離心式分子蒸餾器蒸餾室改進設計

劉思成+白國峰+申正佳

摘 要：文章針對黑龍江省計算中心自主研發的離心式分子蒸餾器，在應用上存在的不足，進行不斷完善。對蒸餾室進行了結構改進和優化設計。最終形成擁有自主知識產權的系列化創新型高效柔性離心式分子蒸餾裝備，并將此技術裝備成果推廣應用于天然植物提取分離。

關鍵詞：分子蒸餾；改進；設計

前言

作者參加研制的首臺套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，已經成功地應用于深海魚油中活性成分、廢機油分離回收、大豆油高純度維生素提取分離等現代化的分離工藝技術的開發應用，并獲得了國家實用新型專利。來但是離心式分子蒸餾器在應用過程中，原有真空室的結構冷凝效果不太理想，并且對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由于分子運動平均自由程的不同需要調節冷熱面間的距離，原有設備的冷熱面調節結構效率低，操作不方便；原有設備的傳動系統與真空室的連接采用動密封，真空室內的真空度穩定性不好等。經過這次改進設計，解決了原有分子蒸餾器存在的這些弊端，使分子蒸餾室的結構更加合理，分離效率和分離質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，其側壁為冷卻壁夾套6；真空抽氣口2設在圓筒形側壁的高端位置；真空蒸餾室下底面中心位置開口處焊接法蘭內套滑動軸套；波紋管1上端焊接法蘭，利用密封膠圈與滑動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法蘭密封連接；電機帶動磁力傳動10的外軸經過磁力傳動結構帶動內軸使蒸餾室蒸發轉盤轉動。電機、磁力傳動及波紋管固定在調節支架上，通過調解機構手輪調解使內軸在滑套內移動，從而調節熱面與冷面之間間距，利用磁力傳動把動密封轉換成靜密封。

真空蒸餾室內部中央是可高速旋轉的內凹錐形蒸發轉盤3，其上方是外凸錐形冷凝收集器4，其下方是內凹錐面蒸餾加熱盤5，再下方是內凹錐形反射盤；蒸發轉盤3與滑動軸套內的轉動軸上端固定連接；重組分集液槽低端連接重組分導出管與真空蒸餾室外的重組分儲罐7連通；輕組分集液槽設在冷凝收集面外沿低端下方，其低端連接輕組分導出管與蒸餾室外的輕組分儲罐8連通。

2 蒸餾室冷凝面結構設計

冷凝面結構設計好壞直接決定了蒸汽冷凝效果的好壞，為保證系統能夠高效運行，對冷凝面結構進行優化、改進設計。原有的冷凝面為C型結構（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，同時制冷循環不暢，冷卻效果不太好，另外由于冷熱面間距不均勻，分離效率低。改進后采用獨特的M型（如圖2）冷凝面結構設計，與蒸發盤形成平行錐面，循環水采用隔板形式，呈螺旋運動，以及內通冷卻液成一體結構的兩組份集液槽設計，對比C型外拱形不平行冷凝收集面的離心式分子蒸餾設備，更有利于物料精確按其內部組份的分子自由程分離，冷熱面間距均勻，冷卻循環效果比C型結構更好，提高分離效率，滿足多目標組份的分離要求。

3 冷熱面間距調節機構設計

在蒸餾室工作時，在提取不同混合物組份時由于分子運動平均自由程的不同需要調節冷熱面間的距離，蒸發轉盤與冷凝面之間的間距在蒸餾室外按需調節，使冷凝面與蒸發面之間的距離控制在分子運動平均自由程，使得冷熱面距離調節在蒸餾室不用瀉真空情況下就可以調節。改進前調解結構是在蒸餾室頂部安放由齒輪傳動來調節，調解不方便精度不高。改進后采用如圖1中的9所示結構，解決了調解精度和方便操作的難題。使這種只有一個真空蒸餾室的分子蒸餾裝置可以適應各種不同物料和分離工藝要求，滿足多品種、多目標組份僅用一套裝置可達到通常多級設備分離的工藝效果。

4 動、靜密封結構設計

為保證運轉情況下設備高真空能長期穩定運行，改進了動、靜密封結構設計技術，使之傳動軸和間距調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10連接密封，解決高溫、高真空下密封變形的補償問題，保證裝置的連續性運轉，實現高效分離。

5 輻射加熱

原有加熱盤沒有反射熱量涂料，熱量有一部分傳導到加熱面背面，既浪費了熱量，又使真空度難以達到要求。改進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，提高了產品質量。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生的輻射熱為蒸發轉盤加熱；錐形反射盤將其大部分反向輻射熱反射回收。

通過這次對蒸餾室冷凝面結構、冷熱面調節機構、動密封改成靜密封、加熱盤涂上反射熱能涂料等優化改進設計的分子蒸餾裝置，分離效率提高18%，能耗降低25%，達到同樣真空度所需時間縮短17%，而且在操作上更加方便和精確。

參考文獻

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