CN106237645A - 一种水蒸汽蒸馏设备及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水蒸汽蒸馏设备，包括高效蒸发器、节能控温顺逆流并联换热器、稳液分液器及产品收集罐，可应用于各类化工产品的节能高效水蒸汽蒸馏、提纯等领域，特别是可用于较高沸点及比重随温度变化明显的化工产品的分离提纯，实现了物料的快速汽化、完全冷凝、控温出料、高效分液、便捷提纯和节能循环，显著降低了蒸馏系统总能耗，大幅缩短了生产周期，并有效消除了物料泄漏、环境污染及潜在的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及化工行业的蒸馏技术领域，尤其是一种水蒸汽蒸馏设备及其实现方法。
背景技术
蒸馏技术广泛应用于化工生产中，可实现产品的分离和提纯。目前常规的蒸馏技术和设备中，物料汽化效率低，气态产品冷凝不充分，馏分温度不可控，分离效果差，连续生产中反复的升降温过程增加很多不必要的能量消耗，造成蒸馏过程的能耗巨大，生产周期漫长，产品损失严重，环境污染严重，且蒸馏设备存在潜在安全隐患，同时也不适用于较高沸点及比重随温度变化明显的化工产品的分离提纯，是化工生产实现节能减排、提高效率、降低成本和安全生产的关键瓶颈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种水蒸汽蒸馏设备。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供采用上述水蒸汽蒸馏设备的节能高效水蒸汽蒸馏技术的实现方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种水蒸汽蒸馏设备，包括高效蒸发器、换热器、稳液分液器和产品罐，其中，
所述高效蒸发器的主体为罐装结构，其罐体上方分别设有蒸发器出气口、蒸发器进液口和蒸发器真空管；
所述换热器包括主换热器和副换热器，所述主换热器和副换热器的底部通过换热器导管连通形成顺逆流并联换热器，所述换热器导管上设有换热器出料口，所述主换热器顶部设有换热器进气口，所述高效蒸发器的蒸发器出气口通过拔气管与该换热器进气口连通；
所述稳液分液器的主体为罐装结构，其罐体顶部设有分液器进料管，罐体内部设有分液器导流桶/板，罐壁上部对称设有轻组分出口，罐壁下部对称设有重组分出口，其中，一侧轻组分出口和重组分出口依次连接液封后通过剩余组分导管与高效蒸发器的蒸发器进液口连通，另一对称侧的轻组分出口和重组分出口通过产品导管与所述产品罐连通。
优选的，上述水蒸汽蒸馏设备，还包括夹套，所述夹套设置于所述高效蒸发器的罐体外部，所述夹套上设有导热油入口和导热油出口。
优选的，上述水蒸汽蒸馏设备，所述换热器由主换热器和副换热器组成，所述主换热器和副换热器均具有罐状换热器腔体，所述主副换热器腔体并排设置，所述顺逆流并联换热器还包括进气口、排空口、出料口、换热器导管、第一冷却液进口、第二冷却液进口、第一冷却液出口、第二冷却液出口、进气口阀门和导管阀门，其中，所述进气口设置于主换热器的腔体顶部，所述进气口阀门设置于该进气口端口与主换热器腔体之间，所述排空口设置于副换热器的腔体顶部，所述换热器导管设置于主换热器腔体和副换热器腔体底部、并将主换热器腔体和副换热器腔体相连通，所述出料口设置于该换热器导管底部，所述导管阀门固定于换热器导管上并近副换热器腔体底部设置，所述第一冷却液进口设置于主换热器腔体下部侧壁上，所述第一冷却液出口设置于主换热器腔体上部侧壁上，所述第二冷却液进口设置于副换热器腔体下部侧壁上，所述第二冷却液出口设置于副换热器腔体上部侧壁上。
优选的，上述水蒸汽蒸馏设备，所述副换热器传热面积为主换热器传热面积的50％至100％。
优选的，上述水蒸汽蒸馏设备，所述进气口直径大于排空口直径。
优选的，上述水蒸汽蒸馏设备，所述换热器导管直径不大于进气口直径，且不小于排气口直径。
优选的，上述水蒸汽蒸馏设备，所述出料口位于换热器导管底部中间位置。
优选的，上述水蒸汽蒸馏设备，所述进气口阀门为球阀或蝶阀。
优选的，上述水蒸汽蒸馏设备，所述导管阀门为球阀或蝶阀。
采用上述水蒸汽蒸馏设备的节能高效水蒸汽蒸馏技术，包括蒸发、拔气、高效冷凝、物料分离、产品接收和水相回流，具体实现方法如下：
(1)在高效蒸发器中，粗产品以水蒸汽共沸物形式快速汽化，经拔气管进入换热器，其中，对于共沸物沸点低于110℃的物料，采用系统常压水蒸气蒸馏；对于共沸物沸点高于110℃的物料，采用系统负压水蒸气蒸馏，即通过蒸发器真空管辅以减压条件达到快速汽化；
(2)共沸物料在主(顺流)换热器中部分冷凝，剩余未冷凝物料在副(逆流)换热器中完全冷凝，即要保持冷却物料的较高温度，又要避免气体物料未经冷却进入稳液分液器；
(3)冷却后液态物料经导流桶/板引流进入稳液分液器，在稳液分液器中进行轻重组分的分离，其中有机相收集进入产品罐，水相(冷凝水)流回蒸发器中。
本发明结构有如下有益效果：
上述水蒸汽蒸馏设备，可应用于各类化工产品的节能高效水蒸汽蒸馏、提纯等领域，特别是可用于较高沸点及比重随温度变化明显的化工产品的分离提纯，实现了物料的快速汽化、完全冷凝、控温出料、高效分液、便捷提纯和节能循环，显著降低了蒸馏系统总能耗，大幅缩短了生产周期，并有效消除了物料泄漏、环境污染及潜在的安全隐患，具有较强的市场竞争力。
附图说明
图1是本发明所述水蒸汽蒸馏设备的结构示意图。
图中：1为夹套，2为高效蒸发器，3为蒸发器出气口，4为拔气管，5为换热器进气口，6为主换热器，7为换热器导管，8为副换热器，9为换热器出料口，10为分液器进料管，11为分液器导流桶/板，12为轻组分出口，13为重组分出口，14为产品导管，15为产品罐，16为剩余组分导管，17为蒸发器进液口，18为蒸发器真空管，19为液封，20为稳液分液器，A为导热油流入路线，B为导热油流出路线，C为冷却液流出路线，D为冷却液流入路线。
具体实施方式
为进一步说明本发明，现配合附图进行详细阐述：
如图1所示，所述水蒸汽蒸馏设备，包括高效蒸发器2、夹套1、换热器、稳液分液器20和产品罐15，其中，
所述高效蒸发器的主体为罐装结构，其罐体上方分别设有蒸发器出气口3、蒸发器进液口17和蒸发器真空管18；
所述夹套1设置于所述高效蒸发器的罐体外部，所述夹套上设有导热油入口和导热油出口；当设备工作时，导热油进入夹套对高效蒸发器进行加热，对于沸点高于110℃的物料，通过蒸发器真空管进行减压操作，物料沸腾后气体由蒸发器出气口导出并经拔气管进入换热器中；
所述换热器包括主换热器6和副换热器8，主、副换热器的面积比为1：1，所述主换热器和副换热器均具有管壳式结构的罐状换热器腔体，腔体材质为石墨(也可以为玻璃、铜、碳钢或不锈钢)，所述主副换热器腔体并排设置，该主换热器和副换热器的底部通过换热器导管7连通形成顺逆流并联换热器，所述换热器还包括进气口5、排空口、第一冷却液进口、第二冷却液进口、第一冷却液出口、第二冷却液出口、进气口阀门和导管阀门，其中，所述第一冷却液进口设置于主换热器腔体下部侧壁上，所述第一冷却液出口设置于主换热器腔体上部侧壁上，所述第二冷却液进口设置于副换热器腔体下部侧壁上，所述第二冷却液出口设置于副换热器腔体上部侧壁上，所述进气口5设置于主换热器的腔体顶部，所述进气口阀门为球阀(也可以为蝶阀)，所述进气口阀门设置于该进气口端口与主换热器腔体之间，所述排空口设置于副换热器的腔体顶部，所述进气口直径大于排空口直径，所述换热器导管上设有换热器出料口9，所述高效蒸发器的蒸发器出气口通过拔气管4与该换热器进气口连通，所述导管阀门固定于换热器导管上并近副换热器腔体底部设置；当设备工作时，冷却液依次流经主(副)、副(主)换热器，气体经拔气管由换热器进气口通入主换热器，在主换热器内完成主要冷凝过程，未冷凝的气态物料经换热器导管由底部逆向进入副换热器完成剩余的热量交换，完全冷凝的液态物料由导管底部汇集至出换热器料口，调节换热器进气口阀门流量和换热器导管阀门流量可精确调控出料温度，液态物料以设定的出料温度由出料口经稳液分液器进料管进入稳液分液器内；
所述稳液分液器的主体为罐装结构，其罐体顶部设有分液器进料管10，罐体内部设有分液器导流桶/板11，罐壁上部对称设有轻组分出口12，罐壁下部对称设有重组分出口13，其中，一侧轻组分出口和重组分出口依次连接液封19后通过剩余组分导管16与高效蒸发器的蒸发器进液口连通，使剩余组分流回高效蒸发器中，另一对称侧的轻组分出口和重组分出口通过产品导管14与所述产品罐15连通；当设备工作时，高温液态物料由分液器进料管首先经导流桶/板有效缓冲后再进入罐体，彻底消除了导流桶/板另一侧物料的湍动，使轻重两相分界面平静清晰，快速完成轻重组分的完全分离，所需组分流入产品罐，剩余组分保持出料温度经剩余组分导管流回高效蒸发器重新汽化，完成一次蒸馏过程。
上述水蒸汽蒸馏设备在应用过程中，蒸馏方法如下：
(I)包括蒸发、拔气、高效蒸发器冷凝、稳液分液器物料分离、产品接收、水相回流等几个单元工艺技术；
(II)在蒸发器中，粗产品以水蒸汽共沸物形式快速汽化，经拔气管进入节能高效顺逆流并联换热器；
(III)共沸物料在主(顺流)换热器中部分冷凝，剩余未冷凝物料在副(逆流)换热器中完全冷凝，即要保持冷却物料的较高温度，又要避免气体物料未经冷却进入分液器；
(IV)冷却后液态物料经导流桶(板)引流进入稳液分液器，在稳液分液器中进行轻重组分的分离，其中有机相收集进入产品罐，水相(冷凝水)流回蒸发器中；其中，
所述步骤(II)，对于共沸物沸点低于110℃的物料，采用系统常压水蒸气蒸馏；对于共沸物沸点高于110℃的物料，采用系统负压水蒸气蒸馏，即通过蒸发器真空管辅以减压条件达到快速汽化。
所述步骤(II I)，所用高效蒸发器的冷却面积和主、副换热器的面积比，可以根据具体物料性质和系统配置进行调整，以保证共沸物料被全部冷凝，并且保持物料在设定温度分离。保持水相在高温下直接流回至蒸发器，有效降低了系统的热量和能量消耗，缩短了生产周期。
所述步骤(III)的出料温度，通过调节副(逆流)换热器底部阀门流量进行设定，可以在共沸物料的凝固点和沸点之间具体调控物料温度值。
所述步骤(IV)液态物料于稳液分液器内经导流桶/板缓冲后进入稳液分液器罐体内，彻底消除了导流桶/板另一侧物料的湍动，使轻重两相分界面平静清晰，快速完成轻重组分的完全分离。
所述步骤(IV)液态物料中，根据水相和特定有机相的密度差异，有机物料既可以从稳液分液器上出料口分出，也可以从稳液分液器下出料口分出，而水相则从另一端出口分出，实现水相和有机相分离。
上述水蒸汽蒸馏设备的具体应用例如下：
应用例1
丙基苯硫酚的高效蒸馏提纯
丙基苯硫酚粗品与水的混合物料置于高效蒸发器中，夹套内通入220℃导热油，通过蒸发器真空管控制体系真空度为0.09MPa，保持搅拌，混合物料快速汽化，水蒸气夹带着气态产品经拔气管进入节能控温顺逆流并联换热器内，主、副换热器的面积比为1：1，调节换热器进气口和导管阀门流量比为2：1，馏分完全冷凝，保持60℃出料温度，经稳液分液器内设的导流桶(板)平稳进入分液器内部，下层水相保持60℃左右直接流回蒸发器再次汽化，参与下一轮蒸馏过程，上层产品在60℃时比重恒定且明显小于水，与水迅速完全分离后进入产品罐，含量约为96.0％。
应用例2
甲基苯硫酚的高效蒸馏提纯
甲基苯硫酚粗品与水的混合物料置于高效蒸发器中，夹套内通入200℃导热油，通过蒸发器真空管控制体系真空度为0.09MPa，保持搅拌，混合物料快速汽化，水蒸气夹带着气态产品经拔气管进入节能控温顺逆流并联换热器内，主、副换热器的面积比为1：1，调节换热器进气口和导管阀门流量比为3：1，馏分完全冷凝，保持80℃出料温度，经稳液分液器内设的导流桶(板)平稳进入分液器内部，上层水相保持80℃左右直接流回蒸发器再次汽化，参与下一轮蒸馏过程，下层产品在80℃时为液态，流动性良好，比重恒定且明显大于水，与水迅速完全分离后进入产品罐，含量约为95.5％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种水蒸汽蒸馏设备，其特征在于：包括高效蒸发器、换热器、稳液分液器和产品罐，其中，
所述高效蒸发器的主体为罐装结构，其罐体上方分别设有蒸发器出气口、蒸发器进液口和蒸发器真空管；
所述换热器包括主换热器和副换热器，所述主换热器和副换热器的底部通过换热器导管连通形成顺逆流并联换热器，所述换热器导管上设有换热器出料口，所述主换热器顶部设有换热器进气口，所述高效蒸发器的蒸发器出气口通过拔气管与该换热器进气口连通；
所述稳液分液器的主体为罐装结构，其罐体顶部设有分液器进料管，罐体内部设有分液器导流桶/板，罐壁上部对称设有轻组分出口，罐壁下部对称设有重组分出口，其中，一侧轻组分出口和重组分出口依次连接液封后通过剩余组分导管与高效蒸发器的蒸发器进液口连通，另一对称侧的轻组分出口和重组分出口通过产品导管与所述产品罐连通。
2.根据权利要求1所述的水蒸汽蒸馏设备，其特征在于：还包括夹套，所述夹套设置于所述高效蒸发器的罐体外部，所述夹套上设有导热油入口和导热油出口。
3.根据权利要求1所述的水蒸汽蒸馏设备，其特征在于：所述换热器由主换热器和副换热器组成，所述主换热器和副换热器均具有罐状换热器腔体，所述主副换热器腔体并排设置，所述顺逆流并联换热器还包括进气口、排空口、出料口、换热器导管、第一冷却液进口、第二冷却液进口、第一冷却液出口、第二冷却液出口、进气口阀门和导管阀门，其中，所述进气口设置于主换热器的腔体顶部，所述进气口阀门设置于该进气口端口与主换热器腔体之间，所述排空口设置于副换热器的腔体顶部，所述换热器导管设置于主换热器腔体和副换热器腔体底部、并将主换热器腔体和副换热器腔体相连通，所述出料口设置于该换热器导管底部，所述导管阀门固定于换热器导管上并近副换热器腔体底部设置，所述第一冷却液进口设置于主换热器腔体下部侧壁上，所述第一冷却液出口设置于主换热器腔体上部侧壁上，所述第二冷却液进口设置于副换热器腔体下部侧壁上，所述第二冷却液出口设置于副换热器腔体上部侧壁上。
4.根据权利要求3所述的水蒸汽蒸馏设备，其特征在于：所述副换热器传热面积为主换热器传热面积的50％至100％。
5.根据权利要求3所述的水蒸汽蒸馏设备，其特征在于：所述进气口直径大于排空口直径。
6.根据权利要求3所述的水蒸汽蒸馏设备，其特征在于：所述换热器导管直径不大于进气口直径，且不小于排气口直径。
7.根据权利要求3所述的水蒸汽蒸馏设备，其特征在于：所述出料口位于换热器导管底部中间位置。
8.根据权利要求3所述的水蒸汽蒸馏设备，其特征在于：所述进气口阀门为球阀或蝶阀。
9.根据权利要求3所述的水蒸汽蒸馏设备，其特征在于：所述导管阀门为球阀或蝶阀。
10.采用权利要求1所述水蒸汽蒸馏设备的节能高效水蒸汽蒸馏技术，其特征在于：包括蒸发、拔气、高效冷凝、物料分离、产品接收和水相回流，具体实现方法如下：
(1)在高效蒸发器中，粗产品以水蒸汽共沸物形式快速汽化，经拔气管进入换热器，其中，对于共沸物沸点低于110℃的物料，采用系统常压水蒸气蒸馏；对于共沸物沸点高于110℃的物料，采用系统负压水蒸气蒸馏，即通过蒸发器真空管辅以减压条件达到快速汽化；
(2)共沸物料在主换热器中部分冷凝，剩余未冷凝物料在副换热器中完全冷凝，即要保持冷却物料的较高温度，又要避免气体物料未经冷却进入稳液分液器；
(3)冷却后液态物料经导流桶/板引流进入稳液分液器，在稳液分液器中进行轻重组分的分离，其中有机相收集进入产品罐，水相流回蒸发器中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |