CN105056556B - 一种料液浓缩装置及其料液蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液蒸发装置和其采用的料液蒸发器，包括用于料液加热的加热器、蒸发室和用于使所述蒸发室产生负压环境的真空泵；所述加热器和所述蒸发室间具有将料液从所述加热器输送至所述蒸发室的第一管路和使得料液从所述蒸发室回流至所述加热器的第二管路；所述第一管路连接所述蒸发室的一端为使料液在所述蒸发器侧壁内侧形涡流的螺旋段。在第一管路上设置螺旋段，使得经过螺旋段后进入到蒸发室的料液能够在蒸发室侧壁上形成螺旋向下运动的涡流，增加了进入蒸发室的料液的蒸发比表面积，提高了蒸发效率。

Description

一种料液浓缩装置及其料液蒸发器

技术领域

本发明涉及药液浓缩技术领域，特别涉及一种料液浓缩装置及其料液蒸发器。

背景技术

在制药、化工等技术领域，为实现有效物质的提纯浓缩，一般需采用料液浓缩装置进行浓缩提纯处理。药液浓缩装置一般采用加热器对低浓度料液进行加热，利用生膜技术在加热器中产生泡沫混合体并通过管道将泡沫混合体输送到蒸发室中，在负压条件下使得药液快速蒸发。

现有的生产设备中，加热器和蒸发室之间通过较短的直通管路导通，生膜产生的泡沫混合体直接进入到蒸发器并快速跌落到蒸发器底部回流至换热器，无法有效的增加蒸发面积，降低了蒸发效率，增加能源消耗。

发明内容

为提高现有的料液浓缩装置的浓缩效率、降低能量消耗，本发明提供了一种料液蒸发器；另本发明还提供了一种采用前述料液蒸发器的料液浓缩装置。

本发明提供一种料液蒸发器，包括用于料液加热的加热器、蒸发室和用于使所述蒸发室产生负压环境的真空泵；所述加热器和所述蒸发室间具有将料液从所述加热器输送至所述蒸发室的第一管路和使得料液从所述蒸发室回流至所述加热器的第二管路；所述第一管路连接所述蒸发室的一端为使料液在所述蒸发器侧壁内侧形成涡流的螺旋段。

在第一管路上设置螺旋段，使得经过螺旋段后进入到蒸发室的料液能够在蒸发室侧壁上形成螺旋向下运动的涡流，增加了进入蒸发室的料液的蒸发比表面积，提高了蒸发效率。

可选的，所述第一管路与所述加热器连接端为直线段；所述直线段和所述螺旋段密封导通。

在第一管路上设置直线段，方便螺旋段和加热器的连接。

可选的，所述第一管路的截面为矩形。

可选的，所述第二管路还具有用于推动料液流动的助力循环装置。

设置助力循环装置，可较好的实现料液在加热器中的生膜，也提高了料液的流速，在增加形成涡流螺旋数量的同时，增加了料液的循环速度；同时还可减少料液中的溶质贴附于加热器侧壁而碳化影响料液颜色和品质的问题。

可选的，所述料液蒸发器还具有泡沫分离器；所述泡沫分离器安装于所述蒸发室的上侧。

设置泡沫分离器，可使在蒸发室中产生的泡沫破碎形成料液液体回流至蒸发室、防止进入到后续设备提高料液的使用效率。

本发明还提供了一种料液浓缩装置，具有至少一级如前所述的料液蒸发器。

可选的，所述料液浓缩装置具有两级或多级所述料液蒸发器；前一级所述料液蒸发器的所述蒸发室与后一级所述料液蒸发器的所述加热器的加热输入管路导通。

料液浓缩装置设置两级或两级以上的料液蒸发器，可充分使用前一级蒸发室料液蒸发产生的蒸汽作为后一级加热热源，减少整个料液浓缩装置的热量输入，进而减少能量消耗。

可选的，所述料液浓缩装置还具有搅拌蒸发器；所述搅拌蒸发器具有搅拌器、与所述搅拌器循环导通的搅拌蒸发室和用于使所述搅拌蒸发室产生负压环境的第二真空泵；所述搅拌器与最后一级所述料液蒸发器底部导通。

设置搅拌蒸发器，将流动性较差、不能通过料液蒸发器蒸发溶剂的料液搅拌循环流动，在搅拌蒸发室的负压环境蒸发，可进一步提高料液的浓缩程度，适应某些特殊要求。

可选的，所述料液浓缩装置还包括冷却组件；所述冷却组件与最后一级的所述料液蒸发器的所述蒸发室导通和/或与所述搅拌蒸发室导通。

设置冷却组件将料液蒸发其或料液搅拌器中的热量回收，减少热量排放，提高能源利用效率的同时也减少了热污染和其他污染。

可选的，所述冷却组件包括第一冷却器、第二冷却器和第一气液分离器；所述第一冷却器和最后一级的所述料液蒸发器的所述蒸发室导通和/或与所述搅拌蒸发室导通；所述第一冷却器和所述第二冷却器通过所述第一气液分离器导通。

附图说明

图1为本发明料液浓缩装置示意图

图2为图1中A-A面示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明中的料液浓缩装置，通过加热和负压真空的共同作用共同促进低浓度料液中溶剂的蒸发，实现料液的浓缩提纯。

图1为本发明料液浓缩装置示意图，从图中可看出其具有料液蒸发器和与料液蒸发器串联连接的冷却组件。其中料液蒸发器实现料液的浓缩提纯，冷却组件实现后续热量的回收利用(冷却组件并不是实现料液浓缩功能)。

具体来说，料液蒸发器包括加热器1、蒸发室2和使蒸发室2产生负压环境的真空泵。加热器1用于对灌注在其中的料液进行加热，提高料液的温度，并通过加热使得溶剂挥发产生的气泡带动周围的溶液膨胀生膜。蒸发室2是一密封罐体结构，体积较大，在真空泵负压作用下，蒸发室2形成低于大气压压强的负压环境；根据液体的挥发和气压成反比的关系，负压环境利于料液的蒸发。

在加热器1和蒸发室2之间具有两个连通管路，分别为位于上侧的、用于将料液从加热器1输送到蒸发室2的第一管路3和位于下侧的、使蒸发室2中料液回流至加热器1的第二管路4。料液在加热器1、第一管路3、蒸发室2和第二管路4之间循环并挥发溶剂、溶质浓度逐渐增加。

传统的料液蒸发器，连接加热器1和蒸发室2的管路为较短的直线管路，生膜产生的泡沫料液经过较短的直线管路快速进入到蒸发室2并在重力作用下快速下落、沉积在蒸发室2底部。这样，料液并没有足够的表面积在负压环境中蒸发，需要较长的循环时间和较多的热量消耗才能达到一定的浓度值。

为提高料液的蒸发效率，可通过增加料液蒸发的比表面积的方法提高蒸发效率。为此，本发明将第一管路3的末端，也就是第一管路3导通蒸发室2的部分设置为螺旋段31。采用这一结构，从加热器1中生膜产生的气液混合料液在螺旋段31产生了旋转，在螺旋段31的末端切入到蒸发室2的内部，沿蒸发室2表面形成旋转的涡流，而不是如传统结构的直接坠落方式下落，提高了料液蒸发的比表面积，也就是提高了单位体积料液的蒸发面积，加大了料液的蒸发速度。

图2为图1中A-A面示意图，其截取了蒸发室2和第一管路3的连接部分的水平截面，可看出图中第一管路3的螺旋段31为末端与蒸发室2侧壁相切半圆。可想到，螺旋末端延伸方向与蒸发室2的表面相切并不是代表二者完全相切，理想条件下螺旋段31的外延可相切于蒸发室2的侧壁，而其他位置的螺旋段31并不能相切于蒸发室2。应当注意，图2中螺旋段31为半圆只是一种特殊情况，也可为其他角度或特性的螺旋段31。

从图2中还可看出，蒸发室2可以为截面为圆形的蒸发室2，也就是整个蒸发室2主体(排除两端连接、密封部分)可为圆柱结构；当然，其截面也可为其他外凸的多边形结构，并不妨碍涡流螺旋的形成；但可以想到，在相同的截面积和体积前提下，其他多边形结构相对于圆柱结构的蒸发室2的蒸发效率要小些。

另需要注意，本发明的加热器1可以采用传统技术中使用的蒸汽加热或高压热水加热，也可采用其他领域使用的电加热等方式，只要实现提高料液温度并生膜即可。但考虑采用高温蒸汽或高压热水加热方式能够较为稳定地维持加热温度、减少加热过程中温度波动对料液的影响，优选为蒸汽加热或高压热水加热方式。此外，从加热器1的结构考虑，其可以为管式加热器1，也可为板式加热器1，但应当保证在加热器1中能够较好的生膜，防止因加热器1空间较小而使气泡快速破碎、降低生膜效率。

从力学角度分析，为形成涡流，从第一管路3螺旋段31进入到蒸发室2中的料液应当具有一定的速度，且速度越大越好；而单单经过螺旋段31可能并不能使得料液速度足够大。

为增加料液的循环流动速率，本发明在第二管路4中设置了推动料液流动的助力循环装置5，通过助力循环装置5的作用，增加料液的生膜效率和循环速率的同时，也提高了进入蒸发室2料液速度，使得形成的螺旋数量增加，提高了蒸发比表面积。另可想到，由于助力循环装置5的推动作用增加了料液的流动，还可防止在加热器1的换热壁上贴附黏度较大的料液溶质而降低换热效率以及防止溶质在加热器1换热壁侧高温碳化而影响浓缩液颜色、品质。助力循环装置5可以为较为常见的离心泵、轴流泵或混流泵。当然，也可不设置助力循环装置5，仅采用加热器1加热产生的生膜作用推动料液的流动循环。

还可想到，由于第一管路3和蒸发室2导通而处在负压状态下，从加热器1流出的气液混合料液在第一管路3中即可实现溶剂蒸发。为增加在第一管路3中的蒸发率，可将第一管路3设置为矩形管路，增加气液分离面的面积；当然，其他类型的截面如传统的圆形管道也可实现前述料液在第一管路中的蒸发，但蒸发效果可能不如矩形管路。

本发明中的料液浓缩装置可设置多级以上所说的料液蒸发器。多级料液蒸发器串联连接，实现料液的逐级浓缩，充分利用热量；当然，根据实际需求也可仅采用一级料液蒸发器。在图1中的料液浓缩装置就是采用了两级料液蒸发器。图1中的料液浓缩装置采用了水作为料液介质，其中位于前侧的料液蒸发器为第一蒸发器，位于后侧的料液蒸发器为第二蒸发器，第一料液蒸发器的蒸发室2和第二料液蒸发器的加热器1的加热输入管路导通，也就是从第一料液蒸发器排除的蒸汽作为第二料液蒸发器的热源，经第二料液蒸发器的加热器1传递至位于第二料液蒸发器中的料液。当然，在第一级蒸发室热量不能达到工作要求时，也可引入外界蒸汽至后一级加热器。

第二料液蒸发器的料液是由第一料液蒸发器蒸发部分溶剂得到。为将第一料液蒸发器的料液转送至第二料液蒸发器，二者在底部区域设置连通管路，连通管路上设置有控制是否导通的阀门。此外，在第一料液蒸发器前端还具有平衡罐和输送泵和相应的阀门，用于存储前序生产工序生产的低浓度料液，并根据第一料液蒸发器的液位情况和浓缩情况向第一料液蒸发器泵送新料液。以上阀门可均采用电磁阀，通过协同控制各个电磁阀的开闭，实现不同浓度料液的输送。从图1中管路还可看出，各个料液蒸发器中的助力循环装置5也可作为向后一级蒸发器输送料液的动力源。

图1不仅表示出了本发明的料液浓缩装置的核心部分，还将其配套热源供应管路显示出来。对应的蒸汽供应管路直接向第一料液蒸发器中的加热器1提供饱和蒸汽，回流管路回流剩余蒸汽和凝结水；由第一料液蒸发器中蒸发室2上部排除的高温蒸汽经管路供传输至第二料液蒸发器的加热器1进口给第二料液蒸发器中的料液加热，并经过回流管路回流至热源供应管路的回流管路。此外，在蒸汽供应管路和回流管路中设置了蒸汽疏水阀装置，自动排出加热设备和管路中的蒸汽凝结水和不凝气体。

以上所说的料液浓缩装置采用了水作为料液溶剂，因此可以直接将前一级蒸发室2的蒸汽导通至后一级加热器1。如采用其他介质如乙醇、酮类作为溶剂，为实现这一类溶剂的回收利用、减少污染，则不能如上述的连接方法设置，而是设置完全独立的热源供应管路和料液管路，不能实现二者的交叉连通，也就不能将前一级产生的蒸汽作为后一级加热器的热源，相应的前一级蒸发室2和后一级加热器连通管路中的阀门需要关闭。

同时，还应注意，由于部分料液在前一级蒸发室2中会膨胀为泡沫，泡沫中含有大量的料液溶质，直接通过管路导通至后一级料液蒸发器的加热器1会造成有效物质的大量浪费。为此，如图1，在前一级蒸发室2的上侧还设置有泡沫分离器6，利用泡沫分离器6将携带有效物质的泡沫破碎成料液液体并使料液液体回流至蒸发室2，而仅使得蒸汽通过管路传输到后一级的加热器1。作为一种可能情况，如工艺参数或料液特性不会在蒸发室2中形成大量泡沫，也可不设置泡沫分离器6。

以上对料液浓缩装置的核心部分做分析，附图1中的料液浓缩装置采用了多级料液蒸发器，应当注意，根据应用需求，也可仅设置一级料液蒸发器。

针对某些领域，虽然料液浓度已经很高，但仍不能满足其使用要求(如中药行业中常见的中药颗粒或山楂丸等)，需要进一步浓缩。而由于浓度很高，采用前述的料液蒸发器并不能生膜、料液流动性也很差。为此，本发明的料液浓缩装置针对这一应用情况还设置了搅拌蒸发器8。

搅拌蒸发器8具有搅拌器81、与搅拌器81循环导通的搅拌挥发室82和用于使搅拌挥发室82产生负压环境的真空泵。真空泵可采用前面料液蒸发器使用的真空泵，也可为单独设置的真空泵。

搅拌蒸发器8通过管路与最后一级的料液蒸发器连接。最后一级料液蒸发器中达到一定浓度的料液输送至搅拌蒸发器8的搅拌器81后，利用搅拌器81搅拌并输送至搅拌挥发室82，在负压环境下实现料液中的溶剂蒸发；待整个搅拌蒸发器8中料液浓度达标后，就可排出达标的浓缩料液。为提高搅拌蒸发器8料液流动效率，也可在管路中设置相应的加压泵。

当然，如没有进一步浓缩料液的需求，也可不设置搅拌蒸发器8，仅采用料液蒸发器。

为实现能量的回收利用，图1中的料液浓缩装置还设置了冷却组件7。在使用搅拌蒸发器8的情况下，冷却组件7可设置在搅拌蒸发器8的搅拌挥发室82和最后一级料液蒸发器的蒸发室2排气口处，将搅拌蒸发器8和料液最后一级料液蒸发器排除的蒸汽中的热量回收；相对于冷却组件7，搅拌蒸发器8和最后一级料液蒸发器最好为并列设置。如不设置搅拌蒸发器8，可直接将冷却组件7设置在最后一级料液蒸发器的蒸发室2的排气口处。从蒸发浓缩的功能角度考虑，冷却组件7并不是实现这一功能的必备部件，如整个浓缩装置最后向外排出的热量很少，也可不设置冷却组件7。

冷却组件7可仅为仅具有一级冷却器、也可设置二级或多级冷却器。图1中的冷却组件7采用二级冷却器，包括第一冷却器71、第二冷却器72、第一气液分离器73、第二气液分离器74和第三气液分离器75。第一气液分离器73将经第一冷却器71和第二冷却器72冷却产生的冷凝水收集排出，将第一冷却器71没有冷却的气体传送至第二冷却器72；第三气液分离器75设置在第二冷却器72上侧、将经过第二冷却器72的不凝气体排出；第二气液分离器74则将从最后一级料液蒸发器的蒸发室2排出的冷凝水收集并传送至第一气液分离器73排出。当然，也可不设置第二气液分离器74、第三气液分离器75，直接采用第一气液分离器73分离水气。

冷却组件7中的冷却器可以采用水冷方式，也可采用其他高性能冷媒制冷方式。特别是针对采用乙醇等溶剂的料液浓缩装置，冷却组件7最好采用高性能冷媒制冷、提高乙醇的回收效率。可以想到，如采用乙醇等作为溶剂，则每一级料液蒸发器的蒸发室均应当直接连接后续的冷却组件7。

本发明一种实施例中，采用以上所述的各个部件制作的一种大体结构如图1所述的料液浓缩装置，在需要实现特定时间导通、特定时间断开的管路处设置了电磁阀，通过中控机协同控制各个电磁阀的工作。料液经平衡灌输送至第一料液蒸发器后一个小时后开始持续不断地产出符合工艺要求浓度的浓缩料液。在其他工艺条件不变的情况下，这一料液浓缩装置性能是原设备的1.5倍，而能耗仅为原设备的25％。

以上对本发明实施例中的料液浓缩装置及其料液蒸发器进行了详细介绍。本文应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明原理的情况下，还可对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种料液浓缩装置，其特征在于：具有至少一级料液蒸发器，所述料液蒸发器，包括用于料液加热的加热器(1)、蒸发室(2)和用于使所述蒸发室(2)产生负压环境的真空泵；所述加热器(1)和所述蒸发室(2)间具有将料液从所述加热器(1)输送至所述蒸发室(2)的第一管路(3)和使得料液从所述蒸发室(2)回流至所述加热器(1)的第二管路(4)；其特征在于：所述第一管路(3)连接所述蒸发室(2)的一端为使料液在所述蒸发室(2)侧壁内侧形成涡流的螺旋段(31)；所述第一管路(3)与所述加热器(1)连接端为直线段(32)；所述直线段(32)和所述螺旋段(31)密封导通；所述第一管路(3)的截面为矩形；

所述第二管路(4)还具有用于推动料液流动的助力循环装置(5)；还具有泡沫分离器(6)；所述泡沫分离器(6)安装于所述蒸发室(2)的上侧；

所述料液浓缩装置还具有搅拌蒸发器(8)；所述搅拌蒸发器(8)具有搅拌器(81)、与所述搅拌器(81)循环导通的搅拌挥发室(82)和用于使所述搅拌挥发室(82)产生负压环境的真空泵；所述搅拌器(81)与最后一级所述料液蒸发器的蒸发室(2)底部导通。

2.根据权利要求1所述的料液浓缩装置，其特征在于：具有两级或多级所述料液蒸发器；前一级所述料液蒸发器的所述蒸发室(2)与后一级所述料液蒸发器的所述加热器(1)的加热输入管路导通。

3.根据权利要求1或2任一项所述的料液浓缩装置，其特征在于：还包括冷却组件(7)；所述冷却组件(7)与最后一级的所述料液蒸发器的所述蒸发室(2)导通和/或与所述搅拌挥发室(82)导通。

4.根据权利要求3所述的料液浓缩装置，其特征在于：所述冷却组件(7)包括第一冷却器(71)、第二冷却器(72)和第一气液分离器(73)；所述第一冷却器(71)和最后一级的所述料液蒸发器的所述蒸发室(2)导通和/或与所述搅拌挥发室(82)导通；所述第一冷却器(71)和所述第二冷却器(72)通过所述第一气液分离器(73)导通。