CN110035809A - 蒸汽蒸馏提取有机原材料中挥发油的设备和内部蒸馏方法 - Google Patents

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Abstract

本专利申请涉及一种具有模块化设计的紧凑设备，而且涉及使用蒸汽蒸馏提取技术来提取包含在植物或动物物质或任何其他类型的有机物质中的挥发性油和草本馏出物的简化且有效的方法。该设备由下部筒形模块或“锅炉”形成，在下部筒形模块顶部设置有上部半球形模块或“冷凝盖”，这两个模块被固定成单个密封本体。下部模块是设备的基部并且包括：热水锅炉、导热盘、蒸汽加热室、用于原材料的蒸馏室、调节蒸汽流的阀。上部模块是设备的盖并且包括：锥形蒸汽冷凝器、用于收集经蒸馏得到的液体的环和用于移除所收集的经蒸馏得到的液体的管。该设备可以容易地用于真空蒸馏、分馏和使用除水以外的溶剂和冷凝剂。该设备可以由不同的材料构造并且其容量可以从几公升至数百公升原材料之间变化。该设备能够快速地且完全地从诸如薰衣草、薄荷类、波尔多叶、月见草、薄荷和桉树之类的许多植物中提取出高质量的精油。所述的蒸馏方法被称为“内部蒸馏”并且特征在于它在单个物理空间(主体)中整合了半封闭的蒸汽流循环，该蒸汽流循环包括蒸馏的所有功能：使水在较低温度沸腾；产生经加压的干燥蒸汽；将蒸汽注入原材料的蒸馏室；使原材料中的挥发性物质“剥离”；使混合气体冷凝；和收集并移除经蒸馏得到的液体。

Description

蒸汽蒸馏提取有机原材料中挥发油的设备和内部蒸馏方法
本申请中提出的蒸馏设备由两个独立制造的模块组成，其中的设备部件参见图4。
A、设备的下部模块，该下部模块集成了如下所列的七个元件：
1、水加热用锅炉
2、导热盘
3、蒸汽加热室
4、用于原材料的容器或蒸馏室或烘箱
5、蒸汽流配给阀
6、环形垫圈
7、固定螺栓
B、设备的上部模块，该上部模块集成了如下所列的五个元件：
1、用于混合气体的冷凝盖
2、馏出物的收集环
3、馏出物的排出管
4、固定支撑件
5、蝶形螺母
A、被包括在该设备的下部模块的元件的描述如下：
A1、锅炉，所述设备的锅炉(A1)由筒形容器和安装在该第一容器内的另一个类似的较小容器之间的空间形成，该较小容器悬置在第一容器中，这两个容器在其边缘处被焊接到相同材料的扁平紧固环，该环的外径略大于所述较大容器的外径，并且该环具有焊接到下表面的小挡块，从而形成从锅炉(A1)到蒸汽加热室(A3)的蒸汽进入槽。
A2、导热盘，所述导热盘(A2)是圆拱形金属棒的一部分，该导热盘焊接到锅炉(A1)的双层底部的中心，所述导热盘(A2)的作用是将热量从加热单元(炉子)通过锅炉(A1)的双层底部传导到所述蒸汽加热室(A3)的底部。所述导热盘(A2)与所述锅炉(A1)底部的两侧都保持接触，从而加热到达位于锅炉(A1)正上方的所述蒸汽加热室(A3)底部的水蒸汽。
A3、蒸汽加热室，设备的所述蒸汽加热室(A3)能满足结合第三容器，该第三容器即安装在锅炉(A1)内的用于原材料的蒸馏室(A4)。在所述锅炉(A1)和所述蒸馏室(A4)之间的空间构成了所述蒸汽加热室(A3)。
A4、用于原材料的容器或蒸馏室，所述用于原材料的容器或蒸馏室(A4)由上述第三容器构成，该第三容器被安装的方式为：通过焊接在所述用于原材料的容器的口部边缘的紧固环来保持悬置在锅炉内部并被支撑在锅炉(A1)上，所述紧固环具有与位于锅炉(A1)口部的上方的环相同的外径。在蒸馏室(A4)的底部和该蒸馏室中心处存在连接所述蒸汽加热室(A3)和蒸馏室(A4)的孔，并且使得该孔可以安装有打开的阀(A5)，所述阀用于限定蒸汽流，该阀引导蒸汽向上通过原材料。
A5、配给阀，用于限定蒸汽流的配给阀是三个六边形短柱体(分别为E1、E2和E3)的金属部件，所有这些六边形短柱体都在各自柱体的一侧上具有锥形的凹部并且这些柱体彼此固定。前两个柱体(E1)和(E2)在凹部的相反侧处连接，并且第三柱体(E3)安装成将第三柱体的空的一侧与第二柱体(E2)的空的一侧相面对。沿第一柱体(E1)和第二柱体(E2)的轴线钻取出孔(E4)，该孔(E4)允许蒸汽通过。阀(A5)的下部柱体(E1)位于蒸馏室(A4)底部的中心，并且下部柱体的锥形凹部朝下，第二柱体(E2)位于蒸馏室(A4)的底部的中心且在该蒸馏室的内部，并且该第二柱体的锥形腔朝上。第三柱体(E3)(或阀的帽)通过位于三个周围螺钉(E6)处的小垫片(E5)与第二柱体(E2)稍微分开，这三个螺钉用作第二柱体(E2)和第三柱体(E3)之间的固定件。这些垫片的厚度决定了水平注入进入蒸馏室(A4)内部的蒸汽流的量。第三柱体的上侧在其轴线上带有螺钉(E7)插入件，所述螺钉具有小孔(E8)，该小孔(E8)可以对竖向喷入蒸馏室(A4)内部的蒸汽流的量进行限定。阀的第一本体(E1)的孔和上部螺钉的孔组成小型文丘里型真空管。参见图5和图6可见所述阀的分解图。
A6、环形垫圈，在锅炉(A1)口部的边缘上方和蒸馏室(A4)的紧固环下方以环的形式安装有所述弹性垫圈，该弹性垫圈气密地密封所述锅炉(A1)和盖(B1)之间的连接处，防止蒸汽从锅炉(A1)泄漏流失。
A7、固定螺栓，所述固定螺栓(A7)为三个并且彼此等距离，它们以竖向位置焊接在锅炉(A1)的环上，所述固定螺栓的功能是牢固地连接两个模块：装置的盖(B1)和锅炉(A1)。
安装在蒸馏器的下部模块(A)中的附加元件：
1、用于锅炉(A1)供水龙头用的带螺纹的装配端接件。
2、用于热水液位计的透明管的安装的带螺纹的装配端接件，该带螺纹的装配端接件是三通的且90°弯曲。
3、用于蒸汽温度计的安装的带螺纹的装配端接件。
4、用于蒸汽压力安全阀的安装的带螺纹的曲线装配件。
B、组成设备的上部模块(B)的元件的描述如下：
B1、冷凝盖，该蒸馏器的冷凝盖(B1)包括半球形式的容器和具有45°或更小角度的倾斜角(从垂直线开始测量的)的锥形形状的另一个容器，两个容器具有大致相同的高度且在基部上具有大致相同的直径，在顶端和基部处将这两个容器彼此固定。半球容器在上方并且锥形容器插入半球容器下方并在半球容器内部。该组件放置在锅炉(A1)上方，并作为设备的盖或覆盖件。在蒸馏器由金属容器构成的情况下，这种结构可以通过更大厚度的圆形金属带来加强，在这种结构中所述盖的边缘被焊接并且用作所述盖(B1)的组件和基部。在两个容器(半球形容器和锥形容器)之间所包含的空间构成冷水室的容积，并且冷水室的容积由上述两个元件之间的容积差确定。所述盖(B1)的锥体的内表面是蒸馏器的冷凝表面，并保持与从蒸馏室(A4)散发出的混合气体直接接触。所述盖的侧面的倾斜角允许通过重力将经蒸馏得到的液体连续漏到收集环(B2)。
B2、馏出物的收集环，该馏出物收集环(B2)是硅胶元件或类似元件，该馏出物收集环放置在所述设备的蒸馏室(A4)和盖(B1)之间，该馏出物收集环获得的锥形形状允许收集从所述盖(B1)的冷凝锥体落下的经蒸馏得到的液体。该收集环还在设备的盖(B1)和蒸馏室(A4)之间起到密封垫圈的作用，防止经蒸馏得到的液体在蒸馏器的边侧溢出。
B3、排出管，所述经蒸馏得到的液体通过所述排出管(B3)离开所述设备，排出管的主轴具有略微向下倾斜的径向方向。排出管插在所述盖(B1)的边缘上且穿过所述盖。
B4、固定支撑件，所述固定支撑件是三个柱形柱体，沿它们的轴线钻透这三个柱形柱体，这三个柱形柱体以垂直位置彼此等距离的方式焊接到盖(B1)的下侧。当安装该盖时，这些固定支撑件与穿过这些固定支撑件的锅炉(A1)的固定螺栓(A7)对齐。
B5、蝶形螺母或翼形螺母，当所述设备的盖(B1)关闭时，蝶形螺母(B5)与锅炉(A1)的各个固定螺栓(A7)经由螺纹连接在一起。
安装在所述设备的上部模块(B)中的附加元件：
1、用于冷水入口软管和出口软管的固定用的带螺纹的装配端接件。
2、用于监测混合气体温度的温度计的安装用的带螺纹的装配端接件，该带螺纹的装配端接件还允许最后在设备的盖(B1)上安装用于分馏的第二冷凝器。
在蒸馏期间所完成的蒸汽、混合气体和液体馏出物的循环和动力学。
参见图2，内部蒸馏过程的流向图。
1、蒸汽由沉在锅炉(A1)中的水的蒸发而产生，并且水是由位于该设备下方的炉子加热。
2、蒸汽由锅炉(A1)的内侧上升，然后从蒸馏室(A4)的外侧下降到蒸汽加热室(A3)的底部。
3、蒸汽通过与锅炉(A1)的底部的上表面接触而被再次加热并膨胀，从而获得压力。
4、经加压的蒸汽穿过阀(A5)并被投入到用于原材料的室(A4)。
5、蒸汽上升通过原材料，从含有精油的原材料中“抽取”气体。
6、蒸汽和精油的混合气体从原材料上方散发出，并悬浮在蒸馏室(A4)的上端。
7、所述混合气体与盖(B1)的锥体接触，盖的表面是冷的，因此就会发生所述混合气体的冷凝。
8、经蒸馏得到的液体沿盖(B1)的锥体向下流到收集环(B2)，经蒸馏得到的液体在收集环处积聚。
9、经积聚的液体沿收集环(B2)(通过重力)循环到排出管(B3)。
10、经蒸馏得到的液体通过排出管(B3)从设备内部排出，并通过管道输送到油水分离装置中。

Claims (16)

1.一种蒸汽蒸馏设备，所述蒸汽蒸馏设备用于提取有机性质的原材料或无机性质的原材料中所含有的挥发性物质，所述蒸汽蒸馏设备将完整的蒸馏过程所必需的所有元件集成在单个本体中，所述蒸汽蒸馏设备的特征在于，所述蒸汽蒸馏设备包括：用于使水沸腾的具有双层底部和双层壁的锅炉(A1)；位于所述锅炉(A1)内部的能用于放置原材料的蒸馏室(A4)；以及，设置在所述锅炉(A1)的顶部上的盖(B1)，所述盖设置成双层壁的冷凝器。
2.根据权利要求1所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，在所述锅炉(A1)和所述蒸馏室(A4)之间所产生的空间中形成蒸汽加热室(A3)。
3.根据权利要求1所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，所述蒸汽蒸馏设备设有导热盘(A2)，所述导热盘(A2)位于所述锅炉(A1)的双层底部之间且位于所述锅炉(A1)的中心处，所述导热盘(A2)允许热量从炉子传导到所述蒸汽加热室(A3)。
4.根据权利要求1所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，沿着所述锅炉(A1)的整个上部内边缘，所述蒸汽蒸馏设备具有允许蒸汽从所述锅炉(A1)穿行至所述蒸汽加热室(A3)的槽。
5.根据权利要求1所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，在所述蒸馏室(A4)的底部的中心处具有孔，所述孔允许安装有阀(A5)，所述阀(A5)用以限定进入所述蒸馏室内部的蒸汽的流量和方向。
6.根据权利要求5所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，所述阀(A5)由如下三个实心柱体形成：所述三个实心柱体各自在其中一个端部被呈锥形地挖空并且彼此叠置地经由螺纹连接在一起。
7.根据权利要求1所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，所述蒸汽蒸馏设备设置有弹性垫圈(A6)，所述弹性垫圈用于所述蒸馏室(A4)的气密密封，所述垫圈位于所述锅炉(A1)上并具有扁平环形状。
8.根据权利要求1所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，所述盖(B1)的双层壁之间的空间形成允许冷水循环的冷却室。
9.根据权利要求1所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，在所述盖(B1)的下侧具有锥形表面，所述锥形表面允许混合气体的内部冷凝。
10.根据权利要求1所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，所述盖(B1)在所述盖的顶端处具有带螺纹的装配端接件，所述带螺纹的装配端接件允许安装温度计并且能够用以固定用于分馏的额外的冷凝盖。
11.根据权利要求1所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，在所述盖(B1)中设置有用于经蒸馏得到的液体的排出管(B3)，所述排出管(B3)在所述盖的下边缘处穿过所述盖(B1)。
12.根据权利要求1所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，所述蒸汽蒸馏设备设置有用于收集所述经蒸馏得到的液体的弹性扁平环(B2)，所述环(B2)位于所述蒸馏室(A4)与所述盖(B1)之间、且用作所述蒸馏室(A4)与所述盖(B1)之间的气密密封件。
13.根据权利要求1所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，用于所述锅炉(A1)的气密密封和所述盖(B1)的气密密封所必需的力是由三个固定件施加，所述三个固定件彼此等距离地设置在所述设备的边侧上。
14.根据权利要求1所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，在所述锅炉(A1)的外侧，所述蒸汽蒸馏设备设置有用于安装以下部件所必需的所有端接件：进水口软管和出水口软管(C1)、水位计(C2)、水温计(C3)、用于过大的蒸汽压力的安全阀(C4)。
15.根据权利要求1所述的蒸汽蒸馏设备，其特征在于，在所述盖(B1)的外侧，所述蒸汽蒸馏设备具有用于安装以下部件所必需的所有端接件：冷水入口软管和冷水出口软管(D1)、混合气体温度计(D2)、分馏冷凝器(D2)；参见图3，显示这些部件的细节(截面细节)。
16.通过根据权利要求1至15中的任一项所述的设备所实施的内部蒸汽蒸馏方法，其特征在于，所述方法扩展了内部蒸馏过程的以下每一个功能：
参见图2所示所述内部蒸馏过程的流向图：
·在所述锅炉(A1)中产生干蒸汽；
·使水在较低温度(大致介于60℃至85℃之间的较低温度)沸腾；
·将位于所述蒸汽加热室(A3)中的蒸汽再加热(加热至大约110℃-115℃)；
·对进入所述蒸馏室(A4)的蒸汽流进行注入、计量和喷射；
·对所述蒸馏室(A4)以及对所述蒸馏室中所容纳的原材料进行预加热和回火处理；
·将从原材料挥发的混合气体从所述蒸馏室(A4)“引导”到所述盖(B1)；
·冷却所述盖(B1)的内部空间；
·使与所述盖(B1)的锥体接触的所述混合气体冷凝；
·将所述经蒸馏得到的液体从所述盖(B1)排放到所述收集环(B2)；
·收集所述经蒸馏得到的液体并使所述经蒸馏得到的液体流到所述排出管(B3)；
·通过所述排出管(B3)将所述经蒸馏得到的液体从所述设备中排出。
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