CN201375829Y - 一种离心式分子蒸馏装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种从液体混合物中选择性地分离出目标组份的分离装置，一种高效的可适应不同物料及分离工艺需求的柔性化离心式分子蒸馏装置。它是由真空抽气系统、物料传输系统和蒸馏系统组成的；真空抽气系统连接物料传输系统，物料传输系统连接蒸馏系统。所述的真空抽气系统包括真空抽气机组、冷阱和抽气管道；真空抽气机组连接冷阱，冷阱连接抽气管道。本实用新型一种离心式分子蒸馏装置，在理论分析和实验研究的基础上，优化和创新设计离心式分子蒸馏装置的真空蒸馏室的内部结构、动力及传动机构和间距调节机构，得到了蒸馏分离效率高、真空机组的抽气负荷小、应用柔性大等有益效果。

Description

一种离心式分子蒸馏装置

(一)技术领域

本实用新型涉及蒸馏技术，具体说就是一种离心式分子蒸馏装置。

(二)背景技术

分子蒸馏是利用不同种类分子逸出液面后其平均自由程不同的性质来实现分离的。轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，若在离蒸发液面小于轻分子的平均自由程而大于重分子的平均自由程处设置一冷凝面捕捉收集较轻的分子，可以实现混合物的高度分离。分子蒸馏技术作为一种温和、高效的绿色分离技术，克服了传统蒸馏操作温度高、受热时间长的缺点，可解决传统蒸馏无法解决的难题，在天然物质提取方面具有独特的优势，尤其适用于浓缩或纯化高分子量、高沸点、高粘度的物质及热稳定性较差的有机化合物。分子蒸馏技术具有脱酸、脱碱、脱色、脱臭、提纯或浓缩等多种功能，可广泛应用于精细化工、医药、食品、油脂、造纸等各个领域。分子蒸馏装置是实现分子蒸馏技术的关键设备，自20世纪60年代起，人们开发了各种形式的分子蒸馏装置，从最初的罐式、降膜式，再到目前受到普遍重视的刮膜式和离心式，结构形式不断改进，并把高效和节能作为其主要完善目标。

目前国内自主研发的多为刮膜式分子蒸馏装置，采用机械刮刀把物料刮成连续更新的液膜，难以达到离心成膜的效果，且通常结构复杂制造成本高。北京化工大学研制了擦膜式分子蒸馏装置，并投入到工业化生产应用中，但该装置性价比较低，制造及运行成本较高。离心式分子蒸馏装置采用高速旋转的蒸发转盘，利用离心力将物料由转盘的中心直至其边缘连续地布成极薄液膜，具有蒸发效率高、传热系数大、物料的受热温度最低、停留时间最短等独特的优势，是目前外分子蒸馏装置发展趋势的主流。我国在离心式分子蒸馏装置的研究开发方面已经取得了不少成果，如北京新特科技公司开发的转桶式离心式分子蒸馏器、蔡沂春发明的M型离心式分子蒸馏器，陈德裕开发的悬锥型离心式分子蒸馏器等，但大都存在结构复杂、制造成本高、工作真空度不稳定，以及运行调节控制不便等很多缺陷问题而限制了其推广应用。

(三)发明内容

本实用新型的目的在于提供一种从液体混合物中选择性地分离出目标组份的分离装置，一种高效的可适应不同物料及分离工艺需求的柔性化离心式分子蒸馏装置。

本实用新型的目的是这样实现的：它是由真空抽气系统57、物料传输系统56和蒸馏系统55组成的；真空抽气系统57连接物料传输系统56，物料传输系统56连接蒸馏系统55。

本实用新型还有以下技术特征：

(1)本实用新型一种离心式分子蒸馏装置，所述的真空抽气系统57包括真空抽气机组1、冷阱2和抽气管道3；真空抽气机组1连接冷阱2，冷阱2连接抽气管道3。

(2)本实用新型一种离心式分子蒸馏装置，所述的物料传输系统56由原料储罐7、重组分储罐8、轻组分储罐9、原料计量泵10、原料预热器11、原料加入导管12、重组分导出管13和轻组分导出管14组成；原料储罐7连接原料计量泵10，原料计量泵10连接原料预热器11，原料预热器11连接原料加入导管12；重组分储罐8连接轻组分导出管14，轻组分储罐9连接重组分导出管13。

(3)本实用新型一种离心式分子蒸馏装置，所述的蒸馏系统55包括真空蒸馏室4、动力及传动机构5和间距调节机构6；真空蒸馏室4连接动力及传动机构5，动力及传动机构5连接间距调节机构6。

(4)本实用新型一种离心式分子蒸馏装置，所述的真空蒸馏室4为扁平圆桶状，倾斜于水平面安置，倾角α为30°——60°；真空蒸馏室4上部为冷凝面夹套50，其侧壁为冷却壁夹套49；真空抽气口25设在圆筒形侧壁的高端位置，在抽气管道设置水蒸气凝结回收冷阱2；真空蒸馏室4下底面中心位置开口处联接滑动轴套B 43；波纹管41上端联接法兰D 38，密封胶圈B 40与滑动轴套B 43密封连接；波纹管41下端联接法兰C 37，密封胶圈A 39与法兰B 36密封连接；法兰B 36联接隔离套筒34；真空蒸馏室4内部中央是内凹锥形蒸发转盘15，其上方是外凸锥形冷凝收集面16，其下方是内凹锥面蒸馏加热盘19，再下方是内凹锥形反射盘21，所述4个锥面平行，锥角β的合理取值范围为120°——150°；蒸发转盘15与滑动轴套A 42内的转动轴29上端固定连接；蒸馏加热盘19和内凹锥形反射盘21分别与滑动轴套A 42联接固定；原料加入导管12设置在外凸锥形冷凝收集面16中心，其下部的套管布料器26设置在内凹锥形蒸发转盘15的中央；重组分集液槽27设在内凹锥形蒸发转盘15外沿下方四周，其低端连接重组分导出管13与真空蒸馏室4外的重组分储罐8连通；轻组分集液槽28设在外凸锥形冷凝收集面16外沿低端下方半周，其低端连接轻组分导出管14与蒸馏室外的轻组分储罐9连通。

(5)本实用新型一种离心式分子蒸馏装置，所述的动力及传动机构5由电机33、动力输出轴32、外磁缸31、转动轴29组成；电机33的动力输出轴32端与隔离套筒34外的外磁缸31连接；外磁缸31与转动轴29下端连接。

(6)本实用新型一种离心式分子蒸馏装置，所述的间距调节机构6由固定导轨44、滑动导轨45、连杆A 46、连杆B 60、涡轮涡杆47及锁定螺栓48组成；固定导轨44与真空蒸馏室4下底面连接；滑动导轨45分别通过连杆A 46和连杆B 60与法兰A 35和法兰C 37连接。

本实用新型一种离心式分子蒸馏装置，在理论分析和实验研究的基础上，优化和创新设计离心式分子蒸馏装置的真空蒸馏室的内部结构、动力及传动机构和间距调节机构，得到了蒸馏分离效率高、真空机组的抽气负荷小、应用柔性大等有益效果。

(四)附图说明

图1为本实用新型整体结构图；

图2为本实用新型的真空蒸馏室及相关外联机构结构图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型作进一步说明。

实施例1，结合图1，本实用新型一种离心式分子蒸馏装置，它是由真空抽气系统(57)、物料传输系统(56)和蒸馏系统(55)组成的；真空抽气系统(57)连接物料传输系统(56)，物料传输系统(56)连接蒸馏系统(55)。所述的真空抽气系统(57)包括真空抽气机组(1)、冷阱(2)和抽气管道(3)；真空抽气机组(1)连接冷阱(2)，冷阱(2)连接抽气管道(3)。所述的物料传输系统(56)由原料储罐(7)、重组分储罐(8)、轻组分储罐(9)、原料计量泵(10)、原料预热器(11)、原料加入导管(12)、重组分导出管(13)和轻组分导出管(14)组成；原料储罐(7)连接原料计量泵(10)，原料计量泵(10)连接原料预热器(11)，原料预热器(11)连接原料加入导管(12)；重组分储罐(8)连接轻组分导出管(14)，轻组分储罐(9)连接重组分导出管(13)。所述的蒸馏系统(55)包括真空蒸馏室(4)、动力及传动机构(5)和间距调节机构(6)；真空蒸馏室(4)连接动力及传动机构(5)，动力及传动机构(5)连接间距调节机构(6)。

实施例2，结合图1、图2，本实用新型一种离心式分子蒸馏装置，所述的真空抽气机组(1)一般由气镇式机械预抽泵和油扩散泵及管线控制阀等组成，是根据分子蒸馏装置的工作抽气负荷选配的标准设备；物料储罐和输送系统包括有原料储罐(7)、重组分储罐(8)、轻组分储罐(9)、原料计量泵(10)、原料预热器(11)，以及管线、阀门等，可根据需要参照一般《真空手册》设计，尽量减少机组的抽气阻力；操作测控系统采用常规技术即可实现“真空度检测与真空抽气机组控制”、“原料输送计量与调节”、“原料预热温度检测与调节控制”、“蒸馏温度检测与调节控制”、“冷凝温度检测与调节控制”等必要的测控功能，这里不做赘述。本发明的创新点在于真空蒸馏室(4)和相关外连机构的设计，为解决前述的技术问题采用了如下方案；

真空蒸馏室(4)为扁平圆桶状，倾斜于水平面安置，倾角(α)可取值范围为30°——60°；真空蒸馏室(4)上部为冷凝面夹套(50)，其侧壁为冷却壁夹套(49)；真空抽气口(25)设在圆筒形侧壁的高端位置，在抽气管道设置冷阱(2)；真空蒸馏室下底面中心位置开口处焊接滑动轴套B(43)；波纹管(41)上端焊接法兰D(38)，利用密封胶圈B(40)与滑动轴套B(43)密封连接；波纹管(41)下端焊接法兰C(37)，利用密封胶圈A(39)与法兰B(36)密封连接；法兰B(36)焊接隔离套筒(34)与真空室外密封隔绝。

真空蒸馏室(4)内部中央是可高速旋转的内凹锥形蒸发转盘(15)，其上方是外凸锥形冷凝收集面(16)，其下方是内凹锥面蒸馏加热盘(19)，再下方是内凹锥形反射盘(21)，所述4个锥面平行，锥角β的合理取值范围为120°——150°；内凹锥形蒸发转盘(15)与滑动轴套A(42)内的转动轴(29)上端固定连接；内凹锥面蒸馏加热盘(19)和锥形反射盘(21)分别与滑动轴套A(42)焊接固定；滑动轴套A(42)可在滑动轴套B(43)内上下滑动。原料加入导管(12)固定在外凸锥形冷凝收集面(16)中心，其下部的套管布料器(26)固定在内凹锥形蒸发转盘(15)的中央；重组分集液槽(27)设在内凹锥形蒸发转盘(15)外沿下方四周，其低端连接重组分导出管(13)与真空蒸馏室外的重组分储罐(8)连通；轻组分集液槽(28)设在外凸锥形冷凝收集面(16)外沿低端下方半周，其低端连接轻组分导出管(14)与蒸馏室外的轻组分储罐(9)连通。

磁力传动：动力及传动机构(5)主要由电机(33)、动力输出轴(32)、外磁缸(31)、转动轴(29)等组成。电机(33)的动力输出轴(32)端与隔离套筒(34)外的外磁缸(31)固定连接；由外磁缸(31)旋转产生的磁场带动隔离套筒(34)内的内磁缸(31)旋转；磁缸(31)与转动轴(29)下端固定连接；转动轴(29)带动内凹锥形蒸发转盘(15)同步旋转。

间距调节：内凹锥形蒸发转盘(15)与外凸锥形冷凝收集面(16)之间的距离可由设在真空蒸馏室(4)外的间距调节机构(6)在合理的范围内调节。间距调节机构(6)主要由固定导轨(44)、滑动导轨(45)、连杆A(46)、连杆B(60)、涡轮涡杆(47)及锁定螺栓(48)组成；固定导轨(44)与真空蒸馏室(4)下底面焊接固定；滑动导轨(45)分别通过连杆A(46)和连杆B(60)与法兰A(35)和法兰C(37)固定连接。转动涡轮涡杆(47)可使滑动导轨(45)沿固定导轨(44)上下移动，并连带动力及传动机构(5)压缩或拉伸波纹管(41)而上下移动，进而使内凹锥形蒸发转盘(15)连同内凹锥面蒸馏加热盘(19)和锥形反射盘(21)一起上下移动。调节好间距可利用锁定螺栓(48)锁定间距。

辐射加热：内凹锥面蒸馏加热盘(19)上盘绕有高辐射电热管(20)，利用其在不同功率下工作产生的辐射热为内凹锥形蒸发转盘(15)加热；锥形反射盘(21)将其大部分反向辐射热反射回收。

冷却与冷媒：冷凝面夹套(50)、冷却壁夹套(49)采用液体冷媒，分别由凝面夹套入口(17)和冷却壁夹套入口(23)压入，并分别由冷凝面夹套出口(18)和冷却壁夹套出口(24)返回，可为外凸锥形冷凝收集面(16)提供最底0°的冷凝温度；冷阱(2)可采用干冰、液氮或其它冷冻液，达到工艺要求的深冷效果。

本实用新型在理论分析和实验研究的基础上，优化和创新设计离心式分子蒸馏装置的真空蒸馏室(4)的内部结构、动力及传动机构(5)和间距调节机构(6)等，得到了蒸馏分离效率高、真空机组的抽气负荷小、应用柔性大等有益效果。

①内凹锥形蒸发转盘(15)与外凸锥形冷凝收集面(16)采用平行锥面，对比目前的一些采用外拱形不平行冷凝收集面的离心式分子蒸馏设备，更有利于物料精确按其内部组分的分子自由程分离，提高分离效率。

②圆筒形的真空蒸馏室与水平面的倾角(α)与锥形蒸发转盘的锥角(β)的合理设计，即有利于冷凝的轻组分流入轻组分集液槽(28)又不影响内凹锥形蒸发转盘(15)上的物料均匀成膜。

③采用与内凹锥形蒸发转盘(15)平行的内凹锥面蒸馏加热盘(19)，利用其上面盘绕有高辐射电热管(20)产生的辐射热为内凹锥形蒸发转盘(15)加热，并在其下方设置锥形反射盘(21)将其大部分反向辐射热反射回收。即可实现了内凹锥形蒸发转盘(15)上的待分离物料均匀、可控地加热，也可有效地回收反向辐射热，从而减少了热量在真空蒸馏室(4)内的不利扩散。

④真空蒸馏室(4)的真空抽气口(25)设在圆筒形侧壁的高端位置，轻组分集液槽(28)设在外凸锥形冷凝收集面(16)外沿低端下方半周，避免常见的复杂结构带来的真空抽气阻力；圆筒形侧壁设计成夹套冷却壁(22)，并在冷阱(2)，显著减少了工作中的气(汽)体负荷。对比过去采用的M型离心式分子蒸馏设备，真空抽气机组(1)的选配抽速可减小15％——30％，不仅可减少装置的制造成本，工作时还可节省电能消耗20％以上。且工作真空度更高、更稳定。

⑤内凹锥形蒸发转盘(15)的转动轴(29)与真空室外的动力轴(32)采用磁力传动，以简单的静密封方式达到真空蒸馏室(4)内外真空隔绝，即避免了动密封处理的高费用，又取得了可靠的密封效果。

⑥采用独特设计的间距调节机构(6)实现了内凹锥形蒸发转盘(15)与外凸锥形冷凝收集面(16)之间的锥面间距在蒸馏室外按需调节和锁定，附之以按需调节“原料加入流量”、“预热温度”、“蒸发温度”、“工作真空度”、“蒸发转盘的转速”等的常规控制系统，则使这种只有一个真空蒸馏室(4)的分子蒸馏装置可以适应各种不同物料和分离工艺要求，以及仅用一套装置可达到通常多级设备处理的工艺效果。

实施例3，结合图1、图2，所述的离心式分子蒸馏装置，作为一个典型的实施例，可取倾角α为45°；锥角(β)140°；内凹锥形蒸发转盘(15)与外凸锥形冷凝收集面(16)之间的距离由设在真空蒸馏室(4)外的间距调节机构(6)在5mm——70mm范围内调节。

以常规技术配套设计操作控制系统：在1500-3000转/分的范围内变频调节电机(33)的转速，以按分离工艺要求控制原料在内凹锥形蒸发转盘(15)的成膜；利用原料计量泵(10)按分离工艺要求控制原料加入流量；利用原料预热器(11)按分离工艺要求控制原料预热温度；调节内凹锥面蒸馏加热盘(19)上电热管(20)的工作功率，以按分离工艺要求控制蒸馏温度；调节媒流量或温度，以按分离工艺要求控制外凸锥形冷凝收集面(16)的冷凝温度。“预热温度”、“蒸发温度”、“冷凝温度”采用热电阻传感器检测，“工作真空度”采用电离规检测并利用复合真空计按设定值启停真空抽气机组控制。

Claims (7)

1.一种离心式分子蒸馏装置，它是由真空抽气系统(57)、物料传输系统(56)和蒸馏系统(55)组成的；其特征在于：真空抽气系统(57)连接物料传输系统(56)，物料传输系统(56)连接蒸馏系统(55)。

2.根据权利要求1所述的一种离心式分子蒸馏装置，其特征在于：所述的真空抽气系统(57)包括真空抽气机组(1)、冷阱(2)和抽气管道(3)；真空抽气机组(1)连接冷阱(2)，冷阱(2)连接抽气管道(3)。

3.根据权利要求1所述的一种离心式分子蒸馏装置，其特征在于：所述的物料传输系统(56)由原料储罐(7)、重组分储罐(8)、轻组分储罐(9)、原料计量泵(10)、原料预热器(11)、原料加入导管(12)、重组分导出管(13)和轻组分导出管(14)组成；原料储罐(7)连接原料计量泵(10)，原料计量泵(10)连接原料预热器(11)，原料预热器(11)连接原料加入导管(12)；重组分储罐(8)连接轻组分导出管(14)，轻组分储罐(9)连接重组分导出管(13)。

4.根据权利要求1所述的一种离心式分子蒸馏装置，其特征在于：所述的蒸馏系统(55)包括真空蒸馏室(4)、动力及传动机构(5)和间距调节机构(6)；真空蒸馏室(4)连接动力及传动机构(5)，动力及传动机构(5)连接间距调节机构(6)。

5.根据权利要求4所述的一种离心式分子蒸馏装置，其特征在于：所述的真空蒸馏室(4)为扁平圆桶状，倾斜于水平面安置，倾角α为30°-60°；真空蒸馏室(4)上部为冷凝面夹套(50)，其侧壁为冷却壁夹套(49)；真空抽气口(25)设在圆筒形侧壁的高端位置，在抽气管道设置冷阱(2)；真空蒸馏室(4)下底面中心位置开口处联接滑动轴套B(43)；波纹管(41)上端联接法兰D(38)，密封胶圈B(40)与滑动轴套B(43)密封连接；波纹管(41)下端联接法兰C(37)，密封胶圈A(39)与法兰B(36)密封连接；法兰B(36)联接隔离套筒(34)；真空蒸馏室(4)内部中央是内凹锥形蒸发转盘(15)，其上方是外凸锥形冷凝收集面(16)，其下方是内凹锥面蒸馏加热盘(19)，再下方是内凹锥形反射盘(21)，所述4个锥面平行，锥角β为120°-150°；内凹锥形蒸发蒸发转盘(15)与滑动轴套A(42)内的转动轴(29)上端固定连接；内凹锥面蒸馏加热盘(19)和锥形反射盘(21)分别与滑动轴套A(42)联接固定；原料加入导管(12)设置在外凸锥形冷凝收集面(16)中心，其下部的套管布料器(26)设置在内凹锥形蒸发转盘(15)的中央；重组分集液槽(27)设在内凹锥形蒸发转盘(15)外沿下方四周，其低端连接重组分导出管(13)与真空蒸馏室(4)外的重组分储罐(8)连通；轻组分集液槽(28)设在外凸锥形冷凝收集面(16)外沿低端下方半周，其低端连接轻组分导出管(14)与真空蒸馏室(4)外的轻组分储罐(9)连通。

6.根据权利要求4所述的一种离心式分子蒸馏装置，其特征在于：所述的动力及传动机构(5)由电机(33)、动力输出轴(32)、外磁缸(31)、转动轴(29)组成；电机(33)的动力输出轴(32)端与隔离套筒(34)外的外磁缸(31)连接；外磁缸(31)与转动轴(29)下端连接。

7.根据权利要求4所述的一种离心式分子蒸馏装置，其特征在于：所述的间距调节机构(6)由固定导轨(44)、滑动导轨(45)、连杆A(46)、连杆B(60)、涡轮涡杆(47)及锁定螺栓(48)组成；固定导轨(44)与真空蒸馏室(4)下底面连接；滑动导轨(45)分别通过连杆A(46)和连杆B(60)与法兰A(35)和法兰C(37)连接。

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