CN109381883B - 一种节水型无冷凝剂旋转蒸发仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及蒸发设备技术领域，特别地，涉及一种旋转蒸发仪，特别涉及一种节水型无冷凝剂旋转蒸发仪。本发明所述旋转蒸发仪，以现有旋转蒸发仪的结构为基础进行创造性改进，将以往用冷凝系统冷凝为液态的蒸发气态物质利用蒸汽压缩机压缩，再通过增设微型热交换器进行热交换，利用经过压缩的馏分温度高和待蒸馏样品温度低的显著差别，实现对待蒸馏样品的持续加热，电加热仅用作开车启动加热或待蒸馏液温度不足时的补充加热，这样不但节能，省去了原有旋转蒸发仪的冷凝系统组件及冷却水、冰块、干冰等致冷剂，节约了水资源，还省去了水浴(油)锅以及升降系统和角度调整系统组件，尤其适用于缺水环境和在节能方面有较高要求的环境。
Description
技术领域
本发明涉及蒸发设备技术领域，特别地，涉及一种旋转蒸发仪，特别涉及一种节水型无冷凝剂的旋转蒸发仪。
背景技术
旋转蒸发仪是对物料进行减压蒸馏浓缩的一种提取实验设备，其广泛应用于样品的规模浓缩、干燥、提取回收等实验中，尤其用于快速蒸馏大量溶剂。现有旋转蒸发仪通常由抽真空装置、加热装置、冷凝装置、旋转装置等组件组成，旋转蒸发仪的原理主要是通过电子设备控制，使烧瓶在最适合转速下，恒速旋转使溶剂形成薄膜，增大蒸发面积，并通过真空泵使蒸发烧瓶处于负压状态，蒸发烧瓶在旋转的同时置于水浴锅或油浴锅中恒温加热，加热温度可接近该溶剂的沸点，使得瓶内溶液在负压下进行加热扩散而蒸发，实现溶剂的快速蒸发。
现有技术中使用的旋转蒸发仪，绝大多数依赖使用自来水对蒸发的气态物质进行冷却而得到分离的馏分，旋转蒸发仪使用过程中的冷却水往往直接排掉，造成大量的水资源浪费；还存在着在缺水环境下使用受到限制的问题。也有少数旋转蒸发仪使用干冰等做为致冷剂或另加制冷设备对气态物质冷凝，但依然存在着致冷剂物料浪费或使用额外致冷剂的问题。
发明内容
本发明提供了一种节水型无冷凝剂旋转蒸发仪，解决了现有技术中旋转蒸发仪存在致冷剂浪费及无法在缺水环境下使用的问题。
为实现上述目的，本发明提出了一种节水型无冷凝剂的旋转蒸发仪，包括支架，所述支架上固定有可拆卸的蒸馏瓶，所述蒸馏瓶通过旋转电机带动旋转；
所述蒸馏瓶的进料通道内设置有进料管，用于待蒸馏液的进料；所述进料通道的侧壁处成型有出料口，所述出料口与蒸汽压缩机的蒸汽进口相连通，蒸发的气态物质经过所述蒸汽压缩机被压缩为馏分，并经由所述蒸汽压缩机的压缩机出口流出。
所述蒸汽压缩机包括旋叶式压缩机、罗茨式压缩机、离心式压缩机、活塞式压缩机或螺杆式压缩机；
优选的，所述蒸汽压缩机可为变频式。
优选的，所述蒸汽压缩机须耐腐蚀、耐水蒸气、不给或尽可能少地给系统带来污染。
所述出料口与所述蒸汽进口之间还设置有微型真空泵，用于增加蒸汽抽吸力度，辅助所述蒸发的气态物质进入所述蒸汽压缩机；
所述微型真空泵与所述蒸汽进口之间还可根据需要设置除雾器。
所述微型真空泵及所述除雾器的设置与否均与所蒸馏的物料性质有关。
所述出料口与所述微型真空泵之间设置有蒸汽温度传感器和/或蒸汽压力传感器，对蒸馏过程进行实时监测。
所述的节水型无冷凝剂旋转蒸发仪还设有微型热交换器，所述微型热交换器分别与所述压缩机出口和所述进料管相连通，用于所述温度较高的馏分与温度较低的待蒸馏液的热交换，实现对待蒸馏液的持续加热。
所述热交换器内部成型有低温进液管，所述低温进液管与所述热交换器的侧壁之间形成热交换腔；所述低温进液管与所述进料管相连通；所述热交换腔与所述蒸汽压缩机的所述压缩机出口相连通，经过热交换后的所述液体馏分经所述热交换器的馏分出口流出并被收集。
所述热交换器可以为聚四氟乙烯材质的聚四氟乙烯热交换器，也可以为耐腐蚀金属材质的耐腐蚀金属热交换器，如钛、不锈钢或合金材质。
具体的，所述微型热交换器中的低温进液管可以为直管型结构，也可以为蛇形管结构。
优选的，所述微型热交换器为钛金属或其合金，所述微型热交换器中的低温进液管为蛇形管结构，以保证好的热交换效果。
所述加热组件包括设置于所述蒸馏瓶外壁处的电加热带，用于蒸馏的开车启动加热或待蒸馏液温度过低时的补充加热；以及，
设置于所述电加热带外层的有玻璃纤维带，用于实现所述电加热带的隔热和固定；
所述电加热带与所述蒸馏瓶之间还设置有温控仪传感器探头，用于感知加热温度。
所述微型热交换器的所述低温进液管出口处设置进样液体流量控制器，用于控制流出所述低温进液管的进样样品的一次进样量，并由控制面板控制进样间隔时间；所述微型热交换器的所述馏分出口处设置有馏分液体流量控制器，用于控制馏分的一次排放量，并由控制面板控制排放间隔时间。
所述控制面板分别与所述旋转电机、蒸汽压缩机、微型真空泵、电加热带、温控仪传感器、蒸汽温度传感器、蒸汽压力传感器、进样液体流量控制器和馏分液体流量控制器实现电控制连接，在所述控制面板的控制下完成蒸馏各环节。
本发明所述旋转蒸发仪，利用蒸汽压缩机将蒸发的气态物质压缩成液态、气态混合的馏分，省略了冷凝组件及冷却水、冰块、干冰等致冷剂，大大节约了水资源，尤其适用于缺水环境和在节能方面有较高要求的环境。
本发明所述旋转蒸发仪，更进一步设置了微型热交换器，利用馏分温度高与进料的待蒸馏液温度低的显著温差，在热交换器内部进行热交换，进料的待浓缩液由于热交换被持续加热，有效节省了蒸发所需的加热能耗。
同时，本发明所述旋转蒸发仪，以电加热带取代现有水浴锅或油浴锅作为加热组件，用于对所述蒸馏瓶进行开车启动加热或待蒸馏液温度不足时的辅助加热，一方面使得旋转蒸发仪的体积大大缩小，而且减少了蒸发过程中的加热用水耗和油耗，还省去了加热锅，节约了运行成本。
附图说明
图1是本发明所述旋转蒸发仪的结构示意图；
图中标记为：1-支架，2-蒸馏瓶，3-旋转电机，4-进料通道，5-进料管，6-出料口，7-蒸汽压缩机，8-蒸汽进口，9-压缩机出口，10-真空泵，11-热交换器，12-馏分出口，13-收集瓶，14-低温进液管，15-热交换腔，16-电加热带，17-玻璃纤维带，18-温控仪传感器，19-蒸汽温度传感器，20-蒸汽压力传感器，21-控制面板，22-进样液体流量控制器，23-馏分液体流量控制器，24-单向阀，25-除雾器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参看图1所示的结构，本发明所述节水型无冷凝剂旋转蒸发仪，包括：支架1，所述支架1上固定有可拆卸的蒸馏瓶2，所述蒸馏瓶2内盛装有待蒸馏液。
所述支架1上还设置有控制所述蒸馏瓶2旋转的旋转电机3，本发明旋转蒸发仪还设有控制所述旋转电机参数转速及加热温度的控制面板21，以及控制转速、加热温度的控制组件等。
如图1所示的旋转蒸发仪，本发明所述节水型无冷凝剂旋转蒸发仪，所述蒸馏瓶2的进料通道4内设置有进料管5，用于待蒸馏液的进料；所述进料通道4的侧壁处成型有出料口6，用于蒸发的气态物质的出料。
如图1所示的旋转蒸发仪，还设置有蒸汽压缩机7，用于将蒸发的气态物质压缩成液态、气态混合的馏分。所述蒸汽压缩机7的蒸汽进口8与所述出料口6相连通，经所述蒸馏瓶2蒸发的气态物进入所述蒸汽压缩机7被压缩为馏分，并经由所述蒸汽压缩机7的压缩机出口9流出。
由于经过了压缩，压缩后的液体、气体混合物较压缩前的气体温度升高，实际一般高出10℃～20℃，甚至超过20℃。
作为可选的方案，本发明所述蒸汽压缩机7可为罗茨式压缩机、离心式压缩机、活塞式压缩机、螺杆式压缩机或旋叶式压缩机，并优选变频式压缩机；并优选要求所述蒸汽压缩机7须耐腐蚀、耐水蒸气、不给或尽可能少给系统带来污染。
作为可选的方案，本发明所述旋转蒸发仪还可根据需要设置微型真空泵10，所述微型真空泵10设置于所述出料口6与所述蒸汽进口8之间，用于辅助所述蒸发的气态物质进入所述蒸汽压缩机7，进行压缩。所述出料口6与所述微型真空泵10之间设置有蒸汽温度传感器19和/或蒸汽压力传感器20，用于对蒸馏过程进行实时监测。
所述微型真空泵10与所述蒸汽进口8之间还可根据需要设置除雾器25；所述微型真空泵10及所述除雾器25的设置与否均与所蒸馏的物料性质有关。经所述除雾器25分离出的气体通过所述蒸汽进口8进入蒸汽压缩机7，经所述除雾器25分离出的液体流入热交换腔15或排出弃去。
如图1所示的旋转蒸发仪，本发明所述旋转蒸发仪还设置有微型热交换器11，所述微型热交换器11分别与所述压缩机出口9和所述进料管5相连通，用于实现所述高温的馏分与低温的待蒸馏液的充分热交换，以便利用系统内自身潜热对进料的待蒸馏液进行持续加热，节省系统能耗。具体的，所述热交换器11内部成型有低温进液管14，所述低温进液管14与所述热交换器11壁之间形成热交换腔15；所述低温进液管14与所述进料管5相连通；所述热交换腔15与所述蒸汽压缩机7的所述压缩机出口9相连通，经过热交换后的所述液体馏分经所述热交换器11的馏分出口12流出，并被与所述馏分出口12相连通的收集瓶13收集。优选的，所述馏分出口12处还可根据需要设置有单向阀24，以防止发生逆流现象。
所述微型热交换器11的所述低温进液管14出口处设置有进样液体流量控制器22，用于控制流出所述低温进液管14的进样样品的一次进样量，并由所述控制面板21控制进样间隔时间；所述微型热交换器11的馏分出口12处设置有馏分液体流量控制器23，用于控制馏分的一次排放量，并由所述控制面板21控制排放间隔时间。
所述微型热交换器11可以为聚四氟乙烯材质，也可以为耐腐蚀金属材质，如钛、不锈钢或合金；所述微型热交换器11中的低温进液管14可以为直管型结构，也可以为蛇形管结构。
优选的，所述微型热交换器11为钛金属或其合金，所述微型热交换器11中的低温进液管14为蛇形管结构，以保证好的热交换效果。
如图1所示的旋转蒸发仪结构中，所述加热组件用于对所述蒸馏瓶2内的待蒸馏液进行蒸馏的开车启动加热或待蒸馏液温度不足时的辅助加热，本实施例中，所述加热组件为缠裹于所述蒸馏瓶2的外壁处的电加热带16，所述电加热带16通过蒸馏瓶2瓶壁的热传导，对其中的待蒸馏液进行加热蒸发，并优选将所述电加热带16呈环状缠裹于所述蒸馏瓶2的外壁处，以保证加热的均匀。同时，所述电加热带16外设置有玻璃纤维带17，作为隔热材料和固定层以实现所述电加热带的隔热和固定，而所述电加热带16与所述蒸馏瓶2的外壁之间还设置有温控仪传感器18探头，进行加热温度的探测。
蒸馏工作开始，少量的待蒸馏样品在进样液体流量控制器22的控制下进入蒸馏瓶2，所述待蒸馏样品温度一般为室温～35℃，蒸馏瓶2在旋转电机3带动下旋转，并被电加热带16开始加热，加热后蒸馏样品温度一般达36～59℃的某一预设值，在蒸汽压缩机7或蒸汽压缩机7和微型真空泵10的抽吸作用下蒸发气体进入蒸汽压缩机7并被压缩成液体、气体混合物，压缩过程中温度明显升高，经过压缩的流体一般温度46～90℃，被压缩的流体由压缩机出口9流出，流入微型热交换器11的热交换腔15，在热交换腔15停留达控制面板预设的时间后，单向阀24打开，在馏分液体流量控制器23的控制下部分馏分流入收集瓶13；在低温进液管14中停留的待蒸馏样品在进样液体流量控制器22的控制下陆续分批进入蒸馏瓶2，当待蒸馏样品温度达预设温度时，一般是36～59℃中的某一预设数值，电加热带16停止加热，由微型热交换器11完成对待蒸馏样品的持续加热，增加待蒸馏样品的热焓值，达到系统利用自身潜热维持蒸馏运行的目的。
如图1所示的旋转蒸发仪，根据不同的待蒸馏样品，计算预估并实验摸索出待蒸馏样品的最佳实验参数，如：初始进样量、后期进样量、每次进样时间间隔、馏分的排放量、每次排放时间间隔，获得系统最佳运行参数，由控制面板控制使系统在最佳条件下持续运行，实现节水、节能目的。
本发明所述旋转蒸发仪由于不使用冷凝组件对蒸发的气态物质进行冷凝，所以无需使用冷凝水等致冷剂，同时，所述蒸馏瓶的蒸发采用的是电加热组件，无需使用水(油)浴加热，进一步节约了水资源，节省了能源。
本发明所述旋转蒸发仪中，所述控制面板21分别与所述旋转电机3、蒸汽压缩机7、微型真空泵10、电加热带16、温控仪传感器18、蒸汽温度传感器19、蒸汽压力传感器20、进样液体流量控制器22、馏分液体流量控制器23和单向阀24通讯联系，在控制面板21的控制下完成蒸馏各环节。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种节水型无冷凝剂旋转蒸发仪，其特征在于，包括支架(1)，所述支架(1)上固定有可拆卸的蒸馏瓶(2)，所述蒸馏瓶(2)通过旋转电机(3)带动旋转，并通过控制面板(21)进行电气控制；
所述蒸馏瓶(2)的进料通道(4)内设置有进料管(5)，用于待蒸馏液的进料；所述进料通道(4)的侧壁处成型有出料口(6)，所述出料口(6)与蒸汽压缩机(7)的蒸汽进口(8)相连通，蒸发的气态物质经过所述蒸汽压缩机(7)被压缩，并经由所述蒸汽压缩机(7)的压缩机出口(9)流出；
所述节水型无冷凝剂旋转蒸发仪还设有微型热交换器(11)，所述微型热交换器(11)分别与所述压缩机出口(9)和所述进料管(5)相连通，用于温度较高的馏分与温度较低的待蒸馏液的热交换，实现对待蒸馏液的持续加热；
所述微型热交换器(11)内部成型有低温进液管(14)，所述低温进液管(14)与所述热交换器(11)的侧壁之间形成热交换腔(15)；所述低温进液管(14)与所述进料管(5)相连通；所述热交换腔(15)与所述蒸汽压缩机(7)的所述压缩机出口(9)相连通，经过热交换后的液体馏分经所述微型热交换器(11)的馏分出口(12)流出并被收集；
所述节水型无冷凝剂旋转蒸发仪还设有加热组件，所述加热组件包括设置于所述蒸馏瓶(2)的外壁处的电加热带(16)，以及设置于所述电加热带(16)外层的玻璃纤维带(17)，用于实现所述电加热带(16)的隔热和固定；
所述电加热带(16)与所述蒸馏瓶(2)之间还设置有温控仪传感器(18)探头。
2.根据权利要求1所述的节水型无冷凝剂旋转蒸发仪，其特征在于，所述蒸汽压缩机(7)包括旋叶式压缩机、罗茨式压缩机、离心式压缩机、活塞式压缩机或螺杆式压缩机。
3.根据权利要求1或2所述的节水型无冷凝剂旋转蒸发仪，其特征在于，所述出料口(6)与所述蒸汽进口(8)之间还设置有微型真空泵(10)，用于需要时增加蒸汽抽吸力度，辅助所述蒸发的气态物质进入所述蒸汽压缩机(7)。
4.根据权利要求3所述的节水型无冷凝剂旋转蒸发仪，其特征在于，所述微型真空泵(10)与所述蒸汽进口(8)之间还设置有除雾器(25)。
5.根据权利要求1或2所述的节水型无冷凝剂旋转蒸发仪，其特征在于，所述出料口(6)与所述微型真空泵(10)之间设置有蒸汽温度传感器(19)和/或蒸汽压力传感器(20)，对蒸馏过程进行实时监测。
6.根据权利要求1所述的节水型无冷凝剂旋转蒸发仪，其特征在于，所述微型热交换器(11)为聚四氟乙烯热交换器或耐腐蚀金属热交换器；
所述微型热交换器(11)中的所述低温进液管(14)为直管结构或蛇形管结构。
7.根据权利要求1或2所述的节水型无冷凝剂旋转蒸发仪，其特征在于，所述微型热交换器(11)的所述低温进液管(14)出口处设置有进样液体流量控制器(22)，用于控制流出所述低温进液管(14)的进样样品的一次进样量，并由所述控制面板(21)控制进样间隔时间；所述微型热交换器(11)的馏分出口(12)处设置有馏分液体流量控制器(23)，用于控制馏分的一次排放量，并由所述控制面板(21)控制排放间隔时间。
8.根据权利要求1或2所述的节水型无冷凝剂旋转蒸发仪，其特征在于，控制面板(21)分别与所述旋转电机(3)、蒸汽压缩机(7)、微型真空泵(10)、电加热带(16)、温控仪传感器(18)、蒸汽温度传感器(19)、蒸汽压力传感器(20)、进样液体流量控制器(22)和馏分液体流量控制器(23)实现电控制连接，在所述控制面板(21)的控制下完成蒸馏过程。
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