離心式分子蒸餾器蒸餾室改進(jìn)設(shè)計(jì)

劉思成+白國峰+申正佳

摘 要：文章針對(duì)黑龍江省計(jì)算中心自主研發(fā)的離心式分子蒸餾器，在應(yīng)用上存在的不足，進(jìn)行不斷完善。對(duì)蒸餾室進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。最終形成擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列化創(chuàng)新型高效柔性離心式分子蒸餾裝備，并將此技術(shù)裝備成果推廣應(yīng)用于天然植物提取分離。

關(guān)鍵詞：分子蒸餾；改進(jìn)；設(shè)計(jì)

前言

作者參加研制的首臺(tái)套LFZ型離心式分子蒸餾器，具有分離度高、適用性好、真空度高等特點(diǎn)，已經(jīng)成功地應(yīng)用于深海魚油中活性成分、廢機(jī)油分離回收、大豆油高純度維生素提取分離等現(xiàn)代化的分離工藝技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，并獲得了國家實(shí)用新型專利。來但是離心式分子蒸餾器在應(yīng)用過程中，原有真空室的結(jié)構(gòu)冷凝效果不太理想，并且對(duì)黏度大的分離物回收不理想；加熱盤加熱不均勻。在提取不同混合物組份時(shí)由于分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的不同需要調(diào)節(jié)冷熱面間的距離，原有設(shè)備的冷熱面調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)效率低，操作不方便；原有設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)與真空室的連接采用動(dòng)密封，真空室內(nèi)的真空度穩(wěn)定性不好等。經(jīng)過這次改進(jìn)設(shè)計(jì)，解決了原有分子蒸餾器存在的這些弊端，使分子蒸餾室的結(jié)構(gòu)更加合理，分離效率和分離質(zhì)量都有了極大的提高。

1 分子蒸餾器蒸餾室組成

如圖1所示，真空蒸餾室傾斜安置，傾角為45°；真空蒸餾室上部為冷凝面夾套4，其側(cè)壁為冷卻壁夾套6；真空抽氣口2設(shè)在圓筒形側(cè)壁的高端位置；真空蒸餾室下底面中心位置開口處焊接法蘭內(nèi)套滑動(dòng)軸套；波紋管1上端焊接法蘭，利用密封膠圈與滑動(dòng)軸套處法蘭密封連接；波紋管1下端焊接法蘭，利用密封膠圈與磁力傳動(dòng)法蘭密封連接；電機(jī)帶動(dòng)磁力傳動(dòng)10的外軸經(jīng)過磁力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)內(nèi)軸使蒸餾室蒸發(fā)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)、磁力傳動(dòng)及波紋管固定在調(diào)節(jié)支架上，通過調(diào)解機(jī)構(gòu)手輪調(diào)解使內(nèi)軸在滑套內(nèi)移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)熱面與冷面之間間距，利用磁力傳動(dòng)把動(dòng)密封轉(zhuǎn)換成靜密封。

真空蒸餾室內(nèi)部中央是可高速旋轉(zhuǎn)的內(nèi)凹錐形蒸發(fā)轉(zhuǎn)盤3，其上方是外凸錐形冷凝收集器4，其下方是內(nèi)凹錐面蒸餾加熱盤5，再下方是內(nèi)凹錐形反射盤；蒸發(fā)轉(zhuǎn)盤3與滑動(dòng)軸套內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上端固定連接；重組分集液槽低端連接重組分導(dǎo)出管與真空蒸餾室外的重組分儲(chǔ)罐7連通；輕組分集液槽設(shè)在冷凝收集面外沿低端下方，其低端連接輕組分導(dǎo)出管與蒸餾室外的輕組分儲(chǔ)罐8連通。

2 蒸餾室冷凝面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

冷凝面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好壞直接決定了蒸汽冷凝效果的好壞，為保證系統(tǒng)能夠高效運(yùn)行，對(duì)冷凝面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)設(shè)計(jì)。原有的冷凝面為C型結(jié)構(gòu)（如圖2），回收的組分液體回流不太順暢，特別是黏度大的更難于流動(dòng)，同時(shí)制冷循環(huán)不暢，冷卻效果不太好，另外由于冷熱面間距不均勻，分離效率低。改進(jìn)后采用獨(dú)特的M型（如圖2）冷凝面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與蒸發(fā)盤形成平行錐面，循環(huán)水采用隔板形式，呈螺旋運(yùn)動(dòng)，以及內(nèi)通冷卻液成一體結(jié)構(gòu)的兩組份集液槽設(shè)計(jì)，對(duì)比C型外拱形不平行冷凝收集面的離心式分子蒸餾設(shè)備，更有利于物料精確按其內(nèi)部組份的分子自由程分離，冷熱面間距均勻，冷卻循環(huán)效果比C型結(jié)構(gòu)更好，提高分離效率，滿足多目標(biāo)組份的分離要求。

3 冷熱面間距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在蒸餾室工作時(shí)，在提取不同混合物組份時(shí)由于分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的不同需要調(diào)節(jié)冷熱面間的距離，蒸發(fā)轉(zhuǎn)盤與冷凝面之間的間距在蒸餾室外按需調(diào)節(jié)，使冷凝面與蒸發(fā)面之間的距離控制在分子運(yùn)動(dòng)平均自由程，使得冷熱面距離調(diào)節(jié)在蒸餾室不用瀉真空情況下就可以調(diào)節(jié)。改進(jìn)前調(diào)解結(jié)構(gòu)是在蒸餾室頂部安放由齒輪傳動(dòng)來調(diào)節(jié)，調(diào)解不方便精度不高。改進(jìn)后采用如圖1中的9所示結(jié)構(gòu)，解決了調(diào)解精度和方便操作的難題。使這種只有一個(gè)真空蒸餾室的分子蒸餾裝置可以適應(yīng)各種不同物料和分離工藝要求，滿足多品種、多目標(biāo)組份僅用一套裝置可達(dá)到通常多級(jí)設(shè)備分離的工藝效果。

4 動(dòng)、靜密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證運(yùn)轉(zhuǎn)情況下設(shè)備高真空能長期穩(wěn)定運(yùn)行，改進(jìn)了動(dòng)、靜密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，使之傳動(dòng)軸和間距調(diào)解由原來的法蘭剛性連接密封改成彈性波紋管1和磁力傳動(dòng)10連接密封，解決高溫、高真空下密封變形的補(bǔ)償問題，保證裝置的連續(xù)性運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)高效分離。

5 輻射加熱

原有加熱盤沒有反射熱量涂料，熱量有一部分傳導(dǎo)到加熱面背面，既浪費(fèi)了熱量，又使真空度難以達(dá)到要求。改進(jìn)后的加熱盤增加了在加熱盤面加了反射熱量的新型涂層材料，使加熱管的熱量充分得到有效利用，降低了能耗，特別是使加熱面溫度均勻，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。蒸餾加熱盤上盤繞有高輻射電熱管，利用其在不同功率下工作產(chǎn)生的輻射熱為蒸發(fā)轉(zhuǎn)盤加熱；錐形反射盤將其大部分反向輻射熱反射回收。

通過這次對(duì)蒸餾室冷凝面結(jié)構(gòu)、冷熱面調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、動(dòng)密封改成靜密封、加熱盤涂上反射熱能涂料等優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)的分子蒸餾裝置，分離效率提高18%，能耗降低25%，達(dá)到同樣真空度所需時(shí)間縮短17%，而且在操作上更加方便和精確。

參考文獻(xiàn)

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