CN108371825A - 一种微膜蒸发器、包含微膜蒸发器的精馏系统及使用微膜蒸发器的精馏方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微膜蒸发器及使用该蒸发器的精馏工艺。其中包括微膜蒸发器的壳体，并且在壳体的顶部设有物料蒸发口，壳体的底部设有物料出口，在壳体的中部设有物料进口和溢流口，在微膜蒸发器的内部设有多层中空蒸发板组。在使用该微膜蒸发器进行精馏时，物料通过精馏塔的塔釜计量泵将塔釜液泵入微膜蒸发器中，并在蒸发板上形成液膜，轻组分物质沿板面上升进入精馏塔中，重组分物质沿板面下降回流入塔釜中。本发明涉及的微膜蒸发器及使用该蒸发器的精馏工艺的蒸发效率高、分离时间短，可以有效地降低能源消耗，并且体积小，节省安装空间，获得的有效成分纯度高，减少废物的排放，减少环境污染。

Description

一种微膜蒸发器、包含微膜蒸发器的精馏系统及使用微膜蒸 发器的精馏方法

技术领域

本发明涉及一种化工生产用的蒸发器，特别涉及一种运用微膜蒸发技术的微膜蒸发器及使用该蒸发器的精馏工艺。

背景技术

使待蒸发的液体在换热装置的表面形成微膜，再进行蒸发的方法叫做微膜蒸发。这种方法由于其具有极大的汽化表面积，热量传播快而均匀，并且没有液体协压的影响，能够较好的防止物料过热现象等优点，被广泛应用于化工、制药、食品、冶金等领域。

塔设备在化工生产中的应用非常广泛，主要的塔设备有反应塔、精馏塔、蒸馏塔等，传统的塔设备主要依靠再沸器蒸发进行工作。在目前的蒸馏技术中，使用最多的再沸器为列管换热器，但是列管换热器的工作效率又受到列管的壁厚以及管道面积的限制，换热效率不是很理想。

为了提高换热效率，我们往往通过将再沸器的有效换热面积设计的很大以容纳较多的换热管道，增大换热面积，以达到蒸发要求，如中国专利CN202128924U采用两种直径不同的换热管，直径小的管道套在直径大的管道内，外管内壁与内管的外壁之间形成夹层腔，热介质通入夹层腔内对物料进行换热处理，虽然通过这种方法可以在一定程度上提高换热效率，但是实质上还是通过增加换热面积来达到换热目的。并且在使用列管式换热器进行蒸发工作时，需要消耗大量的能源，造成较大的浪费。另外由于加热效率低导致物料中组分分离的速度慢，组分分离的不彻底，从而造成排放的废物量增加。

发明内容

本发明的第一技术目的是提供一种微膜蒸发器。

本发明的第二技术目的是提供一种包含所述微膜蒸发器的精馏系统。

本发明的第三技术目的是提供一种使用所述微膜蒸发器的精馏方法。

从而解决现有的精馏技术中能耗高、再沸器尺寸大、耗时，并影响产品质量，热能利用率低，废物量多，运行成本高的技术问题。

本发明的第一技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种微膜蒸发器，包括壳体和设置在所述壳体内的蒸发板组：所述壳体的顶部设有物料蒸发口，所述壳体的底部设有物料出口，所述壳体的中间设有物料进口、热介质进口、热介质出口和溢流口；所述蒸发板组由多片中空的蒸发板A和蒸发板B串联而成。

本发明所涉及的一种微膜蒸发器，在壳体的中部设置物料进口，物料进口的位置高于壳体内的蒸发板组的高度，便于物料从物料进口进入壳体内后与蒸发板的板面接触，当壳体内的温度为80-300℃，压强为30-100Pa时，在蒸发板的板面上形成液膜。另外在壳体的中间设置溢流口，可以防止塔釜计量泵采进物料过多，淹没壳体内部的蒸发板组，从而使蒸发板的板面上无法形成液膜，影响蒸发效率。

作为优选，所述蒸发板A（551）与蒸发板B（552）的大小相同，蒸发板A（551）与蒸发板B（552）含有一个空腔，蒸发板A（551）与蒸发板B（552）的两面为外凸的弧面，蒸发板A（551）和蒸发板B（552）的正、反面各有一个圆孔，蒸发板A（551）正面的孔与蒸发板B（552）背面的孔连接。

多片内部为空腔的蒸发板A与蒸发板B串联形成蒸发板组，蒸发板A正面上的孔在反面上的孔的正下方，蒸发板B正面上的孔在反面上的孔的正上方，蒸发板A正面的孔与蒸发板B背面的孔连接，保证热介质进入蒸发板组后，可以充满整个蒸发板的空腔，并且在蒸发板组间以折流的形式流动，可以增加热介质在蒸发板组内的停留时间，提高热能利用率，降低能耗。

作为优选，所述溢流口管口底部与蒸发板组顶部间的间距为10-20mm，以确保溢流效果。

这样做可以防止物料淹没蒸发板，不能形成蒸发面，影响蒸发效率。

作为优选，所述壳体底部与蒸发板组底部的间隙为20-30mm。

这样做可以防止物料走短路，影响物料在蒸发板组的板面上形成液膜的面积和蒸发效果。

作为优选，所述蒸发板A和蒸发板B的尺寸根据蒸发量来计算，设置相应的外径和长度，根据蒸发板A和蒸发板B的外径计算壳体的内径，蒸发板A和蒸发板B的外径为壳体内径的0.5-0.9倍。

这样做可以在保证有效蒸发面面积的同时，缩小设备尺寸的占地面积，便于安装。

作为优选，所述热介质入口与蒸发板组通过蒸汽管连接，并且热介质在蒸发板组内部以折流的形式流动；所述热介质入口与热介质出口分布于壳体的两侧。

可以增加热介质在蒸发板组内的时间，进而微膜蒸发器的换热时间增长，提高热能利用率，降低能耗。

作为优选，所述微膜蒸发器的壳体采用圆形或椭圆形的外观设计。

本发明的第二技术目的是是通过以下技术方案得以实现的：

一种包含所述微膜蒸发器的精馏系统，还包括与所述微膜蒸发器连接的塔釜用计量泵、物料储罐、过滤器、精馏塔、冷凝器以及回流罐；所述物料储罐与精馏塔连接，塔釜计量泵与所述微膜蒸发器设置于精馏塔的塔釜处，在精馏塔的塔顶的物料出口连接冷凝器，冷凝器与回流罐连接。

采用该精馏系统进行组分分离，由于微膜蒸发器可以减小物料的停留时间，进而可以缩短精馏塔进行精馏过程的时间，提高精馏塔的工作效率，与现有技术相比，微膜蒸发器的尺寸小，蒸发效率高，可多个串联与精馏塔集成安装，且占地面积小。

本发明的第三技术目的是是通过以下技术方案得以实现的：

一种使用所述微膜蒸发器的精馏方法，通过塔釜用计量泵将精馏塔的塔釜液按设计的蒸发量泵入微膜蒸发器中，在压强为30-80Pa，温度为80-300℃的条件下，物料在微膜蒸发器的蒸发板A和蒸发板B的板面上形成液膜，热介质从热介质进口进入蒸发板组的内部，对附着在蒸发板组板面上的物料进行加热；通过塔釜用计量泵适当的采出物料，采出速度由实际高沸点物质的产生速度来控制。由于在微膜蒸发器的蒸发板的板面上形成液膜，具有极大的汽化表面积，热量传播快而均匀，并且没有液体协压的影响，能够较好的防止物料过热现象。

作为优选，在所述精馏塔的塔釜处取消再沸器，配置微膜蒸发器以及塔釜用计量泵。在热介质的热作用下，物料中沸点较低的组分沿蒸发板组的板面上升，气化，从微膜蒸发器顶部的物料蒸发口出来进入精馏塔中，物料中沸点较高的组分沿板面下降，从物料出口进入精馏塔的塔釜中。

在塔釜处配置塔釜计量泵，可以有效的控制进料的流量，避免物料采进过多，淹没蒸发板，不能形成蒸发面。

作为优选，根据塔釜计量泵向微膜蒸发器泵入的混合物料不同，所述的低沸点物质和高沸点物质的沸点不同；泵入物料为维生素E时，沸点180-200℃的物质为低沸点物质，沸点200-220℃的物质为高沸点；泵入的物料为丙酮和醋酸异丙烯酯混合物时，沸点低于90℃的物质为低沸点物质，沸点92-95℃的物质为高沸点。

在微膜蒸发器远离溢流口的一端设置两个不同水平高度的液位口，通过液位口对微膜蒸发器的上部区域与下部区域的温度、压强、流量等数据进行监控。

这样做可以控制微膜蒸发器的上、下部位的温度，进而确保从微膜蒸发器底部出来产品的纯度，以及避免产品在微膜蒸发器内蒸发，影响产品的采出量。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、因微膜蒸发器的体积与实际蒸发量有关系，通过实际蒸发量来设计蒸发板的外径大小，在保证有效蒸发面积的同时，还可以缩小蒸发器的体积，节省安装空间，便于灵活安装；

2、为了防止物料走短路，影响物料在蒸发板组的板面上形成液膜的面积和蒸发效果，蒸发板组的底部与微膜蒸发器的底部间的间距为20-30mm；

3、为了保证蒸发效果，并且防止蒸发板被淹没，不能形成蒸发面，在微膜蒸发器的壳体中间设置溢流口，并且溢流口的底部与蒸发板组的顶部间的间距为10-20mm。

4、采用多片中空的蒸发板A和蒸发板B串联组成蒸发板组作为换热装置，可以使热媒在蒸发板内的停留时间较长，热能利用率高，并且蒸发板的板面表面积较大，可以扩大液膜在蒸发器内的成膜面积，进而增强蒸发效率。

5、采用计量泵进料精确控制，在微膜蒸发器的蒸发板面上形成细微的蒸发膜，不同沸点组分分离速度快，从而蒸发效率高，有利于提高生产效率。

6、本发明的微膜蒸发器蒸发效率高，物料停留时间短，对物料造成的分解、聚合等副作用少，可有效提高塔的处理能力。

7、利用本技术方案设计的微膜蒸发器不仅可以节省安装空间，降低能耗，减少蒸发时间，而且可以提高热媒的利用率，节约能源，提高产品的质量，降低运行成本。因而可广泛用于化工、石油、冶金、制药等领域。

附图说明

图1是本发明的精馏工艺流程图；

图2是本发明的微膜蒸发器的主视图；

图3是本发明的微膜蒸发器的左视图；

图4是本发明的微膜蒸发器壳体内部的左视图；

图5是本发明的微膜蒸发器的蒸发板组剖面图；

图6是本发明的微膜蒸发器的蒸发板示意图。

图中，1-物料储罐；2-过滤器；3-精馏塔；4-塔釜用计量泵；5-微膜蒸发器；6精馏塔塔顶产品储罐；7-回流罐；8冷凝器； 51-壳体；52-物料进口；53-物料蒸发口；54-物料出口；55-蒸发板组；56-溢流口；57-热介质进口；58-热介质出口；551-蒸发板A；552-蒸发板B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本发明包括壳体51，壳体51的顶部设有物料蒸发口54，底部设有物料出口53，中部设有物料进口52、溢流口56、热介质进口57和热介质出口58，在壳体51的内部设置由多片中空蒸发板551和蒸发板552串联组成的蒸发板组55。蒸发板A和蒸发板B的外径为壳体内径的0.5-0.9倍。

本发明所涉及的精馏工艺中，主要是使物料在蒸发板551和蒸发板552上形成薄膜，然后进行分离，在精馏塔3的塔釜中取消再沸器，配置微膜蒸发器5以及塔釜用计量泵4。物料进入精馏塔3中部，精馏塔3的外侧分别连接精馏塔顶冷凝器8回流罐7、塔顶产品储罐6、精馏塔釜用计量泵4、微膜蒸发器5；物料由塔釜用计量泵4从塔釜中通过壳体51中部的物料进口52处泵入蒸发器内，使其在蒸发板组55的板面上形成微膜，导热油从热介质进口57进入微膜蒸发器5内部的由多片中空的蒸发板551和552内组成的蒸发板组55内，并对附着在蒸发板组55上的物料微膜进行加热，最后导热油从热介质出口58处流出。在蒸发的过程中，轻组分物质快速沿着蒸发板组55的板面上升，吸收热量、气化，重组分的物质沿着蒸发板组55的板面下降，继续吸收热量，最后从物料出口54回流入塔釜中。

实施例1：

将本发明用于蒸发提纯维生素E，首先用石油醚萃取维生素E产品，然后将包含有维生素E的石油醚通入精馏塔3的中部，精馏塔3的外侧分别连接精馏塔顶冷凝器8回流罐7、塔顶产品储罐6、精馏塔釜用计量泵4、微膜蒸发器5；维生素E的石油醚在精馏塔3内经过充分的气液交换后，沸点在30-80℃的组分由塔顶进入冷凝器8后进入精馏塔顶回流罐7，回流罐7内的物料一部分返回精馏塔3作回流，一部分采出作为塔顶产品，精馏塔3内的沸点高于85度的组分落入下部的塔釜，通过塔釜计量泵4泵入微膜蒸发器5中，控制泵入的塔釜液流量为2t/h，塔釜液在微膜蒸发器5的蒸发板组55的板面上形成液膜，真空30-60Pa，温度为220-230℃的条件下，沸点为180-200℃的组分从微膜蒸发器5的顶部进入精馏塔3中，沸点为200-220℃的组分从微膜蒸发器5的底部回流入精馏塔3的塔釜中，最后从精馏塔3的塔釜中采出浅黄色的维生素E，蒸发效率为98%-99%，其中微膜蒸发器的设备尺寸较现有技术小80%-85%。

实施例2：

将本发明用于乙酰丙酮制备工艺的丙酮回收段，将粗蒸馏后的丙酮和醋酸异丙烯酯的混合气冷凝后通入精馏塔3的中部，精馏塔3的外侧分别连接精馏塔顶冷凝器8、回流罐7、塔顶产品储罐6、精馏塔釜用计量泵4、微膜蒸发器5；粗蒸馏后的丙酮和醋酸异丙烯酯混合物在精馏塔3内经过充分的气液交换后，沸点在50-58℃的组分由塔顶进入冷凝器8后进入精馏塔顶回流罐7，回流罐7内的物料一部分返回精馏塔3作回流，一部分采出作为塔顶产品，精馏塔3内的沸点≥60℃的组分落入下部的塔釜，通过塔釜计量泵4泵入微膜蒸发器5中，控制泵入的塔釜液流量为2m³/h，塔釜液在微膜蒸发器5的蒸发板组55的板面上形成液膜，真空50-70Pa，温度为95-110℃的条件下，沸点≤90℃的组分从微膜蒸发器5的顶部进入精馏塔3中，沸点为92-95℃的组分从微膜蒸发器5的底部回流入精馏塔3的塔釜中，最后从精馏塔3的塔釜中采出醋酸异丙烯酯，将塔釜产品通入下一个工段，蒸发效率为98%-99%，其中微膜蒸发器的设备尺寸较现有技术小80%-90%。

实施例3：

将本发明用于碳酸丙烯酯粗品的连续精馏分离，操作温度为90℃，产品纯度为98%的碳酸丙烯酯粗品进入精馏塔3的中部，精馏塔3的外侧分别连接精馏塔顶冷凝器8、回流罐7、塔顶产品储罐6、精馏塔釜用计量泵4、微膜蒸发器5；碳酸丙烯酯粗品在精馏塔3内经过充分的气液交换后，沸点在80-100℃的馏分由塔顶进入冷凝器8，后进入精馏塔顶回流罐7，回流罐7内的物料一部分返回精馏塔3作回流，一部分采出作为塔顶产品，精馏塔3内的沸点≥110℃的组分落入下部的塔釜，通过塔釜计量泵4泵入微膜蒸发器5中，控制泵入的塔釜液流量为1.5m³/h，塔釜液在微膜蒸发器5的蒸发板组55的板面上形成液膜，真空40-70Pa，温度为250-280℃的条件下，沸点≤240℃的组分从微膜蒸发器5的顶部进入精馏塔3中，沸点为240-250℃的组分从微膜蒸发器5的底部回流入精馏塔3的塔釜中，最后从精馏塔3的塔釜中采出碳酸丙烯酯，产品的纯度为99.6-99.9%，蒸发效率为98%-99%，其中微膜蒸发器的设备尺寸较现有技术小80%-90%。

对比实施例1：

一种碳酸丙烯酯粗品的连续精馏分离方法及装置中，操作温度为90℃，产品纯度为98%的碳酸丙烯酯粗品进入精馏塔的中部，精馏塔内腔由上到下设有回流分布器、多组菱形反应促进单元、进料分布器和多组液体提馏过滤盘，碳酸丙烯酯精馏塔的外侧分别连接精馏塔顶冷凝器、和精馏塔釜再沸器；

碳酸丙烯酯粗品在精馏塔内经过充分的气液交换后，气相轻组分由精馏塔顶采出去前反应单元；重组分落入下部的塔釜，经精馏塔釜循环出料泵后，进入精馏塔釜再沸器，导热油进油温度为200-230℃，出油温度为180-200℃，经再沸器加热后，低沸点物质重新进入精馏塔内，高沸点物质回流入精馏塔的塔釜中，从塔釜中采出产品纯度为98.7%～98.9%，且塔釜绝对压力控制在1.9KPa，塔顶绝对压力控制在4.8KPa，塔釜温度控制在110℃，塔顶温度控制在110℃。

对比实施例2：

一种以精馏-分子蒸馏耦合方式制备天然维生素E的方法中，将大豆油脱臭馏出物经酯化醇解压滤甾醇后得到的物料，加入到降膜蒸发器中，将降膜蒸发器的温度设定为180～230℃，在系统压力为10～100Pa的条件下，通过循环泵将物料连续循环打入降膜蒸发器中，物料在降膜蒸发器中汽化；此汽化液经精馏塔分离得到轻组分和重组分。其中轻组分经冷凝器冷凝后收集于相应储罐中，重组分返回降膜蒸发器中，调节降膜蒸发器加热温度为200～250℃，精馏塔塔顶真空10～100Pa；浓缩到一定的程度，精馏结束，重组分转移至相应的储罐中；随后将上述步骤所得的重组分，以0.5～0.6kg/hr的进料速度经泵送入分子蒸馏器中，在210～220℃、系统压力为1～5Pa、刮膜转子速度为200～300rpm的条件下，进行分子蒸馏，得到轻组分75.3％为天然维生素E的产品，收率85.1％。重组分7即植物沥青。

从实施例和对比实施例可以看出，利用本发明的微膜蒸发器以及使用该蒸发器的精馏工艺相较于现有的技术具有蒸发效率高，能耗损失小，蒸发器尺寸小，塔釜排出的高沸物纯度更高，可以提高塔釜产品质量或者减少废物排放等特点。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种微膜蒸发器，其特征在于：

包括壳体（51）和设置在所述壳体（51）内的蒸发板组（55）：所述壳体（51）的顶部设有物料蒸发口（53），所述壳体（51）的底部设有物料出口(54），所述壳体（51）的中间设有物料进口（52）、热介质进口（57）、热介质出口（58）和溢流口（56）；所述蒸发板组（55）由多片中空的蒸发板A（551）和蒸发板B（552）串联而成。

2.根据权利要求1所述的微膜蒸发器，其特征在于：所述蒸发板A（551）与蒸发板B（552）的大小相同，蒸发板A（551）与蒸发板B（552）含有一个空腔，蒸发板A（551）与蒸发板B（552）的两面为外凸的弧面，蒸发板A（551）和蒸发板B（552）的正、反面各有一个圆孔，蒸发板A（551）正面的孔与蒸发板B（552）背面的孔连接。

3.根据权利要求2所述的微膜蒸发器，其特征在于：所述溢流口（56）管口底部与蒸发板组（55）顶部间的间距为10-20mm，以确保溢流效果。

4.根据权利要求3所述的微膜蒸发器，其特征在于：所述壳体（51）底部与蒸发板组（55）底部的间隙为20-30mm。

5.根据权利要求4所述的微膜蒸发器，其特征在于：所述蒸发板A（551）和蒸发板B（552）的外径为壳体（51）内径的0.5-0.9倍。

6.根据权利要求5所述的微膜蒸发器，其特征在于：所述热介质入口（57）与蒸发板组（55）通过蒸汽管连接，并且热介质在蒸发板组（55）内部以折流的形式流动；所述热介质入口（57）与热介质出口（58）分布于壳体（51）的两侧。

7.一种精馏系统，包含权利要求1-6任一项所述的微膜蒸发器（5），其特征在于：

还包括与所述微膜蒸发器（5）连接的塔釜用计量泵（4）、物料储罐（1）、过滤器（2）、精馏塔（3）、冷凝器（8）、以及回流罐（7）；所述物料储罐（1）与精馏塔（3）连接，塔釜计量泵（4）与所述微膜蒸发器（5）设置于精馏塔（3）的塔釜处，在精馏塔（3）的塔顶的物料出口连接冷凝器（8），冷凝器（8）与回流罐（7）连接。

8.一种使用权利要求1所述的微膜蒸发器的精馏方法，其特征在于：通过塔釜用计量泵（4）将精馏塔（3）的塔釜液按设计的蒸发量泵入微膜蒸发器（5）中，在压强为30-100Pa，温度为80-300℃的条件下，物料在微膜蒸发器（5）的蒸发板A（551）和蒸发板B（552）的板面上形成液膜，热介质从热介质进口（57）进入蒸发板组（55）的内部，对附着在蒸发板组（55）板面上的物料进行加热。

9.根据权利要求8所述的使用所述微膜蒸发器的精馏方法，其特征在于：在热介质的热作用下，物料中沸点较低的组分沿蒸发板组（55）的板面上升，气化，从微膜蒸发器（5）顶部的物料蒸发口（53）出来进入精馏塔（3）中，物料中沸点较高的组分沿板面下降，从物料出口进入精馏塔（3）的塔釜中。

10.根据权利要求9所述的使用所述微膜蒸发器的精馏方法，其特征在于：根据塔釜计量泵（4）向微膜蒸发器（5）泵入的混合物料不同，所述的低沸点物质和高沸点物质的沸点不同；泵入物料为维生素E时，沸点180-200℃的物质为低沸点物质，沸点200-220℃的物质为高沸点；泵入的物料为丙酮和醋酸异丙烯酯混合物时，沸点低于90℃的物质为低沸点物质，沸点92-95℃的物质为高沸点。