CN113996073A - 一种用于提取的单效外循环蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于提取的单效外循环蒸发器，其包括：加热器、气液分离器、冷凝冷却器、储能物质、储能物质汽化温度降低部件和液化温度提升部件。储能物质循环流动，吸收溶剂蒸汽的汽化热并用于加热待蒸发溶液，实现溶剂蒸汽汽化热完全回收再利用，蒸发能耗极大地降低，同时避免了工业废热排放。

Description

一种用于提取的单效外循环蒸发器

技术领域

本发明公开的单效外循环蒸发器用于化工、制药、生物技术、食品等领域的提取工艺，具体是一种用于提取的单效外循环蒸发器。

背景技术

在提取工艺中，通常需要加热溶液使溶剂汽化，由于液体的汽化过程会吸收大量的汽化热，所以能耗很高。传统提取工艺中，溶剂蒸发后被直接排放到大气中，或在冷凝塔中被液化，冷凝塔中的水吸收其释放的汽化热后排出。无论哪种方式，溶剂受热蒸发时吸收的热量被直接排放到了大自然中，并没有被利用于后续溶剂的受热蒸发。因此传统的提取工艺要消耗大量能量用于溶剂蒸发，并且向环境排放大量工业废热。

因此，本领域技术人员提供了一种用于提取的单效外循环蒸发器，利用储能物质吸收溶剂蒸汽的汽化热并用于加热待蒸发溶液，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于提取的单效外循环蒸发器，其包括：加热器，气液分离器，冷凝冷却器、储能物质、储能物质汽化温度降低部件和储能物质液化温度提升部件，

加热器，用于高温气态储能物质与待提取溶液进行热交换，储能物质降温液化并且释放热量，溶液吸热，溶剂汽化；

冷凝冷却器，用于蒸发后的溶剂气体与低温液态储能物质进行热交换，溶剂气体降温液化并释放热量，储能物质吸热并且汽化；

气液分离器，用于溶剂气体和溶液的分离；

储能物质汽化温度降低部件，位于所述加热器和冷凝冷却器中间，将加热器流出的液态储能物质的汽化温度降低到低于溶剂蒸汽的温度，使储能物质流入冷凝冷却器后汽化吸热，储存溶剂蒸汽释放的热量；

储能物质液化温度提升部件，位于所述冷凝冷却器和加热器中间，将冷凝冷却器流出的气态储能物质的液化温度提升到高于待蒸发溶液的温度，使储能物质流入加热器后液化放热，用于加热待蒸发溶液；

溶剂蒸汽在冷凝冷却器液化，其释放出的汽化热被储能物质吸收储存。储能物质流经液化温度提升部件后在加热器中液化，将其储存的能量用于加热待蒸发溶液。液化的储能物质流经汽化温度降低部件后在冷凝冷却器中汽化，回收溶剂蒸汽的汽化热，完成一个循环。

进一步，作为优选，所述加热器的构造为换热器，其顶部侧端设有喷射管与气液分离器连通，储能物质液化放热，待提取溶液吸收储能物质释放的热量后溶剂蒸发，夹带部分溶液沿喷射管流入气液分离器，所述加热器底部设有提取液出液口。

进一步，作为优选，所述气液分离器侧端设有喷射管与所述加热器顶部连通，且所述气液分离器顶部设有气体导管与所述冷凝冷却器连通，所述气液分离器底部设有回液管与所述加热器底部连通；

溶剂蒸汽夹带部分溶液由导管进入气液分离器后，溶剂蒸汽向上流动由气体导管进入冷凝冷却器，溶液向下流动由回液管回流至加热器，形成受热溶液外循环。

进一步，作为优选，所述冷凝冷却器的构造为换热器，其顶部侧端设有气体导管与气液分离器连通，底部设有真空出液系统,侧端设有连通抽真空设备的导管；

溶剂蒸汽放热液化后由真空出液系统(31)排出，其释放的汽化热被储能物质吸收。

进一步，作为优选，所述储能物质可根据提取温度选用碳氢化合物如烷类、烯类等，卤代烃如四氯乙烷、二氟一氯甲烷等以及某些无机物如水、二氧化碳、氨等中的一种。

进一步，作为优选，所述储能物质液化温度提升部件可根据提取温度和所用储能物质的特性选择蒸汽压缩机、喷射器、吸附/解析床、吸收/再生器等的一种，将冷凝冷却器流出的储能物质的液化温度提升至高于待提取溶液的温度，使其在加热器中液化放热，将其储存的能量用于加热溶液。

进一步，作为优选，所述储能物质汽化温度降低部件可根据提取温度和所用储能物质的特性选择毛细管、节流阀、膨胀机等的一种，将加热器流出的储能物质的汽化温度降低至低于溶剂蒸汽的温度，使其在冷凝冷却器中吸热汽化，回收溶剂蒸汽释放的汽化热。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

现有的较成熟的回收利用溶剂蒸汽汽化热的提取设备为多效蒸发器，其原理是逐效降低真空度，因此溶液蒸发温度逐效降低，前效产生的溶剂蒸汽可用于在下一效中加热溶液。由于蒸发温度逐效降低，为了后效蒸发的顺利进行，首效蒸发温度要高，因此多效蒸发器一般仅用于高温提取，不能用于低温提取。而且多效蒸发器的末效蒸汽无法回收其汽化热，只能直接排放或通过冷凝塔吸收排放，因此不能完全回收溶剂汽化热。本发明公开的单效外循环蒸发器利用储能物质对溶剂蒸汽的汽化热进行储存传递，可以对蒸发过程中的所有溶剂蒸汽汽化热进行完全回收再利用。本设备通过调节系统真空度及储能物质的合理选取，可以用于任何温度下的提取工艺。本设备仅需单效就可以达到上述目的，节省场地空间、设备制造成本及后续清理维修费用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、加热器；2、气液分离器；3、冷凝冷却器；4、储能物质液化温度降低部件；5、储能物质汽化温度提升部件；11、喷射管；21、气体导管；22、回液管；31、真空出液系统；32、抽真空系统连接导管。

具体实施方式

请参阅图1，本发明实施例中，一种用于提取的单效外循环蒸发器，其包括：加热器1，气液分离器2，冷凝冷却器3、储能物质、储能物质汽化温度降低部件4和储能物质液化温度提升部件5，

加热器1，用于高温气态储能物质与待提取溶液进行热交换，储能物质降温液化并且释放热量，溶液吸热，溶剂汽化，加热器1中的溶剂可以是任何满足提取需求的有机溶剂（如乙醇、乙酸乙酯、丙酮等）或无机溶剂（如水、液氨、液态二氧化碳等）；

气液分离器2，用于溶剂气体和溶液的分离。溶剂气体沿顶部导管进入冷凝冷却器3。溶剂液体沿底部导管回流至加热器1，形成外循环，避免了部分溶液在加热器1内反复加热，破坏溶质分子性质，有利于热敏性物料的提取；

冷凝冷却器3，用于蒸发后的溶剂气体与低温液态储能物质进行热交换，溶剂气体降温液化并释放热量，储能物质吸热并且汽化；

储能物质汽化温度降低部件4，位于所述加热器1和冷凝冷却器3中间，将加热器1流出的液态储能物质的汽化温度降低到低于溶剂蒸汽的温度，使储能物质流入冷凝冷却器3后汽化吸热，储存溶剂蒸汽释放的热量；

储能物质液化温度提升部件5，位于所述冷凝冷却器3和加热器1中间，用于将冷凝冷却器3流出的气态储能物质的液化温度提升到高于待蒸发溶液的温度，使储能物质流入加热器1后液化放热，用于加热待蒸发溶液；

溶剂蒸汽在冷凝冷却器3液化，其释放出的汽化热被储能物质吸收储存。储能物质流经液化温度提升部件后在加热器1中液化，将其储存的能量用于加热待蒸发溶液。液化的储能物质流经汽化温度降低部件后在冷凝冷却器3中汽化，回收溶剂蒸汽的汽化热，完成一个循环。

本实施例中，所述加热器1的构造为换热器，其顶部侧端设有喷射管与气液分离器2连通，储能物质液化放热，待提取溶液吸收储能物质释放的热量后溶剂蒸发，夹带部分溶液沿喷射管流入气液分离器2，所述加热器1底部设有提取液出液口。

本实施例中，所述气液分离器2侧端设有喷射管与所述加热器1顶部连通，且所述气液分离器2顶部设有气体导管与所述冷凝冷却器3连通，所述气液分离器2底部设有回液管与所述加热器1底部连通；

溶剂蒸汽夹带部分溶液由喷射管进入气液分离器2后，溶剂蒸汽向上流动由气体导管进入冷凝冷却器3，溶液向下流动由回液管回流至加热器1，形成受热溶液外循环。

本实施例中，所述冷凝冷却器3的构造为换热器，其顶部设有气体导管与气液分离器2连通，底部设有真空出液系统31,侧端设有连通抽真空设备的导管32；

溶剂蒸汽放热液化后由真空出液系统31排出，其释放的汽化热被储能物质吸收。

本实施例中，所述储能物质可根据提取温度选用碳氢化合物如烷类、烯类等，卤代烃如四氯乙烷、二氟一氯甲烷等以及某些无机物如水、二氧化碳、氨等中的一种；

在冷凝冷却器3中，低温液态储能物质与溶剂蒸汽进行热交换，储能物质吸热汽化，将溶剂液化释放的汽化热储存，流经液化温度提升部件后，其压强和温度上升，相对应的液化温度上升，且其温度和液化温度均高于待提取溶液温度，因此高温气态储能物质流入加热器1后可以与待提取溶液进行热交换，储能物质液化并释放储存的能量，用于加热待提取溶液。加热器1流出的液态储能物质流入汽化温度降低部件器，其压强和温度降低，相对应的汽化温度降低，且其温度和液化温度均低于溶剂蒸汽温度，因此储能物质流入冷凝冷却器3后可以与溶剂蒸汽进行热交换，低温液态储能物质吸热汽化储存能量，由此完成一个循环。储能物质应选用导热性较好且单位体积气体储能容量较大的材料，而单位体积气体储能容量等于汽化热与饱和气体密度的乘积，因此应选用在提取温度下汽化热和饱和气体密度都较大的材料；

例如，在用乙醇作为溶剂提取黄芪中的有效成分时，由于乙醇在常压下的汽化温度为78.5℃，而且黄芪中的有效成分在此温度下不会变性，因此可在此温度下常压提取。因此采用的储能物质为水。饱和水蒸汽在78.5℃时的密度为277.4g/m³, 汽化热为2311.9kJ/kg，符合作为储能物质的条件。

本实施例中，所述储能物质液化温度提升部件5可选用蒸汽压缩机、喷射器、吸附/解析床、吸收/再生器等的一种，将冷凝冷却器3流出的水蒸气的液化温度提升至高于待提取溶液的温度，使水蒸气在加热器1中液化放热，将其储存的能量用于加热溶液。所述储能物质汽化温度降低部件4可选择毛细管、节流阀、膨胀机等的一种，将加热器流出的水蒸气的汽化温度降低至低于乙醇蒸汽的温度，使水蒸气在冷凝冷却3中吸热汽化，储存乙醇蒸汽释放的汽化热。

例如，在用乙酸乙酯提取天然植物精油时，考虑到天然植物精油具有较高的热敏性，即高温会破坏其分子结构，因此将提取温度维持在接近室温为宜，提取压强维持在20千帕左右，采用丙烷作为储能物质。可采用喷射器作为储能物质液化温度提升部件5，可采用节流阀作为储能物质汽化温度降低部件4；

再例如，用温水提取谷物营养物质时，温度控制在40-50℃，压强控制在7.4-12.4千帕，采用异丁烷作为储能物质。可采用毛细管作为储能物质汽化温度降低部件4，可采用蒸汽压缩机作为储能物质液化温度提升部件5。

具体地，将该蒸发设备用于提取工艺时，先根据提取物的热敏性设定提取温度，然后根据溶剂性质和提取温度确定提取压强，即溶剂在提取温度下的饱和压强，可由抽真空设备调节实现。然后根据提取温度选取合适的储能物质，再综合所选储能物质的性质以及提取温度和压强选用合适的储能物质液化温度降低部件及储能物质汽化温度提升部件。储能物质在加热器中液化，释放储存的能量用于加热溶液，使溶剂蒸发，随即流经储能物质汽化温度降低部件后，进入冷凝冷却器中汽化，回收溶剂蒸汽释放的汽化热，再流经储能物质液化温度提升部件，进入加热器中液化放热，完成一个循环。储能物质以此方式循环，不断地将溶剂蒸汽的汽化热回收利用于溶剂蒸发。

该设备通过调节系统真空度及储能物质的合理选取，可以用于任何温度下的提取工艺；利用储能物质对溶剂蒸汽的汽化热进行储存传递，可以对蒸发过程中的溶剂蒸汽汽化热进行完全回收再利用。

上所述的，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于提取的单效外循环蒸发器，其包括：加热器（1），气液分离器（2），冷凝冷却器（3）、储能物质、储能物质汽化温度降低部件（4）和储能物质液化温度提升部件（5），其特征在于：

加热器（1），用于高温气态储能物质与待提取溶液进行热交换，储能物质降温液化并且释放热量，溶液吸热，溶剂汽化；

冷凝冷却器（2），用于蒸发后的溶剂气体与低温液态储能物质进行热交换，溶剂气体降温液化并释放热量，储能物质吸热并且汽化；

气液分离器（3），用于溶剂气体和溶液的分离；

储能物质汽化温度降低部件（4），位于所述加热器和冷凝冷却器中间，将加热器流出的液态储能物质的汽化温度降低到低于溶剂蒸汽的温度，使储能物质流入冷凝冷却器后汽化吸热，储存溶剂蒸汽释放的热量；

储能物质液化温度提升部件（5），位于所述冷凝冷却器和加热器中间，将冷凝冷却器流出的气态储能物质的液化温度提升到高于待蒸发溶液的温度，使储能物质流入加热器后液化放热，用于加热待蒸发溶液；

溶剂蒸汽在冷凝冷却器（3）液化，其释放出的汽化热被储能物质吸收储存。

2.储能物质流经液化温度提升部件（5）后在加热器（1）中液化，将其储存的能量用于加热待蒸发溶液。

3.液化的储能物质流经汽化温度降低部件（4）后在冷凝冷却器（3）中汽化，回收溶剂蒸汽的汽化热，完成一个循环。

4.根据权利要求1所述的一种用于提取的单效外循环蒸发器，其特征在于：所述加热器（1）的构造为换热器，其顶部侧端设有喷射管（11）与气液分离器（2）连通，储能物质液化放热，待提取溶液吸收储能物质释放的热量后溶剂蒸发，夹带部分溶液沿加热器顶部侧端喷射管（11）流入气液分离器（2），所述加热器（1）底部设有提取液出液口。

5.根据权利要求1所述的一种用于提取的单效外循环蒸发器，其特征在于：所述气液分离器（2）侧端设有喷射管（11）与所述加热器（1）顶部连通，且所述气液分离器顶部设有气体导管（21）与所述冷凝冷却器（3）连通，所述气液分离器底部设有回液管（22）与所述加热器（1）底部连通；

溶剂蒸汽夹带部分溶液由喷射管（11）进入气液分离器（2）后，溶剂蒸汽向上流动由气体导管（21）进入冷凝冷却器（3），溶液向下流动由回液管（22）回流至加热器（1），形成受热溶液外循环。

6.根据权利要求1所述的一种用于提取的单效外循环蒸发器，其特征在于：所述冷凝冷却器（3）的构造为换热器，其顶部气体导管（21）与气液分离器（2）连通， 底部设有真空出液系统(31), 侧端设有连通抽真空设备的导管（32）；

溶剂蒸汽放热液化后由真空出液系统(31)排出，其释放的汽化热被储能物质吸收。

7.根据权利要求1所述的一种用于提取的单效外循环蒸发器，其特征在于：所述储能物质可根据提取温度选用碳氢化合物（如烷类、烯类等），卤代烃（如四氯乙烷，二氟一氯甲烷等）以及某些无机物（如水，二氧化碳，氨等）中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种用于提取的单效外循环蒸发器，其特征在于：所述储能物质液化温度提升部件（5）可根据提取温度和所用储能物质的特性选择蒸汽压缩机、喷射器、吸附/解析床、吸收/再生器等的一种。

9.根据权利要求1所述的一种用于提取的单效外循环蒸发器，其特征在于：所述储能物质汽化温度降低部件（4）可根据提取温度和所用储能物质的特性选择毛细管、节流阀、膨胀机等的一种。

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