CN202087073U - 一种高效多层薄膜蒸发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效多层薄膜蒸发器，其包括由上壳体、和下壳体，其中下壳体的内部包括有至少一个以上的薄壁筒体，薄壁筒体的上端都设有被分成上下两组相间设置的上、下导流头，且该导流头内部空心并呈倒立的水滴形状或降落伞形状。本实用新型在同样的壳体直径和容积条件下，其内部可利用的有效面积可以增加到十倍或更高，因此形成的流动液态薄膜的静态面积也会相应增加十倍或更高，大大提高了脱除小分子物质或溶剂的效率和速度；或者说在处理的液体物料能力一定的情况下，可以将传统的薄膜蒸发器体积缩小很多，节约了制造材料和制造成本。

Description

一种高效多层薄膜蒸发器

技术领域

本实用新型涉及化工行业，尤其是一种用于在聚合物溶液或有机大分子溶液中脱除单体或/等小分子物的高效多层薄膜蒸发器。

背景技术

目前国内对于聚合物溶液或有机大分子溶液中单体或/等小分子物的脱除主要采取的办法有三种：第一种是直接抽真空脱除方法，即将液体物料放在反应釜中加热到要求的温度后即进行直接抽真空脱除，这是一种低效率的原始的方法，众所周知，小分子逸出是在物料溶液表面上发生的，仅仅采用搅拌的办法不能有效提高溶液的暴露表面积，因此脱除效率较低，脱除时间也会很长，另一方面有些对温度敏感的物料或溶液在长时间高温下会导致主要成分的分解变质，影响产品的质量；如果单方面提高真空度加速脱除的话，小分子物或溶剂会大量从溶液中直接气化出来形成剧烈沸腾(爆沸)，物料被大量抽出，损失较多并损毁真空设备。第二种是薄膜蒸发器真空脱除方法，大型生产企业普遍采用薄膜蒸发器真空脱除小分子物，这也是目前国内外大型生产装置最普遍采取的方法；它是把要处理的热的溶液经过泵打入薄膜蒸发器的上部并沿壁流下，形成流动的液态薄膜，这样会增加溶液的暴露面积以加速小分子从溶液表面逸出，蒸发器的壁是通过夹套蒸汽加热的，内壁表面通过刮板强制成膜，逸出的小分子东西经过真空抽提出去，实际上真空壳体这么大的空腔只有一个壳体壁可以使用，而且还是单面利用，壁上的刮板虽然可以更新薄膜，通常薄膜蒸发器的高度为4-9米，这么长的距离使得很多物料在极短的时间内来不及成膜就直接在刮板上流入底部，实际成膜效果差，成膜面积也有限。第三种是喷(雾)淋洒真空脱除法，这种方法是将要处理的低粘度液体物料经过泵输送到蒸发器的上部经雾化器喷淋而下，或将高粘度液体物料经泵输送到上部的分配器(形状如淋浴喷头)或分配盘管流出，该盘管可能由大小若干个相连成一组，并在每个管壁下方按照一定规律分布很多小孔，液体物料经过该盘管形成喷淋状液体柱流下，这种方法相应增加了溶液的表面积，经过蒸发器上部真空口抽出小分子物；该装置通常是夹套蒸汽加热的，该方法的缺点是：当物料为低粘度溶液时，雾化喷出的结果会形成很多物料液体微滴，虽然是大幅度增加了液体物料的暴露面积，但是真空会大量地把雾化的物料微滴抽出去，对于低粘度较小分子量的物料常有损失高达10-20％；当物料为高粘度溶液时，溶液从分配盘孔里流出并形成液体柱而不是微滴状，实际真正增加的物料暴露面积还是有限的；当物料是高粘度的液体时，分配器上的孔径又不能太小，否则流动不畅或容易堵塞小孔。由此就以上第二种薄膜蒸发器真空脱除法和第三种喷(雾)淋洒真空脱除法而言，虽然它们一定程度上增加了液体物料的暴露面积，提高了脱除小分子物的速度，缩短了脱除处理时间，但还是有限的。

针对已有的技术和设备所存在不足，需要一种更高效的多层薄膜蒸发器来解决上述三种设备的缺陷，显著提高脱除效率，缩短生产周期和提高产品质量。

发明内容

本实用新型目的是：提供一种显著提高脱除效率、缩短生产周期和提高产品质量且更高效的多层薄膜蒸发器。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：一种高效多层薄膜蒸发器，其包括由上壳体、和下壳体，其中下壳体的内部包括有至少一个以上的薄壁筒体，薄壁筒体的上端都设有被分成上下两组相间设置的上、下导流头，且该导流头内部空心并呈倒立的水滴形状或降落伞形状。

在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：

其进一步包括设置在薄壁筒体上方的液体物料布洒器、用于固定薄壁筒体之间间距的条形固定板、用于防止筒体变形并在中心固定薄壁筒体的支撑管、将液体物料布洒器固定在中心部位的上支架、位于下方并用于支撑薄壁筒体的下支架。

其进一步包括设置在薄壁筒体上方的液体物料分配盘，该液体物料分配盘具有固定架且其通过轴套与电动机的主轴固定在一起，并包括位于外边缘的阻流圈、四个径向延伸的梯形长条溢流槽孔、靠近主轴且四周开槽孔的缓冲筒、呈扇形的四个长条孔栅板。

所述梯形长条溢流槽孔高于长条孔栅板所在的水平面。

所述薄壁筒体为平面型、或横向曲面波浪型。

其进一步包括设置在薄壁筒体上方的上端盘管或直列管式开孔喷淋式结构。

所述液体物料布洒器包括与输送管道连通的缓冲槽、呈十字形并与缓冲槽相连的四只溢流支管。

所述溢流支管的下方开有一排小孔，而溢流支管的径向方向有一梯形槽口，且该梯形槽口靠近溢流支管外端点处槽口最大。

本实用新型优点是：

本实用新型在同样的壳体直径和容积条件下，其内部可利用的有效面积可以增加到十倍或更高，因此形成的流动液态薄膜的静态面积也会相应增加十倍或更高，大大提高了脱除小分子物质或溶剂的效率和速度。或者说在处理的液体物料能力一定的情况下，可以将传统的薄膜蒸发器体积缩小很多，节约了制造材料和制造成本。

附图说明：

图1为本实用新型的第一实施例的结构示意图；

图2为图1的局部结构示意图；

图3为图1沿A-A剖面线的剖视图；

图4为本实用新型的溢流支管和缓冲槽的内部示意图；

图5为本实用新型的溢流支管的内部示意图；

图6为本实用新型的第二实施例的结构示意图；

图7为图6的局部结构示意图；

图8为图6中的物料分配盘的俯视示意图；

图9为本实用新型应用于脱除系统的系统结构示意图。

具体实施方式

实施例：如图1-5所示，其为本实用新型的高效多层薄膜蒸发器的第一实施例，其包括由上壳体12、和下壳体14。该两壳体通过法兰102来连接。下壳体14的内部包括有至少一个以上的薄壁筒体3、设置在薄壁筒体3内上方的液体物料布洒器、用于固定薄壁筒体之间间距的条形固定板6、用于防止筒体变形并在中心固定薄壁筒体3的支撑管7、将液体物料布洒器固定在中心部位的上支架8、位于下方并用于支撑薄壁筒体3的下支架9、连在下壳体14内壁上并支撑上支架8的上支撑点11、铆焊在下壳体14内壁上并支撑下支架9的下支撑点13。其中夹套蒸汽进入口19与下壳体14内部连通。该液体物料布洒器包括与输送管道101连通的缓冲槽4、呈十字形并与缓冲槽4相连的四只溢流支管5。每个溢流支管5的下方开有一排小孔50，而溢流支管5的径向方向有梯形槽口52，靠近溢流支管5外端点处槽口最大；同时四只溢流支管的梯形槽口52都是同一个方向。上壳体12包括真空口120、测温口122、以及视镜124。底壳体14包括入气口140、出水口141、物料出口142、与入气口140相连的蒸汽或氮气分配环形盘管144、以及用于支撑固定蒸汽或氮气分配环形盘管144的支撑架146，其中出水口141就是将蒸汽凝结水排出，通常外接一个疏水阀，以便将夹套内的水及时流出保留蒸汽在夹套内。物料经过输送管道101经由布洒器中心部位的管道进入缓冲槽4，然后再流入与缓冲槽4相连的溢流支管5中；中心输送管道101的下端是固定在轴承42的内孔套上，而缓冲槽壳体44是固定在轴承42的外套上，所以中心输入管道101与缓冲槽4之间存在活动配合；下方的盲板46是为安置四个溢流支管以及中心输入管道101而设置的，当然该盲板46也可以开一些小孔，其流出物料经中心支撑管外壁形成流动薄膜；布洒器在工作状态下，小部分液体物料从溢流支管5的下方一排小孔50中向下喷出，另外绝大部分从溢流支管的梯形槽口52沿水平方向喷出，由于物料喷出的反作用力使得液体物料布洒器产生自发转动，这种运动使得液体物料的喷出呈瀑布状态布洒而下，愈靠近溢流支管5的外端流出的物料愈多，而且线速度愈高，这样正好符合愈靠近外端点部位，下方的薄壁筒体直径愈大，薄膜的面积也大，需要的物料也多，这样靠近蒸发器中心部位的薄壁筒体与远离中心的薄壁筒体，其单位面积上所获得的液体物料基本上是一样的，达到了液体物料布洒分配均匀的目的。

如图2所示，多层薄壁筒体3的上端都设有上、下导流头2、1并被分成上下两组相间设置，该导流头2、1的外观呈倒立的水滴形状或降落伞形状(加工容易)，其内部空心的，其作用是能将由液体物料布洒器落下的液体导向两个方向流下，这是本实用新型的核心技术，通过导流头上下两组相间设置，虽然是上下导流头之间有不小的空间，但是在垂直方向上，相互之间没有缝隙，如图2和图3所示。由此垂直下落的液体物料在导流头1、2上会被分成两路经由薄壁筒体的两面形成流动的液体薄膜流下。当然不是垂直落下也没有问题，即使会有少量的飞溅最后一定会落到任何一个筒壁上或其它导流头上并流下。

同样，也可以把薄壁筒体改变成长条薄板排列型，当然长条板也可以做成横向曲面波浪型，并保持长条板之间的距离与薄壁筒体之间的距离相同，这样有效面积是一样的，也可以改变薄壁筒体或/和长条薄板的长度，不是上述计算的单层，如长度为1.5米或2米甚至更长，而是长度为50公分或30公分或10公分或更短，然后在壳体内安装多层，每层之间保持一定空间距离如10公分-50公分，这样在工作状态下每层之间的物料都是自然滴流而下，把物料可以进行再一次更充分的混合分配并形成流动薄膜，这样可以更有效地提高脱除效率。

如图6-8所示为本实用新型的第二实施例，其与第一实施例的不同仅在于采用液体物料分配盘代替了第一实施例中的液体物料布洒器，液体物料分配盘具有固定架24且其通过轴套22与电动机20的主轴200固定在一起，液体物料分配盘的外边设有较高的阻流圈32，阻止物料外溢；由主轴200带动液体物料分配盘慢速转动(转速根据情况可调)。而液体物料分配盘的分配形式有两种和两个阶段的液体物料分配流出。第一种形式和第一阶段的物料分配是底盘上的四块扇形而且是长条孔栅板38组成，液体物料通过输入管道110先流入靠近主轴20上的缓冲筒34内，缓冲筒34的中下部还设有主轴十字固定装置33，而缓冲筒34的底部是四周开槽孔的，液体物料很快会通过其底部流向分配盘并通过四个长条孔板38均匀分配向下流出；由于分配盘是低速转动的，所喷洒的液体物料的分配是也比较均匀的。但是长条孔板是一定的，喷洒的液体物料是自然进行并无外力作用，单位时间内喷洒的数量也是一定的，不能改变的，但是输入的物料往往是变动可调的，始终做到正好满足满盘喷洒是很难的。为此本实用新型进一步提供第二形式和第二阶段的物料分配，即在液体物料分配盘上增加四个梯形长条溢流槽孔31，但是它们与四块长条孔栅板38不在一个水平上，四个溢流槽孔31高于长条孔栅板38水平面，它的作用是在保证四个长条孔栅板满负荷流出，多余的液体物料会通过这四个梯形长条溢流槽孔31均匀溢流出，当输入物料流量增大时就会从高处的溢流槽孔流出，这个溢流也是瀑布形的流下去，基本均匀。同时下支撑架35用于支撑液体物料分配盘，而固定连接件36用于固定下支撑架35与主轴200之间的连接。

当然除了液体物料布洒器和液体物料分配盘，也可采用采用上端盘管或直列管式开孔喷淋式并结合上、下导流头的薄壁筒体均能实现本实用新型的发明目的。

图9是本实用新型的第一实施例和第二实施例中的多层薄膜蒸发器应用到脱除系统中与相关配套设备连接的示意图，该脱除系统包括多层薄膜蒸发器71、与多层薄膜蒸发器71的物料进入口101相连并用于对液体物料进行外部预热的列管式热交换器72、与列管式热交换器72相连的输送泵73、位于输送泵73上游的过滤器79、与多层薄膜蒸发器71的物料进口142相连的储料罐74、与多层薄膜蒸发器71的真空口120相连的常温水冷凝器75、与常温水冷凝器75相连并冷凝下来的溶剂或小分子物的第一储罐77、与第一储罐77相连的冷冻水冷凝器76、与冷冻水冷凝器76相连的第二储罐77、以及与第二储罐77相连的真空泵78。其中冷冻水冷凝器76中的冷冻水通常为-5～-10°的冷冻水。

在工作状态下，经过过滤器79和热交换器72进入蒸发器71壳体的热液体物料由物料进入口101进入，经过液体物料布洒器并从其下方的小孔喷出，喷出的液体柱碰到薄壁筒体壁上并很快分散成流体薄膜顺壁流下，在一定的真空状态下(真空度可根据小分子或溶剂的沸点调节)，小分子或溶剂分子很快从薄膜的表面逸出，随后从蒸发器壳体的上部真空口120抽出，经由冷凝器75、76冷却后流入冷凝器75、76下面的储罐77。少量的会在冷冻水冷凝器76中冷却下来；对于浓缩液体物料通常一次可以完成任务，可以连续式的进行，脱除后的液体物料可暂时存放在蒸发器下方的储罐74中，也可直接泵入成品罐内或灌装；通常处理过的液体物料在80°以下时，按照上述操作进行，如果高于80°可以考虑再经过冷凝器冷却降温后送入成品储罐或灌装。

对于不溶于水的物料需要脱除小分子时，可以采用底部盘管通蒸汽或热氮气或热二氧化碳气体先进行气体洗提，这样可以加速小分子物的脱除速度。如果需要脱除小分子物更干净的话，可以采用两套高效薄膜蒸发器联合使用，第一步先在第一个高效薄膜蒸发器内进行上述气体洗提，第二步在第二个薄膜蒸发器内再进行真空脱气过程，以脱除残留的少量的水蒸气或氮气或二氧化碳气体。两个薄膜蒸发器的温度条件基本一致。这样可以大大提高产品质量并可以连续化生产。

当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高效多层薄膜蒸发器，其特征在于：其包括由上壳体(12)、和下壳体(14)，其中下壳体(14)的内部包括有至少一个以上的薄壁筒体(3)，薄壁筒体(3)的上端都设有被分成上下两组相间设置的上、下导流头(2、1)，且该导流头(1、2)内部空心并呈倒立的水滴形状或降落伞形状。

2.根据权利要求1所述的一种高效多层薄膜蒸发器，其特征在于：其进一步包括设置在薄壁筒体(3)上方的液体物料布洒器、用于固定薄壁筒体之间间距的条形固定板(6)、用于防止筒体变形并在中心固定薄壁筒体(3)的支撑管(7)、将液体物料布洒器固定在中心部位的上支架(8)、位于下方并用于支撑薄壁筒体(3)的下支架(9)。

3.根据权利要求1所述的一种高效多层薄膜蒸发器，其特征在于：其进一步包括设置在薄壁筒体(3)上方的液体物料分配盘，该液体物料分配盘具有固定架(24)且其通过轴套(22)与电动机(20)的主轴(200)固定在一起，并包括位于外边缘的阻流圈(32)、四个径向延伸的梯形长条溢流槽孔(31)、靠近主轴(20)且四周开槽孔的缓冲筒(34)、呈扇形的四个长条孔栅板(38)。

4.根据权利要求3所述的一种高效多层薄膜蒸发器，其特征在于：所述梯形长条溢流槽孔(31)高于长条孔栅板(38)所在的水平面。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种高效多层薄膜蒸发器，其特征在于：所述薄壁筒体(16)为平面型、或横向曲面波浪型。

6.根据权利要求1所述的一种高效多层薄膜蒸发器，其特征在于：其进一步包括设置在薄壁筒体(3)上方的上端盘管或直列管式开孔喷淋式结构。

7.根据权利要求2所述的一种高效多层薄膜蒸发器，其特征在于：所述液体物料布洒器包括与输送管道(101)连通的缓冲槽(4)、呈十字形并与缓冲槽(4)相连的四只溢流支管(5)。

8.根据权利要求7所述的一种高效多层薄膜蒸发器，其特征在于：所述溢流支管(5)的下方开有一排小孔(50)，而溢流支管(5)的径向方向有一梯形槽口(52)，且该梯形槽口(52)靠近溢流支管(5)外端点处槽口最大。

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