CN1030281C

CN1030281C - 含有吸收-溶解操作的固-液-气多态转换分离方法及装置

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Publication number: CN1030281C
Application number: CN 91102886
Authority: CN
Inventors: 郑建炎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1995-11-22
Anticipated expiration: 2006-04-30
Also published as: CN1066198A

Abstract

本发明为有关一种多态转换吸收融解分离过程(MPTAM法)，其包括将进料溶液同时加以气化与凝固操作，称为多态转换操作，以形成第一蒸气V₁₃与固-液态混合液K₁₆，而第一蒸气被适当浓度的吸收液所吸收使释放热可用于融解固态溶剂。关于热量的传递，吸收液所含的溶质及其浓度须经适当的选择，使得吸收压力接近或略低于冷凝操作的压力而吸收温度略高于固态溶剂的触解温度。本发明亦提供可施行上述过程的装置。

Description

本发明涉及一种进行固-液-气（S/L/V）多态转换分离的方法及装置，如真空冷冻过程，共融冷冻过程以及蒸馏冷冻过程。所谓固/液/气多态转换，是指将溶液的一部分汽化，同时将另一部分溶液的溶剂予以凝结成固体的过程。本发明方法可用于化学上纯化，海水淡化，污染防止及工业废水的浓缩。

本发明方法及装置，可用以进行固-液-气多态转换操作（S/L/V转换），其包含（a）真空冷冻过程，（b）共溶冷冻过程，及（c）蒸馏冷冻过程。

固/液/气态转换，是指将溶液汽化以产生第一蒸气，同时有一部分溶剂或是溶剂与溶质予以凝结成固态结晶。本发明装置及方法尤其涉及有关第一蒸气及固态结晶融解的处理。因此，有关于此类过程的传统方式，先说明如下。

A、真空冷冻过程

真空冷冻过程可应用于水溶液或是非水溶液的分离。许多真空冷冻过程，已被使用于海水淡化处理。已有几种方法在试验工厂操作被尝试过。

关于水溶液的真空冷冻过程，水溶液乃被送入槽内，而槽内的压力则保持在略低于水溶液凝结点的蒸气压，使得水溶液进入槽内的同时，急速汽化成蒸气及凝结成冰的结晶。此操作即为真空冷冻过程的固/液/气转换。此操作结果，形成称为第一蒸气的低压水蒸气，及融冰母液，称为第一凝结态。在海水淡化去盐的例子中，此操作压力约为3.5乇（Torr）。形成的低压水蒸气必须加以除去，然后转换为凝结状态;冰结晶乃从融冰母液中予以分离而所得纯化冰须融解以获得纯化水。再着，低压蒸气凝结所释放的热量，可供冰结晶的融解。上述的过程，对于蒸气的转移及热量的再利用，有各种不同的处理方式。

在海水淡化领域中，有各种真空冷冻过程被采用。这些过程包括（1）真空冷冻蒸气压缩法（VFVC），及由Colt Industries所发展，（2）真空冷冻蒸气吸收法（VFVA），由Carrier Corporation所发展，（3）真空冷冻排放吸收法（VFEA），由Colt Industries所发展，（4）真空固态凝结法（VFSC），由美国的Catholic大学所发展，（5）吸收冷冻蒸气压缩法（AFVC），由Concontration Specialist公司所发展，（6）真空冷冻高压冰解法（VFPIM），由郑建炎氏与郑兴旺氏所发展，（7）真空冷冻多态转移法亦由郑建炎氏与郑兴旺氏所发展。

真空冷冻蒸气压缩法在“海水研究和开发局”（the Office of Saline Water，Research and Dovelopment）编号为295号的报告中有详细说明。在该过程中低压水蒸气乃被压缩至高于水三个压力点（4.58Torr）的压力，再与纯化后的冰直接相接触，使得水蒸气凝结而冰融解成液体。此过程的主要缺点为压缩低压蒸气的压缩机，其可靠度及效率都不高。

真空冷冻蒸气吸收法，乃由Carrler Corporntlon发展至1964年而终止。此过程在“海水研究和开发局”（the Offico of Saline Wator，Research and Dovelopment）编号为113号的报告中有详细说明。该过程中低压水蒸气由高浓度的溴化锂溶液所吸收，吸收后的稀释溶液通过蒸发而浓缩成原来的高浓度状况，其所蒸发的水蒸气凝结而成纯化水，吸收热由经热交换装置的循环水流所吸收，吸收的热量再被用以融解所形成冰结晶。

真空冷冻排放吸收法，由Colt Industries所发展，而于“海水研究和开发局”（the Office of Saline Water，Research and Development）编号为744号的报告中有详细说明。该过程中，在冷冻过程中所形成的低压水蒸气，被一连串的蒸汽喷射器与吸收环路所压缩，而高浓度的氢氧化钠的溶液吸收一部分低压蒸气，吸收后所稀释的氢氧化钠溶液在300Torr下煮沸而所汽化的高压蒸气用以压缩剩下的低压蒸气。

真空冷冻固态凝结法由美国的Catholic大学的H.M.Curran及C.P.Howard教授所发展，在“海水研究和开发局”Office of Saline Water，Research and Development编号为511号的报告中有详细说明。该过程中，使用Freon-12为媒介，以移走低压蒸气凝结成冰所释放的潜热，以及供给冷冻步骤与低压蒸气凝结的冰结晶融解时所需要的热量。

吸收冷冻蒸气压缩（AFVC）法为Concentration Specialists，Inc.Andover，Mass所发展，曾有25，000加仑/天（gpd）规模的试验工厂建造于OWRT（Office of Water Research and Technolohy）Wrightsville Beach Test Station。此过程基本上是一真空冷冻过程，其中冷冻步骤发生于一搅拌式的结晶槽而所汽化的水蒸气由邻槽高浓度的氯化钠溶液所吸收，稀释的氯化钠溶液送入再生器中，通过以封闭式冷媒为工作液体的蒸气压缩循环操作，还原成原始的高浓度。蒸气压缩循环操作于吸收器与再生器之间，吸收步骤所释放的热量借再生器吸收液汽化而吸收。再生器所释放的蒸气即可直接与冰接触使其融解。

注意，吸收液于接触凝固点的状况下吸收第一蒸气，而吸收热通过冷媒的汽化而除去。

在改进的真空冷冻高压冰解法中（美国专利4236382号），水溶液在低压的状况下急速汽化，同时生成低压蒸气与冰结晶。形成的冰首先以逆洗的方法洗去杂质，然后在高压（如600atm）下融解在热交换装置内，而其低压蒸气在热交换装置外凝结成冰。此逆升华所释放的热量即可供融冰所需的热量。逆升华所结成的冰以间歇性方式，通过进料溶液或浓缩液使其溶解而除去;在一交换冷冻操作中大约有等量的冰在热交换装置通道内形成。所形成的冰亦由上述的高压冰解操作加以融解。

真空冷冻多态转换装置，由郑建炎氏/郑兴旺氏所发展，其美国专利号码为4505728号。在该过程中，第一蒸气凝结成冰，然后融解成液体。

B、共融冷冻过程

共融冷冻过程（PREUF），由郑建炎氏与郑兴旺氏所发展，详述于美国专利4654064号。此过程可用以分离含有多种挥发性物质与可形成结晶物的混合溶液。溶液在其共溶点汽化而形成蒸气，移走热量。蒸气经两步骤液化：（a）逆升华及（b）逆升华-融解。不同种类的物质在冷冻槽内一起形成结晶，亦可能于槽内不同的子区域中进行选择性的结晶。

C、湿式与干式蒸馏冷冻过程

湿式与干式蒸馏冷冻（DF）过程，由郑建炎氏与郑兴旺氏所发展，详述于美国专利4578093号。湿式与干式蒸馏冷冻过程，包括（a）先将液体进料转换成固-液混合液（称为K₁混合液），其含有杂质的液体称为L₂，（b）第二步骤将由K₁混合液所导出的K₂混合液，进行蒸馏冷冻操作，以生成纯化的固态结晶S₃，与低压蒸气V₁。低压蒸气再由第1凝结加以凝化为固-液混合液而溶解所生成的固体。

本发明为多态转换吸收融解过程（MPTAM），在多态转换的步骤中，将进料溶液汽化以形成第一蒸气V₁₃，同时一部分溶剂因结晶而形成固-液混合液K₁₆（称为第一凝结态），而此过程包括第一蒸气的吸收操作，与固态溶剂的融解操作为特征。操作中所使用的吸收溶液含有适当浓度的溶质，使得吸收液的蒸气压稍低于冷冻操作的压力，而吸收温度略高于固态溶剂的融解温度。

在MPTAM过程中，吸收步骤所释放的热量，先用以产生第二蒸气，然后使第二蒸气与固态溶剂相接触，使得蒸气凝结而固态溶剂融解成液体。对于MPTAM过程的A式组合系统中，吸收操作与第二蒸气的生成，在一热传导面板两侧的液膜上进行，使吸收步骤所释放的吸收热经热传导面板传递至另一侧，以供产生第二蒸气所需的潜热。

MPTAM过程的B式组合系统中，固态溶剂与溶液所构成的融冰流通于热传导通道内，而吸收操作进行于通道外，使释放的吸收热传递至通道内以融化固态溶剂。

吸收过程中，吸收溶液被稀释，然后稀释溶液则利用低级热源，如发电厂剩余的低压蒸气（如汽电共生系统）或其它来源，被浓缩至原始浓度以供再利用。

本发明是有关结合蒸气吸收与结晶融解操作的固-液-气多态转换分离的方法及装置（称为MPTAM过程）。分为A式及B式过程。

图1为A式MPTAM过程的示意图，由图可知此系统含有固-液-气多态转换区（第1区），同时蒸气凝结及结晶融解区（第2区），吸收第一蒸气的升温区（第3区），第二蒸气产生区（第4区），吸收液的再生区（第5区），及结晶冲洗区（第6区）。图上亦表示流体的流动方向。图2为图3所示的MPTAM过程A式的操作步骤。

图3为B式MPTAM过程的示意图。此系统与图1所示的系统相类似，但省略第二蒸气产生的部分，而吸收第一蒸气的升温区直接与固态溶剂进行热量交换。图4为图3所示系统的操作步骤。

图5为纯水及水溶液的状态图。图上显示水及水溶液的蒸气压及凝固点。此图可表示A式及B式MPTAM过程的操作情形。图 6为含有挥发性溶剂及挥发性溶质的双成分系统的状态图。此图可表示A式及B式MPTAM操作系统，在分离挥发性混合物的操作情形。

图7及图8分别为A式MPTAM过程组合单元槽的径向切面及轴向切面，包括多态转换区（第1区），凝结-融解区（第2区），吸收第一蒸气的升温区（第3区），与第二蒸气产生区（第4区）。

图9为B式MPTAM过程组合单元槽的径向切面图，包括多态转换区（第1区），结晶融解区（第2区），吸收第一蒸气的升温区（第3区），吸收液再生区（第5区）。

本发明为进行固-液-气多态转换分离过程（称为固/液/气多态过程，或简称为S/L/V过程）的改进方法及其装置。固/液/气多态转换分离过程具有其特征，即为将系统的压力降至低于混合溶液于凝固点时的蒸气压，由此，同时生成第一蒸气压及含有溶剂结晶的第一凝结态（融冰）。此特征步骤则称为多态转换步骤。

过程中的混合液体可含有溶剂一种或多种挥发性或非挥发性溶质。本发明过程可称为改进式真空冷冻过程，或改进式蒸馏冷冻过程，或改进式共融冷冻过程，根据其操作溶液的性质及浓度范围而定。在美国专利4420318号，4505728号，及4810274号中有一些真空冷冻过程的说明;在美国专利4218893号，4433558号，4451273号及4578093号中有一些蒸馏冷冻过程的说明;在美国专利4654064号亦有共融冷冻过程的说明。

本发明的主要目的为（1）减少能源的消耗，（2）简化使用装置，及（3）使低等级热源能有效利用（如发热的利用）。如此可降低成本及操作费用。本发明过程的主要步骤是利用含有适当成分溶质的吸收液，吸收经由多态转换操作所生成的第一蒸气而吸收液的浓度必须经过适当的选择，使得其蒸气压略低于多态转换操作的压力，而吸收温度略高于固态溶剂的融解温度。吸收步骤的温度高于融解步骤的温度，以提供制造第2蒸汽压的热量或热传导的温度梯度。本发明过程称为多态转换吸收融解过程（MPTAM法）。本发明过程可根据潜热的利用情形，分为A式及B式过程。

图1为A式MPTAM法的系统示意图。此系统包括一多态转换区（第1区），同时凝结-融解区（第2区），吸收第一蒸气的升温区（第3区），第二蒸气产生区（第4区），吸收液再生区（第5区），结晶清洗纯化区（第6区）。图2为操作步骤。参阅图1、图2，此过程包括：

步骤1：多态转换

将进料液体L₀₁引进至多态转换区1，而此区压力乃保持在低于溶液凝结温度的蒸气压，以产生第一蒸气V₁₃及第一凝结态K₁₆，此第一凝结态包括溶剂结晶S₁₀及母液M₁₆。

步骤2：同时凝结-融解

第二区内有由溶剂结晶S₆₂所组成的第二凝结态K₆₂。第二蒸气V₄₂，进入此区而与第二凝结态相接触，以融解溶剂结晶。被纯化的溶剂液体L₂，分为产物L_2P，回流至步骤4的L₂₄及回流至步骤6的L₂₆。

步骤3：吸收第一蒸气的升温

吸收液L₅₃在第3区中吸收第一蒸气V₁₃，而被稀释成L₃₅。此区域的吸收液含有适当成分的溶质，在适当的浓度范围内操作，使得溶液的蒸气压接近或略低于第1区多态转换操作的压力，而其吸收温度略高于步骤4所述的第二蒸气产生区的温度。吸收液L₅₃经吸收操作后，被稀释为L₃₅。此稀释吸收液在步骤5所述的操作中，被还原成原始浓度。

步骤4：第二蒸气的生成

溶剂液体在第4区中汽化以生成第二蒸气V₄₂，其凝结温度接近或略高于第2区固态溶剂结晶的融解温度。第3区及第4区由热传导面板所分隔。汽化所需的热量由吸收步骤所释放的热量来供应。产生的第二蒸气V₄₂经上述步骤2，在第2区内与第二凝结态进行热交换，以形成第二蒸气凝结，同时第二凝结态的溶剂结晶融解成液体而此热交换机构，即可由直接接触的方式而进行。

步骤5：吸收液的再生

被稀释的吸收液L₃₅在第5区中被浓缩以成为高浓度的吸收液L₅₃及纯化溶剂L_5P，而浓缩吸收液进入第3区而再利用。此浓缩操作可由许多方式进行，如（a）单效率蒸发，（b）多效率蒸发，（c）单效率蒸气压缩蒸发，（d）多效率蒸气压缩蒸发，（e）冷冻操作等。注意，此浓缩步骤可使用低等级的热源，如各种来源的废热，汽电共生系统的低压蒸气为方便的热源。

步骤6：结晶纯化

步骤1所产生的第一凝结态，在第6区中经纯化溶剂L₂₆冲洗后，产生纯化结晶的第二凝结态K₆₂及含有杂质的不纯溶剂L_6P。

步骤7：溶剂的回流

步骤2所产生的纯化溶剂L₂的一部分L₂₄，回流至步骤4以产生第二蒸气;一部分L₂₆回流至步骤6，以清洗溶剂结晶;其余的纯化溶剂则为产物L_2P。

步骤8：辅助冷却

由于系统设计使得隔热不完全，或是热交换操作需要温度差的关系，第二蒸气往往需要额外的辅助冷却系统使其完全予以凝结。

图3为B式MPTAM法的系统示意图。此系统包括多态转换区（第1区），溶剂结晶融解区（第2区），吸收第一蒸气的升温区（第3区），吸收液再生区（第5区），以及溶剂结晶的清洗纯化区（第6区）。图4为此过程的操作步骤。如图3、图4所示，B式MPTAM法与A式MPTAM法相类似，但有如下不同之处：（a）不产生第二蒸气（b）融解被纯化后的固态溶剂结晶（步骤2）所需的潜热，由第 3区经热传面板传递至第2区的热量所供给，故吸收第一蒸气所释放的潜热，被用以供应融解溶剂结晶所需要的潜热。

图5为溶剂（例如水）及其它含由溶质溶剂的状态图。图5亦显示本发明过程各步骤的操作条件。其中，溶剂的三态点为7，汽化线为7-8，融解线为7-9，升华线为7-10。操作的溶液具有汽化线11-12，三态共存平衡点为11。多态冷冻的操作条件接近于T₁，P₁。高浓度的吸收液L₅₃与稀释吸收液的汽化线分别为13-14，13a-14a。点15为第二蒸气的产生状况T₄，P₄。点16为溶剂结晶融解的操作条件T₂，P₂。由图可知，吸收液所含的溶质及其浓度范围，经适当的选择，使其吸收压力P₃接近或略低于多态转换的操作压力P₁，而吸收温度在T′₃与T″₃，17与17a范围内。过程操作的水溶液，其三态点大约为0℃，4.58torr，而含约15%的溶质，吸收液可含有氯化铝、氯化钙、氯化镁、氯化锂、溴化锂、乙二醇、丙三醇、三乙基醇、四乙基醇。多态转换可发生在-10℃-0℃，1torr-4.58torr之间。固态溶剂在接近0℃时融解;第二蒸气在0℃至7℃之间产生;第一蒸气在0℃-10℃之间被吸收。注意，含有特定溶质的溶液，其蒸气压及溶液温度与浓度有关。一些商品化酸性水溶液，如盐酸、硫酸、硝酸及一些碱性溶液，如氢氧化钠，其蒸气压的资料可由Mc Graw Ilill公司所出版的Internal Critical Table所获得。对于已知凝固点的溶液，蒸气压P与温度T的关系，即可由Clausius-Clapeyrn方程式求得。

图6为A、B双成分系统在压力P₅下的状态图，其压力P₅低于B物质的三态点。由图可知在三态点T₅时，液态18、气态19与固态20三态共存。此系统有气-液两态共存区18-21-19，固态B-气态两态共存区19-20-22，A-固态液态共存区23-24-25，B-固态-液态共存区18-19-20-26-23，A-固态-B-固态共存区25-23-26-28-27，气态区21-19-22-29，及液态区 21-18-23-24。B物质的三态点温度29如图6中所示的T₆。由蒸馏冷冻操作所产生的蒸气，约为点19。此蒸气为吸收液所吸收而操作范围约在21-24-23-18-21区域间，而生成单一液态。吸收步骤的操作条件在21-30-31范围内，使得吸收温度高于固态溶剂的融解温度。因此，吸收所释放的热量可用以固态溶剂融解之用。

A式或B式MPTAM法的操作包括：（1）选择适当的吸收液及（2）吸收液溶质的浓度范围。

关于吸收液溶质的选择，必须考虑下列几点因素：（a）降低蒸气压的效率;（b）溶解度;（c）成本;（d）腐蚀;及（e）对环境的影响。溴化锂已被广泛使用于吸收冷冻过程，以制造冷却水。其有很高的溶解度，故在过程中可以高浓度操作。氯化钙也是一种良好的溶质，因为其系天然盐类，在水中具有高溶解度，且溶于水中会解离成钙离子与两倍的氯离子，故降低蒸气压的能力很高。其不具毒性且便宜。我们亦可使用乙二醇、丙三醇、三乙基醇、四乙基醇作为吸收液。此等溶液对于降低蒸气压的效率虽没那么强，但其在水中的溶解度非常高。乙二醇的毒性及浓度溶液的高粘滞性为其缺点。

吸收温度应高于固态溶剂的融解温度，如此才可提供传热所需的温度梯度，而吸收液吸收第一蒸气所释放的热量，借此传热步骤以提供固态溶剂融解所需的潜热。因此，最后的吸收温度，如图5中的T″₃，比固态溶剂的融解温度略高，大约只有5℃。吸收液的最后浓度经适当的选择，使得吸收温度下的蒸气压略低于多态转换操作的压力。吸收液使用前后浓度差的设计，必须考虑下列几点因素：（a）循环于第3区与与第5区间吸收液的流量;（b）吸收液再生的成本;（c）循环于第3区与第5区的高浓度吸收液，以及稀释吸收液传热的成本。

图7及图8分别为A式MPTAM组合系统的径向切面及轴向切面图。此装置图可进行步骤1、2、3、4。如图7、图8所示，此系统有一真空槽32，一多态转换区33（第1区），凝结与结晶融解区34（第2区），吸收第一蒸气的升温区35（第3区），及第二蒸气产生区36（第4区）。第1区及第2区分别在槽的顶部及底部而第3区及第4区乃交错于槽的中间部分。

图8中，A-分隔区代表第3区，包括A1-A7，35a-35g的部分，而B-分隔区代表第4区，包括B1-B7，36a-36g的部分。传热分隔板37，分隔A-分隔区与B-分隔区。A-分隔区与第1区，有蒸气的交换，而B-分隔区与第2区亦3蒸气的交换。辅助冷却系统38使用于冷凝过量的第二蒸气。

进料溶液L₀₁进入第1区;高浓度的吸收液L₅₃进入第3区而分布于A-分隔区的热交换板而形成液膜;溶剂液体L₂₄流入于第4区而分布于B-分隔区的热交换板以形成液膜;固体-液体溶剂混合物K₆₂进入于第2区。

在第1区中，溶剂汽化的同时形成固态溶剂。因此，第一蒸气V₁₃与结晶母液K₁₆于第1区形成而离开第1区。其中第一蒸气进入到A-分隔区而由吸收液所吸收以形成稀释吸收液L₃₅。释放的吸收热经传热导板以提供汽化液体溶剂所需的热量。因此，第二蒸气V₄₂在第4区形成。此进入到第2区的第二蒸气与固态溶液相接触而凝结，同时固态溶剂融解成液体L₂。一部分的溶剂液体L₂₆用以清洗结晶;一部分L₂₄回流至到4区而气化;其余的溶剂则便成产物L_2P。

关于图7及图8，螺旋转轴或螺旋盘可用以施行多态转换操作。其详细内容详述于美国专利4809519号。操作时，螺旋转轴或旋转盘部分浸在溶液池内。当其转动时，每一螺旋轴面或旋转盘面的表面会被溶液所浸湿而形成液膜。液膜上汽化与结晶同时进行而所形成的结晶依输送方向脱离轴面或盘面。

图9为B式MPTAM法的组合系统。其包括一主要单元40，及一结晶清洗单元41。主要单元包括一真空槽42，而真空槽中含有多态转换区43（第1区），一溶剂结晶清洗区44（第2区），吸收第一蒸气的升温区45（第3区），吸收液的再生区46（第5区），及一辅助冷却系统47。再生区又可分为蒸发子区域46a与蒸气凝结子区域46b。第1区内以螺旋转轴或螺旋盘加以进行多态转换操作。注意，B式MPTAM系统并没有第二蒸气产生的操作而此系统的吸收冷冻部分与Wisconsin的Trane公司的冰水制造系统相类似。

操作时，进料溶液J₀₁进入到第1区中，而形成第一蒸气V₁₃与固-液混合液K₁₆。第一蒸气与回流的高浓度吸收液L₅₃一起进入于第3区。固态溶剂与溶液混合物K₆₂进入到第2区。第2区位于第3区的传热导板的内侧于第二区中。第一蒸气被吸收液所吸收而形成稀释吸收液，而吸收步骤所释放的热量用以融解固态溶剂的结晶以产生纯化溶剂L₂。一部分纯化溶剂回流至第6区以清洗溶剂结晶;其余的部分则便成产物L_6P。

此系统的辅助冷却装置47的需要及其构造，与A式MPTAM系统相类似，而第1区的操作方式亦与A式系统相同。稀释液在5a区中，利用低等级的热源将其蒸发而所得的蒸气在5b区中以冷却水予以凝结。

如前所述，本发明过程的主要重点的于（1）吸收第一蒸气的升温区，及（2）第3区第一蒸气吸收操作与第2区固态溶剂的融解操作之间的热量利用。升温，定为第3区的吸收温度T₃与第1区多态转换装置T的温度差。第1区中，吸收压力P₃接近或略低于多态转换压力。吸收液的溶质及其浓度范围依所需升温的程度而定。其上限为溶质的溶解度与溶液的粘带性。

所需的升温，T₃-T₁，可由下式表示

T₃-T₁＝（T₃-T₂）+[T₂-（T₁）_ef]+[（T₁）_ef-T₁]

此式中，（T₁）_ef为溶液最终浓度的平衡凝固温度。因此，T₂-（T₁）_ef为凝固点下降温度;（T₁）_ef-T₁为进行多态转换的驱动力;T₃-T₂ 为进行传热方向所需要的温差。

为着吸收第一蒸气的操作以及吸收液再生的简便，所使用吸收液的浓度越低越宜，故升温的程度不能太高其温差T₃-T₂大约为10℃。然而，亦可限制此温差在5℃，甚至3℃内。

Claims

1、一种固-液-气态转换分离方法，使含有挥发性溶剂且至少一部分是液体的进料混合液转换，进行该转换操作包括：

(1)先将进料溶液导入到第一区中，第一区的操作压力保持在低于进料溶液凝固点的蒸气压，使得溶剂同时汽化与结晶而生成第一蒸气V₁₃与含有固态溶剂S₁₆的第一凝结态体K₁₆；

(2)然后在第二区中融解固态溶剂；

(3)然后在第三区中，以含有溶剂及适当浓度溶质的吸收液L₅₃吸收第一蒸气V₁₃，第三区的压力接近或略低于第一区的压力，吸收温度略高于固态溶剂的融解温度而其吸收步骤所释放的热量从第三区移出；及

(4)在第三区及第二区间建立热传递而使在步骤(3)中所释放的大部分热量用以供应步骤(2)所需的热量。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于其中该吸收温度高于固态溶剂融解温度，而此温差不高于10℃。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于其中该吸收温度高于固态溶剂的融解温度，而此温度不高于5℃。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于其第二及第三区由传热导壁所隔开，使得步骤（3）所释放的热量可经由此壁传递而提供步骤（2）所需的热量。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于其中第二区位于一个或多个通道之内，而此通道的管壁分隔第2区与第3区的传热导壁。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的转换操作再包括：

在第四区内以液体溶剂产生第二蒸气，而此第四区由一个或多个传热导板与第三区分隔，使得步骤（3）所释放的热量可经此板传递而为步骤（4）提供所需的热量，且亦包括所产生的第二蒸气与第2区中的固态溶剂的热量交换，使得步骤（2）所需的热量由第二蒸气所凝结予以提供。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于其中该第二蒸气与固态溶剂的热传关系为第二蒸气与固态溶剂所接触。

8、一种固-液-气多态转换分离装置，使含有挥发性及结晶性溶剂的进料混合溶液进行分离操作，其包括：

（1）包含三过程区及一分隔区的槽，所含各区订为第1区，第2区，第3区及分隔区域23，而各区按照第1区，第3区，分隔区23及第2区的顺序在槽中排列，

（2）位于第1区及第3区之间而使第一蒸气由第1区通到第3区的第一蒸气通道，

（3）防止第3区与第2区间的蒸气通行的第一蒸气挡板，

（4）在第1区中增加液-气态相接触面积的第二表面积提供装置，

（5）在分隔区域23中增加液-气态相接触面积的第二表面积提供装置，

（6）使热由第3区向第2区传递的第一传热装置，而此装置因

（a）将槽抽真空，

（b）导入进料混合液L₀₁进入于第1区，

（c）导入吸收液L₅₃进入于第3区，

（d）导入固态溶剂进入于第2区，

而形成下列转换：

（a）使第1区的进料混合液同时部分汽化与部分固化，以形成第一蒸气V₁₃与含有固态溶剂S₁₆的固-液混合物K₁₆，

（b）使第一蒸气V₁₃进入到第3区而使吸收液L₅₃吸收此蒸气以形成稀释的吸收液L₃₅，

（c）使在第3区吸收操作所释放的热量，经第一传热装置传递至第2区，

（d）使在第2区固-液混合液K₆₂中的固态溶剂S₆₂因吸收由第一传热装置的传递的热量而融解。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于其中第一蒸气档板与第一传热为一组第一流体通道的传热导壁所构成，而第2区在此组流体通道内，第二表面积提供装置使此流体通道外形成吸收液的液膜。

10、如权利要求8所述的装置，其特征在于其中第一表面积提供装置为垂直或接近于垂直的旋转面。

11、如权利要求10所述的装置，其特征在于其中第一表面积提供装置为一组螺旋或一组旋转盘。

12、如权利要求8所述的装置，其特征在于还包括

（1）第四过程区，订为第四区，

（2）第二表面积提供装置，以利第3区产生液-气接触面积，

（3）第三表面积提供装置，以利第4区中产生液-气接触面积，

其中，第一蒸气挡板与第一传热装置由一组传热垂直板所构成，第二表面积提供装置使垂直板的一侧形成液膜，第三表面积提供装置使垂直板的另一侧形成液膜，

而此装置因

（a）将槽内抽真空，

（b）导入固态溶剂进入到第2区，

（c）导入吸收液进入到第3区，及

（d）导入溶剂液体进入到第4区，

而形成下列转换：

（a）进料溶液在第1区中同时部分汽化与部分固化以形成第一蒸气V₁₃与含固态溶剂S₁₆的固-液混合液K₁₆，

（b）第一蒸气进入到第3区的吸收液L₅₃吸收此蒸气以形成稀释吸收液L₃₅，

（c）在第3区吸收操作所释放的热，经传热导板传递至第4区，

（d）液态溶剂L₂₄汽化以生成第二蒸气V₄₂，

（e）第二蒸气在第2区中与固态溶剂进行热交换，使得第二蒸气凝结，而使固态溶剂融解成溶剂液体L₂。

13、如权利要求12所述的装置，其特征在于在第3区内包含有一组第一部分隔区，分别订为A₁，A₂……，A_（N-1）及A_N，（N为第一分隔区中的最高号码），在第4区内包含一组第二分隔区，各订为B₁，B₂，……，B_（M-1）及B_M，（M为第二分隔区中的最高号码）此两组分隔区交错穿插，由热交换板所分隔。