一种多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及液体混合物蒸发分离或浓缩技术领域，更具体地说，涉及一种多层碟片式离心与重力成膜微波蒸发装置。
【背景技术】
[0002]液体的分子由于分子运动有从液相表面逃逸或挥发的倾向，这种倾向随着温度的升高而增大。利用液体混合物中各组分挥发度的差别，将液体混合物中易挥发的液相加热至气化，使液体变为蒸气，即所谓蒸发。
[0003]在蒸发过程中，易挥发组分在蒸气中得到增浓，难挥发组分在剩余液中也得到增浓，这在一定程度上实现了不同组分的分离。组分之间的挥发度相差越大，则这种增浓程度也越大。如果将液体置于密闭的真空系统中，则液体分子继续不断地溢出，而在液相界面上形成蒸气，若通过真空机组的连续抽吸来维持一定的真空度，则可从该真空体系中连续地输出挥发性蒸气。蒸发适用于各种蒸馏、分离、提纯、浓缩、萃取、脱气、除味、反应等工艺，因此，广泛用于制药、生物、食品、香料、石化、日化、环保、农药、海水淡化等行业。
[0004]由于蒸发涉及传质、传热，也属于换热设备，而液膜传热是强化传热的有效方法之一。膜层越薄、成膜越均匀，传热效率就越高。为使膜层均匀，减小温度梯度，增大比表面积，缩短受热时间，开发的膜式蒸发器，其公知的类型包括:升膜式、降膜式、机械搅拌式薄膜蒸发器和离心式薄膜蒸发器，其中，升膜式和降膜式为常用的传统形式蒸发器。
[0005]机械搅拌式薄膜蒸发器，又称旋转薄膜蒸发器，是一种真空条件下采用机械搅拌进行降膜蒸发的效率较高的蒸发器。其中，以刮膜式蒸发器为代表的机械搅拌式薄膜蒸发器也已得到广泛应用，其原理为:料液通过上端旋转液体分布器被分成多股料流进入圆筒内壁;每股料流被相应的刮板搅动，分散在蒸发圆筒加热内壁上形成均匀液膜;液膜吸收夹套中加热介质(热蒸汽或导热油)传给蒸发表面的热量，在其表面迅速蒸发，膜层减薄，又被后继刮板扫刮，形成新膜，再蒸发，如此反复进行。其特性是真空压降小、操作温度低、受热时间短、蒸发强度高、操作弹性大，特别适用于热敏性、粘性、有生垢发泡趋势料液的蒸发浓缩分离。
[0006]离心式薄膜蒸发器，又称离心蒸发器。其构造与碟片式离心机相仿，但碟片具有夹层，内通加热蒸汽。由于旋转碟片的离心力作用，料液分布于碟片的内表面，形成薄膜。碟片夹层内的蒸汽液膜进行加热蒸发，浓缩液则汇集于周边液槽内，由吸料管籍真空作用将其吸出。二次蒸汽经碟片顶部空间汇集上升，进入冷凝器冷凝，并由真空栗抽出。加热蒸汽由底部空心转轴通入，经通道进入碟片夹层。其特性是传热效率高，蒸发强度大，料液受热时间短，形成的膜层薄，特别适合于热敏性物料的蒸发浓缩，但不宜用于黏度大、易结晶、易结垢的料液。
[0007]通常膜式蒸发器与其辅助设备一起构成蒸发操作系统。辅助设备一般有预热器、脱气装置、真空机组、输送栗、精馏液罐和浓缩物料罐以及相应的加热系统和冷却/冷凝系统等，广泛应用于蒸发浓缩、脱气脱溶、蒸馏提纯等工艺。但既有技术的膜式蒸发器多为立式，料液在蒸发器圆筒内的流速较快，易导致挥发性组分蒸发不够充分，一定程度上影响了蒸发效果。
[0008]在这类基于料液膜层蒸发为原理的分离、浓缩等蒸馏提取或萃取装置中，大多采用的是间壁加热的传热方式，即夹套或夹层中的热蒸汽或导热油等热介质，先使壁面材料受热，再通过传导加热将热量传递给料液，期间热流穿越了多个界面，影响了换热效率的提高。另一种传热方式是将热蒸汽直接导入蒸发器内，通过对流加热使料液表面加热蒸发，带来的问题是水蒸汽混入到气相挥发物中，额外增加了后续的气液分离负荷，甚至可能影响到分离物的品质。因此，加热介质和与料液的换热方式，也是影响蒸发器效率的重要因素。
[0009]微波被定义为波长在Im?1mm，频率在300?3000GHz范围内的一种电磁波，因此，具有直线传播及受不同介质的吸收、反射和透射作用等特性。当介质吸收微波能量时，微波即对介质产生加热作用。
[0010]微波主要通过两种机制对介质进行加热:即极化机制和离子传导机制。其中，偶极极化和界面极化是共价化合物的主要极化加热机制，而介质内因存在自由移动离子在电磁场中所产生的离子迀移电流，进而产生热，则是离子化合物的离子传导主要加热机制。
[0011]介质由极性分子和非极性分子组成，其中，极性分子在微波电磁场作用下的取向运动，以每秒数十亿次的频率不断变化，造成分子的剧烈碰撞摩擦而产生热量，可见，微波加热是介质材料损耗电场能量而发热。由于不同的介质材料具有不同的介电损耗，因此，在微波电磁场作用下其热效应也不一样。极性分子介质能较好地吸收微波能，如水是强极性分子，是吸收微波的最好介质。非极性分子介质基本上不吸收或很少吸收微波，如聚四氟乙烯、聚丙烯等树脂和玻璃、陶瓷等，能透过微波而不吸收微波。金属导体则反射微波而极少吸收微波能。
[0012]微波加热的特点显著，如料液与电磁场整体发生作用，产生体相热效应，加热速度快、均匀且热效率高;料液中介电常数及介质损耗小的组分，吸收微波能量极少，其中，极性大的热效应强烈，而非极性组分热作用很小，选择性加热显著;微波输出功率易调整，加热过程可控制性好，热惯性小，有助于提高蒸发组分的质量等。因此，作为一种非接触式的加热方式，微波加热已在蒸馏提取、萃取、浓缩、干燥等领域得到相当广泛的应用。
[0013]以下引述的专利涉及微波加热用于提取、萃取的装置结构和方法，但这不能必然地解释为，既有的这些技术对液体混合物蒸发分离或浓缩是适宜的。
[0014]阿奇麦克斯的中国专利CN94192507.2，公开了一种无溶剂微波萃取天然产品的方法和设备，包括将生物物质放在未装有溶剂的容器中接受微波辐照，然后从萃取的天然产品中分离除去残留的生物物质。此外，也涉及在微波辐照时给容器减压，以及在至少微波辐照的大部分时间中加热以补偿因从生物物质中水蒸发而引起的温度下降。
[0015]邓修等人的中国专利CN02111457.9，公开了一种萃取装置，包括圆筒形萃取器、隔离器、过渡管，圆筒形容器与隔离器之间形成工作环隙，工作环隙的高度为所采用的微波场共振模式的半波长的整倍数。
[0016]黄凯中等人的中国专利CN02111640.7，公开了一种微波萃取装置，具有搅拌器、冷却和电控装置的萃取罐，在萃取罐的罐体四周间隔一定距离，分多层均匀地装有多个微波电源和磁控管，可进行间歇式或连续式操作，具体形式可采用立式或卧式装置。
[0017]郑必胜等人的中国专利CN200410027563.6，公开了一种微波萃取装置，包括微波加热器及固液传输装置，微波加热器为一中空腔体，其前、后壁开有孔，固液传输装置从前壁开孔处斜伸入腔体，从后壁开孔处伸出，微波加热器的外顶部设有微波磁控管，固液传输装置底端设有固体物料进口及萃取液出口，顶端设有出料口及萃取液入口。
[0018]万绍平等人的中国专利CN200510031458.4，公开了一种从含有油脂的植物籽仁中用微波加热萃取油脂的方法，将植物籽仁中含有油脂的部分或其副产品，粉碎后放在容器中接受微波辐照，当受辐照物料温度上升到一定时，停止辐照，将溶剂渗透萃取，分离液渣，浓缩回收溶剂，从而得到目标油脂。
[0019]李晟的中国专利CN200510096079.3，公开了一种微波逆流连续萃取装置，包括萃取滚筒，其一端设有进料斗及萃取液出口，另一端设有出渣口及萃取液进口；在萃取滚筒上设有微波系统，萃取滚筒的内腔设有螺旋推进器，由驱动装置驱动螺旋推进器。
[0020]马烽等人的中国专利CN200610044442.1，公开了一种用于植物有效成分提取的减压微波萃取装置和方法。由微波炉、萃取罐、冷凝器、气液分离器和减压装置组成。微波炉设置在萃取罐外围，其内均匀布置微波发生器，萃取罐上安装有电动搅拌器。在减压和微波作用下，溶剂汽化经冷凝器冷凝成液态溶剂。
[0021]李晟等人的中国实用新型专利CN 200620136108.4，公开了一种环型微波提取设备，包括机架，萃取筒，传输装置，微波加热系统，其主要特点是萃取筒为首尾相接的环形管，萃取筒的外部设有微波加热系统，在萃取筒内设有传输装置，在传输装置上设有输送隔板。
[0022]杜荣庆的中国实用新型专利200620049558.X，公开了一种用于实验室或工业生产上对天然植物进行连续式微波萃取的装置，包括立式进料搅拌装置、卧式螺旋推进萃取装置和卸料装置，卧式螺旋推进萃取装置分为前段微波萃取段和后段冷却段。
[0023]郭维图等人的中国专利CN200610138359.0，公开了一种管道式微波连续提取装置，包括两个浸泡罐、微波提取装置、离心分离机。浸泡罐各自通过一个自动控制阀门与变频调速螺杆栗连接，螺杆栗出口与微波提取装置的进口连接，微波提取装置出口分为三路，一路通过一个自动控制阀后接到离心分离机，另外两路各自通过一个自动控制阀门后与浸泡罐连接。
[0024]陈胜等人的中国专利CN 200810047172.9，公开了一种提取中式烟用香精香料的多功能微波萃取仪。萃取仪的萃取腔为直立筒状，其内设置有蛇形盘管，蛇形盘管自上而下贯通整个萃取腔，萃取腔的微波源由两个微波发生器，并对流经