CN105251225B - 一种多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置，包括筒体、中心轴和多个相间叠层设置的回转锥面碟片组件和固定锥面碟片组件，所述回转锥面碟片组件与所述中心轴固定连接，所述固定锥面碟片组件固定在所述筒体上；所述筒体的上方设有料液加料接管和蒸发气体导出接管，所述筒体上设有微波加热装置。本发明将料液分散成均匀的薄膜层，来增加膜层的比表面积和对微波能量的吸收强度，提高料液的蒸发效率；消除了加热蒸汽对蒸发器内气相的增量作用，有助于降低料液膜层气液界面上的压力，使蒸发温度有利于热敏性挥发性组分的低温蒸发，配合冷凝和气液分离装置，可实现蒸馏、提取作业。

Description

一种多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置

技术领域

本发明涉及液体混合物蒸发分离或浓缩技术领域，更具体地说，涉及一种多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置。

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。利用液体混合物中各组分挥发度的差别，将液体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。

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、高位溢槽、泵和接收槽，萃取腔的前后端设有开口，传送带穿过萃取腔的前后端，传送带上有均匀分布的微孔，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。

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。

通过上述专利可知，除CN 103752028A涉及在薄膜蒸发的基础上，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，提供一种料液膜层薄，比表面积大，流膜速度快的多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置，其采用微波辐照对薄膜层体相均匀加热的方式，以较低的低温，进行快速高效蒸发。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置，包括筒体、中心轴和多个相间叠层设置的回转锥面碟片组件和固定锥面碟片组件，所述回转锥面碟片组件与所述中心轴固定连接，所述固定锥面碟片组件固定在所述筒体上；所述筒体的上方设有料液加料接管和蒸发气体导出接管，所述筒体上设有微波加热装置。

上述方案中，所述固定锥面碟片组件包括固定连接的固定锥面碟片和固定锥面碟片定位圈，所述固定锥面碟片定位圈紧贴筒体设置。固定锥面碟片和固定锥面碟片定位圈通过焊接方式，或/和螺栓联接方式，或/和铆接方式组成一体结构，所述固定锥面碟片上的内圆孔径D1的范围为(0.150～0.450)×D0，所述固定锥面碟片组件的高度GH的范围为(0.150～0.450)×D0，所述固定锥面碟片定位圈的高度Gh的范围为(0.200～0.550)×D0。

上述方案中，顶层固定锥面碟片的锥面与中心轴轴线的夹角β范围为30°～60°，取值与回转锥面碟片的锥面与中心轴轴线的夹角β一致。

上述方案中，所述微波加热装置包括微波馈口透波片、波导和磁控管，所述筒体和固定锥面碟片定位圈上设有与微波馈口透波片对应的安装孔，所述波导固定在筒体外壁，磁控管与波导固定连接。

上述方案中，回转锥面碟片组件包括回转锥面碟片、回转锥面碟片叶片和回转锥面碟片定位圈组成，通过焊接方式，或/和螺栓联接方式，或/和铆接方式组成一体结构，所述回转锥面碟片组件上的回转锥面碟片上端外圆直径D4的范围为(0.550～0.900)×D0，所述回转锥面碟片锥底外圆直径也为D3的范围为(0.150～0.400)×D0，所述回转锥面碟片组件的高度DH的范围为(0.150～0.400)×D0，所述回转锥面碟片定位圈的高度Dh范围为(0.200～0.500)×D0，D0为所述固定锥面碟片组件上的所述固定锥面碟片定位圈的外圆直径。

上述方案中，回转锥面碟片的锥面与中心轴轴线的夹角β范围为30°～60°。

上述方案中，回转锥面碟片叶片的数量为4～12片，均布地焊接在所述回转锥面碟片的外表面。

上述方案中，所述中心轴上端以动配合装配方式嵌套在上轴承组件中；所述顶层回转锥面碟片通过所述顶层回转锥面碟片定位圈与中心轴以花键联接，并通过顶层回转锥面碟片定位圈沿轴向最上层定位，所述回转锥面碟片通过所述回转锥面碟片定位圈与中心轴以花键联接，并通过回转锥面碟片定位圈沿轴向在所述顶层回转锥面碟片定位圈的下方定位。

上述方案中，固定锥面碟片组件通过所述固定锥面碟片定位圈活套在所述筒体内壁中，上下相邻的固定锥面碟片组件以定位销的定位方式，使叠层的所有固定锥面碟片组件的轴线与中心轴同轴，并通所述固定转锥面碟片定位圈沿轴向定位。

上述方案中，通过以下依次顺序装配：将中心轴下端以动配合装配方式嵌套在下轴承组件中；将所述浓缩液抛洒盘套入中心轴花键键槽中，压在下端中心轴轴肩处；将下定位轴套套入中心轴花键键槽中，压在浓缩液抛洒盘上；将所述固定锥面碟片组件压在机座筒体的法兰止口中定位；将回转锥面碟片组件套入中心轴花键键槽中，压在下定位轴套上；将另一个固定锥面碟片组件压在下面已装好的固定锥面碟片组件上，再将另一个回转锥面碟片组件套入中心轴花键键槽中，压在下面已装好的回转锥面碟片组件上，以此方式交替装配各回转锥面碟片组件和固定锥面碟片组件；直至装配到最上端的所述顶层回转锥面碟片组件套入中心轴花键键槽中，通过紧定圆螺母将套入中心轴花键键槽中的所有部件锁紧；最上端的固定锥面碟片组件通过一个上定位圈和筒体上盖压紧，中心轴上端以动配合装配方式嵌套在上轴承组件中。

上述方案中，所述波导通过法兰和螺栓与筒体密封联接，每个波导的馈口与固定锥面碟片定位圈上端外圆平齐，馈口相应的固定锥面碟片定位圈内表面处，以聚四氟乙烯材料制作的微波馈口透波片通过法兰和螺钉同弧平齐密封遮盖。

上述方案中，所述磁控管的微波频率可选用2450MHz，或915MHz，当料液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，2.7～20kW；915MH，5～120kW；采用脉冲电源加载，红外传感器测定温度范围为25～100℃，通过脉冲电源的脉宽和脉间距可连续调整；所述蒸发气体导出接管0113处的真空度为0.035～0.095MPa，由真空机组调整控制；所述中心轴0108转速范围200～1450r.p.m.，由变频电机或伺服电机调速控制。

本发明多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置，具有回转和固定的两组倒置锥面碟片同轴相间叠层设置结构，其中，回转锥面碟片组相间固定在中心轴上做旋转运动。当料液由上端加料口喷洒到最上层的所述回转锥面碟片的内表面上时，在离心力沿所述回转锥面碟片内表面的切向分力作用下，料液在内表面上铺展成均匀的膜层，并在离心力沿所述回转锥面碟片内表面的法向分力作用下，膜层紧贴碟片内表面形成均匀的薄膜层。由于切向分力沿倒置的所述锥面碟片表面向上作用，使料液在所述回转锥面碟片表面形成向上的连续膜层流动，即使料液沿内表面向所述回转锥面碟片的外圆流动。

当料液沿内表面流动到所述回转锥面碟片的外圆处时，在重力作用下，料液流入与所述回转锥面碟片其相间的下一层固定锥面碟片内表面相应的外圆处，并沿所述固定锥面碟片内表面汇集流动至接近所述中心轴的所述固定锥面碟片内圆处，在此过程中，料液在重力沿所述固定锥面碟片内表面切向分力的作用下，仍以连续膜层流动方式在所述固定锥面碟片内表面上铺展成均匀的膜层；汇集流动至所述固定锥面碟片内圆处的料液，在重力作用下，继续落入与所述固定锥面碟片相间的下一层所述回转锥面碟片的内表面上相应的内圆处。以此方式，料液在离心力和重量作用下，交替在回转和固定的两组锥面碟片内表面上形成均匀连续流薄膜层。

液体膜层越薄，受热蒸发越快，膜层流速可提高，蒸发量增加。同时，膜层数量越多，比表面积越大，蒸发量也越大。因此，所述多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置，通过交替在回转和固定的两组数量较多的锥面碟片内表面上形成均匀膜层，来提高料液的蒸发效率。

另一方面，当介质和微波源一定时，料液膜层对微波能量的吸收主要决定于料液膜层所处位置处的微波电场强度值，而水是高电损介质，微波能量在水中会迅速衰减，因此，料液薄膜层中的微波电场强度值要远大于液位较深料液内部的微波电场强度值，膜层越薄，微波能量的衰减越小，因此，均匀连续料液薄膜层，可显著提高其对微波能量的吸收作用。

此外，料液膜层吸收微波能量强度与膜层的温度有关，随着温度的升高，吸收微波能量强度呈下降趋势。而快速连续流的料液薄膜层，使吸收的微波能量主要转化成液气的相变潜热，并随着料液薄膜层流量的增加，对微波能量的吸收增加，膜层温度维持在一控制值上，故不存在温度升高对微波能量吸收作用的抑制问题。

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，使蒸发器在真空机组的抽吸作用下，真空度显著提高，这有助于降低料液膜层气液界面上的压力，以利于挥发性组分在低温下的蒸发，既可提高料液的蒸发效率，降低挥发性气体后续冷凝的气液分离负荷，也减小了可能的过热作用对挥发性组分品质的影响。

利用微波加热过程中，热惯性小、可控制性好的特性，通过微波的脉冲辐照加载控制，对蒸发温度进行较为精准的控制，进一步提高挥发性组分的品质。

通过对所述回转和固定的两组相间的倒置锥面碟片结构的合理设计和波导馈口的位置布置，蒸发器内形成多个使电磁场约束在一定结构空间内，并形成电磁振荡的组合微波谐振腔，来提高微波对料液膜层的加热作用。

若将排出所述多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置的料液挥发性气体，抽吸进入冷凝装置和气液分离装置，即可进行蒸馏作业。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。

实施本发明的多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置，具有以下有益效果：

通过多层碟片的离心与重力作用将料液分散成均匀的薄膜层，来增加膜层的比表面积和对微波能量的吸收强度，提高料液的蒸发效率；通过微波辐照的加热方式和合理的微波谐振腔结构设计，提高了加热效率，消除了加热蒸汽对蒸发器内气相的增量作用，有助于降低料液膜层气液界面上的压力，使蒸发温度有利于热敏性挥发性组分的低温蒸发，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为多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置的主视剖面图；

图2为顶层回转锥面碟片组件的主视剖面图；

图3为图2顶层回转锥面碟片组件的仰视图；

图4为回转锥面碟片组件的主视剖面图；

图5为图4回转锥面碟片组件的仰视图；

图6为固定锥面碟片组件的主视剖面图；

图7为图6固定锥面碟片组件的仰视图。

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。

如图1所示，本发明提供的一种多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置01，其结构包括：料液加料接管0101，上轴承组件0102，料液喷嘴0103，筒体0104，回转锥面碟片组件0105，固定锥面碟片组件0106，红外测温器0107，中心轴0108，下定位轴套0109，浓缩液收集斗0110，浓缩液排料接管0111，下轴承组件0112，蒸发气体导出接管0113，筒体上盖0114，紧定圆螺母0115，顶层回转锥面碟片组件0116，微波馈口透波片0117，波导0118，磁控管0119，浓缩液抛洒盘0120，机座筒体0121，积液排出接管0122，传动带轮0123。

如图2和图3所示，所述顶层回转锥面碟片组件0116由顶层回转锥面碟片01161、顶层回转锥面碟片叶片01162和顶层回转锥面碟片定位圈01163组成，所述顶层回转锥面碟片叶片01162的数量为4～12片，本实施例中优选地，6片。

如图4和图5所示，所述回转锥面碟片组件0105由回转锥面碟片01051、回转锥面碟片叶片01052和回转锥面碟片定位圈01053组成，回转锥面碟片叶片01052的数量为4～12片，本实施例中优选地，6片。

如图6和图7所示，所述固定锥面碟片组件0106由固定锥面碟片01061和回转锥面碟片定位圈01062组成。

如图1～图7所示，所述固定锥面碟片组件0106上的固定锥面碟片定位圈01061的外圆直径为D0；所述固定锥面碟片组件0106上的固定锥面碟片01061上的内圆孔径为D1；所述固定锥面碟片组件0106的高度为GH；所述固定锥面碟片定位圈01062的高度为Gh；所述顶层回转锥面碟片组件0116上的顶层回转锥面碟片01161上端外圆直径为D2；所述顶层回转锥面碟片组件0116上的顶层回转锥面碟片01161锥底外圆直径为D3；所述顶层回转锥面碟片组件0116的高度为DH1；所述回转锥面碟片组件0105上的回转锥面碟片01051上端外圆直径为D4；所述回转锥面碟片组件0105上的回转锥面碟片01051锥底外圆直径也为D3，所述回转锥面碟片组件0105的高度为DH，所述回转锥面碟片定位圈01053的高度为Dh；所述筒体0104高度为H，所述机座筒体0121的高度为h；所述回转锥面碟片01051、顶层回转锥面碟片01161和所述固定锥面碟片01061锥面与中心轴0108轴线的夹角均为β。

如图1～图7所示，所述料液加料接管0101焊接在所述筒体上盖0114的偏心位置上，所述料液加料接管0101下端与所述料液喷嘴0103通过管螺纹密封联接；所述上轴承组件0102轴线与筒体上盖0114轴线同轴布置，并通过螺栓密封联接，所述中心轴0108上端以动配合装配方式嵌套在上轴承组件0102中；所述回转锥面碟片0105通过所述回转锥面碟片定位圈01053与中心轴0108以花键联接，并通过回转锥面碟片定位圈01053沿轴向定位，回转锥面碟片组件0105由所述回转锥面碟片01051、所述回转锥面碟片叶片01052和回转锥面碟片定位圈01053通过焊接方式组成一体结构；所述固定锥面碟片组件0106通过所述固定锥面碟片定位圈01062活套在所述筒体0104内壁中，上下相邻的固定锥面碟片组件0106以定位销的定位方式，使叠层的所有固定锥面碟片组件0106的轴线与中心轴0108同轴，并通过所述固定转锥面碟片定位圈01062沿轴向定位，固定锥面碟片组件0106由所述固定锥面碟片01061和固定锥面碟片定位圈01062通过焊接方式组成一体结构；所述筒体0104可分为2～4段，通过法兰和螺栓密封联接，相应波导0118也分为2～4段；所述红外测温器0107与筒体0104，通过法兰和螺栓密封联接，红外测温光斑贯穿所述筒体0104和所述固定锥面碟片定位圈01062相应的通孔至筒体0104内部；所述蒸发气体导出接管0113焊接在筒体上盖0114的偏心位置上，筒体上盖0114与筒体0104的上法兰通过螺栓密封联接；所述浓缩液收集斗0110和所述浓缩液排料接管0111与所述机座筒体0121通过焊接方式组成一体结构；所述积液排出接管0122焊接在机座筒体0121底部；所述下轴承组件0112轴线与机座筒体0121轴线同轴布置，并通过螺栓密封联接在机座筒体0121底部，中心轴0108下端以动配合装配方式嵌套在下轴承组件0112中，所述传动带轮0123通过平键联接在中心轴0108的轴端；所述波导0118通过法兰和螺栓与筒体0104密封联接，每个波导0118的馈口与固定锥面碟片定位圈01062上端外圆平齐，馈口相应的固定锥面碟片定位圈01062内表面处，以聚四氟乙烯材料制作的微波馈口透波片0117通过法兰和螺钉同弧平齐密封遮盖，所述磁控管0119与所述波导0118通过法兰和螺钉密封联接。

如图1所示，按以下顺序依次装配：将中心轴0108下端以动配合装配方式嵌套在下轴承组件0112中；将所述浓缩液抛洒盘0120套入中心轴0108花键键槽中，压在下端中心轴0108轴肩处；将下定位轴套0109套入中心轴0108花键键槽中，压在浓缩液抛洒盘0120上；将所述固定锥面碟片组件0106压在机座筒体0121的法兰止口中定位；将回转锥面碟片组件0105套入中心轴0108花键键槽中，压在下定位轴套0109上；将另一个固定锥面碟片组件0106压在下面已装好的固定锥面碟片组件0106上，再将另一个回转锥面碟片组件0105套入中心轴0108花键键槽中，压在下面已装好的回转锥面碟片组件0105上，以此方式交替装配各回转锥面碟片组件0105和固定锥面碟片组件0106；直至装配到最上端的所述顶层回转锥面碟片组件0116套入中心轴0108花键键槽中，通过紧定圆螺母0115将套入中心轴0108花键键槽中的所有部件锁紧；最上端的固定锥面碟片组件0106通过一个上定位圈和筒体上盖0114压紧，中心轴0108上端以动配合装配方式嵌套在上轴承组件0102中。

如图1～图7所示，所述固定锥面碟片组件0106上的固定锥面碟片定位圈01062的外圆直径为D0时，所述固定锥面碟片组件0106上的固定锥面碟片01061上的内圆孔径：D1＝(0.150～0.450)×D0，本实施例中优选地，D1＝0.292D0；所述固定锥面碟片组件0106的高度：GH＝(0.150～0.450)×D0，本实施例中优选地，GH＝0.294D0；所述固定锥面碟片定位圈01062的高度：Gh＝(0.200～0.550)×D0，本实施例中优选地，Gh＝0.319D0；所述顶层回转锥面碟片组件0116上的顶层回转锥面碟片01161上端外圆直径：D2＝(0.650～0.920)×D0，本实施例中优选地，D2＝0.834D0；所述顶层回转锥面碟片组件0116上的顶层回转锥面碟片01161锥底外圆直径：D3＝(0.150～0.400)×D0，本实施例中优选地，D3＝0.235D0；所述顶层回转锥面碟片组件0116的高度：DH1＝(0.150～0.450)×D0，本实施例中优选地，DH1＝0.272D0；所述回转锥面碟片组件0105上的回转锥面碟片01051上端外圆直径：D4＝(0.550～0.900)×D0，本实施例中优选地，D4＝0.723D0；所述回转锥面碟片组件0105上的回转锥面碟片01051锥底外圆直径也为D3＝(0.150～0.400)×D0，本实施例中优选地，D3＝0.235D0；所述回转锥面碟片组件0105的高度：DH＝(0.150～0.400)×D0，本实施例中优选地，DH＝0.223D0；所述回转锥面碟片定位圈01053的高度：Dh＝(0.200～0.500)×D0，本实施例中优选地，Dh＝0.311D0；所述筒体0104高度：H＝(1.500～4.500)×D0，本实施例中优选地，H＝2.698D0；所述机座筒体0121的高度：h＝(0.300～2.000)×D0，本实施例中优选地，h＝0.575D0；所述回转锥面碟片01051、顶层回转锥面碟片01161和所述固定锥面碟片01061锥面与中心轴0108轴线的夹角均为β＝30°～60°，本实施例中优选地，β＝47°。

所述磁控管0119的微波频率可选用2450MHz，或915MHz，当料液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，2.7～20kW；915MH，5～120kW；采用脉冲电源加载，红外传感器测定温度范围为25～100℃，通过脉冲电源的脉宽和脉间距可连续调整；所述蒸发气体导出接管0113处的真空度为0.035～0.095MPa，由真空机组调整控制；所述中心轴0108转速范围200～1450r.p.m.，由变频电机或伺服电机调速控制。

所述多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置01与微波接触的部件，除微波馈口透波片0117为聚四氟乙烯外，其它可选不锈钢、铝、铜等导电性能优良的材料，优选地，不锈钢材料，如不锈钢SUS304。

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 (7)

1.一种多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置，其特征在于，包括筒体、中心轴和多个相间叠层设置的回转锥面碟片组件和固定锥面碟片组件，所述回转锥面碟片组件与所述中心轴固定连接，所述固定锥面碟片组件固定在所述筒体上；所述筒体的上方设有料液加料接管和蒸发气体导出接管，所述筒体上设有微波加热装置；

所述回转锥面碟片组件包括固定连接的回转锥面碟片和回转锥面碟片定位圈，所述回转锥面碟片定位圈固定在所述中心轴上，所述回转锥面碟片为锥形，其表面设置回转锥面碟片叶片；

所述固定锥面碟片组件包括固定连接的固定锥面碟片和固定锥面碟片定位圈，所述固定锥面碟片定位圈紧贴筒体设置；所述微波加热装置包括微波馈口透波片、波导和磁控管，所述筒体和固定锥面碟片定位圈上设有与微波馈口透波片对应的安装孔，所述波导固定在筒体外壁，磁控管与波导固定连接；

当料液由上端加料口喷洒到最上层的所述回转锥面碟片的内表面上时，在离心力沿所述回转锥面碟片内表面的切向分力作用下，料液在内表面上铺展成均匀的膜层，并在离心力沿所述回转锥面碟片内表面的法向分力作用下，膜层紧贴回转锥面碟片内表面形成均匀的薄膜层；由于切向分力沿倒置的所述回转锥面碟片表面向上作用，使料液在所述回转锥面碟片表面形成向上的连续膜层流动，即使料液沿内表面向所述回转锥面碟片的外圆流动。

2.根据权利要求1所述的多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置，其特征在于，所述筒体的下端与机座筒体连接，所述机座筒体内设有浓缩液收集斗，所述浓缩液收集斗与浓缩液排料接管连接。

3.根据权利要求2所述的多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置，其特征在于，所述浓缩液收集斗的底部设有冷凝液排出管。

4.根据权利要求2所述的多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置，其特征在于，所述浓缩液收集斗内部设有浓缩液抛洒盘，所述浓缩液抛洒盘固定在中心轴上。

5.根据权利要求2所述的多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置，其特征在于，位于最下方的固定锥面碟片压在机座筒体的法兰止口中定位。

6.根据权利要求1所述的多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置，其特征在于，所述中心轴与驱动装置连接。

7.根据权利要求1所述的多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置，其特征在于，所述筒体上设有红外测温器，红外测温光斑贯穿所述筒体和所述固定锥面碟片定位圈相应的通孔至筒体内部。