离心式分子蒸馏器蒸馏室改进设计

刘思成+白国峰+申正佳

摘 要：文章针对黑龙江省计算中心自主研发的离心式分子蒸馏器，在应用上存在的不足，进行不断完善。对蒸馏室进行了结构改进和优化设计。最终形成拥有自主知识产权的系列化创新型高效柔性离心式分子蒸馏装备，并将此技术装备成果推广应用于天然植物提取分离。

关键词：分子蒸馏；改进；设计

前言

作者参加研制的首台套LFZ型离心式分子蒸馏器，具有分离度高、适用性好、真空度高等特点，已经成功地应用于深海鱼油中活性成分、废机油分离回收、大豆油高纯度维生素提取分离等现代化的分离工艺技术的开发应用，并获得了国家实用新型专利。来但是离心式分子蒸馏器在应用过程中，原有真空室的结构冷凝效果不太理想，并且对黏度大的分离物回收不理想；加热盘加热不均匀。在提取不同混合物组份时由于分子运动平均自由程的不同需要调节冷热面间的距离，原有设备的冷热面调节结构效率低，操作不方便；原有设备的传动系统与真空室的连接采用动密封，真空室内的真空度稳定性不好等。经过这次改进设计，解决了原有分子蒸馏器存在的这些弊端，使分子蒸馏室的结构更加合理，分离效率和分离质量都有了极大的提高。

1 分子蒸馏器蒸馏室组成

如图1所示，真空蒸馏室倾斜安置，倾角为45°；真空蒸餾室上部为冷凝面夹套4，其侧壁为冷却壁夹套6；真空抽气口2设在圆筒形侧壁的高端位置；真空蒸馏室下底面中心位置开口处焊接法兰内套滑动轴套；波纹管1上端焊接法兰，利用密封胶圈与滑动轴套处法兰密封连接；波纹管1下端焊接法兰，利用密封胶圈与磁力传动法兰密封连接；电机带动磁力传动10的外轴经过磁力传动结构带动内轴使蒸馏室蒸发转盘转动。电机、磁力传动及波纹管固定在调节支架上，通过调解机构手轮调解使内轴在滑套内移动，从而调节热面与冷面之间间距，利用磁力传动把动密封转换成静密封。

真空蒸馏室内部中央是可高速旋转的内凹锥形蒸发转盘3，其上方是外凸锥形冷凝收集器4，其下方是内凹锥面蒸馏加热盘5，再下方是内凹锥形反射盘；蒸发转盘3与滑动轴套内的转动轴上端固定连接；重组分集液槽低端连接重组分导出管与真空蒸馏室外的重组分储罐7连通；轻组分集液槽设在冷凝收集面外沿低端下方，其低端连接轻组分导出管与蒸馏室外的轻组分储罐8连通。

2 蒸馏室冷凝面结构设计

冷凝面结构设计好坏直接决定了蒸汽冷凝效果的好坏，为保证系统能够高效运行，对冷凝面结构进行优化、改进设计。原有的冷凝面为C型结构（如图2），回收的组分液体回流不太顺畅，特别是黏度大的更难于流动，同时制冷循环不畅，冷却效果不太好，另外由于冷热面间距不均匀，分离效率低。改进后采用独特的M型（如图2）冷凝面结构设计，与蒸发盘形成平行锥面，循环水采用隔板形式，呈螺旋运动，以及内通冷却液成一体结构的两组份集液槽设计，对比C型外拱形不平行冷凝收集面的离心式分子蒸馏设备，更有利于物料精确按其内部组份的分子自由程分离，冷热面间距均匀，冷却循环效果比C型结构更好，提高分离效率，满足多目标组份的分离要求。

3 冷热面间距调节机构设计

在蒸馏室工作时，在提取不同混合物组份时由于分子运动平均自由程的不同需要调节冷热面间的距离，蒸发转盘与冷凝面之间的间距在蒸馏室外按需调节，使冷凝面与蒸发面之间的距离控制在分子运动平均自由程，使得冷热面距离调节在蒸馏室不用泻真空情况下就可以调节。改进前调解结构是在蒸馏室顶部安放由齿轮传动来调节，调解不方便精度不高。改进后采用如图1中的9所示结构，解决了调解精度和方便操作的难题。使这种只有一个真空蒸馏室的分子蒸馏装置可以适应各种不同物料和分离工艺要求，满足多品种、多目标组份仅用一套装置可达到通常多级设备分离的工艺效果。

4 动、静密封结构设计

为保证运转情况下设备高真空能长期稳定运行，改进了动、静密封结构设计技术，使之传动轴和间距调解由原来的法兰刚性连接密封改成弹性波纹管1和磁力传动10连接密封，解决高温、高真空下密封变形的补偿问题，保证装置的连续性运转，实现高效分离。

5 辐射加热

原有加热盘没有反射热量涂料，热量有一部分传导到加热面背面，既浪费了热量，又使真空度难以达到要求。改进后的加热盘增加了在加热盘面加了反射热量的新型涂层材料，使加热管的热量充分得到有效利用，降低了能耗，特别是使加热面温度均匀，提高了产品质量。蒸馏加热盘上盘绕有高辐射电热管，利用其在不同功率下工作产生的辐射热为蒸发转盘加热；锥形反射盘将其大部分反向辐射热反射回收。

通过这次对蒸馏室冷凝面结构、冷热面调节机构、动密封改成静密封、加热盘涂上反射热能涂料等优化改进设计的分子蒸馏装置，分离效率提高18%，能耗降低25%，达到同样真空度所需时间缩短17%，而且在操作上更加方便和精确。

参考文献

[1]王军武，等.分子蒸馏技术的应用现状[J].化工进展，2002.

[2]黑龙江省计算中心.一种离心式分子蒸馏装置[P].实用新型专利，ZL.2008 2 0211588.5.

[3]连锦花，等.分子蒸馏技术及其应用[J].化工技术与开发，2010.