專利名稱：刮膜式薄膜蒸發(fā)器用于處理熱敏性物料的連續(xù)精餾裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱敏性物料分離技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種刮膜式薄膜蒸發(fā)器用于處 理熱敏性物料的連續(xù)精餾裝置和方法。
背景技術(shù)：
熱敏性物料是指某物系對溫度很敏感，受熱到一定程度會變得不穩(wěn)定，發(fā)生分解、 聚合或其他反應(yīng)，具體表現(xiàn)在料液變色、結(jié)焦、變味等方面。如在塑料及合成纖維工業(yè)中大 多數(shù)的不飽和單體和中間體，香料中的羥基香茅醛、香蘭素，醫(yī)藥中的維生素，食品中的果 汁等都具有很強(qiáng)的熱敏性。所以，熱敏性物料的分離是精餾過程中的一個難題。在熱敏性物料的精餾分離技術(shù)中必須考慮到溫度的影響，避免其由于溫度過高或 在高溫區(qū)停留時間過長導(dǎo)致的熱分解、熱聚合甚至熱變性問題。解決這一問題的思路主要 是降低分離所需溫度和減少其在受熱區(qū)的停留時間。一般采用減壓(真空)精餾、惰性氣 體蒸餾和分子蒸餾等方法。減壓精餾雖然可以降低分離所需溫度，但待分離物料要在再沸 器中保持一定的液位而產(chǎn)生靜壓差，從而使得物料在塔釜內(nèi)的汽化溫度升高，故有時難以 避免物料的熱分解；惰性氣體的存在有利于熱敏性物料的精餾，但是給冷凝或冷卻帶來了 麻煩；分子蒸餾雖然可以避免物料的熱分解，但由于它是單級蒸餾過程，若要滿足很高的分 離要求往往需要很多級數(shù)，且其設(shè)備投資很高，不適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的運用。連續(xù)精餾操作方式由于其可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)、產(chǎn)品濃度質(zhì)量可保持相對穩(wěn)定、能 源利用率高、操作易于控制等優(yōu)點被廣泛運用于工業(yè)生產(chǎn)中。然而，在熱敏性物料的連續(xù)精 餾過程中，由于物料在再沸器中停留時間過長而導(dǎo)致熱分解甚至變性是一個必須解決的問 題。另外，物料在再沸器中容易出現(xiàn)受熱不均勻等情況，這也是造成物料熱分解、聚合甚至 變性的重要原因。1940年，瑞士蘇黎士的Hans Mueller制造出第一臺刮膜薄膜蒸發(fā)器樣機(jī)，此后， 歐洲人將其發(fā)展成為了連續(xù)式刮膜薄膜蒸發(fā)器。由于在刮板的作用下，進(jìn)入蒸發(fā)器的物料 在加熱內(nèi)壁上形成均勻液膜，刮膜式薄膜蒸發(fā)器具有如下特點①蒸發(fā)效率高，②粘度加工 范圍寬廣，③物料停留時間短，④可消除結(jié)焦、結(jié)垢，⑤在蒸發(fā)區(qū)設(shè)備的貯液量低，⑥生產(chǎn)能 力調(diào)節(jié)幅度大等。這些特點使其在化工、石油、染料、食品、醫(yī)藥以及廢水處理中的蒸發(fā)、分 餾、脫水、脫臭、冷卻、結(jié)晶和化學(xué)反應(yīng)等方面得到了廣泛地應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種刮膜式薄膜蒸發(fā)器用于處理熱敏性物料的連續(xù)精餾 裝置和方法，它是對現(xiàn)有連續(xù)精餾設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，將刮膜式薄膜蒸發(fā)器用作連續(xù)精餾塔的 再沸器，在減壓條件下操作，以實現(xiàn)熱敏性物料的分離，防止普通釜式再沸器中出現(xiàn)的物料 在高溫區(qū)停留時間過長以及受熱不均勻等問題。本發(fā)明提出的一種刮膜式薄膜蒸發(fā)器用于處理熱敏性物料的連續(xù)精餾裝置包括冷凝器、精餾塔、刮膜式薄膜蒸發(fā)器、泵、儲液罐、真空泵及緩沖罐、高位槽(原料儲罐)、控 制系統(tǒng)等。本發(fā)明提出的一種刮膜式薄膜蒸發(fā)器用于處理熱敏性物料的連續(xù)精餾裝置的各 部件空間位置和相互連接為高位槽(原料儲罐)與冷凝器置于與精餾塔頂?shù)雀叩奈恢?，?膜式薄膜蒸發(fā)器、泵、儲液槽、緩沖罐及真空泵等置于與精餾塔底等高的位置；原料經(jīng)泵輸 送到高位槽(原料儲罐)中，經(jīng)過流量計進(jìn)入精餾塔中；精餾塔頂出口與冷凝器的一端連 接，其另一端經(jīng)過緩沖罐接入真空泵，為整個系統(tǒng)提供真空環(huán)境；精餾塔底出口與刮膜式薄 膜蒸發(fā)器的料液入口連接，蒸發(fā)器的氣相出口連接精餾塔底，液相出口經(jīng)過液體輸送泵連 接重組分儲液罐；冷凝器的另一個出液口連接回流比控制器，一部分與精餾塔頂連接，另外 一部分連接輕組分儲液罐。本發(fā)明提出的一種刮膜式薄膜蒸發(fā)器用于處理熱敏性物料的方法包括以下步 驟1.原料經(jīng)泵輸送到高位槽(原料儲罐)中，后流經(jīng)流量計進(jìn)入精餾塔中部，閥門開 合程度由流量控制；2.精餾塔中汽相組分由塔頂進(jìn)入冷凝器中，在冷凝水的作用下液化；在回流比控 制器的控制下，部分冷凝液流回精餾塔頂，部分流入輕組分儲液罐中；3.精餾塔中液相組分由塔底進(jìn)入刮膜式薄膜蒸發(fā)器中，在刮板的作用下呈液膜狀 分布在蒸發(fā)器的內(nèi)表面，在導(dǎo)熱油加熱下，物料呈液膜狀不斷蒸發(fā)，這樣，揮發(fā)組分汽相再 次回到精餾塔體中，與從塔頂流下來的液相進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱，蒸發(fā)器中未揮發(fā)部分則在重 力的作用下流出，經(jīng)輸送泵進(jìn)入重組分儲液罐中；4.輕、重組分可以分別從相應(yīng)的儲液罐底部取樣檢測分析；5.冷凝器經(jīng)過緩沖罐接入真空泵，為整個系統(tǒng)提供真空環(huán)境。在熱敏性物料的連續(xù)精餾裝置中，以刮膜式薄膜蒸發(fā)器代替釜式蒸發(fā)器具有如下 優(yōu)勢1.蒸發(fā)效率高。物料進(jìn)入蒸發(fā)器，在分布器的作用下被分成四股物流流入圓筒內(nèi) 壁，每股物料在相應(yīng)夾板的攪動下分散開形成一層很薄的均勻液膜，同時，攪拌作用產(chǎn)生的 強(qiáng)烈的流動使得液膜中的物質(zhì)不斷更新變化，從而消除了由于液膜表面蒸發(fā)而形成的濃度 梯度，提高了蒸發(fā)效率。2.停留時間短。物料在加熱區(qū)內(nèi)停留時間短，最短時可以在幾秒內(nèi)完成，從而大大 降低了物料的熱分解和熱縮聚反應(yīng)。3.可消除結(jié)焦、結(jié)垢。在刮板的作用下，液膜處于不斷更新中，使物料不致過熱，防 止了由于局部過熱而引起的結(jié)焦現(xiàn)象。4.物料在蒸發(fā)器的內(nèi)蒸發(fā)面上形成液膜，消除了釜式再沸器中由于液位產(chǎn)生的靜 壓力。5.生產(chǎn)能力調(diào)節(jié)幅度大，適用于不同處理量的連續(xù)精餾操作。


圖1為本發(fā)明的裝置示意圖。圖中1為原料輸送泵，2為高位槽(原料儲罐)，3為 精餾塔，4為刮膜式薄膜蒸發(fā)器，5為重組分輸送泵，6為重組分儲液罐，7為重組分取樣口，8為冷凝器，9為輕組分儲液罐，10為輕組分取樣口，11為緩沖罐，12為真空泵，13為冷凝水 出口，14為冷凝水入口，15為流量計。圖2為兩塔串聯(lián)的裝置示意圖，按照物料流向?qū)蓚€精餾塔分別稱為1塔和2塔。
具體實施例方式如圖1所示，該用于處理熱敏性物料的連續(xù)精餾裝置包括冷凝器8、精餾塔3、刮 膜式薄膜蒸發(fā)器4、輸送泵1和5、儲液罐6和9、真空泵12及緩沖罐11、高位槽(原料儲 罐)2、控制系統(tǒng)等。 該用于處理熱敏性物料的連續(xù)精餾裝置的各部件空間位置和相互連接為高位槽 (原料儲罐)2與冷凝器8置于與精餾塔3塔頂?shù)雀叩奈恢?，刮膜式薄膜蒸發(fā)器4、輸送泵1 和5、儲液槽6和9、緩沖罐11及真空泵12等置于與精餾塔3塔底等高的位置；原料經(jīng)泵1 輸送到高位槽(原料儲罐)2中，經(jīng)過流量計15進(jìn)入精餾塔3中；精餾塔頂出口與冷凝器8 的一端連接，其另一端經(jīng)過緩沖罐11接入真空泵12，為整個系統(tǒng)提供真空環(huán)境；精餾塔底 出口與刮膜式薄膜蒸發(fā)器4的料液入口連接，蒸發(fā)器的氣相出口連接精餾塔底，液相出口 經(jīng)過液體輸送泵5連接重組分儲液罐6 ；冷凝器8的另一個出液口連接回流比控制器，一部 分與精餾塔頂連接，另外一部分連接輕組分儲液罐9。本發(fā)明中刮膜式薄膜蒸發(fā)器的熱源為(二次)水蒸汽或?qū)嵊?，冷卻介質(zhì)為冷卻 循環(huán)水或冷凍鹽水，減壓下操作。刮膜式薄膜蒸發(fā)器用于處理熱敏性物料的方法包括如下步驟1.原料經(jīng)泵1輸送到高位槽(原料儲罐)2中，后流經(jīng)流量計15進(jìn)入精餾塔3中 部，閥門開合程度由流量控制；2.精餾塔3中汽相組分由塔頂進(jìn)入冷凝器8中，在冷凝水的作用下液化；在回流 比控制器的控制下，部分冷凝液流回精餾塔頂，部分流入輕組分儲液罐9中；3.精餾塔3中液相組分由塔底進(jìn)入刮膜式薄膜蒸發(fā)器4中，在刮板的作用下呈液 膜狀分布在蒸發(fā)器的內(nèi)表面，在導(dǎo)熱油加熱下，物料呈液膜狀不斷蒸發(fā)，這樣，揮發(fā)組分汽 相再次回到精餾塔體中，與從塔頂流下來的液相進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱，蒸發(fā)器中未揮發(fā)部分則 在重力的作用下流出，經(jīng)輸送泵5進(jìn)入重組分儲液罐6中；4.輕、重組分可以分別從相應(yīng)的儲液罐底部取樣口 7和10取樣檢測分析；5.冷凝器8經(jīng)過緩沖罐11接入真空泵12，為整個系統(tǒng)提供真空環(huán)境。刮膜式薄膜蒸發(fā)器作為再沸器直接與精餾塔體相連，其主要的操作控制參數(shù)有 蒸發(fā)器進(jìn)料溫度、傳熱溫差、真空度、刮板轉(zhuǎn)速等。運用中需要根據(jù)實際情況對這些參數(shù)進(jìn) 行優(yōu)化設(shè)計或控制。系統(tǒng)的真空度需要根據(jù)熱敏物料的熱敏溫度選定，同時也要滿足進(jìn)入蒸發(fā)器的物 流在操作真空度下達(dá)到其沸點。整個裝置的處理量除了要滿足精餾塔的要求外，還要受蒸發(fā)器潤濕比的影響。蒸 發(fā)器的潤濕比需要高于某一數(shù)值，即保證在其底部刮板區(qū)域內(nèi)形成液體薄膜所對應(yīng)的潤濕 比，但同時不能超過液泛率，即流體的流量高至不能在蒸發(fā)表面維持薄膜流動。蒸發(fā)過程中溫差過小時，得到的熱量不夠，蒸發(fā)不能很好地進(jìn)行；但溫差過大時， 傳熱系數(shù)也會下降。所以需要選用適當(dāng)?shù)臏囟炔?，進(jìn)而選擇加熱及冷卻介質(zhì)。
應(yīng)用實施例待分離物料為某香料生產(chǎn)廠所提供的含鄰氨基苯甲酸乙酯的工業(yè)原料，含有兩種 輕雜質(zhì)和一種重雜質(zhì)，其初始濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為目標(biāo)產(chǎn)品鄰氨基苯甲酸乙酯95. 52%，輕 組分總含量2. 15%，重雜質(zhì)含量2. 33%。鄰氨基苯甲酸乙酯為熱敏物料，常壓下其沸點為 266-268 0C，且在此溫度內(nèi)發(fā)生熱分解。由于物料的初始濃度較高，一次精餾的提濃效果有限，故實驗中采用二級連續(xù) 精餾裝置，以刮膜式薄膜蒸發(fā)器做再沸器，蒸發(fā)器的加熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油(如圖2所示， 1塔120-130°C，2塔150-160°C )，對應(yīng)地，蒸發(fā)器進(jìn)料溫度分別為100-120°C (1塔)和 110-130°C (2塔)。系統(tǒng)壓力為6. OkPa (此壓力下鄰氨基苯甲酸乙酯的沸點為145_147°C )， 蒸發(fā)器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為120-200r/min。實驗中可從2塔塔頂出料口獲得含量99. 5%以上的鄰氨基苯甲酸乙酯產(chǎn)品，收率 達(dá)90%以上。綜上所述，以刮膜式薄膜蒸發(fā)器替代常規(guī)釜式再沸器，能使連續(xù)精餾在處理熱敏 性物料方面得到更加廣泛的運用。
權(quán)利要求
1.一種刮膜式薄膜蒸發(fā)器用于處理熱敏性物料的連續(xù)精餾裝置，其特征在于它包括 冷凝器、精餾塔、刮膜式薄膜蒸發(fā)器、泵、儲液罐、真空泵及緩沖罐、高位槽和控制系統(tǒng)；高位 槽與冷凝器置于與精餾塔頂?shù)雀叩奈恢茫文な奖∧ふ舭l(fā)器、泵、儲液槽、緩沖罐及真空泵 等置于與精餾塔底等高的位置；原料經(jīng)泵輸送到高位槽中，經(jīng)過流量計進(jìn)入精餾塔中；精 餾塔頂出口與冷凝器的一端連接，其另一端經(jīng)過緩沖罐接入真空泵，為整個系統(tǒng)提供真空 環(huán)境；精餾塔底出口與刮膜式薄膜蒸發(fā)器的料液入口連接，蒸發(fā)器的氣相出口連接精餾塔 底，液相出口經(jīng)過液體輸送泵連接重組分儲液罐；冷凝器的另一個出液口連接回流比控制 器，一部分與精餾塔頂連接，另外一部分連接輕組分儲液罐。
2.—種權(quán)利要求1所述的裝置用于處理熱敏性物料的方法，其特征在于包括以下步驟1)原料經(jīng)泵輸送到高位槽中，后流經(jīng)流量計進(jìn)入精餾塔中部，閥門開合程度由流量控制；2)精餾塔中汽相組分由塔頂進(jìn)入冷凝器中，在冷凝水的作用下液化；在回流比控制器 的控制下，部分冷凝液流回精餾塔頂，部分流入輕組分儲液罐中；3)精餾塔中液相組分由塔底進(jìn)入刮膜式薄膜蒸發(fā)器中，在刮板的作用下呈液膜狀分布 在蒸發(fā)器的內(nèi)表面，在導(dǎo)熱油加熱下，物料呈液膜狀不斷蒸發(fā)，揮發(fā)組分汽相再次回到精餾 塔體中，與從塔頂流下來的液相進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱，蒸發(fā)器中未揮發(fā)部分則在重力的作用下 流出，經(jīng)輸送泵進(jìn)入重組分儲液罐中；4)輕、重組分可以分別從相應(yīng)的儲液罐底部取樣檢測分析；5)冷凝器經(jīng)過緩沖罐接入真空泵，為整個系統(tǒng)提供真空環(huán)境。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的熱敏性物料為鄰氨基苯甲酸乙酯， 所述的蒸發(fā)器的加熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油，第1精餾塔的溫度為120-130°C，第2精餾塔的溫度為 150-160°C，對應(yīng)地，蒸發(fā)器進(jìn)料溫度分別為100-120°C和110-130°C，系統(tǒng)壓力為6. OkPa, 蒸發(fā)器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為120-200r/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種刮膜式薄膜蒸發(fā)器用于處理熱敏性物料的連續(xù)精餾裝置和方法。包括連續(xù)精餾塔、刮膜式薄膜蒸發(fā)器、列管式換熱器、儲液罐、高位槽、減壓裝置及控制系統(tǒng)。將蒸發(fā)與精餾耦合使用用于處理熱敏性物料及易結(jié)垢結(jié)焦物質(zhì)的分離。用刮膜式薄膜蒸發(fā)器替代連續(xù)精餾塔的常規(guī)釜式再沸器，可以大大縮短熱敏性物料在高溫區(qū)的停留時間，使受熱均勻，同時處理可能的結(jié)垢結(jié)焦物質(zhì)。另外，本發(fā)明能消除普通釜式再沸器中的靜壓力，且生產(chǎn)能力調(diào)節(jié)幅度大，適用于不同處理量的連續(xù)精餾操作。
文檔編號B01D3/32GK102125770SQ20101058935
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者白鵬, 肖穎 申請人:天津大學(xué)