CN102630216B - 热蒸馏系统和工艺 - Google Patents

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Abstract

热蒸馏系统包括加热装置和冷却装置，加热装置和冷却装置被布置成分别加热和冷却具有在加热装置出口和冷却装置入口之间的第一部分和在冷却装置出口和加热装置入口之间的第二部分的液体回路中的可处理液体，且热蒸馏系统还包括蒸馏级，每一个蒸馏级包括在第一部分上的蒸发器和在第二部分上与第二部分中的液体处于热交换关系的冷凝器、蒸发器和冷凝器被布置在其上的载气回路和用于输出所提取的液体的出口，其中所述级被布置成使得它们的蒸发器沿着第一部分以从加热装置至冷却装置的方向布置，且它们的冷凝器以相应的顺序沿着第二部分以从加热装置至冷却装置的方向布置。

Description

热蒸馏系统和工艺
发明领域
本发明大体上涉及工业规模可处理液体的处理，且特别地涉及处理来自工业过程的废水流。更特别地，本发明涉及通过蒸馏来自包含溶解固体的可处理液体流的液体来操作的设备和工艺。本发明的优选实施方式还采用相关的固体回收或分离工艺。
发明背景
工业制造工艺几乎无一例外地产生废液流。对于例如，仅举几个例子，涉及电力、矿物、纸、石油化学品、药物、食品处理和电子元件制造的工业的工业，情况尤其如此。从这样的工艺流出的大部分废液流是以具体的制造工艺所特有的各种杂质(和其浓缩物)为特征的废水流。例如，通过基于海水脱盐的过滤生产可饮用的水产生了以具有高浓度的各种盐为特征的废水流。
传统上，处理废水流的普遍方法是通过蒸发将固体杂质与水分离。这在工业规模上通常通过将废水流排入到大的蒸发池来实现。然而，这样做的主要缺点来自于该工艺是非常慢的事实，允许有毒杂质可以浸入土壤和/或进入地下水表的可能性。并且，在设计新的工业规模装置时，常常非常难以适应适宜地按尺寸制造的蒸发池的空间以满足工业过程的要求。
全世界许多国家已经执行符合环境关注的关于处理废水流的严格准则。所采取的一个措施是实现零液体排放(ZLD)政策以消除液体废物流或至少使其最少，且如果可能的话，回收液体(最常见的是水)用于重新使用或安全处置。
目前与ZLD相关联的技术包括通过反渗透、絮凝/凝结、基于树脂的分离技术和蒸馏以及这些技术的组合来处理废水。执行许多ZLD技术的主要问题之一涉及额外的资本支出和增加工厂占地。关于资本支出，应明白，任何ZLD系统将需要另外的能源，将这样的系统包括在现有工厂中又可能触动环境益处。
本发明设法克服已知的ZLD系统和工艺的一些缺点。
发明概述
在整个本说明书和以下权利要求中，除非上下文另外要求，否则词“包括(comprise)”和变化形式例如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”将被理解为意指包括所述整数或步骤或整数或步骤的组但不排除任何其他整数或步骤或整数或步骤的组。
根据本发明的第一方面，提供了一种热蒸馏系统，该热蒸馏系统包括：
用于传送可处理液体流的回路(“液体回路”)，液体从所述可处理液体流提取；
用于将可处理液体供应到所述液体回路的入口(“液体供应入口”)；
用于使所述可处理液体流通过所述液体回路循环的装置；
用于加热所述可处理液体流中的所述液体的加热装置，其被布置在所述液体回路上；和
用于冷却所述可处理液体流中的所述液体的冷却装置，其被布置在所述液体回路上，
其中所述液体回路包括被界定在所述加热装置的出口和所述冷却装置的入口之间的第一部分，和被界定在所述冷却装置的出口和所述加热装置的入口之间的第二部分，
所述系统还包括：
多个蒸馏级，每一个级包括蒸发器、冷凝器、回路(“载体回路”)和出口，所述蒸发器被布置在所述第一部分上以从所述可处理液体流汽化液体，所述冷凝器被布置在所述第二部分上以便与所述第二部分中的所述可处理液体流处于热交换关系以实现所述冷凝器中的冷凝和所述第二部分中的所述可处理液体流的加热，所述蒸发器和所述冷凝器布置在所述回路(“载体回路”)上，所述回路(“载体回路”)用于传送载气流，所述出口用于从所述冷凝器输出通过所述蒸馏级从所述可处理液体提取的液体；和
用于使所述载气通过每一个载体回路循环的装置，
其中所述级被布置成使得它们的蒸发器沿着所述第一部分以从所述加热装置至所述冷却装置的方向布置，且它们的冷凝器以相应的顺序沿着所述第二部分以从所述加热装置至所述冷却装置的方向布置。
用于使可处理液体流循环的装置将通常包括至少一个泵。同样地，用于使载气通过每一个载体回路循环的装置将通常包括至少一个泵。
在本发明的一个实施方式中，可处理液体包括水，且因此所提取的液体是水。所提取的水的性质可以是可饮用的或接近可饮用的，适合于灌溉或循环到工业过程中。
将载体回路配置成使得级中的每一种载气流在操作上独立于系统中的另一个级/每一个其他级中的载气流，非常利于优化系统的操作条件。操作独立性可以通过许多物理布局中的任一种例如物理上独立的回路和连通的嵌套回路来实现。
在本发明的优选实施方式涉及低温热蒸馏系统。特定地，优选实施方式涉及从加热装置输出的液体的温度不超过其沸点的系统。作为另外优选实施方式，本发明的系统是在环境压力下操作的低温热蒸馏系统。
优选地，入口被布置在回路上的一位置处，该位置使得入口液体温度接近在液体回路中在该位置的可处理液体的温度或与其相同。
优选地，该系统包括控制装置/至少一个控制器，所述控制装置/至少一个控制器用于根据输入到每一个蒸发器和从每一个蒸发器输出的液体的温度改变每一个载体回路中的所述载气的流量和/或用于改变所述液体流中的液体的流量。优选地，该系统还包括调节装置/至少一个调节器，所述调节装置/至少一个调节器配置成检测所述流量和所述温度中的至少一个和配置成操作控制装置/控制器以优化每一个载体回路中的载气的流量。
优选地，该系统还包括用于维持液体回路中的液体的流量恒定的装置。在本发明的优选实施方式中，用于维持流量的装置包括可以包括至少一个检测器的用于检测系统中的液体体积的装置和可以包括用于根据来自用于检测液体体积的装置的信号来控制液体通过入口的流量的至少一个控制器的装置。这样，液体回路中的液体的流量可以被维持。
系统操作的优化主要取决于控制每一个级中的六个参数的值，那些参数是可处理液体温度、载气流量、载气压力、载气体积、可处理液体流量与载气流量的比和可处理液体装载量(或在包括水的可处理液体的情况下的“水装载量”)，后者是特别关键的。水装载量是在给定的蒸发器中以给定的流量与载气接触的能处理的水的体积。水装载量是在优选实施方式的情况下分布在蒸发器中的水的体积，且更特别地是跌落蒸发器中的增湿垫的水的体积。
有利地，根据优选实施方式的系统的效率可以以简单的方式通过维持可处理液体流量基本上恒定同时如果需要的话改变每一个载体回路中的载气的流量来最大化。通常，该系统在优化之后将以载气(流量独立于每一个载体回路)和可处理液体两者的固定流量来操作，且如果发生由于差的液体-气体相互作用或损坏的、堵塞的或结垢的蒸发器填充垫导致的蒸发速率下降，可以改变载气流量。并且，优选地，系统被配置成允许液体回路中的液体穿过蒸发器的速度高到足以确保蒸发表面保持完全潮湿，使得蒸发速率最大。有利地，这些优选特征中的两个用来使沉淀的固体在蒸发表面上的累积最少(即，结垢和污垢程度最低)，优点是系统将不需要离线进行或至少对于修理/由于蒸发器的结垢和污垢造成的清洁，系统故障时间可以最少。
优选地，加热装置和冷却装置可操作为和/或配置成使得从其输出的可处理液体的温度被控制，由此分别被输入到蒸发器和冷凝器中的可处理液体的温度被维持恒定。
当液体中的内含物的浓度变化时，当从液体流提取液体和/或通过入口将液体供应到流(且液体流流量被维持恒定)时，载气流量可以被调节为使得离开每一个回路中的蒸发器的载气被维持在基本上100％相对湿度。一般而言，体现本发明的系统可以关于温度达到“稳态”操作条件，使得系统的操作可以基本上简单地通过控制载气流量来优化，因而维持上述100％相对湿度，也不需要控制加热和/或冷却装置的加热/冷却出口。
在另一个实施方式中，该系统可以被操作为从液体回路提取液体，而不操作入口以维持该回路中的液体体积恒定。这样，该系统可以分批方式操作。以该方式操作系统可以具有从液体回收固体的有利应用(例如，固体回收和脱水)。
优选地，该系统可操作为使得，在一对邻近的级或每一对邻近的级中，在从加热装置至冷却装置的方向为第一个的级中从冷凝器流动至蒸发器的载气被维持在与在所述方向为第二个的级中从蒸发器流动至冷凝器的载气(和其中的蒸气)相同的温度。在该点上，针对热性能来优化系统操作，因为每一个蒸发器的每一侧上的近似温度是相同的，且同样地，每一个冷凝器的每一侧上的近似温度是相同的。可以表明，因为每对蒸发器的接合处的液体温度是恒定的，所以两个具有相同温降的重合流也是等同的。
优选地，该系统还包括用于从可处理液体提取由从可处理液体提取液体产生的可提取的固体的装置。一般而言，所述可提取的固体将是当从液体流提取液体时沉淀出液体流的固体。优选地，用于提取固体的装置包括多个固体分离器，每一个分离器布置在可处理液体回路上在相应蒸发器下游以接受来自相应蒸发器的液体。在本发明的特定的实施方式中，可以在冷却和/或加热装置下游采用另外的分离器。
优选地，该系统配置成使载体流以环境压力循环通过每一个载体回路。有利地，因此然后，该系统不需要专门的密封预防措施来将载体回路中的载气维持在其操作压力下。
优选地，载气包括空气。
优选地，级的数量为两个。尽管包括多于两个级的系统原则上将由于更紧密近似饱和空气焓曲线而减少热能需求，但本发明人已经发现，鉴于与较大数量的级相关联的附带损失和较高的操作和维护成本，两个级是最佳的。
在本发明的一个实施方式中，系统可以可操作为浓缩和/或沉淀溶解或分散在可处理液体中的固体含量的主要目的，而不是用于从可处理液体获得液体(例如，固体回收或脱水)。在这样的实施方式中，可以具有可以包括排气设备的装置和用于将新鲜的载气供应到载体回路的装置，排气设备设置为从冷凝器下游排出载气，使得载气中携带的大部分液体(例如，水蒸气)释放到大气中。
在本发明的一个实施方式中，该系统还包括可以包括用于将处理流体供应到可处理液体和/或载气中以控制其化学的至少一个入口的装置。处理液体供应装置可以被布置成将处理液体供应到液体流中。在一个实施方式中，处理流体在蒸发器中的一个或多个处以在蒸发器或每一个蒸发器的蒸发室中的喷雾或薄雾的形式供应到液体流中。
处理流体可以为了以下目的中的一个或多个被供应：
·处理在系统内的液体以引起或防止特定化学品的沉淀；
·为了以化学方法改变(“增值”)或除去潜在危险的化学品或可能产生腐蚀、结垢和/或污垢的化学品的目的处理液体；
·处理以使得能够用中等有机载液处理废水；和
·促进或改进工艺的操作效率(为此，处理流体可能包括清洗液、分散剂和/或阻垢剂)。
处理流体的使用可以例如增加或减少沉淀或其速率，在可处理液体与载气相互作用时具有改变可处理液体的物理性质的效果(为此，可能包括表面活性剂或消泡剂)，和/或调节可处理液体的化学行为以减少或最小化其在系统元件上的侵蚀性(例如改变其pH或降低其腐蚀性)。
采用处理流体的实施方式可以在从液体回收固体(例如固体回收和脱水)和控制可处理液体和载气的组成方面具有有利的应用。
在本发明的优选实施方式中，该系统可以可操作为使得处理流体在蒸发器中的一个或多个之后和在下游分离器之前被输入到液体回路中。
采用处理流体的系统优选地可操作为使得在处理流体和可处理液体之间的相互作用可以控制地调节。
处理液体的示例性应用包括使用熟石灰(Ca(OH)2)来产生氢氧化镁(Mg(OH)2)和使用苏打灰(Na2CO3)来从盐水流沉淀碳酸钙(CaCO3)，以及用于改进其他盐部分的品质和值的应用。
在本发明的优选实施方式中，该系统形成包括各自体现本发明的多个热蒸馏系统的提取系统的一部分。
根据本发明的第二方面，提供了一种提取系统，该提取系统包括：
第一设备，其包括至少一个如上所定义的系统，其中所述系统或每一个所述系统的入口被布置成接收包括多种可提取成分的可处理液体，第一设备可操作为从可处理液体提取呈固体形式的至少一种成分；和
第二设备，其包括至少一个如上文定义的另外的系统，其中另外的系统或每一个另外的系统的入口被布置成接收已经通过第一设备从其提取所述至少一种成分的液体，第二设备可操作为从液体提取呈固体形式的至少一种另外的成分。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于从可处理液体提取液体的工艺，该工艺包括以下步骤：
使可处理液体流(“液体流”)在回路(“液体回路”)中循环；
在液体回路上的某一位置(“加热位置”)处加热液体流中的液体；
在相应的回路(“载气回路”)中使相应的载气流(“载气流”)循环，并在沿着所述液体回路在所述加热位置下游的接连位置(“蒸发位置”)处，使按次序从第一载气流至最后的载气流的相应的载气流中的所述载气与所述可处理液体接触以实现液体从所述可处理液体蒸发，由此形成由所述载体回路中的所述载气携带的蒸气和实现所述回路中的所述可处理液体在所述蒸发位置处的冷却；
在所述蒸发位置下游的某一位置(“冷却位置”)处冷却所述液体流中的所述液体；
在沿着所述回路在所述冷却位置下游和所述加热位置上游的接连位置(“冷凝位置”)处，实现在所述液体流中的所述液体和按次序从所述最后的载气流至所述第一载气流的相应的载气流中携带的蒸气之间的热交换，以实现在所述回路中在所述加热位置上游液体从所述载气流的冷凝和所述可处理液体的加热；和
除去冷凝的液体。
优选地，在一对邻近的载气流或每一对邻近的载气流中，在从所述加热位置至所述冷却位置的方向为第一个的所述载气流中从所述冷凝位置流动至所述蒸发位置的所述载气的温度和在所述方向为第二个的所述载气流中从所述蒸发位置流动至所述冷凝位置的所述载气的温度被维持相等。
优选地，该工艺包括控制每一个载体回路中的载气的流量以维持从蒸发位置输出的载气处于100％相对湿度。
在本发明的优选实施方式中，从加热装置输出的液体的温度不超过其沸点，且从冷却装置输出的液体的温度不低于其冰点。
优选地，该工艺还包括维持可处理液体流的流量恒定。
在本发明的一个实施方式中，该工艺还包括维持将可处理液体供应到液体回路中。该供应可以被维持在恒定的水平。在本发明的另一个实施方式中，该工艺包括提取液体而不维持这样的供应，由此提取以分批方式进行。后一个实施方式可以具有从液体回收固体(例如，固体脱水)的有利应用。
优选地，该工艺还包括从液体回路分离出当从液体流提取液体时从液体流沉淀出的固体。优选地，该工艺包括沿着液体回路在蒸发位置下游的相应位置处从液体回路中的液体分离固体，由此从每一个蒸发位置输出的液体分离固体。
优选地，该工艺包括使载体流以环境压力循环。有利地，因此然后，该工艺不需要专门的密封预防措施来将载体回路中的载气维持在其操作压力下。
所使用的载气可以包括能够接收来自可处理液体的液体蒸气的任何气体。
优选地，载气是空气。
优选地，载体回路的数量是两个。
在本发明的优选实施方式中，使载体流以环境压力循环。
根据本发明的第四方面，提供了用于从可处理液体流提取液体的工艺，该工艺包括以下步骤：
(i)使可处理液体流(“液体流”)在回路(“液体回路”)中循环；
(ii)在液体回路上的某一位置(“加热位置”)处加热液体流中的液体；
(iii)在相应的回路(“载气回路”)中使相应的载气流(“载气流”)循环，并在沿着液体回路在加热位置下游的接连位置(“蒸发位置”)处，使按次序从第一载气流至最后的载气流的相应的载气流中的载气与可处理液体接触以实现液体从可处理液体蒸发，由此形成由载体回路中的载气携带的蒸气并实现回路中的可处理液体在蒸发位置处的冷却；
(iv)在蒸发位置下游的某一位置(“冷却位置”)处冷却液体流中的液体；和
(v)在沿着回路在冷却位置下游和加热位置上游的接连位置(“冷凝位置”)处，实现在液体流中的液体和按次序从最后的载气流至第一载气流的相应的载气流中携带的蒸气之间的热交换，以实现在回路中在加热位置上游液体从载气流的冷凝和可处理液体的加热；和
(vi)除去冷凝的液体。
在本发明的优选实施方式中，步骤(i)包括将可处理液体加热至不超过其沸点的温度。
在本发明的优选实施方式中，步骤(iv)包括将可处理液体冷却至不低于其冰点的温度。
在一个优选实施方式中，当可处理液体流是能处理的水流(例如，废水流)时，步骤(i)包括将可处理液体加热至不超过80℃的温度，且步骤(iv)包括将可处理液体冷却至不低于其冰点的温度。更优选地，步骤(i)包括加热至不超过80℃的温度，且步骤(iv)包括冷却至不低于15℃的温度。
在本发明的优选实施方式中，可处理液体流包括能处理的水，步骤(i)包括将可处理液体加热至不超过80℃的温度，且步骤(iv)包括将可处理液体冷却至不低于15℃的温度。
在本发明的优选实施方式中，在蒸发器中的至少一个的下游将固体从可处理液体流分离出来。
在一个优选实施方式中，该工艺包括在液体已经被输送通过蒸发器中的每一个之后实现的固体分离。因此，如果该工艺采取使用两个蒸发器，则该工艺还将采用两个分离步骤–对于每一个蒸发器，一个分离步骤。然而，对于某些应用，可以在冷却和/或加热装置下游采用另外的分离器。
根据本发明的第五方面，提供了如上所述的系统或工艺浓缩和/或沉淀溶解或分散在可处理液体中的固体的用途。
附图简述
现在将仅作为非限制性实例，参考附图描述本发明，附图中：
图1是显示根据本发明的优选实施方式的热蒸馏系统的一般布局的流程图；
图2A是显示根据本发明的优选实施方式的图1中示出的布局的示例性操作实现的流程图；
图2B包含列出与图2A中示出的实现相关联的数据的表；
图3是定义图4至图14中使用的各种符号的图例；
图4是显示根据本发明的优选实施方式的两级蒸馏系统的工艺流程图；
图5是根据本发明的优选实施方式的水入口的工艺与仪器装设系统图；
图6是根据本发明的优选实施方式的第一级空气回路的工艺与仪器装设系统图；
图7是根据本发明的优选实施方式的第二级空气回路的工艺与仪器装设系统图；
图8是根据本发明的优选实施方式的第一级再循环回路的工艺与仪器装设系统图；
图9a和图9b是根据本发明的优选实施方式的第二级再循环回路的工艺与仪器装设系统图；
图10是根据本发明的优选实施方式的水出口的工艺与仪器装设系统图；
图11是根据本发明的优选实施方式的加热步骤的工艺与仪器装设系统图；
图12是根据本发明的优选实施方式的冷却步骤的工艺与仪器装设系统图；
图13是根据本发明的优选实施方式的固体回收步骤的工艺与仪器装设系统图；
图14是根据本发明的优选实施方式的残余固体回收系统的工艺与仪器装设系统图；
图15示意性地描绘根据本发明的优选实施方式的系统的化学界面布置；
图16A和图16B是分别显示化学界面布置的细节的示意性平面图和示意性侧视图；和
图17描绘根据本发明的另外的优选实施方式的多单元工艺和系统。
发明的一般实施
如本文使用的术语“系统”可以是指“设备”。
应理解，如本文使用的术语“可处理液体”是指需要通过本发明的系统处理并包括液体连同具有溶解的或分散的固体的液体的混合物的任何液体。通常，可处理液体将是已经在工业过程中使用的液体。这样的液体可以被称为废液或流出物，且在性质上最常常是含水的(例如，废水)。然而，应明白，并不是从工业过程放出的所有液体流都是废物流，因为一些液体流可能包含商业上有价值的盐或矿物。因而，术语“可处理液体”意指包括为废物流且因此需要通过本系统处理以消除潜在的环境危害或至少使该危害最小的液体流，或包括含有潜在地商业上有价值的材料且需要通过本系统处理以回收这样的材料的液体流。在两种情况下，所提取的液体可以被回收且重新使用或用于其他应用，这在下面更详细地讨论。
如本文使用的术语“处理流体”是指被引入到体现本发明的系统中以控制内部化学环境(即，使可处理液体和/或载气循环)的任何液体或气体。
因此，本发明可以用来处理源自许多不同源的液体。在一个优选实施方式中，可处理液体可以是盐水溶液(例如，微咸水、海水、基于工业的盐溶液等)。可处理液体还可以源自农业生产(例如，包含土壤、氮、磷和杀虫剂的地表径流)、钢铁工业(例如，被“可溶性金属副产物”例如锌和氯化铁污染的冷却水)、矿和采石场(例如，在水中含有岩石/矿物颗粒的浆料)、食品工业(例如，具有生化需氧量浓度和悬浮固体的水)、络合物有机化学品工业(例如，被石油化学产品污染的冷却水、水处理设施(例如，富含硬性离子的水)、核工业(例如，被镭和其衰变产物污染的冷却水)以及类似物。
上面系统和工艺可以使用以下部件和方法学操作：
加热装置
当液体流流过布置在液体回路的第二部分上的多个冷凝器时，液体流被部分地加热。在每一个冷凝器内，热被从载气流转移到液体流，由此载气流中的载气被冷却，而液体流中的液体被加热。然而，在离开布置在液体回路的第二部分上的最后的冷凝器的液体流可以进入布置在液体回路的第一部分上的第一蒸发器之前，液体流必须经历另外的加热以便维持必需的跨过蒸馏系统的热驱动力(优选地，在加热源和冷却源之间至少15℃的总温差)。为了该目的，可以使用适合于加热液体流的任何加热装置。
本发明的优选实施方式中的加热装置包括低级热源，例如低温废热源和可再生热源。低温废热源的实例包括但不限于，蒸气、柴油机、煤、石油焦炭、垃圾和核能。这样的热源可以源自于或包括用于公用事业工业(例如，电力)、重工业(例如，钢、铝、铜、水泥、纸浆和纸、玻璃、苏打灰、废物循环精炼厂(例如，石油)、气化厂、化工厂(例如，氯碱、乙烯树脂)、焚化炉等中的燃烧锅炉、气化器、加热器、炉、燃气轮机、汽轮机、内燃机等。可再生热源的实例包括但不限于，太阳能、地热能、生物质和合成气。
在上面的实施方式中，应明白，本发明可以由低级热源驱动且在这点上可以涉及加热的温室气体例如CO2或生物危险气体的捕获和利用。因此，在这样的实施方式中，本系统提供了某些环境优点且还提供了经济优点，尤其是在国际碳贸易方案的预见介绍的背景下。
通常，液体流借助于与换热器中的加热流间接接触来加热。加热流本身可以是低级热源(例如，从纸浆和纸工厂中使用的汽轮机排出的蒸气)或加热流可以是已经由低级热源预加热的流体(例如，在太阳能集热系统中预加热的水)。换热器可以选自包括但不限于以下的组：管壳式换热器、板式换热器、管翅式换热器和废热回收单元。
冷却装置
当液体流流过布置在液体回路的第一部分上的多个蒸发器时，液体流被部分地冷却。在每一个蒸发器内，热被从液体流转移到载气流，由此液体流中的液体被冷却且载气流中的气体/蒸气被加热。然而，在离开布置在液体回路的第一部分上的最后的蒸发器的液体流可以进入布置在液体回路的第二部分上的第一冷凝器之前，液体流必须经历另外的冷却以便维持必需的跨过蒸馏系统的热驱动力。为了该目的，可以使用适合于冷却液体流的任何装置。
优选地，液体流由选自包括但不限于以下的组的冷却装置/一个或多个冷却器冷却：冷冻器(例如，电的、吸收、混合的)、冰浆技术、地下冷却、海水冷却和深湖冷却。
蒸发器
如本文使用的术语“蒸发器”是指能够实现将液体转化为其相应的气态或蒸气形式的任何机械设备。增湿器表示蒸发器的一种形式，且常常与从液体水形成水蒸气相关联。
在布置在液体回路的第一部分上的每一个蒸发器内，液体被从液体流汽化到载气流中，由此浓缩了液体流并增湿了载气流，优选地达到饱和点(100％相对湿度)。
可以根据本发明使用的蒸发器的类型包括但不限于，自然循环蒸发器、强制循环蒸发器、降膜式蒸发器、升膜式蒸发器和板式蒸发器。
冷凝器
如本文使用的术语“冷凝器”是指能够实现将气体或蒸气转化为其相应的液体形式的任何机械设备。减湿器表示冷凝器的一种形式，且常常与从水蒸气形成液体水相关联。
在液体回路的第二部分上的每一个冷凝器内，从载气流冷凝液体蒸气，由此使载气流减湿并产生被从工艺除去的蒸馏液体流。
在本发明的优选实施方式中使用的冷凝器通常是换热器，且尤其是管翅式换热器或冷凝盘管。液体流在换热器管内部流动，且载气流在外部翅片上流动，使得液体在外部翅片上冷凝。同样地，当冷凝器是管壳式换热器时，液体流和载气流通常分别在管侧和壳侧上流动，使得蒸馏液体在管的外部冷凝。
分离器
通过汽化从液体流除去蒸馏液体浓缩了可处理液体流。因此，在布置在液体回路的第一部分上的每一个蒸发器的下游，紧接着设置了分离器以从液体流除去一部分固体并因此促进液体流流过液体回路。
通常，采用结晶和沉降技术来实现从可处理液体流分离和回收固体(作为淤泥、浆料或滤饼)。
其他部件
可处理液体可以通过任何适当的输入装置被连续地供应到液体回路(以补充所提取的液体和从液体流回收的固体)。
在本发明的优选实施方式中，液体流和载气流经由受连续监控和调节各个工艺参数(温度、压力、流量、水平、湿度等)的控制系统支配的管道和仪表装置(阀、泵、风扇等)的网络分别循环通过液体和载气回路。
可以集成到本系统和工艺中的另外的任选的处理
预处理
因此，应明白，可处理液体(例如，废水)在进入本系统或工艺之前可能需要被处理。可处理液体的预处理可以包括通过过滤除去固体。这对于尺寸大于或等于40μm的不溶性颗粒是特别优选的。过滤可以使用本领域已知的微滤(MF)和超滤(UF)装置来实现。当可处理液体是源自天然源的水(例如，海水或河水)时，预处理步骤还可以优选地包括除去溶解有机碳(DOC)和挥发性有机化合物(VOC)。尽管DOC和VOC通常源自天然有机物质，但应明白，VOC可以源自许多工业过程的可处理液体流。DOC的除去可以通过纳滤(NF)和反渗透(RO)或经由使用基于树脂的离子交换色谱法和尺寸排阻色谱法来实现。其他除去方法包括使用化学絮凝剂和/或凝结剂。
集成处理
如之前所讨论的，为了控制可处理液体和载气中的任一个或两者的化学环境的目的，根据本发明的特定实施方式的系统可以可操作来供应处理液体。在用于处理特定的可处理液体的实施方式中，为了调节并控制可处理液体的组成和形成源自可处理液体的两种产物的目的，处理流体可以被引入到可处理液体流中。
这些实施方式可以包括用于可控制地供应处理流体的集成系统和/或包括化学界面布置。优选地，处理液体在紧接着蒸发器中的每一个或所选择的蒸发器的下游和相应的分离器的上游处被引入到系统的可处理液体回路中。
优选地，处理流体的引入包括将处理液体受控地分散到可处理液体流中。
采用处理流体的本发明的实施方式优选地配置成自动控制或配置成能够手动控制处理液体和载气体积和/或温度，该体积和温度两者可以因涉及处理液体的化学反应而造成变化，由此可以维持或恢复最佳的或优选的条件(在供应处理流体之前系统在该条件下操作)。就此而言，体现本发明的系统可以包括可包括至少一个控制器的装置，控制器用于通过将增湿的载气受控地排放或受控地吸入到载气回路中来控制载气压力/体积，在该情况下，被吸入的载气是空气，优选被增湿的空气。
后处理
可能需要进一步处理从液体流回收的固体。这样的进一步处理可以包括固体脱水(例如，使用蒸发器)和/或纯化。例如，在固体具有很少的商业价值，且因而被在填埋场处置时或当固体是无毒的且具有营养价值因而将被用于动物饲料添加物或肥料时，可以执行脱水。可以采用的纯化技术还将取决于被回收的固体的价值、毒性和化学性质。实例包括结晶、液/液提取、磁力分离、过滤、重力沉降、离心沉降等。这样的纯化技术可以包括使用鼓式磁力分离器、转鼓式过滤器、旋液分离器、增稠器、澄清器、沉降器、离心机等。可以经由本发明来分离或回收和任选地纯化的固体的类型包括盐(例如，Mg、Ca、Li、Na、K、Ag等盐)、矿物、金属(例如，Cd、U、Hg、As等)。
同样地，可能需要进一步处理从可处理液体流提取的蒸馏液体(例如，水)。所提取的液体经历的后处理的类型将取决于液体本身和其最终应用。例如，所提取的液体可以是意图用作饮用水的水。另外，后处理可以包括根据水质标准的政府要求进行的消毒。通常，消毒技术包括使用化学消毒剂，例如氯化物、氯胺、二氧化氯、臭氧、高锰酸钾、过臭氧等。使蒸馏的或提取的水经历UV辐射也可以实现适当水平的消毒。因此，本发明可以与其他单元过程例如使用粒状活性炭(GAC)的臭氧化和水处理结合操作。然而，应明白，本发明在生产饮用水或再生水方面提供较大益处，因为本发明不依赖于膜技术(NF、MF、UF或RO)且因而其可以处理具有超过300,000ppm盐的高的总溶解固体(TDS)的盐水和微咸水。最大ppm水平仅由所包含的盐的饱和点限制。当所提取的水将被循环或重新使用在工业过程中时，后处理可以包括加入化学品，例如表面活性剂、起泡剂、乳化剂等。如果所提取的水将通过排放到水流(例如，河或海)来处置，则后处理可以包括在线化学分析所提取的水以确保其满足安全处置标准。
另外的优点
上述各个特征给予超过常规液体处理技术的许多重要优点。特定地，体现本发明的热蒸馏系统和工艺可以提供多个输入流的处理、模块化的和可缩放的设计、低级废热源的使用、高的热效率、低的污垢、经由ZLD的高的液体回收率和固体回收率，具有用于选择性固体收获(SSH)的潜力。本发明的优选实施方式的另一个关键优点在于能够操作以独立的液体处理单元或可选择地以连接于一个或多个现有的工艺单元的相关联的液体处理单元(即可以被改型)形式的系统/工艺的灵活性。当系统/工艺中的加热借助于在同一工厂内的不同的过程单元中产生的低级废热流来实现时，后一种布置是特别便利的。
优选实施方式的详细描述
图1中描绘的热蒸馏系统包括设备50，设备50包括第一级(2A)和第二级(2B)，第一级2A包括蒸发器E1、冷凝器C1以及蒸发器E1和冷凝器C1布置在其上的载气回路，且第二级2B包括蒸发器E2、冷凝器C2以及蒸发器E2和冷凝器C2布置在其上的载气回路，且设备50还包括加热装置(H)、冷却装置(C)、入口、固体分离器(S1和S2)、固体收集器(SC)和水容器(WR)，入口在该实施方式中由供应废水进料的液体流混合器(M)界定。废水进料(1)经由混合器M进入液体流3，废水从此以如由箭头表明的方向流动。液体流3流过冷凝器(C2，然后是C1)。液体流(3)接着流过加热装置H，液体流(3)在进入蒸发器(E1，然后是E2)之前在加热装置H中被加热，蒸发器后面紧接着，即在其下游分别紧接着是分离器S1和S2。从分离器S1和S2回收的固体经由管线5被运送至固体收集器SC。闭合回路载气流(第一闭合回路载气流包括流部分7和8，且第二闭合回路载气流包括流部分9和10)分别从蒸发器E1和E2内的液体流(3)提取水蒸气，且然后将水蒸气输送至冷凝器C1和C2。液体流3随后流过冷却装置C，液体流3在再进入冷凝器(C2，然后是C1)之前在冷却装置C中被冷却。从冷凝器(C2，然后是C1)回收的水经由管线11被送至容器WR。
液体流3流过回路4，回路4包括被界定在加热装置的出口和冷却装置的入口之间的第一部分4A和被界定在冷却装置的出口和加热装置的入口之间的第二部分4B。蒸发器E1和E2被布置在第一部分4A上，且冷凝器C1和C2被布置在第二部分4B上。级2A和2B被布置成使得它们的蒸发器E1和E2分别沿着第一部分4A以从加热装置H至冷却装置C的方向布置，这与它们的冷凝器C1和C2沿着第二部分4B以从加热装置H至冷却装置C的方向是相同的顺序。换句话说，级2A和级2B被布置成使得它们的蒸发器E1和E2沿着第一部分4A以从加热装置H至冷却装置C的方向布置，且它们的冷凝器C1和C2以相应的顺序沿着第二部分4B以从加热装置H至冷却装置C的方向布置。
应明白，废水入口可以被布置在回路上的其他地方，其位置被选择为使得最好地适合输入水的温度和化学并避免不利的沉淀。
图2A描绘包括具有与上面关于图1所描述的布局相同的布局的设备50的热蒸馏系统，并另外仅通过实例提供成为系统的基础的热力学的具体细节。图2B中的表1至表6列出加热入口温度和冷却入口温度、加热流和冷却剂流、冷却模块特征、热模块特征、常数和热力学性能的细节。废水进料1经由混合器M进入液体流3。液体流3以基本上恒定速率5.00L/s流遍液体回路。液体流3以25.0℃进入冷凝器C2并以45.2℃离开冷凝器C2。液体流3然后以45.2℃进入冷凝器C1，在冷凝器C1中流3的温度升高至63.6℃。在流离开冷凝器C1之后，经由加热装置H，流3的温度进一步升高至70.0℃。液体流3以70.0℃进入蒸发器E1并以51.6℃离开蒸发器E1。液体流3然后以51.6℃进入蒸发器E2，在蒸发器E2中流3的温度降低至31.4℃。在流3离开E2之后，经由冷却装置C，流3的温度进一步降低至25.0℃。关于闭合回路载气流(流1包括部分7和8，且流2包括部分9和10)，流1以1.14m3/s的速率流动，且流2以2.60m3/s的速率流动。
部分7和8的温度分别是65.6℃和47.2℃，且部分9和10的温度分别是47.2℃和27.0℃。因此，图2A中阐明的本发明的优选实施方式表示基本上绝热的工艺。这样的热力学平衡按以下两种方式来实现：(i)与在蒸发器E1和E2内冷却流3中的液体和加热载体空气流相关联的能量分别等于与在冷凝器C1和C2内加热流3中的液体和冷却载体空气流相关联的能量；和(ii)与在E1和E2内从流3中的液体汽化水相关联的能量分别等于与在冷凝器C1和C2内从载体空气流冷凝水相关联的能量。应明白，主要经由加热装置进入系统的热能必须等于主要经由冷却装置离开系统的热能。
系统还可以包括将处理流体供应至系统以控制系统的内部化学环境的布置。参考图15、图16A和图16B，一种这样的布置包括界面布置20，界面布置20配置成在蒸发器E或每一个蒸发器E的(相应的)蒸发室22中的较低位置在蒸发“填充”材料和蒸发器E1/E2的底部罐24之间供应处理流体。固体分离器S可以包括，例如旋液分离器。
参考图16A和图16B，化学界面布置20包括一个或多个泵31、分配回路或歧管33，通过泵31将处理流体泵送入/泵送通过分配回路或歧管33，回路/歧管被配置成具有喷嘴35的布置，处理流体通过喷嘴35以发散的喷流型式37的形式被输出到室22内。喷嘴35以围绕室22的内部差不多均匀的方式分布。
界面布置20可以包括用于排出和/或洗涤载气的布置39，布置39可能是针对化学处理流体对系统的影响来补偿系统所必需的或期望的，布置39更特别地被配置成控制气体压力/体积和/或从气体提取(例如经由活性炭)由于化学处理而产生的化学品。
界面布置20可以可选择地或另外地包括用于供应载气以补充由于化学处理而消耗的载气的入口41，载气可以包括过滤的、增湿的空气。
系统优选地被设计成使得在界面布置20上方的管道系统使进入化学界面区域的气流最少。如果从化学界面生产大量气体是可能的，则在界面部位处排气可能是适当的，以便使对正常操作气流的影响最小。可选择地，如果由化学处理实现的反应具有消耗大量体积的载气的作用，则吸入载气以补充载气水平可能是适当的。有利地，使用实现细的、水平形式的化学液体喷流型式和界面区域的最大水平覆盖率的自由流动的喷嘴可以优化处理流体的递送(特定地，使处理流体和落下的工艺液体之间的相互作用和混合最大化)。优选地，递送体积以不会损害处理液体分布型式或液滴尺寸的方式来受控地变化。泵31和与其相关联的通过回路33的阀优选地依据特定的分析仪表装置输出(其可以包括pH、电导率和密度、悬浮固体和/或温度)来PLC控制和调节。系统可以配置成独立地或组合地储存和供应多于一种处理流体。可以是优选的是，当采用不同的流体处理时，它们被储存在各自的、独立的罐中。
界面处的任何化学品输入将需要根据工艺用水化学(化学计量添加)来控制。将需要设计操作助剂和输入化学品之间的混合效率，并相应地调节化学品浓度和递送速率，以产生最佳的反应效率。在可适用时，界面将需要以能够旋液分离器除去的速率和尺寸递送沉淀的固体。还在可适用时，在旋液分离器和冷凝换热器之间的沉淀物形成的设计必须达到确保化学品添加速率不会导致换热器结垢的程度。此外，在可适用时，工艺条件必须被调节为补偿由于界面反应导致的工艺液体温度和气体/空气温度变化。在采用处理流体时，必须考虑设计的排出/吸入的气体/空气体积和温度变化。在化学处理产生大量体积的气体或危险的/易燃的气体的情况下，排出和洗涤可能是必需的或适当的。另一方面，在化学处理导致消耗大量体积的载气或产生危险的/易燃的气体的情况下，载气吸入可能是必需的或适当的。
图17中描绘根据另外的优选实施方式的系统100，系统100包括四个根据先前所描述的实施方式的系统/设备50，它们被指定为50A、50B、50C和50D。系统可操作用于ZLD和SSH目的。在系统100中，单元50A和50B可同时地/合作地操作，单元50A、50B接收包含例如呈溶解盐V、W、X、Y和Z形式的成分的可处理液体的输入1。可处理液体可以在时间上分开的阶段中被输入到单元50A、50B，使得固体盐V、W和X可以在每一个输入阶段之后接连地，即以分批方式被从可处理液体提取。对于每一个输入阶段，在提取固体V、W、X之后，将包含剩下的溶解盐Y、Z的可处理液体的所剩下的TW'从单元50A、50B输出到输入水罐40。从输入到单元50A和50B中的固体收集器SC的浆料提取(以产生固体V、W、X)的残余的水RW被输出到残余水罐42。
单元50A和50B因此并联操作，各自分担被输入到罐42中的残余水RW和被输入到罐40中的处理水TW'，由此生产率高于如果仅有单个单元50代替它们时具有的生产率。应明白，单元50A和50B因此构成单个固体提取设备80，该设备在其他实施方式中可以包括任何数量的(即一个或多个)单元50。
当在罐40中已经积累足够的处理水TW'时，将处理水TW'从罐40输出到单元50C，这样的目的在该实施方式中是提取固体Y、Z，固体Y、Z可能仅需要作为固体混合物(而不是单独收获)来提取。残余水RW”是从单元50C的固体收集器SC输出的残余水RW'(其在从输入到该收集器中的浆料提取固体Y、Z之后留下)和在单元50C中循环的处理水的剩下的TW”(在提取Y、Z之后)的组合，其也被输出到罐42。
当在罐42中已经积累足够的残余水R时，将残余水R从罐42输出到单元50D。因为残余水R不仅源自单元50C中的富含Y、Z的浆料的机械脱水，而且还源自单元50A和50B中的富含V、W、X的浆料的机械脱水，所以残余水R包含各种量的V、W、X、Y和Z中的每一种。在本实施方式中，单元50D用来产生包括V、W、X、Y和Z的混合物的固体输出。输入到罐42中的残余水R另外包括由机械脱水得到的残余水RW”'输出以在单元4的固体收集器SC中提取该固体混合物。除了前述提取的固体之外，从系统100输出包含来自单元50A、50B、50C和50D中的水容器WR的组合输出的清洁水。
本发明的SSH实施方式，尤其是结合多个如上所述的热蒸馏系统的那些SSH实施方式，可以被采用来提取/沉淀任何盐水流中的组成盐。
对于电子设备和可再生能工业来说特别重要的是源自锂盐的锂的生产。因此，锂盐是可以使用本发明的优选实施方式来提取的高价值物品。
具有可以用于生产锂的两个主要的锂盐源，即海水和来自内陆盐田的盐水，可以从海水获得溴化锂，在玻利维亚中具有若干个内陆盐田，可以从盐水获得氯化锂。本发明的实施方式可以用来以SSH工艺提取这两种盐。由于在这两种液体中的不同的成分和相关的溶解度，锂盐将在工艺的不同点沉淀出来。然而，在两种情况下过程力学是相同的，且锂盐的分离和收集是SSH工艺的自然结果并遵循与工艺中的任一种其他组成盐相同的一组程序。
这两种盐是高度可溶的且将在许多其他盐之后沉淀出来。在海水的情况下，溴化锂是溶液中的许多盐中的一种且是非常低的浓度，仅约0.1至0.2ppm。因此，所提取的溴化锂将仅表示从海水或盐水生产的全部盐的小部分。
相反，在西南玻利维亚的SalardeUyuni”盐滩的表面下的盐水特别富含氯化锂，包含全世界已知的锂储量的50％至70％，即约5,000,000吨。盐水是氯化钠、氯化锂、氯化镁和硼砂的水饱和溶液。锂以约0.3％的相对高的浓度被浓缩在盐壳下的盐水中。氯化锂的高浓度和饱和盐水的比较简单的化学使得其理论上适合于使用本发明的优选实施方式来提取。实际上，所有四种馏分具有重要的工业和经济价值，且能够借助于体现本发明的SSH系统和方法来分离。
有利地，本发明的优选实施方式提供“被蒸馏的”液体和被分离的固体可以连续地被输出的系统和工艺。对于重盐水(例如海水)和重TDS流，实施方式通常具有特定的适用性，在该方面，膜和反渗透技术不能被有效地使用。因为体现本发明的系统和工艺并不包括膜，所以消除了(与这样的膜相关联的)堵塞问题。因为实施方式在比较低的温度下操作，所以如上文所述，可以消除结垢或污垢，或使其最少。
根据本发明的优选实施方式的ZLD和SSH系统和工艺相比标准固体回收方法的优点包括：
·消除对多个处理级(例如蒸发、化学操纵和冷却)、步骤或辅助设备(例如盐水浓缩器和结晶器)来输出SSH和ZLD的需要，同时潜在地结合了化学操纵，当这样的操纵可以改进被回收的固体的量和价值时；
·经由分批处理输出商业上有价值的分离固体流，而不是简单地产生混合固体输出；
·与基本ZLD选项组合的可操作性(SSH不是本发明的必要处理特征)；
·任选的集成化学水处理以操纵或改进被回收的固体的量和价值；和
·将系统/工艺与补充的水处理工艺/系统组合并消除盐水流和产生多个新收入源的能力。
SSH，在采用其的本发明的优选实施方式中，与单独的ZLD工艺相反，涉及分批处理方法学，其中可处理液体体积向工艺中的输入是固定的且该体积然后在吸入另一固定体积之前被减少。该工艺导致固体基于它们的相对溶解度而顺序溶解。至于ZLD，生成固体浆料，但对于SSH，浆料经历顺序分布成分离的浆料流。至于ZLD，可以利用另外的脱水选择，且工艺不产生除了清洁的回收水之外的液体流。
体现本发明的系统可以包括多个系统/设备，它们中的每一个本身是本发明的优选实施方式，且因此可以与分批处理、利于自由流动、中心固体收集的蒸发室设计、泵和与每一个蒸发室相关联的定制的旋液分离器固体分离器组合实现残余盐水处理。
根据本发明的特定的优选实施方式的系统结合了位于每一个蒸发室底部在蒸发‘填充’材料和底部罐之间的化学界面特征、化学泵和与带有化学界面部分的邻近的级中的蒸发器相关联的受控的、有阀的化学分布系统、通风口/洗涤器或设法满足潜在的生产或由化学处理导致的气体消耗的增湿空气吸入设施。
根据本发明的特定的优选实施方式的系统结合了定制的阀和具有多个浆料输出流的浆料分配系统、使用适用于每一个单独的浆料流的标准机械方法或热方法来进行另外的浆料脱水的装置、使用有效废热来热脱水的装置和/或使来自机械脱水的残余水能够再进入水处理工艺的管道，因此确保了工艺不产生除了清洁的被回收的液体之外的液体流。
在该说明书中对任何先前出版物(或源自其的信息)或对已知的任何物质的提及，不被视为且不应被视为承认或接纳或任何形式的建议先前出版物(或源自其的信息)或已知的物质形成该说明书涉及的努力领域中的普通常识的一部分。
尽管上面已经描述了本发明的各种实施方式，但应理解，它们仅作为实例且不是作为限制来呈现。对相关领域技术人员将明显的是，可以在其中进行形式和细节的各种变化，而不偏离本发明的精神和范围。因此，本发明不应被上述示例性实施方式中的任一个限制。

Claims (13)

1.一种热蒸馏系统，包括：
用于传送可处理液体流的液体回路，液体从所述可处理液体流提取；
用于将可处理液体供应到所述液体回路的入口；
用于使所述可处理液体流通过所述液体回路循环的装置；
用于加热所述可处理液体流中的液体的加热装置，其被布置在所述液体回路上；和
用于冷却所述可处理液体流中的液体的冷却装置，其被布置在所述液体回路上，
其中所述液体回路包括被界定在所述加热装置的出口和所述冷却装置的入口之间的第一部分，和被界定在所述冷却装置的出口和所述加热装置的入口之间的第二部分，
所述热蒸馏系统还包括：
多个蒸馏级，每一个蒸馏级包括蒸发器、冷凝器、载体回路和出口，所述蒸发器被布置在所述第一部分上以从所述可处理液体流汽化液体，所述冷凝器被布置在所述第二部分上以便与所述第二部分中的所述可处理液体流处于热交换关系以实现所述冷凝器中的冷凝和所述第二部分中的所述可处理液体流的加热，所述蒸发器和所述冷凝器布置在所述载体回路上，所述载体回路用于传送载气流，所述蒸馏级的所述出口用于从所述冷凝器输出通过所述蒸馏级从所述可处理液体流提取的液体；
用于使所述载气通过每一个载体回路循环的装置；和
用于根据输入到每一个蒸发器内的液体的温度和从每一个蒸发器输出的液体的温度来改变每一个载体回路中的所述载气的流量的控制装置，
其中：
所述蒸馏级被布置成使得它们的蒸发器沿着所述第一部分以从所述加热装置至所述冷却装置的方向布置，且它们的冷凝器以相应的顺序沿着所述第二部分以从所述加热装置至所述冷却装置的方向布置；以及
所述载气回路包括物理上独立的回路，使得每一个载气流在操作上独立于另一个蒸馏级中的载气流或每一个其他蒸馏级中的载气流；
所述热蒸馏系统被配置成使所述载体流以环境压力循环通过每一个载体回路；
且所述热蒸馏系统还包括提取装置，所述提取装置用于提取当从所述可处理液体流提取液体时从所述可处理液体流沉淀出的固体。
2.根据权利要求1所述的热蒸馏系统，所述热蒸馏系统被配置成使得从所述加热装置输出的液体的温度不超过其沸点，且从所述冷却装置输出的液体的温度不低于其冰点。
3.根据前述权利要求中任一项所述的热蒸馏系统，包括用于改变所述可处理液体流中的液体的流量的控制装置。
4.根据权利要求1或2所述的热蒸馏系统，所述热蒸馏系统可操作为使得，在一对邻近的蒸馏级中或每一对邻近的蒸馏级中，在从所述加热装置至所述冷却装置的方向为第一个的所述蒸馏级中从所述冷凝器流动至所述蒸发器的所述载气被维持在与在所述方向为第二个的所述蒸馏级中从所述蒸发器流动至所述冷凝器的所述载气相同的温度。
5.根据权利要求1或2所述的热蒸馏系统，其中蒸馏级的数量为两个。
6.根据权利要求1或2所述的热蒸馏系统，所述热蒸馏系统可操作为将处理流体输入到所述液体回路内和/或输入到所述载体回路中的至少一个内以实现所述热蒸馏系统内的化学控制。
7.一种提取系统，包括：
第一设备，其包括至少一个根据前述权利要求中任一项的热蒸馏系统，其中所述热蒸馏系统或每一个所述热蒸馏系统的入口被布置成接收包括多种可提取成分的可处理液体，所述第一设备可操作为从所述可处理液体提取呈固体形式的至少一种成分；和
第二设备，其包括至少一个另外的热蒸馏系统，其中所述另外的热蒸馏系统或每一个所述另外的热蒸馏系统的入口被布置成接收已经通过所述第一设备从其提取所述至少一种成分的液体，所述第二设备可操作为从所述液体提取呈固体形式的至少一种另外的成分。
8.一种用于从可处理液体提取液体的工艺，包括以下步骤：
使可处理液体流在液体回路中循环；
在所述液体回路上的加热位置处加热所述可处理液体流中的所述可处理液体；
在相应的载气回路中使相应的载气流以环境压力循环，所述载气回路包括物理上独立的回路使得所述载气流在操作上是独立的，并在沿着所述液体回路在所述加热位置下游的蒸发位置处，使按次序从第一载气流至最后的载气流的相应的载气流中的所述载气与所述可处理液体接触以实现液体从所述可处理液体蒸发，由此形成由所述载气回路中的所述载气携带的蒸气并实现所述载气回路中的所述可处理液体在所述蒸发位置处的冷却；
在所述蒸发位置下游的冷却位置处冷却所述可处理液体流中的所述可处理液体；
在沿着所述载气回路在所述冷却位置下游和所述加热位置上游的冷凝位置处，实现在所述可处理液体流中的所述可处理液体和按次序从所述最后的载气流至所述第一载气流的相应的载气流中携带的蒸气之间的热交换，以实现在所述载气回路中在所述加热位置上游液体从所述载气流的冷凝和所述可处理液体的加热；和
除去冷凝的液体，
其中每个载气回路中的载气的流量根据输入到每一个蒸发器内的液体的温度和从每一个蒸发器输出的液体的温度来改变，
所述工艺还包括从所述液体回路中的液体分离出当从所述可处理液体流提取液体时从所述可处理液体流沉淀出的固体。
9.根据权利要求8所述的工艺，其中在一对邻近的载气流或每一对邻近的载气流中，使在从所述加热位置至所述冷却位置的方向为第一个的所述载气流中从所述冷凝位置流动至所述蒸发位置的所述载气的温度和在所述方向为第二个的所述载气流中从所述蒸发位置流动至所述冷凝位置的所述载气的温度维持相等。
10.根据权利要求8或9所述的工艺，其中可处理液体至所述液体回路的供应是间歇式的，由此所述提取是以分批方式进行的。
11.根据权利要求8或9所述的工艺，其中将处理流体输入到所述液体回路内和/或输入到所述载气回路中的至少一个内以实现所述工艺内的化学控制。
12.根据权利要求1至6中任一项的热蒸馏系统或根据权利要求7的提取系统在沉淀溶解或分散于所述可处理液体中的固体的用途。
13.根据权利要求8至11中任一项的工艺在沉淀溶解或分散于所述可处理液体中的固体的用途。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013210425A1 (de) * 2013-06-05 2014-12-11 Siemens Aktiengesellschaft Anlage und Verfahren zum Aufbereiten von Wasser
EP3052211A4 (en) * 2013-10-02 2017-05-24 Innocorps Research Corporation Solvent decontamination system and method
CN103611329B (zh) * 2013-11-11 2015-04-08 华东理工大学 喷射闪蒸-旋流脱气耦合工艺降低富液再生能耗的方法与装置
DE102014212973A1 (de) * 2014-07-03 2016-01-07 Siemens Aktiengesellschaft Verschaltungskonzept für eine thermische Aufbereitungsanlage
GR1008926B (el) * 2015-10-27 2017-01-18 Νικολαος Φωτιου Τσαγκας Ποιοτικη παραγωγη ποσιμου υδατος με μηχανισμους ταχειας και οικονομικης θερμανσης
GB2544288B (en) * 2015-11-10 2018-05-02 Ide Technologies Ltd Cleaning a multi-effect evaporator
US10183872B2 (en) * 2016-06-13 2019-01-22 Qi Wang Counter circulating liquid processing system by repeatedly re-using thermal energy
CN109775784A (zh) * 2017-11-12 2019-05-21 印迪克姆生活有限公司 通过液体及蒸汽两相混合物对稀释固体进行分离的装置和方法
GR1009753B (el) * 2019-05-28 2020-05-29 Νικολαος Φωτιου Τσαγκας Διαταξη μετατροπης των επιβαρυμενων υδατων σε πιστοποιημενο οικολογικο, υγιεινο, ποσιμο υδωρ με φυσικο καθαρισμο χωρις φιλτρα

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1147726A (en) * 1966-12-20 1969-04-02 D A M S P A A process and apparatus for the distillation of a liquid and particularly for the production of soft water from sea water
US3860492A (en) * 1973-06-27 1975-01-14 Jr Alvin Lowi Liquid separation system
CN1522168A (zh) * 2001-05-02 2004-08-18 P���Ҵ� 从含有盐的未处理水中生产洁净饮用水和高百分比盐水的蒸发方法
WO2005075045A1 (de) * 2004-02-05 2005-08-18 Peter Vinz Ausdampfverfahren zur reinigung und/oder aufkonzentrierung verunreinigter flüssigkeiten
EP1770068A2 (de) * 2005-09-29 2007-04-04 Rexxon GmbH Vorrichtung zum Trennen einer Flüssigkeit von den in ihr gelösten Fremdstoffen
GB2413321B (en) * 2004-04-23 2008-11-19 Parsons Brinckerhoff Ltd Process and plant for multi-stage flash desalination of water

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE519123C (de) 1925-08-13 1931-02-24 Paul H Mueller Dr Ing Verfahren zur Gewinnung von Salz, besonders Kochsalz, durch Eindampfen
NL282465A (zh) 1961-08-24
US3345272A (en) * 1965-05-14 1967-10-03 Richard A Collins Multiple effect purification of contaminated fluids by direct gaseous flow contact
US3481835A (en) 1967-10-05 1969-12-02 Gen Electric Multiple effect distillation apparatus
BE754341A (fr) 1969-08-04 1971-01-18 Hydro Chem & Mineral Corp Appareil de condensation multi-etage
JPS4929070B1 (zh) 1970-07-08 1974-08-01
FI47083C (fi) 1971-04-22 1973-09-10 Huhta-Koivisto Tislausmenetelmä ja -laite
WO1993010048A1 (de) 1991-11-23 1993-05-27 Geysir Ag Verfahren und einrichtung für meerwasserentsalzung mit einem plattenwärmetauscher
US6919000B2 (en) * 2002-12-17 2005-07-19 University Of Florida Diffusion driven desalination apparatus and process
US7225620B2 (en) * 2002-12-17 2007-06-05 University Of Florida Research Foundation, Inc. Diffusion driven water purification apparatus and process
WO2005056150A2 (en) * 2003-12-03 2005-06-23 Arizona Board Of Regents Method and apparatus for simultaneous heat and mass transfer utilizing a carrier-gas at various absolute pressures
CN1546386A (zh) 2003-12-16 2004-11-17 国家海洋局天津海水淡化与综合利用研 机械压缩蒸馏法海水淡化装置及方法
FR2867770A1 (fr) 2004-03-18 2005-09-23 Int De Dessalement Soc Procede et installation de dessalement d'eau de mer par distillation a effets multiples et thermocompression de vapeur fonctionnant avec differentes pressions de vapeur motrice
EP1858609A1 (en) 2005-03-07 2007-11-28 I.D.E. Technologies Ltd. Multi-effect evaporator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1147726A (en) * 1966-12-20 1969-04-02 D A M S P A A process and apparatus for the distillation of a liquid and particularly for the production of soft water from sea water
US3860492A (en) * 1973-06-27 1975-01-14 Jr Alvin Lowi Liquid separation system
CN1522168A (zh) * 2001-05-02 2004-08-18 P���Ҵ� 从含有盐的未处理水中生产洁净饮用水和高百分比盐水的蒸发方法
WO2005075045A1 (de) * 2004-02-05 2005-08-18 Peter Vinz Ausdampfverfahren zur reinigung und/oder aufkonzentrierung verunreinigter flüssigkeiten
GB2413321B (en) * 2004-04-23 2008-11-19 Parsons Brinckerhoff Ltd Process and plant for multi-stage flash desalination of water
EP1770068A2 (de) * 2005-09-29 2007-04-04 Rexxon GmbH Vorrichtung zum Trennen einer Flüssigkeit von den in ihr gelösten Fremdstoffen

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Publication number Publication date
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EP2480501B1 (en) 2018-07-25

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