旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器技术领域

《旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器》涉及一种真空蒸馏装置，具体涉及一种精细化工、制药、食品等行业使用的旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器。

图1是《旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器》结构示意图。

旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器专利目的

针对专利背景中相关技术中的缺陷，《旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器》提供了一种蒸发面膜层较薄、物料受热时间短、温度分布均衡、供热能力提高、加工能力显著增加的旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器。

旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器技术方案

《旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器》所述的旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器，包括一个密闭的圆筒，圆筒上端设有真空接口，圆筒下端设有蒸馏残液出口；在圆筒内真空接口的下方相间设有与圆筒内径相配合的两块带孔隔板，两块隔板之间设有填料；在隔板下方的圆筒的侧壁上设有一个轻馏分出口；在轻馏分出口下方圆筒的内侧壁上设有一个开口向上的环形集液槽，环形集液槽固定在圆筒内侧壁上；在环形集液槽下方圆筒的内侧壁上设有一个进料喷嘴，进料喷嘴设置的方向是圆筒内侧的切线方向；进料喷嘴上方和内侧设有一块环形挡板，环形挡板上部的外缘固定在圆筒内侧壁上，环形挡板下端向圆筒内侧壁方向倾斜并与圆筒内侧壁保留间隙；在环形挡板下端相间一段距离的圆筒1的外侧设有环绕圆筒1的热管加热装置。

旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器改善效果

（1）采用切线进料，气液容易分离，而且夹带的液体量较少，避免液态物料被蒸发气体直接带入轻馏份出口；物料迅速雾化并形成大量微细的小液滴，大幅度增加了物料的受热面积，提高了蒸发效率。

（2）进料口采用喷嘴结构，加快了物料的运动速度，使物料沿蒸馏器内壁旋转向下运动并呈很薄的膜状布满蒸馏器内壁；物料流动时容易形成湍流，提高了传热效率；物料分布均匀，避免了干壁现象；物料中易结垢的物质因受剪切力作用而不会聚集，避免在蒸馏器内壁产生结垢现象。

（3）旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器结合了闪蒸设备蒸发能力大和薄膜蒸发设备分离效果好的优点，一次蒸馏即可完成原来需要闪蒸设备和降膜蒸发设备才能完成的蒸发任务，减少了设备投资，提高了生产能力。

（4）蒸馏过程中，物料受热时间短，受热均匀、蒸发速度快，避免了蒸发面上出现结焦现象，特别适用于易分解、氧化的热敏性物料的分离。

（5）蒸馏过程所需热量由热管加热装置提供，热管是通过内部工质状态变化（液-汽-液）引起的吸热和放热过程实现传热，即利用工质的相变传热，属潜热供热，热流密度比显热供热高1~2个数量级，供热能力增加，温度均衡、稳定，可提高设备的蒸发能力1~2倍。

蒸馏作为一种热力学分离工艺，常用于液-液或液-固混合物中各组份的分离。截至2011年12月，在传统的蒸馏加工技术过程中，被分离物质由于长时间受热或因高温而引起分子氧化甚至裂解、聚合等化学反应，导致其成分遭到破坏，在应用上受到限制，如：从植物油和鱼肝油中提取高级脂肪酸，就不能使用传统的蒸馏方式，而采用了机械刮膜或自由降膜式真空蒸馏，这两种蒸馏方式是基于在蒸发表面形成一层蒸发薄膜，利用被分离物质中两相或多相之间沸点的不同，从而达到分离的目的，这两种蒸馏装置被普遍使用。从分离效果看，这两种蒸馏形式因其物料在蒸发面的膜层较厚、受热时间长、蒸发温度高而且温度分布不均衡，不利于一些易分解、氧化的热敏性物料的分离。

蒸馏过程需要外部提供热源，常用的方法是在蒸馏装置外部设置电加热装置或通过蒸馏装置上夹套内的热媒（如：导热油）降低温度释放热量来供热。电加热虽然方便，但增加了生产成本，而且会产生局部过热现象，影响蒸馏操作及产品质量；导热油供热属显热供热，热流密度较低，使蒸馏器的加工能力受到限制。

1.一种旋流闪蒸布料－薄膜再沸式热管蒸馏器，其特征是：所述的旋流闪蒸布料－薄膜再沸式热管蒸馏器，包括一个密闭的圆筒（1），圆筒（1）上端设有真空接口（3），圆筒（1）下端设有蒸馏残液出口（2）；在圆筒（1）内真空接口（3）的下方相间设有与圆筒（1）内径相配合的带孔的第一隔板（4）和第二隔板（5），第一隔板（4）和第二隔板（5）之间设有填料（6）；在第二隔板（5）下方的圆筒（1）的侧壁上设有一个轻馏分出口（7）；在轻馏分出口（7）下方圆筒（1）的内侧壁上设有一个开口向上的环形集液槽（8），环形集液槽（8）固定在圆筒（1）内侧壁上；在环形集液槽（8）下方圆筒（1）的内侧壁上设有一个进料喷嘴（9），进料喷嘴（9）设置的方向是圆筒（1）内侧的切线方向；进料喷嘴（9）上方的圆筒（1）内侧壁上设有一块环形挡板（10），环形挡板（10）上部的外缘固定在圆筒（1）内侧壁上，环形挡板（10）下端向圆筒（1）内侧壁方向倾斜并与圆筒（1）内侧壁保留间隙；在环形挡板（10）下端相间一段距离的圆筒（1）的外侧设有环绕圆筒（1）的热管加热装置（11）。

由图1可见，《旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器》包括一个密闭的圆筒（1），圆筒（1）上端设有真空接口（3），圆筒（1）下端设有蒸馏残液出口（2）；在圆筒（1）内真空接口（3）的下方相间设有与圆筒（1）内径相配合的带孔隔板（4）和隔板（5），隔板（4）和隔板（5）之间设有填料（6）；在隔板（5）下方的圆筒（1）的侧壁上设有一个轻馏分出口（7）；在轻馏分出口（7）下方圆筒（1）的内侧壁上设有一个开口向上的环形集液槽（8），环形集液槽（8）固定在圆筒（1）内侧壁上；在环形集液槽（8）下方圆筒（1）的内侧壁上沿切线方向设有一个进料喷嘴（9），进料喷嘴（9）设置的方向是圆筒（1）内侧的切线方向；进料喷嘴（9）上方和内侧设有一块环形挡板（10），环形挡板（10）上部的外缘固定在圆筒（1）内侧壁上，环形挡板（10）下端向圆筒（1）内侧壁方向倾斜并与圆筒（1）内侧壁保留间隙；在环形挡板（10）下端相间一段距离的圆筒（1）的外侧设有环绕圆筒（1）的热管加热装置（11）。

蒸馏时，将真空泵与真空接口（3）连接，启动真空泵将蒸馏器内部抽到规定的真空度；开启热管加热装置（11）使蒸馏器升温达到工艺规定的温度；高温物料从蒸馏器内侧壁切线方向设置的进料喷嘴（9）高速进入蒸馏器内环形挡板（10）围成的环形空间内雾化，切线方向设置进料喷嘴（9），气液容易分离，夹带的气体量少，避免料液被蒸发气体直接带入轻馏份出口；雾化的物料从环形挡板（10）与圆筒（1）之间的间隙溢出，进入环形挡板（10）下方和热管加热装置（11）围绕的圆筒（1）部分内侧上方的空间内，一部分物料被闪蒸，蒸发气体上升到由隔板（4）、隔板（5）和填料（6）组成的填料塔中，填料塔中填充规整填料，也可以填充鲍尔环填料，蒸发气体遇填料冷凝成液体，液体依靠自身重力汇集到环形集液槽（8）中，经轻馏份出口（7）流出；未闪蒸的液态物料呈膜状沿热管加热装置围绕的圆筒（1）部分的内壁旋转向下运动，同时吸收热管加热装置（11）通过圆筒（1）壁传递的热量完成薄膜蒸发，蒸发气体上升到由隔板（4）、隔板（5）和填料（6）组成的填料塔中冷凝成液体，汇集到环形集液槽（8）中，经轻馏份出口（7）流出，物料中未蒸发的重组份在蒸馏器的底部汇集，由蒸馏残液出口（2）引出，从而完成一次蒸馏过程。

2021年6月24日，《旋流闪蒸布料-薄膜再沸式热管蒸馏器》获得第二十二届中国专利优秀奖。

卧式热虹吸再沸器是一种典型的水平放置的管壳式换热器，蒸馏塔内液体从再沸器壳侧底部进入，向上流过管柬，沸腾发生在换热管外表面，汽液混合物自上升管返回蒸馏塔内，如图2所示。

卧式热虹吸再沸器的流动形式类似于釜式再沸器，但其循环性能良好，汽化分率较低，使得工艺流体结垢的可能性更小。因为卧式热虹吸再沸器的循环量比较大，所以通过它的工艺流体，尤其是宽沸程混合物所需温升比釜式再沸器的低，因此卧式热虹吸再沸器的局部沸腾温差和传热速率较高。中等黏度的流体在卧式中的沸腾状态比在立式中要好，当流体黏度小于0.5cP时，可考虑采用立式热虹吸；但当黏度大于0.5cP时，则考虑采用卧式热虹吸再沸器。卧式热虹吸再沸器清洗方便，传热面积较大，但是占地面积也大而且造价也比较高，出口管线较长，压力降较大，不适于低压和真空操作工况以及结垢较严重的场合。

再沸器（又称为重沸器）常用于蒸馏塔底，对塔底流体加热使一部分物料汽化返回塔内，以提供分馏所需要的热量。因此，设计再沸器时，必须同蒸馏塔的特点和结构联系起来考虑。在石油化工厂中，再沸器多采用管壳式换热器。

再沸器按循环方式可分为自然循环（热虹吸）和强制循环两种；按物料可分为管内和管外蒸发两种；按结构可分釜式、立式、卧式及内置式四种；按蒸发（汽化）程度可分为一次通过型和循环型两种，此外还可按与塔的连接形式分类和按塔釜有无隔板分类。

常用的换热器设备系列有国家标准GB/T 28712.1—2012（浮头式冷凝器型式与基本参数），适用于卧式热虹吸再沸器；GB/T 28712.4—2012（立式热虹吸式重沸器型式与基本参数），适用于立式热虹吸再沸器；釜式再沸器和降膜蒸发器需要自行设计。

立式热虹吸再沸器加热介质走壳侧，工艺流体走管侧，在管内汽化，是自然循环的单元操作，其动力来自再沸器内流体与入口管线内流体的密度差，如图1所示。

立式热虹吸再沸器适用于低压和真空操作，由于流体循环速率高，传热系数比较大，物料在换热管内的停留时间短，不易结垢，管程容易清洗，常用于易结垢的工况，但是设计时需要留有较大的面积余量。结构和管线之间的连接比较紧凑，占地面积小，安装费用以及价格都比较低：汽液混合物在蒸馏塔内进行分离，省去再沸器的分离空间，分馏效果小于一块理论板。由于壳程难于清扫，不能用较脏的介质加热。再沸器要求的静压头比较大，需要塔的安装高度较高。单个设备的传热面积有一定限制。