CN109876479A - 一种多级分体式水中溶剂蒸发装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多级分体式水中溶剂蒸发装置，所述装置包括装置腔体以及至少一个注入组件，所述装之腔体包括液体流动区域以及热气体流动区域，每个所述注入组件独立地包括液体输送组件以及至少两个热气体注入组件，所述液体输送组件包括液体输送管道、第二液体进口以及第二液体出口，所述热气体注入组件包裹所述液体输送管道，所述热气体注入组件的外壁与所述液体输送管道外壁间设置有热气体流动空间，所述液体输送管道的外壁被所述热气体注入组件包裹部分包括疏水性微孔材质，所述装置腔体的第一液体进口与所述注入组件的第二液体出口相连。所述装置增加水中有机溶剂与热气体的接触面积，实现水中有机溶剂的快速蒸发。
Description
技术领域
本发明属于化工装置领域，涉及一种有机溶剂蒸发装置，尤其涉及一种多级分体式水中有机溶剂蒸发装置。
背景技术
目前，去除水中有机溶剂的方法多为精馏、渗透蒸发或旋转蒸发等，上述方法虽然操作简单，但是其受热面积有限，导致传热速度受限，使得分离效率相对较慢。且精馏的耗能较高，且设备体积较大；渗透蒸发对膜的要求较高，且受到水中有机溶剂成分的限制；而旋转蒸发往往仅限于实验室中的小规模试验使用，不适用于大规模生产。
CN 204619399 U公开了一种食品接触材料测试用提取物的溶剂蒸发装置，所述装置包括水浴锅、柱形筒托、蒸发皿，所述水浴锅内设置若干个加热锅槽，所述柱形筒托固定在加热锅槽内，且在柱形筒托的上端部放置蒸发皿，在柱形筒托靠下端部的筒壁面上设置若干个过水通孔，所述蒸发皿的皿口处连接盖体。所述装置采用水蒸汽间接加热蒸发皿内的正己烷溶剂，取代了以往直接加热蒸发皿内的溶剂的方式，避免了蒸发皿直接加热的接触污染，而造成重量法核算时的检测误差，提高了检测结果的精确度。但是，所述装置无法放大使用，且仅仅限于单一有机溶剂的蒸发。
CN 201988195 U公开了一种溶剂型压敏胶的底部加热式溶剂蒸发装置，主要由蒸发釜、冷凝装置、溶剂回收罐、加热装置以及搅拌器组成，所述蒸发釜的内腔密封，其顶部通过管道与所述冷凝装置连通，所述冷凝装置的冷却液出口通过管道与所述溶剂回收罐连通；所述蒸发釜的底部设所述加热装置，且其内部设所述搅拌器；所述蒸发釜的上部设有送风装置。所述装置在密闭环境中将压敏胶聚合后的溶剂(甲苯、乙酸乙酯)全部脱除并全部回收，其回收率高达99.9％以上，从而降低胶粘剂整体成本，避免环境污染。但是所述装置仅限于有机-有机体系的分离，不适用于水-有机体系的分离。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种多级分体式水中有机溶剂蒸发装置，所述装置增加水中有机溶剂与热气体的接触面积，实现水中有机溶剂的快速蒸发。装置由于接触面积增大，同等蒸发量的情况下，设备体积减小；同时，使用惰性气体的条件下，降低蒸发带来的安全性问题。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种多级分体式水中溶剂蒸发装置，所述装置包括装置腔体以及至少一个注入组件，所述装之腔体包括液体流动区域以及热气体流动区域，所述液体流动区域设置有第一液体进口以及第一液体出口，所述热气体流动区域设置有热气体出口，每个所述注入组件独立地包括液体输送组件以及至少两个热气体注入组件，所述液体输送组件包括液体输送管道、第二液体进口以及第二液体出口，所述热气体注入组件包裹所述液体输送管道，所述热气体注入组件的外壁与所述液体输送管道外壁间设置有热气体流动空间，所述热气体注入组件的外壁上设置有热气体进口，所述液体输送管道的外壁被所述热气体注入组件包裹部分包括疏水性微孔材质，所述装置腔体的第一液体进口与所述注入组件的第二液体出口相连。
其中，所述注入组件的个数可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9或10等，每个所述注入组件包括的热气体注入组件的个数可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9或10等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，每个所述注入组件独立地包括3～5个热气体注入组件，如3个、4个或5个。
作为本发明优选的技术方案，所述第一液体进口以及第一液体出口的个数分别独立地不小1，如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述热气体出口的个数不小1，如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述热气体出口的位置高于所述第一液体出口。
优选地，所述第一液体出口的高度大于所述第一液体进口。
优选地，所述第二液体进口以及第二液体出口的个数分别独立地不小1，如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述热气体进口的个数不小1，如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述液体输送管道的外壁被所述热气体注入组件包裹部分全部为疏水性微孔材质。
作为本发明优选的技术方案，所述疏水性微孔材质包括微孔滤膜和/或微孔陶瓷，优选为微孔滤膜。
作为本发明优选的技术方案，所述微孔滤膜包括四氟乙烯微孔滤膜和/或聚偏氟乙烯微孔滤膜。
作为本发明优选的技术方案，所述液体输送管道的截面包括圆形、椭圆形或多边形中的任意一种或至少两种的组合图形。
其中，所述至少两种的组合图形可以是任意两种以上规则图形通过任意顺序叠加或相减所获得的图形。
作为本发明优选的技术方案，所述热气体出口设置有真空装置及溶剂冷却回收装置。
作为本发明优选的技术方案，所述水中有机溶剂蒸发装置可以进行串联或并联。
作为本发明优选的技术方案，所述热气体包括加热后的氮气、氦气、氩气或氖气中的任意一种或至少两种的组合。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明目的之一在于提供一种分体式水中有机溶剂蒸发装置，所述装置增加水中有机溶剂与热气体的接触面积，提高水与有机溶剂的分离率，实现水中有机溶剂的快速蒸发；
(2)本发明目的之一在于提供一种分体式水中有机溶剂蒸发装置，所述装置由于增大热气体与液体的传热面积，使得同等蒸发量的情况下，设备体积更小；
(3)本发明目的之一在于提供一种分体式水中有机溶剂蒸发装置，所述装置可使用惰性气体作为传热介质，降低蒸发带来的安全性问题。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的多级分体式水中有机溶剂蒸发装置的结构示意图；
图2是本发明实施例2提供的多级分体式水中有机溶剂蒸发装置的结构示意图；
图3是本发明实施例3提供的多级分体式水中有机溶剂蒸发装置的结构示意图；
图中：1-装置腔体，11-热气体流动区域，12-液体流动区域，13-第一液体进口，14-第一液体出口，15-热气体出口，2-注入组件，21-液体输送管道，22-第二液体进口，23-第二液体进出口，24-热气体进口，25-热气体流动空间。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明具体实施方式部分提供一种分体式水中溶剂蒸发装置，所述装置包括装置腔体1以及至少一个注入组件2，所述装之腔体包括液体流动区域12以及热气体流动区域11，所述液体流动区域设置有第一液体进口13以及第一液体出口14，所述热气体流动区域设置有热气体出口15，每个所述注入组件独立地包括液体输送组件以及至少两个热气体注入组件，所述液体输送组件包括液体输送管道21、第二液体进口22以及第二液体出口23，所述热气体注入组件位于所述液体输送管道21外侧且形成具有开口封闭空间，所述开口为热气体进口24，所述封闭空间为热气体流动空间25，所述液体输送管道21位于所述热气体注入组件内部的管壁包括疏水性微孔材质，所述装置腔体的第一液体进口13与所述注入组件的第二液体出口23相连。
本发明所述多级分体式水中溶剂蒸发装置，注入组件上一次设置有多个热气体注入组件，分多次将热气体注入至液体中，与单级分体式以及一体式水中溶剂蒸发装置相比，可以保证在液体注入速率较快的情况下，热气体依旧能充分进入至液体中，通过提高传热次数的形式，保证热气体与液体的传热效果，提高了装置的处理效率。
常规的水中溶剂蒸发装置热源仅能与水的外围接触，因此需控制水在较低流速范围，且需要较长的传热时间以保证水中的有机溶剂可以充分受热并蒸发。本发明中，所述液体输送管道的外壁被所述热气体注入组件包裹部分包括疏水性微孔材质，由于其疏水性以及极小的孔径，水不会进入疏水性微孔材质的孔内，而热气体可以通过微孔进入水中，在液体中形成微小气泡，增大了热源与水的传热面积，使得水可均匀且快速受热，增加了水中有机溶剂的蒸发速率，而热气体在从水中脱除时可将气化的有机溶剂带出水相，进一步加快了有机溶剂的蒸发效率，还避免了有机溶剂的二次溶解。
本发明中，所述分体式水中溶剂蒸发装置包括至少一个注入组件，所述注入组件包括至少一个第二液体进口以及至少一个第二液体出口，液体主要采用机械泵输送，使用机械泵输送可以有效控制液体的流速，以保证液体与热气体的接触时间，使得热气体可以冲充分进入液体中。液体的输送速率均有其极限值，因此，为了增加液体的进料速率，可以采用多个液体入口同时进料，此时为了避免由于液体进料过多导致液体输送区域压力过大而发生泄漏等情况，可以同时设置多个液体出口。
本发明中，所述每个热气体出口处可以设置真空装置及溶剂冷却回收装置，真空装置可使得热气体以及气化有机溶剂迅速脱离装置腔体，冷却回收装置可以使得气化有机溶剂迅速液化，一方面有利于有机溶剂的回收，另一发明可以降低热气体出口处有机溶剂的蒸气压，有利于有机溶剂的蒸发。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种分体式水中溶剂蒸发装置，所述装置包括装置腔体1以及1个注入组件2，所述装之腔体包括液体流动区域12以及热气体流动区域11，所述液体流动区域设置有第一液体进口13以及第一液体出口14，所述热气体流动区域设置有热气体出口15，所述注入组件包括液体输送组件以及3个热气体注入组件，所述液体输送组件包括液体输送管道21、第二液体进口22以及第二液体出口23，所述热气体注入组件位于所述液体输送管道21外侧且形成具有1个开口的封闭空间，所述开口为热气体进口24，所述封闭空间为热气体流动空间25，所述液体输送管道21位于所述热气体注入组件内部的管壁全部为微孔滤膜，所述装置腔体的第一液体进口13与所述注入组件的第二液体出口23相连。
实施例2
本实施例提供一种分体式水中溶剂蒸发装置，所述装置除了所述注入组件包括液体输送组件以及4个热气体注入组件外，其他条件均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种分体式水中溶剂蒸发装置，所述装置除了所述注入组件包括液体输送组件以及5个热气体注入组件外，其他条件均与实施例1相同。
对比例
对比例所述提供的装置除了将实施例1提供的装置中的疏水微孔材质的侧壁替换为铝合金侧壁外，其他条件均与实施例1相同。
分别使用实施例1-3以及对比例1所提供的装置，分离水中的甲醇(甲醇浓度15wt％)，液体流速为80mL/s，使用氦气作为热气体，热气体温度为70℃，热气体流速为70ml/s。对各装置液体出口处得到的液体中的乙醇残留量进行检测，测试结果如表1所示。
表1
通过表1的结果可以看出，采用本发明实施例1-3提供的的设备对质量浓度15％的甲醇水溶液中的甲醇进行分离，分离后水中的甲醇含量不大于0.1％，而对比例1将实施例1提供的装置中的疏水微孔材质的侧壁替换为铝合金侧壁，分离后水中的甲醇含量高达6.61％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种多级分体式水中溶剂蒸发装置，其特征在于，所述装置包括装置腔体以及至少一个注入组件，所述装之腔体包括液体流动区域以及热气体流动区域，所述液体流动区域设置有第一液体进口以及第一液体出口，所述热气体流动区域设置有热气体出口，每个所述注入组件独立地包括液体输送组件以及至少两个热气体注入组件，所述液体输送组件包括液体输送管道、第二液体进口以及第二液体出口，所述热气体注入组件位于所述液体输送管道外侧且形成具有开口封闭空间，所述开口为热气体进口，所述封闭空间为热气体流动空间，所述液体输送管道位于所述热气体注入组件内部的管壁包括疏水性微孔材质，所述装置腔体的第一液体进口与所述注入组件的第二液体出口相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述注入组件独立地包括3～5个热气体注入组件。
3.根据权利要求1或2所述的装置，所述第一液体进口以及第一液体出口的个数分别独立地不小1；
优选地，所述热气体出口的个数不小1；
优选地，所述热气体出口的位置高于所述第一液体出口；
优选地，所述第一液体出口的高度大于所述第一液体进口；
优选地，所述第二液体进口以及第二液体出口的个数分别独立地不小1；
优选地，所述热气体进口的个数不小1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述液体输送管道位于所述热气体注入组件内部的管壁全部为疏水性微孔材质。
5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述疏水性微孔材质包括微孔滤膜和/或微孔陶瓷，优选为微孔滤膜。
6.根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述微孔滤膜包括四氟乙烯微孔滤膜和/或聚偏氟乙烯微孔滤膜。
7.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述液体输送管道的截面包括圆形、椭圆形或多边形中的任意一种或至少两种的组合图形。
8.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，所述热气体出口设置有真空装置及溶剂冷却回收装置。
9.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于，所述水中有机溶剂蒸发装置可以进行串联或并联。
10.根据权利要求1-9任一项所述的装置，其特征在于，所述热气体包括加热后的氮气、氦气、氩气或氖气中的任意一种或至少两种的组合。
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