CN110203983B - 一种离心式低压蒸馏装置及低压蒸馏方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心式低压蒸馏装置，属于低压蒸馏装置技术领域，解决了现有技术中的低压蒸馏装置的产物纯度低，且无法确保在无重力条件下正常工作的技术问题。本发明的离心式低压蒸馏装置包括密封单元、进样单元、电动单元和真空单元；离心蒸馏单元包括梭形分离筒及设于分离筒内的分离盘架，分离盘架上设有多个叠放的分离盘；上下两个分离盘之间及分离盘与分离筒边缘处均设有间隙；电动单元用于通过转轴带动分离筒、分离盘架和分离盘转动；进样单元与离心蒸馏单元的顶部连接，进样单元用于向离心蒸馏单元供送待分离液体。本发明能够在无重力条件下进行高效工作，并且能够提高蒸馏产物的纯度，本发明为空间站的水处理问题提供解决方案。

Description

一种离心式低压蒸馏装置及低压蒸馏方法

技术领域

本发明涉及低压蒸馏装置技术领域，尤其涉及一种离心式低压蒸馏装置及低压蒸馏方法。

背景技术

低压蒸馏技术目前主要应用在化工及水处理场合。以船用造水机为例，当造水机内真空度达到94％时，海水在40℃左右就会沸腾，船用造水机日产淡水量以数十吨计。但是，造水机蒸发器中产生的水蒸气往往裹挟着一部分水滴进入冷凝器，因此这种淡水仍然含有一定盐分，蒸馏产物纯度不高，同时这种蒸馏处理装置不能应用于无重力场合。

现有低压蒸馏装置的产物的纯度低，同时在微重力条件下普通蒸馏处理装置不能正常工作。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种离心式真空低压蒸馏装置，用以解决现有低压蒸馏装置蒸馏产物纯度低、在微重力条件下无法正常工作的技术问题。

实施例1

本发明公开了一种离心式低压蒸馏装置，包括密封单元、进样单元、电动单元和真空单元；密封单元内设有离心蒸馏单元，离心蒸馏单元包括分离筒及设于分离筒内的分离盘架，分离盘架上设有多个叠放的分离盘；分离盘之间及分离盘与分离筒边缘处均设有间隙；

真空单元与密封单元连通，真空单元用于为离心蒸馏单元创造真空条件；电动单元用于通过设于分离筒中心的转轴带动离心蒸馏单元转动；进样单元与离心蒸馏单元的顶部连接，进样单元用于向离心蒸馏单元供送进样液体。

在一中可能的设计中，分离盘架为中空状，分离盘架与设于分离盘架中空部分的转轴及分离筒之间均为固定连接；分离盘为圆环形，分离盘侧面设有若干凸起；上下相邻的分离盘之间通过凸起形成一定间隙，间隙用于容纳进样液体。

在一中可能的设计中，分离筒顶部设有分液环，分液环的进口与进样单元连接，分液环沿圆周方向设有分液孔，进样液体通过分液孔喷入分离盘上。

在一中可能的设计中，分液环的进口位置的分液孔孔径小于远离分液环进口位置的分液孔孔径。

在一中可能的设计中，分离筒外设有加热单元，加热单元与分离筒一同绕转轴转动；加热单元用于对离心筒内的进样液体进行加热；加热单元通过电刷与电源连接。

在一中可能的设计中，进样单元包括储液柜、离心泵和进样管道；储液柜通过进样管道与分离筒连通，进样管道上依次设有离心泵和截止阀，离心泵用于向离心蒸馏单元泵入进样液体。

在一中可能的设计中，真空单元的工作介质为进样液体，真空单元的工作介质的进液口和出液口分别与离心泵的出液口和进液口连通。

在一中可能的设计中，离心式低压蒸馏装置还包括冷却单元，冷却单元设于密封单元内，冷却单元用于冷却蒸馏产物。

另一方面，本发明还公开了一种离心式低压蒸馏方法，采用上述任一种离心式低压蒸馏装置，该离心式低压蒸馏方法包括以下步骤：

步骤S1.关闭进样单元并启动电动单元，电动单元带动离心蒸馏单元旋转，转速达到设定值后，启动真空单元和冷却单元；

步骤S2.待真空单元将密封单元内抽至设定真空度时，开启进样单元和加热单元；

步骤S3.进样液体进入离心蒸馏单元中，并在贴近分离筒内壁位置呈环状分布；

步骤S4.随着加热单元对进样液体逐渐加热，进样液体中沸点最低的组分开始沸腾并蒸发散布至密封单元内；

步骤S5.密封单元内的蒸馏产物经冷凝单元冷凝后排出，进而得到蒸馏提取物。

进一步地，在步骤S3中，进样液体经分液环上的分液孔喷入分离盘架最顶端的分离盘上，并在分离盘的带动下高速旋转，进样液体在贴近分离筒内壁处呈环状分布，并在离心力作用下经分离盘与分离筒间的间隙分层。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)与现有技术相比，本发明的分离筒、分离盘架和其上叠放设置的分离盘在转轴的带动下进行高速旋转，分离盘间的进样液体受到的离心力远远大于其受到的重力，进样液体内部压强也远大于大气压，由于进样液体中的不同组的沸点不同，在进样液体高速旋转的条件下，不同组分间的沸点差明显增大；此外，由于进样液体中的液滴所受离心力极大，加热单元加热进样液体产生的蒸气很难裹挟液滴进入冷凝器，因此，本发明能够提高蒸馏产物的纯度，这为空间站的水处理问题提供解决方案。

(2)本发明在分离筒的顶部设有分液环，分液环的进口与进样单元的进样管道连通，进样单元通过进样管道将进样液体输送入分液环中，分液环沿圆周方向上均布有分液孔，由于分液环进口位置的液体压强较大，远离分液环进口位置的液体压力较小，因此，从分液环进口位置至远离分液环进口位置的分液孔孔径逐渐增大，从而使分液环内的进样液体能够更加均匀的喷入分离环上。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1提供的离心式低压蒸馏装置的结构示意图。

附图标记：

1-储液柜；2-离心泵；3-密封壳体；4-进样液体；5-电加热服；6-分离盘；7-分离盘架；8-分离筒；9-分液环；10-电机；11-皮带；12-电源；13-电刷；14-转轴；15-冷凝器；16-冷却液；17-蒸馏提取物；18-截止阀。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本实施例提供了一种离心式低压蒸馏装置，如图1所示，包括密封单元、进样单元、电动单元和真空单元；密封单元内设有离心蒸馏单元，离心蒸馏单元包括梭形分离筒8及设于梭形分离筒8内的分离盘架7，分离盘架7上设有多个叠在一起的分离盘6；分离盘6之间及分离盘6与分离筒8边缘处均设有间隙；真空单元与密封单元连通，真空单元用于为离心蒸馏单元创造真空条件；电动单元用于通过设于梭形分离筒8中心的转轴14带动离心蒸馏单元转动；进样单元与离心蒸馏单元的顶部连接，进样单元用于向离心蒸馏单元供送进样液体4。

具体地，本实施例提供离心式低压蒸馏装置包括密封单元、进样单元、真空单元和电动单元，其中，密封单元为密封壳体3，密封壳体3用于为离心蒸馏单元提供封闭条件；真空单元与密封单元连通，真空单元用于为离心蒸馏单元创造真空条件；离心蒸馏单元包括梭形分离筒8、分离盘架7和若干分离盘6，分离筒8中心设有转轴14并可以绕转轴14转动，多个离心盘依次叠加在分离盘架7上，且上、下两个相邻的分离盘6之间设有一定的间隙，进样单元输入的进样液体4能够进入该间隙内；密闭壳体内还设有电动单元，电动单元包括电机10，电机10通过皮带11和轴承带动转轴14进行高速旋转，进而使转轴14带动离心蒸馏单元高速旋转，处于间隙内的进样液体4在分离盘6的带动下也进行高速旋转，由于进样液体4受离心力的作用，分离盘6间隙处的进样液体4被甩至贴近分离筒8内壁处，形成环状分布，并在离心力的作用下逐渐分层。

与现有技术相比，本发明的分离筒8、分离盘架7和其上叠加设置的分离盘6在转轴14的带动下进行高速旋转时，其额定转速高达10000r/min左右，离心蒸馏单元在此高速旋转下，进样液体4所受的离心力是重力的上万倍，液体内部压强也远大于大气压，由于进样液体4中的不同组的沸点不同，在进样液体4高速旋转的条件下，不同组分间的沸点差明显增大；此外，由于进样液体4中的液滴所受离心力极大，加热单元加热进样液体4产生的蒸气很难裹挟液滴进入冷凝器15；在上述多重因素作用下，离心式低压蒸馏装置的提取物中杂质的含量明显低于现有低压蒸馏装置的提取物杂质含量；需要说明的是，本发明提供的离心式低压蒸馏装置能够在无重力条件下高效稳定的工作，为空间站的水处理问题提供解决方案。

为了将分离盘6以叠加的方式固定到分离盘架7上以及保证上下相邻的两个分离盘6之间形成一定的间隙进而能够容纳进样液体4，分离盘架7为中空状，分离盘架7与设于分离盘架7中间的转轴14及分离筒8中间均为固定连接；分离盘6为圆环形，分离盘6侧面设有若干凸起；上下相邻的分离盘6之间通过凸而分开形成一定间隙，间隙用于容纳进样液体4。

具体地，本发明的分离盘架7为中空状，转轴14设有分离盘架7的中空部分且两者为固定连接，在分离盘架7上设有多层的环形固定槽，各个分离盘6通过法兰或者螺钉等固定件将被固定到对应的固定槽中；另外，本发明的分离盘6为圆环形薄片，圆环形分离盘6套在固定槽中，从而与分离盘架7固定连接；另外，在各个分离盘6的侧面沿圆周方向上分别设有若干冲压形成的凸起，当将各个分离盘6固定到分离盘架7上时，上下两个相邻的分离盘6之间由于处于下方的分离盘6上的凸起而被分开，使上下分离盘6之间形成一定的间隙，当进样液体4进入到离心蒸馏单元后，进样液体4首先进入处于分离盘架7上最顶部的分离盘6上，在随离心蒸馏单元高速旋转的同时，通过分离盘6与分离筒8之间的间隙进入到下一层分离盘6上，即进入上下两层分离盘6形成的间隙位置，进样液体4在离心力的作用下在该层离心盘上形成贴近离心筒的环状分布带，并在离心力作用下逐渐分层，由于离心蒸馏单元外设有加热单元，随着加热单元对进样液体4逐渐加热，液体中沸点最低的组分开始沸腾并蒸发到密封壳体3中，未沸腾和蒸发的进样液体4会通过分离盘6和分离筒8之间的间隙进入下一层分离盘6，并重复上面的过程，直至进样液体4中的组分被完全蒸发掉。

为了将进样液体4均匀的喷入分离盘6上，在分离筒8顶部设有分液环9，分液环9的进口与进样单元连接，分液环9沿圆周方向设有分液孔，进样液体4通过分液孔喷入分离盘6上。

具体地，在分离筒8的顶部设有分液环9，分液环9的进口与进样单元的进样管道连通，进样单元通过进样管道将进样液体4输送入分液环9中，分液环9沿圆周方向上均布有分液孔，由于分液环9进口位置的液体压强较大，远离分液环9进口位置的液体压力较小，因此，从分液环9进口位置至远离分液环9进口位置的分液孔孔径逐渐增大，从而使分液环9内的进样液体4能够更加均匀的喷入分离环上。

为保证加热单元能够充分加热进样液体4，本发明的分离筒8外设有加热单元，加热单元与分离筒8一同绕转轴14转动；加热单元用于对离心筒内的进样液体4进行加热；加热单元通过电刷13与电源12连接。

具体地，本发明的加热单元包括电加热服5，电加热服5设有分离筒8外，当离心蒸馏单元高速旋转时，电加热服5势必会随着离心筒一同转动，因此，本发明采用电刷13将电加热服5和电源12连接起来；需要说明的是，由于电加热服5设于分离筒8外并将分离筒8包裹起来，因此，电加热服5的形状与梭形分离筒8的形状相同；当通过电加热服5对进样液体4进行加热时，随着密封壳体3内的温度和真空度的变化，进样液体4中的组分由于沸点不同会依次蒸发，进而实现进样液体4中各组分的精确分离。

本发明的进样单元包括储液柜1、离心泵2和进样管道；储液柜1通过进样管道与分离筒8连通，进样管道上依次设有离心泵2和截止阀18，离心泵2用于向离心蒸馏单元泵入进样液体4。

为简化蒸馏操作设备，本发明的真空单元的工作介质采用进样液体4，真空单元的工作介质的进液口和出液口分别与离心泵2的出液口和进液口连通。需要说明的是，如果待分离液即进样液体4的粘度较大，不适宜作为喷射泵的工作介质，那么喷射泵与分离筒8供液使用的离心泵2应当分开，即采用两台泵分别供液，使喷射泵选用粘度较小的工作介质。

为了对离心蒸馏单元蒸馏出的的蒸馏产物进行冷却，本发明中的冷却单元包括冷凝器15，冷凝器15设于密封壳体3内，冷却单元用于将蒸馏产生的蒸馏产物冷却为蒸馏提取液。具体地，当密闭壳体内为真空环境时，冷凝器15采用封闭式结构，冷凝器15的进口管道与气泵连接，密闭壳体内的蒸馏产物通过气泵输送入冷凝器15中，冷凝后得到蒸馏提取物17排出密闭壳体进行收集。

实施例2

本实施例提供了一种离心式低压蒸馏方法，采用实施例1提供的离心式低压蒸馏装置，该离心式低压蒸馏方法包括以下步骤：

步骤S1.离心式低压蒸馏装置工作前，启动电机10，电机10带动分离筒8、分离盘架7和分离盘架7上的分离盘6高速旋转，待转轴14的转速达到设定值后，确认关闭截止阀18，启动离心泵2以及冷凝器15的冷却液16的供液；

步骤S2.利用喷射泵将密封壳体3内进行抽真空，待抽至设定真空度时，逐渐开启截止阀18，同时开启电加热服5的电源12；

步骤S3.进样液体4经分液环9上的分液孔喷入分离盘架7最顶端的分离盘6上，并在分离盘6的带动下高速旋转，高速旋转状态的进样液体4在贴近分离筒8内壁处呈环状分布，并在离心力作用下经分离盘6与分离筒8间的间隙分层，并在贴近分离筒8内壁位置呈环状分布；

步骤S4.随着电加热服5对进样液体4逐渐加热，进样液体4中沸点最低的组分开始沸腾和蒸发，形成蒸馏产物，随后该蒸馏产物散布至密封壳体3内部空间中；

步骤S5.将步骤S4获得的蒸馏产物通过气泵泵入到冷凝器15中，经冷凝器15冷凝后凝结排出，得到蒸馏提取物17。

本实施例提供的低压蒸馏方法能提高低压蒸馏装置获得的蒸馏提取物17的纯度，并确保低压蒸馏装置能够在无重力条件下工作，

与现有技术相比，本发明的离心蒸馏单元在转轴14的带动下进行高速旋转时，其额定转速高达10000r/min左右，在此高速旋转下，进样液体4所受的离心力是重力的上万倍，液体内部压强也远大于大气压，由于进样液体4中的不同组的沸点不同，在进样液体4高速旋转的条件下，不同组分间的沸点差明显增大；此外，由于进样液体4中的液滴所受离心力极大，加热单元加热进样液体4产生的蒸气很难裹挟液滴进入冷凝器15；在上述多重因素作用下，离心式低压蒸馏装置的提取物中杂质的含量明显低于现有低压蒸馏装置的提取物杂质含量；需要说明的是，本发明提供的离心式低压蒸馏方法能够在无重力条件下高效稳定的工作，为空间站的水处理问题提供解决方案。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种离心式低压蒸馏装置，其特征在于，用于在无重力条件下空间站内的水处理；包括密封单元、进样单元、电动单元和真空单元；所述密封单元内设有离心蒸馏单元，所述离心蒸馏单元包括梭形分离筒及设于分离筒内的分离盘架，所述分离盘架上设有多个叠放的分离盘；所述分离盘之间及分离盘与分离筒边缘处均设有间隙；

所述真空单元与所述密封单元连通，所述真空单元用于为离心蒸馏单元创造真空条件；所述电动单元用于通过设于分离筒中心的转轴带动离心蒸馏单元转动；所述进样单元与离心蒸馏单元的顶部连接，所述进样单元用于向离心蒸馏单元供送进样液体；

所述分离盘架为中空状，所述分离盘架与设于所述分离盘架中空部分的转轴及分离筒之间均为固定连接；所述分离盘为圆环形薄片，在分离盘架上设有多层的环形固定槽，各个分离盘通过法兰或者螺钉被固定到对应的环形固定槽中；

所述分离盘为圆环形，所述分离盘侧面设有多个凸起；上下相邻的分离盘之间通过凸起形成间隙，所述间隙用于容纳进样液体；

所述分离筒、分离盘架和分离盘架上叠加设置的分离盘在转轴的带动下进行高速旋转，所述旋转速度为10000r/min；

所述分离筒外设有加热单元，所述加热单元与分离筒一同绕转轴转动；所述加热单元用于对离心筒内的进样液体进行加热；所述加热单元通过电刷与电源连接；所述加热单元包括电加热服，所述电加热服的形状与梭形分离筒的形状相同。

2.根据权利要求1所述的离心式低压蒸馏装置，其特征在于，所述分离筒顶部设有分液环，所述分液环的进口与进样单元连接，所述分液环沿圆周方向设有分液孔，进样液体通过分液孔喷入所述分离盘上。

3.根据权利要求2所述的离心式低压蒸馏装置，其特征在于，所述分液环的进口位置的分液孔孔径小于远离分液环进口位置的分液孔孔径。

4.根据权利要求1所述的离心式低压蒸馏装置，其特征在于，所述进样单元包括储液柜、离心泵和进样管道；所述储液柜通过进样管道与分离筒连通，所述进样管道上依次设有离心泵和截止阀，所述离心泵用于向离心蒸馏单元泵入进样液体。

5.根据权利要求4所述的离心式低压蒸馏装置，其特征在于，所述真空单元的工作介质为进样液体，所述真空单元的工作介质的进液口和出液口分别与所述离心泵的出液口和进液口连通。

6.根据权利要求1所述的离心式低压蒸馏装置，其特征在于，所述离心式低压蒸馏装置还包括冷却单元，所述冷却单元设于密封单元内，所述冷却单元用于冷却蒸馏产物。

7.一种离心式低压蒸馏方法，其特征在于，采用权利要求6所述的离心式低压蒸馏装置，所述离心式低压蒸馏方法包括以下步骤：

步骤S1.关闭进样单元并启动电动单元，电动单元带动离心蒸馏单元旋转，转速达到设定值后，启动真空单元和冷却单元；

步骤S2.待真空单元将密封单元内抽至设定真空度时，开启进样单元和加热单元；

步骤S3.进样液体进入离心蒸馏单元中，并在贴近分离筒内壁位置呈环状分布；在步骤S3中，进样液体经分液环上的分液孔喷入分离盘架最顶端的分离盘上，并在分离盘的带动下高速旋转，进样液体在贴近分离筒内壁处呈环状分布，并在离心力作用下经分离盘与分离筒间的间隙分层；

步骤S4.加热单元对进样液体逐渐加热，进样液体中沸点最低的组分开始沸腾并蒸发散布至密封单元内；

步骤S5.密封单元内的蒸馏产物经冷凝单元冷凝后排出，获得蒸馏提取物。

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