CN105854328B - 一种工业分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工业分离方法，涉及工业分离技术领域，本发明提供的工业分离方法包括物料的蒸发分离、水蒸汽的压缩、二次蒸汽与物料的能量交换、冷凝水增压及冷凝水收集等步骤，本发明提供的工业分离方法相比传统的分离方法，不但节能、环保，有效地降低了运行成本，还能使溶液在10～40℃的温度范围内实现高效分离，不易使产品变性失活或产生有害物质。

Description

一种工业分离方法

技术领域

本发明涉及工业分离技术领域，特别是涉及一种工业分离方法。

背景技术

随着社会的发展进步，生活水平逐步提高，越来越多的高科技产品进入了人们的生活，例如中药颗粒冲剂、植物精华液、新鲜的浓缩果汁等，这些产品对人们的健康、生活质量的提高及环境的改善有着很大的作用。然而这些产品的诞生，离不开这些年化工工艺的不断改革创新，其中，分离提取是重要的技术之一，它是把水从产品中分离，从而实现产品的浓缩或干燥，但通常很多产品都要求在分离温度比较低的情况下进行操作，因为温度过高容易造成产品的变性失活或生成有害物质，例如，在生物酶的分离过程中，温度过高会造成酶失活；在天然蜂蜜的浓缩过程中，如果温度过高，会产生甲基糠醛等致癌物质。

目前，工业上的真空低温蒸馏法运用得比较成熟，它利用水的沸点随所处环境的压力降低而降低，因而在高真空环境下，水能低温蒸发成水蒸汽与物料分离，这种方法投资较小、操作简单，但由于它依赖电或者锅炉产生的蒸汽来为***提供热源，耗能会很高，同时造成环境污染。

因此，开发一种新型节能、环保的低温分离提取技术对推动医药、食品、生物等行业的进步有着举足轻重的作用，这也是国家现在大力提倡和支持的新型环保节能的项目。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种工业分离方法，它能解决传统分离方法耗能大、污染环境的问题。

本发明的技术方案是：一种工业分离方法，包括以下步骤：

步骤1，将物料放入真空分离罐内进行蒸发分离，物料中的水形成水蒸汽，物料则被浓缩；

步骤2，步骤1中的水蒸汽在冷凝水的引射作用下被吸入分子压缩机构内进行多级压缩，压缩完成后，冷凝水被排出，水蒸汽形成二次蒸汽，用于给物料的蒸发分离提供热量。

其中，所述分子压缩机构顶端开设有冷凝水入口端、内设有多个串联的喷射器、底端开设有出口端，所述喷射器包括第一腔室、喷嘴及第二腔室，所述喷嘴一端连接于第一腔室、另一端连接于第二腔室，第一个喷射器的第一腔室的顶端相连于冷凝水入口端，最后一个喷射器的第二腔室的底端相连于出口端，所述分子压缩机构还包括若干个通孔，所述通孔从分子压缩机构的外表面穿入第二腔室。

步骤3，将步骤2中的与二次蒸汽与真空分离罐中的物料进行热量交换，物料吸收热量继续蒸发分离，二次蒸汽放热形成冷凝水；

上述各个步骤均是在真空条件下进行。

优选地，所述步骤2中的冷凝水被排入冷凝水缓冲槽。

进一步，将所述步骤3中的冷凝水与冷凝水缓冲槽中的冷凝水一起送入多级增压泵，增压后的冷凝水被送入步骤2中的多级喷射器内。

再进一步，物料完成分离后，将所述冷凝水缓冲槽中的冷凝水收集至冷凝水回收罐内。

更进一步，所述步骤3中的二次蒸汽与物料是在板式换热器中进行热量交换。

优选地，所述物料是通过强制循环泵被送入板式换热器中。

进一步，所述分子压缩机构有若干个且将其间隔排列成矩阵。

再进一步，所述步骤2中分子压缩机构的喷射器包括1号喷射器、2号喷射器及3号喷射器，所述2号喷射器比1号喷射器的尺寸大且比3号喷射器的尺寸小。

更进一步，所述通孔每4个为一组，每组通孔呈圆周均匀分布在喷射器本体的外表面且水平穿入喷射器的第二腔室内。

最后，所述冷凝水进入分子压缩机构时的水压为0.5Mpa-1.5Mpa、水流为100m/s-250m/s。

本发明取得的有益效果在于：本发明提供的工业分离方法是在真空低温蒸馏技术的基础上引入了文丘里效应，水蒸汽在冷凝水的引射下被吸入分子压缩机构进行多级压缩，形成高热焓值的二次蒸汽，为***提供热能，整个分离过程节能、环保，不但有效地降低了运行成本，还能使物料在10～40℃的温度范围内实现高效分离，不易使产品变性失活或产生有害物质。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，实施例提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1

一种丁烯二醇溶液的工业分离方法，包括以下步骤：

步骤1，将50%浓度的丁烯二醇溶液放入真空分离罐内进行加热，丁烯二醇溶液不断吸收热量、升高温度，当温度达到25℃时，溶液中的水连续气化形成水蒸汽与丁烯二醇溶液分离，丁烯二醇溶液则慢慢被浓缩；

步骤2，步骤1中的水蒸汽在水压为1Mpa、水流为200m/s的冷凝水的引射作用下被吸入分子压缩机构进行多级压缩，压缩完成后，冷凝水的动能及温度降低且被进入冷凝水缓冲槽，水蒸汽的动能及温度升高形成二次蒸汽，用于给丁烯二醇溶液的蒸发分离提供热量；

其中，分子压缩机构总共有48个且被间隔排列成6行8列的矩阵，分子压缩机构的顶端开设有冷凝水入口端、内设有3个串联的喷射器，且第2个喷射器比第1个喷射器的尺寸大、比第3个喷射器的尺寸小，分子压缩机构的底端开设有出口端，3个喷射器均包括第一腔室、喷嘴及第二腔室，喷嘴一端连接于第一腔室、另一端连接于第二腔室，1号喷射器的第一腔室的顶端相连于冷凝水入口端，3号喷射器的第二腔室的底端相连于出口端，分子压缩机构的外表面还开设有12个通孔，每4个通孔为一组，每组通孔呈圆周均匀分布在分子压缩机构外表面且水平穿入第二腔室。

需要说明的是，冷凝水先进入第一个喷射器的第一腔室中，接着经过喷嘴，此时，冷凝水的流速会突然增大，喷射器的第二腔室内产生低压，部分水蒸汽通过通孔被吸入喷射器的第二腔室中，紧接着冷凝水流入喷射器的第二腔室内，由于此时冷凝水的流速很快，能在很短的时间内带着水蒸气往下一个喷射器的方向快速运动，即水蒸气在很短的时间内被冷凝水压缩，因此水蒸汽的动能及温度迅速升高，然后由第一个喷射器排出的水气混合物进入第二个喷射器中，此时，在冷凝水的引射作用下又有很多水蒸汽通过通孔被吸入第二个喷射器中进行压缩，同样再进入第三个喷射器中进行压缩，就这样通过3个喷射器的压缩处理，冷凝水将85%的能量都转换给水蒸汽，水蒸气的温度升高。

步骤3，将步骤2中的二次蒸汽送入板式换热器中，在强制循环泵的驱动下，丁烯二醇溶液进入板式换热器中，与二次蒸汽进行热量交换后回到真空分离罐内继续进行蒸发分离；

步骤4，步骤3中的二次蒸汽放热后由气相变为液相形成冷凝水，与步骤2中的冷凝水一起进入多级增压泵，增压后的冷凝水被送入分子压缩机构中；

步骤5，将丁烯二醇溶液的浓度浓缩至90%时停止蒸发分离，此时的分离温度已经达到35℃，将冷凝水缓冲槽中的冷凝水收集至冷凝水回收罐内。

上述各个步骤均是在真空条件下进行。

为了说明工业分离方法相比于传统的分离方法在能耗、运行成本、环保、分离温度方面具有很大进步，下面进行一组试验，试验1采用传统的真空低温蒸馏法，试验2采用实施例1中所述方法，分别将4000KG浓度为50%的丁烯二醇溶液分离、浓缩，当浓度为90%时即停止试验，记录相关参数，两种方法得到的参数见表1。

表1 不同分离方法在分离温度及能耗方面的影响

说明：对照组1采用0.6Mpa的饱和蒸汽，蒸汽价格按220元/T计算，电价按实际价格0.55元/Kwh计算。

由以上数据对比可知，试验1的分离温度高且变化大，分离温度从50℃达到了110℃，升高60℃，而试验2的分离温度低且变化小，分离温度从25℃达到了35℃，仅升高10℃，这就说明工业分离方法能实现更低温度下的分离。

众所周知，水的沸点越低，蒸发时所需要吸收的能量将越少，因此等量分离丁烯二醇溶液中的水时，试验2相对于试验1耗能更少；而且试验1不仅需要消耗电量，还需要消耗大量蒸汽，试验2只需要消耗电量，蒸汽在生产过程中会排放多种污染物，如SO2、CO2及氮氧化物等，会对环境造成一定污染，因此工业分离方法更节能、环保。

同样，由以上数据对比可知，采用工业分离方法的运行成本更低，约为真空低温蒸馏法的23%(93.5/403.15≈23%)。

实施例2

一种果糖溶液的工业分离方法，包括以下步骤：

步骤1，将30%浓度的果糖溶液放入真空分离罐内进行加热，果糖溶液不断吸收热量、升高温度，当温度达到25℃时，溶液中的水连续气化形成水蒸汽与果糖溶液分离，果糖溶液则慢慢被浓缩；

步骤2，步骤1中的水蒸汽在水压为1Mpa、水流为200m/s的冷凝水的引射作用下被吸入分子压缩机构进行多级压缩，压缩完成后，冷凝水的动能及温度降低且被进入冷凝水缓冲槽，水蒸汽的动能及温度升高形成二次蒸汽，用于给果糖溶液的蒸发分离提供热量；

其中，分子压缩机构总共有48个且被间隔排列成6行8列的矩阵，分子压缩机构的顶端开设有冷凝水入口端、内设有3个串联的喷射器，且第2个喷射器比第1个喷射器的尺寸大、比第3个喷射器的尺寸小，分子压缩机构的底端开设有出口端，3个喷射器均包括第一腔室、喷嘴及第二腔室，喷嘴一端连接于第一腔室、另一端连接于第二腔室，1号喷射器的第一腔室的顶端相连于冷凝水入口端，3号喷射器的第二腔室的底端相连于出口端，分子压缩机构的外表面还开设有12个通孔，每4个通孔为一组，每组通孔呈圆周均匀分布在分子压缩机构外表面且水平穿入第二腔室。

需要说明的是，冷凝水先进入第一个喷射器的第一腔室中，接着经过喷嘴，此时，冷凝水的流速会突然增大，喷射器的第二腔室内产生低压，部分水蒸汽通过通孔被吸入喷射器的第二腔室中，紧接着冷凝水流入喷射器的第二腔室内，由于此时冷凝水的流速很快，能在很短的时间内带着水蒸气往下一个喷射器的方向快速运动，即水蒸气在很短的时间内被冷凝水压缩，因此水蒸汽的动能及温度迅速升高，然后由第一个喷射器排出的水气混合物进入第二个喷射器中，此时，在冷凝水的引射作用下又有很多水蒸汽通过通孔被吸入第二个喷射器中进行压缩，同样再进入第三个喷射器中进行压缩，就这样通过3个喷射器的压缩处理，冷凝水将85%的能量都转换给水蒸汽，水蒸气的温度升高。

步骤3，将步骤2中的二次蒸汽送入板式换热器中，在强制循环泵的驱动下，果糖溶液进入板式换热器中，与二次蒸汽进行热量交换后回到真空分离罐内继续进行蒸发分离；

步骤4，步骤3中的二次蒸汽放热后由气相变为液相形成冷凝水，与步骤2中的冷凝水一起进入多级增压泵，增压后的冷凝水被送入分子压缩机构中；

步骤5，将果糖溶液的浓度浓缩至70%时停止蒸发分离，将冷凝水缓冲槽中的冷凝水收集至冷凝水回收罐内。

上述各个步骤均是在真空条件下进行。

为了对比分析工业分离方法与传统的真空低温蒸馏法分离热敏性产品时对产品性质的影响，下面进行一组试验，试验3采用传统的真空低温蒸馏法，试验4采用实施例2中所述方法，分别将浓度为30%的果糖溶液分离、浓缩，当浓度为70%时即停止试验，记录相关参数，两种方法得到的参数见表2。

表2 不同分离方法对产品性质的影响

说明：果糖溶液在高温分离时极易产生甲基糠醛，该物质属于致癌物质，国家食品药品监督管理局执行标准是每千克产品中甲基糠醛含量小于40mg。

由以上数据对比可知，试验4比试验3的分离温度低，且分离后试验4中甲基糠醛的含量约为试验3的21%（6.5/31≈21%），由此可见工业分离方法能有效防止热敏性物料分离时生成副产物，有效保证产品的质量。

上述实施方式为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工业分离方法，包括以下步骤：

步骤1，将物料放入真空分离罐内进行蒸发分离，物料中的水形成水蒸汽，物料则被浓缩；

步骤2，步骤1中的水蒸汽在冷凝水的引射作用下被吸入分子压缩机构内进行多级压缩，压缩完成后，冷凝水被排出，水蒸汽形成二次蒸汽，用于给物料的蒸发分离提供热量；

其中，所述分子压缩机构顶端开设有冷凝水入口端、内设有多个串联的喷射器、底端开设有出口端，所述喷射器包括第一腔室、喷嘴及第二腔室，所述喷嘴一端连接于第一腔室、另一端连接于第二腔室，第一个喷射器的第一腔室的顶端相连于冷凝水入口端，最后一个喷射器的第二腔室的底端相连于出口端，所述分子压缩机构还包括若干个通孔，所述通孔从分子压缩机构的外表面穿入第二腔室；

步骤3，将步骤2中的二次蒸汽与真空分离罐中的物料进行热量交换，物料吸收热量继续蒸发分离，二次蒸汽放热形成冷凝水；

上述各个步骤均是在真空条件下进行。

2.根据权利要求1所述的工业分离方法，其特征在于：所述步骤2中的冷凝水被排入冷凝水缓冲槽。

3.根据权利要求2 所述的工业分离方法，其特征在于：将所述步骤3中的冷凝水与冷凝水缓冲槽中的冷凝水一起送入多级增压泵，增压后的冷凝水被送入步骤2中的多级喷射器内。

4.根据权利要求3所述的工业分离方法，其特征在于：物料完成分离后，将所述冷凝水缓冲槽中的冷凝水收集至冷凝水回收罐内。

5.根据权利要求4所述的工业分离方法，其特征在于：所述步骤3中的二次蒸汽与物料是在板式换热器中进行热量交换。

6.根据权利要求5所述的工业分离方法，其特征在于：所述物料是通过强制循环泵被送入板式换热器中。

7.根据权利要求6所述的工业分离方法，其特征在于：所述分子压缩机构有若干个且将其间隔排列成矩阵。

8.根据权利要求7所述的工业分离方法，其特征在于：所述步骤2中分子压缩机构的喷射器包括1号喷射器、2号喷射器及3号喷射器，所述2号喷射器比1号喷射器的尺寸大且比3号喷射器的尺寸小。

9.根据权利要求8所述的工业分离方法，其特征在于：所述通孔每4个为一组，每组通孔呈圆周均匀分布在喷射器本体的外表面且水平穿入喷射器的第二腔室内。

10.根据权利要求1—9任一所述的工业分离方法，其特征在于：所述冷凝水进入分子压缩机构时的水压为0.5Mpa-1.5Mpa、水流为100m/s-250m/s。