一種多層碟片式離心與重力成膜微波蒸發裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及液體混合物蒸發分離或濃縮技術領域，更具體地說，涉及一種多層碟片式離心與重力成膜微波蒸發裝置。
【背景技術】
[0002]液體的分子由于分子運動有從液相表面逃逸或揮發的傾向，這種傾向隨著溫度的升高而增大。利用液體混合物中各組分揮發度的差別，將液體混合物中易揮發的液相加熱至氣化，使液體變為蒸氣，即所謂蒸發。
[0003]在蒸發過程中，易揮發組分在蒸氣中得到增濃，難揮發組分在剩余液中也得到增濃，這在一定程度上實現了不同組分的分離。組分之間的揮發度相差越大，則這種增濃程度也越大。如果將液體置于密閉的真空系統中，則液體分子繼續不斷地溢出，而在液相界面上形成蒸氣，若通過真空機組的連續抽吸來維持一定的真空度，則可從該真空體系中連續地輸出揮發性蒸氣。蒸發適用于各種蒸餾、分離、提純、濃縮、萃取、脫氣、除味、反應等工藝，因此，廣泛用于制藥、生物、食品、香料、石化、日化、環保、農藥、海水淡化等行業。
[0004]由于蒸發涉及傳質、傳熱，也屬于換熱設備，而液膜傳熱是強化傳熱的有效方法之一。膜層越薄、成膜越均勻，傳熱效率就越高。為使膜層均勻，減小溫度梯度，增大比表面積，縮短受熱時間，開發的膜式蒸發器，其公知的類型包括:升膜式、降膜式、機械攪拌式薄膜蒸發器和離心式薄膜蒸發器，其中，升膜式和降膜式為常用的傳統形式蒸發器。
[0005]機械攪拌式薄膜蒸發器，又稱旋轉薄膜蒸發器，是一種真空條件下采用機械攪拌進行降膜蒸發的效率較高的蒸發器。其中，以刮膜式蒸發器為代表的機械攪拌式薄膜蒸發器也已得到廣泛應用，其原理為:料液通過上端旋轉液體分布器被分成多股料流進入圓筒內壁;每股料流被相應的刮板攪動，分散在蒸發圓筒加熱內壁上形成均勻液膜;液膜吸收夾套中加熱介質(熱蒸汽或導熱油)傳給蒸發表面的熱量，在其表面迅速蒸發，膜層減薄，又被后繼刮板掃刮，形成新膜，再蒸發，如此反復進行。其特性是真空壓降小、操作溫度低、受熱時間短、蒸發強度高、操作彈性大，特別適用于熱敏性、粘性、有生垢發泡趨勢料液的蒸發濃縮分離。
[0006]離心式薄膜蒸發器，又稱離心蒸發器。其構造與碟片式離心機相仿，但碟片具有夾層，內通加熱蒸汽。由于旋轉碟片的離心力作用，料液分布于碟片的內表面，形成薄膜。碟片夾層內的蒸汽液膜進行加熱蒸發，濃縮液則匯集于周邊液槽內，由吸料管籍真空作用將其吸出。二次蒸汽經碟片頂部空間匯集上升，進入冷凝器冷凝，并由真空栗抽出。加熱蒸汽由底部空心轉軸通入，經通道進入碟片夾層。其特性是傳熱效率高，蒸發強度大，料液受熱時間短，形成的膜層薄，特別適合于熱敏性物料的蒸發濃縮，但不宜用于黏度大、易結晶、易結垢的料液。
[0007]通常膜式蒸發器與其輔助設備一起構成蒸發操作系統。輔助設備一般有預熱器、脫氣裝置、真空機組、輸送栗、精餾液罐和濃縮物料罐以及相應的加熱系統和冷卻/冷凝系統等，廣泛應用于蒸發濃縮、脫氣脫溶、蒸餾提純等工藝。但既有技術的膜式蒸發器多為立式，料液在蒸發器圓筒內的流速較快，易導致揮發性組分蒸發不夠充分，一定程度上影響了蒸發效果。
[0008]在這類基于料液膜層蒸發為原理的分離、濃縮等蒸餾提取或萃取裝置中，大多采用的是間壁加熱的傳熱方式，即夾套或夾層中的熱蒸汽或導熱油等熱介質，先使壁面材料受熱，再通過傳導加熱將熱量傳遞給料液，期間熱流穿越了多個界面，影響了換熱效率的提高。另一種傳熱方式是將熱蒸汽直接導入蒸發器內，通過對流加熱使料液表面加熱蒸發，帶來的問題是水蒸汽混入到氣相揮發物中，額外增加了后續的氣液分離負荷，甚至可能影響到分離物的品質。因此，加熱介質和與料液的換熱方式，也是影響蒸發器效率的重要因素。
[0009]微波被定義為波長在Im?1mm，頻率在300?3000GHz范圍內的一種電磁波，因此，具有直線傳播及受不同介質的吸收、反射和透射作用等特性。當介質吸收微波能量時，微波即對介質產生加熱作用。
[0010]微波主要通過兩種機制對介質進行加熱:即極化機制和離子傳導機制。其中，偶極極化和界面極化是共價化合物的主要極化加熱機制，而介質內因存在自由移動離子在電磁場中所產生的離子迀移電流，進而產生熱，則是離子化合物的離子傳導主要加熱機制。
[0011]介質由極性分子和非極性分子組成，其中，極性分子在微波電磁場作用下的取向運動，以每秒數十億次的頻率不斷變化，造成分子的劇烈碰撞摩擦而產生熱量，可見，微波加熱是介質材料損耗電場能量而發熱。由于不同的介質材料具有不同的介電損耗，因此，在微波電磁場作用下其熱效應也不一樣。極性分子介質能較好地吸收微波能，如水是強極性分子，是吸收微波的最好介質。非極性分子介質基本上不吸收或很少吸收微波，如聚四氟乙烯、聚丙烯等樹脂和玻璃、陶瓷等，能透過微波而不吸收微波。金屬導體則反射微波而極少吸收微波能。
[0012]微波加熱的特點顯著，如料液與電磁場整體發生作用，產生體相熱效應，加熱速度快、均勻且熱效率高;料液中介電常數及介質損耗小的組分，吸收微波能量極少，其中，極性大的熱效應強烈，而非極性組分熱作用很小，選擇性加熱顯著;微波輸出功率易調整，加熱過程可控制性好，熱慣性小，有助于提高蒸發組分的質量等。因此，作為一種非接觸式的加熱方式，微波加熱已在蒸餾提取、萃取、濃縮、干燥等領域得到相當廣泛的應用。
[0013]以下引述的專利涉及微波加熱用于提取、萃取的裝置結構和方法，但這不能必然地解釋為，既有的這些技術對液體混合物蒸發分離或濃縮是適宜的。
[0014]阿奇麥克斯的中國專利CN94192507.2，公開了一種無溶劑微波萃取天然產品的方法和設備，包括將生物物質放在未裝有溶劑的容器中接受微波輻照，然后從萃取的天然產品中分離除去殘留的生物物質。此外，也涉及在微波輻照時給容器減壓，以及在至少微波輻照的大部分時間中加熱以補償因從生物物質中水蒸發而引起的溫度下降。
[0015]鄧修等人的中國專利CN02111457.9，公開了一種萃取裝置，包括圓筒形萃取器、隔離器、過渡管，圓筒形容器與隔離器之間形成工作環隙，工作環隙的高度為所采用的微波場共振模式的半波長的整倍數。
[0016]黃凱中等人的中國專利CN02111640.7，公開了一種微波萃取裝置，具有攪拌器、冷卻和電控裝置的萃取罐，在萃取罐的罐體四周間隔一定距離，分多層均勻地裝有多個微波電源和磁控管，可進行間歇式或連續式操作，具體形式可采用立式或臥式裝置。
[0017]鄭必勝等人的中國專利CN200410027563.6，公開了一種微波萃取裝置，包括微波加熱器及固液傳輸裝置，微波加熱器為一中空腔體，其前、后壁開有孔，固液傳輸裝置從前壁開孔處斜伸入腔體，從后壁開孔處伸出，微波加熱器的外頂部設有微波磁控管，固液傳輸裝置底端設有固體物料進口及萃取液出口，頂端設有出料口及萃取液入口。
[0018]萬紹平等人的中國專利CN200510031458.4，公開了一種從含有油脂的植物籽仁中用微波加熱萃取油脂的方法，將植物籽仁中含有油脂的部分或其副產品，粉碎后放在容器中接受微波輻照，當受輻照物料溫度上升到一定時，停止輻照，將溶劑滲透萃取，分離液渣，濃縮回收溶劑，從而得到目標油脂。
[0019]李晟的中國專利CN200510096079.3，公開了一種微波逆流連續萃取裝置，包括萃取滾筒，其一端設有進料斗及萃取液出口，另一端設有出渣口及萃取液進口；在萃取滾筒上設有微波系統，萃取滾筒的內腔設有螺旋推進器，由驅動裝置驅動螺旋推進器。
[0020]馬烽等人的中國專利CN200610044442.1，公開了一種用于植物有效成分提取的減壓微波萃取裝置和方法。由微波爐、萃取罐、冷凝器、氣液分離器和減壓裝置組成。微波爐設置在萃取罐外圍，其內均勻布置微波發生器，萃取罐上安裝有電動攪拌器。在減壓和微波作用下，溶劑汽化經冷凝器冷凝成液態溶劑。
[0021]李晟等人的中國實用新型專利CN 200620136108.4，公開了一種環型微波提取設備，包括機架，萃取筒，傳輸裝置，微波加熱系統，其主要特點是萃取筒為首尾相接的環形管，萃取筒的外部設有微波加熱系統，在萃取筒內設有傳輸裝置，在傳輸裝置上設有輸送隔板。
[0022]杜榮慶的中國實用新型專利200620049558.X，公開了一種用于實驗室或工業生產上對天然植物進行連續式微波萃取的裝置，包括立式進料攪拌裝置、臥式螺旋推進萃取裝置和卸料裝置，臥式螺旋推進萃取裝置分為前段微波萃取段和后段冷卻段。
[0023]郭維圖等人的中國專利CN200610138359.0，公開了一種管道式微波連續提取裝置，包括兩個浸泡罐、微波提取裝置、離心分離機。浸泡罐各自通過一個自動控制閥門與變頻調速螺桿栗連接，螺桿栗出口與微波提取裝置的進口連接，微波提取裝置出口分為三路，一路通過一個自動控制閥后接到離心分離機，另外兩路各自通過一個自動控制閥門后與浸泡罐連接。
[0024]陳勝等人的中國專利CN 200810047172.9，公開了一種提取中式煙用香精香料的多功能微波萃取儀。萃取儀的萃取腔為直立筒狀，其內設置有蛇形盤管，蛇形盤管自上而下貫通整個萃取腔，萃取腔的微波源由兩個微波發生器，并對流經