專利名稱：靜態(tài)多功能分子蒸餾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及物質(zhì)分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種將液體中不同種類的分 子進(jìn)行有效分離的分子蒸餾設(shè)備，主要應(yīng)用于生物、化工及制藥等三大領(lǐng)域。
技術(shù)背景
分子蒸餾技術(shù)的發(fā)展至今己數(shù)十年，分子蒸餾的分離作用是利用液體分子 受熱會(huì)從液面逸出，而不同種類分子逸出后平均自由程不同的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。 分子蒸餾的核心技術(shù)是分子蒸餾裝置，早期階段為第一代靜止式分子蒸餾器， 中期階段為第二代離心式分子蒸餾器以及近期階段較廣泛使用的是第三代刮膜 式分子蒸餾器。刮膜式分子蒸餾器可以圖4所示為代表，其包括一個(gè)被抽真空 的容器，其外套有加熱套，其內(nèi)中間置有螺旋冷凝管，靠近容器內(nèi)壁還設(shè)有刮 膜器。工作時(shí)，物料被送入一隨馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的進(jìn)料器，通過進(jìn)料器上的排孔將物 料旋入容器內(nèi)壁面，物料受熱后輕質(zhì)組分分子逸出，行至冷凝管附近被冷凝而 沿冷凝管外壁流下至餾出物出口，而物料中未蒸出的組分沿容器內(nèi)壁下流至殘 餾液出口；在這個(gè)過程中，刮膜器也隨馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，其作用是用以維持蒸發(fā)面上 液膜的均勻性，同時(shí)使液膜表面不斷更新。
然而遺憾的是，這種目前最先進(jìn)的刮膜式分子蒸餾器使用中存在蒸餾周期 長、對(duì)一批物料需多次蒸餾、以及分離效率仍較低的問題，這與其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有 直接關(guān)聯(lián)，因此需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種設(shè)計(jì)簡單合理，同時(shí)能進(jìn)行單次蒸餾并縮 短蒸餾周期、提高分離效率的靜態(tài)多功能分子蒸餾器。
本實(shí)用新型一種靜態(tài)多功能分子蒸餾器，包括一抽真空的容器，該容器設(shè) 夾層，夾層中填充循環(huán)導(dǎo)熱油，容器內(nèi)中間位置設(shè)冷凝組件，容器上部裝設(shè)由 電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的進(jìn)料盤；所述冷凝組件為雙層直管套管結(jié)構(gòu)，中間為一根連通 冷媒裝置的內(nèi)管，內(nèi)管外套設(shè)外管，內(nèi)管出口端設(shè)一向上縮口的噴頭，噴頭縮 口端面上分布出液孔，外管頂端封閉，下端通過螺紋密封固定在容器底端面的 固定座上。
上述靜態(tài)多功能分子蒸餾器，容器底端面的固定座設(shè)有同心的不同大小的螺紋密封槽，所述外管與螺紋密封槽尺寸匹配并密切配合，在每級(jí)密封槽外的 容器底部設(shè)有餾出液排出通道。
所述進(jìn)料盤為盤狀圓槽，槽壁與槽底面呈銳角，且槽壁上設(shè)一個(gè)出液孔。 上述靜態(tài)多功能分子蒸餾器，容器夾層設(shè)雙進(jìn)油管和出油管形成上下左右 交叉循環(huán)加熱路線，其中夾層一側(cè)底部設(shè)進(jìn)油管，夾層另一側(cè)頂部設(shè)出油管， 夾層一側(cè)頂部設(shè)另一進(jìn)油管，夾層另一側(cè)底部設(shè)另一出油管。
采用以上設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型首先去除第三代刮膜式分子蒸餾器中的刮膜器， 保證了被分離了的組分不會(huì)被再次回旋；用直管柱形冷凝管代替螺旋冷凝管， 縮短了輕質(zhì)組分的行程，并確保被分離物料的原性不受破壞；進(jìn)料器僅設(shè)一個(gè) 出液孔，不僅簡化了加工工藝，還使容器內(nèi)的分離過程單一化；夾層循環(huán)導(dǎo)熱 油以雙進(jìn)油管和出油管形成上下左右交叉循環(huán)加熱路線，保證了對(duì)容器內(nèi)環(huán)境 加熱的均勻性；以上技術(shù)手段綜合應(yīng)用，不僅達(dá)到了優(yōu)異的分離效果，還大大 提高了分離效率，分離速度是刮膜式分子蒸餾器的三倍左右，可一次性完成脫 除低分子物質(zhì)、脫臭、脫出重分子物質(zhì)、脫色、及脫出混合物中雜質(zhì)的過程， 具高收率、髙效率分離的特點(diǎn)。


圖1為本實(shí)用新型靜態(tài)多功能分子蒸餾器結(jié)構(gòu)示意圖2為本實(shí)用新型靜態(tài)多功能分子蒸餾器工作時(shí)組分分離狀態(tài)示意圖3為本實(shí)用新型靜態(tài)多功能分子蒸餾器剖面結(jié)構(gòu)示意圖4為第三代刮膜式分子蒸餾器結(jié)構(gòu)以及工作時(shí)組分分離狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型是在第三代刮膜式分子蒸餾器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)。參見圖4 所示，刮膜式分子蒸餾器其最主要的特點(diǎn)一是使用刮膜器100， 二是使用螺旋狀 冷凝管200。
刮膜器100 —般是在盤狀進(jìn)料器400下面固設(shè)二或三根柱體，每根柱體上套 串多個(gè)旋轉(zhuǎn)滾輪101，在圓槽狀進(jìn)料器400旋轉(zhuǎn)時(shí)，如車輪在地面轉(zhuǎn)動(dòng)一樣滾輪 101也在容器300的內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)。
發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，刮膜器100在轉(zhuǎn)動(dòng)刮薄液面的同時(shí)，也干擾了液流 的正常行進(jìn)，滾輪101在旋轉(zhuǎn)慣性下，將容器內(nèi)壁面上的殘餾液組分(重質(zhì)組 分)也旋入了容器中間空間，而同時(shí)也將已從混合物料液面中逸出的輕質(zhì)組分 (餾出液組分)再次旋回容器內(nèi)壁面，影響了輕質(zhì)組分分子飛行自由程，導(dǎo)致了
4分離效果差、收率低，并進(jìn)而需要物料反復(fù)上機(jī)多次分離。
另一方面，螺旋狀冷凝管200被廣泛使用在第三代刮膜式分子蒸餾器中以 達(dá)到較好的冷凝效果。然而發(fā)明人卻發(fā)現(xiàn)，螺旋狀冷凝管200也加長了餾出液 組分的行程，在冷凝管外冷凝后的組分，要走太長的路程才從出口排出，蒸餾
周期太長(就一般試驗(yàn)室用小型分子蒸餾器而言，其螺旋狀冷凝管需要15 25 層，其直徑6 8公分，設(shè)想將其拉成直線，不難看出被分離開的輕組份餾出液 所走路程太遠(yuǎn))，而分離領(lǐng)域所期望的是分離后的組分能夠迅速排出，可見傳 統(tǒng)分子蒸餾器分離的工作效率較差，這不是人們需要的結(jié)果。
基于對(duì)現(xiàn)有第三代刮膜式分子蒸餾器存在問題的深入研究，發(fā)明人意欲對(duì) 其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，為此，發(fā)明人設(shè)計(jì)了以下靜態(tài)多功能分子蒸餾器。
參見圖1所示，分子蒸餾器主體為一個(gè)被抽真空的容器1，該容器1設(shè)夾層， 夾層中填充循環(huán)導(dǎo)熱油2，容器l內(nèi)中間位置設(shè)冷凝組件3，容器l上部裝設(shè)由 電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的進(jìn)料盤4。分子蒸餾器主體結(jié)構(gòu)以及配套的電機(jī)軸71、冷媒輸 送管72、抽真空管74等管路固定裝設(shè)在一個(gè)支架70上。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以看出， 本實(shí)用新型一個(gè)突出的特點(diǎn)是，去除第三代刮膜式分子蒸餾器中的刮膜器。
本實(shí)用新型第一實(shí)施例是改進(jìn)其中的冷凝組件
冷凝組件3為雙層直管套管結(jié)構(gòu)，中間為一根內(nèi)管31，內(nèi)管31外套設(shè)外管 32;內(nèi)管31從容器1底部伸出以連通冷媒輸送管72使冷凍液進(jìn)入內(nèi)管31中； 內(nèi)管31出口端設(shè)一向上縮口的噴頭33，噴頭縮口端面上分布出液孔，外管32 為頂端封閉的直管，其下端通過螺紋密封固定在容器1底端面的固定座15上， 外管32將內(nèi)管31和噴頭33封閉在其內(nèi)，內(nèi)管31中的冷凍液經(jīng)噴頭33進(jìn)入外 管32和內(nèi)管31的空隙并填滿。采用這種結(jié)構(gòu)的冷凝組件3，工作時(shí)容器1中從 物料液面逸出的輕質(zhì)組分分子行至中間，接觸外管32時(shí)被冷凝成液滴，并依靠 重力作用沿外管32筆直的外壁迅速下滑，至輕質(zhì)組分的餾出液出口 11被收集； 重質(zhì)組分沿容器1內(nèi)壁直接下滑至重質(zhì)組分出口 12流出。由于冷凝組件3為直 管式，餾出液組分在容器內(nèi)行程最短，利于將餾出液迅速排出，縮短了分離周 期；
在該實(shí)施例中，容器1底端面上的螺紋固定座15設(shè)有同心的不同大小的螺 紋密封槽，以螺接徑向尺寸不同的外管32，在每級(jí)密封槽外均設(shè)有餾出液排出 通道。參見圖3所示，T12為第一距離密封槽(第一槽)，T18為第一餾出輕 液組份排出通道；T14為第二距離密封槽(第二槽)，T19為第二餾出輕液組份排出通道；T16為第三距離密封槽(第三槽)，T20為第三餾出輕液組份排 出通道；……以此形成可調(diào)外管32與容器1內(nèi)壁距離的分子蒸餾器。
外管32的大小會(huì)影響容器1內(nèi)壁面與外管32之間的距離，也即餾出液組 分分子逸出液面后的移動(dòng)自由程，對(duì)于不同組分的物料，可以選擇適合的外管 32進(jìn)行組裝，如需分離自由程較短的組分，可選擇大尺寸的外管32;而對(duì)于分 離自由程較長的組分，可選擇尺寸較小的外管32。通過調(diào)整外管尺寸的方式， 可以實(shí)現(xiàn)組分移動(dòng)距離可調(diào)以適應(yīng)不同組分的分離。這是本實(shí)用新型另一特別 突出的優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型第二實(shí)施例，是在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，對(duì)進(jìn)料器進(jìn)行改良。 現(xiàn)有進(jìn)料器400為一平底圓槽，槽壁與槽底面呈90度角，槽壁上設(shè)有多個(gè)^孔 401。這種結(jié)構(gòu)的進(jìn)料器400在旋轉(zhuǎn)時(shí)，存在物料易于從槽口濺出的缺陷，并且， 排孔401過多，在旋轉(zhuǎn)時(shí)物料從孔中紛紛旋出進(jìn)入容器l，當(dāng)前一排孔401中物 料尚未在容器1中有效分離完成時(shí)，后一排孔401中的物料又進(jìn)入容器1，不僅 給料太厚造成物料堆積，還容易干擾前一排孔中已分離組分的移動(dòng)。為此，本 實(shí)用新型的進(jìn)料器4，參見圖l所示，首先，其槽壁與槽底面呈銳角(小于90 度)，使槽壁向內(nèi)傾斜，這樣，從外界進(jìn)料口 73流入進(jìn)料器4的物料，在進(jìn)料 器4隨電機(jī)71旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)濺出；另一方面，槽壁上僅設(shè)一個(gè)出液孔41，進(jìn)料器 4在每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期僅進(jìn)一次料，可保證每次加入的物料可在容器1內(nèi)完全分離后 才有下一物料進(jìn)入，消除了物料加入對(duì)分離效果的影響。
本實(shí)用新型第三實(shí)施例，是在第一或第二實(shí)施例基礎(chǔ)上，對(duì)容器1夾層中 循環(huán)導(dǎo)熱油2循環(huán)方式的改良。導(dǎo)熱油通常的循環(huán)方式為從夾層一側(cè)底部進(jìn)油 管13進(jìn)油，從夾層另一側(cè)頂部出油管14出油，通過導(dǎo)熱油2由下向上加熱容 器l。然而這種循環(huán)方式，往往使容器l的壁面被加熱不均。為此，本實(shí)用新型 另外增設(shè)一條循環(huán)路線，即在夾層一側(cè)頂部另設(shè)一進(jìn)油管13'，而在夾層另一 側(cè)底部增設(shè)一出油管14'。通過雙進(jìn)油管和出油管，使夾層中的導(dǎo)熱油2按兩 條循環(huán)路線流動(dòng)，上下左右交叉循環(huán)，達(dá)到對(duì)容器避免均勻加熱的目的。
以上為本實(shí)用新型靜態(tài)分子蒸餾器的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。本實(shí)用新型之所以被冠為靜 態(tài)蒸餾，最主要的原因在于該分子蒸餾器中去除了原有的刮膜器。無刮膜器的 分離，才能真正實(shí)現(xiàn)分離器空間始終保持無亂氣(液)流的靜態(tài)，使分離的組 分分子移動(dòng)時(shí)無阻礙，以達(dá)到順利移動(dòng)迅速冷凝的效果。 通過實(shí)驗(yàn)證明，本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)1、 采用本實(shí)用新型， 一般物料的分離(熱敏性物質(zhì))在使用一級(jí)蒸發(fā)(揮 發(fā)水份及溶劑)再進(jìn)一級(jí)蒸餾，即可一次性完成混合液輕重組份的徹底分開， 而不需采用多級(jí)蒸餾。而現(xiàn)有第一、二、三代分子蒸餾器的分離，進(jìn)入分子蒸 餾器的物料中所含的水份和溶劑必須《0. 1%，因此需配有專用去除水份和溶劑 的薄膜蒸發(fā)器，并且后續(xù)需二級(jí)、三級(jí)、或者四級(jí)蒸餾(簡稱多級(jí)蒸餾)；并 且，目前廣泛使用的第三代刮膜式分子蒸餾器多級(jí)蒸餾也難以做到所需輕組份 的一次完成分離，難免蒸餾完畢又再次上機(jī)重復(fù)蒸餾，這就帶來了耗時(shí)耗能的
現(xiàn)象出現(xiàn)。比如分離1000 kg的物料(其中已知含有90%的輕質(zhì)組分，重900 kg)， 使用三至四級(jí)第三代刮膜式分子蒸餾器需8小時(shí)完成蒸餾，餾出液輕質(zhì)組分理 論值應(yīng)是900 kg，殘餾液100kg，但8小時(shí)實(shí)際完成蒸餾出輕質(zhì)組分600 kg
700 kg，說明不能將輕質(zhì)組分完全分離；而使用本實(shí)用新型的靜態(tài)分子蒸餾器， 僅用2 3小時(shí)的時(shí)間，進(jìn)行一次操作，得到餾出液輕質(zhì)組分是890 kg 900 kg， 殘留液100kg ll()kg，說明一次蒸餾就可將輕質(zhì)組分分離出來，輕質(zhì)組分收率
可達(dá)98. 9% 100%。
2、 分離效率的提高可有效降低耗能。
3、 可根椐不同物料中物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別調(diào)節(jié)分離設(shè)備以適應(yīng) 不同需求。根據(jù)物料特性調(diào)整設(shè)備是目前分子蒸餾領(lǐng)域面臨的難以攻克的課題。 以往解決的方案是使用不同規(guī)格的分子蒸餾器，無疑要有非常大的資金投入。 本實(shí)用新型在一臺(tái)裝置中組合多種尺寸的外管即能調(diào)節(jié)熱壁與冷凝管之間的距 離(間距)從而適應(yīng)不同物料的分離需求。
4、本實(shí)用新型靜態(tài)多功能分子蒸餾器分離速度是刮膜式分子蒸餾器的三倍左右。
5、 真正實(shí)現(xiàn)靜態(tài)分離，保證逸出組分分子在運(yùn)動(dòng)過程中始終不受異常氣流 或液流的干擾，迅速完成分離。
6、 冷凝組件采用垂直圓柱型，當(dāng)物料進(jìn)入分離熱環(huán)境，熱敏性物質(zhì)輕分子 能快速移動(dòng)至冷凝柱，冷凝管并完全接收該組分分子，收率高達(dá)80 90% (而 刮膜式分子蒸餾器接收不完全，其重復(fù)上機(jī)分離時(shí)收率只達(dá)60 70%)。另一 方面，直管柱形冷凝管使分離組分沿冷凝管排出路徑短、時(shí)間少，只相當(dāng)于刮 膜式分子蒸餾器螺旋冷凝管的六分之一 五分之一，這樣能確保被分離物料的 原性不受破壞。還有，所采用垂直圓柱型冷凝管無死角，實(shí)現(xiàn)了無刮膜旋轉(zhuǎn)， 不會(huì)導(dǎo)致分離空間氣流紊亂，其重組份殘留不會(huì)混入到冷凝輕組份，輕、重組
7分各行其道而有序迅速排出。而刮膜式分子蒸餾器冷凝管存在不低于50%的死 角，易在輕組份其中混入重組份殘留一并排出。
7、本實(shí)用新型可使用不銹鋼制成。其中任何一個(gè)不銹鋼接口的管壁都可實(shí) 行加厚處理，對(duì)接的所有接頭處可開槽O. 3毫米置入防腐蝕密封墊，達(dá)到徹底 的密封，避免了現(xiàn)有分子蒸餾器接頭太多，經(jīng)常漏氣漏液的現(xiàn)象發(fā)生。
8、 其它部分如，動(dòng)力、真空泵、電機(jī)、冷凍機(jī)、冷凝器、導(dǎo)熱循環(huán)加熱器
等屬本實(shí)用新型的附助設(shè)備，都可來自各廠家進(jìn)行配套組裝，市場適應(yīng)性好。
9、 可一次性完成脫除低分子物質(zhì)、脫臭、脫出重分子物質(zhì)、脫色、及脫出
混合物中雜質(zhì)的過程，具高收率、高效率分離的特點(diǎn)。
權(quán)利要求1、一種靜態(tài)多功能分子蒸餾器，包括一抽真空的容器，該容器設(shè)夾層，夾層中填充循環(huán)導(dǎo)熱油，容器內(nèi)中間位置設(shè)冷凝組件，容器上部裝設(shè)由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的進(jìn)料盤；其特征在于，所述冷凝組件為雙層直管套管結(jié)構(gòu)，中間為一根連通冷媒裝置的內(nèi)管，內(nèi)管外套設(shè)外管，內(nèi)管出口端設(shè)一向上縮口的噴頭，噴頭縮口端面上分布出液孔，外管頂端封閉，下端通過螺紋密封固定在容器底端面的固定座上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述靜態(tài)多功能分子蒸餾器，其特征在于，容器底端面 的固定座設(shè)有同心的不同大小的螺紋密封槽，所述外管與螺紋密封槽尺寸匹配 并密切配合，在每級(jí)密封槽外的容器底部設(shè)有餾出液排出通道。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述靜態(tài)多功能分子蒸餾器，其特征在于，所述進(jìn) 料盤為盤狀圓槽，槽壁與槽底面呈銳角，且槽壁上設(shè)一個(gè)出液孔。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述靜態(tài)多功能分子蒸餾器，其特征在于，容器夾 層設(shè)雙進(jìn)油管和出油管形成上下左右交叉循環(huán)加熱路線，其中夾層一側(cè)底部設(shè) 進(jìn)油管，夾層另一側(cè)頂部設(shè)出油管，夾層一側(cè)頂部設(shè)另一進(jìn)油管，夾層另一側(cè) 底部設(shè)另一出油管。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述靜態(tài)多功能分子蒸餾器，其特征在于，容器夾層設(shè)雙進(jìn)油管和出油管形成上下左右交叉循環(huán)加熱路線，其中夾層一側(cè)底部設(shè)進(jìn)油 管，夾層另一側(cè)頂部設(shè)出油管，夾層一側(cè)頂部設(shè)另一進(jìn)油管，夾層另一側(cè)底部 設(shè)另一出油管。
專利摘要一種靜態(tài)多功能分子蒸餾器，包括一抽真空的容器，容器夾層中填充循環(huán)導(dǎo)熱油，容器內(nèi)中間位置設(shè)冷凝組件，容器上部裝設(shè)由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的進(jìn)料盤；其中所述冷凝組件為雙層直管套管結(jié)構(gòu)，中間為一根連通冷媒裝置的內(nèi)管，內(nèi)管外套設(shè)外管，內(nèi)管出口端設(shè)一向上縮口的噴頭，噴頭縮口端面上分布出液孔，外管頂端封閉，下端通過螺紋密封固定在容器底端面的固定座上；進(jìn)料器為盤狀圓槽，槽壁與槽底面呈銳角，且槽壁上設(shè)一個(gè)出液孔；容器夾層設(shè)雙進(jìn)油管和出油管形成上下左右交叉循環(huán)加熱路線。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)簡單合理，同時(shí)能進(jìn)行單次蒸餾并縮短蒸餾周期、提高分離效率，用于生物、化工及制藥等領(lǐng)域中輕、重組分的分離。
文檔編號(hào)B01D3/12GK201286990SQ200820125929
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者君 周, 周培聰, 麗 孫, 徐亞輝, 杜蘇鵬, 陳志成 申請(qǐng)人:楊昌燕;任書偉