專利名稱：在線高效防掛壁三相流蒸發濃縮裝置與操作方法
技術領域：
本發明涉及一種蒸發濃縮技術，特別涉及一種在線高效防掛壁三相流蒸發濃縮裝置與操作方法。
背景技術：
蒸發濃縮操作是在目前技術條件下，中藥制藥、奶業、茶(或飲料)業、食品等領域中不可缺的單元操作，也是這些廠耗時、耗能、廢液排放較多、產品質量難以保持穩定的一個環節。尤其是在中藥制藥過程中，目前該操作單元普遍存在的問題是待濃縮的浸取液在蒸發濃縮器加熱管壁面上存在著不同程度的結垢現象，也稱作掛壁現象。掛壁現象的出現會帶來如下一些問題(1)會使蒸發濃縮器換熱速率降低，蒸發量降低，甚至會出現局部過熱，這會對有些中藥品種的藥效和產品質量穩定性產生影響；(2)在目前批量生產的情況下，為了消除掛壁，不得不增加洗罐時間和次數從而增加蒸汽和水與燒堿溶液等消耗量，造成工時、物耗和能耗的增加，導致生產率降低，并加重環境污染，也難以滿足未來中藥的大批量、連續化生產之需要。
對于掛壁現象目前還沒有比較滿意的解決辦法，雖有一些生產廠家考慮采用諸如選取刮板薄膜蒸發器等措施來解決掛壁問題，但是，這些措施不能消除掛壁現象，而且刮板薄膜蒸發器具有結構復雜、動力消耗大、傳熱面積小等缺點。
以前我們研究的發明專利96120008.1具有強化傳熱、防結垢性能的沸騰蒸發裝置與操作方法部分解決了一些物系沸騰蒸發過程中的傳熱強化和防結垢問題，但是原發明在裝置構成上受到一定的限制。具體體現在(1)原發明的裝置是用泵進行強制循環。泵的存在具有許多不足之處①增加了裝置系統的能量消耗；②造成固體顆粒較大程度的磨損；③由于受泵作用的流體的沖擊作用，對待蒸發溶液中晶體的成長也非常不利，使產生的晶體數量大而粒度小，從而使晶體的最終分離比較困難，晶體的形貌也受到一定程度的破壞；④泵的存在使裝置系統復雜化，在一些場合，用泵進行強制循環是不方便的、不必要的或是不可能的。因此，不用循環泵的自然循環操作在有些場合是最佳選擇。
(2)原發明的技術特征之一是提供了有兩個離心分離器的蒸發裝置，使系統復雜且難以操作。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種能夠適用于中藥浸取液類特殊物系的、結構簡單、節能型在線高效防掛壁三相流蒸發濃縮裝置與操作方法。
在汽液兩相流蒸發濃縮器內加入一種生理惰性固體顆粒，形成汽液固三相自然循環流化床，依靠處于流化狀態的固體顆粒的不斷干擾蒸發濃縮器加熱管內的流動邊界層，防止掛壁現象的發生，并強化蒸發濃縮過程。
本發明是這樣實現的它是包括蒸發濃縮器系統和真空系統；由加熱器、上管箱、下管箱、分離室、循環管、出料裝置及它們之間的連接管構成蒸發濃縮器；由冷凝器、真空泵、緩沖罐、接收罐及它們之間的連接管構成真空系統；其特征為本系統不需外加循環泵，加熱器頂部出口經過上管箱及連接管與分離室的一個入口相連，分離室上部有一出口與蒸汽冷凝器相連，冷凝器有一出口與冷凝液接收罐相連，接收罐上部有一出口與真空緩沖罐相連，而真空緩沖罐上部有一出口與真空泵相連，分離室下部出口通過循環管、連接管及下管箱與加熱器相連；在該循環管路上有一出料裝置。
為了保證高比重、高粘度的濃縮浸膏能夠與生理惰性固體顆粒有效分離，象中藥浸取液這類工質，含有較多的粘稠類成分，隨著濃縮的進行，含有生理惰性固體顆粒的濃縮液的比重增加，粘度增大，因此，設置了格柵式放料裝置，使顆粒被格柵截留在裝置內，而浸膏通過格柵流出系統。
本發明的裝置結構不是強制循環結構，而是特意設計的自然循環蒸發濃縮裝置系統。自然循環蒸發過程的推動力來自于加熱器加熱管內的汽液混和物和循環管內的液固混和物的密度差，阻力來自于整個蒸發濃縮器系統的阻力損失，當推動力與阻力相等時，形成穩定的自然循環蒸發過程。為了能夠實現正常的自然循環，在加熱器和分離室之間的管路連接方面，充分考慮了汽液固三相流動的特點，同時考慮了固體顆粒在加熱器內管束中的均勻分布問題，將處于加熱器與連接管之間的上下管箱設計成漸變形狀。
考慮到中藥作為一種特殊商品，其質量關系到人們的用藥安全和生命健康問題，因此，固體顆粒的選取首要考慮的因素是無毒、無害，因此，顆粒材質的選用需強調生理惰性特征。所謂生理惰性物質是指與人體或動物體接觸后對皮膚或其它體組織不產生刺激或致敏作用，人或動物食用后無毒無害且無不良反應的材料。本發明選用聚酰胺類、氟塑料類等無毒無害生理惰性高分子材料，優選聚乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醋酸脂、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙稀酸脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚芳脂、聚苯硫醚、聚醚砜、聚乳酸、氟30、氟40、聚碳酸脂等。生理惰性固體顆粒形狀可為柱體、球體、環型，直徑為0.4-20mm，加入量為蒸發濃縮器體積的0.5-35.0％。
生理惰性固體顆粒用量的計算方法可以借助于CCD圖像處理技術，通過可視化研究三相流動中固體顆粒的分布規律得到，采用局部含率計算方法。
本發明可以減少清洗液用量及廢液排放量，保護環境；節能、節約工時、減少工人勞動強度；增加蒸發能力；操作穩定，并能降低濃縮設備加熱管壁面溫度，這有利于保證濃縮液質量的穩定；易于實現連續化和自動化。本發明的裝置與操作方法不僅適用于中藥制藥，而且也可用于奶業、茶、食品等領域，實現在線強化蒸發濃縮過程，防止掛壁現象的發生。
圖1本發明裝置示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明裝置及操作方法作較為詳細的介紹。
待蒸發濃縮的料液及生理惰性固體顆粒進入加熱器1中的加熱管內，便在自然循環推動力的作用下，形成汽液固三相自然循環流，依靠處于流化狀態的固體顆粒的不斷干擾蒸發濃縮器加熱管內的流動邊界層，從而實現在線強化蒸發濃縮過程，并消除壁面垢層，防止掛壁現象的發生。由于沒有掛壁現象，可以減少清洗液用量及廢液排放量，保護環境；由于操作穩定，并可降低濃縮設備加熱管壁面溫度，有利于保證濃縮液質量的穩定；便于實現連續化和自動化生產。由加熱器1流出的三相流經上管箱10、連接管2進入分離室3后，生理惰性固體顆粒和液體與二次蒸汽分離，并從分離室3下部出口流出，經過循環管11、連接管2、下管箱9重新進入加熱器1再進行蒸發濃縮。而二次蒸汽經分離室3上部出口流出，進入冷凝器4冷凝為液體，冷凝液經接收罐7計量后或排出系統，或回收循環使用。為了使料液在較低溫度下操作及實現方便進料，采用真空操作。接收罐7有一出口與真空緩沖罐6連接，而真空緩沖罐有一出口與真空泵5相連。當濃縮液的比重等參數達到工藝規定要求時，通過出料裝置8放料。為了保證高比重、高粘度的濃縮浸膏能夠與生理惰性固體顆粒有效分離，設置了格柵式放料裝置8，使顆粒被格柵截留在裝置內，而浸膏通過格柵流出系統。由于中藥浸取液類工質不存在晶體的長大及析出問題，因此，系統在裝置結構上采用一個分離室3。
本發明裝置與現有的蒸發濃縮器相比，總傳熱系數提高0.50倍，蒸發濃縮器蒸發強度提高0.63倍，裝置可長期穩定運行，不需停車清洗垢層。
權利要求
1.一種在線高效防掛壁三相流蒸發濃縮裝置與操作方法，包括蒸發濃縮器系統和真空系統；由加熱器、上管箱、下管箱、分離室、循環管、出料裝置及它們之間的連接管構成蒸發濃縮器；由冷凝器、真空泵、緩沖罐、接收罐及它們之間的連接管構成真空系統；其特征為本系統不需外加循環泵，，加熱器頂部出口經過上管箱及連接管與分離室的一個入口相連，分離室上部有一出口與蒸汽冷凝器相連，冷凝器有一出口與冷凝液接收罐相連，接收罐上部有一出口與真空緩沖罐相連，而真空緩沖罐上部有一出口與真空泵相連，分離室下部出口通過循環管、連接管及下管箱與加熱器相連；在該循環管路上有一出料裝置。
2.如權利要求1所述的一種在線高效防掛壁三相流蒸發濃縮裝置與操作方法，其特征是所述的出料裝置為格柵式放料裝置。
3.如權利要求1所述的一種在線高效防掛壁三相流蒸發濃縮裝置與操作方法，其特征是所述的上下管箱為漸變形狀。
4.如權利要求1所述的一種在線高效防掛壁三相流蒸發濃縮裝置與操作方法，其特征是所述的系統采用一個分離室。
5.如權利要求1所述的一種在線高效防掛壁三相流蒸發濃縮裝置與操作方法，其特征是固相的生理惰性固體顆粒形狀可為柱體、球體、環型，直徑為0.4-20mm，加入量為蒸發濃縮器體積的0.5-35.0％。
6.如權利要求1或5所述的一種在線高效防掛壁三相流蒸發濃縮裝置與操作方法，其特征是固體顆粒為無毒無害生理惰性物質。
7.如權利要求6所述的一種在線高效防掛壁三相流蒸發濃縮裝置與操作方法，其特征是生理惰性固體顆粒優選聚乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醋酸脂、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙稀酸脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚芳脂、聚苯硫醚、聚醚砜、聚乳酸、氟30、氟40、聚碳酸脂等。
全文摘要
本發明涉及特別涉及一種在線高效防掛壁三相流蒸發濃縮裝置與操作方法。在汽液兩相流蒸發濃縮器內加入一種生理惰性固體顆粒，形成汽液固三相自然循環流化床，依靠處于流化狀態的固體顆粒的不斷干擾蒸發濃縮器加熱管內的流動邊界層，防止掛壁現象的發生。加熱器頂部出口經過上管箱及連接管與分離室的一個入口相連，分離室上部有一出口與蒸汽冷凝器相連，冷凝器有一出口與冷凝液接收罐相連，接收罐上部有一出口與真空緩沖罐相連，而真空緩沖罐上部有一出口與真空泵相連，分離室下部出口通過循環管、連接管及下管箱與加熱器相連；在該循環管路上有一出料裝置。本發明可實現在線強化蒸發濃縮過程和防掛壁。可用于中藥浸取液、牛奶、茶等的蒸發濃縮。
文檔編號B01D1/00GK1413756SQ0213113
公開日2003年4月30日 申請日期2002年10月11日 優先權日2002年10月11日
發明者劉明言, 李修倫, 林瑞泰, 梁文才 申請人:天津大學