專利名稱：一種毛細冷凝原理、工藝及其設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種毛細冷凝原理、工藝及其設備。該技術屬于化學工程的熱工傳導分離工程及熱工設備技術領域。
背景技術：
本發明涉及一種毛細冷凝原理、工藝及其設備，即本發明依據于毛細管在液相中存在著毛細管上升即表面張力現象，借此液體固有毛細管上升現象及其表面張力現象，發明了一種溶液蒸發或精餾溶劑蒸汽毛細冷凝原理、工藝及其設備。眾所周知，當干凈的玻璃毛細管插入液體中時，若此液體能潤濕毛細管壁，則因表面張力的作用，液體沿毛細管上升，直到上升的力被液柱的重力所平衡而停止上升，即稱之為毛細管上升，此正是毛細管蒸發加速的原理與動力。此毛細力可以加速蒸發溶劑氣相的分離！液膜有自動收縮的趨勢，這種收縮表面的力叫表面張力。其物理意義在于表面張力是沿著與表面相切的方向，垂直通過液體表面上任一單位長度收縮表面的力。任何液體， 在一定的條件下均有一定的表面張力。如水在20°C是的表面張力為72. 75mN/m。鑒于此，本發明實現了一種毛細冷凝器，其排液效果好，冷凝效率高，就熱能的利用而言節能、低碳、高效。

發明內容
一種毛細冷凝原理、工藝及其設備，其特征在于包括以下步驟本發明毛細冷凝原理即為毛細管自然上升法。我們知道，毛細管自然上升力其幾乎是不受任何受力方向的作用與影響。當干凈的玻璃毛細管插入液體中時，若此液體能潤濕毛細管壁，則因表面張力的作用，液體沿毛細管上升，直到上升的力Qn Y COS θ )被液柱的重力(Jir2Pgh)所平衡而停止上升，即2 π γ cos θ = Ji r2 P gh (1)整理⑴式，得到
r2pghY =——
2 Cos^(2)式中γ為表面張力，r為毛細管直徑，P為液體密度，g為重力加速度，h為液柱高，θ為接觸角。液膜有自動收縮的趨勢，這種收縮表面的力叫表面張力。其物理意義在于沿著與表面相切的方向，垂直通過液體表面上任一單位長度收縮表面的力，通常存在表面張力，其單位用mN/m表示。任何液體，在一定的條件下均有一定的表面張力。如水在20°C時的表面張力為 72.75mN/m。本發明涉及一種毛細冷凝原理、工藝及其設備，即依據于毛細管在水相中存在的表面張力現象，并借助于液體的存在的表面張力發明、實現了溶液蒸發或精餾溶劑蒸汽毛細冷凝原理、工藝及其設備。本發明毛細冷凝工藝是依據于毛細管在水相中存在的表面張力現象，并借助于溶液蒸發或精餾溶劑固有的溶劑表面張力而加速溶劑的毛細組合、耦合化冷凝與分離。其工藝流程為見圖1。本發明的毛細冷凝工藝設備流程，主要包括毛細蒸發再沸加熱器①、耦合化汽液分離器②、毛細冷凝吸嘴管束③、毛細蒸發組合、耦合化冷凝器④、接管⑤、接管⑥、蒸汽、導熱油等熱媒⑦、空氣或水等冷媒⑧、不凝性氣體⑨等。毛細組合、耦合化冷凝器③主要由毛細冷凝吸嘴管束④及其冷凝管組⑩組成。本發明毛細冷凝工藝設備流程簡單，適用能力強；冷凝原理清晰、合理，換熱效能高，實現了高效、節能冷凝，特別適用于溶劑常壓蒸發冷凝，實現了冷凝新原理、新工藝、新設備的科學與技術的創新。其工藝設備流程為見圖2。本發明毛細冷凝器，主要包括毛細冷凝蒸汽導引封頭及導引管①、毛細管錐頭管束②、上管板③、毛細蒸發冷凝管組④、下管板⑤、下封頭⑥等。毛細冷凝器主要是通過溶液蒸發或精餾溶劑蒸汽的毛細管束其液體表面張力的作用實現冷凝液的不斷冷凝和排除，溶液毛細管束冷凝、分離可以實現毛細組合、耦合化的冷凝分離。本發明毛細冷凝器冷凝排液效果好，冷凝效率高，就熱能的利用而言節能、低碳、 高效。


圖1本發明毛細冷凝工藝原理圖；圖2本發明毛細冷凝工藝設備流程圖；圖3是本發明臥式或斜式毛細冷凝器結構示意圖。其圖中1為毛細冷凝蒸汽導引封頭及導引管，2為毛細管錐頭管束，3為上管板，4為毛細蒸發冷凝管組，5為下管板，6為下封頭；圖4是本發明立式毛細冷凝器結構示意圖。其圖中1為毛細冷凝蒸汽導引封頭及導引管，2為毛細管錐頭管束，3為上管板，4為毛細蒸發冷凝管組，5為下管板，6為下封頭；圖5是本發明直接導引式毛細冷凝器結構示意圖。其圖中1為毛細冷凝蒸汽導引封頭及導引管，2為毛細管錐頭管束，3為汽液分離室，4為液封及壓力調節平衡槽，5為壓力
平衡管；圖6是本發明毛細冷凝器單管毛細管結構示意圖。其圖中1為毛細管錐頭段，2為毛細管過渡段，3為毛細管段，d 為毛細管錐頭小端內徑，mm ；D 為毛細管錐頭大端內徑， mm 為毛細管錐頭長度，mm ；12為毛細管過渡端長度，mm ；L3為毛細管錐頭+過渡端長度， mm ’L4為毛細管直線段長度，mm。
具體實施例方式本發明的技術核心是發明了毛細冷凝原理及其毛細管表面張力應用于毛細溶劑蒸汽的冷凝，在溶液蒸發或精餾中實現了蒸發或精餾溶液溶劑蒸汽毛細吸嘴管束的毛細組合、耦合力及其技術用于毛細蒸發或精餾溶劑的冷凝原理、工藝及設備的應用與設計。本發明的毛細冷凝器的組成，主要包括毛細冷凝蒸汽導引封頭及導引管①、毛細管錐頭管束②、上管板③、毛細蒸發冷凝管組④、下管板⑤、下封頭⑥等。本發明的實施例闡述如下本發明毛細冷凝器第一實施例的溶液蒸發溶劑的毛細冷凝原理為毛細管自然上升法。主要公式為2 π γ cos θ = Ji r2 P gh (1)γ = r p^t
2cos^( 2 )式中γ為表面張力，r為毛細管直徑，P為液體密度，g為重力加速度，h為液柱高，θ為接觸角。本發明毛細冷凝器第二實施例的溶液蒸發溶劑的毛細冷凝工藝流程，如圖1所示。溶液蒸發溶劑不斷通過毛細蒸發管束其液體表面張力的作用實現冷凝液的不斷冷凝和排除。溶液蒸發溶劑的毛細管束冷凝、分離可以組合、耦合化成新的毛細管冷凝工藝。毛細冷凝可以通過諸多毛細冷凝管組合、耦合化的液體表面張力的作用實現溶劑蒸汽的自然直接或間接的風冷凝或直接或間接的水冷凝及其排除，進而實現溶液的溶劑毛細蒸發冷凝分離。本發明毛細冷凝器第三實施例的毛細冷凝工藝設備流程，如圖2所示。主要包括 毛細蒸發再沸加熱器①、耦合化汽液分離器②、毛細冷凝吸嘴管束③、毛細蒸發組合、耦合化冷凝器④、接管⑤、接管⑥、蒸汽、導熱油等熱媒⑦、空氣或水等冷媒⑧、不凝性氣體⑨等。 毛細組合、耦合化冷凝器③主要由毛細冷凝吸嘴管束④及其冷凝管組⑩組成。本發明毛細冷凝工藝設備流程簡單，適用能力強；冷凝原理清晰、合理，換熱效能高，實現了高效、節能冷凝，特別適用于溶劑常壓蒸發冷凝，實現了冷凝新原理、新工藝、新設備的科學與技術的創新。本發明毛細冷凝器第四實施例為臥式或斜式毛細冷凝器結構，如圖3所示。主要由毛細冷凝蒸汽導引封頭及導引管1、毛細管錐頭管束2、上管板3、毛細蒸發冷凝管組4、下管板5、下封頭6組成。本發明毛細蒸發器第五實施例為立式毛細冷凝器結構，如圖4所示。主要由毛細冷凝蒸汽導引封頭及導引管1、毛細管錐頭管束2、上管板3、毛細蒸發冷凝管組4、下管板5、 下封頭6組成。本發明毛細蒸發器第六實施例為直接導引式毛細冷凝器結構，如圖5所示。主要由毛細冷凝蒸汽導引封頭及導引管1、毛細管錐頭管束2、汽液分離室3、液封及壓力調節平衡槽4、壓力平衡管5組成。本發明毛細冷凝器第七實施例為毛細冷凝器單管毛細管結構，如圖6所示。主要標識了毛細管錐頭段1、毛細管過渡段2、毛細管段3、毛細管錐頭小端內徑drt、毛細管錐頭大端內徑D 、毛細管錐頭長度L1、毛細管過渡端長度L2、毛細管錐頭+過渡端長度L3、毛細管直線段長度L4。本發明毛細冷凝毛細管及其管束吸嘴椎度為=DrtZl1 = 0. 20 0. 28，吸嘴管徑梯度比例為d內/D內=0. 1 0.7。本發明毛細冷凝器可以并聯或串聯組合使用。本發明毛細冷凝器第八實施例為系列毛細冷凝效果對比實驗，效果十分顯著。主要結果如表1、2、3、4、5、6所示。表1乙酸乙酯提取塔拉粉提取液蒸發溶劑蒸汽毛細冷凝試驗結果
試驗時間水浴溫度蒸發溶液量毛細管出液量盤管冷凝出液量總溶劑排出量
°Cmlmlmlml
2/12-200589150頭步)58741322/12-200589183頭步)70831532/12-200589150二步)77631402/12-200589212二步)115952106/12-200595150頭步)38951356/12-200595150頭步)64651296/12-200595174頭步)99641636/12-200594150二步)60831436/12-200594150二步)72671396/12-200594206二步)891122016/12-200595150頭步)70561266/12-200595150頭步)63811386/12-200595174頭步)65701356/12-200594150二步)70741446/12-200594150二步)68791476/12-200594205二步)881122007/12-200587150頭步)73601337/12-200587150二步)66771437/12-200587150三步)82661487/12-200S93200頭步)931001937/12-200592315頭步)1151802957/12-200590225二步)841282127/12-200585245三步)1031362399/12-200586610二步)1313905219/12-200573623三步)18542260715/12-200588172頭步)807415415/12-200588360二步)16918435315/12-200588290三步)13413426812/1-200676654頭步)14646060612/1-200673462二步〉10535045512/1-200674530 (三步)15337152權利要求
1.一種毛細冷凝原理、工藝及其設備，其特征在于包括以下步驟 本發明毛細冷凝原理即為毛細管自然上升法。我們知道，毛細管自然上升力其幾乎是不受任何受力方向的作用與影響。當干凈的玻璃毛細管插入液體中時，若此液體能潤濕毛細管壁，則因表面張力的作用，液體沿毛細管上升，直到上升的力Qn Y COS θ )被液柱的重力(Jir2Pgh)所平衡而停止上升，即 2 η γ cos θ = Jir2Pgh (1) 整理(1)式，得到
2.根據權利要求1所述的毛細冷凝器，其特征在于，本發明毛細冷凝原理即為毛細管自然上升法。有公式
3.根據權利要求1所述的毛細冷凝器，其特征在于，本發明毛細冷凝工藝是依據于毛細管在水相中存在著毛細管上升即表面張力現象，借此液體固有毛細管上升現象及其表面張力而加速溶劑的毛細組合化冷凝、分離；其工藝流程為見圖1。
4.根據權利要求1所述的毛細冷凝工藝設備流程，其特征在于主要包括毛細冷凝蒸汽導引封頭及導引管①、毛細管錐頭管束②、上管板③、毛細蒸發冷凝管組④、下管板⑤、下封頭⑥等；毛細冷凝工藝設備流程為見圖2。
5.根據權利要求1所述的毛細冷凝器，其特征在于主要包括毛細冷凝蒸汽導引封頭及導引管①、毛細管錐頭管束②、上管板③、毛細蒸發冷凝管組④、下管板⑤、下封頭⑥等。
6.根據權利要求4所述的毛細冷凝器，其特征在于，毛細冷凝器是通過溶液蒸發溶劑蒸汽的毛細冷凝管束其液體表面張力的作用實現溶劑蒸汽的不斷冷凝和排除，實現了毛細管束組合、耦合化的冷凝與分離。主要形式有臥式或斜式毛細冷凝器、立式毛細冷凝器、直接導引式毛細冷凝器。
7.根據權利要求4所述的毛細冷凝器，其特征在于，毛細冷凝器可以做成敞開式的風冷或封閉式的水或冷凍液冷卻。毛細冷凝器可以是間接式的臥式毛細冷凝器或間接式的立式毛細冷凝器或直接式的毛細冷凝器或導引的直接式毛細冷凝器。
8.根據權利要求4所述的毛細冷凝器，其特征在于，毛細蒸發或精餾溶液蒸發或精餾溶劑蒸汽冷凝的毛細管吸嘴椎度為=DrtZl1 = 0. 20 0. 28，吸嘴管徑梯度比例為=0. 1 0. 7。
9.根據權利要求4所述的毛細冷凝器，其特征在于，本發明毛細冷凝器可以并聯或串聯組合使用。
全文摘要
本發明涉及一種毛細冷凝原理、工藝及其設備，即本發明依據于毛細管在液相中存在著毛細管上升即表面張力現象，借此液體固有毛細管上升現象及其表面張力現象，發明了一種溶液蒸發或精餾溶劑蒸汽毛細冷凝原理、工藝及其設備。本發明毛細冷凝器可以采用并聯或串聯組合使用。本發明毛細冷凝器冷凝效果好、效率高，就熱能的利用而言節能、低碳、高效。
文檔編號B01D1/00GK102553285SQ20121000822
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者孫先玉, 孫博, 孫鐵 申請人:中國林業科學研究院林產化學工業研究所