CN1081118A - 用喷雾分离有毒污染物的方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种快速、有效的用来把分散在大量的一种或多 种高沸点液体中的、与之不相混溶的少量的一种或多 种具有低沸点的液体分离出来的方法。它包括：用循 环热或供热来加热非作用性气体，以保持温度高于至 少一种液体的沸点但又低于至少又一种液体的沸点； 受热的气体与未受热或预热过的液-液混合物相合 并，由一改良的热交换器和雾化器将液-气混合体混 合、加热及分配，并在一含有池液的容器内形成烟 雾。

Description

本发明涉及液体混合物的分离，特别涉及一种用来分离扩散在大量的具有较高沸点的液体中的少量的与其不相混溶的低沸点的液体的方法及设备。

在工业环境中很多领域里都需要有效地分离乳化溶液混合物。例如，气体或空气压缩机等仪器中所用的润滑剂，在操作时会与大量的水相混，至使整个排出的液体都要废弃。由于排出的液体里有少量的润滑剂，该排出体被认为是有害的废物。由于该排出体被认为是有害的，这种具有将整个液体分离成为碳氢化合物及液体组成的能力，使得昂贵的废物排除仅局限于排除分离出来的有害物的本身。此外，在净化处理之前，对污染水进行碳氢化合物的初始分离的预处理，常能从中取得收益。能将分散在大量的不相混的液体中的少量的碳氢化合物分离出来的技术相当少。且目前具有这种分离作用之设备的有效性是局限的。根据王抗曝等人1990年第44届普渡大学工业废物大会会议录第655-673页，有三种常规的油-水分离的方法和设备：（1）重力油-水分离器，（2）溶解空气浮选，（3）化学处理。

例如，典型的重力油-水分离器，通常为油脂收集器，挡板，漂刮器，或精过滤器。因为这些操作过程都没有涉及相转变，这些系统都要求大量的能量来将游离的油从油-水混合物中分离出来。因此具体地说它们都不能分离乳化混合物。

溶解空气浮选常常用来进一步把油从水经过常规油-水分离器处理过的油-水混合物中分离出来。化学品可用或可不用。

能够对乳化混合物进行油-水分离的设备通常利用一种或多种破乳剂的化学品作化学处理，或者可用溶解空气净选，或者可用重力沉降处理来进行澄清。通常，化学处理会产生废物残渣，从而引起具有固体废物的废弃问题。与这些水中含油的系统有关的局限性的问题是由于与其相应的油和水的物理性质所引起的。水的比热常数和蒸发热比那些包括油在类的典型的有机化合物都高许多。然而，大多数的油的沸点又比水的沸点要高。因而，任何有赖于蒸镏形式的系统都要求相当的能量输入，用于提高混合物的温度，以达到摄氏100度或者更高的温度，这是因为混合物整体的比热将接近于水。此外，必须加上更多的能量来引起水的沸腾。

相反地，设计用来从大量油中除去少量水的系统则要求相对少的能量;这是因为混合物具有较低的比热（接近于油的比热），以及由于只要气化更少量的水。此外，这样系统的典型的操作是在比水中油的系统在更低的温度下进行，以便将与水在一起的有机化合物的沸开降到最低的程度。这种沸腾现象在水中油的系统很少见。

挥发性的有机化合物，半发挥性的有机化合物，以及其它许多有害有机物经常污染地表水和地下水的供水资源。表A列举了部分有毒有机物及其对健康的影响，沸点，最高污染限度，及污染源。在水污染控制方面，收集任何含有这些有毒有机物的液体，以及适当地废除，是目前一项重要的环境工程任务。

本发明的设备可有效地用来把这些有毒有机物根据它们不同的沸点从污染的液体混合物中分离出来。例如，依照本发明所应用的改良的热传导，雾化作用，凝结作用和热泵技术，可容易的把氯化甲烷（沸点为摄氏40.1度）从氯化甲烷污染物中分离出来。液体的温度控制为摄氏42度以挥发氯化甲烷而保持整个水呈液体状态。

表A：有机污染物

污染物        健康影响        沸点        最高污染限        来源

(摄氏温度)        毫克/升

苯酚        毒        80.1        0.005        燃料(漏桶),化工农药、

颜料、塑料常用的溶剂

四氯化碳        可能毒        76.74        0.005        通常用于干洗剂,冷却

剂制造业的废物

P-二氯苯        可能毒        173.70        0.075        用于杀虫剂、卫生球、去

臭剂

1-2-二氯乙烷        可能毒        83.50        0.005        用于杀虫剂、汽油

1-1-二氯乙烷        影响肝和肾        47-49        0.007        用于塑料、染料、可溶性

有机化合物

氯化甲烷        吸入、食入及        40.10        用于除去颜料、喷塑料

皮肤吸收中毒        生产、溶剂萃取、塑料加

工

1-1-1-三氯甲        影响神经系统        75.00        0.140        用于食物包装、人造纤

烷        维

三氯乙烯        可能毒        86.70        0.005        干洗剂所弃废物漆、去

(TEC)        颜料剂

氯乙烯        中毒危险        -13.90        0.001        聚氯乙烯(PVC)管自塑

料、合成橡胶

三卤甲烷氯仿        中毒危险        61.20        0.1        主要产生于用卤质的地

表水时。

溴仿        151.20        0.1

人们已造出一些系统能把在诸如油之类的重的碳氢化合物中的少量水除去。

1880年12月14日签署给E.FOX的美国专利号235，521的专利描述了一种能从酒精饮料中分离出水或其它不纯物的方法。该方法是用一个热液喷流向上喷射粗酒精，将酒精成为更轻的水汽，这样促进了它们的重力分离;把该液暴露在薄膜状的一个大面积上，当液体向下流动时使酒汽分离开;并将这些分离开的酒汽向上输送到一凝结器。并来回进行。FOX的发明（美国专利号235，521）也叙述了一个蒸镏或矫正设备，它是这样组成的：一个位于上端部的容器、板或屏、一个粗酒供给管，几个用来喷射热液进行粒子化液体及汽化酒液的垂直喷管、一个位于板或屏上方的过滤扩张图以及与前述相似的一个通向凝结器的管。

1971年9月28日签署给R.W.West的美国专利3，608，279描述了一个能分离水汽中的脂肪酸镏份的装置。在能促进分离的温度和真空压力的条件下，气相混合物被导入一容器。

1980年4月8日签署给A.Foster的美国专利号4，197，190揭示了一个来使柏油沥清和含有碳氢化合物的油脱水的方法。这些物品被喷射进一盛接容器之前被加热。设置分开出口分别除去分离的组份，水组份在排放之前也经洗涤器处理。

1988年12月6日签署给Clare等人的美国专利号4，689，461描述了一个系统，在那里含有水的重粗油被喷射到脱水过的热油池上;与该池相接触而蒸发的水通过通风设备逸散走。

前述系统（美国专利号235，251，3，608，279，4，197，190和4，798，461）其本上是为从大量油中分离少量水而设计的。它们有一些缺点。如果把它们用在水中油的混合物，这些缺点就更突出。因为它们都不提供系统内保持温度的机构，大量的能量必须由外部设备引入，以保证混合物能维持在分离点的温度，并能保持在或者高于蒸镏的温度;一个水中油的系统需要相当大的能量输入。上述所有四种系统都利用喷射嘴将混合物导入分离器。虽然喷射造成能裂开表面的张力并且由此促进成份分离，但是为此所引用的机械剪切力的大小是有限的，从而限制了该技术的应用。再者，人们发现在水中油分离所需的温度下应用喷射嘴会造成烧灼现象;容器内部会覆上一层固体物质，成为一个不需要隔层并干扰热的转换。本发明叙述了油-水分离或液-液分离。其应用的技术主要是循环氯加热、喷雾、高沸点液体重力分离、低沸点液体蒸发作用、以及低沸点液体的凝结，并且能量能再循环和再利用。

处理碳氢化合物油过程是由C.B.Forward在他的1916年6月27日签署的美国专利号1，189，083上揭示的。Forward的专利揭示了一种新的技术，包括在控制的压力下，用一个加热过的气体通入一个内部敞开的室对油进行粒子化;然后将混合的气和未气化的产品经各通道从所述的室中驱出。所述的室必须严格地保持其内部的气体压力在75磅，且方向向上，以及防止未气化的产物变成气体通过通道排出。Forward的发明也叙述了处理石油原油的过程，它涉及对油在控制压力下，用一团热过的气体压入一室进行雾，然后，保持至少约75磅的压力在所述的室内把挥发了的产品与未挥发的产品分离开。具体地说，用一个蒸气锅炉来产生受过热的蒸气，以及用一个油加热器来加热原油，加热过的气体和加热过的原油通过一个粒子化器在一个分离器的内部相遇。而本发明则不应用蒸气锅炉或油加热器来作油-水分离。具体地说，当本发明在油-水分离时，油-水混合物不用油加热器预热、而用惰性气体来雾化（而不是粒子化）油-水混合物。在本发明的雾化过程中，那些在池液里被外加热以及再循环热所预热的惰性气体在雾化器内对进入的油-水混合物（原先未加热过的）进行混合、加热、分配，形成一弥雾，从而把少量的油从大量水汽中分离。在Forward发明的粒子化过程里，蒸气是由蒸气锅炉产生的，其所预热的原油在粒子化器内混合形成雾体，从而达到原油净化。还有一点，在本发明中，水汽是待以分离的低沸点液体或者是待以从流出物中除去的液体。而在Forward的发明中，水汽是专门产生来净化高沸点原油。

沸点以下液体的蒸发方法和设备是由H.E.LaBour在他的1924年5月13日签署的美国专利1，493，756中揭示的。具体地说，LaBour的发明叙述了一个改良的方法和工具，用来造成在正常沸点之下的蒸发，并用来在相对低的温度下（为不破坏啤酒）对啤酒去酒精。LaBour用来除去液体中挥发成份的液体处理过程包含有：从一个具有固定的体积的闭合迂回路线中移去一确定的、恒定的输入气体;在迂回路线的一端，将待处理的液体射出、成为相当完整的液体帘;把液体向下折射并离开所述的液体帘;气体向上通过所述的液体帘并从所述被折射的液体边离开，该气体以气相形态把挥发性成份取走;在迂回路线的另一端，冷却该气体使其挥发成份凝结出;在迂回路线的另一端，再加热该气体以致反复地通过所述的液体帘并向上运行。在所述的冷却点处保持相对低的压力，以及在所述的加热点处保持相对高的压力，以至在它们之间传递一个推进力给气体。所述的迂回路线是完全闭合的，以保持气体以不变的体积输入，防止大气或外部气体进入，而不与液体洗涤剂相接触;而所述的液体的挥发成份仍保留在输入气中。LaBour的发明并不涉及到雾化作用，而这却是本发明的核心。1927年6月21日给签署R.H.Gartner的美国专利号1，632，925上揭示了从商业三氮甲苯中除去四氮甲烷的方法。Gartner的发明包含了用一种非作用性的热气体流来粒子化商业三氮甲苯，由此产生热的非作用性的热气体流。直到四氮甲烷挥发，然后使三氮甲苯成为冷作用性的热气体流，致使三氮甲苯被固化，然后从固化的三氮甲苯抽出热气。同样地，Gartner的发明并不涉及到雾化作用，而这却是本发明核心。

用来分离来自润滑油中如毛、棉绒及尼龙废物之类的细小分开的动物和植物纤维的方法由T.W.Potte等人在1929年4月16日签署的美国专利1，709，230上揭示的。他们的发明有一特别的目的，就是用来更新使用过的轴颈箱废料里的油。具体地说，Potter等人用来从使用过的轴颈箱中分离出纤维及外来物的方法是：预热一定量的所述的油至蒸发出其中的水;把油传送到一个与大气隔绝并与一凝结器相通的桶;控制所述密封桶内的压力并应用热。

把其内油加热到基本上完全气化而不裂解，并把所述纤维及外来物留在所述密封桶的底部，并使得气化（汽化）的油在凝结器内凝结。在操作时，不纯油及蒸气（蒸汽）注入到一预热器，预热的油和蒸气的混合物从其中流到一加热桶。在那里，另外再加入些蒸气，以便完全蒸发。此完全蒸发的油由蒸气带到一凝结器，在那里凝结的油被净化及收集，并把残留水汽排出。而本发明不涉及应用水汽来蒸发油。

1931年9月15日签署给D.S.Belden的美国专利1，823，185叙述了如何处理使用过的曲轴箱油（特别是汽车上的）的方法，以便除去有色物质及轻碳氢化合物，并提高粘度及降低含碳量。利用Belden的处理方法，人们可以在大幅度减低火灾的可能性的条件下完成这些目标。简单地说，Belden过程是把使用过的曲轴箱油与重量为1%-30%的细小粘土吸附剂（最好是酸活性型的）相混合，从混合物中蒸镏出轻的成份，而用惰气（如二氧化碳或氮气）的流动气流产生的气泡通过混合物，帮助蒸发，当轻的成份除去后则停止蒸镏，然后把残留油从粘土中过滤出来。Belden净化处理使用过的润滑油的操作的最好过程模式是：把所述的油与粘土吸附剂相混合;把所述的混合物加热到华氏600度，而用流动的惰气气流产生气泡;从所述的油中蒸镏出更轻的成分，将它们在惰气的环境下凝结;把凝结物从惰气中分离开来;在蒸镏情况下，把惰气最终送回到一批量的油和吸附剂中。本发明不涉及净化碳氢化合物的油（如蒸镏曲轴箱油）、通过所述油的惰气泡、净化油的凝结。相反地，本发明涉及到用循环热或外加热能量来加热气体;用预热过的气体来雾化油-水混合物;形成烟雾;因重力高沸点油沉降;排放由低沸点液体产生的废水气。

净化液体或者对非水质液体（如矿物质无水碳氢化合物油之类）除去溶解的气体，挥发成份及挥发性碳氢化物的先前的方法和设备在1936年7月7日签署给C.J.Rodman等人的美国专利2，047，157中描述过。Rodman等人从非水质液体中除去水份及气体的过程是：引导一惰气进入液体，把液体及凝结气体喷射在真空中呈微细分散的形式来分离水份及气体;引入一种无水无气的吸附剂到液体里，过滤，并加入惰气到过滤过的液体中;该过程没有与水及大气气体接触。

Rodman等人处理非水质、无水无气的液体的过程是：把液体输入到一密封的系统中，迅速旋转物的离心推动造成近似一毫米厚的薄膜液，系统持续保持适当的真空，本质上造成水汽和气体瞬时从液体中蒸发出来，而不包含来自系统的空气和水气。继续地从系统中除去由液体释放出的水份和气体，基本上恢得无水无气的液体。然而，本发明则是关于用循环热或外加热能量来加热气体;用改良的雾化器来雾化气液混合物;重力沉降高沸点液体;气化低沸点液体;等等，作液-液分离。

1967年6月20日签署给A.E.Mock的美国专利号3，326，778描述了一个过程，在一个极高的温度下用干燥的适用的气体迅速通过一个封闭的表面，该表面暴露在相对高压力气体环境之下的不纯液体。即使那迅速通过的气体的温度比所述的沸点高许多，所述不纯水体的温度维持在刚刚低于其在所述环境压力条件下的沸点。在Mock的发明中，空气为水气所饱和，而水气则可由凝结作用而抽出，加入不纯的水，以及取出浓缩的，不纯的水来保持该不纯的水体的温度低于其沸点。Mock的发明主要组成是：一个冲洗蒸发器，一个空气炉，一个水气锅炉，一个凝结器，和一个纯水储库（其结合有可能从不纯水（如海水）萃取纯水）。而本发明则不涉及Mock所用的主要处理方法。

1981年9月15日签署给W.Koehler的美国专利4，289，589描述了能从甲苯二脂的光作用的蒸镏产物中分离出二异氰甲苯和/或更高沸点的溶剂的过程（方法）。该分离作用是在溶剂存在的情况下，在一个温度为摄氏140-280度的流化床里进行的。Koehler等人的发明揭示了一个液体与气体的混合过程和蒸镏过程。此处只是将这个先前工艺做了一个记录而已，而本发明并不依靠它。本发明则主要涉及用雾化作用来作液-液分离。

1984年10月2日签署给L.Asselineau等人的美国专利号4，474，647揭示了一个过程，它用来净化含二甲基乙醚和水不纯物的含4个碳和/或5个碳的烯类镏份。具体地说，含二甲基乙醚和水不纯物的含4个碳和/或5个碳的烯类镏份（其中二甲基乙醚和水的最高相对比例为五比一）在一个蒸镏带里净化。该蒸镏带设在一个中间部位，离顶或底有三个理论板的距离（可以设有也可以不设有脱吸气），从而把整个分成一个顶上部分和一个底下部分。顶上部分含有一水质流体相和碳氢化合物流体相，至少能作局部再循环，再流入蒸镏带上部。底下部分由含4个碳和/或5个碳的烯类镏成份。他们发明的主要组成是一个蒸镏柱，一个安息器和一个凝聚器。而本发明则不含有蒸镏柱，安息器和凝聚器，主要是含有作液-液分离的雾化器。

另外还有一种用来把油从乳化水中分离出来的方法和设备，它是由H.B.Grow在他的1984年10月16日签署的美国专利4，477，356中揭示的。Grow的发明涉及在低于水沸点的温度下，将油水乳化物导入一长室里;在沸点的温度下（比油的净化的温度要低得多）从远离所述进入端的室腔末端取走产品油;从空腔里把高于乳化油控制水位以上的水副产品以蒸汽形式取走;而产品和副产品所含的废热是保留的。本发明具有同样的应用，但是利用完全不同的操作原理和设备。

1987年5月19日签署给C.K.Martin的美国专利4，666，587描述了一个从污染有水及相似物的原油或废油中回收产品的方法。该方法是用火焰（可以是煤气或油）来加热桶里的废油。在Martin的过程里，废油被加热直到变成包括轻端（light        ends）的气体从桶里的废油中产生所需要的油产品。油气体被导至加热火焰，以至用它燃烧产生的附加热来对桶里的废油加热。从废油里回收的产品油，经过一适当的出口管从桶里排出。而本发明则是用液-液混合物的雾化来作相分离，因此与其不同。

用来对内燃机的副产品油作提炼的设备是由L.H.Sims在1988年1月5日签署的美国专利4，717，474上揭示的。Sims的设备设有雾化喷嘴，把从固体污染物过滤元件流来的油压缩到蒸发室。在那里，液体污染物得到蒸发。雾化喷嘴具有一压缩口，其直径应足够大以允许油循环到车引擘，但又应足够小以至从过滤元件流来的油进入到蒸发室被雾化成烟雾。雾化油明显地提高了液体污染物的蒸发和除去程度。而本发明则是用雾化作用来作液-液分离，而不是喷嘴雾化作用。

另外还有一种方法和设备，它应用加热废气流来蒸发液体溶液里挥发成份（如水或溶剂）。还在1988年3月29日签署给T.F.Korenowski的美国专利4，734，159中提到了。Korenowski的发明含有：一个暖气道输入从加热气体源来的气体流;一个含有内部室腔和外部室腔的容器，其内部室腔用来容纳液体及蒸发挥发成份，而外部室腔与烟道相通形成一气道（基本包围著内部室腔，至少有一部分的气流通过它流动，以向内部室腔提供热并把液体溶液里挥发成份蒸发掉）;一个入口把液体溶液输入到内部室腔;上下液体高度监测器以建议一定的溶液高度，来控制输入到内部室腔的液体溶液量;一个喷洒器用来搅动内部室腔里的液体溶液;一个在容器之下并与暖气道相通的集槽，用来接收来自气体流的任何凝结物及从内部室腔漏出的任何液体;一个出口来汇合，通风，并排出蒸发了的挥发性成份及从外部室腔来的气体流。虽然本发明的应用也是蒸发液体混合物中如水之类的低沸点液体，但本发明的方法及设备与之完全不同。

1990年8月签署给Kroneld等人的美国专利4，946，559和1983年9月签署给Stellacid等人的美国专利4，402，711是应用与本发明有关的过程系统来分离液体成份的。其中也应用了各种各样的技术。如，维持温度和控制气体接触室的压力，与控制液体高度有关的泵送操作，以及以热交换为目的而进行的高沸点物的再循环。然而，美国专利号4，946，559和4，402，711都没有提出本发明所用的输入气的压缩;美国专利4，402，711仅仅应用燃料气或过热的水汽，美国专利4，946，559仅仅蒸发一部分所要分离的液体作为输入气。

1956年10月签署给Fracis等人的美国专利号2，765，917和1934年7月签署给Novotney等人的美国专利号1，968，614记载了混合室腔液体高度的控制，以及应用与热交换有关的分离成份再循环的热过程。

虽然该先前工艺充满着几个专利所记载的应用压缩机从分离设备的蒸发产品来回收热，但是1987年12月签署给Robbins的美国专利号4，713，089和1987年10月签署给El-Allway的美国专利4，698，136在此文只是引录而已。这些先前工艺一般只是气提式或者是逆流蒸镏系统，并没有提出上述的应用与预热工具，雾化器，及凝结作用工具相配合的气体压缩作用。

一个与气体混合物分离有关的美国发明，特别地是用来分散在大量与之不相混溶的低沸点液体（如水）中分离少量具有高沸点液体（如油）的方法和工具由巍柏（Roland        E.Weber），王抗曝（Lawrence        K.Wang）和潘乐菲（John        J.Povlovich）于1991年10月18日提交（系列号为07/778，788）。本发明是巍柏等人1991年10月18日的发明（系列号07/778，788）的继续部分。具体地说，本发明叙述了液体混合物的分离，且特别对于分散在大量高沸点液体（如水）中的少量的与之不相混的低混点液体（如氯化甲烷）的分离方法及设备。

本发明提供了用来提供无化学品低耗费、高效率的分离方法的一个方法和设备，它通过改善的热交换、氮化、蒸发、凝结和热泵作用，将含有一定量相对低沸点的液体（如有毒有机物）从与之不相混的大量的高沸点液体（如水）中分离开来。本过程可以重复地进行，分离含有两种以上的液体混合物，估计也可以成功地操作在任何两种沸点相差约一度以上的液体（或混合物）。

本发明过程的第一步是用供热或用一改良的热交换器对池液作热循环来加热气体（如氮气和氦气之类的惰性气体，或空气混合物）。在温度高于至少一个液体成份的沸点但又低于至少又一个液体成份的沸点下，该气体不与液体混合物中的任何一种成份相反应。然后，受热的气体与未受热而待分离的液体相混合。混合的程度应达到若用喷雾作用能产生烟雾。该液-气混合体被导入一含有被池液加热过的液体的容器，该液体至少有一个成份的沸点高于另外至少又一个成份的沸点。池液的温度应维持在高于其中至少一个成份的沸点。而又低于它本身的沸点。导入这种环境，高沸点的成份（或几种组份），与那些池液合并，而低沸点的组份（或几种组份）则迅速气化。而后，低沸点成份所形成的气体部分被凝结并收集，池液周期性地排掉。（下文的液体混合物将表示含有高沸点成份及低沸点成份的液体混合物;应该明确另外的附属成份也可以存在，重复进行该程序也许是必要的。）在较佳实施例中，用一个改良的固化器将液-气混合体导入容器，产生烟雾，非反应气体用改良的热交换器加热。热交换器的组成是：一导热气筒，放在所述气筒内部的金属毛以及所述气筒外部的散热片。该气体的加热是在与液体混合物合并之前利用加热过的池液再循环加热的。人们发现，用预热过的气体来雾化液体混合物可大大提高机械剪切力。尽可能把液体破成最小的滴，使其与可接受的推动速度相适应，产生了最大的表面积。这高表面积的产生是由于应用热池液的结果。而这一个主要特征则在那些先前工艺中找不到。该池液作为一恒温窟，把热能均匀有效地散布，因而空气温度可容易地保持在一高的温度。当液滴从雾化器排出时，这么高的温度使它立即分离成液滴和气体组份。雾化器将液-气混合体导向池液，来防止高沸点的分散小滴与由低沸点液体产生的气体组份一起被带走。因为池液的温度保持在高于低沸点液体的沸点以上，池液把高沸点液体的液滴捕集，但是阻抗不混溶的汽体。

当高沸点液体是碳氢化合物时，池液的另一种功能是防止烧灼。若热源直接用在容器的外壁，部分碳氢化合物将附着在内壁并遭受烧灼（如在先前工艺中所用的）。

本发明的方法也可用一个设备来履行。

本发明可用下段文章来总结：

本发明的设备可将分散在一种或几种与之不混溶液体中的一定量的低沸点的一种组份或几种成份液体分离开来。一非作用性气体（如空气，氮气，氦气，或其各种组合）由一个改良的热交换工具把循环热或由热泵工具外加的能量进行加热，把温度提高到高于至少一种液体的沸点，但又低于至少又一种液体的沸点，并流到所述设备之内的雾化器。受热的气体与未受热待分离的液体相混合、加热，并由所述雾化器分配，并在所述的容器内形成烟雾。该容器有一池液（液池液至少含有一种沸点比另外至少又一种液体的沸点要高的液体）。池液加热到高其中至少一种液体的沸点，又低于池液本身的沸点。烟雾里的高沸点液体由于重力而沉降，与所述设备内部底部的池液相汇合。烟雾里的低沸点液体的气可用一凝结工具收集，并回收为一液体。每个成份的产物部分都分别收集。

总之，本发明的设备组成和方法步骤包括了分离至少两种液体的液-液混合物。利用一改良的热交换工具及一雾化器来加热及雾化所输入的气体。该气体与液-液混合物相混合。接着，气化和凝结低沸点成份，并循环高混点成份来帮助加热在雾化器的室腔内的气体;进入气体在被加热之前及在被导入雾化器之前被压缩。预热工具和/或凝结工具可以空转、或经过、或断开。

从以下详细的描述及其附图，本发明的操作和结构可以更清楚地了解。

图1是根据本发明的较佳实施例为基础的一个完整的液-液分离系统。

图2表示分离器设备。

图1和图2分别表示一个完整的液-液分离系统及其组件一分离器设备。此分离器设备15由一个由隔温层19包围的主要室腔17组成。该室腔包含一池液21，其中含有一具有高沸点的液体。池液21由加热器23加热。它位于底板25的下方，最好与底板25接触。最好的结构是在加热器23和隔温层19的底部之间留一个小空隙27;这样可提高隔温的效果，以及保护它不直接与加热器23接触以免受其影响。加热器可以有不同的设计，只要热是均匀地送到池液21上方。一种的代替方案是：在隔温层19内，围绕室腔17铺一个垫。局部加热会对效率有不利的影响。

加热器23是可调节的（手动的或由测温返馈迂回线路控制），且必须调节好以保持池液21温度介于混合物中的两液体的沸点之间。池液21的温度由温度计探针30A监测，它与一可见的读数或返馈迂回线路相藕合;而室腔17的温度与压力分别由温度计探针30B和压力探针31所监测。图二所示的是安装在室腔17上的顶部37。点33用来注射惰性气体2（如空气）。惰性气体在低压下导入到导热的（如铜）筒38，其后导入雾化器34中。筒38内部有一个导热毛73，外部有导热的散热片71;筒38应这样安排，即通过池液且可允许气体2被再循环的热所加热，基本上达到池液21的温度。管38可以通过绕圈来增进气体2和池液21之间有足够的接触时间，且气体2所导入的流速也必须足够低，得以适当加热。然而，这种流速又不能太慢而阻碍雾化。一种用来完成大约每小时0.75磅的液-液混和物的分离的实施，其流速大约在每分钟0.003立方英尺。管39附加的长度是在雾化器34之前从管38中分枝来的，具有开口的末端向下延伸（降）到池液21的表面之下。虽然附加管39对于操作来说不是绝对必要的，然而，流过的气体流使池液21的产生一微小的纹流，此纹流帮助了热从加热器23向池液21传导，并从池液21向室腔17内的大气作热传导。

室腔17的顶部37（图二）上也安装有一个注射点32，用来注射待分离的液-液混合物1。未加热的或预热的液-液混合物1是立即导入物化器34的，与加热的惰性气体合并成一混合物。雾化器34把产生的液-气混体向下引导通过外输孔36，形成一个雾体，从而增进气体和池液21的接触。

图2所示的分离过程在雾化器34开始，且当水汽到达池液21时结束。高沸点液滴与池液21汇合，而低沸点成份则蒸发。后者成分在蒸发之后通过排出槽40（图1和图2）出口，且通过出口42排到一凝结工具14而收集，凝结以及可能再用。

图2所示的池液21的池面应保持一定的高度。但流入的液-液混合体使池液21的体积增加。通过图一及图二所示的导管44并经出口48，周期性或持续性地将该液收集在收集桶96中，从而保持液面在相对稳定的高度。所述的导管44装有逆虹吸装置45，其基本上是向大气开口的，它可防止池液21的高度因排放而低于出口50的高度。相反地，池液21的高度可由导管44的高度来较好地控制;而逆虹吸装置45是用来联系两者的，并保一同样的高度。一个代替的方法是：用自动抽液工具移去液体来控制池液21的高度。如果含有两种以上的成份，在出口48处收集的液体可用另一分离设备15（图中未示）或在第一期分离完成之后再用同一单元作进一步分离。

图2也示出雾化器34的中较佳设计。雾化器34产生的液滴必须在可接受的大小范围内，且也必须能阻抗堵塞。最优的分离操作表现在当液滴以那种在本领域中所熟知的成烟雾的形式而出现。如果以喷洒式出口（其液滴比雾滴大），则分离效果不好。于此相反，若以烟雾状出口（其液滴比雾滴小），则不止一种成份从排气的出口逃出。

图2中的入口导管60用来接纳待分离的液-液混合物进入室腔68，它被抗腐蚀体62所环绕。抗腐蚀体62的一端与一导管38A（图二）相藕合，容纳预热过的气。抗腐蚀体62的另一端由固体栓66所盖住。液-液混合物及预热过的气体在空腔68内反应并通过出口孔36排射出。出口孔36的直径应足够大以不至集聚液体产物而造成堵塞，但又必须足够小以限制排出的液滴在适当的大小范围。

雾化器34（图2）的直径主要由所期望的流速所决定。已发现的最优的操作是当液-液混合物在低压下且接近重力速度导入的情况。因而进口导管60的横面积必须足够大而能适应在此低压所希望的流速。固体塞66的内部边缘70和进口导管60接触点之间的距离必须足够长，以允许液-液混合物在射入之前与预热过的气体相作用;然而，如果该距离太大，那么对于雾化作用来说，所述的作用则不充分。

如果进口导管60的内径平方大约是室腔68内径平方的三分之一至二分之一，且大约是出口孔36直径的一半时，前述的雾化器34（图二）的标准将满意地达到。一个每小时四分之三加仑的分离系统的代表性的尺度是：13/16英寸的距离72，一个直径为1/8英寸的入口导管60，及一个直径为1/4英寸的室腔68。

本发明也可与其它组件相结合以提供一种完整和方便的系统来分离乳化液混合物。图一示出这样一种系统。液-液混合物1的全体量可以通过进口道82运送到一个收集桶80。所述的收集桶80装备有两个电极84和86。它们具有不同的长度。它们用作为双极单程继电器88的相接触物，继电器88控制泵90以及空气螺旋管阀门和空气泵组件92的操作。如果液-液混合物1的来源产生一个适当的气体输出，组件92的泵可以取消。压缩器典型地以适当的压力放出足够量的空气，使得空气螺旋管阀门与压缩器的出口直接相联。

当图1所示的收集桶80的液面高度上升到较短的电极84时，螺旋管迂回线路是完整的（假定液体是可导的），使得继电器88关闭且驱动泵90（其将液-液混合物1从桶80传导到所述分离器设备15的进口）及组件92。分离器设备15内的已分离的液体21具相当高的沸点，通过排出导体管44从出口开口58流出（图1，图2），流入到出口开口48并储存在另一个收集桶96内（图1）。所储存的液体97具相当高的沸点，并从那里取走，做进一步液-液分离，或者当装满时作最后排除。

液-液混合物1蒸发来的气体具有相当低的沸点，它通过排放槽40排到出口开口42（图1，图2），以便通过阀门13排放到所述的凝结工具20中进行收集，凝结及可能再用。

如图1和图2所示，本发明的分离器15装备有一个压力计93和温度计94及94B。

收集桶96装备有一个外流排除阀以紧急时及时将过量的高沸点液体97排放到一个桶（图中未标）中，以及有一个排除阀99和一个阀门18用以排泄液体97以便适当地最终排气。

另一种方法是把从液-液混合物1蒸发来的气体（具有相当低的沸点）通过排放槽40排出到出口开口42及一个阀门11（图1和图2），以便排放到所述的收集桶80进行预热所述液-液混合物1。

在这种条件下，所述的收集桶80除了上述组件外还装放有一预热、凝结工具（组成一收集室16），一个排泄管道10，一个阀9，一个观察管4，一蒸气入口100，一蒸气出口101和一热导管67（其内含有热导毛（未标）及在管外含有热导槽5）。进入所述的蒸气入口100的一部分蒸气开始凝结出液体8，并储存在所述的收集室16中，并可周期性地排掉;而进入所述的蒸气入口100的其余部分蒸气通过蒸气出口101出口，并排放到所述的凝结工具14以凝结。如果不希望有预热和凝结时，所述收集桶80的预热和凝结工具可以是空转、旁路或断路。

在凝结的液体8的液面上升或堵住所述蒸气出口101的情况下，一个空气释放阀3（图1）将自动打开，释放出蒸气压力，并使得所述的蒸气从旁路通过所述收集桶80，并直排放到所述的凝结工具14以便处理。所述的凝结工具14的组成是：一个用来将所述蒸气导入到所述的凝结工具14的入口管，一个绝热墙20，一个绝热顶盖104、一个作收集凝结液体75用的收集室102、一个液体排泄设备74、一个排泻阀73，和一个热交换工具12（相似于商业上已有的热泵）用以同时冷却所述的凝结工具14（图1）和通过所述加热器23（图2）来加热所述分离设备15。

如果蒸发的低沸点组份是无毒的，所述的凝结工具14可以是空运转、旁路或断路。

因而，本发明提供了一个液-液分离的方法和设备，其可以快速蒸发并有效地凝结低沸点液体及收集高沸点液体。本发明保存能量以预热分离的液-液混合物，用池液中的循环热来加热汽体，及绝热整个分离器，慢慢地混合池液和气泡，以便更好地传递热;用一改良的雾化器来有效地产生烟雾来作液-液相转变及分离;重力沉降高沸点液体;蒸发和凝结低沸点液体以及可能再用;收集高沸点液体以适当地最终排出。

如果池液含有一种以上的组份，本发明还可以进一步重复上述步骤来处理残留在所述池液中的液体。

雾化作用是本发明的核心。所述的气体入口工具，内部室腔及用来有效雾化的出口孔的横截面积之间的关系要如此安排使得液体通过所述出口孔排射时产生一烟雾。

通常雾化器气体进口工具的横截面积大约是内部室腔横截面积的三分之一至二分之一，且大约是出口孔横截面积的一半。雾化器的空室腔从气体和液体入口工具沿轴向延伸了一足够长的距离，以助长雾化。所述的排出孔的横载面积是足以缓解堵塞问题。

本发明的一个典型应用是油-TCE（三氯乙烯）的分离。在此处理情况下，非作用性气体是氮气，被蒸发而后凝结的低沸点液体是TCE（图A），而高沸点液体则是油。

水-氯化甲烷的分离是本发明的另一个典型应用。在此处理情况下，非作用性气体是氮气，被蒸发而后在所述凝结器内凝结的低沸点有机液体是氯化甲烷（摄氏40.1度，图A），而在所述分离器设备15之后在收集桶96中收集的高沸点液体（摄氏100度）则是水。

油-水分离是本发明的又一个典型例子。在此情况下，非作用性气体是空气，被蒸发和凝结的低沸点液体是水，而高沸点有机液体则是油。

总之，任何具有不同沸点的液体的混和物可用本发明的方法和设备来分离。

本发明只占有相对小的空间及较低的费用，不要求调节分离器中池液的高度，即减少液-液混合物的体积，因而减少了污染物的体积。表A所列举的具有不同沸点的有机液体以及其它液体（有机或无机的，有毒或无毒的），如果这些液体是混合在一起成为液-液混合物，则可以用本发明的方法和设备来分离。

以上对本发明的描述是根据实施例进行描述的。必须清楚，可以由本领域有经验的技术人员作其它各种变化而不偏离本发明的范围。因而，本发明包含来自发明的真正的精神和范围的所有这样的相同变换。

Claims (20)

1、一种用来从包含大量的一种或多种高沸点液体的液-液混合物里分离出与之不相混溶的少量的一种或多种具低沸点的液体的方法，其特征在于包括如下步骤：

(a)将所述的液-液混合物的整体输送到第一收集桶以便储存及预热液-液混合物；

(b)用电极监测在所述的第一收集桶内的液面的高度；

(c)用继电器来控制液泵、气体压缩器及气体螺旋管阀门的操作；

(d)当所述的第一收集桶装满时，用液泵抽所述第一收集桶内的液-液混合物到液-液分离器设备；

(e)用所述的压缩器来压缩空气，并使压缩空气经过螺旋管阀门到所述的液-液分离器设备，该液-液分离器设备含有一个用以储存池液的绝缘桶，一个加热器，一个底板，几个温度计探针或测量仪器，一个液体入口，一个气体入口，一个热传导气筒，一个热传导气筒分枝，一个雾化器，一个池液外输管，和一个气体排放管；所述的加热器具有热交换器(或相当于热泵之热交换器)用以加热池液；接着，压缩空气被池液所加热；

(f)通过一具有内部热传导毛和外部散热片的热传导气筒来传导热从而用池液来进一步加热上述气体；

(g)通过所述的热传导气筒分枝，使气体在池液中发泡以增进热传导；

(h)所述的加热过的气体和所述的液-液混合物被雾化器所雾化，形成弥雾；

(i)至少一部分高沸点液体成分的液滴从烟雾里由重力沉降，沉降的液滴与所述池液汇合；

(j)从烟雾里蒸发至少一部分低沸点液体成分并形成气体；

(k)从所述气体排放管中排出气体，进入所述的第一收集桶以预热进入的液-液混合物，或进凝结器以凝结该气体成为浓缩的液体而再用，或二者兼之；

(l)将过量的高沸点池液从所述的液体外排管送到第二收集桶；

(m)周期性地将从所述的第二收集桶所收集到的高沸点液体排掉，以适当地最后排除，以及

(n)周期性地将从所述的凝结器中的收集室和从所述的第一收集桶所收集到的低沸点液体排掉。

2、一种能够分离至少含有两种具有不同沸点的液-液混合物的液-液分离设备系统，其特征在于它包括：

（a）一个使得液-液混合物进入液-液分离设备系统的入口工具;

（b）与所述的入口工具相连接的、用来接收、储存并预热液-液混合物的第一收集桶;

（c）第一收集桶内的由不同长度电极组成的监测第一收集桶内的液面的高度的工具;

（d）预热和凝结工具;它由第一收集桶内的一个气体筒，热传导毛，散热片，一个收集室，一个排放设备，一个气体入口，一个气体出口，和第一收集桶外的一个观察筒组成，以便初步凝结气体及预热所述液-液混合物的预热和凝结工具;

（e）含有一个液体入口，一个底部液体排灌，及一个液体溢流排灌的第二收集桶;

（f）一个热隔绝的、装满池液的、安装在所述的第二收集桶之上的用以液-液分离的分离器设备;

（g）一个安装在所述的第一收集桶之上的，用以将液-液混合物从所述的第一收集桶抽出液体并送到分离器设备的液泵;

（h）一个含有阀和气体导管，用以压缩待以传送到所述的分离器设备的气泵组件;

（i）一个与所述电极、液泵、氟泵组件，及至少一个螺圈管相连的并根据第一收集桶内电极发来的信号控制泵抽和阀操作的继电器;

（j）用以将液-液混合物从所述的第一收集桶传送到所述的分离器设备的工具;

（k）用以将预热过的非作用性气氟体传送到所述的分离器设备的工具;

（l）一个在所述的分离器设备之内用以容纳一雾化器以便液-液分离并且用以容纳至少含有该液-液混合物中的第一种成分的沸点比另外至少第二种组分的沸点要低的池液的室腔工具;

（m）在所述的分离器设备之内的加热工具，它用来加热所述的液-液混合物到一高于所述的至少第一种低沸点组分的沸点以上的温度;

（n）在所述的分离器设备之内的热导工具，它用来加热所述的非作用性气体到一高于所述的至少第一种低沸点组份之沸点以上的温度，该热导工具是由热导金属毛、气筒和散热片组成的;

（o）所述的分离器设备之内的用以对池液发气泡以增进热传导的工具;

（p）所述的分离器设备之内的用以合并加热过的气体和液-液混合物，从而形成一弥雾的工具，该工具至少含有所述的雾化器工具;

（q）所述的雾化器工具含有一个气体入口工具，一个液体入口工具，一个位于所述的气体入口工具和液体入口工具的旁边的中空室腔以及一个出口洞;所述的气体入口工具，中空室腔，及出口洞的横截面之间的关系应如此设计而使得当液-气混体通过出口洞喷射时能产生所述的烟雾;

（r）在所述的分离器设备之内的用以气化和收集所述烟雾中的至少第一种成份的工具;

（s）在所述的分离器设备之内的用以重力沉淀所述的至少第二种成份的工具;该工具包含有一用来将所述的至少第二种成分中的至少一部分与所述的池液汇合的工具;

（t）用来抽去分离设备之内的至少第一种气化的成分的气体抽吸工具;

（u）用来抽去分离器设备之内的过剩的至少第二种的成分的液体抽吸工具;

（v）用来测定和控制所述分离器设备之内的池液温度之工具;

（w）用来测定和控制所述分离器设备之内的中空腔室温度和压力的工具;

（x）用来将所述的过剩的至少第二种的组份输送到第二收集桶的工具;

（y）用来将所述的过剩池液从所述的第二收集桶排放开的工具;

（z）一个与所述的分离器设备的气体抽吸工具相连接，用来收集和凝结所述的分离器设备的气化成分的凝结工具;所述的分离器设备由一个气体入口管、一绝缘边墙、一绝缘顶盖、一绝缘底、一用来收集凝结液体的收集室、一用以周期性排灌所述的凝结了的低沸点之液体、几个阀的液体排灌、及一个用来同时冷却所述凝结工具及加热所述的分离器设备内的池液的热交换工具。

3、一种能够分离至少含有两种具有不同沸点的液-液混合物的分离器设备，其特征在于它包括：

（a）一个使得液-液混合物进入所述的分离器设备的入口工具;

（b）一个使得非作用性气体进入所述的分离器设备的气体入口工具;

（c）一个将液-液混合物抽进所述的分离器设备的液体泵工具;

（d）一个当非作用性气体未进入通过气体入口工具之前，用以压缩非作用性气体的气泵组件工具;

（e）一个围绕分离器设备的绝热工具;

（f）一个在所述的分离器设备之内用以容纳一雾化器工具以便液-液分离、且用以容纳至少含有该液-液混合物中的第一种成份的沸点比另外至少第二种成份的沸点要低的池液的室腔工具;

（g）在所述的分离器设备之内用以加热所述的室腔工具使其温度要高于所述的至少第一种低沸点液体成分的沸点的加热工具;

（h）在所述的分离器设备之内用以加热所述的非作用性气体到一高于所述的至少第一种低沸点液体成份的沸点以上的温度的热导工具，该热导工具由是热导金属毛、气筒和散热片组成的;

（i）在所述的分离器设备之内、用以对池液发气泡以增进热传导的工具;

（j）在所述的分离器设备之内、用以合并加热过的气体和液-液混合物从而形成一弥雾的工具;该工具至少含有所述的雾化器工具;

（k）所述的雾化器工具含有一个气体入口工具，一个液体入口工具，一个位于所述的气体入口工具和液体入口工具的旁力的中空室腔，以及一个出口洞;所述的气体入口工具，中空室腔，及出口洞的横截面之间的关系应如此设计使得当液-气混体通过出口洞喷射时能产生所述的烟雾;

（l）在所述的分离器设备内用以气化和收集所述烟雾中的至少第一种成分的工具;

（m）在所述的分离器设备之内用以重力沉淀所述的至少第二种成分的工具;

（n）在所述的分离器设备之内用来将所述的至少第二种成分中的至少一部分与所述的池液汇合的工具;

（o）用来抽去分离器设备之内的至少第一种气化的成分的气体抽吸工具;

（p）用来抽去分离器设备之内的过剩的至少第二种的成分的液体抽吸工具;

（q）用来测定和控制所述分离器设备之内的池液温度的工具;

（r）用来测定和控制所述分离器设备之内的所述腔室温度和压力的工具;以及

（s）一个同时用来加热所述的分离器设备之内的加热工具以及向所述分离器设备外部输送冷却能量的热交换工具。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果池液中的残余的液体含有不止一种组份，那么还可重复步骤（a）至（m），以进一步处理所述的残余的液体。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述非作用性的气体可以是空气、氮气、氦气，或其各种组合。

6、如权利要求2所述的设备，其特征在于非作用性气体，可以是空气、氮气、氦气、或其各种组合。

7、如权利要求3所述的设备，其特征在于所述的非作用性气体，可以是空气、氮气、氦气，或其各种组合。

8、如权利要求1所述方法，其特征在于所述的液-液混合物里的液体成分之一是水。

9、如权利要求2所述的设备，其特征在于所述的液-液混合物里的液体成分之一是水。

10、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的液-液混合物里的液体成分之一是一种有机液体。

11、如权利要求2所述的设备，其特征在于所述的液-液混合物里的液体成分之一是一种有机液体。

12、如权利要求3所述的设备，其特征在于所述的液-液混合物里的液体成分之一是一种有机液体。

13、如权利要求2所述的设备，其特征在于所述的雾化器中的气体进口工具的横截面积大约是内部室腔横截面积的三分之一至二分之一，且大约是出口孔横截面积的一半。

14、如权利要求3所述的设备，其特征在于所述的雾化器中的气体进口工具的横截面积大约是内部室腔横截面积的三分之一至二分之一，且大约是出口孔横截面积的一半。

15、如权利要求2所述的设备，其特征在于雾化器中的中空室腔从气体和液体入口工具沿轴向延伸了一足够长的距离，以助长雾化。

16、如权利要求3所述的设备，其特征在于所述的雾化器中的中空室腔从气体和液体入口工具沿轴向延伸了一足够长的距离，以助长雾化。

17、如权利要求2所述的设备，其特征在于所述的雾化器中的排出孔的横截面积是足以缓解堵塞问题。

18、如权利要求3所述的设备，其特征在于所述的雾化器中的排出孔的横截面积是足以缓解堵塞问题。

19、如权利要求2所述的设备，其特征在于所述的预热和凝结工具可以选择为空运、旁路或断路。

20、如权利要求2所述的设备，其特征在于所述的凝结工具可以选择为空运、旁路或断路。

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