一種噴霧蒸餾裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開一種噴霧蒸餾裝置,包括至少一個蒸發室、原料液進料管、原料預熱器、過濾器、泵、原料液儲罐、成品儲罐;所述蒸發室包括殼體、原料液霧化器、水蒸汽分布器和回流液處理裝置;所述殼體頂部有易揮發相出口,底部有難揮發相出口;所述殼體中安裝有原料液霧化器和水蒸汽分布器;所述原料液霧化器與原料液進料管連接;水蒸汽分布器與水蒸汽進汽管連接;所述殼體中安裝有回流液處理裝置,所述回流液處理裝置由回流液導管、灑水環、填料網圈、殘液透氣帽和殘液排放管、安裝板組成。本發明脫離現有以孔板或填料為主要傳質傳熱蒸餾精餾方式,而采用噴霧蒸餾技術,不但能夠充分有效利用熱能,節約能源,而且廢液排放達標效果突出。
【專利說明】
一種噴霧蒸餾裝置
技術領域
[0001 ]本發明涉及到蒸餾設備,特別涉及一種蒸餾(精餾)裝置。
技術背景
[0002]蒸餾是將要分離的混合液體加熱至沸,引出生成的蒸汽,再使它冷凝,結果得到與最初混合液體不同的液體。精餾是一種在過程進行時,有著上升的蒸汽和迎面下來的流動的液體(回流),相互作用的蒸餾。通常把上述蒸餾和精餾簡稱為蒸餾。
[0003]傳統蒸餾的主要設備有:蒸餾塔、再沸器、冷凝器、回流輸送設備等。主要傳質傳熱的空間條件是塔板或填料。液體混合物進入蒸餾塔后,易揮發相向塔頂逐漸濃縮,離開塔頂后在冷凝器冷凝,一部分作為易揮發相成品,另一部分被送入蒸餾塔上部(這一部分被稱為精餾塔)作為回流液,保證精餾操作連續穩定地進行。難揮發相向塔底逐漸濃縮,一部分作為難揮發相或稱為廢液排出,另一部分則經再沸器加熱蒸發送回蒸餾塔中,為蒸餾操作提供足夠的連續上升的蒸汽氣流,最終還是落到再沸器里。
[0004]典型的精餾塔有孔板塔、填料塔等,其理論和設備都已成熟,廣泛用于石油、制藥、化工、輕工、食品、冶金等行業。但現有技術中的蒸餾塔所實現的蒸餾(精餾)過程在蒸發與處理回流時不但需要消耗大量的能源,而且排放的廢液往往達不到國家環保要求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于脫離現有以孔板或填料為主要傳質傳熱蒸餾精餾方式,而采用噴霧蒸饋技術,以最大面積、最快速度、最簡化設備實現傳質傳熱,同時達到最大限度節約能源又使廢液排放趨近于零。
[0006]本發明的目的通過下述技術方案實現:一種噴霧蒸餾裝置,包括至少一個蒸發室、原料液進料管、原料預熱器、過濾器、栗、原料液儲罐、成品儲罐;所述蒸發室(I)具有一個殼體,所述殼體的頂部設有易揮發相出口,底部設有難揮發相出口,上部安裝有原料液霧化器,下部安裝有水蒸汽分布器,內部安裝有回流液處理裝置;所述原料液霧化器與原料液進料管連接固定,所述原料液進料管固定安裝于殼體的上部;所述水蒸汽分布器與水蒸汽進氣管連接固定,所述水蒸汽分布器與水蒸汽進氣管連接固定,所述水蒸汽進氣管固定在殼體的下部;所述回流液處理裝置包括安裝板、殘液透氣帽、殘液排放管、填料網圈、灑水環和回流液導管,所述安裝板與殼體連接固定,所述的殘液透氣帽安裝在安裝板的上方,殘液排放管安裝在安裝板的下方,所述填料網圈安裝在安裝板的上面,灑水圈安裝在填料網圈的上方,灑水圈兩個進口端分別與兩個回流液導管連接;所述蒸發室與原料液進料管連通并通過管路依次與原料預熱器、過濾器、栗、原料液儲罐相連通,所述蒸發室的易揮發相出口通過管路與成品儲罐相連通。
[0007]作為優選,本裝置包括兩個蒸發室,所述兩個蒸發室串聯使用,上面的蒸發室的原料液進料管接收回流,下面的蒸發室的原料液進料管接收原料液,上面的蒸發室起精餾作用,下面的蒸發室起提留作用。
[0008]作為優選,本裝置還包括精餾柱和殘液處理器,所述精餾柱的塔殼底部與所述蒸發室頂部連接,所述殘液處理器頂部與所述蒸發室底部連接;所述精餾柱內部填充填料塊或孔板,上部設有回流灑水圈,頂部設有易揮發相蒸汽出口,下部設有安裝在透氣帽底板上的回流透氣帽和殘液流出口;所述殘液處理器內部交替安裝有小、大殘液處理盤,所述小、大殘液處理盤里分別安裝有多個殘液加熱圈,所述殘液加熱圈的一端分別連接于蒸汽分氣缸,另一端分別連接于蒸汽冷凝水收集器,所述小、大殘液處理盤由殘液處理盤支撐架支撐于處理器內殼底部,在殘液處理器底部有殘液排放口。
[0009]本裝置還包括與所述成品儲罐連通的冷凝器,所述的冷凝器或接收所述蒸發室頂部的易揮發相出口(10)出來的蒸汽,或接收所述精餾柱頂部的易揮發相蒸汽出口出來的蒸汽。
[0010]本發明的優點(工作原理)在于:
[0011]1、瞬間蒸發。本發明所述的蒸餾裝置中,設置一個噴霧式蒸發室,在這個蒸發室里,被蒸發的混合液體被霧化成無數細小液珠從上往下充滿蒸發室空間,熱源載體水蒸汽和被蒸汽分布盤加熱蒸發的混合液體被分布器均勾分散在蒸饋室里。上述兩者的分散方向是相對的。這就為兩者的傳質傳熱創造了最大接觸面積和最快速傳遞的空間條件。(可以計算,Im3的水,當水珠直徑由I Cm變為Ιμπι時,其表面積將會由623.6m2,增加到6236,OOOm2,表面積增加了 10,000倍)混合液微粒得到熱量汽化蒸發上行,水蒸汽微粒釋放熱量被冷凝下行,促使混合液中的易揮發相和難揮發相迅速分離。這是在蒸發室里湍流沖撞中心空間完成的傳質傳熱。蒸發室中心空間是傳質傳熱的主要空間通道。另外在蒸發室的四周環形空間帶,有回流液處理裝置:借助填料網圈里的填料,為上部精餾柱下來的回流殘液(大部分成分是難揮發相),與帶熱蒸汽以及殘液處理器蒸發上來的蒸汽(含有一定量的易揮發相)接觸創造第二個接觸空間通道。這兩種傳質傳熱空間條件為混合液體兩種以上組分分離創造了最大的空間和最快的接觸速度。構成了本發明裝置充分利用熱能,解決殘液殘留排放達標問題的硬件條件。
[0012 ] 2、連續性--同時連續進料、連續出成品、連續排廢液。本發明可以實現原料連續進入,成品連續輸出,廢液連續排放,溫度、壓力、流量、含量等物性參數可以實現程序乃至全自動監控。而傳統蒸餾裝置,包括加熱釜再沸器、孔板蒸餾塔或填料蒸餾塔,這些裝置是斷續進料,斷續出成品,直到加熱釜再沸器裝滿了殘液無法繼續蒸發了只好排放。而排放的廢液里含有3-5%的溶劑(因為剩下的含易揮發相3-5%的殘液,在再沸器里蒸發出來需要大量蒸汽加熱大量的難揮發相,不夠蒸汽成本,往往被舍棄),由于生產不連續,成品易揮發組分含量不穩定,廢液排放超標,既造成損失浪費嚴重又污染環境。
[0013]由此可知,這種生產過程中的連續性,是蒸餾設備先進性的一個突出特征。本發明的噴霧蒸餾床(蒸發室)所具有的連續性,不但是蒸餾操作本身要求的(成品含量的提高和廢液零污染排放),也是生產可控性、自動化控制所必需的。
[0014]3、安全性。本發明比折流式或填料式旋轉超重力床有以下進步:
[0015]原料液的混合液體在栗壓下各個噴嘴處形成了高速霧化的射流湍流,其射速遠比離心力甩出的速度高,并迅速在蒸餾床里形成無數個液體粒珠,這些粒珠與反向混合蒸汽間實現了借助于動量傳遞、熱量傳遞和濃度擴撒的多種傳遞形式的傳質轉熱,效率之高,遠不是離心力所比的。離心轉子的轉速和直徑,都是受到材質和加工精度、安裝精度制約的;而各種栗的機械運動,相對離心轉子的機械運動,運動慣量要小的多,而因壓力形成的噴射速度增加幅度反而很大。相比之下:本發明一是省去了離心轉子。節省了大量電力消耗、鋼材消耗和機械加工及維修量;二是制造成本較低。旋轉式的超重力床有機械轉子及其大功率電動機傳動,功率較大,不但制造成本大而且運行成本也高;三是安全性好。而旋轉超重力床由于有轉子的轉動,有可能出現碰壁、掛幫,造成火花引起易揮發相爆炸。
[0016]4、節能性。本裝置的蒸發室的殼體、精餾柱的塔殼、處理器內殼的外部均設有保溫層,這些保溫措施對于節能起到了重要作用。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的蒸發室(噴霧蒸餾床)示意圖。
[0018]圖2是本發明的有塔噴霧蒸餾床系統圖(實施例1)。
[0019]圖3是本發明的噴霧蒸餾床系統圖(實施例2)。
[0020]圖4是本發明的精餾柱示意圖。
[0021]圖5是本發明的殘液處理器示意圖。
[0022]圖6是本發明的霧化器示意圖。
[0023]圖7是本發明的水蒸汽分布器示意圖。
[0024]圖8是本發明的殘液透氣帽、殘液排放管與安裝板結構示意圖。
[0025]圖9是本發明的回流透氣帽與透氣帽底板結構示意圖。
[0026]圖10是本發明的灑水環示意圖。
[0027]圖11是本發明的回流灑水圈不意圖。
[0028]圖12是本發明的小殘液處理盤和殘液加熱圈結構示意圖。
[0029 ]圖13是本發明的大殘液處理盤和殘液加熱圈結構示意圖。
[0030]圖14是本發明的無塔噴霧蒸餾床系統圖(實施例3)。
[0031 ]圖中:1-蒸發室,2-原料液霧化器,3-水蒸汽分布器,4-殼體,5-回流液處理裝置,6-填料網圈,7-灑水環,8-殘液排放管,9-殘液透氣帽,10-易揮發相出口,11-原料液進料管,12-水蒸汽進氣管,13-進氣管固定板,14-進料管固定板,15-難揮發相出口,16-回流液導管,17-安裝板,18-大法蘭,19-小法蘭,20-冷凝器,21-保溫層,22-成品儲罐,23-原料儲罐,24-栗,25-過濾器,26-閥門,27-成品冷卻器,28-原料預熱器,29-管道,30-精餾柱,31-塔殼及保溫層,32-填料或孔板,33-回流灑水圈,34-回流透氣帽,35-透氣帽底板,36-殘液流出口,37-易揮發相蒸汽出口,38-回流液進料管,39-水蒸汽分布盤,40-殘液處理器,41-處理器內殼,42-處理器保溫層,43-小殘液處理盤,44-殘液加熱圈,45-蒸汽分氣缸,46-蒸汽進口,47-蒸汽冷凝水收集器,48-冷凝水出口管,49-殘液處理盤支撐架,50-大殘液處理盤,51-廢液排放口,52-噴嘴,53-噴嘴座,54-灑水孔,55-灑水環進水口,56-蒸汽分布盤加固環。
具體實施例
[0032]下面結合附圖及實施例對本發明進一步描述。
[0033]實施例1:有塔噴霧蒸餾床系統
[0034]本發明的噴霧蒸餾裝置,其包括蒸發室1、精餾柱30、殘液處理器40、冷凝器20、原料液儲罐23、成品儲罐22、栗24、過濾器25、原料預熱器28、成品冷卻器27,上述設備通過管道29和閥門26組成如圖2所示的有塔噴霧蒸餾床系統。
[0035]如圖1所示,蒸發室I包括原料液霧化器2、水蒸汽分布器3、殼體4和回流液處理裝置5;殼體4的頂部有易揮發相出口 10與精餾柱30的塔殼底部通過小法蘭19連接;蒸發室I的回流液導管16與精餾柱30的殘液流出口 36連接;殼體4底部有難揮發相出口 15通過大法蘭18與殘液處理器40上部連接;殼體4內,上部安裝有原料液霧化器2,原料液霧化器2與原料液進料管11連接固定。原料液進料管11由進料管固定板14固定安裝于殼體4的上部;原料液進料管11通過管道29連接于原料預熱器28、過濾器25、栗24和原料液儲罐23。殼體4的下部安裝有水蒸汽分布器3,所述水蒸汽分布器3與水蒸汽進氣管12連接固定,水蒸汽進氣管12由進氣管固定板13固定在殼體4的下部,殼體4外部設有保溫層21。
[0036]參見圖6?7,上述水蒸汽分布器3有多個噴嘴52安裝在水蒸汽分布盤39上,水蒸汽分布盤39與水蒸汽進氣管12連接。水蒸汽進氣盤39上有蒸汽分布盤加固環56加固上下盤底。
[0037]上述殼體4中安裝有回流液處理裝置5。回流液處理裝置5包括安裝板17、殘液透氣帽9、殘液排放管8、填料網圈6、灑水環7和回流液導管16。安裝板17與殼體4的大法蘭18連接固定,數個殘液透氣帽9環繞殼體4的中心,安裝在安裝板17的上方;殘液排放管8安裝在安裝板17的下方。填料網圈6安裝在環狀排列的殘液透氣帽9的上面;灑水圈7安裝在填料網圈6的上方,灑水圈7兩個進口端55分別與兩個回流液導管16連接,從精餾柱30的殘液流出口36下來的回流殘液經回流液導管16,灑水環進水口 55進入灑水環7,經過數個灑水孔54灑向下面的填料網圈6(見圖9?10)。
[0038]見圖2、圖4、圖10,本實施例中包括有冷凝器20,冷凝器20接收精餾柱30上的易揮發相蒸汽出口 37出來的蒸汽。冷凝液一部分流經成品冷卻器27和閥門26進入成品儲罐22;另一部分經閥門26、管道29、回流液進料管38流進回流灑水圈33,被灑水孔54分布于精餾柱30里的填料或孔板32上。
[0039]參見圖1、圖4、圖10,上述精餾柱30,其內部填充填料或孔板32,上部有回流灑水圈33,回流灑水圈的回流液進料管38與冷凝器20下來的一條分支管道連接。精餾柱30下部有安裝在透氣帽底板35上的回流透氣帽34和殘液流出口 36。透氣帽底板35與小法蘭19連接于塔殼及保溫層31上。殘液流出口 36通過回流液導管16與灑水環7的兩個灑水環進水口 55連接。
[0040]參見圖5,上述的殘液處理器40,內部交替安裝有小大殘液處理盤43和50,殘液處理盤43和50里分別安裝有多個殘液加熱圈44,殘液加熱圈44的一端分別連接于蒸汽分氣缸45,另一端分別連接于蒸汽冷凝水收集器47,所述殘液處理盤43和50由殘液處理盤支撐架49支撐于處理器內殼41底部。在殘液處理器底部有廢液排放口 51,處理器內殼41外部設有處理器保溫層42。
[0041 ]參見圖1、圖7,上述的原料液霧化器2至少有一個噴嘴52安裝在噴嘴座53上,噴嘴座53與原料液進料管11連接。原料液進料管11被進料管固定板14安裝在殼體4的上部。
[0042 ]這個實施例的工作過程是:儲存在原料液儲存罐23里的原料混合液體,經過栗24、過濾器25、原料液預熱器28過管道29和原料液進料管11被打入原料液霧化器2,霧化后與下面蒸發上來的蒸汽匯合受熱被氣化蒸發,易揮發相大部分變成蒸汽上升,穿過殘液透氣帽9進入填料柱30,在填料或孔板32里,與上邊下來的回流液進行傳質傳熱。易揮發相在上升過程中濃度逐漸濃縮,經易揮發相成品出口 37流進冷凝器20。在精餾柱30里面形成的殘液通過殘液流出口 36經回流液導管16流進灑水環7,經過灑水孔54灑落在填料網圈6上,在填料網圈6里與下面上來的蒸汽傳質傳熱。又使一部分易揮發相受熱蒸發上行。難揮發相下行,經過殘液排放管8進入殘液處理器的小處理盤43,再到大殘液處理盤50,依次折流下行。直到經廢液排放口 51排出。在殘液加熱圈作用下,殘液受熱,部分易揮發相繼續蒸發,經過殘液透氣帽9進入填料網環6,與上邊下來的殘液交換,繼續濃縮上升。
[0043]需要說明一點,冷凝器20并非本發明所必需。如果排掉易揮發相,難揮發相是成品,就不需要冷凝器20了。
[0044]這個實施例已經投入生產。蒸餾50%含量的乙醇水混合液,成品含量達到95.5 %。每蒸餾一噸成品,需蒸汽500kg;成品含量92%,蒸餾一噸成品僅需蒸汽150kg。廢液含乙醇
0.02%。
[0045]實施例2:噴霧蒸餾床系統
[0046]參考圖1、圖3、圖6?13,本發明的噴霧蒸餾裝置,其包括蒸發室1、冷凝器20、原料液儲罐23、成品儲罐22、栗24、過濾器25和原料液預熱器28,上述設備通過管道29和閥門26連接成如圖3所示的噴霧蒸餾床系統。
[0047]本實施例中各部件結構作用在實施例1里已經描述。這里具體描述這個簡單的噴霧蒸餾床系統的具體工作過程:
[0048]儲存在原料液儲存罐23里的原料混合液體,經過栗24、過濾器25、原料液預熱器28過管道29和原料液進料管11被打入原料液霧化器2,霧化后與下面上來的蒸汽包括被水蒸汽發布盤蒸發的蒸汽匯合受熱被氣化蒸發,易揮發相大部分變成蒸汽上升,經易揮發相出口 10流進冷凝器20,之后冷凝液進入成品儲罐22;此實施例中回流液導管16沒有用。但是,填料網圈6依然有為汽液兩相相互傳遞質量和熱量起到一定的作用。在蒸發室殼體4里,沒有蒸發上去的液體經殘液排放管8和難揮發相出口 15排出。
[0049]雖然此實施例簡單,如果串聯使用,下一臺回流液導管16和上一臺殘液排放管8連接,下一臺易揮發相出口 10和上一臺難揮發相出口 15連接,也是能夠處理多組分混合液體的。
[0050]實施例3:無塔噴霧蒸餾床系統
[0051]結合圖1和圖14,簡單描述一下兩個蒸發室(噴霧精餾床)的串聯使用。與上述實施例中相同的部分不再贅述。描述不同的或稍有改變的地方如下:
[0052]1、上一個蒸發室I的安裝板17中心孔,即難揮發相出口 15向上起一圈圍堰,目的是沒被蒸發的液體不要從這個孔流下,而是從殘液排放管8流下來,進入下面的填料網圈6。
[0053]2、在安裝板17下面接一段短管焊接法蘭19,使其與下面的蒸發室法蘭19連接。目的是保證下面的蒸汽通過上面蒸發室I的難揮發相出口 15進入上一個蒸發室I。
[0054]3、下面的蒸發室I的難揮發相出口 15堵死,使液體從下蒸發室的殘液排放管8排出。
[0055]4、上一個蒸發室的回流液導管16去掉。
[0056]如此連接后,上面的蒸發室I的原料液進口11接收回流,下面的蒸發室I的原料液進口 11接收原料液。上面的蒸發室I起到精餾作用,下面的蒸發室I起提留作用。
[0057]以上僅為對本發明的幾個具體實施例進行描述,并非對本發明的范圍進行限定,在不脫離本發明設計構思的前提下,本領域普通技術人員對本發明的技術方案做出的各種變形和改進,均應落入本發明的權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種噴霧蒸餾裝置,其特征在于,包括: 至少一個蒸發室(I)、原料液進料管(U)、原料預熱器(28)、過濾器(25)、栗(24)、原料液儲觸(23)、成品儲觸(22); 所述蒸發室(I)具有一個殼體(4),所述殼體(4)的頂部設有易揮發相出口(10),底部設有難揮發相出口(15),上部安裝有原料液霧化器(2),下部安裝有水蒸汽分布器(3),內部安裝有回流液處理裝置(5);所述原料液霧化器(2)與原料液進料管(11)連接固定,所述原料液進料管(11)固定安裝于殼體(4)的上部;所述水蒸汽分布器(3)與水蒸汽進氣管(12)連接固定,所述水蒸汽分布器(3)與水蒸汽進氣管(12)連接固定,所述水蒸汽進氣管(12)固定在殼體(4)的下部;所述回流液處理裝置(5)包括安裝板(17)、殘液透氣帽(9)、殘液排放管(8)、填料網圈(6)、灑水環(7)和回流液導管(16),所述安裝板(17)與殼體(4)連接固定,所述的殘液透氣帽(9)安裝在安裝板(17)的上方,殘液排放管(8)安裝在安裝板(17)的下方,所述填料網圈(6)安裝在安裝板(17)的上面,灑水圈(7)安裝在填料網圈(6)的上方,灑水圈(7)兩個進口端分別與兩個回流液導管(16)連接; 所述蒸發室(I)與原料液進料管(11)連通并通過管路(29)依次與原料預熱器(28)、過濾器(25)、栗(24)、原料液儲罐(23)相連通,所述蒸發室(I)的易揮發相出口(10)通過管路(29)與成品儲罐(22)相連通。2.根據權利要求1所述的一種噴霧蒸餾裝置,其特征在于,包括兩個蒸發室(I),所述兩個蒸發室(I)串聯使用,上面的蒸發室(I)的原料液進料管(11)接收回流,下面的蒸發室(I)的原料液進料管(11)接收原料液,上面的蒸發室(I)起精餾作用,下面的蒸發室(I)起提留作用。3.根據權利要求1所述的一種噴霧蒸餾裝置,其特征在于,還包括精餾柱(30)和殘液處理器(40),所述精餾柱(30)的塔殼底部與所述蒸發室(I)頂部連接,所述殘液處理器(40)頂部與所述蒸發室(I)底部連接。4.根據權利要求3所述的一種噴霧蒸餾裝置,其特征在于,所述精餾柱(30)內部填充填料塊或孔板(32),上部設有回流灑水圈(33),頂部設有易揮發相蒸汽出口(37),下部設有安裝在透氣帽底板(35)上的回流透氣帽(34)和殘液流出口(36)。5.根據權利要求3所述的一種噴霧蒸餾裝置,其特征在于,所述殘液處理器(40)內部交替安裝有小、大殘液處理盤(43、50),所述小、大殘液處理盤(43、50)里分別安裝有多個殘液加熱圈(44),所述殘液加熱圈(44)的一端連接于蒸汽分氣缸(45),另一端連接于蒸汽冷凝水收集器(47),所述小、大殘液處理盤(43、50)由殘液處理盤支撐架(49)支撐于處理器內殼(41)底部,在殘液處理器底部有殘液排放口( 51)。6.根據權利要求3所述的一種噴霧蒸餾裝置,其特征在于,還包括與所述成品儲罐(22)連通的冷凝器(20),所述的冷凝器(20)接收所述精餾柱(30)頂部的易揮發相蒸汽出口(37)出來的蒸汽。7.根據權利要求1或2所述的一種噴霧蒸餾裝置,其特征在于,還包括與所述成品儲罐(22)連通的冷凝器(20),所述的冷凝器(20)接收所述蒸發室(I)頂部的易揮發相出口(10)出來的蒸汽。8.根據權利要求1或2或3所述的一種噴霧蒸餾裝置,其特征在于,所述原料液霧化器(2)至少有一個噴嘴(52)安裝在噴嘴座(53)上,所述噴嘴座(53)與所述原料液進料管(I I)連接。9.根據權利要求1或2或3所述的一種噴霧蒸餾裝置,其特征在于,所述水蒸汽分布器(3)至少有一個噴嘴(52)安裝在水蒸汽分布盤(39)上,所述水蒸汽分布盤(39)與所述水蒸汽進氣管(12)連接。10.根據權利要求1或3或5所述的一種噴霧蒸餾裝置,其特征在于,所述殼體(4)或精餾柱(30)的塔殼或處理器內殼(41)的外部均設有保溫層。
【文檔編號】B01D1/16GK105920861SQ201610402370
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月8日
【發明人】邢繼春
【申請人】燕山大學