用于分离混合液体的设备与方法技术

在一生物物质萃取系统中需要一改进的蒸发器。一蒸发器（１２）包括一用于液体溶剂／生物物质混合物的入口，该入口包括一射流喷嘴（２７）。该蒸发器（１２）包括被加热的容器壁（２０ａ，２０ｂ）。当溶剂／生物物质混合物流过喷嘴（２７）时，其压力降蒸发一些溶剂。被加热的壁（２０ａ，２０ｂ）蒸发剩余的溶剂。溶剂蒸气从蒸发器（１２）中排出以便回用。液体生物物质萃取物集合于容器的底面以便排出和以后使用。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于分离混合液体、尤其不同挥发性的混合液体的设备与方法。这样的混合物产生于例如萃取“生物物质”的过程中(以示例性方式说明如下)。在这样的过程中的典型的中间产物是一种溶剂与从自然产生的物质所谓生物物质中萃取的一种蜡状的或含油的液体一起的混合物，所述溶剂是例如氢氟碳(“HFC”)(例如1，1，1，2-四氟乙烷)、氯氟碳(“CFC”)或氢氯氟碳(“HCFC”)。所谓“氢氟碳”，我们指的是只包含碳、氢和氟的原子的材料，从而其不包含氯。优选的氢氟碳是氢氟烷，尤其是C1-4氢氟烷。可以用作溶剂的C1-4氢氟烷的适用实例包括，尤其是三氟甲烷(R-23)、氟甲烷(R-41)、二氟甲烷(R-32)、五氟乙烷(R-125)、1，1，1-三氟乙烷(R-143a)、1，1，2，2-四氟乙烷(R-134)、1，1，1，2-四氟乙烷(R-134a)、1，1-二氟乙烷(R-152a)、七氟丙烷以及特别是1，1，1，2，3，3-七氟丙烷(R-227ea)、1，1，1，2，3，3-六氟丙烷(R-236ea)、1，1，2，2，3-六氟丙烷(R-236cb)、1，1，1，3，3，3-六氟丙烷(R-236fa)、1，1，1，3，3-五氟丙烷(R-245fa)、1，1，2，2，3-五氟丙烷(R-245ca)、1，1，1，2，3-五氟丙烷(R-245eb)、1，1，2，3，3-五氟丙烷(R-245ea)和1，1，1，3，3-五氟丁烷(R-365mfc)。如有必要可以采用两种或更多种氢氟碳的混合物。R-134a、R-227ea、R-32、R-125、R-245ca和R-245fa是优选的。一特别优选的用于本专利技术的氢氟碳是1，1，1，2-四氟乙烷(R-134a)。生物物质萃取是从自然材料(这些材料在本文中称之为“生物物质”)中萃取香料、香气或药物的活性成分。生物物质材料的实例包括有些香味的或芳香的物质例如芜荽、丁香、星状茴香、咖啡、桔汁、茴香籽、枯茗、生姜和其他类的树皮、叶子、花、水果、块根、根状茎和种子，但并不限于这些。生物物质也可以按生物活性物质的形式萃取，例如杀虫剂和药物的活性物质或其可由例如从植物材料、细脆培养或发醇肉汤中获得的母体。在将近临界的溶剂，例如以上所述的那些或例如液化二氧化碳用于这样的萃取过程方面，其技术的和商业的重要性日益增长。采用多溶剂的混合物实现生物物质萃取是可能的。已知的采用这些溶剂的萃取过程通常地闭合回路的萃取装置中进行。附图说明图1中示意地示出了这样一种系统的典型实例10。在该典型的系统中，液化溶剂可以靠重力在下游穿过存储于容器11中的生物物质床。然后流至蒸发器12，在其中通过饮食热流体的热交换器使挥发的溶剂蒸气蒸发。然后由压缩机13压缩来自蒸发器12的蒸气。接着将压缩的蒸气输至冷凝器14，在其中通过包含冷流体的热交换器使之液化。该液化溶剂然后可任选地收集于中间存储容器(储蓄器)15中或直接返回萃取容器11以完成循环。这种过程的特征是用于溶剂通过生物物质和围绕系统循环的基本驱动力是冷凝器/存储容器与蒸发器之间的压力差。该压力差由压缩机产生。因为为了提高溶剂通过生物物质的循环速率必须提高该压力差，这需要一更大的和更强的压缩机。对适度地提高液体的循环速率有意义的、在溶剂液体和蒸气密度中的大的压力差可能需要显著的附加资金和操作成本，因为这增大了压缩机的尺寸。这意味着系统设计者必须在使液体可流过生物物质的速率与蒸气可以压缩的速率之间进行综合考虑。在这样的萃取系统中，被萃取的材料通常是一种非挥发的液体或蜡状固体并因而溶剂蒸发器用作双重目的，即从产物中通过蒸馏分离溶剂和作为产物的存储场所。传统的技术设计典型地是一装套的压力容器，其包含形成液体浴或稀浆的溶剂和产物。热通过容器壁供给以便蒸发溶剂并且热传导域是液体浴沸腾域。通过一浸入管输入液体。这样的装置易于制造但可能产生许多问题。首先，因为溶剂和产物形成一紧密的混合物，该系统可以被认为是接近于热动力平衡。这意味着当由于萃取的进展容器中的产物量增加时，产物在蒸发器的液体浴中的浓度不断地提高。大多数萃取材料与溶剂相比具有很低的挥发性，而这意味着如果例如借助一热源的温度保持蒸发温度不变，则蒸发压力必定随时间而下降。蒸气压力的降低将降低蒸气密度并从而降低压缩机的质量通过量。如果密度上的这样的降低不由提高蒸发温度给以抵消，则围绕系统的总溶剂循环速度(其取决于压缩机的质量通过量)就必定降低。蒸发器中获得的蒸发温度受限于供给热时的温度。如果，象通常的情况，将某种形式的热集合(热回用)用于再循环从冷凝器至蒸发器的热，则将具有一确定的热源温度的上限。这当与蒸发器中的热阻相结合时将限制用以补偿蒸发压力的变化而提高蒸发器温度的能力。此外，将存在一可以用于蒸发器12的最大温度差，超过该最大温度差沸腾域将从浴沸腾变到所谓薄膜沸腾，其特性与浴沸腾域相比大大地降低热通量。因此为补偿沸腾压力的变化的任何尝试都大大受限于装置的性能和溶剂/萃取流体系统的热动力性能。其次，已知将一第二种非挥发的成分加入沸腾的流体中对热传导会产生不利的影响(通常表示为热传导系数的减小)。这除了在一纯流体的沸腾中遇到的热阻外起因于所谓质量传导阻力的引入。因此当在萃取的过程中保留在蒸发器中的萃取物的量增加时，增加了减少热传导的可能性。这可能导致降低溶剂循环速率，如上文所述。上述两个问题是相互相关的，因为它们将导致要求不断地调整总的溶剂循环速率(以便平衡蒸发器的输出与对压缩机的要求)并且将会延长萃取一种材料所需要的时间。还有起因于已知设计的第三个问题，其也涉及系统的热动力性能。只要基本上完成了萃取就必须蒸发在萃取容器、蒸发器和连接管道系统中残留的溶剂以便可以回用尽可能多的溶剂。如果这样的蒸发单纯由混合有产物的沸腾液体浴中发生，则当产物萃取物的浓度增加时必定蒸发一些产物。这必然可以是以很低的浓度进入蒸气而其仍然将污染溶剂。有价值的产物在溶剂系统中的这种损失意味着在溶剂可以再使用以前将需要溶剂的附加的回收和净化。这在所需要的装置和过程停工时间方面的费用将是很大的。当以这种方式蒸发时对于某些萃取材料会产生一附加的问题。许多香料和香气萃取物是几种分子的混合物因此可能损失香精的一些特性成分并从而改变其价值，如果如上所述允许其一部分被蒸发于溶剂系统中的话。这也是不符合要求的。总结为·将浴沸腾蒸发器用于溶剂/萃取物分离是如上所述用于闭合回路的溶剂萃取过程中的标准工艺技术。·这样的蒸发器并不能从产物材料中分离溶剂并且具有这样的危险不良的热传导导致延长的循环时间、产物的热减少、由于分离产生在萃取物的特性上的可能的部分改变并且由于溶剂系统受萃取物的污染而损失生产时间。按照本专利技术的第一方面提供按照权利要求1所述的设备。该设备的优点包括溶剂的蒸发部分地由小液滴射流和容器中的蒸气的直接接触产生，部分地由从一薄膜中的蒸发产生。该两域被普遍认为提供高的热传导系数并从而具有良好的热性能。在设备操作时几乎不降低蒸发能力，因为萃取物在蒸发的溶剂中的含量始终是很低的(在经由从例如象图1的容器11一样的萃取容器的入口供给的浓度时)并从而在沸腾温度或溶剂蒸气密度方面几乎不随时间而变化。已知某些生物物质萃取物在接近于或低于环境的温度时浓缩时而固化。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于分离相互以液体形式混合在一起的一种挥发的溶剂和一种不大挥发的液体之设备，该设备包括：一空心的压力容器，其具有一连接于溶剂／液体混合物的一增压源的入口、一蒸气出口和一液体出口；一加热器，其用以加热压力容器内部的部分；以及一连接于入 口的喷嘴，用于以细射流将溶剂／液体混合物输入压力容器，借此穿过喷嘴的压力降使至少一些溶剂蒸发，将喷嘴和内部的被加热部分相互相对定位成使射流接触被加热的部分以便蒸发剩余的溶剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RE罗，S科尔，FT穆菲，JD莫里森，
申请(专利权)人：英尼奥斯弗罗控股有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]