CN211799799U - 一种实验室生物化工气体分离提纯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及分离提纯技术领域，具体揭示了一种实验室生物化工气体分离提纯装置，包括冷凝器顶部开设有进气口，冷凝器侧面连通有回流上管，冷凝器固定安装于塔顶罐顶部，塔顶罐底面呈漏斗状且底端开设有出液口，塔体固定连接于塔顶罐底部，出液口插入塔体顶部开口内，塔釜固定连接于塔体底部，塔釜底部开设有下液口，塔釜侧面连通有回流下管，回流下管连通至回流上管，塔釜内盛装有溶剂，蒸汽发生器连通至塔釜侧壁；通过设置各组件形成一套适用于实验室研究操作的低温精馏系统，结构简单，流程合理，操作难度较低，且能耗较低，同时又保证了分离提纯的纯度和效率。

Description

一种实验室生物化工气体分离提纯装置

技术领域

本实用新型涉及分离提纯技术领域，具体为一种实验室生物化工气体分离提纯装置。

背景技术

实验室进行生物化工领域的研究时，常常需要将成分复杂的生物化工气体进行分离和提纯。现有的气体分离提纯方式多种多样，包括冷凝和蒸馏、吸收、吸附和膜分离等，有助于人们根据气体成分的具体组成进行选择。其中的一种分离提纯方式叫做低温精馏。

低温精馏，顾名思义是在低于某种气体沸点温度下进行精馏。低温精馏和蒸馏的区别在于，其具有两个回流，即液相回流和气相回流。目前，低温精馏技术为很多的工业气体生产厂进行工业化批量制备所采用。尽管低温精馏对气体混合组分的分离提纯效果较好，但其工艺复杂，操作难度较大，且能耗较高，因此目前实验室进行研究时仍普遍采用常见的蒸馏方式进行混合气体的分离提纯。因而，研究出一种能够适用于实验室研究的低温精馏装置就成为了技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种实验室生物化工气体分离提纯装置，具备提纯纯度和效率高，操作难度较低，适用于实验室操作，且能耗较低的优点，解决了常见的蒸馏分离提纯装置提纯纯度和效率较低，而工业化低温精馏系统能耗高，操作难度大的问题。

本实用新型的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，包括冷凝器，冷凝器顶部开设有进气口，冷凝器侧面连通有回流上管；塔顶罐，冷凝器固定安装于塔顶罐顶部，塔顶罐底面呈漏斗状且底端开设有出液口；塔体，塔体呈中空筒状，塔体固定连接于塔顶罐底部，出液口插入塔体顶部开口内；塔釜，塔釜固定连接于塔体底部，塔釜底部开设有安装有开闭阀门的下液口，塔釜侧面连通有回流下管，回流下管上安装有调节阀并连通至回流上管，塔釜内盛装有溶剂，溶剂液面位置低于回流上管连通口的位置；蒸汽发生器，蒸汽发生器连通至塔釜侧壁，蒸汽发生器的连通口正对回流下管的连通口，蒸汽发生器的连通口安装有调节阀。本方案通过设置各组件形成一套适用于实验室研究操作的低温精馏系统，结构简单，流程合理，操作难度较低，且能耗较低，同时又保证了分离提纯的纯度和效率。

本实用新型的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其中塔顶罐、塔体和塔釜均密封连接，塔釜侧壁连通有增压器。

本实用新型的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其中塔釜内固定嵌装有分布器，分布器位置高于蒸汽发生器流通口和回流下管连通口的位置。本方案通过设置塔釜内固定嵌装有分布器，使落下的液相通过分布器均匀流入溶剂内，一方面增大了液相和水蒸气的接触面积，另一方面也有利于液相和溶剂的混合相溶，有效提升了分离提纯的纯度和效率。

本实用新型的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其中回流上管和回流下管之间连接有水蒸气回收罐。本方案通过设置水蒸气回收罐，能够回收水蒸气进行重复利用，有利于节约成本。

本实用新型的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其中水蒸气回收罐外壁环绕有加热丝。本方案通过设置水蒸气回收罐外壁的加热丝，以保持回流气相的温度，避免其流入回流上管后温度降度发生冷凝，进而残留于回流上管内。

本实用新型的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其中水蒸气回收罐内填充有竹炭层。

本实用新型的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其中水蒸气回收罐外壁环绕有冷却管，回流下管顶端从底部插入水蒸气回收罐内并向上延伸，水蒸气回收罐侧壁连通有循环管，循环管通过循环机连通至蒸汽发生器，回流下管顶端开口位置高于循环管连通口的位置。

本实用新型的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其中还包括密封外壳，冷凝器、塔顶罐、塔体和塔釜均固定安装于密封外壳内。本方案通过设置密封外壳，对各组件起到了有效保护。

本实用新型的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其中密封外壳侧面开设有抽真空口，抽真空口连通至外部抽真空机。本方案通过设置密封外壳通过抽真空口连通外部抽真空装置，使密封外壳内形成真空，进而形成隔热恒温层，有助于降低装置运行时的能耗，节省了实验成本。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本方案通过设置各组件形成一套适用于实验室研究操作的低温精馏系统，结构简单，流程合理，操作难度较低，且能耗较低，同时又保证了分离提纯的纯度和效率。

2、本方案通过设置水蒸气回收罐，能够回收水蒸气进行重复利用，有利于节约成本。

3、本方案通过设置密封外壳，对各组件起到了有效保护；通过设置密封外壳通过抽真空口连通外部抽真空装置，使密封外壳内形成真空，进而形成隔热恒温层，有助于降低装置运行时的能耗，节省了实验成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例一的分离提纯装置正视面剖视结构示意图；

图2为本实用新型实施例二的分离提纯装置正视面结构示意图。

图中：1、冷凝器；11、进气口；12、回流上管；2、塔顶罐；21、出液口；3、塔体；4、塔釜；41、回流下管；42、分布器；43、下液口；5、水蒸气回收罐；51、竹炭层；52、循环管；6、蒸汽发生器；7、增压器；8、密封外壳；81、抽真空口。

具体实施方式

以下将以图式揭露本实用新型的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本实用新型。也就是说，在本实用新型的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本实用新型，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

请参阅图1和2，本实用新型的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，包括冷凝器1，冷凝器1顶部开设有进气口11，冷凝器1侧面连通有回流上管12；塔顶罐2，冷凝器1固定安装于塔顶罐2顶部，塔顶罐2底面呈漏斗状且底端开设有出液口21；塔体3，塔体3呈中空筒状，塔体3固定连接于塔顶罐2底部，出液口21插入塔体3顶部开口内；塔釜4，塔釜4固定连接于塔体3底部，塔釜4底部开设有安装有开闭阀门的下液口43，塔釜4侧面连通有回流下管41，回流下管41上安装有调节阀并连通至回流上管12，塔釜4内盛装有溶剂，溶剂液面位置低于回流上管12连通口的位置；蒸汽发生器6，蒸汽发生器6连通至塔釜4侧壁，蒸汽发生器6的连通口正对回流下管41的连通口，蒸汽发生器6的连通口安装有调节阀。本方案通过设置各组件形成一套适用于实验室研究操作的低温精馏系统，结构简单，流程合理，操作难度较低，且能耗较低，同时又保证了分离提纯的纯度和效率。

进一步的，塔顶罐2、塔体3和塔釜4均密封连接，塔釜4侧壁连通有增压器7。

进一步的，塔釜4内固定嵌装有分布器42，分布器42位置高于蒸汽发生器6流通口和回流下管41连通口的位置。本方案通过设置塔釜4内固定嵌装有分布器42，使落下的液相通过分布器42均匀流入溶剂内，一方面增大了液相和水蒸气的接触面积，另一方面也有利于液相和溶剂的混合相溶，有效提升了分离提纯的纯度和效率。

进一步的，回流上管12和回流下管41之间连接有水蒸气回收罐5。本方案通过设置水蒸气回收罐5，能够回收水蒸气进行重复利用，有利于节约成本。

进一步的，水蒸气回收罐5外壁环绕有加热丝。本方案通过设置水蒸气回收罐5外壁的加热丝，以保持回流气相的温度，避免其流入回流上管12后温度降度发生冷凝，进而残留于回流上管12内。

进一步的，水蒸气回收罐5内填充有竹炭层51。

进一步的，水蒸气回收罐5外壁环绕有冷却管，回流下管41顶端从底部插入水蒸气回收罐5内并向上延伸，水蒸气回收罐5侧壁连通有循环管52，循环管52通过循环机连通至蒸汽发生器6，回流下管41顶端开口位置高于循环管52连通口的位置。

进一步的，还包括密封外壳8，冷凝器1、塔顶罐2、塔体3和塔釜4均固定安装于密封外壳8内。本方案通过设置密封外壳8，对各组件起到了有效保护。

进一步的，密封外壳8侧面开设有抽真空口81，抽真空口81连通至外部抽真空机。本方案通过设置密封外壳8通过抽真空口81连通外部抽真空装置，使密封外壳8内形成真空，进而形成隔热恒温层，有助于降低装置运行时的能耗，节省了实验成本。

在使用本实用新型时：

参阅图1，当实验中的混合气体从进气口11进入装置时，首先受到冷凝器1低温冷凝，进而从气相转变为液相并进入塔顶罐2内；液相从塔顶罐2底部漏斗细口的出液口21流出并经过塔体3进入塔釜4内；液相在下落过程中和蒸汽发生器6输送的带热水蒸气接触，进而重新转变为气相，由于塔釜4内盛装有不溶于水且和目标气体相溶的溶剂，因此混合气相内的目标气体溶于溶剂内，即被溶剂吸收，而剩余组分的气相则随着蒸汽一同经过回流下管41和回流上管12回流入冷凝器1内，并重复上述过程，以达到将回流气相中残留的目标气体完全溶于溶剂的目的。

为了提高目标气体完全溶于溶剂的效率，也可以在塔釜4内安装搅拌装置，在此不予赘述。

而将塔釜4中溶有目标气体的溶剂通过下液口43收集后，再经过二次提纯即可得到纯净的目标气体。

然而进行低温精馏，还需要将塔釜4连通增压器7，且所述塔顶罐2、塔体3和塔釜4均密封相连，通过增压器7向塔体3和塔釜4内增压，进而使进入塔体3和塔釜4内并转变为气相的混合气体的各组分的沸点温度大幅降低且产生区分：

(1)如果目标气体增压后的沸点温度较杂质组分增压后的沸点温度高，则此时目标气体转变为液相，而杂质组分仍为气相，有助于目标气体溶于溶剂并于杂质组分分离，进而提升了提纯纯度和效率。

(2)如果目标气体增压后的沸点温度较杂质组分增压后的沸点温度低，则此时目标气体仍为气相，而杂质组分转变为液相，此时塔釜4改为盛装有助于杂质组分相溶的溶剂，而气相的目标气体随水蒸气回流至冷凝器1中，也能够得到有效的分离提纯。

相比于常见的蒸馏分离提纯方式，本设计的提纯纯度更高，效率更高，且操作难度也较低，适用于实验室进行研究时的分离提纯操作。

需要说明的是，可以在回流下管41和回流上管12之间连接水蒸气回收罐5，一方面可以对水蒸气进行回收再利用，另一方面也能够有效去除回流气相内的水蒸气组分，避免其进入冷凝管成为杂质组分，有助于提高提纯纯度和效率。

其中，水蒸气回收罐5有两种实施例。其一是在水蒸气回收罐5内填充竹炭层51，竹炭层51能够有效的吸收回流气相中的水蒸气，使回流气相保持干燥，吸收水分后的竹炭层51经过后续处理能够重复利用，有利于节约成本；其二，设置水蒸气回收罐5外壁环绕冷却管，回流下管41从水蒸气回收罐5底部插入并向上延伸，当回流气相进入水蒸气回收罐5后受到冷却，由于水蒸气沸点温度较高，因此会转变为液体水，进而留在水蒸气回收罐5内并通过循环管52循环回流至蒸汽发生器6得到重复利用，有利于节约成本。

还可以在水蒸气回收罐5外环绕加热丝，以保持回流气相的温度，避免其流入回流上管12后温度降度发生冷凝，进而残留于回流上管12内。

另外，还可以将上述各组件安装于密封外壳8内，对各组件进行保护；同时将密封外壳8通过抽真空口81连通外部抽真空装置，使密封外壳8内形成真空，进而形成隔热恒温层，有助于降低装置运行时的能耗，节省了实验成本。

本实用新型具备提纯纯度和效率高，操作难度较低，适用于实验室操作，且能耗较低的优点，解决了常见的蒸馏分离提纯装置提纯纯度和效率较低，而工业化低温精馏系统能耗高，操作难度大的问题。

以上所述仅为本实用新型的实施方式而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其特征在于：包括冷凝器(1)，所述冷凝器(1)顶部开设有进气口(11)，所述冷凝器(1)侧面连通有回流上管(12)；

塔顶罐(2)，所述冷凝器(1)固定安装于塔顶罐(2)顶部，所述塔顶罐(2)底面呈漏斗状且底端开设有出液口(21)；

塔体(3)，所述塔体(3)呈中空筒状，所述塔体(3)固定连接于塔顶罐(2)底部，所述出液口(21)插入塔体(3)顶部开口内；

塔釜(4)，所述塔釜(4)固定连接于塔体(3)底部，所述塔釜(4)底部开设有安装有开闭阀门的下液口(43)，所述塔釜(4)侧面连通有回流下管(41)，所述回流下管(41)上安装有调节阀并连通至回流上管(12)，所述塔釜(4)内盛装有溶剂，所述溶剂液面位置低于回流上管(12)连通口的位置；

蒸汽发生器(6)，所述蒸汽发生器(6)连通至塔釜(4)侧壁，所述蒸汽发生器(6)的连通口正对回流下管(41)的连通口，所述蒸汽发生器(6)的连通口安装有调节阀。

2.根据权利要求1所述的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其特征在于：所述塔顶罐(2)、塔体(3)和塔釜(4)均密封连接，所述塔釜(4)侧壁连通有增压器(7)。

3.根据权利要求2所述的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其特征在于：所述塔釜(4)内固定嵌装有分布器(42)，所述分布器(42)位置高于蒸汽发生器(6)流通口和回流下管(41)连通口的位置。

4.根据权利要求1所述的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其特征在于：所述回流上管(12)和回流下管(41)之间连接有水蒸气回收罐(5)。

5.根据权利要求4所述的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其特征在于：所述水蒸气回收罐(5)外壁环绕有加热丝。

6.根据权利要求4所述的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其特征在于：所述水蒸气回收罐(5)内填充有竹炭层(51)。

7.根据权利要求4所述的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其特征在于：所述水蒸气回收罐(5)外壁环绕有冷却管，所述回流下管(41)顶端从底部插入水蒸气回收罐(5)内并向上延伸，所述水蒸气回收罐(5)侧壁连通有循环管(52)，所述循环管(52)通过循环机连通至蒸汽发生器(6)，所述回流下管(41)顶端开口位置高于循环管(52)连通口的位置。

8.根据权利要求1所述的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其特征在于：还包括密封外壳(8)，所述冷凝器(1)、塔顶罐(2)、塔体(3)和塔釜(4)均固定安装于密封外壳(8)内。

9.根据权利要求8所述的一种实验室生物化工气体分离提纯装置，其特征在于：所述密封外壳(8)侧面开设有抽真空口(81)，所述抽真空口(81)连通至外部抽真空机。

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