CN105879416A

CN105879416A - 一种具有表面更新作用的薄层化多折面蒸发器的制造方法

Info

Publication number: CN105879416A
Application number: CN201410820820.5A
Authority: CN
Inventors: 孙余凭; 白云翔
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2016-08-24

Abstract

本发明公开了一种具有表面更新作用的薄层化多折面蒸发器的制造方法，物料在重力作用下沿锥形体锥面向下流动，形成薄层化液膜；锥形体锥面设有扰流物，液体下流是经过扰流物，导致湍动程度加剧，形成物料内部质点向表面传递，表面质点向内部传递的表面更新作用，提高了传热和传质速率。对液膜加热及在真空或常压加热状态下，液体中的易挥发组分被蒸发。经过多次折面蒸发，得到易挥发组分很低的浓缩液物料。

Description

一种具有表面更新作用的薄层化多折面蒸发器的制造方法

技术领域

本发明属于分离过程及环境保护等领域。本发明采用一种具有表面更新作用锥体形蒸发面，物料在重力作用下沿设有扰流物的锥形体锥面向下流动，形成薄层化液膜和表面更新作用，对液膜加热及在真空或常压加热状态下，液体中的易挥发组分被蒸发。经过多次折面蒸发，得到易挥发组分很低的浓缩液物料。

技术背景

本发明处理液体为高粘度液体、高固含量悬浮液、高含盐溶液及高浓度液体等，需要去除液体中大部分水分、溶剂等易挥发性组分，目前常用的工艺有真空釜式蒸馏法及薄膜蒸发法。薄膜蒸发法可采用连续运行模式，但无论是降膜式还是升膜式，都存在能耗高、设备复杂，辅助设施较多，占据空间较大、水份及低沸点物质难以净化至0.5％以下。真空釜式蒸馏法一般采用间歇工作模式，采用夹套蒸汽加热，搅拌器搅动物料方式。真空蒸馏法的优点在于间歇操作时间可根据物料净化程度控制，能够保证产品的含水量，该工艺是国内外广泛采用的方法。该工艺存在的主要问题在于由于单位传热面积、单位蒸发面积均小，导致大搅拌功率、高热量消耗；由于蒸发面积小，蒸发时间长，对易发生氧化反应、分子链断裂反应或缩合反应及热敏性生物物料等，往往会严重影响产品质量；另外间隙化的操作也难以适应大规模连续化生产、稳定化控制的要求。

基于边界层理论，流体在壁面流动时，沿壁面形成流动边界层，在近壁面处的层流边界层内的传质为分子扩散性传质，强化分子扩散传质速率的措施之一是增大扰动性流动；位于液体内部的溶质通过分子传递的方式迁移到液体表面，再汽化进入气相，强化这种传递的方法之一是加快表面更新速率，采用能够加快表面更新速率的技术能够增加溶质汽化速率；通过这些技术均能有效地提高本发明处理液体的蒸发速率。

本发明基于高粘度液体的流动原理、热质传递理论、传质表面更新理论及蒸馏原理，采用超薄化流层技术、气化面表面更新技术，发明了高容积气化面积的薄层化多折面技术与装置，从而实现超薄化蒸发、强化传热，降低停留时间，大大增加单位容积蒸发面积比值，提高产品质量；实现过程的连续稳定运行及产品质量控性精准性，处理能力大幅提高。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有高粘度液体、高固含量悬浮液、高含盐溶液及高浓度液体通过蒸发脱除易挥发性组分的技术存在的问题，本发明提供一种具有表面更新作用的薄层化多折面蒸发器的制造方法。

进料从蒸发器顶部加入，经过液体分布器分布，均匀地分布于上锥体形蒸发面，在重力作用下，液体沿锥面下流，流至近蒸发器内壁面处折转进入下锥体形蒸发面，在重力作用下，液体沿锥面下流，流至中心分布管汇集再分布后折转至下组蒸发面，如此往复进行，直至釜底浓缩液排出。

加热采用夹套与蒸发面下设的盘管组合加热方式。

蒸发采用常压、真空操作方式。蒸发器底边通入惰性携带性气体，加入的目的在于加快易挥发性气体从液体中逸出及对被加热物料保护防止其被氧化。

一种具有表面更新作用的薄层化多折面蒸发器的制造方法所述液体分布器特征为，锯齿型分布器、堰式分布器中的一种或二种，制作材料是金属材料。

所述上锥体形蒸发面特征是，用金属材料制作，锥形蒸发面与水平方向的夹角为5°～60°，锥体下端与蒸发器内壁面间距是5mm～50mm，锥体下端与蒸发器内壁面沿周长方向设3～8个固定支撑架，以固定上锥形蒸发面。锥形蒸发面沿周长方向开设2～12个升气管，以提供蒸发气体向上流动的通道；升气管垂直于蒸发面，升气管下端与锥形蒸发面相平，上端高出锥形蒸发面5mm～60mm，以防止液体通过升气管造成短路。

所述下锥体形蒸发面特征是，用金属材料制作，锥形蒸发面与水平方向的夹角为5°～60°，锥体上端与蒸发器内壁面相连接，以固定锥形蒸发面并使由上锥体蒸发面流下的液体完全流入下锥形蒸发面；锥体形蒸发面沿周长方向开设2～12个升气管，以提供蒸发气体向上流动的通道；升气管垂直于蒸发面，升气管下端与锥形蒸发面相平，上端高出锥形蒸发面5mm～60mm，以防止液体通过升气管造成短路。

所述上、下锥体形蒸发面表面设有扰流物，扰流物是三角形、舌形、圆弧形及作为本领域的技术人员在不脱离本发明技术原理的前提下还可以做出的若干改进与变形的扰流物。扰流物凸出于蒸发表面5mm～30mm，扰流物根据其形状制成阶梯圆环形式、分散排列形式。流体流经扰流物时，受到其干扰，发生流动方向改变，增加湍动流动，层流边界层得到减薄，同时液体内部的质点更容易迁移到表面，表面的质点加快向其内部传递，加快了表面更新，提高了蒸发速率。

所述分布管其特征是，金属材料制作的圆筒体，直径为φ10mm～200mm，高度为50～200mm，其上端与下锥体蒸发面下端相连，以使沿蒸发面下流液体完全流入分布管；分布管下端为锯齿形、圆孔形之中的一种，与之相连的上锥体蒸发面的锥顶位于分布管内，由上层蒸发面流下的液体经再分布后流向下层蒸发面。

所述由上锥体形蒸发面和下锥体形蒸发面构成一个蒸发层，本发明蒸发器的蒸发层是1～150层。

所述操作方式为常压、真空蒸发中的一种及二种组合。

所述惰性携带性气体是与物料接触时无任何化学反应的气体，有二氧化碳、氮气、水蒸汽及氦气中的一种及几种。加入的目的在于加快易挥发性气体从液体中逸出，由惰性携带性气体带出。惰性携带性气体加入和浓缩液排出为共用套管组合件，其内管为惰性携带性气体入口，直径为φ10mm～50mm，插入器内距离最下层蒸发面的高度为50mm～100mm，外管是浓缩液出口，直径为φ40mm～100mm。

所述加热剂是水蒸汽和导热油中的一种，加热温度为50℃～300℃。

附图说明

图1蒸发器结构图

图2上下蒸发面与筒体相对位置

图3干扰物形状与排布

图4分布管结构

具体实施方式

实施例1

用不锈钢材料制作的锥形蒸发器，蒸发面表面密布有凸出高度为6mm弦长为12mm的圆缺形扰流物，按中心距为16mm的间距错排；蒸发面与水平方向的夹角为25°，锥体下端与蒸发器内壁面间距是15mm，锥体下端与蒸发器内壁面沿周长方向设4个固定支撑架。锥形蒸发面沿周长方向开设8个升气管，升气管直径为φ100mm，升气管上端高出锥形蒸发面40mm。蒸发器的蒸发层是10层。采用所述真空蒸发操作方式，真空度为80Kpa，以水蒸气加热，加热温度为95℃，加入少量氮气为携带性气体。从蒸发器由顶部连续加入含水量为5.5％的从太阳能硅片切割废液回收的液体，由蒸发器底部连续得到的液体含水量为0.6％，色泽无变化。

实施例2

用不锈钢材料制作的锥形蒸发器，蒸发面表面设有有凸出高度为6mm宽度为15mm的三角形扰流环带，按梯形排列；蒸发面与水平方向的夹角为20°，锥体下端与蒸发器内壁面间距是15mm，锥体下端与蒸发器内壁面沿周长方向设4个固定支撑架。锥形蒸发面沿周长方向开设8个升气管，升气管直径为φ100mm，升气管上端高出锥形蒸发面40mm。蒸发器的蒸发层是10层。采用所述真空蒸发操作方式，真空度为80Kpa，以水蒸气加热，加热温度为95℃，加入少量氮气为携带性气体。从蒸发器由顶部连续加入含水量为6.5％的从太阳能硅片切割废液回收的液体，由蒸发器底部连续得到的液体含水量为0.8％，色泽无变化。

Claims

1.一种具有表面更新作用的薄层化多折面蒸发器的制造方法其特征在于：蒸发器为由金属制作的圆形筒体，外部设有保温层，内由物料进料管、液体进料分布器、上锥体形蒸发面、下锥体形蒸发面、分布管、加热夹套、加热盘管、套管组合件及气相出口管构成。

2.根据权利要求1所述一种薄层化多折面蒸发器，其特征在于：所述物料进料为高粘度液体、高固体含量悬浮液、高盐含量溶液及高浓度溶液中的一种及几种。

3.根据权利要求1所述一种薄层化多折面蒸发器，其特征在于：液体进料分布器为圆形锯齿式。

4.根据权利要求1所述一种薄层化多折面蒸发器，其特征在于：上锥体形蒸发面表面设有扰流物，蒸发面与水平方向的夹角为5°～60°，锥体下端与蒸发器内壁面间距是5mm～50mm，锥体下端与蒸发器内壁面沿周长方向设3～8个固定支撑架，以固定锥形蒸发面；锥形蒸发面沿周长方向开设2～12个升气管，升气管垂直于蒸发面，升气管下端与锥形蒸发面相平，上端高出锥形蒸发面2mm～60mm；所述下锥体形蒸发面表面设有扰流物，蒸发面与水平方向的夹角为5°～60°，锥体上端与蒸发器内壁面相连接，锥体形蒸发面沿周长方向开设2～12个升气管，升气管垂直于蒸发面，升气管下端与锥形蒸发面相平，上端高出锥形蒸发面2mm～60mm；所述扰流物是三角形、舌形、圆弧形中的一种和几种；扰流物凸出于蒸发表面2mm～30mm，扰流物根据其形状制成阶梯圆环形式、分散排列形式；所述分散排列形式是根据扰流物形状制成圆形、矩形中的一种或二种，按顺排或错排的方式均匀排布在蒸发面表面。

5.根据权利要求1所述一种薄层化多折面蒸发器，其特征在于：所述分布管直径为φ10～200mm，高度为50～200mm，上端与下锥体蒸发面下端相连，分布管下端为锯齿形、圆孔形之中的一种，与之相连的上锥体蒸发面的锥顶位于分布管内，由上层蒸发面流下的液体经再分布后流向下层蒸发面。

6.根据权利要求4和5所述一种薄层化多折面蒸发器，其特征在于：所述液体流动方向是由上锥体形蒸发面折流至下锥形体蒸发面，经分布管汇集和分布后再折流到下一蒸发面，如此反复流向。

7.根据权利要求5所述一种薄层化多折面蒸发器，其特征在于：由上锥体形蒸发面和下锥体形蒸发面构成构成一层蒸发层，蒸发器内有1～150层蒸发层。

8.根据权利要求1所述一种薄层化多折面蒸发器，其特征在于：加热采用夹套加热与蒸发面下设的盘管加热组合方式。

9.根据权利要求1所述一种薄层化多折面蒸发器，其特征在于：蒸发器底边通入惰性携带性气体，所述惰性携带性气体是与物料接触时无任何化学反应的气体，有二氧化碳、氮气、水蒸汽及氦气中的一种及几种。