的介电损耗，因此，在微波电磁场作用下其热效应也不一样。极性分子介质能较好地吸收微波能，如水是强极性分子，是吸收微波的最好介质。非极性分子介质基本上不吸收或很少吸收微波，如聚四氟乙烯、聚丙烯等树脂和玻璃、陶瓷等，能透过微波而不吸收微波。金属导体则反射微波而极少吸收微波能。

微波加热的特点显著，如料液与电磁场整体发生作用，产生体相热效应，加热速度快、均匀且热效率高；料液中介电常数及介质损耗小的组分，吸收微波能量极少，其中，极性大的热效应强烈，而非极性组分热作用很小，选择性加热显著；微波输出功率易调整，加热过程可控制性好，热惯性小，有助于提高蒸发组分的质量等。因此，作为一种非接触式的加热方式，微波加热已在蒸馏提取、萃取、浓缩、干燥等领域得到相当广泛的应用。

以下引述的专利涉及微波加热用于提取、萃取的装置结构和方法，但这不能必然地解释为，既有的这些技术对液体混合物蒸发分离或浓缩是适宜的。

阿奇麦克斯的中国专利CN 94192507.2，公开了一种无溶剂微波萃取天然产品的方法和设备，包括将生物物质放在未装有溶剂的容器中接受微波辐照，然后从萃取的天然产品中分离除去残留的生物物质。此外，也涉及在微波辐照时给容器减压，以及在至少微波辐照的大部分时间中加热以补偿因从生物物质中水蒸发而引起的温度下降。

邓修等人的中国专利CN 02111457.9，公开了一种萃取装置，包括圆筒形萃取器、隔离器、过渡管，圆筒形容器与隔离器之间形成工作环隙，工作环隙的高度为所采用的微波场共振模式的半波长的整倍数。

黄凯中等人的中国专利CN 02111640.7，公开了一种微波萃取装置，具有搅拌器、冷却和电控装置的萃取罐，在萃取罐的罐体四周间隔一定距离，分多层均匀地装有多个微波电源和磁控管，可进行间歇式或连续式操作，具体形式可采用立式或卧式装置。

郑必胜等人的中国专利CN 200410027563.6，公开了一种微波萃取装置，包括微波加热器及固液传输装置，微波加热器为一中空腔体，其前、后壁开有孔，固液传输装置从前壁开孔处斜伸入腔体，从后壁开孔处伸出，微波加热器的外顶部设有微波磁控管，固液传输装置底端设有固体物料进口及萃取液出口，顶端设有出料口及萃取液入口。

万绍平等人的中国专利CN 200510031458.4，公开了一种从含有油脂的植物籽仁中用微波加热萃取油脂的方法，将植物籽仁中含有油脂的部分或其副产品，粉碎后放在容器中接受微波辐照，当受辐照物料温度上升到一定时，停止辐照，将溶剂渗透萃取，分离液渣，浓缩回收溶剂，从而得到目标油脂。

李晟的中国专利CN 200510096079.3，公开了一种微波逆流连续萃取装置，包括萃取滚筒，其一端设有进料斗及萃取液出口，另一端设有出渣口及萃取液进口；在萃取滚筒上设有微波系统，萃取滚筒的内腔设有螺旋推进器，由驱动装置驱动螺旋推进器。

马烽等人的中国专利CN 200610044442.1，公开了一种用于植物有效成分提取的减压微波萃取装置和方法。由微波炉、萃取罐、冷凝器、气液分离器和减压装置组成。微波炉设置在萃取罐外围，其内均匀布置微波发生器，萃取罐上安装有电动搅拌器。在减压和微波作用下，溶剂汽化经冷凝器冷凝成液态溶剂。

李晟等人的中国实用新型专利CN 200620136108.4，公开了一种环型微波提取设备，包括机架，萃取筒，传输装置，微波加热系统，其主要特点是萃取筒为首尾相接的环形管，萃取筒的外部设有微波加热系统，在萃取筒内设有传输装置，在传输装置上设有输送隔板，输送隔板固定在输送链板上，且输送隔板上设有溶媒循环流通的小孔，由输送链板和输送隔板将萃取筒里的输送空间分割成一个个输送单元，在输送单元内物料和溶媒在微波加热作用下进行萃取。

杜荣庆的中国实用新型专利200620049558.X，公开了一种用于实验室或工业生产上对天然植物进行连续式微波萃取的装置，包括立式进料搅拌装置、卧式螺旋推进萃取装置和卸料装置，卧式螺旋推进萃取装置分为前段微波萃取段和后段冷却段。

郭维图等人的中国专利CN 200610138359.0，公开了一种管道式微波连续提取装置，包括两个浸泡罐、微波提取装置、离心分离机。浸泡罐各自通过一个自动控制阀门与变频调速螺杆泵连接，螺杆泵出口与微波提取装置的进口连接，微波提取装置出口分为三路，一路通过一个自动控制阀后接到离心分离机，另外两路各自通过一个自动控制阀门后与浸泡罐连接。

陈胜等人的中国专利CN 200810047172.9，公开了一种提取中式烟用香精香料的多功能微波萃取仪。萃取仪的萃取腔为直立筒状，其内设置有蛇形盘管，蛇形盘管自上而下贯通整个萃取腔，萃取腔的微波源由两个微波发生器，并对流经蛇形盘管内的萃取物料进行微波辐射萃取。

闫正等人的中国专利CN 200910073920.5，公开了一种大容量分层辐射微波萃取装置，包括设置有搅拌机构，回流机构，进料口，排渣口，进液管，排液管和微波源，萃取罐作为微波谐振腔，其内部间隔分层设置波导管，一个或多个波导管的微波端固定于罐体外，微波端设置磁控管，一个或多个波导管的另一端延伸至罐体内并设置馈口。

郑小非等人的中国专利CN 200910115127.7，公开了一种用微波干法萃取植物中有效成分的装置，由萃取部件，搅拌部件，微波辐照加热部件组成，萃取部件由多个带有滤网空腔和下料平闸阀的圆形筒体组合而成。

孙炜等人的中国专利申请公布号CN 103182192A，公开了一种微波蒸发浓缩系统，包括升膜蒸发器、冷凝器、冷却器，微波加热器、闪蒸器，微波加热器连接升膜蒸发器，升膜蒸发器通过一高压柱塞泵连接闪蒸器，闪蒸器连接冷却器。微波加热器包括一密封的罐体、至少一个微波发生器、一搅拌装置，微波发生器位于罐体内部的顶端，发射端朝向罐体底端，搅拌装置位于罐体内部的底端，原液进入微波加热器后，微波对原液进行加热的同时，搅拌装置对原液进行搅拌。

郑爱林的中国专利申请公布号CN 103505902 A，公开一种多管型大容量微波萃取机及其微波萃取方法，包括传动装置、微波罐、微波装置、加气装置、转子装置、出料装置、控制装置，微波罐罐壁上设有均匀等距分布的若干个磁控管，加气装置包括设置在微波罐罐壁上的若干个压缩空气进气口、压缩空气输入管道、搅拌结构，使得微波罐内料液不断的运行交换位置，能使提取物均匀地受到电磁场作用被加热。

周治德等人的中国专利CN 201310747536.5，公开了一种微波提取装置，包括设有微波馈入口的微波提取罐，微波提取罐上部连接有冷凝器并设有回料口，回料口上装有喷淋头，微波提取罐的下部设有带出料口的封头，出料口通过管道经泵连接回料口，形成循环旁路。

罗立新等人的中国专利申请公布号CN 103752028A，公开了一种具有薄膜蒸发器功能的微波刮膜分子蒸馏器及利用其生产脂肪酸甲酯的方法，该微波刮膜分子蒸馏器具有薄膜蒸发器和刮膜分子蒸馏两种功能。此外，在保留加热油加热器加热的基础上添加了微波辅助分离系统，提高了分离效果，还可以将易挥发低分子物料分离出来。

王茜南等人的中国专利申请公布号CN 104014158A，公开了一种中药材超声波及微波提取系统，包括上盖可开启的封闭箱体，可开启的入口的样品溶液装置和其上的可移动的微波导入装置，还包括设置在所述封闭箱体内部用于使汽化的样品溶液回流的第二回流装置。通过设置协同调控装置，对超声波和微波的导入时间、导入顺序、导入功率以及关闭时间进行严格控制，从而达到超声波与微波的最佳匹配效果。

郑必胜等人的中国实用新型专利CN 201020592299.1，公开了一种隧道式微波固一液逆流萃取装置，包括萃取腔、微波磁控管、传送带、传送带支撑体和驱动轮，还包括高位溢槽、泵、高位槽和接收槽；所述萃取腔为中空腔体，萃取腔上端均匀分布多个微波磁控管，萃取腔的前后端设有开口，传送带穿过萃取腔的前后端，通过驱动轮以及张紧轮支撑，构成皮带传送系统，驱动轮通过变速器与电机连接；传送带上有均匀分布的微孔，在萃取腔内的传送带下端间隔设有传送带支撑体，传送带支撑体由两端带滚动轴承的滚动轴及挡板组成；多个高位溢槽间隔地设置在萃取腔内上端，萃取腔外侧后端设有高位槽，高位槽与萃取腔内后端的高位溢槽连通，萃取腔内下端间隔设有接收槽，每个接收槽分别通过泵与高位溢槽连通，泵设置在萃取腔的外侧。

值得注意的是，CN 201020592299.1所述的隧道式微波固一液逆流萃取装置，固体物料在隧道式萃取腔前端开口处，通过分配器被均匀地分散在传送带上，具有均匀分布的微孔的传送带水平通过隧道式萃取腔的过程中，萃取液水或溶剂通过高位溢槽被喷洒在下方的传送带的物料上，而传送带下端间隔设有两端带挡板的送带支撑体，萃取液透过固体物料和传输带落入接收槽中，再被泵送到前一级高位溢槽，又被喷洒到固体物料上，在如此往复的过程中，多级复式渗透，吸收微波能量，实现所谓逆流萃取。可见，该专利是利用萃取液循环地透过固体物料层的原理，为了使萃取液透过料层时有足够的萃取传质时间，料层和液位须具有一定的厚度，这一厚度是通过设置的传送带两端挡板来保证的。同时，由于采用的是单层输送带，只能利用输送带上表面承载物料，物料的输送只能一次性通过隧道式萃取腔，装置的面积利用率低，此外，其敞开式的进出料口，难以在隧道式萃取腔内形成真空度，而不利于减压蒸发萃取。

孟祥军的中国实用新型专利CN201320026540.8，公开了一种活性肽高频微波提取机，其特点是在机架上支撑一种沿水平方向延伸的狭长的筒状裂解仓，裂解仓一端上方设有进料斗，裂解仓内装有输送带，输送带上方通过托架装有多部微波发射器，裂解仓上部开口接有吸气管，吸气管另一端接入冷凝器。

值得注意的是，CN201320026540.8所述的活性肽高频微波提取机，是在机架上支撑一个沿水平方向延伸的狭长的筒状裂解仓，裂解仓一端上方设有进料斗，裂解仓内装有输送带，输送带最好采用尼龙带，也可以采用竹帘、无毒耐热塑胶等，输送带上方通过托架，装有多部微波发射器。活性肽原料通过进料斗加载在输送带上，微波直接辐照在活性肽原料堆积层(体)的上表面。其存在的问题是，由于采用的是单层输送带，不仅堆积层的厚度和均匀性没有控制，而且只能利用输送带上表面承载物料，物料的输送只能一次性通过狭长的筒状裂解仓，装置的面积利用率过低，同时，其敞开式的进出料口，也难以在筒状裂解仓内形成真空度，而不利于减压蒸发。

通过上述专利可知，除CN 103752028A涉及在刮薄膜蒸发的基础上，采用微波加热分子蒸馏，以及CN 201020592299.1和CN201320026540.8在传送带或输送带上，对料液进行微波加热外，其它均为对料液整体进行微波加热。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种连续夹带式薄料层微波蒸发方法及装置，其针对固液混合物，利用上、下滤网对夹结构形成的可倒置连续输运的均匀料层，在微波谐振腔内以往返上升的运动方式，在多层的大比表面积下，通过微波辐照，对较薄的料层进行体相均匀加热，可在较高的真空度下，进行低温快速高效蒸发。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种连续夹带式薄料层微波蒸发方法，采用一对回转的上夹辊和下夹辊，通过两条无端滤网带，将固液混合物对夹在滤网带之间，形成上滤网带、固液混合物料层和下滤网带的对夹料层结构，并以水平往返逐层上升的输运方式通过微波谐振腔，使所述对夹料层中的固液混合物料液，在均匀薄层状态下吸收微波能量而被加热蒸发。

上述方案中，所述对夹料层的厚度由上夹辊和下夹辊的辊面定位槽槽深所决定，槽深范围为1～50mm，优选地，5～15mm，所述上滤网带和下滤网带为透波非金属材料，如薄的全棉织布，或涤纶滤布、涤纶滤网、尼龙滤网等。

上述方案中，所述以水平往返逐层上升的输运方式，是通过一组左右间隔一定距离，沿铅锤方向向上错层布置的牵引输送辊实现的，使所述对夹料层输送至微波谐振腔上方出料口处，在一对回转的上分离辊和下分离辊表面的导向作用下，上滤网带和下滤网带分离，所述对夹料层结构解除，物料脱落。在此过程中，由于固液混合物被夹在上滤网带和下滤网带之间，且由于牵引输送辊的张紧作用，使得固液混合物可以在左右变向连续输运的倒置状态下不会脱落。

上述方案中，所述微波谐振腔由低电损值微波反射金属导体材料，如不锈钢、铝等材料，构造成基本形状为一竖立的长方形壳体，使所有与所述上滤网带和下滤网带及固液混合物料层接触的装置，均容纳在所述所述竖立的长方形壳体中，其中，铅锤方向的一对相向侧面，可设计成折面形，数组微波磁控管设置在折面的外壁上，这些折面可加强微波的折射，有利于形成微波谐振场，并使波场分布均匀；所述微波谐振腔的外壁不同位置处，设置有多个红外测温器，通过与微波脉冲电源脉宽和脉间距的耦合控制，使微波加热蒸发温度在设定的范围内工作。

上述方案中，当所述对夹料层以连续输运状态，自上夹辊和下夹辊，经由一组牵引输送辊和改向辊，至上分离辊和下分离辊，即由底层向上层输送过程中，全程在微波场的辐照下，固液混合物吸收微波能量，而被体相均匀加热，使挥发性液相转化为气相。

上述方案中，当回转的所述上夹辊和下夹辊，通过滤网带将固液混合物对夹在滤网带之间时，固液混合物中的部分料液，因受到辊面啮合时的部分挤压作用，而透过滤网，离析落入所述微波谐振腔下部集液斗中汇集，由外置压力输送泵，通过所述微波谐振腔内设置多组喷嘴，再次喷洒到输运过程中的对夹料层上，进行循环加热蒸发；这部分料液会逐渐浓缩，可定期排放出所述微波谐振腔，并根据需要加以利用。

上述方案中，在回转的所述上夹辊和下夹辊的上游，设置螺旋输送进料床和铺料辊，所述螺旋输送进料床设置在铺料辊的上方，螺旋输送进料床的下料口对称轴线的投影与铺料辊的轴线重合，下料口与辊面之间的间隙，由一电动推杆控制的闸板调整，使所述铺料辊辊面上的所述下滤网带表面形成的固液混合物料层的高度，控制在一个适宜值上。

上述方案中，所述适宜值是指，固液混合物料层在上夹辊和下夹辊的辊面啮合时，只受到部分，或适当的挤压作用，使料层所含的湿份可以兼顾平衡以下因素：当上夹辊和下夹辊的辊面定位槽槽深所形成的固液混合物料层厚度优选范围为5～15mm时，微波电场强度在料层中不会明显衰减而影响加热的均匀性；不会使所述对夹料层在输送至上分离辊和下分离辊时，仍含有较高的湿份；不会使所述对夹料层在输送过程中，因过高的流变性而从滤网带边缘溢流出来；不会使对固液混合物的蒸发处理量，与微波的功率消耗相比过低，即蒸发效率过低。

上述方案中，螺旋输送进料床通过变螺距，或变螺径结构，以及螺旋转速，使固液混合物在所述螺旋输送进料床内形成一定的料封压力，以在进料口处产生压差，使所述微波谐振腔内在真空机组的抽吸作用下，形成一定的真空度，以有利于料液的低温蒸发；所述螺旋输送进料床内的料封压力，可通过压力传感器与螺旋输送伺服电机或变频电机关联控制。

上述方案中，所述上分离辊和下分离辊表面处，分别设置上刮料板和下刮料板，以及上、下刷辊，使分离后的所述上滤网带和下滤网带所粘附的物料脱除，这些经蒸发后的物料，落入所述螺旋输送排料斗。

上述方案中，螺旋输送排料斗通过变螺距，或变螺径结构，以及螺旋转速，使物料在所述螺旋输送排料斗的螺旋输送管内形成一定的料封作用，以在排料口处产生压差，使所述微波谐振腔内在真空机组的抽吸作用下，形成一定的真空度，以有利于料液的低温蒸发。所述螺旋输送料排料斗的料封作用强度，可通过螺旋输送电机转速控制。

上述方案中，由所述上分离辊分离的所述上滤网带，和下分离辊分离的所述下滤网带，分别通过改向辊返回到，回转的所述上夹辊和下夹辊，继续循环对夹固液混合物，形成连续输运状态下的均匀薄料层，进而通过微波加热连续蒸发。

本发明还提供了一种连续夹带式薄料层微波蒸发装置，包括：蒸发气体排出管，红外测温器，蒸发器上盖，托辊，改向辊，牵引输送辊，上滤网带，蒸发器筒体，螺旋输送进料床，螺旋输送进料电机，上夹辊，上夹辊电机，下夹辊，下夹辊电机，铺料辊，铺料辊电机，刷辊，刷辊电机，上分离辊，上分离辊电机，上刮板，下分离辊，下分离辊电机，下刮板，螺旋输送排料斗，下滤网带，对夹料层，喷嘴，集液斗，循环液排液接管，微波磁控管。

上述方案中，所述蒸发气体排出管设置在所述蒸发器上盖的锥顶中心位置；多个所述红外测温器设置在蒸发器上盖和蒸发器筒体的折面形侧壁上，红外测温光斑贯穿所述蒸发器筒体通孔至蒸发器内部，红外测温器的数量5～9个。

上述方案中，所述托辊设置在每层对夹料层中段的下方，与对夹料层的下表面接触，另外在水平方向的上滤网带和下滤网带中段的下方各设置一个托辊。

上述方案中，所述改向辊有2个，其中的1个，设置在蒸发器筒体上方与上夹辊同侧的位置，改向辊在水平方向的位置可移位，通过螺栓固定，以调整上滤网带的张力；所述改向辊中的另1个，设置在蒸发器筒体下方，与上分离辊同侧，改向辊在水平方向具有可调整下滤网带张力的移位量，并通过螺栓固定。

上述方案中，多个所述牵引输送辊设置在每层对夹料层的两侧，以使对夹料层改向输送，并承重固液混合物；所述牵引输送辊辊面具有与上夹辊和下夹辊辊面定位槽相同尺寸和结构的限位槽，限位槽沿辊面轴线方向的宽度，可根据蒸发器的处理量，在500～5000mm范围内选定，牵引输送辊的数量，可根据蒸发器规格确定，对规格较大的，可在牵引输送辊中配置牵引电机，以改善滤网带的张力分布。

上述方案中，所述上滤网带和下滤网带，各为一条宽度略小于牵引输送辊辊面限位槽宽度5～10mm的无端滤网带，滤网带均为透波的非金属材料，如薄的全棉织布，或涤纶滤布、涤纶滤网、尼龙滤网等。

上述方案中，所述蒸发器筒体的基本形状为一竖立的长方形壳体体，外壁以型钢框架结构加强，作为微波谐振腔，其中，铅锤方向的一对相向侧面，可设计成折面形，折面之间的夹角β范围为120°～170°。

上述方案中，所述蒸发器筒体，两折面形外壁的不同位置处，设置有数个微波磁控管和多个红外测温器，微波磁控管和红外测温器之间，通过与微波脉冲电源的脉宽和脉间距的耦合控制，使微波加热蒸发温度在设定的25～100℃范围内工作；蒸发器筒体的微波磁控管馈口处，以透波的聚四氟乙烯板封闭。

上述方案中，所述磁控管的微波频率可选用2450MHz，或915MHz，当固液混合物电损值较大或蒸发量较大时，可选配915MHz，一般选配2450MHz；微波额定功率配置：2450MHz，5.4～50kW；915MH，20～120kW，根据不同的固液混合物和处理量，实际功率可调整。

上述方案中，所述上夹辊和下夹辊，设置在蒸发器筒体的下方，与螺旋输送进料床同侧，分别由上夹辊电机和下夹辊电机同步相向驱动，或可通过一台电机经由带轮分流同步相向驱动，转速可通过伺服或变频调整；上夹辊和下夹辊辊面分别开设有定位槽，沿辊面轴线方向的槽宽，可根据蒸发器的处理量，在500～5000mm范围内选定。

上述方案中，所述铺料辊设置在回转的上夹辊和下夹辊上游处，轴线水平距离范围为200～600mm；铺料辊由铺料辊电机驱动，转速可通过伺服或变频调整。

上述方案中，所述螺旋输送进料床设置在铺料辊的上方，螺旋输送进料床的下料口对称轴线的投影与铺料辊的轴线重合，螺旋输送进料床的下料口沿轴线的宽度，较上夹辊辊面定位槽槽宽500～5000mm范围值小20～30mm；螺旋输送进料床的下料口沿对夹料层输送方向的宽度范围为20～70mm；所述螺旋输送进料床下料口与铺料辊辊面之间的间隙，由联接着电动推杆的闸板调整，控制范围为5～25mm。

上述方案中，所述螺旋输送进料床，通过变螺距，或变螺径结构，以及螺旋转速，使固液混合物在螺旋输送进料床内形成一定的料封压力，在进料口处产生压差，压差范围为0.035～0.095MPa，可通过压力传感器与螺旋输送伺服电机或变频电机1关联控制；所述螺旋输送进料床的进料料斗设置在蒸发器筒体的微波谐振腔外；在所述蒸发器筒体邻近螺旋输送进料床的侧壁上，设置可透视的观察窗，窗口材料为防微波泄漏玻璃。

上述方案中，所述上分离辊和下分离辊，设置在蒸发器筒体的上方，与螺旋输送排料斗同侧，分别由上分离辊电机和下分离辊电机同步相向驱动，或可通过一台电机经由带轮分流同步相向驱动，转速可通过伺服或变频调整。

上述方案中，所述上刮板和下刮板分别设置在上分离辊和下分离辊的表面处，与对应的上滤网带和下滤网带接触，接触力大小可调；所述上刮板和下刮板材料为聚四氟乙烯。

上述方案中，所述刷辊分别设置在上分离辊上方和下分离辊下方，使刷辊的刷毛分别沿上滤网带和下滤网带的带宽方向接触；所述刷辊由刷辊电机驱动。

上述方案中，其特征在于，所述螺旋输送排料斗设置在蒸发器筒体的上方，与上分离辊同侧，并将上刮板和下刮板及刷辊容于其中，使脱除的对夹料层全部落入螺旋输送排料斗中，其下部的输送螺旋通过变螺距，或变螺径结构，以及螺旋转速，使物料在输送管内形成一定的料封作用，在排料口处产生压差，压差范围为0.035～0.095MPa，可通过螺旋输送电机转速控制；在与所述螺旋输送排料斗对应的蒸发器筒体的侧壁上，设置可透视的观察检修门，窗口材料为防微波泄漏玻璃。

上述方案中，所述喷嘴分层设置在，与上分离辊同侧的，最下层和次下层牵引输送辊辊面的上方，喷嘴形成的液雾，可均匀喷洒在对夹料层的表面，所喷洒的料液，通过外配的压力泵，经由循环液排液接管从集液斗中抽取。

上述方案中，所述上分离辊，下分离辊，牵引输送辊，上夹辊，下夹辊和铺料辊的转速，由PLC或工控机集成控制，使上滤网带和下滤网带的张力分布均匀，并使上滤网带和下滤网带，能分别从分离辊和下分离辊，通过改向辊，顺利地返回到上夹辊和下夹辊，形成对固液混合物对夹的循环输运结构。

由于对夹的固液混合物料层厚度均匀而且较薄，料层内微波电场强度衰减小，可较微波整体加热物料的方式，料层对微波能量的吸收作用显著提高，加热蒸发速度快。

此外，由于以微波辐照的加热方式，取代了直接导入蒸发器内的加热蒸汽，蒸发器内的气相仅为料液蒸发所产生的挥发性气体，消除了水蒸汽对蒸发器内气相的增量作用，有利于提高真空度。

这些提高微波谐振腔内的真空度的组合措施，有力地降低了料层气液界面上的压力，使挥发性组分在低温下的获得高效蒸发，同时也降低了挥发性气体后续冷凝的气液分离负荷，减小了可能的过热作用对挥发性组分品质的影响。

若将排出所述微波谐振腔的挥发性气体，抽吸进入冷凝装置和气液分离装置，即可利用该方法和装置进行蒸馏作业。冷凝和气液分离可采用本领域公知的高效冷凝及分离装置，如螺旋螺纹管冷凝器、膜分离器、层析柱分离器、大孔树脂分离器等。

实施本发明的连续夹带式薄料层微波蒸发方法及装置，具有以下有益效果：

本发明利用回转的上夹辊和下夹辊，通过上滤网带和下滤网带对夹结构形成的可倒置连续输运的均匀薄料层，在微波谐振腔内以左右往返逐层上升的输运方式，在微波辐照下，对薄料层进行体相均匀加热，并通过对离析料液的喷嘴循环加载，来提高蒸发量，以及通过进、出料的密封结构，来提高蒸发器中的真空度，使料液在较低温度下高效转化为气相。同时，由于采用多层输运状态的对夹料层，使换热比表面积增大，蒸发装置紧凑，面积利用率显著提高，配合冷凝和气液分离装置，可实现蒸馏、提取作业。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为连续夹带式薄料层微波蒸发装置的主视剖面图；

图2为连续夹带式薄料层微波蒸发装置的侧视剖面图；

图3为连续夹带式薄料层微波蒸发装置的俯视图；

图4为图1所示装置的进料结构局部主视剖面图；

图5为图1所示装置的上、下夹辊和对夹料层结构局部主视剖面图；

图6为图1所示装置的排料结构局部主视剖面图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明连续夹带式薄料层微波蒸发方法采用一对回转的上夹辊和下夹辊，通过两条无端滤网带，将固液混合物对夹在滤网带之间，形成上滤网带、固液混合物料层和下滤网带的对夹料层结构，并以水平往返逐层上升的输运方式通过微波谐振腔，使对夹料层中的固液混合物料液，在均匀薄层状态下吸收微波能量而被加热蒸发。

对夹料层的厚度由上夹辊和下夹辊的辊面定位槽槽深所决定，槽深范围为1～50mm，优选地，5～15mm，上滤网带和下滤网带为透波非金属材料，如薄的全棉织布，或涤纶滤布、涤纶滤网、尼龙滤网等。

以水平往返逐层上升的输运方式，是通过一组左右间隔一定距离，沿铅锤方向向上错层布置的牵引输送辊实现的，使对夹料层输送至微波谐振腔上方出料口处，在一对回转的上分离辊和下分离辊表面的导向作用下，上滤网带和下滤网带分离，对夹料层结构解除，物料脱落。在此过程中，由于固液混合物被夹在上滤网带和下滤网带之间，且由于牵引输送辊的张紧作用，使得固液混合物可以在左右变向连续输运的倒置状态下不会脱落。

微波谐振腔由低电损值微波反射金属导体材料，如不锈钢、铝等材料，构造成基本形状为一竖立的长方形壳体，使所有与上滤网带和下滤网带及固液混合物料层接触的装置，均容纳在竖立的长方形壳体中，其中，铅锤方向的一对相向侧面，可设计成折面形，数组微波磁控管设置在折面的外壁上，这些折面可加强微波的折射，有利于形成微波谐振场，并使波场分布均匀；微波谐振腔的外壁不同位置处，设置有多个红外测温器，通过与微波脉冲电源脉宽和脉间距的耦合控制，使微波加热蒸发温度在设定的范围内工作。

当对夹料层以连续输运状态，自上夹辊和下夹辊，经由一组牵引输送辊和改向辊，至上分离辊和下分离辊，即由底层向上层输送过程中，全程在微波场的辐照下，固液混合物吸收微波能量，而被体相均匀加热，使挥发性液相转化为气相。

当回转的上夹辊和下夹辊，通过滤网带将固液混合物对夹在滤网带之间时，固液混合物中的部分料液，因受到辊面啮合时的部分挤压作用，而透过滤网，离析落入微波谐振腔下部集液斗中汇集，由外置压力输送泵，通过微波谐振腔内设置多组喷嘴，再次喷洒到输运过程中的对夹料层上，进行循环加热蒸发；这部分料液会逐渐浓缩，可定期排放出微波谐振腔，并根据需要加以利用。

在回转的上夹辊和下夹辊的上游，设置螺旋输送进料床和铺料辊，螺旋输送进料床设置在铺料辊的上方，螺旋输送进料床的下料口对称轴线的投影与铺料辊的轴线重合，下料口与辊面之间的间隙，由一电动推杆控制的闸板调整，使铺料辊辊面上的下滤网带表面形成的固液混合物料层的高度，控制在一个适宜值上。

适宜值是指，固液混合物料层在上夹辊和下夹辊的辊面啮合时，只受到部分，或适当的挤压作用，使料层所含的湿份可以兼顾平衡以下因素：当上夹辊和下夹辊的辊面定位槽槽深所形成的固液混合物料层厚度优选范围为5～15mm时，微波电场强度在料层中不会明显衰减而影响加热的均匀性；不会使对夹料层在输送至上分离辊和下分离辊时，仍含有较高的湿份；不会使对夹料层在输送过程中，因过高的流变性而从滤网带边缘溢流出来；不会使对固液混合物的蒸发处理量，与微波的功率消耗相比过低，即蒸发效率过低。

螺旋输送进料床通过变螺距，或变螺径结构，以及螺旋转速，使固液混合物在螺旋输送进料床内形成一定的料封压力，以在进料口处产生压差，使微波谐振腔内在真空机组的抽吸作用下，形成一定的真空度，以有利于料液的低温蒸发；螺旋输送进料床内的料封压力，可通过压力传感器与螺旋输送伺服电机或变频电机关联控制。

上分离辊和下分离辊表面处，分别设置上刮料板和下刮料板，以及上、下刷辊，使分离后的上滤网带和下滤网带所粘附的物料脱除，这些经蒸发后的物料，落入螺旋输送排料斗。

螺旋输送排料斗通过变螺距，或变螺径结构，以及螺旋转速，使物料在螺旋输送排料斗的螺旋输送管内形成一定的料封作用，以在排料口处产生压差，使微波谐振腔内在真空机组的抽吸作用下，形成一定的真空度，以有利于料液的低温蒸发。螺旋输送料排料斗的料封作用强度，可通过螺旋输送电机转速控制。

由上分离辊分离的上滤网带，和下分离辊分离的下滤网带，分别通过改向辊返回到，回转的上夹辊和下夹辊，继续循环对夹固液混合物，形成连续输运状态下的均匀薄料层，进而通过微波加热连续蒸发。

如图1、图2和图3所示，本发明提供的一种连续夹带式薄料层微波蒸发装置01，其结构包括：蒸发气体排出管0101，红外测温器0102，蒸发器上盖0103，托辊0104，改向辊0105，牵引输送辊0106，上滤网带0107，蒸发器筒体0108，螺旋输送进料床0109，螺旋输送进料电机01091，上夹辊0110，上夹辊电机01101，下夹辊0111，下夹辊电机01111，铺料辊0112，铺料辊电机01121，刷辊0113，刷辊电机01131，上分离辊0114，上分离辊电机01141，上刮板0115，下分离辊0116，下分离辊电机01161，下刮板0117，螺旋输送排料斗0118，下滤网带0119，对夹料层0120，喷嘴0121，集液斗0122，循环液排液接管0123，微波磁控管0124。

如图1、图2和图3所示，蒸发气体排出管0101设置在蒸发器上盖0103的锥顶中心位置，通过密封法兰或焊接联接；多个红外测温器0102设置在蒸发器上盖0103和蒸发器筒体0108的折面形侧壁上，通过法兰和螺栓密封联接，红外测温光斑贯穿蒸发器筒体0108通孔至蒸发器内部，红外测温器0102的数量5～9个，本实施例为5个；托辊0104设置在每层对夹料层0120中段的下方，与对夹料层0120的下表面接触，另水平方向的上滤网带0107和下滤网带0119中段的下方各设置一个托辊0104；改向辊0105有2个，其中的1个，设置在蒸发器筒体0108上方与上夹辊0110同侧的位置，改向辊0105在水平方向的位置可移位，通过螺栓固定，以调整上滤网带0107的张力。

多个牵引输送辊0106设置在每层对夹料层0120的两侧，以使对夹料层0120改向输送，并承重固液混合物；牵引输送辊0106辊面具有与上夹辊0110和下夹辊0111辊面定位槽相同尺寸和结构的限位槽，以防止对夹料层0120在输运状态下跑偏；限位槽沿辊面轴线方向的宽度，可根据蒸发器的处理量，在500～5000mm范围内选定，本实施例为1600mm，牵引输送辊0106的数量，可根据蒸发器规格确定，对规格较大的，可在牵引输送辊0106中配置牵引电机，以改善滤网带的张力分布，本实施例，设置10个牵引输送辊0106，在从下至上的第6个牵引输送辊0106上配置牵引电机。

上滤网带0107和下滤网带0119，各为一条宽度略小于牵引输送辊0106辊面限位槽宽度5～10mm的无端滤网带，滤网带均为透波的非金属材料，如薄的全棉织布，或涤纶滤布、涤纶滤网、尼龙滤网等，本实施例为全棉织布，带厚λ范围为0.5～2mm。

蒸发器筒体0108的基本形状为一竖立的长方形壳体，外壁以型钢框架结构加强，作为微波谐振腔，其中，铅锤方向的一对相向侧面，可设计成折面形，折面之间的夹角β范围为120°～170°，本实施例中，β＝116.15°，这些折面可加强微波的折射，有利于形成微波谐振场，并使波场分布均匀；整个蒸发器筒体0108以低电损值微波反射金属导体材料，如不锈钢、铝等材料构造，本实施例中，为不锈钢SUS304，筒体高度为2950mm，宽度2100/2500mm，厚度2150mm。

蒸发器筒体0108，两折面形外壁的不同位置处，设置有数个微波磁控管0124和多个红外测温器0102，微波磁控管0124和红外测温器0102之间，通过与微波脉冲电源的脉宽和脉间距的耦合控制，使微波加热蒸发温度在设定的25～100℃范围内工作；蒸发器筒体0108的微波磁控管0124馈口处，以透波的聚四氟乙烯板封闭。

磁控管0124的微波频率可选用2450MHz，或915MHz，当固液混合物电损值较大或蒸发量较大时，可选配915MHz，一般选配2450MHz；微波额定功率配置：2450MHz，5.4～50kW；915MH，20～120kW；本实施例中，磁控管0124的微波频率为2450MHz，12只0.9kW的磁控管，配置的最大额定功率为10.8kW，根据不同的固液混合物和处理量，实际功率可调整。

上夹辊0110和下夹辊0111，设置在蒸发器筒体0108的下方，与螺旋输送进料床0109同侧，分别由上夹辊电机01101和下夹辊电机01111同步相向驱动，或可通过一台电机经由带轮分流同步相向驱动，转速可通过伺服或变频调整；上夹辊0110和下夹辊0111辊面分别开设有定位槽，沿辊面轴线方向的槽宽，可根据蒸发器的处理量，在500～5000mm范围内选定，本实施例为1600mm；槽深δ范围为5～15mm，本实施例为10mm。

铺料辊0112设置在回转的上夹辊0110和下夹辊0111上游处，轴线水平距离范围为200～600mm，本实施例为345mm；铺料辊0112由铺料辊电机01121驱动，转速可通过伺服或变频调整。

螺旋输送进料床0109设置在铺料辊0112的上方，螺旋输送进料床0109的下料口对称轴线的投影与铺料辊0112的轴线重合，螺旋输送进料床0109的下料口沿轴线的宽度，较上夹辊0110辊面定位槽槽宽500～5000mm范围值小20～30mm；螺旋输送进料床0109的下料口沿对夹料层0120输送方向的宽度范围为20～70mm，本实施例为35mm；螺旋输送进料床0109下料口与铺料辊0112辊面之间的间隙，由联接着电动推杆的闸板调整，控制范围为5～25mm，本实施例为12mm。

螺旋输送进料床0109，通过变螺距，或变螺径结构，以及螺旋转速，使固液混合物在螺旋输送进料床0109内形成一定的料封压力，在进料口处产生压差，压差范围为0.035～0.095MPa，可通过压力传感器与螺旋输送伺服电机或变频电机01091关联控制；螺旋输送进料床0109的进料料斗设置在蒸发器筒体0108的微波谐振腔外；在蒸发器筒体0108邻近螺旋输送进料床0109的侧壁上，设置可透视的观察窗，窗口材料为防微波泄漏玻璃。

上分离辊0114和下分离辊0116，设置在蒸发器筒体0108的上方，与螺旋输送排料斗0118同侧，分别由上分离辊电机01141和下分离辊电机01161同步相向驱动，或可通过一台电机经由带轮分流同步相向驱动，转速可通过伺服或变频调整。

上刮板0115和下刮板0117分别设置在上分离辊0114和下分离辊0116的表面处，与对应的上滤网带0107和下滤网带0119接触，接触力大小可调；上刮板0115和下刮板0117材料为聚四氟乙烯。

刷辊0113分别设置在上分离辊0114上方和下分离辊0116下方，使刷辊0113的刷毛分别沿上滤网带0107和下滤网带0119的带宽方向接触；刷辊0113由刷辊电机01131驱动。

螺旋输送排料斗0118设置在蒸发器筒体0108的上方，与上分离辊0114同侧，并将上刮板0115和下刮板0117及刷辊0113容于其中，使脱除的对夹料层0120全部落入螺旋输送排料斗0118中，其下部的输送螺旋通过变螺距，或变螺径结构，以及螺旋转速，使物料在输送管内形成一定的料封作用，在排料口处产生压差，压差范围为0.035～0.095MPa，可通过螺旋输送电机转速控制；在与螺旋输送排料斗0118对应的蒸发器筒体0108的侧壁上，设置可透视的观察检修门，窗口材料为防微波泄漏玻璃。

改向辊0105中的另1个，设置在蒸发器筒体0108下方，与上分离辊0114同侧，改向辊0105在水平方向的位置可移位，通过螺栓固定，以调整下滤网带0119的张力。

喷嘴0121分层设置在，与上分离辊0114同侧的，最下层和次下层牵引输送辊0106辊面的上方，喷嘴0121形成的液雾，可均匀喷洒在对夹料层0120的表面，所喷洒的料液，通过外配的压力泵，经由循环液排液接管0123从集液斗0122中抽取。

上分离辊0114，下分离辊0116，牵引输送辊0106，上夹辊0110，下夹辊0111和铺料辊0112的转速，由PLC或工控机集成控制，使上滤网带0107和下滤网带0119的张力分布均匀，并使上滤网带0107和下滤网带0119，能分别从分离辊0114和下分离辊0116，通过改向辊0105，顺利地返回到上夹辊0110和下夹辊0111，形成对固液混合物对夹的循环输运结构。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种连续夹带式薄料层微波蒸发方法，其特征在于，采用一对回转的上夹辊和下夹辊，通过两条滤网带，将固液混合物对夹在滤网带之间，形成上滤网带、固液混合物料层和下滤网带的对夹料层结构，并以水平往返逐层上升的输运方式通过微波谐振腔，使所述对夹料层中的固液混合物料液，在均匀薄层状态下吸收微波能量而被加热蒸发；所述以水平往返逐层上升的输运方式，是通过一组左右间隔一定距离，沿铅锤方向向上错层布置的牵引输送辊实现的，使所述对夹料层输送至微波谐振腔上方出料口处，在一对回转的上分离辊和下分离辊表面的导向作用下，上滤网带和下滤网带分离，对夹料层结构解除，物料脱落，在此过程中，由于固液混合物被夹在上滤网带和下滤网带之间，且由于牵引输送辊的张紧作用，使得固液混合物可以在左右变向连续输运的倒置状态下不会脱落。

2.一种连续夹带式薄料层微波蒸发装置，其特征在于，包括蒸发器筒体，所述蒸发器筒体内设有铺料辊、上夹辊、下夹辊和多个分层交错设置的牵引输送辊，上夹辊和下夹辊之间设置上滤网带和下滤网带，所述铺料辊将固液混合物输送至上滤网带和下滤网带之间并被上夹辊和下夹辊压合，形成上滤网带、固液混合物料层和下滤网带的对夹料层结构，所述牵引输送辊带动上滤网带和下滤网带在蒸发器筒体内输送，所述蒸发器筒体上设有微波加热装置，所述对夹料层中的固液混合物料液，在均匀薄层状态下吸收微波能量而被加热蒸发，所述蒸发器筒体的上部设有上分离辊和下分离辊，上滤网带和下滤网带在上分离辊和下分离辊处被分离，所述上分离辊的侧边设有上刮板，所述下分离辊的侧边设有下刮板。

3.根据权利要求2所述的连续夹带式薄料层微波蒸发装置，其特征在于，所述蒸发器筒体与抽真空装置连接。

4.根据权利要求2所述的连续夹带式薄料层微波蒸发装置，其特征在于，所述铺料辊的上方设有螺旋输送进料床。

5.根据权利要求2所述的连续夹带式薄料层微波蒸发装置，其特征在于，所述筒体的顶部和底部分别设有改向辊。

6.根据权利要求2所述的连续夹带式薄料层微波蒸发装置，其特征在于，所述微波加热装置为设置在筒体上的微波磁控管，所述筒体侧壁上设有与所述微波磁控管的馈口对应的安装孔。

7.根据权利要求2所述的连续夹带式薄料层微波蒸发装置，其特征在于，所述筒体内部设有支撑上滤网带和下滤网带的托辊。

8.根据权利要求2所述的连续夹带式薄料层微波蒸发装置，其特征在于，所述筒体的顶部设有蒸发器上盖和蒸发气体排出管，所述筒体的底部设有集液斗和排液接管。

9.根据权利要求8所述的连续夹带式薄料层微波蒸发装置，其特征在于，所述集液斗中与压力输送泵连接，所述蒸发器筒体内设置多组喷嘴，所述喷嘴与压力输送泵连接。