CN101663085A - 采用丙烯醛水溶液对压载水进行处理的装置 - Google Patents

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Abstract

一种采用丙烯醛水溶液对压载水进行处理的装置，其特征在于，借助于升压泵(VP)将压载水泵吸通过水喷射泵(Z)，并且水喷射泵的负压区经由控制阀(SV)与封闭的非圆形反应容器液力连接，反应容器包括偏心设置的强力搅拌单元(T)、以及用于从外部供应乙酰丙烯醛(AC)、酸(HX)和水解水(W)的独立供应口。

Description

采用丙烯醛水溶液对压载水进行处理的装置
背景技术
已经知道可以使用丙烯醛对船舶上的压载水消毒。
在International Marine Organisation，London(国际海事组织，伦敦)出版的文献“Ballast Water Treatment R&D Directory(压载水处理研究发展目录)”(第二版，2004年11月)的第61页上描述了如何借助于向压载水添加1ppm至15ppm的丙烯醛来可靠地抑制细菌、藻类、斑马纹贻贝和其他浮游生物从一个港口迁移到另一个港口。
添加丙烯醛的优点是尤其对斑马纹贻贝具有持续的作用，并且丙烯醛在几天以后会自动分解，这意味着在将压载水排出到目的地港口时该生物灭杀剂不会对港池造成新的负担。
一方面，上述优点已经得到证实，但是另一方面，存在如下问题：不能实现在船舶上搬运、运输和存储纯丙烯醛，因为丙烯醛是具有催泪毒气效果的剧毒液体，并且船舶上的船员仅在受到NBC(NBC＝核、生物和化学)防护服完全保护并同时使用防毒面具之后才能执行该生物灭杀剂的搬运。
丙烯醛的水溶液是无毒的并且可以安全地进行搬运。然而，该溶液仅在几天内是稳定的，因此，由于物流问题而不能在船舶上使用。
已经做出了许多努力来克服上述困难，因此使用了危险程度更低的丙烯醛衍生物来代替丙烯醛。
US-A-5,183,944提出在使用地点利用酸的水溶液将无毒的乙酰丙烯醛(代替丙烯醛)水溶液分解，然后借助于惰性气体流从反应混合物中移出由乙酰丙烯醛生成的丙烯醛。然后，将包含惰性气体流的丙烯醛用于进行水处理。为了在船舶上使用该方法，需要为该剧毒性丙烯醛气体混合物安装绝对可靠的带重壁的管道。
一旦将包含气体的丙烯醛引入到压载水舱中，惰性气体就从压载水舱的排气管道排出，并且该气体仍然包含一定量的残余丙烯醛，从而会由于催泪毒气效果而使人不能在甲板上工作，并且操作条件是危险的。此外，在根据US-A-5,183,944的方法中会产生包含残余产物的水，在船上处置该产物是困难的。
US-A-5,560,833提出利用乙酰丙烯醛的醇溶液和酸的裂解在使用地点形成丙烯醛溶液。溶解于异丙醇的乙酰丙烯醛和稀释的10％无机酸在压力下在蛇形管中进行混合以形成均匀的反应溶液。然后，使该混合物以层流的方式缓慢地通过储罐直到完全完成乙酰丙烯醛的脱乙酰处理为止。
在专利US-A-5,560,833的另一个实施例中，将采用管形式的循环混合器用作储罐来代替储罐本身，该混合器不具有高内部湍流而具有移动缓慢的多个搅拌单元。在该实例中，用于混合乙酰醇溶液和稀释的无机酸的蛇形管布置为与管形搅拌混合器同轴的内部装置。
执行在船舶上制造丙烯醛的该方法的前提是异丙醇与乙酰的预混合物以及浓缩无机酸与水的预混合物必须在现场制成。根据US-A-5,560,833的专利教导，必须将这两种预混合物的每一种转移到压力容器中以备使用。
对于这两种操作，在海船上都没有这种专门人才。此外，在无保护性气体的情况下搬运易挥发的可燃性C1至C3醇存在发生火灾的危险。通过实施US-A-5,560,833的方法，已经发现，该专利所提出的装置在不是由玻璃制成而像通常情况一样由耐酸高级钢制成时仅具有短的使用寿命并随后变得不能使用。
在根据US-A-5,560,833的装置经过较短操作时期后，在与液体接触的由高级钢形成的储罐的壁上并且在与液体接触的管形搅拌混合器上形成由二丙烯醛和丙烯醛的其它缩合产物形成的像树脂一样的覆层。该不利效果尤其在具有层流并且湍流程度相当低的位置上出现。
由于上述缺点，不能使用根据US-A-5,183,944和US-A-5,560,833所述的装置在船舶上利用丙烯醛对压载水进行处理。
发明内容
本发明旨在提供一种容易安装的装置，采用该装置可以在船舶上利用丙烯醛对压载水进行处理，并且在较长的操作时期之后也能保证装置的操作，不会遇到危险的操作状态并且/或者不需制成预混合物。
为了实现该目的，本发明装置的特征在于：借助于升压泵将压载水泵吸通过水喷射泵，并且所述水喷射泵的负压区经由控制阀与非圆形反应容器液力连接，所述反应容器不容纳任何静止的内部装置，而是仅包括偏心设置的强力搅拌单元以及用于从外部供应乙酰丙烯醛、酸和水解水的独立供应口。尽管该构造简单，但是以有利的方式实现了利用稀释的丙烯醛水溶液对压载水执行极其可靠和无故障的处理。
另一个优点在于：在装置的任何位置上都不存在纯丙烯醛，这意味着防止发生危险操作状态的附加的安全性。在改变或中断压载水的供应之后，也能保证装置的安全操作。因为执行脱乙酰处理所在的非圆形反应容器总是被完全填充的，所以即使在视觉条件差的情况下装置的无故障功能也不会受到不利的影响。
强力搅拌单元的偏心布置方式具有如下效果：即使在搅拌能量的输入较高的情况下也不会在非圆形反应容器中形成血栓状搅拌形式，从而消除了在装置的金属壁上形成像树脂一样的覆层的主要原因之一。
上述采用丙烯醛对压载水进行处理的紧凑装置提供大量重要的技术优点。采用本发明的装置可以直接使用乙酰丙烯醛，而不需使用与溶剂混合的预混合物。对于用作催化剂的酸也是如此，可以在供应时将该酸投入到装置中而不需要预先用水进行稀释。对于根据本发明装置的布置方式而言，尤其有利的是，已有的船上供水系统可以用于供应水解水，从而不需要另外的配料泵和控制装置。具体地说，与操作状态无关地将水以固定的供应率供应到装置中是避免意外操作或者防止水流供应发生故障的附加安全措施。
在采用丙烯醛处理压载水的本发明装置中，非圆形反应容器与水喷射泵的负压区之间的连接水路中的单个控制阀控制丙烯醛水溶液的供应。根据本发明的有利实施例，该控制阀是这样的安全阀：其具有可调节的开启压力，从而保证仅在升压泵工作的情况下才使丙烯醛溶液流入负压区。
根据本发明的有利实施例，非圆形反应容器具有封闭箱的形状。箱的高度大约对应于箱的宽度，而箱的长度与高度的比等于1.2。
根据本发明的有利实施例，强力搅拌器具有涡轮搅拌器的形式，其中每立方米箱体积的搅拌能量输入大于500瓦。涡轮搅拌器的直径大约等于箱宽度的0.3倍。
根据本发明的有利实施例，强力搅拌器相对于箱的长度偏心地布置在箱的内部空间中。相对于箱的长度的偏心比为大约0.1至0.2。强力搅拌器距箱的底部的距离大约等于涡轮搅拌器的直径。
此外，用于制备丙烯醛水溶液的本发明箱的特征在于用于乙酰丙烯醛、催化剂酸和水解水的三个供应口。
根据本发明的有利实施例，乙酰丙烯醛和催化剂酸的供应口是被焊接到箱的遮盖件上的导管部分。在这两个导管部分上分别安装防止丙烯醛水溶液流出箱进入到乙酰丙烯醛和催化剂酸的供应管线中的止回阀。
根据本发明的有利实施例，用于将水解水供应到箱中的供应口是位于搅拌器轴与搅拌器轴的开口之间的环形间隙，其中该开口位于箱的遮盖件中。水解水经由搅拌器轴的密封轮轴处的管道部分进入环形间隙中，并由此形成防止丙烯醛水溶液从箱中流出的抑制水流。
根据本发明的有利实施例，箱包括具有用于冷却水的供应口和排出口的外部冷却护套，从而使箱内的反应溶液维持35℃以下的温度。
根据本发明的有利实施例，强力搅拌器由电动机来驱动，该电动机的转速适于用变频器来调整。
根据本发明的有利实施例，该装置包括电气或气动控制单元，该控制单元在水喷射泵的负压区中的压力超出预定值的情况下中断向箱内供应乙酰丙烯醛和催化剂酸。
根据本发明的有利实施例，该装置包括电气或气动控制单元，该控制单元在水解水的供应被中断的情况下中断向箱内供应乙酰丙烯醛和催化剂酸。
根据本发明的有利实施例，该装置包括电气或气动控制单元，该控制单元在搅拌器轴的驱动电动机停止的情况下中断向箱内供应乙酰丙烯醛和催化剂酸。
根据本发明的有利实施例，受变频器控制的电动机用作升压泵的驱动装置，从而实现对水喷射泵中的输入压力进行有效控制，并且可以借助于模拟或数字计算机系统以简单的方式实施对本发明装置的控制。
根据本发明的有利实施例，设置一种控制单元，该控制单元被构造为根据采用丙烯醛对压载水进行处理的装置的工艺参数来控制升压泵的转速。
根据本发明的有利实施例，工艺参数是供应到水喷射泵中的供应液与从水喷射泵流出的排出液之间的压力差。
根据本发明的有利实施例，基于压力差的控制单元包括至少两个压力传感器和测量转换器，该测量转换器构造为利用压力传感器的测量值确定压力差，在标称值与实际值之间进行比较并且将所得控制信号输出到电动机的转速控制单元中。
附图说明
下面参考附图描述本发明的实施例，其中：
图1示意性地示出采用封闭箱形状的在内部偏心地布置强力搅拌器的非圆形反应容器；
图2示意性地示出本发明装置的各个流路，该装置采用丙烯醛对压载水进行处理；以及
图3示意性地示出将水解水供应到箱中。
具体实施方式
从图1可以看出，非圆形反应容器具有封闭箱K的形状。箱K的高度为A、宽度为B、长度为C并且不包括静止的内部装置。强力搅拌元件T与搅拌器轴S固定地连接。搅拌器轴S穿过箱的遮盖件中的开口O延伸。搅拌器轴S偏心地布置成距箱的长度C的中心的距离为E，因此搅拌元件T也如此布置。搅拌元件的直径为D并且该搅拌元件定位于距箱的底部的距离为F处。作为另一种选择(未示出)，可以在箱K的内部布置多个强力搅拌元件。
搅拌元件T的旋转速度是可变的，从而可以产生至少500瓦每立方米箱体积的机械搅拌功率。箱K被反应液体完全填充，箱K由于强湍流而不会容纳任何具有血栓状形式的液体，并且因不存在静止的内部装置而不会由所产生的丙烯醛水溶液形成树脂。
可以从图2看出本发明装置的细节。从图2可以看出，待用丙烯醛处理的压载水的流量VE(体积/单位时间)流过管道L7进入升压泵VP的流入导管中。压载水流过压力管道L8进入水喷射泵Z，并且与经由控制阀SV被抽吸到负压区的丙烯醛水溶液混合。经过丙烯醛处理的压载水经由管道L9作为流VO(体积/单位时间)从本发明的装置中排出。
升压泵VP的转速是可变的。例如，驱动电动机MP可以是由变频器FC控制转速的三相电动机。该变频器与主干线AC连接并且从图2中标记为ΔP的控制单元并从测量转换器获得控制信号，该控制信号为例如4mA-20mA的信号电流(或为0V-5V的信号电压)。
控制单元ΔP与两个压力传感器P1和P3连接。控制单元ΔP的测量转换器从压力传感器P1和P3的输入信号计算压力差，并将该压力差与预定标称值进行比较。标称值与实际值之间的偏差被作为控制信号传送到变频器FC中。借助于该控制电路，保证在压载水的供应发生变化的情况下水喷射泵Z的负压区中的压力P2也不会超出最小值，并且连续不间断地向压载水供应丙烯醛水溶液。
从图2可以看出，借助于控制阀SV将水喷射泵Z的负压区液力连接至焊接到箱K上的排水管道L6。由于箱K内部的低超压(overpressure)与水喷射泵Z的负压区中的负压P2之间的压力差，使得反应溶液从箱K流入管道L6并进入水喷射泵Z。
由于本发明装置的该有利布置方式，不需要为稀释的丙烯醛水溶液设置独立的给水泵，因此显著提高了装置的操作安全性。
箱K包括外部冷却护套KM，该外部冷却护套具有用于冷却剂流KWE的供应导管部分L4、以及用于排出冷却剂流KWO的冷却剂排出导管部分L5。可以使用水或其它常用的冷却剂作为冷却手段。
可以看出，箱K不包括任何静止的内部装置，而仅包括相对于箱的纵轴偏心地布置的搅拌单元，搅拌单元包括示出为搅拌涡轮的搅拌元件T、以及与驱动电动机MR连接的搅拌器轴S。
采用O来表示位于箱的上遮盖件中的用于搅拌器轴S的开口，并且该开口O具有比搅拌器轴S本身稍大的开口直径。搅拌器轴被调整为相对于开口O在轴向上位于中心。乙酰丙烯醛水解所需要的水解水W流过开口O与轴S之间的环形间隙。内部中空的密封轮轴BU以液密的关系旋接到箱的遮盖件上。在轮轴BU的上端，借助于填料函(packing case)或相密封件(phase seal)将轮轴BU与搅拌器轴S之间密封以避免水或反应溶液从箱K中漏出。
用于连续供应水解水W的供应管道L3旋接到密封轮轴BU上。
借助于本发明的该有利实施例，水解水W同时还用作将搅拌器轴S与箱K之间进行机械密封的堵水(blocking water)。
可以看出，箱的遮盖件还包括尽可能远离排出管道L6布置的两个供应口。供应管道L2将乙酰丙烯醛裂解所需的酸HX连续地供应到箱K中。供应管道L 1将乙酰丙烯醛连续地供应到箱K中。为了阻止液体从箱K进入供应管道L1和L2中，为这些管道设置止回阀RV1和RV2。
实际上，用于水解水W的供应管线L3中的压力达到几巴(bar)，因此，在该供应管线中不需要布置止回阀。
当本发明的装置开启时并且在用丙烯醛水溶液对压载水进行处理期间，固定地调整水解水的每单位时间的供应量。从而保证了箱K和管道L6初始完全被水填充。然后，开启搅拌单元MR。一旦升压泵VP被控制达到其标准操作并且负压P2到达了预定值，则开始经由供应管线L2将酸HX连续供应到箱K中。可以使用US-A-5,183,944中所述的酸作为用于脱乙酰处理的酸。在开始供应酸几分钟之后，开启乙酰丙烯醛AC的供应泵，并且经由供应管线L1将乙酰丙烯醛泵吸到箱K中。
在完成对压载水的处理之后，以相反的顺序切断乙酰丙烯醛AC、酸HX和水解水W的供应流，从而保证最终将装置再次充满水。
在对压载水进行处理期间发生干扰的情况下(例如，泵VP发生故障)并且在由此使负压P2超出预定值的情况下，借助于安全电路(未示出)切断供应到箱K中的乙酰丙烯醛AC和酸HX的供应流。
从图3可以看出，切断水路的细节以及将水解水W供应到本发明装置的箱K中的细节。
从该图可以看出，轮轴BU将箱K密封并且形成为中空筒体。在轮轴BU的上端布置搅拌器轴S的机械密封件GD。密封件GD可以为具有填料环的填料函、或有利地为相密封件。
轮轴BU包括螺纹开口或法兰接头，用于流体密封地安装水解水W的供应管线L3。
水解水W在压力下经由管线L3和止回阀RV3从一侧被引入轮轴BU中，沿着环形间隙的方向围绕搅拌器轴S流动并向下流进箱K内部，环形间隙由箱的遮盖件中的开口O以及在开口O中轴向上位于中心的搅拌器轴形成。
借助于环形间隙中的受迫流动条件，使反应溶液不能从箱K内部进入轮轴BU内部。
在密封件GD发生故障的情况下，水解水W将流出本发明的装置，但是反应溶液不会流出。

Claims (13)

1.一种采用丙烯醛水溶液对压载水进行处理的装置，其特征在于，
借助于升压泵(VP)将压载水泵吸通过水喷射泵(Z)，并且所述水喷射泵的负压区经由控制阀(SV)与封闭的非圆形反应容器液力连接，所述反应容器包括偏心设置的强力搅拌单元(T)以及用于从外部供应乙酰丙烯醛(AC)、酸(HX)和水解水(W)的独立供应口。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述强力搅拌单元(T)是涡轮搅拌器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述非圆形反应容器具有封闭箱(K)的形式。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
机械地输入到所述箱中的搅拌能量大于0.5千瓦每立方米箱体积。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述箱(K)的高度(A)、长度(C)与宽度(B)之间的尺寸比值关系为大约1∶1.2∶1。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，
所述箱的宽度(B)与所述涡轮搅拌器的直径(D)之间的比值关系为大约3，并且所述涡轮搅拌器的直径(D)与距底部的距离(F)的比值关系为大约1。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，
所述搅拌器轴的偏心比(E)为所述箱的长度(C)的大约0.1倍至0.2倍。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述水解水的供应口是位于所述搅拌器轴(S)与所述搅拌器轴的开口(O)之间的环形间隙，所述开口(O)位于所述箱的遮盖件中。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述箱(K)完全被液体填充。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述箱(K)包括外部冷却护套(KM)。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
在所述箱(K)的内部布置多个强力搅拌元件。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
受变频器(FC)控制的电动机(MP)用作升压泵(VP)的驱动器。
13.根据权利要求1或11所述的装置，其特征在于，
控制单元(ΔP)执行如下操作：通过测量从所述升压泵排出的压载水(P1)与从所述装置排出的压载水(P3)之间的压力差，将标称值和实际值进行比较并且将所得控制信号输出到所述升压泵(VP)的变频器(FC)中。
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