CN111170388A - 一种水中有机溶剂蒸发装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水中有机溶剂蒸发装置，所述装置包括装置腔体，所述装置腔体内部包含至少一个液体流动区域，所述液体流动区域的外壁包括疏水性微孔材质，所述液体流动区域包括至少一个液体入口以及至少一个液体出口，所述装置腔体内部除液体流动区域的其他区域为热气体流动区域，位于所述装置腔体最底部的热气体流动区域设置有至少一个热气体入口，位于装置腔体最顶部的热气体流动区域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

一种水中有机溶剂蒸发装置

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。

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。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明目的之一在于提供一种水中有机溶剂蒸发装置，所述装置包括装置腔体，所述装置腔体内部包含至少一个液体流动区域，所述液体流动区域的外壁包括疏水性微孔材质，所述液体流动区域包括至少一个液体入口以及至少一个液体出口，所述装置腔体内部除液体流动区域的其他区域为热气体流动区域，位于所述装置腔体最底部的热气体流动区域设置有至少一个热气体入口，位于装置腔体最顶部的热气体流动区域设置有至少一个热气体出口。

作为本发明优选的技术方案，所述疏水性微孔隔板的材质包括微孔滤膜和/或微孔陶瓷，优选为微孔滤膜。

作为本发明优选的技术方案，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进口的位置。

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。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的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提供的水中有机溶剂蒸发装置的液体流动区域的结构示意图；

图中：1-液体进口，2-液体出口，3-气体进口，4-气体出口，5-热气体流动区域，6-液体流动区域，7-疏水性微孔材质隔板，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水中有机溶剂蒸发装置，所述装置包括装置腔体，所述装置腔体内部包含至少一个液体流动区域，所述液体流动区域的外壁包括疏水性微孔材质，所述液体流动区域包括至少一个液体入口以及至少一个液体出口，所述装置腔体内部除液体流动区域的其他区域为热气体流动区域，位于所述装置腔体最底部的热气体流动区域设置有至少一个热气体入口，位于装置腔体最顶部的热气体流动区域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，液体流动区域的外壁全部或部分设置有疏水性微孔材质，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，液体流动区域至少各设置一个液体入口和液体出口，液体加入方式可以人工倾倒，也可以采用机械泵输送，但是无论采用何种进料方式，液体的输送速率均有其极限值，因此，为了增加液体的进料速率，可以采用多个液体入口同时进料，此时为了避免由于液体进料过多导致液体输送区域压力过大而发生泄漏等情况，可以同时设置多个液体出口，为了保证热空气与液体充分接触，液体出口的位置应高于液体进口的位置。

本发明中，由于热气体会自发上升，即从低处向高处流动，且为了保证热气体与液体的充分接触，应在装置最底部的热气体流动区域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进口；在最顶部的热气体流动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，当装置腔体中进设置有一个液体流动区域时，可以仅包含一个疏水微孔材质的隔板，所述隔板上方为液体流动区域，液体流动区域不设置顶壁，液体流动区域的上表面为液体页面，所述液体页面与液体出口的顶部平齐。

本发明中，所述装置中液体流动区域可以有多个。液体流动区域可以是在装置腔体内，由两个疏水微孔材质的隔板作为上下壁，与装置腔体的侧壁围成的封闭区域，此时可以在装置腔体内的垂直方向使用疏水微孔材质的隔板分隔出多个液体流动区域，且相邻的液体流动区域可以共用一个疏水微孔材质的隔板，相邻的液体流动区域之间也可以空出一个空间，作为热气体流动区域，此时为了保证上方的液体流动区域可以充分受热，可以在相邻的液体流动区域之间的热气体流动区域上设置至少一个热气体入口，以补充热源。液体流动区域也可以是在装置腔体内，由两个疏水微孔材质的隔板作为上下壁，与装置腔体的侧壁围成的封闭区域，此时在该封闭区域中垂直于上下壁平行设置多个隔板，将封闭区域平行分割为多个液体流动区域。液体流动区域的设置方式不仅限于上述所列举的方式。

其中，对所述液体流动区域进行进一步分隔的隔板的材质可以是金属和/或塑料，如铝合金隔板或PVC隔板等。

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，另一发明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。

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

本实施例提供一种水中有机溶剂蒸发装置，所述装置包括装置腔体，所述装置腔体内部包含一个液体流动区域，所述液体流动区域由疏水性微孔材质隔板阻隔而成，所述液体流动区域包括一个液体入口以及一个液体出口，所述隔板连接液体进口以及液体出口的最底部，所述装置腔体内部除液体流动区域的其他区域为热气体流动区域，位于所述装置腔体最底部的热气体流动区域设置有一个热气体入口，位于装置腔体最顶部的热气体流动区域设置有一个热气体出口。具体结构如图1所示。

实施例2

本实施例提供一种水中有机溶剂蒸发装置，所述装置包括装置腔体，所述装置腔体内部包含两个液体流动区域，所述液体流动区域的上下壁分别独立地为疏水性微孔材质隔板，侧壁为装置腔体的侧壁，所述液体流动区域包括一个液体入口以及一个液体出口，所述隔板连接液体进口以及液体出口的最底部，所述装置腔体内部除液体流动区域的其他区域为热气体流动区域，所述液体流动区域之间的热气体流动装置设置一个独立地热气体进口，位于所述装置腔体最底部的热气体流动区域设置有一个热气体入口，位于装置腔体最顶部的热气体流动区域设置有一个热气体出口。具体结构如图2所示。

实施例3

本实施例提供一种水中有机溶剂蒸发装置，所述装置包括装置腔体，所述装置腔体内部包含四个液体流动区域，所述液体流动区域由疏水性微孔材质隔板阻隔，再由3块PVC隔板对疏水性微孔材质隔板分隔出的区域进行进一部分分隔得到，每个所述液体流动区域分别独立地包括一个液体入口以及一个液体出口，所述隔板连接液体进口以及液体出口的最底部，为了保证每个液体流动区域间的液体不互相污染，所述PVC隔板的上沿高于所述液体出口的最顶部，所述装置腔体内部除液体流动区域的其他区域为热气体流动区域，位于所述装置腔体最底部的热气体流动区域设置有一个热气体入口，位于装置腔体最顶部的热气体流动区域设置有一个热气体出口。本实施例所述装置具体结构与图1所示装置相似，本实施例所述装置的液体流动区域的侧视图如图3所示。

对比例

对比例所述提供的装置除了将实施例1提供的装置中的疏水微孔材质隔板替换为铝合金隔板外，其他条件均与实施例1相同。

分别使用实施例1-3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。

表1

通过表1的结果可以看出，采用本发明实施例1-3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5.3％。

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 (8)

1.一种水中有机溶剂蒸发装置，其特征在于，所述装置包括装置腔体，所述装置腔体内部包含至少一个液体流动区域，所述液体流动区域的外壁包括疏水性微孔材质，所述液体流动区域包括至少一个液体入口以及至少一个液体出口，所述装置腔体内部除液体流动区域的其他区域为热气体流动区域，位于所述装置腔体最底部的热气体流动区域设置有至少一个热气体入口，位于装置腔体最顶部的热气体流动区域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。

3.根据权利要求2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。

4.根据权利要求2或3任一项所述的装置，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。

5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述液体出口的位置高于所述液体进口的位置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的装置，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。

7.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述水中有机溶剂蒸发装置可以进行串联或并联。

8.根据权利要求1-7任一项所述的装置，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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