CN110559671A - 一种微波加热流化蒸发浓缩装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种微波加热流化蒸发浓缩装置及其使用方法，包括原料罐、供料泵、高位原料槽、进料电磁阀、气相冷凝套管、进料管道、气相冷凝输入管、真空抽吸泵、气相出料管道、气相出料缓冲管、蒸发腔上顶盖、微波发生器、蒸发腔、蒸发槽、气相冷凝出料泵、液相出料电磁阀、液相出料储罐、液相出料阀门；本发明采用真空排气技术快速排出蒸发腔内产生的蒸汽，根据蒸发过程工艺要求，将蒸发腔内维持在稳定压力范围内；采用微波加热低压蒸发腔内的料液，维持料液在低压条件下的蒸发状态，实现在流动过程中不断蒸发，本发明装置具有流化效果好、蒸发效率高、能耗低、动态连续蒸发处理料液等特点。
Description
技术领域
本发明属于微波化工设备及技术领域，具体涉及一种微波加热流化蒸发浓缩装置及其使用方法。
背景技术
蒸馏工艺被广泛利用于生物医药、化工石化、冶金、环保、农业、食品、海水淡化等领域。其原理在于通过提高液相或者固液混合相的温度，使得溶剂分子获得足够的能量从物质表面分离逃逸或挥发。通过利用各物质在混合相中挥发度和溶解度的不同，使得物质得到依次分离后进行冷凝收集的方法，既所谓蒸发工艺。
物质组成相之间的蒸汽压差别越大，既沸点相差越大，物质蒸发过程越容易进行，通过控制气液相界面压力，通过真空操作提供真空度可有效降低蒸馏的难度并迅速排出挥发性组分蒸汽。通过真空操作条件下的蒸馏操作可实现相分离、提纯、浓缩、除味及增强相间反应。
传统蒸发器采用壁面传热、热管传热和蒸汽喷射加热方式进行，设备包括机械薄膜式、离心薄膜式、竖管薄膜式、平壁薄膜式等。按照换热方向的不同，分为顺流换热和逆流换热等两种方式。壁面传热和热管传热影响换热效率，蒸汽喷射使得水蒸气冷凝混入气相影响冷凝器冷凝效率。且液膜式蒸发过程使得液膜传热受到加热面和热传导方向的影响，受热过程的不均匀导致蒸发过程不具备同向快速性，因此管式或壁式换热蒸发器一般需要长列管或者大壁面使得物质得到均匀加热，加热时间一般很长，设备一般体积庞大，构造复杂。因此，充分考虑热源和物质之间的热传递方式，提高热效率减少工艺时间，降低设备制造难度，减少占地空间对于工艺进步和设备发展相关重要。
微波加热作为一种“体加热”，主要基于极化机制和离子传导机制两种方式对对介质进行加热，具有波长短、频率高、穿透强、易吸收等独特优点。微波与物质交互作用过程中，微波能直接在物质内部转化成为热能，并且微波的选择性加热特性，极性分子将快速吸收微波并转化为热能，极性分子极性越大吸收能力越强。料液中极性分子吸收微波后，通过介电损耗方式吸收和释放能量。因此，采用微波加热料液具有良好的热效应，且微波功率可控且微波热惯性小、加热速度快。作为一种非接触式的加热方式，在干燥、冶金、化工、食品领域得到了广泛的利用。
发明内容
本发明目的在于提供一种微波加热流化蒸发浓缩装置及其使用方法，该装置具有循环流化效果好、蒸发效率高、能耗低、动态连续蒸发处理料液等特点，在腔体低压条件下采用微波加热流动薄层料液，使得料液在流动过程蒸发浓缩，并通过真空抽吸泵对气相进行收集，通过套管冷凝收集冷凝液，在冷凝换热过程中，利用气相温度，可将料液进行加热，达到节能的效果。
一种微波加热流化蒸发浓缩装置，包括原料罐1、供料泵2、高位原料槽3、进料电磁阀4、气相冷凝套管5、进料管道6、气相冷凝输入管7、真空抽吸泵8、气相出料管道9、气相出料缓冲管10、蒸发腔上顶盖11、微波发生器12、蒸发腔13、蒸发槽14、气相冷凝出料泵16、液相出料电磁阀18、液相出料储罐19、出料电磁阀20；
原料罐1通过供料泵2与高位原料槽3连接，高位原料槽3下方连接进料管道6，进料管道6上设有进料电磁阀4，进料电磁阀4下方的进料管道6外设有气相冷凝套管5，进料管道6下端口位于蒸发槽14一侧的上方，蒸发槽14设置在蒸发腔13内部，蒸发槽14另一侧的下方连有出液管，出液管上设有液相出料电磁阀18，出液管的另一端连接液相出料储罐19，液相出料储罐19底部设有出料电磁阀20；
蒸发腔13上部设置蒸发腔上顶盖11，蒸发腔上顶盖11上设有气相出料缓冲管10，气相出料缓冲管10与气相出料管道9连接，气相出料管道9与真空抽吸泵8连接，真空抽吸泵8另一端与气相冷凝输入管7连接，气相冷凝输入管7与气相冷凝套管5连通，气相冷凝套管5另一端侧面通过气相冷凝出料泵16与冷凝物料槽连接；蒸发腔13外部设有微波发生器12。
所述蒸发槽14从进料管道6下方一侧到出液管一侧从高到低倾斜，倾斜角度为1-15°，便于料液流动。
所述蒸发槽14底部设有蒸发槽支座15，蒸发槽支座15为可伸缩支撑杆。
所述蒸发槽14采用透波陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙烯等材料制成。
所述蒸发腔13底部设有设备支柱17，用于支撑。
所述高位原料槽3内设有加热电阻、温度传感器。
所述蒸发腔13内设有温度传感器、压力传感器。
所述装置还包括PLC控制器，加热电阻、温度传感器、压力传感器、微波发生器、进料电磁阀4、真空抽吸泵8、液相出料电磁阀18、出料电磁阀20分别与PLC控制器连接，PLC控制器可根据蒸发物料的工艺要求控制装置工艺参数并完成调节，在装置工作过程中PLC控制器采集各项参数并完成调节。
本发明所述微波加热流化蒸发浓缩装置的使用方法，采用供料泵2将混合液从原料罐1泵入高位原料槽3，混合液在高位原液槽3中进行预热，将温度提高至混合液中低泡点物质的泡点温度，在升温的同时开启真空抽吸泵8，将蒸发腔13内抽真空，开启微波发生器12，微波发生器12对蒸发槽14内进行加热，然后开启进料电磁阀4使得预热后的混合液通过进料管道6进入蒸发腔13内的蒸发槽14内，混合液进入蒸发槽14后，顺着蒸发槽14流动的混合液通过微波发生器12加热，使得混合液在加热过程中受热蒸发浓缩，通过控制进料电磁阀4与液相出料电磁阀18的开合大小，控制混合液进出流量，从而调节蒸发槽14内的混合液处理量，当流动到液相出料电磁阀18时刚好蒸发结束，蒸发结束后的料液通过液相出料电磁阀18流入液相出料储罐19中，通过出料电磁阀20流出后收集，保持真空抽吸泵8开启以维持蒸发腔13内的真空度，蒸发产生的气相被真空抽吸泵8通过气相出料缓冲管10、出料管道9抽出，然后通过气相冷凝输入管7输入气相冷凝套管5，气体在气相冷凝套管5对进料管道6内的料液进行加热，同时自己冷凝，冷凝液通过气相冷凝出料泵16排出收集。
所述蒸发腔13内的气压至少低于大气压10kPa。
所述微波发生器12的微波功率1kW-5MW连续可调。
本发明的有益效果在于：
1、通过在低压的蒸发腔内设置蒸发槽，混合液以薄层在蒸发槽内流动，通过低压的蒸发腔体的时候，微波快速加热以薄层形态流动的混合液，使得混合液快速蒸发，低压腔的设置降低了混合液蒸发的汽化潜热要求。
2、本发明通过进出料阀门的流动控制蒸发槽内的混合液薄层厚度，可根据混合液吸波特性与比热容等物理特性并配合微波功率调整，采用一次性操作就可以将料液浓缩至要求浓度，相比于传统的壁式蒸发过程，加热速度快，设备一体化集成度高，设备投资成本低，省略了蒸汽发生器或者蒸汽导管等设备。
3、本发明采用真空排气技术快速排出蒸发腔内产生的蒸汽，根据蒸发过程工艺要求，将蒸发腔室维持在稳定压力范围内。
4、本发明采用微波加热低压蒸发腔内的混合液，维持混合液在低压条件下的蒸发状态，实现在流动过程中不断蒸发。
附图说明
图1为本发明的设备结构示意图
图中：1-设备原料罐、2-供料泵、3-高位原料槽、4-进料电磁阀、5-气相冷凝套管、6-进料管道、7-气相冷凝输入管、8-真空抽吸泵、9-气相出料管道、10-气相出料缓冲管、11-蒸发腔上顶盖、12-微波发生器、13-蒸发腔、14-蒸发槽、15-蒸发槽支座、16-气相冷凝出料泵、17-设备支柱、18-液相出料电磁阀、19-液相出料储罐、20-出料电磁阀。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种微波加热流化蒸发浓缩装置，包括原料罐1、供料泵2、高位原料槽3、进料电磁阀4、气相冷凝套管5、进料管道6、气相冷凝输入管7、真空抽吸泵8、气相出料管道9、气相出料缓冲管10、蒸发腔上顶盖11、微波发生器12、蒸发腔13、蒸发槽14、蒸发槽支座15、气相冷凝出料泵16、液相出料电磁阀18、液相出料储罐19、出料电磁阀20、加热电阻、两个温度传感器、压力传感器；
原料罐1通过供料泵2与高位原料槽3连接，高位原料槽3下方连接进料管道6，进料管道6上设有进料电磁阀4，进料电磁阀4下方的进料管道6外设有气相冷凝套管5，进料管道6下端口位于蒸发槽14一侧的上方，蒸发槽14设置在蒸发腔13内部，蒸发槽14底部设有蒸发槽支座15，蒸发槽14采用透波陶瓷材料制成，蒸发槽14另一侧的下方连有出液管，出液管上设有液相出料电磁阀18，出液管的另一端连接液相出料储罐19，液相出料储罐19底部设有出料电磁阀20；
蒸发腔13上部设置蒸发腔上顶盖11且顶盖11密闭，蒸发腔上顶盖11上设有气相出料缓冲管10，气相出料缓冲管10与气相出料管道9连接，气相出料管道9与真空抽吸泵8连接，真空抽吸泵8另一端与气相冷凝输入管7连接，气相冷凝输入管7与气相冷凝套管5连通，气相冷凝套管5另一端侧面通过气相冷凝出料泵16与冷凝物料槽连接；蒸发腔13外部设有微波发生器12，微波发生器12通过微波波导与蒸发腔13侧面连接，蒸发腔13底部设有设备支柱17，用于支撑，高位原料槽3内设有加热电阻、温度传感器，蒸发腔13内设有温度传感器、压力传感器。
采用本实施例的装置，来蒸发处理分离50%乙醇水溶液体系，具体步骤如下：
（1）采用供料泵2将混合液从原料罐1泵入高位原料槽3，混合液在高位原液槽3中进行预热，将温度提高至高位原液槽3内的温度传感器提示温度为50℃为止，在升温的同时开启真空抽吸泵8，将蒸发腔13内抽真空至压力传感器提示蒸发腔13内的气压低于大气压30kPa，关闭真空抽吸泵8，开启微波发生器12，调节设备微波功率为8kW，微波发生器12对蒸发槽14内进行加热至蒸发腔13内的温度传感器提示温度为80℃，调节微波发生器12的功率保持蒸发腔13中的温度为此温度；
（2）开启进料电磁阀4使得预热后的混合液通过进料管道6进入蒸发腔13内的蒸发槽14内，混合液进入蒸发槽14后，顺着蒸发槽14流动的混合液通过微波发生器12加热，使得混合液在加热过程中受热蒸发浓缩，通过控制进料电磁阀4与液相出料电磁阀18的开合大小，控制混合液进出流量，从而调节蒸发槽14内的混合液处理量，控制出料速度为300L/h，当流动到液相出料电磁阀18时，蒸发后的料液通过液相出料电磁阀18流入液相出料储罐19中，通过出料电磁阀20流出后收集；期间开启真空抽吸泵8保持真空抽吸泵8开启以维持蒸发腔内的真空度，同时保持温度不变，蒸发产生的气相被真空抽吸泵8通过气相出料缓冲管10、出料管道9抽出，然后通过气相冷凝输入管7输入气相冷凝套管5，气体在气相冷凝套管5对进料管道6内的混合液进行加热，同时自己冷凝，冷凝液通过气相冷凝出料泵16排出收集。
实施例2
一种微波加热流化蒸发浓缩装置，将实施例1装置中的蒸发槽14换为聚四氟乙烯制成的，并调节蒸发槽支座15的高度，使蒸发槽14从进料管道6下方一侧到出液管一侧从高到低倾斜，倾斜角度为1°，便于料液流动，装置还包括PLC控制器，加热电阻、温度传感器、压力传感器、微波发生器、进料电磁阀4、真空抽吸泵8、液相出料电磁阀18、出料电磁阀20分别与PLC控制器连接，PLC控制器可根据蒸发物料的工艺要求控制装置工艺参数并完成调节，在装置工作过程中PLC控制器采集各项参数并完成调节，其他部件及部件之间的位置关系与实施例1相同。
采用本实施例的装置，来蒸发处理分离浓缩硫酸，具体步骤如下：
（1）采用供料泵2将混合液从原料罐1泵入高位原料槽3，混合液在高位原液槽3中进行预热，将温度提高至高位原液槽3内的温度传感器提示温度为80℃为止，PLC控制器调节加热电阻对高位原液槽3恒温，在升温的同时PLC控制器开启真空抽吸泵8，将蒸发腔13内抽真空至压力传感器提示蒸发腔13内的气压低于大气压10kPa，PLC控制器先关闭真空抽吸泵8，PLC控制器开启微波发生器12，调节设备微波功率为4MW，微波发生器12对蒸发槽14内进行加热至蒸发腔13内的温度传感器提示温度为100℃，PLC控制器调节微波发生器12的功率保持蒸发腔13中的温度为此温度；
（2）PLC控制器开启进料电磁阀4使得预热后的混合液通过进料管道6进入蒸发腔13内的蒸发槽14内，混合液进入蒸发槽14后，顺着蒸发槽14流动的混合液通过微波发生器12加热，使得混合液在加热过程中受热蒸发浓缩，控制进料电磁阀4与液相出料电磁阀18的开合大小，控制混合液进出流量，从而调节蒸发槽14内的混合液处理量，控制出料速度为200L/h，PLC控制器开启液相出料电磁阀18，当流动到液相出料电磁阀18时，蒸发后的料液通过液相出料电磁阀18流入液相出料储罐19中，通过出料电磁阀20流出后收集；期间PLC控制器开启真空抽吸泵8保持真空抽吸泵8开启以维持蒸发腔内的真空度，同时保持温度不变，蒸发产生的气相被真空抽吸泵8通过气相出料缓冲管10、出料管道9抽出，然后通过气相冷凝输入管7输入气相冷凝套管5，气体在气相冷凝套管5对进料管道6内的料液进行加热，以方便自己冷凝，冷凝液通过气相冷凝出料泵16排出收集。
实施例3
一种微波加热流化蒸发浓缩装置，将实施例1装置中的蒸发槽14换为聚丙烯制成的，并调节蒸发槽支座15的高度，使蒸发槽14从进料管道6下方一侧到出液管一侧从高到低倾斜，倾斜角度为15°，便于料液流动，其他部件及部件之间的位置关系与实施例1相同。
采用本实施例的装置，来蒸发处理浓缩牛奶，具体步骤如下：
（1）采用供料泵2将混合液从原料罐1泵入高位原料槽3，混合液在高位原液槽3中进行预热，将温度提高至高位原液槽3内的温度传感器提示温度为40℃为止，在升温的同时开启真空抽吸泵8，将蒸发腔13内抽真空至压力传感器提示蒸发腔13内的气压低于大气压70kPa，关闭真空抽吸泵8，开启微波发生器12，调节设备微波功率为10kW，微波发生器12对蒸发槽14内进行加热至蒸发腔13内的温度传感器提示温度为140℃，调节微波发生器12的功率保持蒸发腔13中的温度为此温度；
（2）开启进料电磁阀4使得预热后的混合液通过进料管道6进入蒸发腔13内的蒸发槽14内，混合液进入蒸发槽14后，顺着蒸发槽14流动的混合液通过微波发生器12加热，使得混合液在加热过程中受热蒸发浓缩，通过控制进料电磁阀4与液相出料电磁阀18的开合大小，控制混合液进出流量，从而调节蒸发槽14内的混合液处理量，控制出料速度为200L/h，当流动到液相出料电磁阀18时，蒸发后的料液通过液相出料电磁阀18流入液相出料储罐19中，通过出料电磁阀20流出后收集；期间开启真空抽吸泵8保持真空抽吸泵8开启以维持蒸发腔内的真空度，同时保持温度不变，蒸发产生的气相被真空抽吸泵8通过气相出料缓冲管10、出料管道9抽出，然后通过气相冷凝输入管7输入气相冷凝套管5，气体在气相冷凝套管5对进料管道6内的混合液进行加热，同时自己冷凝，冷凝液通过气相冷凝出料泵16排出收集。
实施例4
一种微波加热流化蒸发浓缩装置，将实施例1装置中的蒸发槽14换为聚丙烯制成的，并调节蒸发槽支座15的高度，使蒸发槽14从进料管道6下方一侧到出液管一侧从高到低倾斜，倾斜角度为10°，便于料液流动，其他部件及部件之间的位置关系与实施例1相同。
采用本实施例的装置，来蒸发分离甲醇水溶液，将甲醇质量分数从10%提高至60%，具体步骤如下：
（1）采用供料泵2将混合液从原料罐1泵入高位原料槽3，混合液在高位原液槽3中进行预热，将温度提高至高位原液槽3内的温度传感器提示温度为40℃为止，在升温的同时开启真空抽吸泵8，将蒸发腔13内抽真空至压力传感器提示蒸发腔13内的气压低于大气压70kPa，关闭真空抽吸泵8，开启微波发生器12，调节设备微波功率为10kW，微波发生器12对蒸发槽14内进行加热至蒸发腔13内的温度传感器提示温度为75℃，调节微波发生器12的功率保持蒸发腔13中的温度为此温度；
（2）开启进料电磁阀4使得预热后的混合液通过进料管道6进入蒸发腔13内的蒸发槽14内，混合液进入蒸发槽14后，顺着蒸发槽14流动的混合液通过微波发生器12加热，使得混合液在加热过程中受热蒸发浓缩，通过控制进料电磁阀4与液相出料电磁阀18的开合大小，控制混合液进出流量，从而调节蒸发槽14内的料液处理量，控制出料速度为200L/h，当流动到液相出料电磁阀18时，蒸发后的料液通过液相出料电磁阀18流入液相出料储罐19中，通过出料电磁阀20流出后收集；期间开启真空抽吸泵8保持真空抽吸泵8开启以维持蒸发腔内的真空度，同时保持温度不变，蒸发产生的气相被真空抽吸泵8通过气相出料缓冲管10、出料管道9抽出，然后通过气相冷凝输入管7输入气相冷凝套管5，气体在气相冷凝套管5对进料管道6内的混合液进行加热，同时自己冷凝，冷凝液通过气相冷凝出料泵16排出收集。
Claims (9)
1.一种微波加热流化蒸发浓缩装置，其特征在于，包括原料罐（1）、供料泵（2）、高位原料槽（3）、进料电磁阀（4）、气相冷凝套管（5）、进料管道（6）、气相冷凝输入管（7）、真空抽吸泵（8）、气相出料管道（9）、气相出料缓冲管（10）、蒸发腔上顶盖（11）、微波发生器（12）、蒸发腔（13）、蒸发槽（14）、气相冷凝出料泵（16）、液相出料电磁阀（18）、液相出料储罐（19）、出料电磁阀（20）；
原料罐（1）通过供料泵（2）与高位原料槽（3）连接，高位原料槽（3）下方连接进料管道（6），进料管道（6）上设有进料电磁阀（4），进料电磁阀（4）下方的进料管道（6）外设有气相冷凝套管（5），进料管道（6）下端口位于蒸发槽（14）一侧的上方，蒸发槽（14）设置在蒸发腔（13）内部，蒸发槽（14）另一侧的下方连有出液管，出液管上设有液相出料电磁阀（18），出液管的另一端连接液相出料储罐（19），液相出料储罐（19）底部设有出料电磁阀（20）；
蒸发腔（13）上部设置蒸发腔上顶盖（11），蒸发腔上顶盖（11）上设有气相出料缓冲管（10），气相出料缓冲管（10）与气相出料管道（9）连接，气相出料管道（9）与真空抽吸泵（8）连接，真空抽吸泵（8）另一端与气相冷凝输入管（7）连接，气相冷凝输入管（7）与气相冷凝套管（5）连通，气相冷凝套管（5）另一端侧面通过气相冷凝出料泵（16）与冷凝物料槽连接；蒸发腔（13）外部设有微波发生器（12）。
2.根据权利要求1所述微波加热流化蒸发浓缩装置，其特征在于，蒸发槽（14）从进料管道（6）下方一侧到出液管一侧从高到低倾斜，倾斜角度为1-15°。
3.根据权利要求1所述微波加热流化蒸发浓缩装置，其特征在于，蒸发槽（14）底部设有蒸发槽支座（15），蒸发槽支座（15）为伸缩杆。
4.根据权利要求1所述微波加热流化蒸发浓缩装置，其特征在于，蒸发槽（14）采用透波陶瓷、聚四氟乙烯、聚丙烯材料制成。
5.根据权利要求1所述微波加热流化蒸发浓缩装置，其特征在于，蒸发腔（13）底部设有设备支柱（17）。
6.根据权利要求1所述微波加热流化蒸发浓缩装置，其特征在于，高位原料槽（3）内设有加热电阻、温度传感器；蒸发腔（13）内设有温度传感器、压力传感器。
7.根据权利要求6所述微波加热流化蒸发浓缩装置，其特征在于，还包括PLC控制器，加热电阻、温度传感器、压力传感器、微波发生器、进料电磁阀（4）、真空抽吸泵（8）、液相出料电磁阀（18）出料电磁阀（20）分别与PLC控制器连接。
8.权利要求1所述微波加热流化蒸发浓缩装置的使用方法，其特征在于，采用供料泵（2）将混合液从原料罐（1）泵入高位原料槽（3），混合液在高位原液槽（3）中进行预热，将温度提高至混合液中低泡点物质的泡点温度，在升温的同时开启真空抽吸泵（8），将蒸发腔（13）内抽真空，开启微波发生器（12），微波发生器（12）对蒸发槽（14）内进行加热，然后开启进料电磁阀（4）使得预热后的混合液通过进料管道（6）进入蒸发腔（13）内的蒸发槽（14）内，混合液进入蒸发槽（14）后，顺着蒸发槽（14）流动的混合液通过微波发生器（12）加热，混合液在加热过程中受热蒸发浓缩，当混合液流动到液相出料电磁阀（18）时，蒸发结束后的料液通过液相出料电磁阀（18）流入液相出料储罐（19）中，通过出料电磁阀（20）流出后收集，保持真空抽吸泵（8）开启以维持蒸发腔（13）内的真空度，蒸发产生的气相被真空抽吸泵（8）通过气相出料缓冲管（10）、出料管道（9）抽出，然后通过气相冷凝输入管（7）输入气相冷凝套管（5），对进料管道（6）内的料液进行加热，同时自己冷凝，冷凝液通过气相冷凝出料泵（16）排出收集。
9.根据权利要求8所述微波加热流化蒸发浓缩装置的使用方法，其特征在于，蒸发腔（13）内的真空度低于大气压10kPa。
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