CN110639216A - 耦合分步快速升温处理溶液的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耦合分步快速升温处理溶液的装置和方法，快速加热待处理的溶液，升到略大于其溶剂沸点温度T0的蒸发温度T1，再进一步加热与溶剂分离的未气化的物料，升到大于溶剂的蒸发温度T1的后处理温度T2；然后刮动未气化的物料；收集未气化的物料。分步加热，避免了将溶液整体一次性加热到后处理温度T2的热能浪费和高温下溶剂气化体积膨胀过大带来的麻烦。两步加热过程紧密耦合，避免了不必要的溶质物料转移的中间过程，也缩短了加热的操作时间。

Description

耦合分步快速升温处理溶液的装置和方法

技术领域

本发明涉及溶液处理技术领域，尤其是涉及溶液中的溶剂蒸发，溶质的进一步升温处理。

背景技术

在溶液处理过程中，通常的做法是将溶液升温到溶剂的沸点，或者略高于溶剂的沸点，使得溶剂蒸发，得到溶质。

但是，对于某些体系，有两种情况：一是，当溶质的微观结构复杂，溶质分子与溶剂分子发生某种作用，使得很少量的溶剂在正常的沸点附近无法蒸发出来，需要大幅度提高温度才可能将剩余溶剂蒸发出来；二是，溶质需要比溶剂沸点更高的温度进行处理，才能完成某些必需要的性质变化。

更进一步，对于某些热敏性溶质，必须在短时间内实现从常温升到比较高的温度。如果将溶液直接一步升温加热到比较高的温度，较大幅度超过溶剂的沸点，一是能量浪费，在溶剂沸点附近本来可以完成绝大多数溶剂的蒸发，进一步提高温度对于溶剂蒸发而言就是不必要的；二是对溶液体系短时间迅速升温，且大幅度超过溶剂的沸点，会导致溶剂气化后的气体体积瞬时膨胀过大、溶质释放难以控制等等问题。

目前常规的干燥设备、溶剂回收设备不能满足要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了采用耦合分步的形式，快速升温处理溶液的装置和方法。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：

耦合分步快速升温处理溶液的装置，包括：为待处理的溶液提供压力的输送泵；将待处理的溶液升温到略高于其溶剂沸点的蒸发加热器；在蒸发加热器的出口端，设置有增加溶液流动阻力的膨胀阀；设置在膨胀阀后的，将与溶剂分离的未气化的物料继续升温的后处理加热器；在后处理加热器的工作表面上，设置有相对其进行刮料运动的刮料板；在刮料板的下方，设置有收集从工作表面上被刮落的未气化的物料的收集容器。

本发明采取的另一技术方案：

耦合分步快速升温处理溶液的方法，包括：压力输送待处理的溶液；快速加热待处理的溶液，升到略高于其溶剂沸点温度T0的蒸发温度T1；蒸发气化溶液中的溶剂；进一步加热与溶剂分离的未气化的物料，升到高于溶剂的蒸发温度T1的后处理温度T2；刮动未气化的物料；收集未气化的物料。

本发明的有益效果：

1.本发明通过分步加热，避免了将溶液整体一次性加热到后处理温度T2的热能浪费和高温下溶剂气化体积膨胀过大带来的麻烦。

2.本发明两步加热过程紧密耦合，避免了不必要的溶质物料转移的中间过程，也缩短了物料的受热时间。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例二的结构示意图；

图3为本发明实施例三的结构示意图；

图4为本发明实施例四的结构示意图。

图中包括：

管式换热器的管道进口1、第一热流体进口2、管式换热器的管道出口3、第一热流体出口4、管式换热器5、刮料板6、第二热流体进口7、第二热流体出口8、平板形加热器9、桶形加热器10、右凸类锅形加热器11、左凸类锅形加热器12、电源线13。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

本发明耦合分步快速升温处理溶液的装置包括：为待处理的溶液提供压力的输送泵；将待处理的溶液升温到略大于其溶剂沸点的蒸发加热器；在蒸发加热器的出口端，设置有增加溶液流动阻力的膨胀阀；设置在膨胀阀后的，将与溶剂分离的未气化的物料继续升温的后处理加热器；在后处理加热器的工作表面上，设置有相对其进行刮料运动的刮料板；在刮料板的下方，设置有收集从工作表面上被刮落的未气化的物料的收集器。

装置的主体为，蒸发加热器配以后处理加热器。蒸发加热器为管式换热器5，后处理加热器为表面加热器。本装置耦合使用了管式换热器5和表面加热器。

管式换热器5的壳层通入热流体，提供热源给管式换热器5内部的管道外壁加热。管式换热器5的工作表面是外壁被热流体包围的管道内壁，待处理的溶液进入管道内。管道的出口端设置有增加溶液流动阻力的膨胀阀，导致管道内溶液的压力高于管道出口处的环境压力。

表面加热器设置在管道的出口外。该加热器的工作表面可以是平面，如平板形加热器9，其工作表面是板平面；也可以是曲面，如桶形加热器10，或者如类锅形加热器11及12，它们的工作表面是曲面。表面加热器的工作表面的温度，高于管式换热器5的管道出口处的温度。从管式换热器5的管道内出来的未气化的物料落在表面加热器的工作表面，被进一步升温。

设置刮料板，刮料板与表面加热器的工作表面之间有相对运动，落在工作表面上未气化的物料可以被刮落，便于收集。

本发明耦合分步快速升温处理溶液的方法，包括步骤：压力输送待处理的溶液；快速加热待处理的溶液，升到略高于其溶剂沸点温度T0的蒸发温度T1；蒸发气化溶液中的溶剂；进一步加热与溶剂分离的未气化的物料，升到大于溶剂的蒸发温度T1的后处理温度T2；刮动未气化的物料；收集未气化的物料。

耦合分步快速升温处理溶液的方法，使待处理的溶液首先进入蒸发加热器即管式换热器5内，进行快速加热，在1～15秒的时间内从常温升到略高于其溶剂的沸点温度T0以上的蒸发温度T1，在溶剂蒸发的同时，溶液中的未气化的物料也就是溶质即刻进入后处理加热，温度进一步升高到后处理温度T2。通过耦合的两步加热，避免了能量用于过度加热溶剂的浪费，也使过程紧凑，溶质受热时间短。

管式换热器5的管道出口端设置的增加溶液流动阻力的膨胀阀，可以采用孔板，缩孔，弯头，阀门等结构，这些结构导致管式换热器5的管道内的流体压力高于管道出口处环境压力，避免管道内溶剂气化。

表面加热器的工作表面的温度高于管式换热器5管道出口物料的温度。表面加热器的工作表面可以是平板形的外部平面，也可以是桶形的外部曲面，也可以是类锅形的曲面，工作表面与刮料板之间有相互运动，导致工作表面上的物料被刮落收集。管出口处环境压力，可以是正压、常压或者是负压，在这个压力下溶剂的沸点温度T0。

前期的快速加热，是将溶液剂从常温升到其溶剂的蒸发温度T1，T1>T0。后期的后处理加热，是未气化物料在与溶剂分离时，即开始进一步升温过程，达到后处理温度T2，T2>T1。

在温度高于环境压力条件下溶剂的沸点时，管道内溶液仍然处于液体状态，其含有的溶解物质不释放出来。待处理的溶液快速加热过程中的流体压力，大于其溶剂蒸发气化过程中的环境压力。溶液在管道内停留时间为1～15秒，在离开管道时瞬间发生溶剂气化，溶质释放出来落在一个更高温度的表面加热器的工作表面上，进一步升温。通过刮料板与这个工作表面之间的相互运动，溶质被刮下收集。

设溶液中的溶剂在所处环境中沸点为T0，通过第一次快速加热，使溶液在1～15秒的时间内从常温加热到蒸发温度T1，满足T1>T0。在溶剂蒸发的同时，溶质紧接着进入第二次的加热过程，达到较高的后处理温度T2。通过分步加热，避免了将溶液整体一次性加热到温度T2的热能浪费和高温下溶剂气化体积膨胀过大带来的麻烦。两步加热过程紧密耦合，避免了不必要的溶质物料转移的中间过程，也缩短了加热的操作时间。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例一

如图1所示，通入第一热流体的管式换热器5配以通入第二热流体的平板形加热器9构成了本发明耦合分步快速升温处理溶液的装置的主体。第二热流体的温度高于第一热流体的温度。管式换热器5包括：管道进口1、管道出口3、第一热流体进口2、第一热流体出口4。为简明起见，图1中管式换热器5的管道只画了一根，实际上可以是多根列管设置。管式换热器5右端的管道出口3处直径缩小构成了膨胀阀，以造成管道内流体的压力大于管道出口3处环境的压力。

含有溶质的溶液进入管式换热器5的管道中，在1-15秒时间范围内穿过管道，并从常温被加热到蒸发温度T1。在管道出口处环境压力条件下，溶剂的沸点温度为T0，T1>T0，溶液流出管道后，溶剂迅速蒸发。溶质落在平板形加热器9的工作表面板平面上，表面温度为后处理温度T2，T2>T1，溶质被再次加热，进一步升温。

后处理加热器为平板形加热器9，其工作表面是板平面。平板形加热器9包括：第二热流体进口7、第二热流体出口8。刮料板6可以是旋转的，平板形加热器9的工作表面也可以是旋转的。刮料板6与平板形加热器9的工作表面有相对运动，落在其工作表面上的溶质被刮落、收集。

实施例二

如图2所示，通入第一热流体的管式换热器5配以通入第二热流体的桶形加热器10构成了本发明耦合分步快速升温处理溶液的装置的主体。第二热流体的温度高于第一热流体的温度。为简明起见，图2中管式换热器5的管道只画了一根，实际上可以是多根列管设置。管式换热器5右端的管道出口3处直径缩小构成了膨胀阀，以造成管道内流体的压力大于管道出口3处环境的压力。

含有溶质的溶液进入管式换热器5的管道中，在1-15秒时间范围内穿过管道，并从常温被加热到蒸发温度T1。在管道出口处环境压力条件下，溶剂的沸点温度为T0，T1>T0，溶液流出管道后，溶剂迅速蒸发。溶质落在桶形加热器10的工作表面桶曲面上，表面温度为后处理温度T2，T2>T1，溶质被再次加热，进一步升温。

后处理加热器为桶形加热器10，其工作表面是桶曲面。桶形加热器10包括：第二热流体进口7、第二热流体出口8。桶形加热器10的工作表面是旋转的，刮料板6与桶形加热器10的工作表面有相对运动，落在桶表面上的溶质被刮落、收集。

实施例三

如图3所示，通入热流体的管式换热器5配以通入电流加热的右凸类锅形加热器11构成了本发明耦合分步快速升温处理溶液的装置的主体。类锅形加热器11的温度高于管式换热器5中热流体的温度。为简明起见，图2中管式换热器5的管道只画了一根，实际上可以是多根列管设置。管式换热器5右端的管道出口3处直径缩小构成了膨胀阀，以造成管道内流体的压力大于管道出口3处环境的压力。

含有溶质的溶液进入管式换热器5的管道中，在1-15秒时间范围内穿过管道，并从常温被加热到蒸发温度T1。在管道出口处环境压力条件下，溶剂的沸点温度为T0，T1>T0，溶液流出管道后，溶剂迅速蒸发。溶质落在右凸类锅形加热器11的工作表面上，表面温度为后处理温度T2，T2>T1，溶质被再次加热，进一步升温。

后处理加热器为右凸类锅形加热器11，其工作表面是类锅内曲面。右凸类锅形加热器11包括：加热电流导线13、电加热器件(图中省略了)。右凸类锅形加热器11的工作表面是固定的，刮料板6旋转，与右凸类锅形加热器11的工作表面有相对运动，落在表面上的溶质被刮落、收集。

实施例四

如图4所示，通入热流体的管式换热器5配以通入电流加热的左凸类锅形加热器12构成了本发明耦合分步快速升温处理溶液的装置的主体。类锅形加热器12的温度高于管式换热器5中热流体的温度。为简明起见，图2中管式换热器5的管道只画了一根，实际上可以是多根列管设置。管式换热器5右端的管道出口3处直径缩小构成了膨胀阀，以造成管道内流体的压力大于管道出口3处环境的压力。

含有溶质的溶液进入管式换热器5的管道中，在1-15秒时间范围内穿过管道，并从常温被加热到蒸发温度T1。在管道出口处环境压力条件下，溶剂的沸点温度为T0，T1>T0，溶液流出管道后，溶剂迅速蒸发。溶质落在左凸类锅形加热器12的工作表面上，表面温度为后处理温度T2，T2>T1，溶质被再次加热，进一步升温。

后处理加热器为左凸类锅形加热器12，其工作表面是类锅外曲面。左凸类锅形加热器12包括：加热电流导线13、电加热器件(图中省略了)。左凸类锅形加热器12的工作表面是固定的，刮料板6旋转，与左凸类锅形加热器12的工作表面有相对运动，落在表面上的溶质被刮落、收集。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.耦合分步快速升温处理溶液的装置，其特征是，该装置包括：

为待处理的溶液提供压力的输送泵；

将待处理的溶液升温到略高于其溶剂沸点的蒸发加热器；

在蒸发加热器的出口端，设置有增加溶液流动阻力的膨胀阀；

设置在膨胀阀后的，将与溶剂分离的未气化的物料继续升温的后处理加热器；

在后处理加热器的工作表面上，设置有相对其进行刮料运动的刮料板；

在刮料板的下方，设置有收集从工作表面上被刮落的未气化的物料的收集容器。

2.根据权利要求1所述的处理溶液的装置，其特征是，所述蒸发加热器为管式换热器，其工作表面是外壁被热流体包围的管道内壁。

3.根据权利要求1所述的处理溶液的装置，其特征是，所述膨胀阀采用孔板、缩孔、弯头或阀门结构。

4.根据权利要求1所述的处理溶液的装置，其特征是，所述后处理加热器为平板形加热器，其工作表面是板平面。

5.根据权利要求1所述的处理溶液的装置，其特征是，所述后处理加热器为桶形加热器，其工作表面是桶曲面。

6.根据权利要求1所述的处理溶液的装置，其特征是，所述后处理加热器为类锅形加热器，其工作表面是类锅曲面。

7.根据权利要求1所述的处理溶液的装置，其特征是，所述刮料板是旋转的；或所述后处理加热器的工作表面是旋转的。

8.耦合分步快速升温处理溶液的方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)压力输送待处理的溶液；

(2)快速加热待处理的溶液，升到略高于其溶剂沸点温度T0的蒸发温度T1；

(3)蒸发气化溶液中的溶剂；

(4)进一步加热与溶剂分离的未气化的物料，升到高于溶剂的蒸发温度T1的后处理温度T2；

(5)刮动未气化的物料；

(6)收集未气化的物料。

9.根据权利要求8所述的处理溶液的方法，其特征是：

步骤(2)中的溶液升到蒸发温度T1的时间，在1～15秒之内。

10.根据权利要求7所述的处理溶液的方法，其特征是：

步骤(2)中的溶液加热过程中的流体压力大于步骤(3)中的蒸发气化过程中的环境压力。

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