【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及强化多组份流体分离的，具体涉及一种用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统及方法。
技术介绍
1、旋转锥塔(spinning cone column，简称scc)是一种良好的气液接触装置，薄膜液体蒸发器类别中的直接接触传质装置。在垂直方向上，由气液逆流系统组成，该系统包括交错排列的旋转锥与固定锥，旋转锥与中心转轴直接相连。在重力作用下，液体向下流经固定锥上表面；液体在旋转锥上表面受到离心力的作用向上移动。汽提气体沿旋转锥柱向上运动，流经固定锥与旋转轴之间的空隙，实现有效分离。在无任何真空以及额外的热力条件下，消耗物料自身的显热实现自蒸发过程，有效降低了能耗。
2、现如今，蒸馏技术的应用在日常生活中无处不在。在食品工艺领域，如酒类发酵液中乙醇的分离，对香精香料产品纯度的提高；在化工领域，如从原油中提取挥润滑油、燃料等。但传统的蒸馏技术能耗大，效率不高，清洗困难，同时对多组份物料的处理具有局限性。
3、对于物料蒸馏的处理目前只是和脱除其中裹挟的气体，如公告号为cn201920066436.9的专利，公开了一种适用于食品物料的旋转锥蒸馏塔；公告号为cn201711439865.8的专利，公开了一种连续蒸馏方法。但是目前的蒸馏处理技术并没有考虑如何去进行温度精确控制，蒸馏时需要额外热力加热，需多次蒸馏才可以达到理想效果。
4、综上所述，精确控制分离温度，在实现物料节能高效、连续蒸馏的基础上进一步提高分离效果成为蒸馏技术的研究方向，同时基于旋转锥塔液体滞留时间短、滞留量小，以及处理粘性材料
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统及方法，无附加额外的真空条件，将物料加热至分离温度，通过消耗物料自身的显热在锥盘上实现自蒸发过程，在不同的进料流量下匹配合适的转速，能够使物料可以以薄膜形式分布在旋转锥上，在高速旋转作用下由层流变为湍流状态，同时在旋转锥体底部添加惰性气体或二次蒸汽，气液逆流实现充分接触，有效实现组份分离，强化传热传质过程。
2、本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
3、一种用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统，包括旋转锥离心成膜装置、进料系统、转速调节系统、加热系统及冷凝系统；
4、所述旋转锥离心成膜装置中固定锥直接安装固定在直筒式壳体的内壁面，旋转锥固定在中心转轴上，旋转锥盘直接与中心转轴相连，变频电机与连接中心转轴的旋转轴之间通过机械密封的方式连接，当系统工作时，由变频电机控制旋转锥转速，转速可调范围在0-1200r/min；
5、所述进料系统包括进料管路、料液泵、热电偶、保温材料、手动阀门及出料管路；所述进料系统将进料管通过蠕动泵与旋转锥盘基底部相连，根据高粘流体的自身属性选择进料流量的大小，旋转锥与固定锥垂直交错排列，旋转锥盘直接与中心转轴相连，通过转速调节系统控制旋转锥盘转速；
6、所述转速调节系统包括变频电机、中心转轴、显示屏及转速控制器；
7、所述加热系统包括料液泵、保温桶、保温材料、热电偶；
8、所述冷凝系统包括低温恒温反应浴、蛇形冷凝器、球型弯管；冷凝装置连接至低温恒温反应浴构成冷凝系统，可以任意调节并保持冷凝用水处于较低温度，在冷凝器内被冷凝成高浓度乙醇溶液，通过控制玻璃阀从球型弯管下端来接取组分样品。
9、进一步的，所述旋转锥与固定锥均由聚四氟乙烯制作而成，直筒式壳体内径为140mm，外径为150mm；旋转锥盘厚度为5mm，外径为140mm，旋转锥盘与中心转轴夹角为45°，中心转轴直径为30mm；旋转锥固定在中心转轴上并同速旋转，物料受离心力作用在旋转锥盘表面离心成膜，实现热质传递和挥发性组分的脱除。
10、进一步的，所述旋转锥壳体外部设置保温层，旋转锥壳体体为石英玻璃。
11、一种用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统方法，包括如下步骤：
12、1)将待分离的多组份物料经加热系统加热至分离温度，采取低于沸点进料的方式，设置泵的进液量，将物料泵入在旋转锥盘基底部；
13、2)调节转速，根据物料的物性，调节适合的旋转锥旋转转速，提高蒸馏效率；
14、3)通过在旋转锥底部通入惰性气体，强化传质过程；
15、4)对冷凝液进行收集，同时收集下方出口经旋转锥甩下后的溶液；测定其质量分数、浓度，分析前后的变化情况，进行后续处理。
16、本专利技术的优点和积极效果是：
17、1、本专利技术用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统，旋转锥离心成膜装置中固定锥直接安装固定在直筒式壳体的内壁面，旋转锥固定在中心转轴上，旋转锥盘直接与中心转轴相连，变频电机与连接中心转轴的旋转轴之间通过机械密封的方式连接，当系统工作时，由变频电机控制旋转锥转速，转速可调范围在0-1200r/min；具有液体连续流动模式，设备运行仅需供应电能，对液体物料的处理过程更加绿色环保。
18、2、本专利技术用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统，旋转锥离心成膜装置属于气液接触型装置，其组成部分为垂直逆流系统，该系统由旋转锥体与固定锥体交替排列，旋转锥与转轴相连，固定锥则安装固定在圆柱筒的内侧壁面上。旋转锥离心膜装置工作启动后，借助蠕动泵或增压泵将液体物料添加至旋转锥基底部。当高速转动时，物料受到离心力的作用，以薄液膜形式存在于旋转锥盘表面并由底部逐渐移动到锥体边缘。脱离旋转锥上边缘后，液膜被分散成液滴状，随即落到下方固定锥，在重力作用下以液膜状态向下流动，随后从固定锥下方出口落至旋转锥的基底部，如此重复循环直至物料到达旋转锥塔的底部。物料在旋转锥锥盘上以薄膜的形式存在，在高流速下形成的液滴使传质接触面积扩大了20％-40％，并且实现了高度的湍流，强化了传热传质过程。
19、3、本专利技术用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统，旋转锥离心成膜装置具有快速提高分离效率和较少能耗的效果。在旋转锥上加设旋翼翅片，进一步增强汽提气体在scc内部的扰动，并充分与含有挥发性组分的离心液膜接触，完成良好的传热传质。通过对同时cip系统可以及时对使用后的旋转锥离心成膜系统进行就地清洗。
20、4、本专利技术用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统，从锥体底部添加蒸汽或氮气等惰性气体，通过增压泵、流量计等使气体按照一定进气流量逆液体流动方向运动，自下而上逐层穿过固定锥与旋转锥之间的空隙。最终挥发性或可溶性成分将通过冷凝系统被分离出来或汇集浓缩，从锥体下方排出剩余物料。双锥体结构在收集挥发性成分则被认为是最有效的方式之一，能有效提升物料利用率。
21、5、本专利技术用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统，无需添加额外的减压操作，通过物料自身显热完成自蒸发，能够有效分离挥发性物质，可以很好地处理热敏性物流，具有较好的蒸馏效果，减少分离过程本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统，其特征在于：包括旋转锥离心成膜装置、进料系统、转速调节系统、加热系统及冷凝系统；
2.根据权利要求1所述的用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统，其特征在于：所述旋转锥与固定锥均由聚四氟乙烯制作而成，直筒式壳体内径为140mm，外径为150mm；旋转锥盘厚度为5mm，外径为140mm，旋转锥盘与中心转轴夹角为45°，中心转轴直径为30mm；旋转锥固定在中心转轴上并同速旋转，物料受离心力作用在旋转锥盘表面离心成膜，实现热质传递和挥发性组分的脱除。
3.根据权利要求1所述的用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统，其特征在于：所述旋转锥壳体外部设置保温层，旋转锥壳体体为石英玻璃。
4.一种权利要求1所述的用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统方法，其特征在于：包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统，其特征在于：包括旋转锥离心成膜装置、进料系统、转速调节系统、加热系统及冷凝系统；
2.根据权利要求1所述的用于多组份高效分离的旋转成膜热质传递系统，其特征在于：所述旋转锥与固定锥均由聚四氟乙烯制作而成，直筒式壳体内径为140mm，外径为150mm；旋转锥盘厚度为5mm，外径为140mm，旋转锥盘与中心转轴夹角为45°，中...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐庆，王鹏宇，侍文浩，肖雅婷，王欣岩，戴晓勇，肖印冉，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：
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