專利名稱：在線高效防掛壁三相流蒸發(fā)濃縮裝置與操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蒸發(fā)濃縮技術(shù)，特別涉及一種在線高效防掛壁三相流蒸發(fā)濃縮裝置與操作方法。
背景技術(shù)：
蒸發(fā)濃縮操作是在目前技術(shù)條件下，中藥制藥、奶業(yè)、茶(或飲料)業(yè)、食品等領(lǐng)域中不可缺的單元操作，也是這些廠耗時(shí)、耗能、廢液排放較多、產(chǎn)品質(zhì)量難以保持穩(wěn)定的一個(gè)環(huán)節(jié)。尤其是在中藥制藥過(guò)程中，目前該操作單元普遍存在的問(wèn)題是待濃縮的浸取液在蒸發(fā)濃縮器加熱管壁面上存在著不同程度的結(jié)垢現(xiàn)象，也稱作掛壁現(xiàn)象。掛壁現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)帶來(lái)如下一些問(wèn)題(1)會(huì)使蒸發(fā)濃縮器換熱速率降低，蒸發(fā)量降低，甚至?xí)霈F(xiàn)局部過(guò)熱，這會(huì)對(duì)有些中藥品種的藥效和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性產(chǎn)生影響；(2)在目前批量生產(chǎn)的情況下，為了消除掛壁，不得不增加洗罐時(shí)間和次數(shù)從而增加蒸汽和水與燒堿溶液等消耗量，造成工時(shí)、物耗和能耗的增加，導(dǎo)致生產(chǎn)率降低，并加重環(huán)境污染，也難以滿足未來(lái)中藥的大批量、連續(xù)化生產(chǎn)之需要。
對(duì)于掛壁現(xiàn)象目前還沒(méi)有比較滿意的解決辦法，雖有一些生產(chǎn)廠家考慮采用諸如選取刮板薄膜蒸發(fā)器等措施來(lái)解決掛壁問(wèn)題，但是，這些措施不能消除掛壁現(xiàn)象，而且刮板薄膜蒸發(fā)器具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)力消耗大、傳熱面積小等缺點(diǎn)。
以前我們研究的發(fā)明專利96120008.1具有強(qiáng)化傳熱、防結(jié)垢性能的沸騰蒸發(fā)裝置與操作方法部分解決了一些物系沸騰蒸發(fā)過(guò)程中的傳熱強(qiáng)化和防結(jié)垢問(wèn)題，但是原發(fā)明在裝置構(gòu)成上受到一定的限制。具體體現(xiàn)在(1)原發(fā)明的裝置是用泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)。泵的存在具有許多不足之處①增加了裝置系統(tǒng)的能量消耗；②造成固體顆粒較大程度的磨損；③由于受泵作用的流體的沖擊作用，對(duì)待蒸發(fā)溶液中晶體的成長(zhǎng)也非常不利，使產(chǎn)生的晶體數(shù)量大而粒度小，從而使晶體的最終分離比較困難，晶體的形貌也受到一定程度的破壞；④泵的存在使裝置系統(tǒng)復(fù)雜化，在一些場(chǎng)合，用泵進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)是不方便的、不必要的或是不可能的。因此，不用循環(huán)泵的自然循環(huán)操作在有些場(chǎng)合是最佳選擇。
(2)原發(fā)明的技術(shù)特征之一是提供了有兩個(gè)離心分離器的蒸發(fā)裝置，使系統(tǒng)復(fù)雜且難以操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠適用于中藥浸取液類特殊物系的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)能型在線高效防掛壁三相流蒸發(fā)濃縮裝置與操作方法。
在汽液兩相流蒸發(fā)濃縮器內(nèi)加入一種生理惰性固體顆粒，形成汽液固三相自然循環(huán)流化床，依靠處于流化狀態(tài)的固體顆粒的不斷干擾蒸發(fā)濃縮器加熱管內(nèi)的流動(dòng)邊界層，防止掛壁現(xiàn)象的發(fā)生，并強(qiáng)化蒸發(fā)濃縮過(guò)程。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的它是包括蒸發(fā)濃縮器系統(tǒng)和真空系統(tǒng)；由加熱器、上管箱、下管箱、分離室、循環(huán)管、出料裝置及它們之間的連接管構(gòu)成蒸發(fā)濃縮器；由冷凝器、真空泵、緩沖罐、接收罐及它們之間的連接管構(gòu)成真空系統(tǒng)；其特征為本系統(tǒng)不需外加循環(huán)泵，加熱器頂部出口經(jīng)過(guò)上管箱及連接管與分離室的一個(gè)入口相連，分離室上部有一出口與蒸汽冷凝器相連，冷凝器有一出口與冷凝液接收罐相連，接收罐上部有一出口與真空緩沖罐相連，而真空緩沖罐上部有一出口與真空泵相連，分離室下部出口通過(guò)循環(huán)管、連接管及下管箱與加熱器相連；在該循環(huán)管路上有一出料裝置。
為了保證高比重、高粘度的濃縮浸膏能夠與生理惰性固體顆粒有效分離，象中藥浸取液這類工質(zhì)，含有較多的粘稠類成分，隨著濃縮的進(jìn)行，含有生理惰性固體顆粒的濃縮液的比重增加，粘度增大，因此，設(shè)置了格柵式放料裝置，使顆粒被格柵截留在裝置內(nèi)，而浸膏通過(guò)格柵流出系統(tǒng)。
本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)不是強(qiáng)制循環(huán)結(jié)構(gòu)，而是特意設(shè)計(jì)的自然循環(huán)蒸發(fā)濃縮裝置系統(tǒng)。自然循環(huán)蒸發(fā)過(guò)程的推動(dòng)力來(lái)自于加熱器加熱管內(nèi)的汽液混和物和循環(huán)管內(nèi)的液固混和物的密度差，阻力來(lái)自于整個(gè)蒸發(fā)濃縮器系統(tǒng)的阻力損失，當(dāng)推動(dòng)力與阻力相等時(shí)，形成穩(wěn)定的自然循環(huán)蒸發(fā)過(guò)程。為了能夠?qū)崿F(xiàn)正常的自然循環(huán)，在加熱器和分離室之間的管路連接方面，充分考慮了汽液固三相流動(dòng)的特點(diǎn)，同時(shí)考慮了固體顆粒在加熱器內(nèi)管束中的均勻分布問(wèn)題，將處于加熱器與連接管之間的上下管箱設(shè)計(jì)成漸變形狀。
考慮到中藥作為一種特殊商品，其質(zhì)量關(guān)系到人們的用藥安全和生命健康問(wèn)題，因此，固體顆粒的選取首要考慮的因素是無(wú)毒、無(wú)害，因此，顆粒材質(zhì)的選用需強(qiáng)調(diào)生理惰性特征。所謂生理惰性物質(zhì)是指與人體或動(dòng)物體接觸后對(duì)皮膚或其它體組織不產(chǎn)生刺激或致敏作用，人或動(dòng)物食用后無(wú)毒無(wú)害且無(wú)不良反應(yīng)的材料。本發(fā)明選用聚酰胺類、氟塑料類等無(wú)毒無(wú)害生理惰性高分子材料，優(yōu)選聚乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醋酸脂、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙稀酸脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚芳脂、聚苯硫醚、聚醚砜、聚乳酸、氟30、氟40、聚碳酸脂等。生理惰性固體顆粒形狀可為柱體、球體、環(huán)型，直徑為0.4-20mm，加入量為蒸發(fā)濃縮器體積的0.5-35.0％。
生理惰性固體顆粒用量的計(jì)算方法可以借助于CCD圖像處理技術(shù)，通過(guò)可視化研究三相流動(dòng)中固體顆粒的分布規(guī)律得到，采用局部含率計(jì)算方法。
本發(fā)明可以減少清洗液用量及廢液排放量，保護(hù)環(huán)境；節(jié)能、節(jié)約工時(shí)、減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度；增加蒸發(fā)能力；操作穩(wěn)定，并能降低濃縮設(shè)備加熱管壁面溫度，這有利于保證濃縮液質(zhì)量的穩(wěn)定；易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化。本發(fā)明的裝置與操作方法不僅適用于中藥制藥，而且也可用于奶業(yè)、茶、食品等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)在線強(qiáng)化蒸發(fā)濃縮過(guò)程，防止掛壁現(xiàn)象的發(fā)生。


圖1本發(fā)明裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明裝置及操作方法作較為詳細(xì)的介紹。
待蒸發(fā)濃縮的料液及生理惰性固體顆粒進(jìn)入加熱器1中的加熱管內(nèi)，便在自然循環(huán)推動(dòng)力的作用下，形成汽液固三相自然循環(huán)流，依靠處于流化狀態(tài)的固體顆粒的不斷干擾蒸發(fā)濃縮器加熱管內(nèi)的流動(dòng)邊界層，從而實(shí)現(xiàn)在線強(qiáng)化蒸發(fā)濃縮過(guò)程，并消除壁面垢層，防止掛壁現(xiàn)象的發(fā)生。由于沒(méi)有掛壁現(xiàn)象，可以減少清洗液用量及廢液排放量，保護(hù)環(huán)境；由于操作穩(wěn)定，并可降低濃縮設(shè)備加熱管壁面溫度，有利于保證濃縮液質(zhì)量的穩(wěn)定；便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化生產(chǎn)。由加熱器1流出的三相流經(jīng)上管箱10、連接管2進(jìn)入分離室3后，生理惰性固體顆粒和液體與二次蒸汽分離，并從分離室3下部出口流出，經(jīng)過(guò)循環(huán)管11、連接管2、下管箱9重新進(jìn)入加熱器1再進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。而二次蒸汽經(jīng)分離室3上部出口流出，進(jìn)入冷凝器4冷凝為液體，冷凝液經(jīng)接收罐7計(jì)量后或排出系統(tǒng)，或回收循環(huán)使用。為了使料液在較低溫度下操作及實(shí)現(xiàn)方便進(jìn)料，采用真空操作。接收罐7有一出口與真空緩沖罐6連接，而真空緩沖罐有一出口與真空泵5相連。當(dāng)濃縮液的比重等參數(shù)達(dá)到工藝規(guī)定要求時(shí)，通過(guò)出料裝置8放料。為了保證高比重、高粘度的濃縮浸膏能夠與生理惰性固體顆粒有效分離，設(shè)置了格柵式放料裝置8，使顆粒被格柵截留在裝置內(nèi)，而浸膏通過(guò)格柵流出系統(tǒng)。由于中藥浸取液類工質(zhì)不存在晶體的長(zhǎng)大及析出問(wèn)題，因此，系統(tǒng)在裝置結(jié)構(gòu)上采用一個(gè)分離室3。
本發(fā)明裝置與現(xiàn)有的蒸發(fā)濃縮器相比，總傳熱系數(shù)提高0.50倍，蒸發(fā)濃縮器蒸發(fā)強(qiáng)度提高0.63倍，裝置可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，不需停車清洗垢層。
權(quán)利要求
1.一種在線高效防掛壁三相流蒸發(fā)濃縮裝置與操作方法，包括蒸發(fā)濃縮器系統(tǒng)和真空系統(tǒng)；由加熱器、上管箱、下管箱、分離室、循環(huán)管、出料裝置及它們之間的連接管構(gòu)成蒸發(fā)濃縮器；由冷凝器、真空泵、緩沖罐、接收罐及它們之間的連接管構(gòu)成真空系統(tǒng)；其特征為本系統(tǒng)不需外加循環(huán)泵，，加熱器頂部出口經(jīng)過(guò)上管箱及連接管與分離室的一個(gè)入口相連，分離室上部有一出口與蒸汽冷凝器相連，冷凝器有一出口與冷凝液接收罐相連，接收罐上部有一出口與真空緩沖罐相連，而真空緩沖罐上部有一出口與真空泵相連，分離室下部出口通過(guò)循環(huán)管、連接管及下管箱與加熱器相連；在該循環(huán)管路上有一出料裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種在線高效防掛壁三相流蒸發(fā)濃縮裝置與操作方法，其特征是所述的出料裝置為格柵式放料裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的一種在線高效防掛壁三相流蒸發(fā)濃縮裝置與操作方法，其特征是所述的上下管箱為漸變形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的一種在線高效防掛壁三相流蒸發(fā)濃縮裝置與操作方法，其特征是所述的系統(tǒng)采用一個(gè)分離室。
5.如權(quán)利要求1所述的一種在線高效防掛壁三相流蒸發(fā)濃縮裝置與操作方法，其特征是固相的生理惰性固體顆粒形狀可為柱體、球體、環(huán)型，直徑為0.4-20mm，加入量為蒸發(fā)濃縮器體積的0.5-35.0％。
6.如權(quán)利要求1或5所述的一種在線高效防掛壁三相流蒸發(fā)濃縮裝置與操作方法，其特征是固體顆粒為無(wú)毒無(wú)害生理惰性物質(zhì)。
7.如權(quán)利要求6所述的一種在線高效防掛壁三相流蒸發(fā)濃縮裝置與操作方法，其特征是生理惰性固體顆粒優(yōu)選聚乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醋酸脂、聚丙烯、聚氯乙烯、聚丙稀酸脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚芳脂、聚苯硫醚、聚醚砜、聚乳酸、氟30、氟40、聚碳酸脂等。
全文摘要
本發(fā)明涉及特別涉及一種在線高效防掛壁三相流蒸發(fā)濃縮裝置與操作方法。在汽液兩相流蒸發(fā)濃縮器內(nèi)加入一種生理惰性固體顆粒，形成汽液固三相自然循環(huán)流化床，依靠處于流化狀態(tài)的固體顆粒的不斷干擾蒸發(fā)濃縮器加熱管內(nèi)的流動(dòng)邊界層，防止掛壁現(xiàn)象的發(fā)生。加熱器頂部出口經(jīng)過(guò)上管箱及連接管與分離室的一個(gè)入口相連，分離室上部有一出口與蒸汽冷凝器相連，冷凝器有一出口與冷凝液接收罐相連，接收罐上部有一出口與真空緩沖罐相連，而真空緩沖罐上部有一出口與真空泵相連，分離室下部出口通過(guò)循環(huán)管、連接管及下管箱與加熱器相連；在該循環(huán)管路上有一出料裝置。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在線強(qiáng)化蒸發(fā)濃縮過(guò)程和防掛壁?？捎糜谥兴幗∫?、牛奶、茶等的蒸發(fā)濃縮。
文檔編號(hào)B01D1/00GK1413756SQ0213113
公開(kāi)日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2002年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月11日
發(fā)明者劉明言, 李修倫, 林瑞泰, 梁文才 申請(qǐng)人:天津大學(xué)