一種短程蒸發器的制作方法

背景技術：
短程的含義不是指蒸發器的長度、高度或直徑的尺寸，而是指物料分子運動平均自由程。眾所周知，當混合液體物料被加熱板加熱后，輕、重分子會逸出液面而進入氣相，由于輕、重分子的自由程不同，使得不同物質的分子從液面逸出后移動距離不同。輕分子從液面逸出后移動距離大，其自由程就長，重分子從液面逸出后移動距離小，其自由程就短，在沸騰的薄膜和冷凝面之間的壓差是蒸汽流向的驅動力，對于微小的壓力降就會引起蒸汽的流動。在1mbar下運行要求在沸騰面和冷凝面之間非常短的距離，基于這個原理制作的蒸餾器稱為短程蒸發器。若能恰當地設置一塊冷凝板，則輕分子達到冷凝板被冷凝排出，而重分子達不到冷凝板沿混合液排出。這樣，達到物質蒸發分離的目的。

短程蒸餾器是一個工作在1～0.001mbar壓力下熱分離技術過程，它較低的沸騰溫度，非常適合熱敏性、高沸點物。短程蒸餾器(用于分子蒸餾裝置中)有一個內置冷凝器(指現有技術中)在加熱面的對面，并使操作壓力降到0.001mbar。其基本構成：帶有加熱夾套的圓柱型筒體，轉子和內置冷凝器；在轉子的固定架上精確裝有刮膜器和防飛濺裝置。內置冷凝器位于蒸發器的中心，轉子在圓柱型筒體和冷凝器之間旋轉。短程蒸餾器由外加熱的垂直圓筒體、位于它的中心冷凝器及在蒸餾器和冷凝器之間旋轉的刮膜器組成。

分子蒸餾是一種特殊的液--液分離技術，它不同于傳統蒸餾依靠沸點差分離原理，而是靠不同物質分子運動平均自由程的差別實現分離。短程蒸餾器還適合于進行分子蒸餾。分子流從加熱面直接到冷凝器表面。分子蒸餾過程可發如下四步：

1、分子從液相主體向蒸發表面擴散：通常，液相中的擴散速度是控制分子蒸餾速度的主要因素，所以應盡量減薄液層厚度及強化液層的流動；

2、分子在液層表面上的自由蒸發：蒸發速度隨著溫度的升高而上升，但分離因素有時卻隨著溫度的升高而降低，所以，應以被加工物質的熱穩定性為前提，選擇經濟合理的蒸餾溫度；

3、分子從蒸發表面向冷凝面飛射：蒸氣分子從蒸發面向冷凝面飛射的過程中，可能彼此相互碰撞，也可能和殘存于兩面之間的空氣分子發生碰撞。由于蒸發分子遠重于空氣分子，且大都具有相同的運動方向，所以它們自身碰撞對飛射方向和蒸發速度影響不大。而殘氣分子在兩面間呈雜亂無章的熱運動狀態，故殘氣分子數目的多少是影響飛射方向和蒸發速度的主要因素；

4、分子在冷凝面上冷凝：只要保證冷熱兩面間有足夠的溫度差(一般為70～100℃)，冷凝表面的形式合理且光滑則認為冷凝步驟可以在瞬間完成，所以選擇合理冷凝器的形式相當重要。

短程蒸發器的特點：

1、普通蒸餾在沸點溫度下進行分離，分子蒸餾可以在任何溫度下進行，只要冷熱兩面間存在著溫度差，就能達到分離目的；

2、普通蒸餾是蒸發與冷凝的可逆過程，液相和氣相間可以形成相平衡狀態；而分子蒸餾過程中，從蒸發表面逸出的分子直接飛射到冷凝面上，中間不與其它分子發生碰撞，理論上沒有返回蒸發面的可能性，所以，分子蒸餾過程是不可逆的；

3、普通蒸餾有鼓泡、沸騰現象；分子蒸餾過程是液層表面上的自由蒸發，沒有鼓泡現象；

4、表示普通蒸餾分離能力的分離因素與組元的蒸汽壓之比有關，表示分子蒸餾分離能力的分離因素則與組元的蒸汽壓和分子量之比有關，并可由相對蒸發速度求出。

可見，短程蒸發器主要應用于熔融物料的分子蒸餾裝置。

以下對現有技術中短程蒸發器的不足和缺陷進行說明：

目前短程蒸發器均由外加熱的垂直圓筒體和位于它的中心冷凝器以及在圓筒體和冷凝器之間旋轉的刮膜器三部分組成，存在的不足和缺陷如下：

1.實際上，刮膜器的刮板或刮刀與加熱圓筒內壁吻合的程度差異較大，形成的蒸餾薄膜厚薄不均，使蒸餾分離效果產生差異。有許多用戶反映，同時加工的兩套蒸餾設備，產品得率始終存在一定差異，其中，吻合程度的差異是造成這種現象的原因之一。

2.刮膜器的刮板或刮刀運動迎面堆積厚厚的物料無法被蒸餾分離出來，蒸餾得率下降。

3.刮膜器的刮板或刮刀是有一定體積和厚度，對自由程在40毫米以下的物料來說，中型規模短程蒸發器已無法設計。尤其對自由程在10毫米以下的物料來說，微型短程蒸發器都無法設計了。一般生產物料的自由程在20～50毫米之間，顯然，現有技術已無法滿足現代化工業化生產的需要。

4.實際設計加工的短程蒸發器冷卻面是由按圓周排列的無縫鋼管組成的，與蒸發面之間的距離是遠近都有，遠近相差45％以上，極不嚴格。分子蒸餾得到的產物不一致，成分非常雜，得到的產物是自由程范圍非常大的產品。

5.刮膜板作用在內壁加熱面上，對內壁加熱面要求精加工、難度大，成本高，廢品率高。

本發明主要構思是：一個高真空的密閉容器內(即橫臥的圓筒體內)有一個料盆，將蒸餾分離用的混合料通入料盆內；轉鼓可以勻速轉動，其下方極小部分浸入料盆中；靠轉鼓外圓表面自然沾粘料盆內的物料，在轉鼓外圓表面形成不到1毫米厚的薄料層，必要時可以利用設置在薄料層形成后其前方迎面的刮膜板刮走面上的物料，進一步減薄料層厚度，以利于物料分子擴散。刮膜板設置在料盆內靠一邊的上方，被刮出來多余的物料直接回落到料盆內暫時不參與分子擴散蒸餾，最大限度地適應各種自由程物料蒸餾分離的需要。外圓筒通入降溫冷卻介質，轉鼓通入高溫加熱介質，與現有技術相反，更符合人們節能的想法。

技術實現要素：
本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種簡單合理、技術領先、效率高、得率高的短程蒸餾器。

為了解決上述存在的技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種短程蒸發器，包括一個水平靜止放置并帶有夾套a10的圓筒形器體組件19、一個可轉動且帶有空心軸頭的轉鼓組件7、動力端器蓋a36和非動力端器蓋b40，所述轉鼓組件7設置在所述器體組件19內并且同軸，所述轉鼓組件7兩端空心軸頭上設置有機械密封組件35，形成一個密閉的工作空間9，所述器體組件19底部設置有料盆22，所述轉鼓組件7的轉鼓17的一部分浸入料盆22中，所述器體組件19的夾套a10為馬蹄形結構，所述轉鼓組件7的轉鼓17為圓柱形，所述轉鼓組件7的兩軸端分別設置有旋轉接頭27，所述軸頭內設置有保溫夾套層29，所述料盆22底部設置有進料口15，在所述器體組件19的外圍設置一液位平衡罐3，其出料管5與料盆22的進料口15相通，所述器體組件19底部設置有隔板a11、隔板b23，所述隔板a11、隔板b23將所述器體組件19底部無夾套部位分割為I、II、III三個區間，并分別對應設置有出料口a14、出料口b26、出料口c24，所述料盆22外一側設置有刮刀a13，依靠彈簧a12作用力使刮刀a13的刃口與轉鼓外圓相接觸，所述料盆22內一邊設置有刮刀b20，依靠彈簧b21作用力使刮刀b20的刃口與轉鼓外圓相接觸，動力端器蓋a36和非動力端器蓋b 40上的軸承座32的機械密封室34與軸承位43之間均設置有兩道密封31，所述兩道密封31之間設置有排泄孔41，所述器體組件19兩端的動力端器蓋a36和非動力端器蓋b40為曲面封頭，其上設置有視鏡16。

進一步的，所述馬蹄形夾套a10內設置有導流槽a38，所述轉鼓17內設置有夾套b8和導流槽b39，所述旋轉接頭27上設置有介質進出口28，所述液位平衡罐3內設置有液位控制閥2、外部設置有視鏡16和進料口1，所述彈簧a12為拉伸彈簧，所述彈簧b21為壓縮彈簧，所述刮刀a13為聚四氟乙烯塑料，所述刮刀b20為聚四氟乙烯塑料，所述密封31為Y型密封圈，所述曲面封頭為橢圓封頭，所述機械密封室34部位設置有補液管口33。所述導流槽38沿軸線方向來回折返或沿圓周方向來回折返，所述導流槽39沿圓周方向呈螺旋狀分布。

與現有技術相比，本發明有益效果是：

1、對于所有高沸點、熱敏及易氧化物料的分離，本發明分子蒸餾短程蒸發器提供了最佳分離方法。因為分子蒸餾在遠低于物料沸點的溫度下操作，而且物料停留時間短；

2、分子蒸餾可極有效地脫除液體中的物質如有機溶劑、臭味等，這對于采用溶劑萃取后液體的脫溶是非常有效的方法；

3、分子蒸餾可有選擇地蒸出目的產物，去除其它雜質，通過多級分離可同時分離2種以上的物質；

4、分子蒸餾的分餾過程是物理過程，因而可很好地保護被分離物質不受污染和侵害。

5、外圓筒臥式設置可以靠轉鼓外圓表面自然沾粘料盆內的物料，在轉鼓外圓表面形成一層厚度不到1毫米、厚薄非常均勻的薄膜狀料層，必要時可以利用設置在薄膜狀料層形成時前方迎面的刮膜板做進一步減薄，以利于物料分子的擴散。

6、刮膜板是設置在分子蒸發表面至冷凝面區域以外，既不受自由程大小限制，又不影響分子擴散。可以任意設置加熱面與冷凝面間距，適應面更廣，可適應更多物料的分子蒸餾。

7、物料分子運動平均自由程與物料溫度、真空度有關。溫度真空度越低，平均自由程越小。基于這個原理，本發明短程蒸發器的加熱面與冷凝面間距可以比現有技術小50％以上，使得物料加熱溫度進一步降低，有效保護物料有效成分；真空要求變低，使得真空的形成更容易實現，有效降低了真空形成和運行成本。

8、刮膜板作用在轉鼓外表面上，難度小，易加工，成本低，成品率高。結構簡單，造價低。

9、外圓筒通入降溫冷卻介質，轉鼓通入高溫加熱介質。形成高溫物體被低溫物體包圍的空間體，更符合人們節能的想法，與現有技術相反。

附圖說明 圖1是本發明一種短程蒸發器橫截面結構剖視圖。

圖2是本發明一種短程蒸發器縱向結構剖視圖。

圖3是本發明一種短程蒸發器的器體組件縱向結構剖視圖。

圖4是本發明一種短程蒸發器的轉鼓組件縱向結構剖視圖。

圖5是本發明一種短程蒸發器的器體本體縱向結構剖視圖。

圖6是本發明一種短程蒸發器的器體本體橫截面結構剖視圖。

其中，1為進料口a，2為液位控制閥，3為液位平衡罐，4為物料，5為出料管，6為真空口，7為轉鼓組件，8為夾套b，9為工作空間，10為夾套a，11為隔板a，12為彈簧a，13為刮刀a，14為出料口a，15為進料口b，16為視鏡，17為轉鼓，18為冷卻內筒，19為器體組件，20為刮刀b，21為彈簧b，22為料盆，23為隔板b，24為出料口c，25為液位，26為出料口b、27為旋轉接頭，28為介質進出口，29為保溫夾套層，30為軸承，31為密封，32為軸承座，33為補液管口，34為機械密封室，35為機械密封組件，36為動力端器蓋a，37為介質出口，38為導流槽a，39為導流槽b，40為非動力端器蓋b，41為排泄孔，42為介質進口，43為軸承位。

具體實施方式 下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。

參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6，一種短程蒸發器，包括一個水平靜止放置并帶有冷卻液夾套a10的圓筒形器體組件19、一個可轉動且帶有空心軸頭的轉鼓組件7、動力端器蓋a36和非動力端器蓋b40，所述轉鼓組件7設置在所述器體組件19內并且同軸，所述轉鼓組件7兩端空心軸頭上設置有機械密封組件35，形成一個密閉的工作空間9。所述器體組件19底部設置有料盆22，所述轉鼓組件7的轉鼓17的一部分浸入料盆22中，所述料盆22內通入物料4(見圖1、圖3)，液位高過轉鼓17的底部，但不能溢出料盆22。所述器體組件19的夾套a10為馬蹄形結構，所述轉鼓組件7的轉鼓17為圓柱形，所述轉鼓組件7的兩軸端分別設置有旋轉接頭27，所述軸頭內設置有保溫夾套層29，目的是防止高溫傳給軸承30和密封31，導致軸承30過熱和燒損密封31。所述料盆22底部設置有進料口15。在所述器體組件19的外圍設置一液位平衡罐3，其出料管5與料盆22的進料口15相通，底部設置有隔板a11、隔板b23，所述隔板a11、隔板b23將所述器體組件19底部無夾套部位分割為I、II、III三個區間，并分別對應設置有出料口a14、出料口b26、出料口c24。所述料盆22外一側設置有刮刀a13，依靠彈簧a12的作用力使刮刀a13的刃口與轉鼓外圓相接觸，所述料盆22內一邊設置有刮刀b20，依靠彈簧b21的作用力使刮刀b20的刃口與轉鼓外圓相接觸，動力端器蓋a36和非動力端器蓋b40上的軸承座32(見圖3)的機械密封室34與軸承位43之間均設置有兩道密封31，所述兩道密封31之間設置有排泄孔41，所述器體組件19兩端的動力端器蓋a 36和非動力端器蓋b40為曲面封頭，其上設置有視鏡16。

進一步的，所述馬蹄形夾套a10內設置有導流槽a38，導流槽a38可以沿軸線方向來回折返，也可以沿圓周方向來回折返。所述轉鼓17內設置有夾套b8和導流槽39b，導流槽b39沿圓周方向呈螺旋狀分布。所述旋轉接頭27上設置有介質進出口28，所述液位平衡罐3內設置有液位控制閥2，保證料盆22液位處于正常高度；液位平衡罐3外部設置有視鏡16和進料口1，方便觀察液位工作狀態。所述彈簧a12為拉伸彈簧，所述彈簧b21為壓縮彈簧，所述刮刀a13和所述刮刀b20均為聚四氟乙烯塑料，所述密封31為Y型密封圈，所述曲面封頭為橢圓封頭，所述機械密封室34部位設置有補液管口33。

工作過程描述：所述器體組件19頂部真空口6與高真空系統相連，工作空間9內形成高真空(1～0.001mbar壓力范圍內)；啟動電動機，轉鼓組件7轉動；向液位平衡罐3進料口1送料，轉鼓組件7的轉鼓17整個外表面自然會沾粘上一層薄薄的物料層。通過所述液位平衡罐3內設置的液位控制閥2自動補料，料盆22內液位25到達設定高度后，自動停止進料。通過所述液位平衡罐3外部設置的視鏡16，可以清晰地觀察到液位4變化情況。接通轉鼓組件7兩端高溫加熱介質進出口28，使轉鼓17上沾粘的物料會迅速得到加熱、蒸發、蒸餾。所述器體組件19的介質進口42和介質出口37分別與降溫循環水系統接通，使所述器體組件19的冷卻內筒18成為冷卻面并將從轉鼓17外表面蒸發飛射過來的物料氣態分子捕捉冷凝成液態物質。這些冷凝在冷卻面的產品受自身重力作用，沿冷卻弧形面自然流下落入I區間和III區間內，由出料口a 14、出料口c 24自動排出，得到分子蒸餾輕相產品。未能得到蒸餾的重分子物料仍然粘附在轉鼓17外表面，通過緊貼在轉鼓17外表面的刮刀a13的鏟刮作用，被刮落至器體組件19底部的II區間內，由出料口b26自動排出，得到分子蒸餾重相產品。