CN111170386B - 一种抽屉式水中有机溶剂蒸发装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抽屉式水中有机溶剂蒸发装置，所述装置包括含有至少一个插槽的装置腔体以及可插入插槽的热气体注入组件，所述热气体注入组件的外壁包括疏水性微孔材质，所述热气体注入组件设置有至少一个热气体入口，所述装置腔体的侧壁底端设置有至少一个液体入口，所述装置腔体的侧壁顶端设置有至少一个液体出口，所述装置腔体在所述液体出口上方设置有至少一个热气体出口。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。
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，尤其涉及一种水中有机溶剂蒸发装置，特别涉及一种抽屉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，本发明提供一种抽屉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：
本发明提供一种抽屉式水中有机溶剂蒸发装置，所述装置包括含有至少一个插槽的装置腔体以及可插入插槽的热气体注入组件，所述热气体注入组件的外壁包括疏水性微孔材质，所述热气体注入组件设置有至少一个热气体入口，所述插槽中与所述热气体注入组件的疏水性微孔材质的外壁的对应部位为镂空或疏水性微孔材质，所述装置腔体的侧壁底端设置有至少一个液体入口，所述装置腔体的侧壁顶端设置有至少一个液体出口，所述装置腔体在所述液体出口上方设置有至少一个热气体出口。
作为本发明优选的技术方案，所述插槽部分或全部贯穿所述装置腔体。
作为本发明优选的技术方案，所述装置腔体内部设置有隔板。
作为本发明优选的技术方案，所述热气体注入组件包括基座。
优选地，所述热气体入口设置于所述基座。
优选地，所述基座与所述插槽接触部分设置有密封组件。
优选地，所述密封组件为密封圈。
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；
优选地，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，所述微孔滤膜包括平板状、复合平板状、管状或螺旋管状中的任意一种。
作为本发明优选的技术方案，所述液体出口的位置高于所述液体入口的位置。
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抽屉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抽屉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；
(4)本发明目的之一在于提供一种抽屉式水中有机溶剂蒸发装置，所述装置采用抽屉式设计，可通过热气体注入组件的拆装来改变接触面积，可根据所处理水以及有机溶剂的性质，选用不同的热气体注入组件，也便于对热气体注入组件中的疏水性微孔材质进行更换。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的抽屉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提供的抽屉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提供的抽屉式水中有机溶剂蒸发装置的结构示意图；
图4是本发明实施例4提供的抽屉式水中有机溶剂蒸发装置的结构示意图；
图中：1-装置腔体，2-液体入口，3-液体出口，4-热气体入口，5-热气体出口，6-插槽，7-热气体注入组件，71-基座，72-疏水性微孔材质外壁，8-隔板。
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抽屉式水中有机溶剂蒸发装置，所述装置包括含有至少一个插槽的装置腔体以及可插入插槽的热气体注入组件，所述热气体注入组件的外壁包括疏水性微孔材质，所述热气体注入组件设置有至少一个热气体入口，所述插槽中与所述热气体注入组件的疏水性微孔材质的外壁的对应部位为镂空或疏水性微孔材质，所述装置腔体的侧壁底端设置有至少一个液体入口，所述装置腔体的侧壁顶端设置有至少一个液体出口，所述装置腔体在所述液体出口上方设置有至少一个热气体出口。
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，本发明中采用抽屉式设计，装置腔体为液体流动区域，热气体通过插槽中的热气体注入组件上的疏水性微孔材质进入水中，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，所述插槽可以以任意方式分布于所述装置腔体上，如平行分布、垂直分布、斜线分布、星型分布或点状分布等，同样可以采用不规则分布，因此本发明对插槽的分布方式不做具体限定。
本发明中，所述热气体注入组件除基座外，均可采用疏水性微孔材质，但当所述插槽完全贯通所述装置腔体时，所述热气体注入组件除基座相对的外壁页不可设置有疏水性微孔材质。所述热气体注入组件插入插槽后，至少所述热气体注入组件面向装置腔体顶部的部分设置有疏水性微孔材质，使得热气体可以进入水中。所述热气体注入组件疏水性微孔材质的部分可采用可拆卸涉及，便于更换，也可根据处理的水以及有机材质的不同涉及具有不同疏水性微孔材质的热气体注入组件，以进一步提高水中有机溶剂的蒸发效率。
本发明中，所述热气体注入组件应与所述插槽的形状相同，所述热气体注入组件可以为圆柱形、椭圆柱形或多棱柱形等，所述热气体注入组件的横截面可以是圆形、椭圆形或多边形(三角形、矩形、五边形或六边形等)中的任意一种或至少两种图形的组合图形。由于本发明中热气体注入组件包括底座，所述底座可以为独立地形状，如底座为矩形，而与其相连的热气体注入组件的其他部分可以是圆柱形，此时插槽的入口处为矩形，而插槽进入装置腔体的部分为圆柱形。为了避免热气体泄露，所述热气体注入组件的底座与插槽的接触部分设置有密封组件，所述密封组件可以是密封圈，也可以在插槽入口处涂布密封胶等。
本发明中，所述装置腔体内部可以设置隔板，所述隔板将装置腔体分隔为多个半封闭腔室，每个半封闭腔室可以设置至少一个热气体注入组件，隔板的存在可以强制液体流动的方向性，保证液体与气体接触的均匀性，防止挥发不均匀的现象发生。
本发明中，所述热气体注入组件设置至少一个热气体入口，为了提高热气体进入装置的速率，可以同时设置多个热气体入口；由于热气体会自发上升，即从低处向高处流动，因此在装置腔体顶部区域设置至少一个热气体出口，为了保证气化有机溶剂与热空气可以快速的脱离装置，避免气化的有机溶剂二次溶解，可以同时设置多个热气体出口。
本发明中，所述每个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，另一方面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。
本发明中，所述装置采用抽屉式设计，可通过热气体注入组件的拆装来改变接触面积，所述改变接触面积的方式为将含有疏水性微孔材质的热气体注入组件更换为形状相同的，外壁为金属或塑料材质的插入组件即可。
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
本实施例提供一种抽屉式水中有机溶剂蒸发装置，所述装置包括含有4个插槽的装置腔体以及可插入插槽的热气体注入组件，所述插槽以及热气体注入组件均为长方体型，所述各热气体注入组件的外壁分别独立地除底座以及底座相对的外壁外均为四氟乙烯微孔滤膜，所述热气体注入组件分别独立地在底座上设置有一个热气体入口，所述各插槽中分别独立地与所述热气体注入组件的疏水性微孔材质的外壁的对应部位为镂空，所述装置腔体的侧壁底端设置有一个液体入口，所述装置腔体的侧壁顶端设置有一个液体出口，所述装置腔体在所述液体出口上方设置有一个热气体出口。所述装置腔体内部设置3个隔板，所述隔板将装置腔体分隔为4个半封闭腔室。具体结构如图1所示。
实施例2
本实施例提供一种抽屉式水中有机溶剂蒸发装置，所述装置包括含有6个插槽的装置腔体以及可插入插槽的热气体注入组件，所述插槽以及热气体注入组件均为长方体型，所述各热气体注入组件的外壁分别独立地除底座以及底座相对的外壁外均为聚偏氟乙烯微孔滤膜，所述热气体注入组件分别独立地在底座上设置有一个热气体入口，所述各插槽中分别独立地与所述热气体注入组件的疏水性微孔材质的外壁的对应部位为镂空，所述装置腔体的侧壁底端设置有一个液体入口，所述装置腔体的侧壁顶端设置有一个液体出口，所述装置腔体在所述液体出口上方设置有两个热气体出口。所述装置腔体内部设置2个隔板，所述隔板将装置腔体分隔为3个半封闭腔室。具体结构如图2所示。
实施例3
本实施例提供一种抽屉式水中有机溶剂蒸发装置，所述装置包括含有5个插槽的装置腔体以及可插入插槽的热气体注入组件，所述插槽以及热气体注入组件均为圆柱型，所述各热气体注入组件的外壁分别独立地除底座以及底座相对的外壁外均为聚偏氟乙烯微孔滤膜，所述热气体注入组件分别独立地在底座上设置有一个热气体入口，所述各插槽中分别独立地与所述热气体注入组件的疏水性微孔材质的外壁的对应部位为聚偏氟乙烯微孔滤膜，所述装置腔体的侧壁底端设置有一个液体入口，所述装置腔体的侧壁顶端设置有一个液体出口，所述装置腔体在所述液体出口上方设置有两个热气体出口。所述装置腔体内部设置2个隔板，所述隔板将装置腔体分隔为3个半封闭腔室。具体结构如图3所示。
实施例4
本实施例提供一种抽屉式水中有机溶剂蒸发装置，所述装置包括含有4个插槽的装置腔体以及可插入插槽的热气体注入组件，其中所述两个插槽以及热气体注入组件均为圆柱型，另外两个插槽以及热气体注入组件均为四棱柱型(横截面为菱形)，所述各热气体注入组件的外壁分别独立地除底座以及底座相对的外壁外均为聚偏氟乙烯微孔滤膜，所述热气体注入组件分别独立地在底座上设置有一个热气体入口，所述各插槽中分别独立地与所述热气体注入组件的疏水性微孔材质的外壁的对应部位为聚偏氟乙烯微孔滤膜，所述装置腔体的侧壁底端设置有一个液体入口，所述装置腔体的侧壁顶端设置有一个液体出口，所述装置腔体在所述液体出口上方设置有1个热气体出口。所述装置腔体内部设置1个隔板，所述隔板将装置腔体分隔为2个半封闭腔室。具体结构如图4所示。
对比例
对比例所述提供的装置除了将实施例1提供的装置中的热气体注入组件的外壁上的四氟乙烯微孔滤膜替换为铝合金外壁外，其他条件均与实施例1相同。
分别使用实施例1-4以及对比例1所提供的装置，分离水中的乙醇(乙醇浓度20wt％)，液体流速为100mL/s，使用氮气作为热气体，热气体温度为90℃，热气体流速为50ml/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。
通过表1的结果可以看出，采用本发明实施例1-4提供的的设备对质量浓度20％的乙醇水溶液中的乙醇进行分离，分离后水中的乙醇含量小于1％，而对比例1将实施例1提供的装置中的疏水微孔材质隔板替换为铝合金隔板，分离后水中的乙醇含量高达4.9％。
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 (14)
1.一种抽屉式水中有机溶剂蒸发装置，其特征在于，所述装置包括含有至少一个插槽的装置腔体以及可插入插槽的热气体注入组件，所述热气体注入组件的外壁包括疏水性微孔材质，所述热气体注入组件设置有至少一个热气体入口，所述插槽中与所述热气体注入组件的疏水性微孔材质的外壁的对应部位为镂空或疏水性微孔材质，所述装置腔体的侧壁底端设置有至少一个液体入口，所述装置腔体的侧壁顶端设置有至少一个液体出口，所述装置腔体在所述液体出口上方设置有至少一个热气体出口。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述插槽部分或全部贯穿所述装置腔体。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置腔体内部设置有隔板。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热气体注入组件包括基座。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述热气体入口设置于所述基座。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述基座与所述插槽接触部分设置有密封组件。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述密封组件为密封圈。
8.根据权利要求1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。
9.根据权利要求8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。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述微孔滤膜包括平板状、复合平板状、管状或螺旋管状中的任意一种。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液体出口的位置高于所述液体入口的位置。
12.根据权利要求1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。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述抽屉式水中有机溶剂蒸发装置进行串联或并联。
14.根据权利要求1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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