CN108854132A - 一种内热式分子蒸馏设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内热式分子蒸馏设备，包括外部的分子蒸馏设备本体以及设置在分子蒸馏设备本体内部的加热器，分子蒸馏设备本体为带有底部的空心圆柱状或圆桶状结构，分子蒸馏设备本体上设有顶端封头，顶端封头设有物料进口管，加热器外壁和内壁加热面上有多个物料分布器；分子蒸馏设备本体的顶部连接真空管，分子蒸馏设备本体内部和加热器之间的空间与真空管连通。本发明内部结构紧凑，加热器双面加热双面蒸发，以最小的体积实现最大的加热面积（蒸发面积），可以把本申请人原来设计的几种蒸馏设备的制造成本进一步降低，尤其适合大型特大型分子蒸馏设备的制造加工，适合大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于机械设备技术领域，涉及一种食用油产品、油脂化工产品、其他各类化工产品、植物提取物的蒸馏提纯和分离不同成分的设备，具体地说是一种内热式分子蒸馏设备。
背景技术
分子蒸馏亦称短程蒸馏，它是一项较新的尚未广泛应用于工业化生产的液—液分离技术，其应用能解决大量常规蒸馏技术所不能解决的问题。它比常规蒸馏技术相比有以下先进性: 1．普通蒸馏是在沸点温度下进行分离操作，而分子蒸馏只要冷热两个面之间达到足够的温度差.就可以在任何温度下进行分离.因而分子蒸馏操作温度远低于物料的沸点。2．普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象，而分子蒸馏是液膜表面的自由蒸发，操作压力很低.一般为0．1-1Pa数量级，受热时间很短，一般仅为十秒至几分钟。3．普通蒸馏的蒸发和冷凝是可逆过程，液相和气相之间处于动态相平衡，而在分子蒸馏过程中，从加热面逸出的分子直接飞射到冷凝面上，理论上没有返回到加热面的可能性，所以分子蒸馏没有不易分离的物质；但是它有一个不可放大的缺点，目前世界上最大的要搅拌的分子蒸馏设备是德国制造的，现在最大不过60平方米的加热面积。而本发明的加热器双面加热双面蒸发，以最小的体积实现最大的加热面积（蒸发面积），在相同体积的情况下，也就是说在相同的安装空间里，本发明的分子蒸馏设备是原来所有的分子蒸馏设备的蒸发面积的2-4倍，可以轻松地制造100平方米的加热面积、 200平方米的加热面积、 300平方米的加热面积的分子蒸馏设备，并且本申请人的相关联专利于2012年8月7日申请过一个发明专利，发明专利号为ZL201210277674.7，分子蒸馏设备包括分子蒸馏设备本体和真空管，分子蒸馏设备本体为上圆环大于下圆环的倒置本体环状圆台。积累了丰富的设计、制造经验。
本申请人一直致力于分子蒸馏设备研发创新工作，在2017年2月还申请过一个专利CN201710082649.6，所述的分子蒸馏设备本体为半圆形或半椭圆形的空心柱体，空心柱体的长方形侧平面为物料加热面板。物料自上而下沿着斜面自动形成薄膜，生产连续化，物料通过加热面的时间短，产品品质好。但在不断的实验创新过程中，本申请人正在对现有技术进行持续突破。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种内热式分子蒸馏设备。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种内热式分子蒸馏设备，包括外部的分子蒸馏设备本体以及设置在分子蒸馏设备本体内部的加热器，分子蒸馏设备本体为带有底部的空心圆柱状或圆桶状结构，分子蒸馏设备本体上设有顶端封头，顶端封头设有物料进口管，加热器外壁和内壁加热面上有多个物料分布器；分子蒸馏设备本体的顶部连接真空管，分子蒸馏设备本体内部和加热器之间的空间与真空管连通；
所述分子蒸馏设备本体内部的加热器为环形加热器，环形加热器呈圆台环形、圆锥环形或圆柱环形结构，加热器安装在分子蒸馏设备本体的内部底端或成为分子蒸馏设备本体底端的一部分，加热器的顶面，外侧面以及内侧面均为加热面，大大提高了加热器与物料的接触面积。
上述的一种内热式分子蒸馏设备，物料分布器数量为多个，第一物料分布器安装在加热器顶端的加热面上，其它的物料分布器设置在加热器的内侧面和外侧面的加热面上。
上述的一种内热式分子蒸馏设备，所述物料分布器为圆环管状结构，物料分布器的圆环管底部预留若干个小孔。
上述的一种内热式分子蒸馏设备，所述物料分布器为圆环板状结构，物料分布器的圆环板内侧面与加热器的加热面之间有一定的缝隙。
上述的一种内热式分子蒸馏设备，所述加热器为导热介质加热系统，加热器的底部设有加热介质进口（出口），顶部设有加热介质出口（进口），加热介质进口和加热介质出口相对于加热器形成一个加热循环系统。加热介质优选用太阳能加热的加热介质，在实际生产中，为了更节能降耗环保，加热介质优选用太阳能加热，减少煤、天然气等燃料的消耗，更加有利于环境，减少大气中二氧化碳等废气的排放。
上述的一种内热式分子蒸馏设备，所述加热器为电加热系统，加热器的内部设有盘设的电热丝。
上述的一种内热式分子蒸馏设备，分子蒸馏设备本体内部设有一个以上的加热器，多个加热器在分子蒸馏设备本体内径向扩散式排布，相邻的加热器之间设有圆环冷凝器，圆环冷凝器的数量与加热器一一对应，圆环冷凝器带有冷却水进口和冷却水出口。
上述的一种内热式分子蒸馏设备，所述密封本体的体壁（内壁）为加热面或水冷夹套冷却面。
上述的一种内热式分子蒸馏设备，所述分子蒸馏设备本体的顶部连接有填料体或塔板，真空管与填料体或塔板连接。
本发明的有益效果为：该设备密封效果好，设备制造和运行维护成本较低，不需要搅拌装置，物料自上而下沿着加热器的加热面自动形成薄膜，生产连续化，物料通过加热面的时间短，产品品质好，同时节省了电力资源，热能利用率高，生产成本低；如果能够在相关行业中得到推广应用，将是相关行业提升设备、提升工艺技术有力的保障。
本发明内部结构紧凑，加热器双面加热双面蒸发，以最小的体积实现最大的加热面积（蒸发面积），在相同体积的情况下，也就是说在相同的安装空间里，本发明的分子蒸馏设备是原来所有的分子蒸馏设备的蒸发面积的2-4倍，可以把本申请人原来设计的几种蒸馏设备的制造成本进一步降低，尤其适合大型特大型分子蒸馏设备的制造加工，适合大规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例1圆环形分子蒸馏设备中心线竖剖视示意图；
图2为本发明实施例1圆环形分子蒸馏设备环形加热器横剖视示意图；
图2a为图1中的A区放大图；
图3为本发明实施例2圆台圆环形分子蒸馏设备中心线竖剖视示意图；
图4为本发明实施例2带冷凝器的分子蒸馏设备中心线竖剖视示意图；
图5为本发明实施例3多圆环形分子蒸馏设备中心线竖剖视示意图；
图6为本发明实施例3多圆环形分子蒸馏设备环形加热器横剖视示意图；
图7为本发明实施例1外壁带加热的分子蒸馏设备中心线竖剖视示意图；
图8为本发明实施例1外壁带冷凝的分子蒸馏设备中心线竖剖视示意图；
图9为本发明有填料体的分子蒸馏设备竖剖视示意图；
图10为本发明有填料体的分子蒸馏设备横剖视示意图。
图中，物料进口管1，低沸点物料出口2，高沸点物料出口3，真空管4，加热介质进口5，加热介质出口6，第一物料分布器7-1，第二物料分布器7-2，第三物料分布器7-3，冷却水进口8，冷却水出口9，分子蒸馏设备本体10，填料体11，加热器12，圆环冷凝器13，加热装置14。
具体实施方式
结合具体的附图以及实施例对本发明的技术方案进行解释说明，具体如下：
实施例1
如图1、图2、图2a所示，一种内热式分子蒸馏设备包括分子蒸馏设备本体10和真空管4，分子蒸馏设备本体10上设有顶端封头，顶端封头设有物料进口管1，真空管4设在分子蒸馏设备本体上，分子蒸馏设备本体内部和加热器12之间的空间与真空管4连通；分子蒸馏设备本体1的底部设有低沸点物料出口2和高沸点物料出口3，分子蒸馏设备本体10内部的加热器12为圆柱环形，圆柱环形加热器安装在分子蒸馏设备本体1的内底端；圆柱环形加热器外壁和内壁加热面上有多个物料分布器；物料分布器优选为三个，加热器12的顶面121，外侧面122以及内侧面123均为加热面，大大提高了加热器与物料的接触面积，其中，第一物料分布器7-1设在加热器12的上端顶面121，其它的物料分布器设在加热器的内侧面123和外侧面122的加热面上；
物料分布器为圆环板状结构；物料分布器圆环板底部与加热面之间有一定的缝隙124，该缝隙124形成物料流动通道，第一物料分布器7-1位于物料进口管1的下方。
加热器带有加热介质进口5和加热介质出口6，加热介质从加热介质进口5进入到加热器12中保证加热器12的各个加热面的温度稳定升高，物料从物料进口管1进入第一物料分布器7-1并从第一物料分布器7-1底部的缝隙124顺着加热器的加热面往下流，自然流淌成薄膜状，流到第二物料分布器7-2时，物料在第二物料分布器7-2的作用下使得物料更均匀，在受到加热器12中加热介质的加热时，低沸点的物质首先蒸发，一部分由真空管4抽出到蒸馏设备外冷凝器冷凝后回收，一部分由分子蒸馏设备本体内部的空冷壁空冷下来，经过低沸点物料出口2回收；未蒸发的物质继续流淌到第三物料分布器7-3时，物料在第三物料分布器7-3的作用下使得物料又进一步均匀，原来的物料在第三物料分布器7-3中有一个缓冲作用同时又是一个物料再分配成薄膜的过程，再从第三物料分布器7-3向下流动。物料在加热面上低沸点的物质首先蒸发，一部分由真空管4抽出到蒸馏设备外冷凝器冷凝后回收，一部分由外部密封装置的分子蒸馏设备本体冷却壁冷凝后回收，经过低沸点物料出口2收集起来，剩下的高沸点的物质都经过加热面后，最后汇集到底部，经过高沸点物料出口3进入下一道工序。
实施例2
该实施例相对于实施例1的区别在于，加热器12为圆台环形，圆台环形加热器安装在分子蒸馏设备本体的内底端，成为分子蒸馏设备本体底端的一部分；环形加热器外壁和内壁加热面上有多个物料分布器；第一物料分布器7-1设在加热器的上端，其它的物料分布器设在加热器的加热面上；另外，本实施例中的物料分布器为圆环管结构；圆环管状的物料分布器与加热面之间有一定的缝隙；真空管4设在分子蒸馏设备本体上，分子蒸馏设备本体内部和加热器之间的空间与真空管4连通。
如图3所示，物料从物料进口管1进入第一物料分布器7-1，顺着加热斜面往下流，自然流淌成薄膜状，流到第二物料分布器7-2时，物料在第二物料分布器7-2的作用下使得物料更均匀，在受到加热器中加热介质的加热时，低沸点的物质首先蒸发，经真空一部分由真空管4抽出到蒸馏设备外冷凝器冷凝后回收，一部分由分子蒸馏设备本体内部的空冷壁空冷下来，经过低沸点物料出口2回收；未蒸发的物质继续流淌到第三物料分布器7-3时，物料在第三物料分布器7-3的作用下使得物料又进一步均匀，原来的物料在第三物料分布器7-3中有一个缓冲作用同时又是一个物料再分配成薄膜的过程，再从第三物料分布器7-3向下流动。物料在加热面上低沸点的物质首先蒸发，一部分由真空管4抽出到蒸馏设备外冷凝器冷凝后回收，一部分由外部密封装置的分子蒸馏设备本体冷却壁冷凝后回收，经过低沸点物料出口2收集起来，剩下的高沸点的物质都经过加热面后，最后汇集到底部，经过高沸点物料出口3进入下一道工序。
实施例3
本实施例相对于实施例1的区别在于：分子蒸馏设备内部的一个加热器12对应一个圆环冷凝器13，圆环冷凝器13带有冷却水进口8，冷却水出口9。
如图4所示，为了使一些低沸点物质的蒸汽得到充分的冷却，同时减少真空泵的抽气量减少真空泵的能耗，所以有必要设计一个圆环冷凝器13；物料从物料进口管1进入第一物料分布器7-1，顺着加热斜面往下流，自然流淌成薄膜状，流到第二物料分布器7-2时，物料在第二物料分布器7-2的作用下使得物料更均匀，在受到加热介质夹套中加热介质的加热时，低沸点的物质首先蒸发，经真空小部分由真空管4抽出到蒸馏设备外冷凝器冷凝后回收，大部分由圆环冷凝器冷凝下来，经过低沸点物料出口2回收；未蒸发的物质继续流淌到第三物料分布器7-3时，物料在第三物料分布器7-3的作用下使得物料又进一步均匀，原来的物料在第三物料分布器7-3中有一个缓冲作用同时又是一个物料再分配成薄膜的过程，再从第三物料分布器7-3向下流动。物料在加热面上低沸点的物质首先蒸发，由圆环冷凝器13和外部密封装置的分子蒸馏设备本体冷却壁冷凝后回收，经过低沸点物料出口2收集起来，剩下的高沸点的物质都经过加热面后，最后汇集到底部，经过高沸点物料出口3进入下一道工序。
实施例4
本实施例在实施例3的基础上进一步改进，分子蒸馏设备内部有两个加热器12以及对应的两个圆环冷凝器13。
如图5图6所示，为了使一些低沸点物质的蒸汽得到充分的冷却，同时减少真空泵的抽气量减少真空泵的能耗，所以有必要设计两个加热器对应两个圆环冷凝器；物料从物料进口管1进入第一物料分布器7-1，顺着加热斜面往下流，自然流淌成薄膜状，流到第二物料分布器7-2时，物料在第二物料分布器7-2的作用下使得物料更均匀，在受到加热介质夹套中加热介质的加热时，低沸点的物质首先蒸发，经真空小部分由真空管4抽出到蒸馏设备外冷凝器冷凝后回收，大部分由圆环冷凝器冷凝下来，经过低沸点物料出口2回收；未蒸发的物质继续流淌到第三物料分布器7-3时，物料在第三物料分布器7-3的作用下使得物料又进一步均匀，原来的物料在第三物料分布器7-3中有一个缓冲作用同时又是一个物料再分配成薄膜的过程，再从第三物料分布器7-3向下流动。物料在加热面上低沸点的物质首先蒸发，由圆环冷凝器和外部密封装置的分子蒸馏设备本体冷却壁冷凝后回收，经过低沸点物料出口2收集起来，剩下的高沸点的物质都经过加热面后，最后汇集到底部，经过高沸点物料出口3进入下一道工序。
实施例5
本实施例与实施例2的区别在于，分子蒸馏设备本体10的体壁还可以是一个加热装置14，具体为，在分子蒸馏设备本体10的内壁上设置一个环形密封套，环形密封套与分子蒸馏设备本体10的内壁之间填充加热介质，环形密封套的内壁上安装物料分布器15，物料进口管1上的支管16连接在物料分布器15的顶部。
如图7所示，物料从物料进口管1进入第一物料分布器7-1，顺着加热斜面往下流，自然流淌成薄膜状，流到第二物料分布器7-2时，物料在第二物料分布器7-2的作用下使得物料更均匀，在受到加热介质夹套中加热介质的加热时，低沸点的物质首先蒸发，经真空由真空管4抽出到蒸馏设备外冷凝器冷凝后回收；未蒸发的物质继续流淌到第三物料分布器7-3时，物料在第三物料分布器7-3的作用下使得物料又进一步均匀，原来的物料在第三物料分布器7-3中有一个缓冲作用同时又是一个物料再分配成薄膜的过程，再从第三物料分布器7-3向下流动。物料在加热面上低沸点的物质首先蒸发，剩下的高沸点的物质都经过加热面后，最后汇集到底部，经过高沸点物料出口3进入下一道工序。同时，支管16内的物料导入到加热装置14上的物料分布器15内也可以逐层进行蒸发。
实施例6
本实施例与实施例3的区别在于，分子蒸馏设备本体10的体壁为水冷夹套装置17。
如图8所示，为了使一些低沸点物质的蒸汽得到充分的冷却，同时减少真空泵的抽气量减少真空泵的能耗，所以有必要设计分子蒸馏设备本体10的体壁为水冷夹套装置17和一个圆环冷凝器13；物料从物料进口管1进入第一物料分布器7-1，顺着加热斜面往下流，自然流淌成薄膜状，流到第二物料分布器7-2时，物料在第二物料分布器7-2的作用下使得物料更均匀，在受到加热介质夹套中加热介质的加热时，低沸点的物质首先蒸发，经真空小部分由真空管4抽出到蒸馏设备外冷凝器冷凝后回收，大部分由圆环冷凝器13冷凝下来，经过低沸点物料出口2回收；未蒸发的物质继续流淌到第三物料分布器7-3时，物料在第三物料分布器7-3的作用下使得物料又进一步均匀，原来的物料在第三物料分布器7-3中有一个缓冲作用同时又是一个物料再分配成薄膜的过程，再从第三物料分布器7-3向下流动。物料在加热面上低沸点的物质首先蒸发，由圆环冷凝器和分子蒸馏设备本体的体壁为水冷夹套装置冷凝后回收，经过低沸点物料出口2收集起来，剩下的高沸点的物质都经过加热面后，最后汇集到底部，经过高沸点物料出口3进入下一道工序。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于：分子蒸馏设备本体10的顶部连接填料体11或塔板，真空管与填料体或塔板连接。
以乙醇蒸馏提纯为例，如图9图10所示，乙醇从物料进口管1进入第一物料分布器7-1，顺着加热斜面往下流，自然流淌成薄膜状，流到第二物料分布器7-2时，物料在第二物料分布器7-2的作用下使得物料更均匀，在受到加热器中加热介质的加热时，低沸点的物质首先蒸发，蒸发了的乙醇的蒸汽遇到填料，受到填料阻力和温度的影响，到达填料的高度越高物质的纯度也越高，这符合需要生产含量（纯度）达到95%、98%、99%，甚至99.5%、99.9%的企业的需要和要求，经真空一部分由真空管4抽出到蒸馏设备外冷凝器冷凝后回收，一部分由分子蒸馏设备本体内部的空冷壁空冷下来，经过低沸点物料出口2回收；未蒸发的物质继续流淌到第三物料分布器7-3时，物料在第三物料分布器7-3的作用下使得物料又进一步均匀，原来的物料在第三物料分布器7-3中有一个缓冲作用同时又是一个物料再分配成薄膜的过程，再从第三物料分布器7-3向下流动。物料在加热面上低沸点的物质首先蒸发，一部分由真空管4抽出到蒸馏设备外冷凝器冷凝后回收，一部分由外部密封装置的分子蒸馏设备本体冷却壁冷凝后回收，经过低沸点物料出口2收集起来，剩下的高沸点的物质都经过加热面后，最后汇集到底部，经过高沸点物料出口3进入下一道工序。
该设备密封效果好，设备制造和运行维护成本较低，不需要搅拌装置，物料自上而下沿着加热器的加热面自动形成薄膜，生产连续化，物料通过加热面的时间短，产品品质好，同时节省了电力资源，热能利用率高，生产成本低；如果能够在相关行业中得到推广应用，将是相关行业提升设备、提升工艺技术有力的保障。
本发明内部结构紧凑，加热器双面加热双面蒸发，以最小的体积实现最大的加热面积（蒸发面积），可以把本申请人原来设计的几种蒸馏设备的制造成本进一步降低，尤其适合大型特大型分子蒸馏设备的制造加工，适合大规模生产。
因为本发明分子蒸馏设备制造工艺更为简单，制造成本相对于现有的分子蒸馏设备极为低廉，为了保护本发明分子蒸馏设备，特此要求在任何产品的生产过程中使用本发明分子蒸馏设备及采用本发明构思，均属于等效的替换，都在本发明专利的保护范围之内。
本发明装置并不受上述实例的限制，其它任何使用本装置应用的实例均属于等效的替换，都在本发明专利的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种内热式分子蒸馏设备，包括外部的密封本体以及设置在密封本体内部的加热器，其特征在于，密封本体为带有底部的空心圆柱状或圆桶状结构，密封本体上设有顶端封头，顶端封头设有物料进口管，加热器外壁和内壁加热面上有多个物料分布器；密封本体的顶部连接真空管，密封本体内部和加热器之间的空间与真空管连通；
所述密封本体内部的加热器为环形加热器，环形加热器呈圆台环形、圆锥环形或圆柱环形结构，加热器安装在密封本体的内部底端或成为密封本体底端的一部分，加热器的顶面，外侧面以及内侧面均为加热面。
2.根据权利要求1所述的一种内热式分子蒸馏设备，其特征在于，物料分布器数量为多个，第一物料分布器安装在加热器顶端的加热面上，其它的物料分布器设置在加热器的内侧面和外侧面的加热面上。
3.根据权利要求2所述的一种内热式分子蒸馏设备，其特征在于，所述物料分布器为圆环管状结构，物料分布器的圆环管底部预留若干个小孔。
4.根据权利要求2所述的一种内热式分子蒸馏设备，其特征在于，所述物料分布器为圆环板状结构，物料分布器的圆环板内侧面与加热器的加热面之间有一定的缝隙。
5.根据权利要求2所述的一种内热式分子蒸馏设备，其特征在于，所述加热器为导热介质加热系统，加热器的底部设有加热介质进口（出口），顶部设有加热介质出口（进口），加热介质进口和加热介质出口相对于加热器形成一个加热循环系统，加热介质优选用太阳能加热的加热介质。
6.根据权利要求2所述的一种内热式分子蒸馏设备，其特征在于，所述加热器为电加热系统，加热器的内部设有盘设的电热丝。
7.根据权利要求5或6所述的一种内热式分子蒸馏设备，其特征在于，密封本体内部设有一个以上的加热器，多个加热器在密封本体内径向扩散式排布，相邻的加热器之间设有圆环冷凝器，圆环冷凝器的数量与加热器一一对应，圆环冷凝器带有冷却水进口和冷却水出口。
8.根据权利要求7所述的一种内热式分子蒸馏设备，其特征在于，所述密封本体的体壁（内壁）为加热面或水冷夹套冷却面。
9.根据权利要求7所述的一种内热式分子蒸馏设备，其特征在于，所述密封本体的顶部连接有填料体或塔板，真空管与填料体或塔板连接。
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