一种NMP动态化精馏设备及其控制方法与流程

一种nmp动态化精馏设备及其控制方法
技术领域
1.本发明涉及nmp废液处理技术领域，尤其涉及一种nmp动态化精馏设备及其控制方法。


背景技术：

2.分子蒸馏是一种特殊的液-液分离技术，它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。当液体混合物沿加热板流动并被加热，轻、重分子会逸出液面而进入气相，由于轻、重分子的自由程不同，因此，不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。这样，达到物质分离的目的。在沸腾的薄膜和冷凝面之间的压差是蒸汽流向的驱动力，对于微小的压力降就会引起蒸汽的流动。
3.nmp废液作为主要成分可回收的工业废液，其回收价值较大，对nmp废液进行废液分离回收时，采用分子蒸馏回收方式能够大幅度提高回收精度。而分子蒸馏设备中，离心式分子蒸馏设备对设备整体的密封性、结构成本、使用环境等要求较高，降膜式分子蒸馏设备虽然结构简单，但废液刚进入蒸发器蒸发表面时，液体流量较大，大量液体容易在蒸发器蒸发表面滚动，导致滚沸现象，严重影响废液的分子蒸馏分离效果。因此，在采用降膜式分子蒸馏设备对nmp废液进行分子蒸馏过程中，降低废液在蒸发器蒸发表面的滚沸现象，提升降膜式分子蒸馏效果，成为需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种nmp动态化精馏设备及其控制方法，从而降低了废液在蒸发器蒸发表面的滚沸现象，提升了降膜式分子蒸馏效果。
5.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.本发明提供一种nmp动态化精馏设备，包括分子蒸馏筒，分子蒸馏筒连接有真空管道，分子蒸馏筒内置有带有蒸发表面的蒸发器，分子蒸馏筒配置有位于蒸发器上方的分布器、与分布器连通的进料管，分子蒸馏筒内置有冷凝器，冷凝器设有朝向蒸发器的冷凝表面，蒸发表面与冷凝表面之间形成分子自由行程空间。
7.蒸发表面自上而下连续依次设有蠕动扩散层、辐射扩散层、湿润逃逸层。蠕动扩散层、辐射扩散层的表面都为连续的等腰梯形面，湿润逃逸层的表面为矩形。其中，蠕动扩散层的顶侧边宽度尺寸最小，辐射扩散层的底侧边宽度与湿润逃逸层的宽度尺寸相同。
8.蠕动扩散层、辐射扩散层、湿润逃逸层的表面粗糙度依次减小。其中，蠕动扩散层、辐射扩散层的表面粗糙度自上而下逐渐减小，蠕动扩散层表面最低点位置的粗糙度大于辐射扩散层最高点位置的粗糙度。其中，湿润逃逸层整个表面的粗糙度都相同，辐射扩散层最低点位置的粗糙度与湿润逃逸层的粗糙度相同。其中，设蠕动扩散层表面的平均粗糙度为ra，设辐射扩散层表面的平均粗糙度为rc，设蠕动扩散层的表面积为sa，设辐射扩散层的表
面积为sc,则
9.分子蒸馏筒内置有位于蒸发器下方的重组分收集机构，重组分收集机构的竖向分布范围位于冷凝器的冷凝表面内围区域。
10.作为本发明精馏设备的一种优选技术方案：冷凝器内配置有动态循环冷却液的冷却管。
11.作为本发明精馏设备的一种优选技术方案：在竖直方向上，冷凝器的冷凝表面分布范围与蒸发器的蒸发表面分布范围相配合。
12.作为本发明精馏设备的一种优选技术方案：分子蒸馏筒底部设有重组分管路、轻组分管路，重组分管路配置有第一流量计，轻组分管路配置有第二流量计。其中，重组分管路与重组分收集机构连通，轻组分管路与分子蒸馏筒底部空腔连通。
13.作为本发明精馏设备的一种优选技术方案：分子蒸馏筒配置有用于传感监测分子蒸馏筒内腔真空度的真空传感器。
14.作为本发明精馏设备的一种优选技术方案：设蠕动扩散层分为m个连续的水平单位高度面域，m个连续水平单位高度面域的粗糙度自上而下依次为r
a1
、r
a2
、r
a3
、...、r
am
，则设辐射扩散层分为n个连续的水平单位高度面域，n个连续水平单位高度面域的粗糙度自上而下依次r
c1
+r
c2
+r
c3
+...+r
cn
，则
15.本发明提供一种nmp动态化精馏设备的控制方法，包括以下环节内容：
16.环节一，废液“亲和”蠕动扩散：nmp废液经过分布器向下分流至蒸发表面的蠕动扩散层，在蠕动扩散层表面自上而下流动，nmp废液在蠕动扩散层表面形成蠕动状态。
17.环节二，废液快速辐射扩散：nmp废液经过蠕动扩散层“亲和”状态的蠕动下落并逐渐分流，nmp废液进入粗糙度降低的辐射扩散层后，nmp废液沿着辐射扩散层表面的单股原始液流的分流速率加快。
18.环节三，废液液膜蒸发：nmp废液经过辐射扩散层线性加速分流扩散后，nmp废液各个分流的流体横截面在辐射扩散层底部位置达到最小，nmp废液进入表面粗糙度最低的湿润逃逸层，nmp废液在湿润逃逸层上形成液膜，液膜在分子蒸馏筒的真空环境中蒸发，其中，分子自由行程较大的轻组分到达冷凝器的冷凝表面，冷凝后落入分子蒸馏筒底部，分子自由行程较小的nmp重组分无法到达冷凝器的冷凝表面，落入重组分收集机构。
19.与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
20.本发明通过在分子蒸馏筒中的蒸发器表面设置粗糙度较大的蠕动扩散层、粗糙度次之的辐射扩散层、较为光滑的湿润逃逸层，且将蠕动扩散层、辐射扩散层的粗糙度都设置成自上而下线性降低的状态，不仅在废液与蒸发表面接触时形成较强的固液表面能，受到液体自身重力后“蠕动”下滑，并不断扩散(粗糙度降低，固液表面能下降，相同重力作用下扩散能力增强)，形成自上而下的多重线性化“散”液状态，并在湿润逃逸层高效完成分子蒸馏，从而降低废液在蒸发器蒸发表面的滚沸现象，提升降膜式分子蒸馏效果。
附图说明
21.图1为本发明中分子蒸馏筒的结构示意图。
22.图2为本发明中蒸发器的结构示意图。
23.图3为本发明中蒸发器蠕动扩散层、辐射扩散层、湿润逃逸层的示意图。
24.图4为本发明中水平单位高度面域的示意图。
25.其中：1-分子蒸馏筒；2-蒸发器，2a-蒸发表面，201-蠕动扩散层，201a-水平单位高度面域，202-辐射扩散层，203-湿润逃逸层；3-冷凝器，3a-冷凝表面；4-冷却管；5-真空管道；6-进料管；7-分布器；8-重组分收集机构；9-重组分管路；10-轻组分管路；11-第一流量计；12-第二流量计；13-真空传感器。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
27.实施例一、本发明涉及一种nmp动态化精馏设备，其主要的结构如下：
28.请参阅图1，真空管道5与分子蒸馏筒1连接，分子蒸馏筒1配置真空传感器13，真空传感器13用于传感监测分子蒸馏筒1内腔真空度。分子蒸馏筒1内置蒸发器2，蒸发器2带有蒸发表面2a。分子蒸馏筒1配置有位于蒸发器2上方的分布器7，分布器7上侧连通进料管6，分子蒸馏筒1内置有冷凝器3，冷凝器3内配置冷却管4，冷却管4动态循环冷却液，冷凝器3设有冷凝表面3a，冷凝表面3a面朝蒸发器2，在竖直方向上，冷凝器3的冷凝表面3a分布范围与蒸发器2的蒸发表面2a分布范围相配合，蒸发表面2a与冷凝表面3a之间形成分子自由行程空间。分子蒸馏筒1内设有重组分收集机构8，重组分收集机构8位于蒸发器2下方，重组分收集机构8的竖向分布范围位于冷凝器3的冷凝表面3a内围区域。分子蒸馏筒1底部设有重组分管路9、轻组分管路10，重组分管路9配置有第一流量计11，轻组分管路10配置有第二流量计12。重组分管路9与重组分收集机构8连通，轻组分管路10与分子蒸馏筒1底部空腔连通，第一流量计11监测到的液体流量与第二流量计12监测到的液体流量之和，作为分布器7动态向下供给nmp液体量的参考依据，(结合图2、图3)，从而较为精准的控制进行蒸发器2的表面的液体量，使得蠕动扩散层201、辐射扩散层202、湿润逃逸层203实时产生的液流状态达到最佳。
29.请参阅图2、图3，蒸发表面2a自上而下连续依次设有蠕动扩散层201、辐射扩散层202、湿润逃逸层203。蠕动扩散层201、辐射扩散层202的表面都为连续的等腰梯形面，湿润逃逸层203的表面为矩形。蠕动扩散层201的顶侧边宽度最小，辐射扩散层202底侧边宽度、湿润逃逸层203的矩形宽度相同。
30.请参阅图3、图4，蠕动扩散层201、辐射扩散层202、湿润逃逸层203的表面粗糙度依次减小，也就是蠕动扩散层201的表面最粗糙，辐射扩散层202次之，湿润逃逸层203的表面最光滑。蠕动扩散层201、辐射扩散层202的表面粗糙度自上而下逐渐减小，蠕动扩散层201最低点位置的粗糙度大于辐射扩散层202最高点位置的粗糙度。另外，湿润逃逸层203整个表面的粗糙度都相同，辐射扩散层202最低点位置的粗糙度与湿润逃逸层203的粗糙度相同。设蠕动扩散层201表面的平均粗糙度为ra，设辐射扩散层202表面的平均粗糙度为rc，设
蠕动扩散层201的表面积为sa，设辐射扩散层202的表面积为sc,则
31.蠕动扩散层201、辐射扩散层202的平均粗糙度是其自上而下所有水平单位高度面域201a粗糙度的平均值：设蠕动扩散层分为m个连续的水平单位高度面域201a，如图4，水平单位高度面域201a的单位高度为
△
d，图4中是以蠕动扩散层201为例进行示意，辐射扩散层202的情形也是如此，m个连续水平单位高度面域201a的粗糙度自上而下依次为r
a1
、r
a2
、r
a3
、...、r
am
，则设辐射扩散层202分为n个连续的水平单位高度面域，n个连续水平单位高度面域201a的粗糙度自上而下依次r
c1
+r
c2
+r
c3
+...+r
cn
，则
32.实施例二、在本发明中，液流自上而下的流动，蒸发面上侧的蠕动扩散层201粗糙程度大，也就是蠕动扩散层201：蒸发表面2a的界面能越大，所产生的固液表面能较大，上部不断(落下)聚集的液体来说，想要向下翻滚所需的外力(也就是重力)就大，只能沿着蒸发面自然向下“蠕动”扩散。
33.辐射扩散层202也是如此，粗糙程度相对于比蠕动扩散层201较小，但为了减少细微滚沸，粗糙程度不能太低，需要进一步对液流进行分流，液流形成快速的“辐射分流”扩散。
34.蒸发表面2a越靠下，表面的越光滑，液流到达湿润逃逸层203，湿润逃逸层203较为光滑，湿润逃逸层203的表面界面能小，产生的固液表面能小，辐射扩散层202底部的已经形成较为密集的“细”液流，这些密集的“细”液流一进入湿润逃逸层203，固液表面能急剧降低，就形成了较薄的液膜，形成趋向于“完全湿润”的液膜层。
35.实施例三、本发明涉及一种nmp动态化精馏设备的控制方法，包括蠕动扩散、辐射扩散、液膜形成等环节内容：
36.首先，废液在蠕动扩散层201进行“亲和”蠕动扩散：nmp废液经过分布器7向下分流至蒸发表面的蠕动扩散层201，在蠕动扩散层201表面自上而下流动，nmp废液在蠕动扩散层201表面形成蠕动状态，nmp废液沿着蠕动扩散层201表面均匀向下滚动，并在向下滚动的过程中，蠕动扩散层201表面粗糙度不断降低，蠕动的nmp废液也不断向外产生“分流”。
37.然后，废液在辐射扩散层202快速辐射扩散：nmp废液经过蠕动扩散层201“亲和”状态的蠕动下落并逐渐分流，nmp废液进入粗糙度降低的辐射扩散层202后，nmp废液沿着辐射扩散层202表面的单股原始液流的分流速率加快，其中，单股原始液流的分流速率：单位横截面面积的流动液体，在单位纵向距离范围内，向其两侧扩散出支流的个数。例如一横截面为1mm2的流动液体，在100mm流动距离内，形成了3股支流(包括原液流在内，其实是多了2股新液流)，则分流速率为3。例如一横截面为1.5mm2的流动液体，在100mm流动距离内，形成了3股支流，则分流速率为2。例如一横截面为2mm2的流动液体，在100mm流动距离内，形成了5股支流，则分流速率为2.5。
38.最后，废液在湿润逃逸层203形成液膜蒸发：nmp废液经过辐射扩散层202线性加速分流扩散后，nmp废液各个分流的流体横截面在辐射扩散层202底部位置达到最小，nmp废液进入表面粗糙度最低的湿润逃逸层203，nmp废液在湿润逃逸层203上形成液膜，液膜在分子
蒸馏筒1的真空环境中蒸发，其中，分子自由行程较大的轻组分到达冷凝器3的冷凝表面3a，冷凝后落入分子蒸馏筒1底部，分子自由行程较小的nmp重组分无法到达冷凝器3的冷凝表面3a，落入重组分收集机构8。
39.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种nmp动态化精馏设备，包括分子蒸馏筒(1)，分子蒸馏筒(1)连接有真空管道(5)，分子蒸馏筒(1)内置有带有蒸发表面(2a)的蒸发器(2)，分子蒸馏筒(1)配置有位于蒸发器(2)上方的分布器(7)、与分布器(7)连通的进料管(6)，分子蒸馏筒(1)内置有冷凝器(3)，冷凝器(3)设有朝向蒸发器(2)的冷凝表面(3a)，蒸发表面(2a)与冷凝表面(3a)之间形成分子自由行程空间，其特征在于：所述蒸发表面(2a)自上而下连续依次设有蠕动扩散层(201)、辐射扩散层(202)、湿润逃逸层(203)；所述蠕动扩散层(201)、辐射扩散层(202)的表面都为连续的等腰梯形面，所述湿润逃逸层(203)的表面为矩形；其中，所述蠕动扩散层(201)的顶侧边宽度尺寸最小，所述辐射扩散层(202)的底侧边宽度与湿润逃逸层(203)的宽度尺寸相同；所述蠕动扩散层(201)、辐射扩散层(202)、湿润逃逸层(203)的表面粗糙度依次减小；其中，所述蠕动扩散层(201)、辐射扩散层(202)的表面粗糙度自上而下逐渐减小，所述蠕动扩散层(201)最低点位置的粗糙度大于辐射扩散层(202)最高点位置的粗糙度；其中，所述湿润逃逸层(203)整个表面的粗糙度都相同，所述辐射扩散层(202)最低点位置的粗糙度与湿润逃逸层(203)的粗糙度相同；其中，设蠕动扩散层(201)表面的平均粗糙度为r
a
，设辐射扩散层(202)表面的平均粗糙度为r
c
，设蠕动扩散层(201)的表面积为s
a
，设辐射扩散层(202)的表面积为s
c
,则所述分子蒸馏筒(1)内置有位于蒸发器(2)下方的重组分收集机构(8)，所述重组分收集机构(8)的竖向分布范围位于冷凝器(3)的冷凝表面(3a)内围区域。2.根据权利要求1所述的一种nmp动态化精馏设备，其特征在于：所述冷凝器(3)内配置有动态循环冷却液的冷却管(4)。3.根据权利要求1所述的一种nmp动态化精馏设备，其特征在于：在竖直方向上，所述冷凝器(3)的冷凝表面(3a)分布范围与蒸发器(2)的蒸发表面(2a)分布范围相配合。4.根据权利要求1所述的一种nmp动态化精馏设备，其特征在于：所述分子蒸馏筒(1)底部设有重组分管路(9)、轻组分管路(10)，所述重组分管路(9)配置有第一流量计(11)，轻组分管路(10)配置有第二流量计(12)；其中，所述重组分管路(9)与重组分收集机构(8)连通，所述轻组分管路(10)与分子蒸馏筒(1)底部空腔连通。5.根据权利要求1所述的一种nmp动态化精馏设备，其特征在于：所述分子蒸馏筒(1)配置有用于传感监测分子蒸馏筒(1)内腔真空度的真空传感器(13)。6.根据权利要求1所述的一种nmp动态化精馏设备，其特征在于：设蠕动扩散层分为m个连续的水平单位高度面域(201a)，m个连续水平单位高度面域(201a)的粗糙度自上而下依次为r
a1
、r
a2
、r
a3
、...、r
am
，则
设辐射扩散层(202)分为n个连续的水平单位高度面域，n个连续水平单位高度面域(201a)的粗糙度自上而下依次r
c1
+r
c2
+r
c3
+...+r
cn
，则7.一种nmp动态化精馏设备的控制方法，其特征在于，采用权利要求1值6中任一项所述的一种nmp动态化精馏设备，包括以下环节内容：环节一，废液“亲和”蠕动扩散nmp废液经过分布器向下分流至蒸发表面的蠕动扩散层，在蠕动扩散层表面自上而下流动，nmp废液在蠕动扩散层表面形成蠕动状态；环节二，废液快速辐射扩散nmp废液经过蠕动扩散层“亲和”状态的蠕动下落并逐渐分流，nmp废液进入粗糙度降低的辐射扩散层后，nmp废液沿着辐射扩散层表面的单股原始液流的分流速率加快；环节三，废液液膜蒸发nmp废液经过辐射扩散层线性加速分流扩散后，nmp废液各个分流的流体横截面在辐射扩散层底部位置达到最小，nmp废液进入表面粗糙度最低的湿润逃逸层，nmp废液在湿润逃逸层上形成液膜，液膜在分子蒸馏筒的真空环境中蒸发，其中，分子自由行程较大的轻组分到达冷凝器的冷凝表面，冷凝后落入分子蒸馏筒底部，分子自由行程较小的nmp重组分无法到达冷凝器的冷凝表面，落入重组分收集机构。

技术总结
本发明公开了一种NMP动态化精馏设备及其控制方法，涉及NMP废液处理技术领域。本发明通过在分子蒸馏筒中的蒸发器表面设置粗糙度较大的蠕动扩散层、粗糙度次之的辐射扩散层、较为光滑的湿润逃逸层，且将蠕动扩散层、辐射扩散层的粗糙度都设置成自上而下线性降低的状态，不仅在废液与蒸发表面接触时形成较强的固液表面能，受到液体自身重力后“蠕动”下滑，并不断扩散，形成自上而下的多重线性化“散”液状态，并在湿润逃逸层高效完成分子蒸馏，从而降低废液在蒸发器蒸发表面的滚沸现象，提升降膜式分子蒸馏效果。式分子蒸馏效果。式分子蒸馏效果。


技术研发人员：肖彤 连超 李程明 陶斯强 林云
受保护的技术使用者：安徽晟捷新能源科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/8/13