CN106730963A

CN106730963A - 一种低压节能蒸馏塔

Info

Publication number: CN106730963A
Application number: CN201710080945.2A
Authority: CN
Inventors: 喻秋山
Original assignee: Yangtze University
Current assignee: Yangtze University
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2017-05-31

Abstract

本发明提供了一种低压节能蒸馏塔。所述蒸馏塔在基座上部装有保温外壳，基座上装有控制机构，保温外壳底部一侧装有排污阀和加热机构，其上部装有进水机构，并开有观察窗，顶部用蒸汽导管与冷凝水塔相连通，冷凝水塔上装有蒸馏水排放阀、水位计和冷却机构，冷却机构的出水管与水泵的进水口相连通，水泵的排出口用水管与蓄水池相连通。该蒸馏塔添加了多项节能设计，如1）利用水流抽气机和水泵加力进行容器减压，降低水的沸点，减少加热能量需求；2）给蒸馏水发生器的外壳加装保温材料，降低热源对外热量的散失；3）改变冷却水和蒸汽的流向，实现更好的热交换效率。

Description

一种低压节能蒸馏塔

技术领域

本发明涉及到化工设备和蒸馏塔领域，特别涉及到一种低压节能蒸馏塔。

背景技术

蒸馏水是化学、医疗、材料等试验不可缺少的用水，小型实验室常用电加热的方法生产蒸馏水。众所周知，液体在蒸发过程中，其沸点受到外界压强的影响,其数据变化如表1中所示。如水在0.1MPa时，其沸点约99.6℃；压强降为0.01MPa时，其沸点将降到约45.8℃。由此，我们可以通过降压（降到0.01MPa左右）的方式实现较低温度下（46℃左右）让水沸腾，产生低温蒸汽，制取蒸馏水，节约加热所需能量和冷凝所需冷却水，

常见蒸馏塔的外观和内部结构组成如图4所示。蒸馏塔下部（34）安装有电加热装置和控制电路，中部（35）为贮水箱兼蒸汽发生器，上部（29）为冷凝装置。冷却水（30）流经螺绕管热交换器（29）从出水口（31）导出，低温的冷却水将（35）产生的高温水蒸汽冷凝为液态水并从（36）导出。部分冷却水在注水漏斗（32）经管道与（35）内部连通，进行补水，维持（35）中液面高度。这种结构的蒸馏水发生器具有结构简单的优点，但也存在热利用率不高和浪费大量冷却水等不足，主要表现在：1）制取蒸馏水需加热到100℃（标态下纯水的沸点）左右才能沸腾和产生大量的水蒸汽，此过程需消耗大量热量；2）冷凝高温水蒸气时需要大量的冷却水，而后这些冷却水被排放到下水道，浪费大量的水资源；3）进水漏斗（32）处的连通管道中的下层水温高于上层水温，在管道内形成对流，随冷却水散失大量热；蒸发室（35）没有保温外壳进行保温，这些设计上的不足都导致了热资源和水资源的大量浪费，亟待进行节能降耗方面的改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低压节能蒸馏塔。其目的为解决现有小型蒸馏塔在制取蒸馏水存在的高耗能和水资源浪费等不足。

本发明利用了水流抽气机制造低压环境的原理，使用水流抽气机和密闭容器实现可持续低压环境，让水在较低温度下沸腾，其工作原理如下：根据伯努利流体力学方程（见式1）可知当流体在经过截面积突变的界面时其压强将产生明显变化：

突然变小，使得该处其压强与附近空气存在压力梯度，在该作用下周围空气持续向低压处定向运动，随后被水流裹挟带走，直至压力梯度消失，实现动态平衡。由上可知，可以通过流体截面积的突变，外加水泵增大界面两侧流速差异，可实现持续的低压环境（现有实验数据表明，加力后的水流抽气机可产生小于0.01MPa的负压）。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种低压节能蒸馏塔，包括基座、控制面板、控制器、保护传感器、电加热管、保温外壳、浮球阀、观察窗、蒸汽导管、冷却管、水位计、水流抽气机、水泵、蓄水池、冷凝水塔和蒸汽通管，所述蒸馏塔在基座上部装有保温外壳，基座上装有控制机构，保温外壳底部一侧装有排污阀，且底部装有加热机构，保温外壳内的上部装有进水机构，并开有观察窗，保温外壳的顶部用蒸汽导管与冷凝水塔内的蒸汽通管相连通，冷凝水塔的底部装有蒸馏水排放阀，冷凝水塔的一侧装有水位计，冷凝水塔内装有冷却机构，冷却机构的出水管与水泵的进水口相连通，水泵的排出口用水管与蓄水池相连通，可实现冷却水的循环利用。

所述的控制机构是在基座底部装有控制器，基座的一侧装有控制面板，控制器用导线分别与控制面板、电加热管、水位计和水泵相连接。

所述的加热机构是在保温外壳的底部装有电加热管和保护传感器，电加热管用电源线与电源相连接。

所述的进水机构是在进水管的端部装有浮球阀。

所述的冷却机构是在冷凝水塔内装有蒸汽通管，蒸汽通管外部装有冷却管，冷却管的一端与冷却水进水管相连接，另一端用带喷嘴的混合管与水流抽气机相连通，水流抽气机一侧的抽气管通入蒸馏水塔内，水流抽气机的出水管与水泵相连接。

本发明的积极效果为：

1、节约大量热能：通过水流抽气机和水泵加力营造0.01MPa左右的低压，大幅度降低水的沸点（在接近常压的0.1MPa压强下水的沸点约99.6℃；在压强变为0.01MPa时，水的沸点降到约45.8℃），可以用较少热量就可以使水沸腾，产生蒸汽；通过在加热器外加装保温层减少热量散失；

2、节约用水：通过循环利用冷却水，可以节约大量水资源；

3、提高蒸馏水质量：较低温度对蒸馏塔容器和水体中杂质离子的释放有较大的抑制作用，在较低温度下生产蒸馏水，可有效提高蒸馏水的制取质量；

4、该蒸馏塔应用了浮球阀实现进水液面的自动化控制，并杜绝传统漏斗式注水口存在管道回流带走热量的不足；

5、该蒸馏塔添加了多项节能设计，如：1）利用水流抽气机和水泵加力进行密封容器降压，降低水的沸点，减少加热能量需求；2）给蒸馏水发生器的外壳加装保温材料，降低热源对外热量的散失；3）改变冷却水和蒸汽的流向，实现更好的热交换效率。

附图说明

图1、低压节能蒸馏塔的结构示意图；

图2、水流抽气机结构示意图；

图3、低压节能蒸馏塔的流程框图；

图4、现有技术蒸馏塔的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-3和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

参见附图1-3

1、控制机构25的参数设置：

通过装在基座1侧面的控制面板2分别将电加热管6的加热温度、保温外壳8内空间的最低水位、水位计14的最高和最低水位、水泵17的开启关闭时间，以及保护传感器5和电加热管6干烧报警及断电等参数，输入到控制器3中。

2、往保温外壳8内自动注水：通过进水机构23中的进水管9和浮球阀10向保温外壳8内注水，当水位到达一定高度后，浮力将浮球阀10的浮球顶起，经杠杆作用使浮球阀10关闭，停止注水。在液面下降时，浮球阀将在重力杠杆作用下重新打开，向内注水，直至液面重新达到平衡。

3、加热蒸发：将电源线4与电源相连接，加热机构24中的电加热管6在控制机构25的作用下对保温外壳8内的水进行加热和蒸发。观察窗11用于监测保温外壳8内所发生的情况。排污阀7用于排放保温外壳8内的污物。

4、蒸汽的冷却：水在保温外壳8内经加热后产生水蒸气，由于抽气管28不断抽出冷凝水塔21中的气体，因此在冷凝水塔21可形成持续的低压环境。在水流抽气机15产生的负压作用下，产生的水蒸气通过蒸汽导管12进入到冷凝水塔21内的蒸汽通管22中。冷却水由冷却水进水管16进入冷却管13中，并与蒸汽通管22内的水蒸气进行热交换，冷凝后的蒸馏水收集于冷凝水塔21下部。同时冷却管13中的冷却水通过混合管27进入水流抽气机15中，水流抽气机15中抽出来的水汽混合物，经管道由水泵17通过冷却水出水管19排入蓄水池20中。

5、蒸馏水的排放：产生的水蒸气从蒸汽通管22的底部进入到冷凝水塔21中，当水位计14中的蒸馏水达到较高水位时，收集于冷凝水塔21中的蒸馏水可通过蒸馏水排放阀18放出。

6、报警显示：当保温外壳8内的水位低于警戒水位时，保护传感器5触发报警信号，并通过控制器3产生声光报警信号，同时切断电加热管6的电源，停止加热。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

以上所述仅是本发明的非限定实施方式，还可以衍生出大量的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进的实施例，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种低压节能蒸馏塔，包括基座（1）、控制面板（2）、控制器（3）、保护传感器（5）、电加热管（6）、保温外壳（8）、浮球阀（10）、观察窗（11）、蒸汽导管（12）、冷却管（13）、水位计（14）、水流抽气机（15）、水泵（17）、蓄水池（20）、冷凝水塔（21）和蒸汽通管(22)，其特征在于：所述蒸馏塔在基座（1）上部装有保温外壳（8），基座（1）上装有控制机构（25），保温外壳（8）底部一侧装有排污阀（7），且底部装有加热机构（26），保温外壳（8）的上部装有进水机构（23），并开有观察窗（11），保温外壳（8）的顶部用蒸汽导管（12）与冷凝水塔（21）内的蒸汽通管（22）相连通，冷凝水塔（21）的底部装有蒸馏水排放阀（18），冷凝水塔（21）的一侧装有水位计（14），冷凝水塔（21）内装有冷却机构（26），冷却机构（26）的出水管与水泵（17）的进水口相连通，水泵（17）的排出口用水管与蓄水池（20）相连通。

2.根据权利要求1所述的一种低压节能蒸馏塔，其特征在于：所述的控制机构（25）是在基座（1）底部装有控制器（3），基座（1）的一侧装有控制面板（2），控制器（3）用导线分别与控制面板（2）、电加热管（6）、水位计（14）和水泵（17）相连接。

3.根据权利要求1所述的一种低压节能蒸馏塔，其特征在于：所述的加热机构（24）是在保温外壳（8）的底部装有电加热管（6）和保护传感器（5），电加热管（6）用电源线（4）与电源相连接。

4.根据权利要求1所述的一种低压节能蒸馏塔，其特征在于：所述的进水机构（23）是在进水管（9）的端部装有浮球阀（10）。

5.根据权利要求1所述的一种低压节能蒸馏塔，其特征在于：所述的冷却机构（26）是在冷凝水塔（21）内装有蒸汽通管（22），蒸汽通管（22）外部装有冷却管（13），冷却管（13）的一端与冷却水进水管（16）相连接，另一端用带喷嘴的混合管（27）与水流抽气机（15）相连通，水流抽气机（15）一侧的抽气管（28）通入蒸馏水塔（21）内，水流抽气机（15）的出水管与水泵（17）相连接。