CN1039626C

CN1039626C - 从液体中汽提挥发物的方法及所用设备

Info

Publication number: CN1039626C
Application number: CN94109428A
Authority: CN
Inventors: 艾伦·T·Y·郑
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 1993-08-16
Filing date: 1994-08-15
Publication date: 1998-09-02
Anticipated expiration: 2014-08-15
Also published as: CN1102355A; BR9403246A; CA2130151A1; EP0645168B1; DE69403594T2; EP0645168A1; KR950005348A; DE69403594D1; ES2102745T3

Abstract

本发明涉及用汽提气从液体中汽提挥发物的设备和方法。料液与再循环的汽提气相混合。一级混合物经分离所得的分离液再与新鲜的汽提气相混合。二级混合物经分离得到液体产品，分离所得的气体再循环用于汽提。

Description

从液体中汽提挥发物的方法及所用设备

本发明涉及用汽提气体从液体中汽提出挥发物的方法。此法常用于水中挥发物的汽提去除，例如在浓缩果汁稀释或啤酒生产过程中采用。需从水中汽提去除的挥发物通常是所溶解的氧，除氧是为防止产品因发酵或氧化而变质。产品中起香、味调节作用的成份对氧化特别敏感。而水与空气接触会溶解空气中的氧。为达上述目的，通常希望将水中的氧浓度降到小于0.5ppm，通常这种要求至少需经两级汽提处理。

采用汽提法汽提挥发物时，通常将汽提气分散在整个液体中，随后分离液体和气体。挥发物的去除率和液体中挥发物的最终浓度取决于汽提气在液体中的分散度、接触时间、接触期间的湍动以及实际条件对液体-挥发物-汽提气体系的热力学平衡条件的偏离。现有技术所用设备庞大、投资成本较高、效率低，这就导致汽提气的高消耗。

为了使汽提气的消耗经济可行，且设备紧凑投资低，就需要生产一种设备，在湍动条件下能使气体在液体中产生细分散，并在整个汽提过程中能维持挥发物从液相向气相充分转移的能力。此外，对设备中会引起产品耗费的部位，必须易于清洗和消毒。

本发明能满足上述要求，其设备包括：

(a)一级气-液混合装置，它有欲汽提料液入口、汽提气入口和一级气-液混合物出口；

(b)分离一级气-液混合物的一级容器，它有与一级混合装置出口相连的入口、一级分离气的排气口和一级分离液的出口；

(c)二级气-液混合装置，它有一级分离液的入口，此入口与一级容器的一级分离液出口相连，汽提气入口和二级气-液混合物的出口；

(d)分离二级气-液混合物的二级容器，它有与二级混合物装置出口相连的入口、二级分离气的排气口和二级分离液的出口；

(e)从二级容器中排出二级分离气并在二级容器中产生真空的真空装置，它有与二级容器排气口相连的入口和二级分离气排放口；

(f)连接真空装置出口和一级混合装置汽提气入口的管线；

(g)连接在管线中的压缩装置。

最好是将真空装置、压缩装置和一级混合装置一起组合成一个喷射器。二级气-液混合装置最好包括有能将汽提气注射入一级分离液流中的装置和流过二级气-液混合物的文丘里(venturi)型颈缩装置。设备最好还包括一个泵，其入口与一级容器的一级分离液出口相连，其出口与提供二级待汽提液的二级混合装置的入口相连。此外，设备最好还包括料液压缩泵。

方法包括下列各步骤：

(a)欲汽提处理的料液和汽提气混合成一级混合物；

(b)将一级混合物分离成一级分离液和一级分离气；

(c)一级分离液和汽提气混合成为二级混合物；

(d)在二级混合物容器上方抽真空；

(e)在真空条件下，将二级混合物分离成二级分离液和二级分离气；

(f)将二级分离气压缩后作为汽提气，在步骤(a)中与料液混合成一级混合物。

在步骤(c)中，将一级分离液与汽提气混合成二级混合物时，最好包括：

(1)使一级分离液流动。

(2)将汽提气注射入流动着的一级分离液中，以形成流动的混合物。

(3)加速流动的混合物至少达声速。

(4)使流动的混合物减速到亚声速，以产生声冲击波，结果使气泡在液体中呈细分散状。

汽提气最好在不低于声速下注射入一级分离液中。一级分离液最好在经泵加压后再和汽提气混合，以形成二级混合物。

参考下面的描述、附后的权利要求、以及具体体现本发明设备的示意图，就能更好地现能本发明的特征，前景及优点。

本发明提供了一种用汽提气从料液中汽提出挥发物的方法和设备，如图所示。作为选用设备的泵10，当供料液压力不足以进料时，可对料液加压。进料泵10的出口通向一级气-液混合装置12的入口。经压缩的料液进入一级混合装置的液体入口，汽提气进入一级混合装置的气体入口，一级气-液混合物从一级混合装置出口排出。汽提气通常为惰性气体，最好用廉价的氮气，但也可使用不会使液体变质的其他气体，如氩气、二氧化碳或者氦气。汽提气可利用工艺过程中其他部位中产生的气体流。汽提气本身所含欲汽提的挥发物的浓度应该低于液体中所要求的此挥发物的平衡浓度。

一级混合装置12最好是一种喷射器，具有文丘里管型的通道使料液纵向流过其中，而汽提气可以纵向或横向流入。但是一级混合装置可以是一种简单的T形管，它使料液和汽提气合流，并在T形管中顺流时引起进一步混合。

一级混合装置出口和一级容器14的入口相连，使一级气-液混合物排入一级容器中，以分离该混合物。一级容器设置有一级分离气排出口16，它可直接通向大气，使一级容器在近大气压下运行。也可在排出口16安装背压调节阀18，使一级容器14能在选定的压力下运行。

一级容器14的出口与二级气-液混合装置20的入口相连，并将一级分离液排入二级混合装置20中。但是，最好设置泵21将一级分离液压入二级混合装置20中，这样就可以让一级容器14在大气压下运行。二级混合装置20有汽提气的入口，还有排出二级气-液混合物的出口，此出口与分离二级气-液混合物的二级容器22的入口相连。进入二级混合装置20的汽提剂是新鲜的，最好为氮气。

二级混合装置20包括设置有颈缩装置24的流道，最好采用文丘里型装置，一级分离液流经此流道，并通过管26使汽提气纵向或横向进入。气体引入管26尾端最好靠近颈缩装置24的上游处。在这样的装置中，汽提气进入流动的一级分离液中，以形成在颈缩装置24中得以加速的流动混合物。一级分离液最好具有足够在压力，使之在颈缩装置24中的流速至少达到声速。在颈缩装置24的下游，流动混合物减速到亚声速，以产生冲击波，并在液体中形成极细分散的气泡。汽提气最好以不低于声速的流速注射入一级分离液中，以进一步提高汽提效率。或者二级混合装置20是一个简单的T形管，使一级分离液和汽提气合流，并在T形管中顺流时进一步混合。但是这种结构的设备效率较低，仅当所要求的挥发物去除率不大时还是可用的。

二级容器22的出口28是二级分离液即所要产品的出口。二级容器22还有一个二级分离气的排出口30，将气体排入到大气中。但是，二级分离气最好是通过管道32返回到一级混合装置12中，作为汽提气使用，以减少汽提气的消耗。更好的办法是，一级混合装置12采用一种喷射器，它能从二级容器中吸除二级分离气，并在二级容器中产生真空，同时使二级分离气在与料液混合前得到压缩。如不使用喷射器，也可应用其他各种装置。如可使用真空装置，通常为真空泵，最好选用不会引起沾污的型号。真空泵可以使二级分离液上方的压力减小到稍高于它在当时温度下的蒸气压，以避免二级分离液沸腾。也可使用压缩装置，通常为气体压缩机，使来自真空装置的二级分离气得到压缩，并送入一级混合装置中。但是，上述的一级混合装置、真空装置和压缩装置最好能组合成一个单一的、紧凑的、比较廉价的部件，即所谓的喷射器，那是最为方便和有利的。

二级容器22在减压条件下，即低于大气压下运行是特别有利的，按照享利定律，挥发物组份在二次分离液中的平衡浓度大致正比于二次分离液上方的总压力，因此降低二级容器中的压力，就可获得高的传质能力，从而提高二级容器汽提效率，从而可以利用二次分离气作为一级混合装置中的汽提气，而不必使用新鲜的汽提气。二级容器22中的压力可以减到稍高于二次分离液上方在运行温度下的蒸气压值，以免二次分离液沸腾。因此使得二次分离液中不希望有的挥发性成份通过汽提降到非常低的浓度。

二级混合装置20的最好结构是采用在线气体注入式的文丘里型汽提器，并以不低于声速的气速注入气体，这有利于汽提气在一级分离液中呈极细分散状态，并且产生的冲击波可促进挥发物从液体中向汽提气中的转移。这种装置利用了二级容器在真空条件下挥发物成份的高传质能力，这就进一步提高了二级容器中的汽提效率，使得二级分离气可用作为一级混合装置中的汽提气。此外，由于二级容器中的减压，因此只需中等喷射压力即可使汽提气能在声速压力下注入和膨胀。因此，本发明将设备和运行参数有利地、协调地结合起来，以达到有效而经济的运行。

实例：

含有10ppm氧的水溶液作为料液，以每立方米水溶液用0.65标准立方米的氮气在正常环境温度下汽提。氮气中初始氧含量为5ppm。用本发明提供的工艺过程和采用包括在线气体注入式的文丘里型汽提器和喷射器在内的设备，所得结果列于下表。

尽管本发明是以具体实例作参数来进行描述，但它能适应权利要求范围内的所有改变和等值要求。

一级分离液未加泵压一级分离液加泵压一级混合装置液体入 552 413口压力，KPa(表压)一级容器中压力， 137 0KPa(表压)一级分离液中的 1.82 0.91氧浓度，PPm二级混合装置液体 137 137口压力，KPa(表压)二级混合装置中汽提 482 482气压力，KPa(表压)二级容器中压力， 339 339KPa(绝对压力)二级分离气中的 243 124氧浓度，PPm二级分离液中的 0.046 0.023氧浓度，PPm

Claims

1.用汽提气从料液中汽提挥发性组分的方法，该方法包括：

(a)将欲汽提处理的料液和汽提气混合成一级混合物；

(b)将一级混合物在大气压或高于大气压的压力下分离成一级分离液和一级分离气；

(c)将一级分离液和汽提气混合成为二级混合物；

(d)对所述二级混合物抽真空；

2.权利要求1的方法，其中按步骤(c)混合一级分离液和汽提气以形成二级混合物，它包括：

(1)使一级分离液流动；

(2)将汽提气注入流动着的一级分离液中，以形成流动的混合物；

(3)加速流动的混合物至少达声速；

3.权利要求1的方法，其中在步骤(c)中使汽提气以至少为声速的气速注入一级分离液中。

4.权利要求1的方法，其中还包括：

(g)一级分离液在经泵加压后再和汽提气混合，形成二级混合物。

5.实施权利要求1的方法所用的设备，该设备包括：

(a)一级气-液混合装置(12)，它有欲汽提料液入口、汽提气入口和一级气-液混合物出口；

(b)分离一级气-液混合物的一级容器(14)，它有与一级混合装置出口相连的入口、一级分离气的排气口(16)和一级分离液的出口；

(c)二级气-液混合装置(20)，它有一级分离液的入口，此入口与一级容器的一级分离液出口相连，有汽提气入口和二级气-液混合物的出口；

(d)分离二级气-液混合物的二级容器(22)，它有与二级混合装置出口相连的入口、二级分离气的排气口(30)和二级分离液的出口；

(f)连接真空装置出口和一级混合装置汽提气入口的管线；

(g)在所述管线中的压缩装置。

6.实施权利要求1的方法所用的设备，该设备包括：

(a)喷射器(12)，它具有欲汽提液料入口、汽提气入口和在所述喷射器中形成的一级气-液混合物出口；

(b)分离一级气-液混合物的一级容器(14)，它有与所述喷射器出口相连的入口、一级分离气的排气口(16)和一级分离液的出口；

(c)气-液混合装置(20)，它有一级分离液的入口，此入口与一级容器的一级分离液出口相连，有汽提气入口和二级气-液混合物的出口；

(e)连接所述排气口和喷射器汽提气入口的管线装置(32)，

所述喷射器

通过所述管线装置从所述容器中除去二级分离气，

在所述二级容器中产生真空，及

压缩并混合二级分离气和液料。

7.权利要求5的设备，其中所说的二级气-液混合装置(20)还包括流料压缩装置(24)，使二级气-液混合物在其中通过。

8.权利要求6的设备，其中所说的二级气-液混合装置(20)还包括流料压缩装置(24)，使二级气-液混合物在其中通过。

9.权利要求5至8之任一项的设备，其中所说的二级气-液混合装置(20)还包括将汽提气注入一级分离液中的装置(26)。

10.权利要求5至8之任一项的设备，还包括一个泵(21)，其入口与一级容器的一级分离液的出口相连，其出口与提供二级待汽提液的二级混合装置的入口相连。

11.权利要求9的设备，还包括一个泵(21)，其入口与一级容器的一级分离液的出口相连，其出口与提供二级待汽提液的二级混合装置的入口相连。

12.权利要求5至8之任一项的设备，还包括一个泵(10)，其出口与一级混合装置入口相连，该泵供压缩料液用。

13.权利要求9的设备，还包括一个泵(10)，其出口与一级混合装置入口相连，该泵供压缩料液用。

14.权利要求10的设备，还包括一个泵(10)，其出口与一级混合装置入口相连，该泵供压缩料液用。

15.权利要求11的设备，还包括一个泵(10)，其出口与一级混合装置入口相连，该泵供压缩料液用。