本發(fā)明涉及蒸發(fā)、濃縮、蒸餾、精餾設備技術領域，特別涉及一種環(huán)形噴霧蒸發(fā)裝置。

背景技術：

所謂的蒸發(fā)，是將要分離的混合液體加熱至沸騰，利用管道引出生成的蒸汽，再使它冷凝，結果得到冷凝液和與最初混合液體濃度不同的液體，最終達到液體和溶解在液體中的物質分離的目的。

蒸發(fā)是蒸餾、精餾的基礎過程。

傳統(tǒng)蒸發(fā)的主要設備有：濃縮蒸發(fā)器(升膜、降膜、轉膜蒸發(fā)器)、蒸發(fā)塔、再沸器、冷凝器、回流輸送設備等。主要產生沸騰的設備為再沸器，主要蒸發(fā)分離的空間在蒸發(fā)塔或蒸發(fā)器；液體混合物進入蒸發(fā)塔后，易揮發(fā)相向塔頂逐漸濃縮，離開塔頂后在冷凝器冷凝。

具有精餾要求的蒸發(fā)操作是，被冷凝的液體一部分作為易揮發(fā)相成品，另一部分被送入蒸餾塔上部(上部被稱為精餾塔，下部被稱為提餾塔)作為回流液，保證精餾操作連續(xù)穩(wěn)定地進行。難揮發(fā)相向塔底逐漸濃縮，一部分作為難揮發(fā)相或稱為殘液排出，另一部分則經再沸器加熱蒸發(fā)送回蒸發(fā)塔中，為蒸發(fā)操作提供足夠的連續(xù)上升的蒸氣氣流，最終還是回到再沸器里。

典型的蒸發(fā)設備有一效、二效----多效濃縮蒸發(fā)器；

典型的蒸餾和精餾設備有孔板塔、填料塔等，其理論和設備都已成熟，廣泛應用于石油、制藥、化工、輕工、食品、冶金等行業(yè)。

目前比較流行的蒸發(fā)節(jié)能技術有多效濃縮蒸發(fā)器的二次蒸汽，由蒸汽壓縮機壓縮提壓提溫，代替從蒸汽鍋爐來的元蒸汽，即所謂的MVR技術。此項技術雖然節(jié)約元蒸汽，但是，需要蒸汽壓縮機。設備投入增加是小問題，二次蒸汽往往是可燃氣體，容易在壓縮機轉子震動或擺動中有機械摩擦產生火花引起事故，即安全性差。

現(xiàn)有技術中的蒸發(fā)設備所實現(xiàn)的蒸發(fā)(精餾)過程在蒸發(fā)與處理回流時不但需要消耗大量的能源，而且排放的殘液往往達不到國家環(huán)保要求。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種環(huán)形噴霧蒸發(fā)裝置。超越了現(xiàn)有以再沸器為主要加熱元件將原料進行汽化、以孔板或填料為主要傳質傳熱蒸發(fā)精餾方式，而采用噴霧蒸發(fā)裝置，以最大面積、最快速度最簡化設備實現(xiàn)液體沸騰和傳質傳熱，達到了最大限度節(jié)約能源又使殘液排放達標。

本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案是：該種包括殼體(1)，其特征在于：在殼體(1)內安裝有環(huán)噴霧化器(2)、內插填料筒(3)、U型加熱環(huán)(4)、汽液分配盤(5)，所述殼體(1)中心固定設有內插填料筒(3)，在殼體(1)的上部固定設有環(huán)噴霧化器(2)，在環(huán)噴霧化器(2)的下方殼體(1)內固定設有若干U型加熱環(huán)(4)，殼體(1)上部有低沸點汽相出口(16)，下部有高沸點汽相出口(15)；低沸點出口(16)經氣相管道(42)與冷凝器(28)連接；環(huán)噴霧化器(2)經原料液進料管(47)、預熱器(35)、過濾器(34)與原料加壓泵(46)連接。

進一步地，所述環(huán)噴霧化器(2)的環(huán)形噴嘴管座(17)上安裝至少一個噴嘴(18)，由連接環(huán)形噴嘴管座(17)的原料液進料管(47)和支架(51)把環(huán)噴霧化器(2)固定在殼體上方。

進一步地，所述內插填料筒(3)包括內插筒體(10)和填料(19)，在內插筒體(10)內裝有填料(19)，內插筒體(10)下端有填料支篦(14)支撐填料(19)，并有固連于內插筒體(10)的法蘭(22)，通過螺栓與積液分汽盤(13)裝配固定。

進一步地，所述積液分汽盤(13)的外邊緣通過螺栓與固連于殼體(1)的大法蘭(23)裝配固定。

進一步地，所述U型加熱環(huán)(4)由數(shù)匝內圈加熱管(6)、數(shù)匝外圈加熱管(7)和渦旋型下加熱管(8)組成一個環(huán)繞內插筒體(10)軸心的U型加熱裝置，內圈加熱管(6)、外圈加熱管(7)和渦旋型下加熱管(8)均設有加熱圈進口和加熱圈出口。

進一步地，所述各個加熱圈進口并聯(lián)后連接于熱媒進口(49)，各加熱圈出口并聯(lián)后連接于熱媒出口(50)。

進一步地，所述U型加熱環(huán)(4)通過積液分汽盤(13)的筋板(54)支撐于殼體(1)內。

進一步地，所述汽液分配盤(5)包括一空心盤型的回流分布器(11)，所述回流分布器(11)上開有數(shù)個通孔固連通氣管(48)，在回流分布器(11)的底面開有數(shù)個回流分布器分液口(26)，汽液分配盤(5)上面固連回流液接口管(27)，回流液接口管(27)與回流液導管(12)連接，回流分布器(11)外圓上固連著分布器架(21)支撐在內插筒體(10)上端。

綜上，本發(fā)明的上述技術方案的有益效果如下：

本發(fā)明環(huán)噴蒸發(fā)器除具有“集中噴射蒸發(fā)室”的“蒸發(fā)迅速”、“蒸發(fā)伴隨交換”、“工作連續(xù)”、“節(jié)能”、“安全性好”五個優(yōu)勢外。還具有以下三個良好的效果：

1、內插填料筒填料規(guī)整：因為蒸發(fā)室的四周環(huán)形空間回流液處理填料網(wǎng)圈的空間受加熱盤管進出管交叉占用，環(huán)形填料不便于規(guī)整使用；

2、加熱盤管與熱媒進出管連接方便。不與填料發(fā)生空間爭奪。也有利于填料處理回流均勻；

3、產能擴大。集中噴頭噴射受噴射距離限制，噴頭不宜過多，產能受限。環(huán)形噴射霧化蒸發(fā)器可比集中噴射霧化蒸餾床擴大產能數(shù)十倍。

附圖說明

圖1-1、本發(fā)明的蒸發(fā)裝置---環(huán)噴蒸發(fā)器外形結構示意圖；

圖1-2、圖1-1中A-A的剖視圖；

圖2-1、本發(fā)明的具體實施例之一---無塔環(huán)噴蒸發(fā)器系統(tǒng)圖；

圖2-2、本發(fā)明的具體實施例之一---無塔環(huán)噴蒸發(fā)器主機示意圖；

圖3-1、本發(fā)明的具體實施例之二---有塔環(huán)噴霧蒸發(fā)器系統(tǒng)圖；

圖3-2、本發(fā)明的具體實施例之二---有塔環(huán)噴蒸發(fā)器主機示意圖；

圖4、本發(fā)明蒸發(fā)裝置里的環(huán)噴霧化器示意圖；

圖5、本發(fā)明蒸發(fā)裝置里的內插填料筒示意圖；

圖6、本發(fā)明蒸發(fā)裝置里的U型加熱環(huán)示意圖；

圖7-1、本發(fā)明蒸發(fā)裝置里的汽液分配盤外部結構示意圖；

圖7-2、圖7-1中A-A的剖視圖；

圖7-3、圖7-1的俯視圖；

圖7-4、本發(fā)明蒸發(fā)裝置里的汽液分配盤立體結構示意圖；

圖8-1、本發(fā)明蒸發(fā)裝置里的透氣通液盤外部結構示意圖；

圖8-2、圖8-1的俯視圖；

圖8-3、本發(fā)明蒸發(fā)裝置里的透氣通液盤立體結構示意圖；

圖9、本發(fā)明殘液處理器示意圖；

圖10、本發(fā)明積液分汽盤示意圖；

圖11、本發(fā)明二室脖結構示意圖；

圖12、本發(fā)明具體實施例之三---蒸發(fā)室串聯(lián)有塔蒸發(fā)系統(tǒng)圖。

圖中：

1殼體、2環(huán)噴霧化器、3內插填料筒、4U型加熱環(huán)、5汽液分配盤、6內加熱圈、7外加熱圈、8下加熱圈、9殘液處理器、10內插筒體、11回流分布器、12回流液導管、13積液分汽盤、14填料支篦、15難揮發(fā)相出口、16易揮發(fā)相出口、17環(huán)形噴嘴管座、18噴嘴、19填料、20人孔、21分布器架、22填料筒法蘭、23大法蘭、24小法蘭、25難揮發(fā)相汽口、26分布器分液口、27回流液接口管、28冷凝器、29冷卻器、30填料塔、31殘液排出口、32殘液器外殼、33殘液器加熱管、34過濾器、35預熱器、36透氣底盤、37透氣帽、38回液管、39原料液儲罐、40成品儲罐、41回流入口、42氣相管道、43流量計、44閥門、45液相管道、46原料加壓泵、47原料液進料管、48通氣管、49熱媒進口、50熱媒出口、51支架52氣通液盤、53回流灑水圈、54筋板、55二室脖。

具體實施方式

以下結合附圖1-圖12對本發(fā)明的特征和原理進行詳細說明，所舉實施例僅用于解釋本發(fā)明，并非以此限定本發(fā)明的保護范圍。

該發(fā)明包括殼體1，在殼體1內安裝有環(huán)噴霧化器2、內插填料筒3、U型加熱環(huán)4、汽液分配盤5，所述殼體1中心固定設有內插填料筒3，在殼體1的上部固定設有環(huán)噴霧化器2，在環(huán)噴霧化器2的下方殼體1內固定設有若干U型加熱環(huán)4，殼體1上部有低沸點汽相出口16，下部有高沸點汽相出口15；低沸點出口16經氣相管道42與冷凝器28連接；環(huán)噴霧化器2經原料液進料管47、預熱器35、過濾器34與原料加壓泵46連接。

其中環(huán)噴霧化器2包括有環(huán)形噴嘴管座17，環(huán)形噴嘴管座17上安裝至少一個噴嘴18，由連接環(huán)形噴嘴管座17的原料液進料管47和支架51把環(huán)噴霧化器2固定在殼體上方。

內插填料筒3包括內插筒體10和填料19，在內插筒體10內裝有填料19，內插筒體10下端有填料支篦14支撐填料19，并有固連于內插筒體10的法蘭22，通過螺栓與積液分汽盤13裝配固定。

積液分汽盤13的外邊緣通過螺栓與固連于殼體1的大法蘭23裝配固定。

U型加熱環(huán)4由數(shù)匝內圈加熱管6、數(shù)匝外圈加熱管7和渦旋型下加熱管8組成一個環(huán)繞內插筒體10軸心的U型加熱裝置，內圈加熱管6、外圈加熱管7和渦旋型下加熱管8均設有加熱圈進口和加熱圈出口。U型加熱環(huán)4通過積液分汽盤13的筋板54支撐于殼體1內。各個加熱圈進口并聯(lián)后連接于熱媒進口49，各加熱圈出口并聯(lián)后連接于熱媒出口50。

汽液分配盤5包括一空心盤型的回流分布器11，所述回流分布器11上開有數(shù)個通孔固連通氣管48，在回流分布器11的底面開有數(shù)個回流分布器分液口26，汽液分配盤5上面固連回流液接口管27，回流液接口管27與回流液導管12連接，回流分布器11外圓上固連著分布器架21支撐在內插筒體10上端。

具體實施方式如下：

具體實施例之一

無塔環(huán)噴蒸發(fā)系統(tǒng)

參考圖1、圖2、圖5、圖6和圖7。在這個實施例中，本發(fā)明的這種蒸發(fā)裝置──無塔環(huán)噴蒸發(fā)器系統(tǒng)，至少包括，殼體1內安裝有環(huán)噴霧化器2、內插填料筒3、U型加熱環(huán)4、汽液分配盤5。所述殼體上部有易揮發(fā)相出口16，下部有難揮發(fā)相出口15；易揮發(fā)相出口16經氣相管道42與冷凝器28連接；環(huán)噴霧化器2經原料液進料管47、預熱器35、過濾器34與原料加壓泵46連接。內插填料筒3上端的回流液導管12連接冷凝器下來的部分回流液。

上面所述的環(huán)噴霧化器2其實施過程是：在一個環(huán)形噴嘴管座17上安裝一個或數(shù)個噴嘴18，由連接環(huán)形噴嘴管座17的原料液進料管47和固連在殼體1上的支架51把環(huán)噴霧化器2固定在殼體上方。

上面所述的內插填料筒3、其實施過程是：在內插筒體10內裝有數(shù)塊填料19，內插筒體10下端有填料支篦14支撐填料19，并有固連于內插筒體10的法蘭22，通過螺栓與積液分配盤13裝配固定。積液分配盤13的外邊緣通過螺栓與固連于殼體1的大法蘭23裝配固定。

上面所述的U型加熱環(huán)4其實施步驟是：由數(shù)匝內圈加熱管6、數(shù)匝外圈加熱管7和數(shù)層渦旋型下加熱管8組成一個環(huán)繞內插筒體10軸心的U型加熱環(huán)。各加熱圈進口并聯(lián)后連接于(分氣缸)熱媒進口49各加熱圈出口并聯(lián)后連接于熱媒出口50，有積液分汽盤13的筋板54將U型加熱環(huán)4支撐于殼體1內。

上面所述的汽液分配器5、其實施步驟是，在一個空心盤型的回流分布器11上，開有數(shù)個通孔固連通氣管48，在回流分布器11的底面開有數(shù)個分布器分液口26，回流分布器11上面固連回流液接口管27與回流液導管12連接?；亓鞣植计?1外圓上固連著分布器架21水平支撐在內插筒體10的上端，將汽液分配器5固定在內插填料筒3的頂部。

具體實施例之二

有塔環(huán)噴霧化蒸發(fā)系統(tǒng)

結合圖1、圖3、圖4----圖9，在實施例之一中有描述的關于蒸發(fā)室的部分不再重述。本實施例是在無塔環(huán)噴蒸發(fā)室之上增加了填料塔30，之下增加了殘液處理器9，在環(huán)噴蒸發(fā)室與填料塔之間安裝有透氣通液盤52。在填料塔30的頂端安裝有回流灑水圈53。

上面所述的透氣通液盤52，在透氣底盤36上開數(shù)個通孔，固定安裝有透氣帽37和回液管38，回液管38與回流液導管12連接。透氣底盤36被固連在填料塔30底端的小法蘭24和固連于殼體1頂端的小法蘭24夾在中間，螺栓連接固定。

上面所述的殘液處理器9：在殘液器外殼32里安裝有殘液器加熱管33，其進口連接熱媒進口49；出口連接熱媒出口50，通過螺栓將固連在殘液器外殼32頂端的大法蘭23和固連于殼體底端的大法蘭23以及夾在二者之間的積液分汽盤13連接固定。

如此安裝之后，易揮發(fā)相出口16移到填料塔30的頂端，其回流入口41外連接成品冷凝液回流管45；內連接回流灑水圈53.

難揮發(fā)相出口15移到殘液處理器9的下端殘液排出口31。

具體實施例之三

蒸發(fā)室串聯(lián)使用或并聯(lián)使用

串聯(lián)使用實施例

在實施例之二基礎上增加一個蒸發(fā)室、增加一套預熱器、過濾器、殘液加壓泵。處理難揮發(fā)相量大的殘液，從殘液里回收易揮發(fā)相。

具體實施步驟就是在有塔環(huán)噴霧化蒸發(fā)系統(tǒng)里，在蒸發(fā)室和殘液處理器之間，加入環(huán)噴蒸發(fā)室。見圖12.

在上面的蒸發(fā)室的積液分汽盤13下部焊接二室脖55，見圖11.二室脖55的法蘭24與下面的蒸發(fā)室的頂端法蘭24連接。

本發(fā)明環(huán)噴蒸發(fā)器具有“集中噴射蒸發(fā)室”的“蒸發(fā)迅速”、“蒸發(fā)伴隨交換”、“工作連續(xù)”、“節(jié)能”、“安全性好”五個優(yōu)勢，現(xiàn)簡要描述如下：

1、蒸發(fā)迅速：本發(fā)明所述的蒸發(fā)裝置中，設置了一個環(huán)形噴射霧化蒸發(fā)室。在這個蒸發(fā)室里，被蒸發(fā)的混合液體經泵加壓和噴嘴作用被霧化成無數(shù)細小液珠從上往下充滿蒸發(fā)室空間，混合小液珠在不斷擴撒中被加熱環(huán)同時加熱并迅速蒸發(fā)，這種蒸發(fā)具有閃蒸的特點。

2、蒸發(fā)伴隨交換：被加熱蒸發(fā)的氣相混合液體被分散在蒸發(fā)室里，與被霧化的液相混合液微粒兩者的分散方向是相對的。這就為兩者的傳質傳熱創(chuàng)造了最大接觸面積和最快速傳遞的空間條件。混合液微粒里的易揮發(fā)相得到熱量汽化上行，難揮發(fā)相微粒釋放熱量被冷凝下行。促使混合液中的易揮發(fā)相和難揮發(fā)相迅速分離。這是在蒸發(fā)室里湍流沖撞中心空間完成的傳質傳熱。是伴隨蒸發(fā)同時發(fā)生的質、熱傳遞。這就為本發(fā)明的蒸發(fā)裝置效率高、投資少、節(jié)約空間創(chuàng)造了硬件條件。

3、連續(xù)性---同時連續(xù)進料、連續(xù)出成品、連續(xù)排廢液：本發(fā)明所述的蒸發(fā)裝置，原料連續(xù)進入，成品連續(xù)輸出，廢液連續(xù)排放，溫度、壓力、流量、含量等物性參數(shù)可以實現(xiàn)全自動程序監(jiān)控。而傳統(tǒng)蒸發(fā)裝置，包括加熱釜再沸器，孔板蒸發(fā)塔或填料蒸發(fā)塔，這些裝置是斷續(xù)進料，斷續(xù)出成品，直到加熱釜再沸器裝滿了殘液無法繼續(xù)蒸發(fā)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(fā)相3-5％的殘液，在再沸器里蒸發(fā)出來需要大量蒸汽加熱大量的難揮發(fā)相，與利用蒸汽成本成本相差比較大，往往被舍棄)，由于生產不連續(xù)，成品易揮發(fā)組分含量不穩(wěn)定，廢液排放超標，既造成損失浪費嚴重又污染環(huán)境。

這種生產過程中的連續(xù)性，是本發(fā)明蒸發(fā)設備先進性的一個突出特征。正式這種蒸發(fā)裝置---噴霧蒸發(fā)器具有的連續(xù)性，為生產可控性，自動化控制創(chuàng)造了條件。

4、節(jié)能

原因有三：

被蒸發(fā)的混合溶液被霧化到微小的顆粒，給易揮發(fā)相蒸發(fā)逃逸減少了阻力；而傳統(tǒng)的加熱釜加熱沸騰，易揮發(fā)相要克服溶液分子的引力，為了便于汽體脫離液體及上升的動力需要提供熱能

壓力轉化為蒸發(fā)力，節(jié)省了熱量(即焓的轉換)。霧化的條件是混合液必須達到一定壓力進入霧化器才能充分霧化，壓力和霧化器使混合液體分散成無數(shù)的微粒。使易揮發(fā)相與熱媒接觸面積劇增的同時，易揮發(fā)相微粒本身將泵給予的能量(主要形式是動能)轉換成了蒸發(fā)逃逸的力量。所以節(jié)約了大量熱源。而壓力泵的電耗相對蒸汽消耗要小的多。這一點比旋轉式超重力床的大電機要節(jié)能。超重力旋轉床就利用高速離心產生氣液分離的方式進行的。這里不進行多述。

相對擴撒：霧化的微粒自上而下擴撒，被加熱裝置加熱蒸發(fā)的微粒自下而上擴散，這種相對擴撒相當于無數(shù)的微小孔板或是填料一樣，為傳質傳熱提供了充分的能量場、溫度場、濃度場。

5、安全性：本發(fā)明的蒸發(fā)裝置比折流式或填料式旋轉超重力床有以下進步：

原料液的混合液體被高速霧化形成湍流射流，其射速遠比離心速度高，這些粒珠與反向混合蒸汽間實現(xiàn)了動量傳遞、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；

相比之下：

一是省去了離心轉子。節(jié)省了電力消耗、鋼材消耗和機械加工及維修量。

二是制造成本較低。

三是安全性好。由于旋轉超重力床有轉子的轉動，有可能出現(xiàn)的碰壁、掛幫，造成火花引起易揮發(fā)相爆炸。

除上述五點之外，環(huán)形噴射霧化蒸發(fā)器比集中噴射霧化蒸發(fā)室還有三個優(yōu)勢：

1、內插填料筒填料規(guī)整：因為蒸發(fā)室的四周環(huán)形空間回流液處理填料網(wǎng)圈的空間受加熱盤管進出管交叉占用，環(huán)形填料不便于規(guī)整使用。

2、加熱盤管與熱媒進出管連接方便。不與填料發(fā)生空間爭奪。也有利于填料處理回流均勻。

3、產能擴大。集中噴頭噴射受噴射距離限制，噴頭不宜過多，產能受限。環(huán)形噴射霧化蒸發(fā)器可比集中噴射霧化蒸餾床擴大產能數(shù)十倍。

該設計案與常用蒸發(fā)裝置的區(qū)別與優(yōu)點還在于：

1、霧化器不同，該霧化器為環(huán)狀噴霧，產能增加了十幾倍；

2、加熱裝置不同，間接加熱，三種圈組成的U型環(huán)；

3、蒸發(fā)室里的填料位置和形狀不同，填料位于圓柱狀殼體的中心；

4、回流液分配裝置不同，通過汽液分配盤分配，把回流液灑在中心圓柱體填料上。

上述實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行的描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域相關技術人員對本發(fā)明的各種變形和改進，均應擴入本發(fā)明權利要求書所確定的保護范圍內。