CN217120179U - 一种固液气三相分离的真空装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于固液气三相分离反应设备技术领域，具体是一种固液气三相分离的真空装置。一种固液气三相分离的真空装置，真空反应室的一侧设有加热器，真空反应室上部采用蒸馏管与冷凝器的一端连接，冷凝器下方设有分馏口，冷凝器的另一端上方采用真空泵与收集桶连接，收集桶上方设有排气口。同现有技术相比，通过加热器对真空反应室进行加热，使可溶性成分反应生成为沉淀、絮状产物，对完全可溶性的离子，通过循环蒸发‑冷凝‑浓缩，从真空反应室的排液口中收集，实现固液分离，通过冷凝器收集溶液蒸发产生的气体并进行分馏，气体从收集桶的排气口收集，实现固体、液体、气体三相物质的有效分离。

Description

一种固液气三相分离的真空装置

技术领域

本实用新型属于固液气三相分离反应设备技术领域，具体是一种固液气三相分离的真空装置。

背景技术

在材料制备、生物医药合成、化学试剂分馏、废液废水处理等领域需要对混合溶液进行固液气三相的分离。一般固液分离技术包括萃取，如超临界萃取、反胶束萃取、过滤，如板框式过滤、平板过滤、微孔膜过滤、真空旋转过滤；絮凝，如化学试剂、电场聚合；离心，如高速冷冻离心、碟片式离心、管式离心、倾桥式离心、篮式离心。这些技术对含固体微粒较大，如100纳米及以上的溶液分离，对应更小的微粒，如胶体、可溶性的分子、盐等无法进行固液分离。一般气液分离技术主要包括蒸发或蒸馏技术，通过液体的沸点和饱和蒸汽压加热或减压进行气液分离，一般能耗较大、成本较高。为减低蒸馏的能耗，可采用真空蒸馏工艺包括多级蒸馏、闪蒸、机械压缩蒸馏等。真空蒸馏一般不适合用于高浓有机物，聚合物，含量高的液体，因在蒸发过程中易产生有机胶状物质，使得蒸发器内壁和管道堵塞，降低蒸发效率和提高设备维护成本。对于固体含量较高的液体，通常需要先用固液分离装置将大部分固体物质从液体中分离，然后再采用蒸发装置对液体进行气液分馏，需要至少两步工艺和装置才能进行处理，工艺操作复杂，设备成本高。另外，一般蒸馏或干燥工艺因温度较高，易发生化学反应，特别是以被氧化或结焦化，会影响所处理的物质性能。故需要一种能在较低温度下以物理分离为主的工艺将固液气三相有效分离。

因此，需要设计一种真空分离反应装置，将固液分离和气液分离工艺集成为一体，以物理分离为主，且在较低温度下，进行固体、液体、气体三相物质的有效分离。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供了一种固液气三相分离的真空装置，将固液分离和气液分离工艺集成为一体，可在一套真空反应室内，以物理分离为主，且在较低温度下，进行固体、液体、气体三相物质的有效分离。

为达到上述目的，本实用新型是一种固液气三相分离的真空装置，包括真空反应室、加热器、蒸馏管、冷凝器、真空泵、收集桶，真空反应室的一侧设有加热器，真空反应室上部采用蒸馏管与冷凝器的一端连接，冷凝器下方设有分馏口，冷凝器的另一端上方采用真空泵与收集桶连接，收集桶上方设有排气口。

所述的冷凝器的冷却液排出口与压缩机的低压入口连接，压缩机的高压出口与加热器的输入端连接，加热器的输出端与冷却器的高温入口连接，冷却器的低温出口与冷凝器的冷却液入口采用膨胀阀连接。

所述的真空反应室的外壁与加热器连接，真空反应室的上部设有旋转电机，真空反应室内设有旋转轴，旋转轴穿过真空反应室的上部与旋转电机连接，旋转轴与刮刀连接，刮刀与真空反应室的内壁接触。

所述的真空反应室的内壁与加热器连接，真空反应室的上部设有旋转电机，真空反应室内设有旋转轴，旋转轴穿过真空反应室的上部与旋转电机连接，旋转轴与刮刀连接，刮刀与加热器表面接触。

所述的真空反应室的一侧设有进液口，真空反应室的另一侧设有排液口，真空反应室的底部设有排料口，真空反应室的上部设有备用进液口。

所述的真空反应室的上下两侧各与加热器连接。

所述的真空反应室为卧式真空反应室，真空反应室的一端设有旋转电机，真空反应室内设有旋转轴，旋转轴穿过真空反应室的上部与旋转电机连接，旋转轴与刮刀连接，刮刀与真空反应室的内壁接触，真空反应室的一侧上部设有进液口，真空反应室的另一侧下部设有排液口，真空反应室的一侧下部设有排料口。

所述的真空反应室下部的排料口内设有排料刮刀。

所述的蒸馏管与真空反应室连接的一端内设有阻沫器。

本实用新型同现有技术相比，通过加热器对真空反应室进行加热，使可溶性成分反应生成为沉淀、絮状产物，对完全可溶性的离子，通过循环蒸发-冷凝-浓缩，形成浓缩液，从真空反应室的排液口中收集，实现固液分离，通过冷凝器收集溶液蒸发产生的气体并进行分馏，高沸点馏分沉淀在冷凝器中，低沸点馏分沉淀在收集桶中，气体从收集桶的排气口收集，实现固体、液体、气体三相物质的有效分离，且本实用新型的设备和工艺具有能耗低、分离速度快、工艺简洁、反应物性能稳定以及自动化程度高的特点。

附图说明

图1为本实用新型加热器外置式真空反应室结构示意图。

图2为本实用新型加热器内置式真空反应室结构示意图。

图3为本实用新型卧式真空反应室结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型做进一步描述。

如附图1~图3所示，本实用新型是一种固液气三相分离的真空装置，包括真空反应室1、加热器2、蒸馏管3、冷凝器5、真空泵6、收集桶7，真空反应室1的一侧设有加热器2，真空反应室1上部采用蒸馏管3与冷凝器5的一端连接，冷凝器5下方设有分馏口，冷凝器5的另一端上方采用真空泵6与收集桶7连接，收集桶7上方设有排气口。

其中，如图1、图2所示，冷凝器5的冷却液排出口与压缩机8的低压入口连接，压缩机8的高压出口与加热器2的输入端连接，加热器2的输出端与冷却器10的高温入口连接，冷却器10的低温出口与冷凝器5的冷却液入口采用膨胀阀9连接，通过控制压缩机8的频率或功率，使得真空反应室内的温度控制在25-60℃范围。

如图1所示，真空反应室1外壁与加热器2连接，对反应室整体加热，真空反应室1的上部设有旋转电机1-2，真空反应室1内设有旋转轴1-3，旋转轴1-3穿过真空反应室1的上部与旋转电机1-2连接，旋转轴1-3与刮刀1-4连接，刮刀1-4与真空反应室1的内壁为柔性紧密接触，刮除真空反应室1的内壁的沉积物。刮刀是由聚四氟乙烯或表面改性聚乙烯等表面张力极小材质构成，与真空室内壁表面为柔性紧密接触。

如图2所示，真空反应室1的内壁与加热器2连接，并浸没在反应的溶液中，直接对溶液加热，真空反应室1的上部设有旋转电机1-2，真空反应室1内设有旋转轴1-3，旋转轴1-3穿过真空反应室1的上部与旋转电机1-2连接，旋转轴1-3与刮刀1-4连接，刮刀1-4与加热器2表面为柔性紧密接触，刮除加热器2的沉积物。刮刀是由聚四氟乙烯或表面改性聚乙烯等表面张力极小材质构成，与加热器表面为柔性紧密接触。

如图1、图2所示，真空反应室1的一侧设有进液口，真空反应室1的另一侧设有排液口，真空反应室1的底部设有排料口，真空反应室1的上部设有备用进液口。

如图3所示，真空反应室1的上下两侧各与加热器2连接，真空反应室1为卧式真空反应室，真空反应室1的一端设有旋转电机1-2，真空反应室1内设有旋转轴1-3，旋转轴1-3穿过真空反应室1的上部与旋转电机1-2连接，旋转轴1-3与刮刀1-4连接，刮刀1-4与真空反应室1的内壁接触，真空反应室1的一侧上部设有进液口，真空反应室1的另一侧下部设有排液口，真空反应室1的一侧下部设有排料口。

蒸馏管3与真空反应室1连接的一端内设有阻沫器4，阻沫器4由多层微孔泡沫阻挡网组成，以防止在蒸馏过程中液体表面产生的泡沫带入蒸汽和冷凝液中。

实施例1： 以立式真空反应室为例，如图1、图2所示，真空反应室1的竖直中轴线上设有旋转轴1-3，刮刀1-4与旋转轴1-4连接，刮刀1-4的材质为不锈钢或聚四氟乙烯薄片，旋转轴1-3上端穿过真空反应腔体上部通过联轴器与旋转电机1-2相连，通过电机频率或功率来控制刮刀1-4的转速，刮刀1-4可定时将沉积在真空反应室1内壁表面或加热器2表面的沉积物刮除，以保证加热效率，同时通过刮刀1-4旋转时的搅拌作用，使得真空反应室1内的液体反应和传热均匀，溶液由真空反应室1的进液口注入至真空反应室1高度的60%以内，通过真空泵6将真空反应室1内的真空度抽至3-20kPa范围，通过加热器2控制反应温度在25-60℃内，使水中气泡的膨胀和炸裂，利用水中气泡的膨胀和炸裂能量，给水中有机物提供反应、絮凝等过程的能量，同时真空条件下物质的反应温度降低，促进物质的反应，使得可溶性成分反应生成为沉淀、絮状产物等，在反应过程中产生的微气泡再一次为后续反应提供能量，蒸发的气体从通过蒸馏管3进入冷凝器5，气体中高沸点的馏分冷凝，沉积在冷凝器中，真空泵6将未冷凝的气体抽入收集桶7中，收集桶7内对未冷凝的气体进行二次冷凝，低沸点的馏分冷凝沉积在收集桶7中，气体从排气口排出，当溶液导入真空反应室1后（液面控制在真空反应室高度的60%处）启动旋转电机1-2，带动刮刀1-4，将真空反应室1侧壁上的沉积物刮下，收集在真空反应室1底部，并对溶液进行搅拌，使溶液反应充分，待溶液中不再产生气体，将余下的浓缩液从排液口排出，并将冷凝器5中的分馏液体从分馏口排出，待浓缩液排清后，将沉淀物从排料口排出。

实施例2：以卧式真空反应室为例，如图3所示，真空反应室1的水平中轴线上设有旋转轴1-3，刮刀1-4与旋转轴1-3连接，旋转轴1-3一端穿过真空反应室1侧壁通过联轴器与旋转电机1-2相连，加热器2设置在真空反应室1上下两侧，溶液由真空反应室1的进液口注入至真空反应室1高度的60%以内，通过真空泵6将真空反应室1内的真空度抽至3-20kPa范围，通过加热器2控制反应温度在25-60℃内，使水中气泡的膨胀和炸裂，利用水中气泡的膨胀和炸裂能量，给水中有机物提供反应、絮凝等过程的能量，同时真空条件下物质的反应温度降低，促进物质的反应，使得可溶性成分反应生成为沉淀、絮状产物等，在反应过程中产生的微气泡再一次为后续反应提供能量，蒸发的气体从通过蒸馏管3进入冷凝器5，气体中高沸点的馏分冷凝，沉积在冷凝器5中，真空泵6将未冷凝的气体抽入收集桶7中，收集桶7内对未冷凝的气体进行二次冷凝，低沸点的馏分冷凝沉积在收集桶7中，气体从排气口排出，当溶液导入真空反应室1后（液面控制在真空反应室高度的60%处）启动旋转电机1-2，带动刮刀1-4，将真空反应室1侧壁上的沉积物刮下，收集在真空反应室1底部，并对溶液进行搅拌，使溶液反应充分，待溶液中不再产生气体，将余下的浓缩液从排液口排出，并将冷凝器5中的分馏液体从分馏口排出，待浓缩液排清后，将沉淀物从排料口排出，若反应后物料较黏稠或干燥时，可用排料口的排料刮刀1-5将固体物刮出后收集。

本实用新型还提供了一种固液气三相分离的真空装置的使用方法，包括如下步骤：步骤一，将溶液从进液口加入真空反应室1，通过真空泵6将真空反应室1内的真空度抽至3-20kPa，使溶液中的气泡膨胀和炸裂，利用溶液中气泡膨胀和炸裂产生的能量，给水中有机物提供反应、絮凝等过程的能量。

步骤二，启动加热器2，将溶液温度加热至25-60℃，使溶液蒸发，同时真空条件下物质的反应温度降低，使得可溶性成分反应生成为沉淀、絮状产物，在反应过程中产生的微气泡为后续反应提供能量。

步骤三，溶液产生的蒸气从通过蒸馏管3进入冷凝器5，冷凝器5对蒸气进行一次冷凝，使蒸气中高沸点的液体沉积在冷凝器5中，

步骤四，真空泵6将未冷凝的蒸气抽入收集桶7中，收集桶7内对未冷凝的蒸气进行二次冷凝，低沸点的液体冷凝沉积在收集桶7中，剩余气体通过收集桶7上方的排气口收集。

步骤五，启动旋转电机1-2带动刮刀1-4，将真空反应室1侧壁上的沉积物刮下，收集在真空反应室1底部，并对溶液进行搅拌，使溶液反应充分。

步骤六，待溶液中不再产生气体，将余下的浓缩液通过排液口收集，并将冷凝器5中沉积的液体通过分馏口收集。

步骤七，待浓缩液排清后，将沉淀物从排料口排出。

因此采用本实用新型可用于混合溶液在较低温度下的固液分离、真空干燥、真空蒸馏、真空分馏等的反应，具有低能耗、高效率、自动化的特点，可用于医药、化工、材料制备和纯化，溶液和废水的净化处理和循环利用。

Claims (8)

1.一种固液气三相分离的真空装置，包括真空反应室（1）、加热器（2）、蒸馏管（3）、冷凝器（5）、真空泵（6）、收集桶（7），其特征在于：真空反应室（1）的一侧设有加热器（2），真空反应室（1）上部采用蒸馏管（3）与冷凝器（5）的一端连接，冷凝器（5）下方设有分馏口，冷凝器（5）的另一端上方采用真空泵（6）与收集桶（7）连接，收集桶（7）上方设有排气口。

2.根据权利要求1所述的一种固液气三相分离的真空装置，其特征在于：所述的冷凝器（5）的冷却液排出口与压缩机（8）的低压入口连接，压缩机（8）的高压出口与加热器（2）的输入端连接，加热器（2）的输出端与冷却器（10）的高温入口连接，冷却器（10）的低温出口与冷凝器（5）的冷却液入口采用膨胀阀（9）连接。

3.根据权利要求1所述的一种固液气三相分离的真空装置，其特征在于：所述的真空反应室（1）的外壁与加热器（2）连接，真空反应室（1）的上部设有旋转电机（1-2），真空反应室（1）内设有旋转轴（1-3），旋转轴（1-3）穿过真空反应室（1）的上部与旋转电机（1-2）连接，旋转轴（1-3）与刮刀（1-4）连接，刮刀（1-4）与真空反应室（1）内壁为柔性紧密接触。

4.根据权利要求1所述的一种固液气三相分离的真空装置，其特征在于：所述的真空反应室（1）内壁与加热器（2）连接，真空反应室（1）上部设有旋转电机（1-2），真空反应室（1）内设有旋转轴（1-3），旋转轴（1-3）穿过真空反应室（1）上部与旋转电机（1-2）连接，旋转轴（1-3）与刮刀（1-4）连接，刮刀（1-4）与加热器（2）表面为柔性紧密接触。

5.根据权利要求3或4所述的一种固液气三相分离的真空装置，其特征在于：所述的真空反应室（1）的一侧设有进液口，真空反应室（1）的另一侧设有排液口，真空反应室（1）的底部设有排料口，真空反应室（1）的上部设有备用进液口。

6.根据权利要求1所述的一种固液气三相分离的真空装置，其特征在于：所述的真空反应室（1）的上下两侧各与加热器（2）连接，真空反应室（1）为卧式真空反应室，真空反应室（1）的一端设有旋转电机（1-2），真空反应室（1）内设有旋转轴（1-3），旋转轴（1-3）穿过真空反应室（1）的上部与旋转电机（1-2）连接，旋转轴（1-3）与刮刀（1-4）连接，刮刀（1-4）与真空反应室（1）的内壁接触，真空反应室（1）的一侧上部设有进液口，真空反应室（1）的另一侧下部设有排液口，真空反应室（1）的一侧下部设有排料口。

7.根据权利要求6所述的一种固液气三相分离的真空装置，其特征在于：所述的真空反应室（1）下部的排料口内设有排料刮刀（1-5）。

8.根据权利要求1所述的一种固液气三相分离的真空装置，其特征在于：所述的蒸馏管（3）与真空反应室（1）连接的一端内设有阻沫器（4）。

Images