CN101780390B - 含水固体物料的置换脱水方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含水固体物料的置换脱水方法及装置，所述方法为使用低沸点、低潜热的有机溶剂，其在0-60℃和0.1-3MPa下为液体，如丙烷、2-氯丙烷、环氧乙烷、二甲醚、甲硫醚及其混合物或其与弱吸附性、低潜热表面活性剂的混合物，通过在脱水设备中溶剂对含水固体物料水分的浸取、吸收、置换等作用和液固分离而实现物料脱水。含水溶剂通过在分离设备中溶剂蒸发并冷凝于冷凝回收设备中，或者溶剂与水的分层，而实现与水的分离和循环利用。由于溶剂的潜热远远小于水的潜热，所发明的溶剂置换脱水方法及其装置可明显降低脱水过程能耗，并通过低操作温度克服烧焦、挂壁问题，适用于不同含水量固体物料脱水。

Description

含水固体物料的置换脱水方法及装置

技术领域

本发明涉及含水固体物料的脱水方法及装置，具体涉及含水固体物料的低能耗置换脱水方法及装置，可应用于能源、轻工、环保、材料、化工等领域。

背景技术

工业生产中有很多原料、中间产物和产品为高含水固体物质，其含水是造成进一步处理过程高能耗、低效率、甚至处理困难的根本原因。因此，高水分物料脱水或干燥代表流程工业的共性技术，是高耗能的工业单元过程。

以脱除物料水分的方式不同，含水物料的脱水方法可分为两大类：以蒸汽形式脱除的蒸发型脱水和以液态水形式脱除的非蒸发型脱水。

蒸发型脱水通过水分蒸发而实现物料脱水，如通常所说的热力干燥就属该类，是目前应用最广泛的脱水方法。干燥是传统的工业过程，已存在许多含水固体物料的干燥技术，如流化床干燥，回转筒干燥，气流干燥等。这些干燥技术已经十分成熟，在冶金、煤炭、化工，轻工、医学、食品、建材等行业得以了广泛应用。由于基于水分蒸发，干燥过程能耗大。据统计，工业干燥过程耗能约占全国总能耗的12％。同时，蒸发型热力干燥中物料受热，容易粘结，烧焦挂壁，一方面影响产品品质，另一方面致使热力干燥方法不适合于热敏性物质。

非蒸发型脱水包括离心、压虑等机械脱水方法和以溶剂置换为代表的非常规脱水方法。机械脱水通过离心、压滤等机械力将水挤压出物料、以液态水方式脱去。它在短时间可脱去大量含水，能耗低，操作简便，因此广泛应用于工业生产过程的预处理或中间处理。但机械方法只能实现初步脱水，脱水不彻底，对于高水分物料，如酒糟、醋糟、污泥而言，机械脱水只能使含水量降至50-60％，进一步脱水必须采用其它深度脱水或干燥技术。

溶剂置换脱水是利用溶剂以物理方法将水从物料中置换出来，首先通过溶剂与物料的混合和相互作用而使水分以溶解、吸收、交换等方式从物料向溶剂转移，然后使物料与含水溶剂分离，获得被脱水物料。与物料分离后的含水溶剂经分层、蒸发等方式可实现溶剂回收和循环利用。

根据使用溶剂的不同，溶剂脱水可分为两种。一是利用强极性溶剂，如乙醇、丙酮等浸泡固体物料，通过对水分的萃取而实现脱水。由极性溶剂与水形成的混合溶液必须经过蒸馏等方法才能回收溶剂。由于溶剂蒸发潜热远远低于水的蒸发潜热，溶剂回收过程的能耗可能远远小于直接水分蒸发过程耗能。但是，水分可能与溶剂形成共沸物，致使有的溶剂的完全回收存在难度。另一种是利用非极性溶剂直接置换固体物料水分，进而通过分层、离心或蒸发等方式将水和溶剂分离。非极性溶剂在常温常压下对水的溶解度通常很小，因此可以选用合适的表面活性剂和非极性溶剂形成复合置换溶剂，并使水分置换过程操作于加压条件下。

溶剂置换脱水能够迅速地将物质外部和内部的水分同时脱除，是一种非热力脱水方法，在置换脱水过程中只需克服水和固体物料间的吸附力和粘附力。某种程度上说，溶剂置换脱水实质上将水分蒸发过程转变为溶剂蒸发过程，而溶剂蒸发潜热通常远远低于水的蒸发潜热，而且沸点低，因此可明显降低脱水过程能耗，同时通过操作在较低温度下，克服热力蒸发过程的烧焦、挂壁等问题。溶剂置换脱水不会使被干燥物料/物件表面留下痕迹，如果溶剂回收程度高也不会对物料造成严重污染。因此，溶剂置换脱水广泛应用于精密器件的脱水干燥，但是对精密器件进行脱水干燥时，所采用的溶剂一般为成本较高、生产量较小、有毒副作用的非常规化工试剂，如氟碳试剂等，受此影响，其脱水干燥技术只能局限用于技术附加值较高、规模较小且对干燥技术要求较高的精密器件的干燥，而不适用于大宗固体物料的脱水干燥。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种含水固体物料置换脱水方法。

本发明的另一目的在于，提供一种应用于上述含水固体物料置换脱水方法的装置。

本发明的目的是采用以下技术方案来实现的。

一方面，本发明提供了一种利用溶剂置换脱水来去除含水固体物料中的水分的方法，其包括以下步骤：(A)将含水固体物料与置换溶剂混合得到混合物；(B)将所述混合物分离获得被脱水固体物料和溶剂-水混合物；和(C)将所述溶剂-水混合物分离得到溶剂和水，并循环回用溶剂；其中所述的置换溶剂为在0-60℃的温度和0.1-3MPa的压力下为液体的有机溶剂、所述有机溶剂的混合物或者所述有机溶剂与表面活性剂混合的复合置换溶剂。

优选地，其中所述的置换溶剂为低沸点、低潜热的有机溶剂，更优选地，所述有机溶剂选自丙烷、2-氯丙烷、环氧乙烷、戊烷、二甲醚和甲硫醚中的一种或几种；其中所述的表面活性剂为弱吸附性、低潜热的表面活性剂，优选地，所述表面活性剂为全氟辛酸。

优选地，其中所述的溶剂置换脱水是在0-60℃和0.1-3MPa条件下实施的。

优选地，其中所述的溶剂-水混合物的分离是通过静置分层或者减压蒸发的方式实现的，其中所述的有机溶剂在常温常压下为液体时，如2-氯丙烷、环氧乙烷、戊烷或甲硫醚，溶剂-水混合物的分离采用静置分层的方式；所述的有机溶剂在常温常压下为气体时，如丙烷和二甲醚，溶剂-水混合物的分离采用减压蒸发的方式。

优选地，其中所述的含水固体物料为发酵残糟、食品残渣、饮料残渣、废水污泥、活性生物物料、褐煤或高含水农产品等。

另一方面，本发明提供了用于上述方法的装置，其包括以下设备：溶剂输入设备3，用于提供置换溶剂，其具有溶剂出口a及进口g；脱水设备4，用于混合含水固体物料和置换溶剂以进行置换脱水，其具有溶剂进口b、出口及废液排出口c3，其中该溶剂进口与上述溶剂输入设备3的溶剂出口a相连接；分离设备5，用于回收从脱水设备4输出的液态溶剂-水混合物，其具有溶剂进口e、液态溶剂出口f1、气态溶剂出口f2及排水口f3，其中该分离设备的溶剂进口e与上述脱水设备4的液态溶剂出口c1相连接，液态溶剂出口f1与上述溶剂输入设备3的溶剂进口g相连接；冷凝回收设备6，用于回收上述脱水设备4及分离设备5输出的气态溶剂，其具有溶剂进口h及冷凝溶剂出口i，其中溶剂进口h分别与上述脱水设备4的气态溶剂出口c2和上述分离设备5的气态溶剂出口f2相连接；供压设备，用于向上述脱水设备4和回收设备提供高压气体。

优选地，其中所述的脱水设备4还具有溶剂循环进口d，该脱水设备4的溶剂出口分为液态溶剂出口c1和气态溶剂出口c2，其中该液态溶剂出口c1与上述的溶剂循环进口d相连接，构成溶剂的循环流动。

优选地，其中所述的供压设备包括惰性气瓶1，通过空气压缩机21分别与上述脱水设备4和分离设备5相连接，为其提供高压气体。

优选地，所述的装置还包括以下设备：加热夹套，位于溶剂输入设备3外表面；热水发生器7，通过热水泵101与溶剂输入设备3的加热夹套首尾相连，为其提供循环热水，用于加热该溶剂输入设备3内的溶剂；溶剂输液泵102、103，分别位于上述脱水设备4的溶剂出口c1处以及上述分离设备5的溶剂出口f1处；储液罐8，用于储存从所述冷凝回收设备6及分离设备5中输出的溶剂，并为所述溶剂输入设备3提供溶剂，其具有与所述冷凝回收设备6的冷凝溶剂出口i相连接的进口j，该储液罐8还与所述溶剂输入设备3的溶剂进口g及分离设备5的液态溶剂出口f1相连接。

本发明的另一个技术方案如下：

本发明提供的高水分固体物料置换脱水方法用置换溶剂将湿物料充分浸渍，湿物料水分被置换到置换溶剂中，成为含水量较高的混合溶液；然后将该混合溶液内的置换溶剂静置分层或气化，使置换溶剂和水分离，再通过冷却或压缩将置换溶剂液化，以回收循环利用。

在所述的置换过程中，形成的高压液态溶剂与水形成互溶混合物，从而将水从高水分固体物中置换出来，使水与固体分离。

在所述的分离过程中，若采用的溶剂在常温常压下为液体，可以通过静置分层，使水相和有机溶剂相分层，分层后使水相和有机溶剂相分离；若采用的溶剂为常温常压下是气体的高压液体，可通过减压气化溶剂而使其与水相分离。

在所述的回收过程中，回收的有机溶剂在高压下，形成高压液态有机溶剂，循环利用。

本发明提供了一种高水分固体物料置换脱水装置，包括：提供高压惰性气体的惰性气瓶，压缩气体的气体压缩机，提供热水的热水发生器，预热溶剂的溶剂输入设备，传输溶剂的溶剂输液泵，湿物料和溶剂充分浸渍进行置换脱水的脱水设备，液化气态溶剂的冷凝回收设备，分离溶剂和水的混合溶液的分离设备，储存回收容器储液罐，冷凝挥发出来的气态溶剂的冷凝回收设备。

所述的惰性气瓶出口与气体压缩机进口相连，气体压缩机出口与脱水设备和分离设备进口相连，为脱水设备和分离设备提过所需的高压气体；

所述的溶剂输入设备加热系统与热水发生器相连，其溶剂进口经溶剂输液泵与分离设备和储液罐出液口相连，其溶剂出口与脱水设备溶剂进口相连；

所述的脱水设备惰性气体进口与气体压缩机出口相连，其溶剂进口与溶剂输入设备溶剂出口相连，其溶剂循环出口经溶剂输液泵与其溶剂循环进口及分离设备溶剂进口相连；其下端废液出口与废水池相连，其气态溶剂出口与冷凝回收设备气态溶剂进口相连；

所述的分离设备惰性气体进口与气体压缩机气体出口相连，其溶剂进口经溶剂输液泵与脱水设备循环溶剂出口相连，其溶剂出口经溶剂输液泵与溶剂输入设备溶剂进口相连，其排水口与废水池相连；

所述的冷凝回收设备冷凝系统与供水系统相连，其气态溶剂进口与脱水设备和分离设备气态溶剂出口相连，其溶剂出口与储液罐相连；

所述的储液罐进口与冷凝回收设备溶剂出口相连，该出口经溶剂输液泵与溶剂输入设备相连；

所述的热水发生器进口与供水系统及冷凝回收设备冷凝水出口相连；出口与溶剂输入设备热水进口相连。

本发明所述方法的工作原理示于图1。将高水分固体物质放入到脱水设备后，从惰性气瓶向整个设备系统中通入惰性气体进行加压；然后将预热后的高压液态溶剂经溶剂输液泵传输到脱水设备中，打开脱水设备上的溶剂输液泵使溶剂循环往复地通过高水分固体物质中，使溶剂与高水分固体经过充分接触，进行置换脱水；脱水后，得到溶剂和水的混合溶液，然后将此混合溶液加热使溶剂气化，从而将溶剂和水分离；将分离出的溶剂通入冷凝回收设备冷凝后循环进入到原脱水系统。

该方法使用的置换溶剂为在0-60℃、1-30个大气压下为液体的有机溶剂，如丙烷、甲硫醚、环氧乙烷、2-氯丙烷、二甲醚等一种或几种，或者所述有机溶剂与弱吸附性、低潜热表面活性剂混合而成的复合置换溶剂。该方法操作条件温和，能耗低，适用于不同含水量固形物脱水。

由此可见，本发明克服了溶剂置换脱水不适用于大宗固体物料脱水干燥的困难，提供了一种利用0-60℃、0.1-3MPa下为液体的低沸点、低潜热有机溶剂对含水固体物料进行置换脱水方法及实现该技术方法的装置。所述方法通过使用在一定温度和压力条件下为液体的低沸点、低潜热溶剂将含水固体物料中水分在溶解、吸收、交换等的作用下转移到溶剂相中而使物料脱水，进而通过液固分离获得被脱水物料，液液分离实现溶剂回收，所能达到的有益效果如下：

首先，使用本发明对含水固体物料进行置换脱水的方法，可使脱水率达60％以上，使固体物料含水量低于17％。

其次，本发明所使用低沸点低潜热溶剂。由于溶剂潜热远低于水的潜热，其能耗很低，解决了能耗高的问题。比如，现阶段我国的脱水干燥技术的能耗一般为每蒸发脱水1kg水通常消耗1.3-1.8kg蒸汽(或3500-5000kJ)，而采用本发明进行干燥时，可节约30-40％的能耗。同时，操作在低温下进行，操作条件温和，解决了传统蒸发型脱水干燥过程的烧焦挂壁等问题。

综上所述，本发明所提出的含水固体物料的置换脱水方法及装置，不仅可能达到较高的脱水效率，还能节约能源，适用于工业上不同含水量固体物料的脱水。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为本发明的含水固体物料置换脱水方法的原理示意图。

图2为本发明实施例1含水固体物料置换脱水的装置结构示意图。

图3为本发明实施例2含水固体物料置换脱水的装置结构示意图。

附图标记与其对应的部件说明如下：

1：惰性气瓶                 21/22：气体压缩机

3：溶剂输入设备             4：脱水设备

5：分离设备                 6：冷凝回收设备

7：热水发生器               8：储液罐

9：气液分离罐               101：热水泵

102/103：溶剂输液泵

a：溶剂输入设备溶剂出口     b：脱水设备溶剂进口

c1：脱水设备液态溶剂出口    c2：脱水设备气态溶剂出口

c3：脱水设备废液排出口      d：脱水设备溶剂循环进口

e：分离设备溶剂进口         f1：分离设备液态溶剂出口

f2：分离设备气态溶剂出口    f3：分离设备排水口

g：溶剂输入设备溶剂进口     h：冷凝回收设备溶剂进口

i：冷凝回收设备冷凝溶剂     j：储液罐进口

   出口

具体实施方式

本发明所述方法的工作原理请参见图1所示。将含水固体物料放入到脱水设备后，从惰性气瓶向整个设备系统中通入惰性气体进行加压；然后将预热后的高压液态溶剂经溶剂输液泵传输到脱水设备中，打开脱水设备上的溶剂输液泵使溶剂循环往复地通过含水固体物料中，使溶剂与高水分固体经过充分接触，进行置换脱水；脱水后，得到溶剂和水的混合溶液，然后将此混合溶液加热使溶剂气化或静置分层，从而将溶剂和水分离；分离出的溶剂再循环进入到原脱水系统。

实施例1

本实施例适用于常温常压下为液体的置换溶剂脱水，具体装置结构示意图如图2所示，所述装置包括：惰性气瓶1，气体压缩机21，溶剂输入设备3，脱水设备4，分离设备5，冷凝回收设备6，热水发生器7，储液罐8，热水泵101，溶剂输液泵102，103。所述的惰性气瓶1出口与气体压缩机21进口相连，气体压缩机21出口与脱水设备4和分离设备5进口相连，为脱水设备4和分离设备5提供所需高压气体；所述的溶剂输入设备3的加热系统与热水发生器7相连，其溶剂进口g经溶剂输液泵102与分离设备5的液态溶剂出口f1和储液罐8相连，其溶剂出口a与脱水设备4溶剂进口b相连；所述的脱水设备4惰性气体进口与气体压缩机21出口相连，其溶剂进口b与溶剂输入设备3溶剂出口a相连，其液态溶剂出口c1经溶剂输液泵102与其溶剂循环进口d及分离设备5溶剂进口e相连，其下端废液排出口c3与废水池相连，其气态溶剂出口c2与冷凝回收设备6溶剂进口h相连；所述的分离设备5惰性气体进口与气体压缩机21气体出口相连，其溶剂进口e经溶剂输液泵102与脱水设备4液态溶剂出口c1相连，其液态溶剂出口f1经溶剂输液泵103与溶剂输入设备3溶剂进口g相连，其排水口f3与废水池相连；所述的冷凝回收设备6冷凝系统与供水系统相连，其溶剂进口h与脱水设备4的气态溶剂出口c2和分离设备5的气态溶剂出口f2相连，其冷凝溶剂出口i与储液罐8的进口j相连；所述的储液罐8进口j与冷凝回收设备6相连，其出口经溶剂输液泵103与溶剂输入设备3相连；所述的热水发生器7进口与供水系统及冷凝回收设备6冷凝水出口相连，其出口与溶剂输入设备3热水进口相连。

在本实施例中，所用的含水固体物料为酒糟，所用的置换溶剂为2-氯丙烷。按照前述高水分固体物料置换脱水方法原理，将酒糟均匀地摊放在脱水设备4过滤板上；打开惰性气瓶1，并调节气体压缩机21，向整个设备系统通入高压气体；然后，调节脱水设备4和分离设备5上的阀门，使其内压力为0.8MPa，关闭所有的气体和液体控制阀门，使脱水设备4和分离设备5内的压力保持恒定；打开储液罐8和溶剂输液泵103间的阀门以及溶剂输入设备3和脱水设备4间的阀门，通过溶剂输液泵103向脱水设备4中加入一定量2-氯丙烷，同时，打开热水发生器7，生成热水，并打开、调节热水泵101，向溶剂输入设备3加热系统中通入适量热水，保持通过的2-氯丙烷温度为40℃，加完溶剂后，调节脱水设备4上的气阀，使脱水设备4内压力恒定在0.8MPa，关闭所有阀门和输液泵；然后，打开脱水设备4和溶剂输液泵102间的阀门，并通过溶剂输液泵102使溶剂在脱水设备4内循环，使2-氯丙烷和酒糟充分混合，置换酒糟中的水，形成2-氯丙烷和水的混合物；置换完毕后，关闭溶剂输液泵102和脱水设备4溶剂循环进口间的阀门，打开溶剂输液泵102和分离设备5溶剂进口间的阀门，使2-氯丙烷和水的混合液进入到分离设备5中，停止溶剂输液泵102，关闭阀门；打开脱水设备4和冷凝回收设备6间的阀门，关闭脱水设备4上的其它阀门，降低压力，使2-氯丙烷充分挥发到冷凝回收设备6，即可得到脱水干燥的酒糟成品。将加入到分离设备5中混合液充分静置，并减小气压，使2-氯丙烷在水中的溶解度降低，使混合液分层；打开溶剂输液泵103和分离设备5溶剂出口间的阀门，通过溶剂输液泵103使液态溶剂有机相进入到储液罐8回收，或者重新加入到脱水设备4中循环利用，然后关闭分离设备5上所有阀门和溶剂输液泵103。打开分离设备5和冷凝回收设备6间的阀门，降低分离设备5中压力，使2-氯丙烷液体气化，并通入到冷凝回收设备6冷凝回收。挥发后，打开废水管上的阀门，把废水排出。从脱水设备4和分离设备5挥发出的2-氯丙烷气体经过冷凝回收设备6冷凝，通入到储液罐8回收利用。冷凝回收设备6所用冷凝水重新加入到热水发生器7中，以回收水资源和能源。

含水量约为50-60％的酒糟，经过上述置换脱水后，其含水量约为17％，脱水率达到70％。由于2-氯丙烷在常温常压下为液体，无需压缩，不耗费压缩动力，故较为节能。

实施例2

本实施例适用于常温常压下为气体的置换溶剂(高压液体)脱水，具体装置结构示意图如图3所示，所述装置包括：惰性气瓶1，气体压缩机21，溶剂输入设备3，脱水设备4，分离设备5，冷凝回收设备6，热水发生器7，储液罐8，气液分离罐9，气体压缩机21、22，热水泵101，溶剂输液泵102，103。所述的惰性气瓶1出口与气体压缩机21进口相连，气体压缩机21出口与脱水设备4和分离设备5的进口相连，为脱水设备4和分离设备5提供所需的高压气体；所述的溶剂输入设备3加热系统与热水发生器7相连，其溶剂进口g经溶剂输液泵102与分离设备5的液态溶剂出口f1和储液罐8相连，其溶剂出口a与脱水设备4溶剂进口b相连；所述的脱水设备4惰性气体进口与气体压缩机21出口相连，其溶剂进口b与溶剂输入设备3溶剂出口a相连，其液态溶剂出口c1经溶剂输液泵102与其溶剂循环进口d及分离设备5溶剂进口e相连；其下端废液排出口c3与废水池相连，其气态溶剂出口c2与冷凝回收设备6溶剂进口h相连；所述的分离设备5惰性气体进口与气体压缩机21气体出口相连，其溶剂进口e经溶剂输液泵102与脱水设备4液态溶剂出口c1相连，其液态溶剂出口f1经溶剂输液泵103与溶剂输入设备3溶剂进口g相连，其排水口f3与废水池相连；所述的冷凝回收设备6冷凝系统与供水系统相连；其溶剂进口h与脱水设备4的气态溶剂出口c2和分离设备5的气态溶剂出口f2相连，其冷凝溶剂出口i与气液分离罐9进口相连；所述的气液分离罐9进口与冷凝回收设备6相连，其出口经气体压缩机22与储液罐8进口j相连，所述的储液罐8经气体压缩机22与气液分离罐9相连，其出口经溶剂输液泵103与溶剂输入设备3相连；所述的热水发生器7进口与供水系统及冷凝回收设备6冷凝水出口相连；出口与溶剂输入设备3热水进口相连。

在本实施例中，所用的含水固体物料为酒糟，所用的溶剂为二甲醚。按照前述高水分固体物料置换脱水方法原理，将酒糟均匀地摊放在脱水设备4过滤板上；打开惰性气瓶1，并调节气体压缩机21，向整个设备系统通入高压气体；然后，调节脱水设备4和分离设备5上的阀门，使其内压力为0.8MPa，关闭所有气体和液体控制阀门，使脱水设备4和分离设备5内的压力保持恒定；打开储液罐8和溶剂输液泵103间的阀门以及溶剂输入设备3和脱水设备4间的阀门，通过溶剂输液泵103向使脱水设备4中加入一定量二甲醚；同时，打开热水发生器7，生成热水，并打开、调节热水泵101，向溶剂输入设备3加热系统中通入适量热水，保持通过的二甲醚温度为40℃，在充填溶剂过程中，调节脱水设备4上的气阀，使脱水设备4内压力恒定在0.8MPa，最后关闭所有阀门和输液泵。然后，打开脱水设备4和溶剂输液泵102间的阀门，并通过溶剂输液泵102使溶剂在脱水设备4内循环，使液化二甲醚和酒糟充分混合，置换酒糟中的水，形成二甲醚和水的混合液。置换完毕后，关闭溶剂输液泵102和脱水设备4溶剂循环进口间的阀门，打开溶剂输液泵102和分离设备5溶剂进口间的阀门，输送混合液到分离设备5中，输送完后停止溶剂输液泵102，关闭阀门。打开脱水设备4和冷凝回收设备6间的阀门，关闭脱水设备4上的其它阀门，降低压力，使二甲醚充分挥发到冷凝回收设备6，即可得到脱水干燥的酒糟成品。将加入到分离设备5中的混合液减小气压，使高压二甲醚液体气化，并通入到冷凝回收设备6冷凝回收。挥发后，打开废水管上阀门，把废水排出。从脱水设备4和分离设备5挥发出的二甲醚气体经冷凝回收设备6冷凝及气液分离罐9分离，分离后的气体经气体压缩机22压缩后成为高压二甲醚液体，并与气液分离罐9分离出的液体一起通入到储液罐8回收利用。冷凝回收设备6所用冷凝水重新加入到热水发生器7中，以回收水资源和能源。

含水量约为50-60％酒糟的经过上述置换脱水后，含水量约为15％，脱水率为75％。由于二甲醚在常温常压下为气体，在脱水后，在减压的情况下，溶剂很容易从固体酒糟和被脱掉的水中脱除，分离容易，残留量小，不容易对酒糟和水造成污染，并且溶剂回收率高。

实施例3

本实施例适用于液体有机溶剂与表面活性剂进行混合作为置换溶剂，即混合溶剂脱水，该溶剂与实施例1中溶剂状态相似，可采用相同装置，具体装置结构示意图如图2所示，所述装置包括：惰性气瓶1，气体压缩机21，溶剂输入设备3，脱水设备4，分离设备5，冷凝回收设备6，热水发生器7，储液罐8，热水泵101，溶剂输液泵102，103。所述的惰性气瓶1出口与气体压缩机21进口相连，气体压缩机21出口与脱水设备4和分离设备5进口相连，为脱水设备4和分离设备5提供所需高压气体；所述的溶剂输入设备3的加热系统与热水发生器7相连，其溶剂进口g经溶剂输液泵102与分离设备5的液态溶剂出口f1和储液罐8相连，其溶剂出口a与脱水设备4溶剂进口b相连；所述的脱水设备4惰性气体进口与气体压缩机21出口相连，其溶剂进口b与溶剂输入设备3溶剂出口a相连，其液态溶剂出口c1经溶剂输液泵102与其溶剂循环进口d及分离设备5溶剂进口e相连，其下端废液排出口c3与废水池相连，其气态溶剂出口c2与冷凝回收设备6溶剂进口h相连；所述的分离设备5惰性气体进口与气体压缩机21气体出口相连，其溶剂进口e经溶剂输液泵102与脱水设备4液态溶剂出口c1相连，其液态溶剂出口f1经溶剂输液泵103与溶剂输入设备3溶剂进口g相连，其排水口f3与废水池相连；所述的冷凝回收设备6冷凝系统与供水系统相连，其溶剂进口h与脱水设备4的气态溶剂出口c2和分离设备5的气态溶剂出口f2相连，其冷凝溶剂出口i与储液罐8的进口j相连；所述的储液罐8进口j与冷凝回收设备6相连，其出口经溶剂输液泵103与溶剂输入设备3相连；所述的热水发生器7进口与供水系统及冷凝回收设备6冷凝水出口相连，其出口与溶剂输入设备3热水进口相连。

在本实施例中，所用的含水固体物料为酒糟，所用的置换溶剂为戊烷和全氟辛酸组成的混合溶剂。按照前述高水分固体物料置换脱水方法原理，将酒糟均匀地摊放在脱水设备4过滤板上；打开惰性气瓶1，并调节气体压缩机21，向整个设备系统通入高压气体；然后，调节脱水设备4和分离设备5上的阀门，使其内压力为0.8MPa，关闭所有的气体和液体控制阀门，使脱水设备4和分离设备5内的压力保持恒定；打开储液罐8和溶剂输液泵103间的阀门以及溶剂输入设备3和脱水设备4间的阀门，通过溶剂输液泵103向脱水设备4中加入一定量混合溶剂，同时，打开热水发生器7，生成热水，并打开、调节热水泵101，向溶剂输入设备3加热系统中通入适量热水，保持通过的混合溶剂温度为40℃，加完溶剂后，调节脱水设备4上的气阀，使脱水设备4内压力恒定在0.8MPa，关闭所有阀门和输液泵；然后，打开脱水设备4和溶剂输液泵102间的阀门，并通过溶剂输液泵102使溶剂在脱水设备4内循环，使混合溶剂和酒糟充分混合，置换酒糟中的水，形成混合溶剂和水的混合物；置换完毕后，关闭溶剂输液泵102和脱水设备4溶剂循环进口间的阀门，打开溶剂输液泵102和分离设备5溶剂进口间的阀门，使混合溶剂和水的混合液进入到分离设备5中，停止溶剂输液泵102，关闭阀门；打开脱水设备4和冷凝回收设备6间的阀门，关闭脱水设备4上的其它阀门，降低压力，使混合溶剂充分挥发到冷凝回收设备6，即可得到脱水干燥的酒糟成品。将加入到分离设备5中混合液充分静置，并减小压力，使混合溶剂在水中的溶解度降低，使混合液分层；打开溶剂输液泵103和分离设备5溶剂出口间的阀门，通过溶剂输液泵103使液态溶剂有机相进入到储液罐8回收，或者重新加入到脱水设备4中循环利用，然后关闭分离设备5上所有阀门和溶剂输液泵103。打开分离设备5和冷凝回收设备6间的阀门，降低分离设备5中压力，使混合液态溶剂气化，并通入到冷凝回收设备6冷凝回收。挥发后，打开废水管上的阀门，把废水排出。从脱水设备4和分离设备5挥发出的混合气态溶剂经过冷凝回收设备6冷凝后通入储液罐8回收利用。冷凝回收设备6所用冷凝水重新加入到热水发生器7中，以回收水资源和能源。

含水量约为50-60％的酒糟，经过上述置换脱水后，含水量约为13％，脱水率为80％。由于混合溶剂含有表面活性剂，大大提高了置换溶剂在脱水时的携带水量，提高了脱水效率。

Claims (8)

1.一种利用溶剂置换脱水来去除含水固体物料中的水分的方法，其包括以下步骤：

(A)将含水固体物料与置换溶剂混合得到混合物；

(B)将所述混合物分离获得被脱水固体物料和溶剂-水混合物；和

(C)将所述溶剂-水混合物分离得到溶剂和水，并循环回用溶剂；

其中所述的置换溶剂为全氟辛酸与有机溶剂的混合物，所述有机溶剂为丙烷、戊烷和二甲醚中的一种或由多种组成的混合有机溶剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的溶剂置换脱水是在0-60℃和0.1-3MPa条件下实施的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述的溶剂-水混合物的分离是通过静置分层或者减压蒸发的方式实现的。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述的有机溶剂在常温常压下为液体时，溶剂-水混合物的分离采用静置分层的方式；所述的有机溶剂在常温常压下为气体时，溶剂-水混合物的分离采用减压蒸发的方式。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中所述的含水固体物料为发酵残糟、饮料残渣、废水污泥、活性生物物料、褐煤或高含水农产品。

6.一种用于实现权利要求1-5中任意一项所述方法的装置，其包括以下设备：

溶剂输入设备(3)，用于提供置换溶剂，其具有溶剂出口(a)及进口(g)；

脱水设备(4)，用于混合含水固体物料和置换溶剂以进行置换脱水，其具有溶剂进口(b)、出口及废液排出口(c3)，其中该溶剂进口(b)与上述溶剂输入设备(3)的溶剂出口(a)相连接；其还具有溶剂循环进口(d)，所述出口分为液态溶剂出口(c1)及气态溶剂出口(c2)，其中该液态溶剂出口(c1)与上述的溶剂循环进口(d)相连接，构成溶剂的循环流动；

分离设备(5)，用于回收从脱水设备(4)输出的液态溶剂-水混合物，其具有溶剂进口(e)、液态溶剂出口(f1)、气态溶剂出口(f2)及排水口(f3)，其中该分离设备的溶剂进口(e)与上述脱水设备(4)的液态溶剂出口(c1)相连接，液态溶剂出口(f1)与上述溶剂输入设备(3)的溶剂进口(g)相连接；

冷凝回收设备(6)，用于回收上述脱水设备(4)及分离设备(5)输出的气态溶剂，其具有溶剂进口(h)及冷凝溶剂出口(i)，其中溶剂进口(h)分别与上述脱水设备(4)的气态溶剂出口(c2)和上述分离设备(5)的气态溶剂出口(f2)相连接；

供压设备，用于向上述脱水设备(4)和分离设备(5)提供高压气体。

7.根据权利要求6中所述的装置，其中所述的供压设备包括惰性气瓶(1)，通过空气压缩机(21)分别与上述脱水设备(4)和分离设备(5)相连接，为其提供高压气体。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其还包括以下设备：

加热夹套，位于溶剂输入设备(3)外表面；

热水发生器(7)，通过热水泵(101)与溶剂输入设备(3)的加热夹套首尾相连，为其提供循环热水，用于加热该溶剂输入设备(3)内的溶剂；

溶剂输液泵(102、103)，分别位于上述脱水设备(4)的溶剂出口(c1)处以及上述分离设备(5)的溶剂出口(f1)处；

储液罐(8)，用于储存从所述冷凝回收设备(6)及分离设备(5)中输出的溶剂，并为所述溶剂输入设备(3)提供溶剂，其具有与所述冷凝回收设备(6)的冷凝溶剂出口(i)相连接的进口(j)，该储液罐(8)还与所述溶剂输入设备(3)的溶剂进口(g)及分离设备(5)的液态溶剂出口(f1)相连接。

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