蒸馏设备 【技术领域】
本发明涉及一种蒸馏设备， 其用于蒸馏出液体， 尤其是用于分离液体混合物。背景技术 DE 1 773 893 A 公开了一种多级蒸馏设备， 其具有第一蒸发容器和布置在该容器 上的蒸馏柱、 邻接的冷凝器， 并且还具有另外的蒸发容器和相关的冷凝器， 其中在每种情况 下， 这些冷凝器都连接于随后的蒸发容器， 并且最后一个容器的冷凝器具有排水管。 在这种 情况下， 所有的另外蒸发容器都绕蒸馏柱环形布置， 并且从蒸发容器通向冷凝器的管路延 伸到蒸馏柱内。每个蒸发容器都能够被电加热。
从 WO 98/11395 A1 中已知一种热交换器， 在该热交换器中设有用于在该热交换器 中产生的蒸汽的蒸汽出口， 这些蒸汽出口从用于待处理的液体的管路分支出。这些蒸汽出 口在热交换部的端部处再次聚到一起。
US 4,760,742 示出了一种用于监测石油流的系统， 其包括用于石油流的管路， 在 石油流中逐渐形成的气体从该管路经由分支管路从其被引导至收集管路， 以用于流过量测 量的目的， 然后该收集管路再次通向具有液体石油流的主管， 该液体石油流的流过量也被 测量。
从 EP 0 344 566 A1 已知一种蒸馏设备， 其具有加热设备、 蒸馏介质入口、 蒸汽出 口、 位于蒸馏介质入口和蒸汽出口之间的蒸馏室、 以及位于蒸馏室的底部中的排水管， 该排 水管从蒸馏室分支出， 以用于分离出的成分。在加热容器 ( 该加热容器可以填充借助于加 热设备而被加热的加热介质 ) 中， 设有下行管和上行管， 该下行管从顶部向下延伸并连接 于位于顶部的蒸馏介质入口， 该上行管从底部向上延伸到蒸汽出口。 在工作期间， 这两个管 被加热介质包封。它们还在底部相互连接并形成蒸馏室。所述排水管布置在下行管和上行 管的连接点以下并包括虹吸管。
这些类型的已知蒸馏设备有太多需要改进的地方。特别地， 这些蒸馏设备的效率 有待大大改进。
发明内容 因此， 本发明基于改进蒸馏设备的目的。 在该情况下， 蒸馏设备还特别能够用于高 温煮沸液体混合物。
该目的是根据本发明通过一种具有权利要求 1 所述的特征的蒸馏设备实现的。其 有利的改进是从属权利要求的主题。
根据本发明， 提供了一种蒸馏设备， 其具有至少一个第一蒸馏部和至少一个第二 蒸馏部， 所述至少一个第一蒸馏部具有至少一个第一气体出口管路， 所述至少一个第二蒸 馏部具有至少一个第二气体出口管路， 其中所述蒸馏部直接相连， 所述第一蒸馏部通过第 一管路形成， 并且所述第二蒸馏部通过第二管路形成。 在该情况下， 形成蒸馏部的所述两个 管路以可控的方式相连， 例如通过可控阀相连。
对于所述管， 优选的是具有圆形横截面的管， 但是具有长方形和其他横截面的管 也是可以的。另外， 在这些管内， 可以设置影响流动的元件， 特别用于在流动的同时确保连 续的完全混合， 从而在要蒸馏的液体中建立起尽可能均匀的温度曲线。蒸馏部作为管路的 设计使得能够由于大的管路表面而提供大的热交换表面面积。另外， 由于要蒸馏的介质在 管路中的流动， 确保了良好的完全混合， 并且因此流动介质中的温度曲线比在具有不动液 体的容器情况下的温度曲线更均匀。
通过设置所述两个蒸馏部之间的可控连接， 可发生基于需求的从第一蒸馏部到第 二蒸馏部中的溢流。 另外， 能够例如仅仅使用所述两个蒸馏部中的一个用于进行蒸馏， 使得 所述设备能够用于不同的介质。此外， 划分成两个蒸馏部使得能够分开地排出在蒸馏过程 中逐渐形成的气体。 对于第二蒸馏部， 特别优选的是能够对高温煮沸介质进行脱气的部分。
在第一蒸馏部和第二蒸馏部之间， 特别优选的是设置用于脱气加速剂的混合的供 给管路。由于要分离的液体中的一部分已经在第一蒸馏部中移除， 所以需要的是脱气较少 的加速剂。另外， 脱气加速剂能够实现要分离的液体改进的分离。此外， 要分离的液体部分 的纯度升高并且剩余残留物减至最小。
特别优选的是设置两个供给管路用于脱气加速剂， 其中第一供给管路在第一蒸馏 部的端部处进入， 并且第二供给管路在第二蒸馏部的开始处进入。 为了降低蒸馏所需的温度并因此减少必要的能量消耗， 蒸馏设备特别优选地在负 压下工作。
蒸馏部特别优选地布置在可加热的容器中。在该情况下， 该容器能够限定出加热 室并且甚至能够在外侧是绝热的， 其中温度受控的介质如热水、 热油或水蒸气能够从外部 供给。这能够实现容器内均匀的温度分布， 并因此实现容器内均匀的热传递。
可替代地， 蒸馏所需的热能够通过电加热元件产生， 例如特别是通过缠绕在管上 的加热螺旋或加热膜， 或者通过伸入到管的内部的加热螺旋， 通过用作加热元件的管筒 ( 例如呈同轴管筒的形式， 其缠绕在所述管上或者布置在所述管内并暴露于流过的加热介 质 )， 通过直接布置在所述管下方的燃烧器， 或者通过直接在待蒸馏介质中的超声和 / 或微 波。
在蒸馏设备中使用的所述管可以由金属、 塑料、 玻璃、 瓷器或陶瓷构成， 这些材料 的组合也是可以的。在腐蚀性介质的情况下， 所述管还可以设有适当的涂层。由金属构成 的具有良好的热传导能力的管 ( 例如铜管或不锈钢管， 铝管也是可以的 ) 是特别优选的。
第一蒸馏部特别优选地为螺旋状设计。螺旋结合较长的长度能够实现紧凑型构 造。 在这种情况下， 螺旋还可以由多个直管部形成， 这些直管部通过相应的弯折或弯曲相互 连接 ( 特别是焊接 )， 以形成一种类型的螺旋。
该螺旋特别优选地延伸成使得科里奥利力 (Coriolis force) 使流动减缓， 其中方 向取决于应用的地点， 为北半球或南半球。
特别优选地， 在第一蒸馏部中设有多个气体出口管路。这能够实现液体的蒸馏出 的成分更快、 更好的分离。 在第一蒸馏部中的管路为螺旋状构造的情况下， 气体出口管路可 以通向上， 延伸到螺旋内， 从而带来节省空间的构造。
在第一蒸馏部中的管路为螺旋状构造的情况下， 每个螺旋优选有一个气体出口管 路分支出， 特别优选地从第二或第三螺旋向前分支出， 并且最后一个气体出口管路在最后
一个螺旋的端部分支出。从螺旋分支出的气体出口管路能够在螺旋内仅仅通向上。在这种 情况下， 各个气体出口管路优选以彼此微微偏置的方式从各个螺旋分支出。
第一蒸馏部中的自由流动横截面优选比第二蒸馏部中的大， 但是也可以比第二蒸 馏部中的小或者一样大。
另外， 第一蒸馏部中的倾斜度优选比第二蒸馏部中的倾斜度略大。第一蒸馏部的 倾斜度特别优选为第二蒸馏部的倾斜度的至少两倍大。
在第二蒸馏部中， 优选设有至少一个用于较重气体的气体出口管路， 以及至少一 个用于较轻气体的气体出口管路。
优选设有用于第二蒸馏部的气体出口管路的公共气体收集管路， 较重气体经由该 公共气体收集管路排出。
对于较重气体， 气体收集出口管路特别优选布置成比第二蒸馏部的管路低。这使 得能够简单地收集和排出气体。
气体收集出口管路优选经由具有弯曲或弯折设计的气体出口管路连接于用于较 重气体的第二蒸馏部。 弯曲或弯折或向下倾斜延伸的构造确保了没有液体能够进入气体收 集出口管路， 即使在气体收集出口管路布置在第二蒸馏部的管路下方的情况下也是如此。
设置在第一蒸馏部中的气体出口管路优选单独地从容器导出， 并且设置在第二蒸 馏部中的用于较重气体的气体出口管路经由公共气体出口管路从容器导出。 用于较轻气体 的气体出口管路可以与第一蒸馏部的气体出口管路从容器导出。 这使得能够单独地进一步 处理在相应的蒸馏部中蒸馏的气体， 所述气体可以具有不同的纯度， 或者特别是在形成中 的气体混合物的情况下， 可以具有不同的组成。 然而， 例如多个来自所述两个蒸馏部的单独 的气体出口管路也是可以的。 附图说明
在下文中， 将参照附图基于示例性实施方式更详细地描述本发明。在附图中 ：
图 1 以高度示意的方式并且并未按真实比例示出根据第一示例性实施方式的蒸 馏设备的展开视图 ；
图 2 示出了蒸馏设备的一部分沿图 1 的箭头 II 方向的详细视图 ；
图 3 示出了图 1 的蒸馏设备的透视图 ；
图 4 示出了图 1 的蒸馏设备从斜下方看的视图 ； 以及
图 5 以局部剖视的方式示出了图 1 的蒸馏设备的一部分的详细视图。 具体实施方式
蒸馏设备 1 具有容器 2， 容器 2 能够通过加热设备 ( 未更详细地示出 ) 被加热， 在 本示例中通过水蒸气来加热， 所述水蒸气在单独形成的锅炉中形成并引入到容器 2 中， 并 且蒸馏设备 1 还具有布置在容器 2 中的管路装置， 其中， 对于管路装置 3， 多个供给和处理管 路导入容器 2 中或从容器 2 中导出 ( 根据情况而定 )。容器 2 具有耐压设计并且是绝热良 好的。本示例中的管路装置 3 由具有优良的热传导能力的铜管构成。
管路装置 3 具有 ： 进入容器 2 中的蒸馏介质入口管路 4 ； 为螺旋状设计的连续管 路， 形成第一蒸馏部 5， 具有比入口管路 4 显著更大的直径 ； 各种第一气体出口管路 6， 其从第一蒸馏部 5 分支出， 直径对应于螺旋状管路， 在下文中也称作第一组气体出口管路 ； 用 于第一脱气加速剂的第一供给管路 7， 其在第一蒸馏部 5 的端部处进入 ； 然后开始的第二 蒸馏部 8， 其经由阀以可控的方式连接于第一蒸馏部 5， 并且在其开始处进入第二供给管路 7’ ( 仅在图 1 中示出 )， 用于第二脱气加速剂 ； 第二组气体出口管路 9， 其从第二蒸馏部 8 分 支出并导入公共气体收集出口管路 10 ； 以及残余介质出口管路 11。
根据一种变型， 对应于第一气体出口管路， 在公共气体收集出口管路的位置处设 有多个单独形成的气体出口管路， 所述气体出口管路在每种情况下都单独从所述容器导 出。
形成本示例中的第一蒸馏部 5 的管路通过螺旋状的方式以恒定的横截面和微微 的倾斜向下延伸。每个螺旋通过六个在端部彼此焊接的直管部形成。从每个螺旋中从第二 螺旋的端部向上分支出一个气体出口管路 6， 并从容器 2 单独地向上延伸。为了示出梯度， 在图 1 的展开视图中画出了等高线 (level line)E， 等高线 E 在所述设备的直立状态下位于 水平面内。 另外， 长度未按真实比例绘制， 因此第二蒸馏部 8 形成的显著比第一蒸馏部 5 短。 第一蒸馏部 5 的倾斜用角度 α 来表示， 并且第二蒸馏部 8 的倾斜用角度 β 来表示。在本 示例中， 角度 α 大约是角度 β 的两倍。 在来自第一蒸馏部 5 的气体出口管路 6 的最后一个分支 ( 第一蒸馏部 5 以该分支 终止 ) 的下方， 管路沿径向方向向内延伸并在螺旋的大约中部向下弯曲并在端部封闭。第 一蒸馏部 5 的管路具有至端部的恒定、 相对较大的横截面。在管路的端部区域中， 从相对布 置的侧部设有用于脱气加速剂的第一供给管路 7 的入口， 和形成第二蒸馏部 8 的管路的起 始部， 该管路在第二蒸馏部 8 的端部变为残余介质出口管路 11。在本示例中， 所述阀布置 在第二蒸馏部 8 的管路的起始部， 以控制剩余液体从第一蒸馏部 5 溢流到第二蒸馏部 8 中。 经由第二供给管路 7’ ， 能够以可控的方式供给另外的脱气加速剂到剩余的液体， 其中取决 于应用场合， 第一和第二脱气加速剂可以相同， 脱气加速剂仅仅经由供给管路 7 或 7’ 中的 一个进行供给， 或者甚至能够没有脱气加速剂被供给。第二蒸馏部 8 的管路以及供给管路 7、 7’ 具有显著小于第一蒸馏部 5 的管路直径的直径， 其中形成第二蒸馏部 8 的管路的直径 直到残余介质出口管路 11 是恒定的。
为了延长长度， 在本示例中， 第二蒸馏部 8 中的管路通过 Z 字形的方式以微微的倾 角延伸， 其中弯折对本示例中的管路梯度没有影响， 即， 倾斜角基本上是恒定的。
在本示例中， 四个第二气体出口管路 9 从第二蒸馏部 8 中分支出， 并且导入到与第 二蒸馏部 8 相关联的气体收集出口管路 10 中， 并从容器 2 导出。第二气体出口管路 9 从与 平面 E 平行地在上部区域中、 在本示例中与管路的最高点几乎相切的第二蒸馏部 8 的管路 中分支出， 其中气体出口管路 9 具有弯折或弯曲设计， 并且在本示例中， 首先水平地延伸， 然后竖直向下延伸， 和 / 或可替代地还斜向下延伸， 使得管路 9 从顶部导入到布置成低于第 二蒸馏部 8 的气体收集出口管路 10 中 ( 见图 2)。在本示例中， 气体出口管路 9 具有小于 第二蒸馏部 8 的管路的直径的直径。该构造确保了没有液体成分进入到气体收集出口管路 10 中。另外， 确保了较重的特定气体进入气体收集出口管路 10 中。
除了这些第二气体出口管路 9 之外， 在本示例中还设有第三气体出口管路 9’ ， 较 轻的气体能够经由该第三气体出口管路 9’ 排出。本示例中的第三气体出口管路 9’ 在阀将 两个蒸馏部 5 和 8 彼此分开之后分支出。第三气体出口管路 9’ 还可以布置在第二蒸馏部
8 的端部区域中。另外， 在第二蒸馏部 8 中也可设有多个第三气体出口管路， 用于将较轻的 气体排出。所述一个第三气体出口管路 ( 或者， 如果适用的话， 为多个气体出口管路 9’ )还 可以在出口侧分支的更远， 即， 向图 1 的左边移动的更远。
在第三气体出口管路 9’ 和收集出口管路 10( 气体出口管路 9 在其中聚在一起 ) 之间， 根据本示例性实施方式将连接管路 9” 布置成使得例如在蒸馏温度改变期间来自第三 气体出口管路 9’ 的下沉气体能够进入收集出口管路 10。连接管路 9” 仅在图 3 中示出。
根据未在图中示出的该示例性实施方式的变型， 省略了连接管路 9’ ， 其他构造与 前面所描述的相对应。
第二蒸馏部 8 的管路直接融合到基本沿水平方向延伸自容器 2 的残余介质出口管 路 11 中。在本示例中， 在第二蒸馏部 8 的端部设有限制器 15 的形式的直径减小的管路， 其阻挡住一部分液体残余介质， 并防止已脱气的介质经由残余介质出口以不受控的方式排 出。
蒸馏设备 1 在负压下的功能如下 ： 当前的高温沸腾液体混合物 ( 在下文中称作蒸 馏介质 ) 被引入到处于负压的系统中， 用于分离成两部分 ( 或者， 可以分离成甚至更多种单 独的液体或液体混合物 )。蒸馏设备 1 是该系统的一部分。蒸馏介质经由蒸馏介质入口管 路 4 进入被加热的容器 2。液体蒸馏介质从蒸馏介质入口管路 4 进入螺旋状的第一蒸馏部 5， 并在由于热效应而导致的缓慢流出期间逐渐地在第一蒸馏部中被脱气， 即， 一部分液体 混合物被蒸发。比剩余液体混合物轻的气体经由各种第一气体出口管路 6 从容器 2 被向上 吸引， 气体由此进入下游过滤器和冷凝器 ( 未示出 ) 中， 并被进一步处理。然而， 下游过滤 器和冷凝器并不是蒸馏设备 1 的一部分。将过滤器在容器内安装在管路装置区域中在原则 上是可以的。在第一蒸馏部 5 的端部， 一部分液体混合物被蒸发。 第一脱气加速剂 ( 特别地， 其在第一蒸馏部 5 中起作用并加速蒸馏 ) 能够经由第 一供给管路 7 被供给液体混合物。通过布置在第二蒸馏部 8 的起始部的阀来执行对进入第 二蒸馏部 8 的溢流的控制。为了还能够对进入第二蒸馏部 8 的剩余液体混合物尽可能多地 进行脱气， 能够经由第二供给管路 7’ 对脱气加速剂再次供给， 并与液体混合物混合。新组 成的液体混合物然后进入第二蒸馏部 8。
在该第二蒸馏部 ( 其以 Z 字形方式形成， 用于延长路径长度 ) 中， 待分离的液体混 合物的另一部分借助于脱气加速剂蒸发， 该脱气加速剂是第二蒸馏部中的液体混合物的一 部分。该气态部分经由第二气体出口管路 9 被引导至公共气体收集管路 10， 气体经由公共 气体收集管路 10 离开容器 2。剩余的液体经由残余介质出口管路 11 排到外部。为了确保 液体在容器 2 中充分的残留时间， 并且为了不经由该出口管路 11 输送任何可能的气体到 外部， 出口管路在端部 ( 即， 在容器壁的区域 ) 具有限制器 15。经由出口管路 11 排出的气 体， 其对应于经由第一气体出口管路 6 向上排出的气体， 被供给到过滤器和冷凝器， 并被进 一步处理。当然， 任何其他的气体处理也是可以的。
在本示例中进行蒸馏以用于加速脱气以及脱气所需的负压下的温度， 即， 在管路 装置连同与其相关的管路和设备中， 相对于周围环境压力降低， 其中， 通常涉及刚好达到所 谓的大致真空的负压 (1 至 300mbar)。在极端的情况下， 压力进一步降低也是可能的。
可替代地， 利用前述设备在正常压力下进行脱气也是可以的。
另外， 能够利用前述设备在甚至没有脱气加速剂的情况下进行脱气。如果合适的
话， 还能够因此省略供给管路 7 和 / 或 7’ 。
蒸馏设备， 特别是在加热设备的情况下 ( 其通过围绕管布置的电加热元件形成 )， 还能够操作成进行加热， 因此蒸馏 ( 特别是高温沸腾介质的蒸馏 ) 例如仅仅在第二蒸馏部 8 中进行。在这种情况下， 待蒸馏的介质流过蒸馏介质入口管路 4， 经由未加热的第一蒸馏 部 5 流入已加热的第二蒸馏部 8， 其中通过脱气加速剂供给管路 7 或 7’ 中的一个来混合脱 气加速剂。
附图标记列表
1 蒸馏设备
2 容器
3 管路装置
4 蒸馏介质入口管路
5 第一蒸馏部
6 气体出口管路
7， 7’ 供给管路 ( 脱气加速剂 )
8 第二蒸馏部
9， 9’ 气体出口管路 9” 连接管路 10 气体收集管路 11 残余介质出口管路 15 限制器 E 等高线 α， β 角度