CN202105449U - 多层薄膜蒸发器及其脱除系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多层薄膜蒸发器及其脱除系统，其包括中壳体、和顶壳体，其中中壳体的内部包括有至少一个以上薄壁筒体、设置在薄壁筒体之间的至少一个以上的环形盘管、以及固定薄壁筒体和环形盘管到中壳体上的十字架。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

多层薄膜蒸发器及其脱除系统

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等小分子物的多层薄膜蒸发器及其脱除系统。 

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，但是很多物料来不及刮涂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，该盘管可能有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的多层薄膜蒸发器及其脱除系统。 

为了解决上述技术问题，本实用新型的第一技术方案如下：一种多层薄膜蒸发器，其包括中壳体、和顶壳体，其中中壳体的内部包括至少有一个薄壁筒体、设置在薄壁筒体之间的至少一个环形盘管、以及固定各个薄壁筒体和各个环形盘管到中壳体上的十字架。 

在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案： 

所述环形盘管下部排列设置有若干个小孔，且由该小孔喷出的液体物料柱会分布在薄壁筒体上并形成向下流动的薄膜。 

其进一步包括位于中壳体下方的底壳体，所述底壳体包括入气口、物料出口、与入气口相连的蒸汽或氮气分配环形盘管、以及用于支撑固定蒸汽或氮气分配环形盘管的支撑架，而所述中壳体进一步包括与各个环形盘管一端连接的物料进入口、与各个环形盘管另一端连接的排渣旁路口。 

所述薄壁筒体为平面型、纵向曲面、或横向曲面。 

同时，本实用新型的第二技术方案如下：一种多层薄膜蒸发器，其包括中壳体、和顶壳体，其中中壳体的内部包括有多个排列设置的薄壁板、与薄壁板相间排列的多个直管、以及固定薄壁板和直管到中壳体上的十字架，同时每个直管的下部排列设置有若干个小孔，且由该小孔喷出的液体物料柱会分布在薄壁板上并形成向下流动的薄膜。其中薄壁板用于替代第一技术方案中的薄壁筒体，而直管用于替代第一技术方案中的环形盘管。 

其中所述薄壁板为平面型、或纵向曲面、或横向曲面。 

另外，本实用新型的第三技术方案如下：一种脱除系统，其包括：多层薄膜蒸发器、与多层薄膜蒸发器的物料进入口相连并用于对液体物料进行外 部预热的热交换器、与热交换器相连的输送泵、位于输送泵上游的过滤器、与多层薄膜蒸发器的物料进口相连的储料罐、与多层薄膜蒸发器的真空口相连的冷凝器、与冷凝器相连并冷凝下来的溶剂或小分子物的储罐、以及与储罐相连的真空泵，其中多层薄膜蒸发器包括有至少一个薄壁筒体、设置在各个薄壁筒体之间至少一个的环形盘管、以及固定薄壁筒体和环形盘管到中壳体上的十字架。 

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沿A-A剖面线的剖视图； 

图3为本实用新型的第二实施例的俯视示意图； 

图4为本实用新型的第三实施例的侧视示意图； 

图5为本实用新型的脱除系统的结构示意图。 

具体实施方式

实施例：如图1-2所示，其为一种多层薄膜蒸发器的第一实施例，其包括由中壳体10、顶壳体12、以及底壳体14。该三壳体由上、下两个法兰102、104被分成三部分，其目的主要是考虑维修清理方便，当然下法兰102也可以取消，即底壳体与中壳体焊成一体的。中壳体10的内部包括有至少一个薄壁筒体16、设置在薄壁筒体16内的至少一个的环形盘管160、与各个环形盘管160一端连接的物料进入口101、与各个环形盘管160另一端连接的排渣旁路口105、以及固定各个薄壁筒体16和各个环形盘管160到中壳体10上的十字架18。其中薄壁筒体16使液体物料在其两面形成流动的薄膜，并由钢板或不锈钢板弯曲焊接而成，根据壳体直径的大小决定其多个组成，其长度可根据物料的流动速度和小分子逸出的速度计算，物料进入口101与多个环形盘管160链接，物料进来后会流入多个环形盘管160中，并从环形盘管下部排列的小孔喷出，喷出的液体物料柱会分布在薄壁筒体表面上，一 般其径向角度小于90°(通常30-60°较好)并在筒壁上形成向下流动的液体薄膜，这种多层组合的筒体可以双面利用，与传统薄膜蒸发器筒壁单面使用完全不同，由此大大增加了薄膜面积。环形盘管160管径的大小是根据处理液体物料的流量设计，环形盘管160也可以分成由法兰链接的二或三个部分组成，靠近壳体中心位置的环形盘管的环径最小，环形盘管从壳体壁开始到里面最小的环形盘管，管径可以是一样的或者逐级缩小，但是管径下部分布的小孔是统一大小的，这些小孔的数量和分布是根据进入口的管径大小(或流量)、以及对应的薄壁筒体面积来计算的，同时每个盘管之间有薄钢板或不锈钢板折成的薄壁筒体隔离并留有一定间隙；这些盘管位于薄壁筒体16的上端，但一般不高于其顶端。其中十字架18与环形盘管160通过第一链接件180链接固定，而十字架18与薄壁筒体16通过第二链接件182链接固定，十字架18为槽钢或角钢。中壳体10在底部还包括一疏水阀口103(壳体夹套采用蒸汽加热)。顶壳体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、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。 

如图3所示，为本实用新型的第二实施例，其与第一实施例不同的是：在多层蒸发器的壳体内，形成薄膜的薄壁筒体26改变成纵向曲面，增加的面积提高了脱除效率，在操作上基本与上述没有区别。 

如图4所示，为本实用新型的第三实施例，其与第一实施例不同的是：在多层蒸发器的壳体内，形成薄膜的薄壁筒体36改变成横向曲面，不仅增加了薄膜面积，而且降低了液体薄膜的流动速度，并不断随着曲面的变化改变下流速度，同样的总面积，处理物料的总量会变小，但是这种速度的不断改变，提高了流动薄膜内外层物料的交换，小分子逸出的效率提高了，操作与上述基本相同。无论是平面薄壁筒体或曲面(包括纵向和横向曲面)薄壁筒体，其表面都要求抛光处理。 

本实用新型的第四实施例，在多层蒸发器的壳体内，不是环型盘管和薄壁筒体，而是多组直管和直形薄壁板相间排列，直管和薄壁板的多个相间排列代替了多个环形盘管和薄壁筒体的组合，在操作上没有区别。 

本实用新型的第五实施例，与第四实施例不同的是：直形薄壁板不是平面型，而是纵向曲面型，增加了薄壁板的面积，但在具体操作上没有区别。 

本实用新型的第六实施例，与第四实施例不同的是：直形薄壁板不是平面型，而是横向曲面型，不仅增加了薄壁板面积，而且可以改变板壁上液体物料薄膜下流的速度，同时不断重复改变其下流速度，加快小分子和溶剂的逸出、脱除速度。在具体操作上与第四实施例也没有区别。 

图5是本实用新型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1、与多层薄膜蒸发器1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2、与列管式热交换器2相连的输送泵3、位于输送泵3上游的过滤器9、与多层薄膜蒸发器1的物料进口142相连的储料罐4、与多层薄膜蒸发器1的真空口120相连的常温水冷凝器5、与常温水冷凝器5相连并冷凝下来的溶剂或小分子物的第一储罐7、与第一储罐7相连的冷冻水冷凝器6、与冷冻水冷凝器6相连的第二储罐7、以及与第二储罐7相连的真空泵8。其中冷冻水冷凝器6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9和热交换器2进入蒸发器1壳体的热液体物料由物料进入口101进入，经过环形盘管160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5、6冷却后流入冷凝器5、6下面的储罐7。少量的会在冷冻水冷凝器6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4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。 

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 (7)

1.一种多层薄膜蒸发器，其特征在于：其包括中壳体(10)、和顶壳体(12)，其中中壳体(10)的内部包括至少有一个薄壁筒体(16)、设置在薄壁筒体(16)之间至少一个的环形盘管(160)、以及固定薄壁筒体(16)和环形盘管(160)到中壳体(10)上的十字架(18)。

2.根据权利要求1所述的多层薄膜蒸发器，其特征在于：所述环形盘管(160)下部排列设置有若干个小孔，且由该小孔喷出的液体物料柱会分布在薄壁筒体(16)上并形成向下流动的薄膜。

3.根据权利要求2所述的多层薄膜蒸发器，其特征在于：其进一步包括位于中壳体(10)下方的底壳体(14)，所述底壳体(14)包括入气口(140)、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)，而所述中壳体(10)进一步包括与各个环形盘管(160)一端连接的物料进入口(101)、与各个环形盘管(160)另一端连接的排渣旁路口(105)。

4.根据权利要求1、或2、或3所述的多层薄膜蒸发器，其特征在于：所述薄壁筒体(16)为平面型、纵向曲面、或横向曲面。

5.一种多层薄膜蒸发器，其特征在于：其包括中壳体(10)、和顶壳体(12)，其中中壳体(10)的内部包括有多个排列设置的薄壁板、与薄壁板相间排列的多个直管、以及固定薄壁板和直管到中壳体(10)上的十字架，同时每个直管的下部排列设置有若干个小孔，且由该小孔喷出的液体物料柱与薄壁板之间呈小于90°的角。

6.根据权利要求5所述的多层薄膜蒸发器，其特征在于：所述薄壁板为平面型、或纵向曲面、或横向曲面。

7.一种脱除系统，其特征在于其包括：多层薄膜蒸发器(1)、与多层薄膜蒸发器(1)的物料进入口(101)相连并用于对液体物料进行外部预热的热交换器(2)、与热交换器(2)相连的输送泵(3)、位于输送泵(3)上游的过滤器(9)、与多层薄膜蒸发器(1)的物料进口(142)相连的储料罐(4)、与多层薄膜蒸发器(1)的真空口(120)相连的冷凝器(5、6)、与冷凝器(5、6)相连并冷凝下来的溶剂或小分子物的储罐(7)、以及与储罐(7)相连的真空泵(8)，其中多层薄膜蒸发器(1)包括至少有一个薄壁筒体(16)、设置在薄壁筒体(16)之间的至少一个的环形盘管(160)、以及固定薄壁筒体(16)和环形盘管(160)到中壳体(10)上的十字架(18)。 

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