專利名稱：一種毛細(xì)冷凝原理、工藝及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種毛細(xì)冷凝原理、工藝及其設(shè)備。該技術(shù)屬于化學(xué)工程的熱工傳導(dǎo)分離工程及熱工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種毛細(xì)冷凝原理、工藝及其設(shè)備，即本發(fā)明依據(jù)于毛細(xì)管在液相中存在著毛細(xì)管上升即表面張力現(xiàn)象，借此液體固有毛細(xì)管上升現(xiàn)象及其表面張力現(xiàn)象，發(fā)明了一種溶液蒸發(fā)或精餾溶劑蒸汽毛細(xì)冷凝原理、工藝及其設(shè)備。眾所周知，當(dāng)干凈的玻璃毛細(xì)管插入液體中時，若此液體能潤濕毛細(xì)管壁，則因表面張力的作用，液體沿毛細(xì)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(xì)管上升，此正是毛細(xì)管蒸發(fā)加速的原理與動力。此毛細(xì)力可以加速蒸發(fā)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(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種毛細(xì)冷凝器，其排液效果好，冷凝效率高，就熱能的利用而言節(jié)能、低碳、高效。

發(fā)明內(nèi)容
一種毛細(xì)冷凝原理、工藝及其設(shè)備，其特征在于包括以下步驟本發(fā)明毛細(xì)冷凝原理即為毛細(xì)管自然上升法。我們知道，毛細(xì)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(dāng)干凈的玻璃毛細(xì)管插入液體中時，若此液體能潤濕毛細(xì)管壁，則因表面張力的作用，液體沿毛細(xì)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(xì)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(fā)明涉及一種毛細(xì)冷凝原理、工藝及其設(shè)備，即依據(jù)于毛細(xì)管在水相中存在的表面張力現(xiàn)象，并借助于液體的存在的表面張力發(fā)明、實(shí)現(xiàn)了溶液蒸發(fā)或精餾溶劑蒸汽毛細(xì)冷凝原理、工藝及其設(shè)備。本發(fā)明毛細(xì)冷凝工藝是依據(jù)于毛細(xì)管在水相中存在的表面張力現(xiàn)象，并借助于溶液蒸發(fā)或精餾溶劑固有的溶劑表面張力而加速溶劑的毛細(xì)組合、耦合化冷凝與分離。其工藝流程為見圖1。本發(fā)明的毛細(xì)冷凝工藝設(shè)備流程，主要包括毛細(xì)蒸發(fā)再沸加熱器①、耦合化汽液分離器②、毛細(xì)冷凝吸嘴管束③、毛細(xì)蒸發(fā)組合、耦合化冷凝器④、接管⑤、接管⑥、蒸汽、導(dǎo)熱油等熱媒⑦、空氣或水等冷媒⑧、不凝性氣體⑨等。毛細(xì)組合、耦合化冷凝器③主要由毛細(xì)冷凝吸嘴管束④及其冷凝管組⑩組成。本發(fā)明毛細(xì)冷凝工藝設(shè)備流程簡單，適用能力強(qiáng)；冷凝原理清晰、合理，換熱效能高，實(shí)現(xiàn)了高效、節(jié)能冷凝，特別適用于溶劑常壓蒸發(fā)冷凝，實(shí)現(xiàn)了冷凝新原理、新工藝、新設(shè)備的科學(xué)與技術(shù)的創(chuàng)新。其工藝設(shè)備流程為見圖2。本發(fā)明毛細(xì)冷凝器，主要包括毛細(xì)冷凝蒸汽導(dǎo)引封頭及導(dǎo)引管①、毛細(xì)管錐頭管束②、上管板③、毛細(xì)蒸發(fā)冷凝管組④、下管板⑤、下封頭⑥等。毛細(xì)冷凝器主要是通過溶液蒸發(fā)或精餾溶劑蒸汽的毛細(xì)管束其液體表面張力的作用實(shí)現(xiàn)冷凝液的不斷冷凝和排除，溶液毛細(xì)管束冷凝、分離可以實(shí)現(xiàn)毛細(xì)組合、耦合化的冷凝分離。本發(fā)明毛細(xì)冷凝器冷凝排液效果好，冷凝效率高，就熱能的利用而言節(jié)能、低碳、 高效。


圖1本發(fā)明毛細(xì)冷凝工藝原理圖；圖2本發(fā)明毛細(xì)冷凝工藝設(shè)備流程圖；圖3是本發(fā)明臥式或斜式毛細(xì)冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖。其圖中1為毛細(xì)冷凝蒸汽導(dǎo)引封頭及導(dǎo)引管，2為毛細(xì)管錐頭管束，3為上管板，4為毛細(xì)蒸發(fā)冷凝管組，5為下管板，6為下封頭；圖4是本發(fā)明立式毛細(xì)冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖。其圖中1為毛細(xì)冷凝蒸汽導(dǎo)引封頭及導(dǎo)引管，2為毛細(xì)管錐頭管束，3為上管板，4為毛細(xì)蒸發(fā)冷凝管組，5為下管板，6為下封頭；圖5是本發(fā)明直接導(dǎo)引式毛細(xì)冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖。其圖中1為毛細(xì)冷凝蒸汽導(dǎo)引封頭及導(dǎo)引管，2為毛細(xì)管錐頭管束，3為汽液分離室，4為液封及壓力調(diào)節(jié)平衡槽，5為壓力
平衡管；圖6是本發(fā)明毛細(xì)冷凝器單管毛細(xì)管結(jié)構(gòu)示意圖。其圖中1為毛細(xì)管錐頭段，2為毛細(xì)管過渡段，3為毛細(xì)管段，d 為毛細(xì)管錐頭小端內(nèi)徑，mm ；D 為毛細(xì)管錐頭大端內(nèi)徑， mm 為毛細(xì)管錐頭長度，mm ；12為毛細(xì)管過渡端長度，mm ；L3為毛細(xì)管錐頭+過渡端長度， mm ’L4為毛細(xì)管直線段長度，mm。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的技術(shù)核心是發(fā)明了毛細(xì)冷凝原理及其毛細(xì)管表面張力應(yīng)用于毛細(xì)溶劑蒸汽的冷凝，在溶液蒸發(fā)或精餾中實(shí)現(xiàn)了蒸發(fā)或精餾溶液溶劑蒸汽毛細(xì)吸嘴管束的毛細(xì)組合、耦合力及其技術(shù)用于毛細(xì)蒸發(fā)或精餾溶劑的冷凝原理、工藝及設(shè)備的應(yīng)用與設(shè)計(jì)。本發(fā)明的毛細(xì)冷凝器的組成，主要包括毛細(xì)冷凝蒸汽導(dǎo)引封頭及導(dǎo)引管①、毛細(xì)管錐頭管束②、上管板③、毛細(xì)蒸發(fā)冷凝管組④、下管板⑤、下封頭⑥等。本發(fā)明的實(shí)施例闡述如下本發(fā)明毛細(xì)冷凝器第一實(shí)施例的溶液蒸發(fā)溶劑的毛細(xì)冷凝原理為毛細(xì)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(xì)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(fā)明毛細(xì)冷凝器第二實(shí)施例的溶液蒸發(fā)溶劑的毛細(xì)冷凝工藝流程，如圖1所示。溶液蒸發(fā)溶劑不斷通過毛細(xì)蒸發(fā)管束其液體表面張力的作用實(shí)現(xiàn)冷凝液的不斷冷凝和排除。溶液蒸發(fā)溶劑的毛細(xì)管束冷凝、分離可以組合、耦合化成新的毛細(xì)管冷凝工藝。毛細(xì)冷凝可以通過諸多毛細(xì)冷凝管組合、耦合化的液體表面張力的作用實(shí)現(xiàn)溶劑蒸汽的自然直接或間接的風(fēng)冷凝或直接或間接的水冷凝及其排除，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溶液的溶劑毛細(xì)蒸發(fā)冷凝分離。本發(fā)明毛細(xì)冷凝器第三實(shí)施例的毛細(xì)冷凝工藝設(shè)備流程，如圖2所示。主要包括 毛細(xì)蒸發(fā)再沸加熱器①、耦合化汽液分離器②、毛細(xì)冷凝吸嘴管束③、毛細(xì)蒸發(fā)組合、耦合化冷凝器④、接管⑤、接管⑥、蒸汽、導(dǎo)熱油等熱媒⑦、空氣或水等冷媒⑧、不凝性氣體⑨等。 毛細(xì)組合、耦合化冷凝器③主要由毛細(xì)冷凝吸嘴管束④及其冷凝管組⑩組成。本發(fā)明毛細(xì)冷凝工藝設(shè)備流程簡單，適用能力強(qiáng)；冷凝原理清晰、合理，換熱效能高，實(shí)現(xiàn)了高效、節(jié)能冷凝，特別適用于溶劑常壓蒸發(fā)冷凝，實(shí)現(xiàn)了冷凝新原理、新工藝、新設(shè)備的科學(xué)與技術(shù)的創(chuàng)新。本發(fā)明毛細(xì)冷凝器第四實(shí)施例為臥式或斜式毛細(xì)冷凝器結(jié)構(gòu)，如圖3所示。主要由毛細(xì)冷凝蒸汽導(dǎo)引封頭及導(dǎo)引管1、毛細(xì)管錐頭管束2、上管板3、毛細(xì)蒸發(fā)冷凝管組4、下管板5、下封頭6組成。本發(fā)明毛細(xì)蒸發(fā)器第五實(shí)施例為立式毛細(xì)冷凝器結(jié)構(gòu)，如圖4所示。主要由毛細(xì)冷凝蒸汽導(dǎo)引封頭及導(dǎo)引管1、毛細(xì)管錐頭管束2、上管板3、毛細(xì)蒸發(fā)冷凝管組4、下管板5、 下封頭6組成。本發(fā)明毛細(xì)蒸發(fā)器第六實(shí)施例為直接導(dǎo)引式毛細(xì)冷凝器結(jié)構(gòu)，如圖5所示。主要由毛細(xì)冷凝蒸汽導(dǎo)引封頭及導(dǎo)引管1、毛細(xì)管錐頭管束2、汽液分離室3、液封及壓力調(diào)節(jié)平衡槽4、壓力平衡管5組成。本發(fā)明毛細(xì)冷凝器第七實(shí)施例為毛細(xì)冷凝器單管毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，如圖6所示。主要標(biāo)識了毛細(xì)管錐頭段1、毛細(xì)管過渡段2、毛細(xì)管段3、毛細(xì)管錐頭小端內(nèi)徑drt、毛細(xì)管錐頭大端內(nèi)徑D 、毛細(xì)管錐頭長度L1、毛細(xì)管過渡端長度L2、毛細(xì)管錐頭+過渡端長度L3、毛細(xì)管直線段長度L4。本發(fā)明毛細(xì)冷凝毛細(xì)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(nèi)/D內(nèi)=0. 1 0.7。本發(fā)明毛細(xì)冷凝器可以并聯(lián)或串聯(lián)組合使用。本發(fā)明毛細(xì)冷凝器第八實(shí)施例為系列毛細(xì)冷凝效果對比實(shí)驗(yàn)，效果十分顯著。主要結(jié)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(fā)溶劑蒸汽毛細(xì)冷凝試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)時間水浴溫度蒸發(fā)溶液量毛細(xì)管出液量盤管冷凝出液量總?cè)軇┡懦隽?br> °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(quán)利要求
1.一種毛細(xì)冷凝原理、工藝及其設(shè)備，其特征在于包括以下步驟 本發(fā)明毛細(xì)冷凝原理即為毛細(xì)管自然上升法。我們知道，毛細(xì)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(dāng)干凈的玻璃毛細(xì)管插入液體中時，若此液體能潤濕毛細(xì)管壁，則因表面張力的作用，液體沿毛細(xì)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(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)冷凝器，其特征在于，本發(fā)明毛細(xì)冷凝原理即為毛細(xì)管自然上升法。有公式
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)冷凝器，其特征在于，本發(fā)明毛細(xì)冷凝工藝是依據(jù)于毛細(xì)管在水相中存在著毛細(xì)管上升即表面張力現(xiàn)象，借此液體固有毛細(xì)管上升現(xiàn)象及其表面張力而加速溶劑的毛細(xì)組合化冷凝、分離；其工藝流程為見圖1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)冷凝工藝設(shè)備流程，其特征在于主要包括毛細(xì)冷凝蒸汽導(dǎo)引封頭及導(dǎo)引管①、毛細(xì)管錐頭管束②、上管板③、毛細(xì)蒸發(fā)冷凝管組④、下管板⑤、下封頭⑥等；毛細(xì)冷凝工藝設(shè)備流程為見圖2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的毛細(xì)冷凝器，其特征在于主要包括毛細(xì)冷凝蒸汽導(dǎo)引封頭及導(dǎo)引管①、毛細(xì)管錐頭管束②、上管板③、毛細(xì)蒸發(fā)冷凝管組④、下管板⑤、下封頭⑥等。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的毛細(xì)冷凝器，其特征在于，毛細(xì)冷凝器是通過溶液蒸發(fā)溶劑蒸汽的毛細(xì)冷凝管束其液體表面張力的作用實(shí)現(xiàn)溶劑蒸汽的不斷冷凝和排除，實(shí)現(xiàn)了毛細(xì)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(xì)冷凝器、立式毛細(xì)冷凝器、直接導(dǎo)引式毛細(xì)冷凝器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的毛細(xì)冷凝器，其特征在于，毛細(xì)冷凝器可以做成敞開式的風(fēng)冷或封閉式的水或冷凍液冷卻。毛細(xì)冷凝器可以是間接式的臥式毛細(xì)冷凝器或間接式的立式毛細(xì)冷凝器或直接式的毛細(xì)冷凝器或?qū)б闹苯邮矫?xì)冷凝器。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的毛細(xì)冷凝器，其特征在于，毛細(xì)蒸發(fā)或精餾溶液蒸發(fā)或精餾溶劑蒸汽冷凝的毛細(xì)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(jù)權(quán)利要求4所述的毛細(xì)冷凝器，其特征在于，本發(fā)明毛細(xì)冷凝器可以并聯(lián)或串聯(lián)組合使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種毛細(xì)冷凝原理、工藝及其設(shè)備，即本發(fā)明依據(jù)于毛細(xì)管在液相中存在著毛細(xì)管上升即表面張力現(xiàn)象，借此液體固有毛細(xì)管上升現(xiàn)象及其表面張力現(xiàn)象，發(fā)明了一種溶液蒸發(fā)或精餾溶劑蒸汽毛細(xì)冷凝原理、工藝及其設(shè)備。本發(fā)明毛細(xì)冷凝器可以采用并聯(lián)或串聯(lián)組合使用。本發(fā)明毛細(xì)冷凝器冷凝效果好、效率高，就熱能的利用而言節(jié)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(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者孫先玉, 孫博, 孫鐵 申請人:中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所