CN1052056A - 冷凝器/隔膜渗透器 - Google Patents

Abstract

一种从流体如空气中分离和除去挥发物的装置 和方法。该装置包括有一容器，它可容纳含有挥发物 在内的液体。挥发物从容器内的液体中被蒸发至邻 近于液体的气体空间中。挥发物和空气的混合物被 引导到一个分离组件38中，它包括有隔膜49，在此 空气被吸入该组件的隔膜49内，而挥发物被冷凝于 隔膜上并收集于冷凝液收集室内。

Description

本发明涉及从液体中除去挥发物的装置和方法，更具体地来说，本发明涉及当捕集冷凝挥发物时为从水中去除汽化挥发物，然后并从挥发物中分离干净空气的组合装置。

有许多工业和环境情况下，水被隔离在某容器中，该水其中含有挥发物。一般，空气洗提器被用来从水中去除其挥发物。该空气洗提器包括有使水上部建立真空条件的泵，因而可使水从中释放出挥发物。一般，含有挥发物的空气从储罐泵送至大气中。

最近环境法禁止在非控制状态大量使用这些空气洗提器。为了控制挥发物释放至大气中，曾采用碳过滤器来吸收该挥发物。这些过滤器经一段时间易堵塞并且必须更换。

本发明的发明者在为分离流体而使用的薄膜技术方面曾作出某些进展，如从比较疏水性物质中分离出水和水溶性物质。举例来说，美国专利4，857，081（发明者Taylor，1989年8月15日公布）揭示了一种从水和烃混合物中分离水，以及从水和卤代烃混合物中分离水的装置和方法。该装置主要是由再生铜铵纤维素的无孔自支承一些空心纤维所组成。该薄膜具有从混杂有水的烃或卤代烃的流股中渗透水的能力。水扩散至薄膜的一侧并且然后从薄膜的另一侧移除。

该发明者的待批专利（申请号402，229发明者Taylor，申请日1989.9.5）揭示了一种复合薄膜，它包括有一多孔支承薄膜和一无孔的、可渗透过水和水溶性物质的薄膜，如无孔铜铵再生纤维素，它设置于每个小孔的上面，只让水和水溶性物质选择性地渗透通过每个小孔。

这里，申请人提供了一种新颖的装置和方法，将一改进的Soxhlet捕集器加进于该方法中，以提供一种可从水中移除挥发物的基本上无源的、非常低能消耗的装置，且收回在过程中使用的空气作为干净空气而回返至环境中，并且捕集稠密的挥发物。

S.Franz  Soxhlet（1848-1913）是一个德国食品分析专家，Soxhlet发明了一种连续萃取溶于醇或醚的物质的装置，该装置包括有烧瓶和冷凝器。该装置是一封闭系统，其中可将含有溶剂和可溶性物质的烧瓶进行加热。从其中产生的蒸汽经过流体导管的90°弯头通至冷凝室。冷凝室使溶剂产生冷凝作用，它通过另一流体导管返回至烧瓶中，而蒸汽被释放进入大气中。

本发明申请人已对它作了改进，将Soxhlet类型的捕集器与本发明者的新颖薄膜相结合，以提供一种装置，它首先从供水中除去挥发物，然后从挥发物中分离出在此所用的空气，并把该挥发物捕集起来。

根据本发明，可提供一种从液体中去除挥发物的方法，该液体具有邻接于它的气体空间，该方法包括的步骤有：将液体中的挥发物蒸发至邻接于该液体的气体空间;从该空间引导出含有该挥发物的气体;通过隔膜从挥发物滞留物中分离出不含挥发物的气体透过物;以及收容该挥发物滞留物。

本发明进一步提供了一种从液体中去除挥发物的装置，该装置包括容纳在其中留有挥发物的液体的容器装置，该容器装置形成邻近于液体的一个气体空间。蒸发装置可将挥发物从容器内的液体中蒸发到该气体空间中去。引导装置与蒸发装置以流体相联通，可以气体空间引导出含有挥发物的气体。分离装置包括有至少一个薄膜（隔膜），其一侧与引导装置以流体相通，以从挥发物的滞留物中将不含挥发物的气体透过物分离至隔膜的另一侧。收集装置可去除隔膜一侧的挥发物滞留物并容纳收集到的挥发物滞留物。分离装置包括有一流体出口，以从分离装置释放不含挥发物的气体透过物。

本发明的其他优点，通过下述的详细说明并结合附图将会变得更好地理解，并且也可容易地作出正确评价。

这里：

图1为根据本发明所设计的装置的示意图;

图2为本发明的第二具体方案的示意图;

图3为根据本发明所设计的隔膜组件的放大的局部剖视图;及

图4为根据本发明作的空心纤维制品的示意图，它说明本发明的分离方法。

根据本发明所设计的装置在图1中总的以10表示。该装置示意地表示出有一从流体室14向上伸出的烟囱12。流体室14其中容纳有水16。这样的烟囱通常在空气洗提器装备中可发现到。然而，应该注意的是，本发明也能用于分离汽化流体的其他系统中，如从空气喷漆小室中分离油漆溶剂蒸汽。

流体室14备有容纳水16的装置，水16其中含有挥发物质如脂族的、芳族的、脂环族的、卤代的、氧代的有机化合物。烟囱12在靠近水16处之上围成一气体空间18。

装置10包括有一加热室20，与烟囱12可流体相通。加热室20充作蒸发装置，以进一步使挥发物从容器14内的水16中挥发至气体空间18。如图2所示，该加热室可连同泵22一起工作，泵22可在气体空间18建立起负压，因而可进一步促进挥发物从流体16中蒸发。

更具体地说，烟囱12的顶部盖有帽盖部件24。在图1所示的装置10中，加热室20设置于帽盖24的上部，并在此完成密封，以直接在其上建立一加热室，并与烟囱12以流体相通。如图2中另一个方案的装置10'所示，有一导管26可使流体从烟囱12通过泵22，然后并穿过导管28通至加热室20。借助泵22在烟囱12内可建立负压，减小水的表面张力，并使挥发物更容易地蒸发至邻近的气体空间18中去。

加热室20、20'可包括一内室30，可用发热机构围绕之，如加热线圈32。加热线圈32在加热室20、20'内可产生足够的热以便进一步诱导蒸发挥发物，该挥发物混有一些水蒸汽和空气。

装备10、10'包括有一冷凝室34，它通过大体上为90°弯曲的流体导管36与加热室20进行流体联通。冷凝液收集室34类似于Soxhlet冷凝器，它是用来收集已冷凝的挥发物和从室中所含的空气中分离出挥发物。为达到此目的，该冷凝液收集室34与分离舱以流体相通，分离舱总体以38表示，分离舱38其中包括有隔膜，其一侧与冷凝收集室34以流体相通，以便从挥发物滞留物中分离不含挥发物的气体透过物至隔膜的第二侧。

更具体地来说，在图3中详细地示出分离舱38。分离舱38包括有一外壳或壳体40，图上表明它是具有狭长形式和一般圆柱体的壳体、壳体40的两端各装有帽盖42、44。如图1所示，帽盖42包括有一入口46，帽盖44则完全密封壳体40的另一端。如图2所示，本发明的第二方案包含装有流体出口的端部帽盖44，其目的将在下面描述。

一束空心纤维49在壳体40内沿轴向伸展，并形成本发明的薄膜（隔膜）。至少每根纤维49的一部分包括有湿的、无孔再生纤维素隔膜，它只吸入不含挥发物的空气透过物而在那里通过，而却阻止挥发物吸入通过。隔膜可采取非支承的铜铵再生纤维素的一些纤维形式，它们为无孔纤维，这已在以前引用的美国专利4，857，081中有所揭示。另外，该装置也可包括支承的亲水性隔膜，这已在以前引用的待批专利（申请号为402，229）中揭示过。这种纤维的实例为一种微孔聚丙烯空心纤维。在其内表面或外表面涂复有一层再生铜铵纤维素无孔薄膜。该薄膜的端部用封装材料（图中未示）固定在一起，这样隔膜49的内部状况为：如图2所示，与进出口46和48以流体相通，或者如图1所示，只与孔口46相通。纤维49的外表面与壳体40的内壁相结合而形成一个外室，该外室与壳体40的孔口50、52以流体相通。

如图1所示，导管54使在冷凝液收集室34和壳体40之间提供流体联通。导管54可与包含在壳体40内的空心纤维隔膜49的内表面以流体相通。空气出口56为可人工操作与出口50相连接，并与包含在壳体40内的隔膜49的外表面以流体相通。

图2所示为一反向流体流动回路。导管58可作冷凝液收集室34和入口50之间流体相通，因此，在冷凝液和包含在壳体40内的隔膜49的外表面之间可流体相通。空气出口52为在操作时可连接于出口48，出口48与空心纤维隔膜49的内表面以流体相通。在上述两个具体方案中，该隔膜49的作用可使空气以相反方向流动通过，并以如下所描述的正确方式从挥发物中分离出空气。

较冷的空气源60通过入口52与图1中的室40以流体相通，以使它与包容在壳体40内的隔膜49的外表面流体相通，另外，如图2所示，冷空气源60通过入口46与隔膜49的内表面以流体相通。在此两种具体方案中，所产生流动冷空气通过壳体40和邻近隔膜49的一面，使提供给冷凝液诱发装置，以使在隔膜49的相对侧诱发挥发物冷凝，此时不含挥发物的空气被吸入而通向隔膜49的第二侧。

增湿器或水分喷射装置62在操作时可连接至冷空气源60上，以进一步向空气流中增加湿度，由此，需准备好连续地润湿无孔再生纤维素隔膜49的装置。增湿器可采用超声波增湿器或其他可增湿空气流的装置。

有必要使无孔再生纤维素隔膜49保持润湿状态，因为在润湿状态该无孔再生纤维素隔膜49可选择性地吸收和扩散空气使其通过，而却能阻止吸收挥发物，如通常用空气洗提器洗提的烃类物质那样。因此，增湿冷空气供给润湿装置，以连续地润湿隔膜49，而同时给与含有挥发物的空气以一种吸收选择性。空气通过空气出口作为不含挥发物的空气透过物释放至大气中，含在纤维49内和在此被阻止吸入的挥发物在纤维49上被冷凝，因为纤维49被扫过其相对侧的冷空气所冷却，可从汽化的挥发物中除去热量。由于热量从挥发物中除去，挥发物就冷凝，并从壳体40滴出，返回至冷凝液收集室34中。

在图1所示的具体方案中，挥发物冷凝在隔膜49的内表面上，并通过出口46而移除，靠重力落下，流入冷凝液收集室34中。如图2所示的第二方案，挥发物以相似方式冷凝于隔膜49的外表面上，并通过导管58返流至收集室34中。

收集室34通过导管66与挥发物捕集器64以流体相通。冷凝室34包括有一出口68。当在室34内的被冷凝的挥发物70的液位上升超过出口68的液位时，该冷凝挥发物70就流经导管66进入捕集器64。因此，图1和2所示的具体方案提供了一种实际上为无源的装置，以从事由水16中除去挥发物，并从挥发物中分离出空气，由此经出口56而释放出空气并捕集挥发物于捕集器64中。

图4说明由隔膜组件40内每根纤维49所完成的横向流动分离过程。箭头70表示通过隔膜49内芯部72的挥发物加上空气两者结合物的流动方向。当挥发物和空气相对于内表面72切向流动时，空气就按箭头74所示方向被吸入并通过该隔膜49。箭头76表示被挥发物阻止吸入并通过隔膜49的情况。同时，箭头78表示在隔膜49一侧的冷湿冷空气的流动情况，该侧位于含有挥发物和空气的混合物的相对另一侧。冷湿空气冷却隔膜49，以诱发隔膜49内表面80上的挥发物冷凝。箭头76表示被冷凝的挥发物向冷凝液收集室34（图1中表明）返回流动情况。当然，采用图2所示的第二方案时，挥发物和空气的混合物的流动将在隔膜49的外侧，而空气将被吸入而通过隔膜，并进入隔膜49的内芯部72。

在两者任一方案中，不含挥发物的空气从挥发物和空气的混合物中被分离开，而挥发物冷凝于隔膜49的相对表面上，并从隔膜流下返回流至冷凝液收集室34。

采用根据如上所述的本发明所制造的装置，而且尤其休用含有空心纤维隔膜的组件，则使该系统不会污染，因此无需象使用活性炭的目前系统那样进行更换。该系统已被发现对于从挥发物和空气的混合物中分离空气具有高效率。而且，该系统几乎不需能量，因为分离过程是完全无源的。

本发明还进一步提供了一种从液体16中除去挥发物的新颖的方法，在接近液体16处具有气体空间18，该方法概括地来说包括有以下步骤：从液体16中将挥发物汽化蒸发至邻近于液体16的气体（空气）空间18中;从空间18中导出含有挥发物的气体;通过隔膜49将不含挥发物的气体（空气）透过物从挥发物的滞留物中分离出;以及收容该挥发物滞留物70。

更具体地来说，该挥发物可以是在空气气体中的小分子量的烃类。在这种情况下，前述的分离步骤可被进一步限定为只让不含挥发物的空气透过物吸入并通过湿的再生纤维素隔膜49，而阻止挥发物吸入并通过。含有挥发物的空气被引导至接近于许多空心纤维无孔铜铵纤维素再生隔膜49的一侧，并且只有不含挥发物的空气被吸入通过该隔膜49。不含挥发物的空气透过物从隔膜49的另一侧被除去，而挥发物滞留物从开始提到的隔膜49的一侧被移除。

如上面所讨论的，蒸发可通过在液体16上部的气体空间18中建立负压来完成，以从液体16中移除挥发物至气体空间18中。蒸发也可进一步通过加热在液体16上部的气体空间18中的挥发物来完成，并且将已加热的挥发物引导至分离室34中。空气被吸入并通过隔膜49，而挥发物冷凝于隔膜49上。经冷凝的挥发物流回至分离室34中，并且被隔离于捕集器64中。

如上所述，可将水分喷射至冷空气中，该冷空气被引导至相对于含有挥发物空气混合体的隔膜49一侧的另一面，以进一步诱发挥发物在隔膜上冷凝。

本发明以图例说明方式作了描述，应当理解到，这时所用的术语是想要使其成为叙述词的性质而不是限制的性质。

虽然，按照上面的说明，有可能对本发明作出许多改进和变化，因此，应该理解，在附加的权利要求书的范围内，这里的参考数字仅仅是为了便于表达，绝不是限制，本发明除具体描述的内容之外还可以其他方式来实施。

Claims (25)

1、一种从液体中除去挥发物的方法，该液体在其邻近具有一气体空间18，所述的方法包括有以下几个步骤：将挥发物从液体16中汽化蒸发至邻近于液体16的气体空间18中；从气体空间18中引导出含有挥发物的气体；通过隔膜49将不含挥发物的气体透过物从挥发物滞留物中分离开；以及收容该挥发物滞留物70。

2、如权利要求1所述的方法，其特征是该挥发物为烃类以及该气体为空气，所述的分离步骤进一步只限于吸入不含挥发物的空气透过物通过至少一个湿的无孔再生纤维素隔膜49，而却阻止挥发物吸入通过。

3、如权利要求2所述的方法，其特征是所述的引导步骤可进一步限定为，将含有挥发物的空气引导至邻近于多根湿空心纤维无孔再生铜铵纤维素隔膜49的一侧，只让不含挥发物的空气吸入通过隔膜49，从隔膜49的另一侧除去不含挥发物的空气透过物，并从早先提到的隔膜49的一侧移除挥发物滞留物。

4、如权利要求1所述的方法，其特征是所述的汽化步骤可进一步规定为：在液体16上部的气体空间18内建立一负压，以使挥发物从液体16中移除至气体空间18内。

5、如权利要求1所述的方法，其特征是包括对所包含挥发物滞留物的冷凝步骤。

6、如权利要求5所述的方法，其特征是所述的汽化步骤进一步限定为：在液体16上部的气体空间18内加热挥发物;将加热的挥发物进而引导至分离室34中;所述的分离步骤进一步限定为使空气吸入并通过该隔膜49，而在所述的隔膜49上冷凝挥发物;所述的收容步骤进一步限定为将冷凝的挥发物流回至分离室34，并从分离室34将挥发物隔离到捕集容器64中。

7、如权利要求6所述的方法，其特征是所述的冷凝步骤进一步限定为将比较冷的空气通至前面所述的隔膜49的另一侧。

8、如权利要求7所述的方法，其特征是还包括喷射水分至冷空气中的步骤，以使隔膜49保持润湿状态。

9、如权利要求3所述的方法，其特征是所述的汽化步骤进一步限定为在液体16上部的气体空间18内加热挥发物，将加热的挥发物引导至分离室34中，该分离步骤进一步限定为使空气吸入通过所述的隔膜49，而在该隔膜49上冷凝挥发物;所述的收容步骤进一步限定为将冷凝的挥发物流回至分离室34中，并从室34中分离出挥发物而进入挥发物捕集容器64中。

10、如权利要求9所述的方法，其特征是所述的冷凝步骤进一步限定为将较冷的空气通至前面所述的隔膜49的另一侧。

11、如权利要求10所述的方法，其特征是包括将水分喷射至冷空气中的步骤，以使隔膜49保持润湿状态。

12、一种从液体16中去除挥发物的装置10、10'，该装置10、10'包括有：容纳含有挥发物的液体16的容器，该容器12在邻近液体16处限定一气体空间18;使挥发物从容器14的液体16中蒸发至该气体空气18中的汽化蒸发装置;与该汽化装置20、20'、22以流体相通的引导装置，以从该气体空气18中将含有挥发物气体导流出来;分离装置40包括隔膜49，隔膜的一侧与所述的引导装置以流体相通，以使不含挥发物的气体透过物从挥发物滞留物中分离至该隔膜49的第二侧;收集装置用以从隔膜49移除挥发物滞留物并容纳收集到的挥发物滞留物;所述的分离装置包括有一个为释放不含挥发物气体透过物的流体出口。

13、如权利要求12所述的装置，其特征是所述的隔膜49包括至少一个湿的无孔再生纤维素隔膜49，以只让不含挥发物的空气透过物吸入通过，而阻止挥发物吸入通过。

14、如权利要求13所述的装置，其特征是所述的分离装置主要由含有上述湿的无孔再生纤维素的许多空心纤维隔膜49所组成。

15、如权利要求14所述的装置，其特征是所述的汽化装置包括有一个泵22，它与上述的气体空间18以流体相通，用以在上述容器14中邻近液体16的气体空间18内建立起负压。

16、如权利要求15所述的装置中，其特征是所述的收集装置包括一冷凝器34，以使挥发物滞留物冷凝成为液体70。

17、如权利要求14或16所述的装置，其特征是所述的气化装置包括有加热装置20，以加热在液体16上部气体空间18、30中的挥发物。

18、如权利要求17所述的装置，其特征是该加热装置20包括有一加热室30，与所述的容器14以流体相通，另外围绕加热室还设置有加热器夹套32。

19、如权利要求18所述的装置，其特征是还包括有冷凝液收集室34，它在上述的加热室20和所述的分离装置40之间以流体相通，该分离装置包括有冷凝液诱发装置，以诱发冷凝在所述隔膜49一侧的挥发物，同时不含挥发物的空气吸入并通过所述隔膜49的第二侧，所述的冷凝液收集室被设置于所述隔膜49的下面，以借重力流动而收集冷凝液。

20、如权利要求19所述的装置，其特征是所述的冷凝液诱发装置包括有冷却装置10，以在挥发物加热条件下冷却所述的隔膜49。

21、如权利要求20所述的装置，其特征是所述的冷却装置包括有空气循环器60，它与所述隔膜49的第二侧以流体相通，以使比较冷的气流循环扫过该隔膜49的第二侧。

22、如权利要求21所述的装置，其特征是包括有润湿装置62，以维持该隔膜49处于润湿状态。

23、如权利要求22所述的装置，其特征是所述的润湿装置包括有一增湿器62，它与所述的空气循环器60以流体相通，以增湿所述的扫掠气流。

24、一种从液体除去挥发物的装置40，该装置40包括有：至少一个隔膜49，它含有湿的、无孔、再生纤维素隔膜49，以只让不含挥发物的空气透过物吸入通过，而阻止挥发物吸入通过;增湿装置60、62，以润湿所述的无孔再生纤维素隔膜49，该润湿隔膜可选择性地吸入空气并阻止挥发物吸入通过。

25、一种分离至少二种液体的装置10，该装置10包括有：至少一个隔膜49，它含有无孔的再生纤维素隔膜;增湿装置60、62，以连续地润湿所述的隔膜49，而提供给流体的一种以吸入选择性。

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