CN1090038C - 包括冷凝机构的组分分离系统 - Google Patents
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Abstract
一种自混合物(16)分离组分的方法和装置,包括一在蒸发液体源上方的高蒸汽浓度区域内的冷凝表面(14)。蒸发液体在该冷凝表面(14)上冷凝。基本上利用毛细管力将冷凝液体从冷凝表面(14)上除去,同时使其保持液体状态。在冷凝表面(14)上形成有许多敞开的槽(20)。这些槽(20)引导冷凝表面(14)上的冷凝液体离开混合物(16)。这些槽(20)可以是满足Concus-Finn不等式的毛细管槽。
Description
技术领域
本发明涉及一种分离组分的系统。具体地说,本发明涉及从一冷凝表面除去液体来分离组分。
本发明技术背景
冷凝是一种在许多工业处理中使用的普通的分离技术。它通常与一传热表面一起使用,该传热表面被控制在一温度上,并从该传热表面上除去一气流中的特殊蒸汽。当蒸汽在这些表面上凝结时,它们形成由液膜、细流或水滴组成的混和物,在重力的作用下,它们流到该表面的最下部,然后以水滴形式从该表面上落下。在大多数情况下,该传热表面必须远离蒸汽的原始高浓度源,以防止水滴重新回到该处理过程中去。将该表面安装在远离原始高浓度源的距离处一般要求冷凝处理在一较低的蒸汽浓度中进行。这将导致低效率,即需要较冷的工作温度,更大的表面积,或降低冷凝速度。
在某些处理过程中,活动系统从该表面上除去冷凝的液体。例如,带有刮刀的转动表面除去冷凝的液膜。这类系统可安装在该表面的附近,由于液体被机械装置除去,故液体不会重新回到处理过程中去。然而,这类系统是复杂的、昂贵的,并具有有限的设计灵活性以适应具体的处理过程。
组分分离系统的一个例子是传统的带涂层基体的干燥机,它将大量气体引导到该带涂层表面,将该液体蒸发,并以蒸汽形式将其除去。在许多情况下,由于环境或经济原因,必须在排到大气中前除去在气流里的蒸汽。冷凝是从气流里除去这些蒸汽的一种普通方法。
使用冷凝的系统通常是大的热交换机或带有刮片的激冷轧辊。它们安装在大容积气体流里远离散热片的地方。通常,热交换机位于大容积气体流里,而表面温度降低到可供蒸汽冷凝的一点,以便从处理过程中将它们除去。
在大容积气体流里的蒸汽浓度必须保持在可燃极限以下,通常是气体流的1-2%。为了在低的蒸汽浓度下获得可接受的分离效果,热交换表面必须很大,而工作温度必须很低,一般在-30℃-0℃范围内。这是非常昂贵的,而且带来若干处理问题,诸如在热交换机表面上形成冰。在提高蒸汽浓度上已耗费了大量的努力,以改进处理效率。其中一个例子是使用惰性气体作气体流,以便增加蒸汽浓度,因为可燃性的限制被消除了。然而,这种方法仍然是非常昂贵的,并产生了另外的处理问题,即限制了它们在工业中的使用。在带涂层表面、或气体/液体交界面处的蒸汽浓度是非常高的,它们在表面的几厘米内迅速减弱。
将热交换表面置于气体/液体交界面的几厘米内对于最大程度的分离效率是十分理想的。冷凝表面通常不能位于靠近该表面的地方,因为在重力的作用下,冷凝液体将回流到该涂层表面。活动系统、诸如带刮刀的转动轧辊可靠近该处理过程,但它们的形状不适合移动基体所要求的平坦表面,而且它们相当复杂和昂贵。因此,需要一种系统,它能够从一组分分离系统的冷凝表面上除去液体。
本发明的简要说明
本发明是一种从一混合物里分离组分的方法和装置。提供一蒸发液体源,而一冷凝表面位于在蒸发液体源上方的一高蒸汽浓度区域内。蒸发的液体在该冷凝表面上冷凝,并从该冷凝表面上除去冷凝的液体,同时,冷凝的液体仍呈液体状态。这种除去基本上只利用毛细管力。
该方法和装置还可能包括从该混合物里蒸发液体,并分离和收集从该混合物里除去的任何液体。
用于这种组分分离系统的冷凝机构包括接受来自混合物的蒸发液体的冷凝表面,以及形成于该冷凝表面上的许多敞开的槽。这些槽引导冷凝表面上的冷凝液体离开混合物。该冷凝表面可以具有小于2米的长度。
这些槽可以是满足Concus-Finn不等式的毛细管槽,并可以互相平行。冷凝表面形状可以根据组分分离处理所要求的物理结构来选择。
本发明提供一种从一混合物里分离组分的装置,包括:一冷凝表面,它位于在蒸发液体源上方的高蒸汽浓度区域内,以接纳来自该混合物的蒸发液体;许多敞开的槽,它们形成于冷凝表面上,以便引导在冷凝表面上的冷凝的液体离开混合物;将来自混合物的蒸发液体冷凝在冷凝表面上的设备;以及将冷凝液体从冷凝表面上除去、同时使冷凝液体保持液体状态的设备。
在所述的装置中,冷凝表面具有小于2米的长度,并满足Concus-Finn不等式。
可利用一边板与冷凝表面接触,以有利于从冷凝表面上除去冷凝液体。
冷凝装置可是一冷凝板,并可包括用来接纳热交换液体的通道。
附图的简要说明
图1是本发明的装置的立体图;
图2是图1中的装置的前视图,带有局部剖视;
图3是沿图1中的3-3线的剖视图。
详细说明
本发明是一种方法和装置,它们能用于包括组分分离的各种生产过程。例如,通过回收溶媒催干涂层是一种可由该系统进行的操作。而蒸馏和流体分离是另一种操作。该系统用来从一气体混合物里分离组分,并通过首先将流体转换成气体或蒸汽而可用来从气体或非气体混合物中分离流体。该方法和装置利用毛细管表面从冷凝表面上除去液体,而该毛细管表面可控制和引导形成于冷凝表面上的液体。
该系统消除了已知的冷凝组分分离方法的缺陷。它使用简单的、无源的毛细管表面从一冷凝表面上除去液体,从而防止液体重新进入工艺过程。可将毛细管表面设计成适合于任何物理形状,以便提供可设计出工艺过程所需要的任何物理形状的灵活性。这将允许热转换表面为了最大的效率而位于蒸汽的高度集中发生源附近。这将允许提供一种无源的、柔软的、廉价的途径来改进在给定的表面面积和温差情况下的冷凝速度。
可使用任何类型的冷凝结构,诸如板形或其它形式,或者是平的、或者不是平的,或者是叶片、管子或其它结构。本申请描述的板形包括固定的或可移动的台板,以及类似的设备。图1-3显示了使用一块台板的装置。该台板具有一冷凝和除去液体的表面,它设置在靠近要分离的混合物的蒸汽源的位置上。
该装置在各种混合物上进行操作。这些混合物可是带有流体涂料的基体,具有组分混合物的液体槽,或其它的、可从其中分离出液体或气体组分的组分混和物。
如图1和2所示,装置10包括一具有一冷凝表面14的冷凝台板12。冷凝表面可置于距盛放在容器17里的混合物16的任何距离处,该混合物作为发生蒸汽源并具有一蒸发表面18--液体从该表面蒸发并使该液体与该混合物里的其它组分分离。来自混合物16的蒸汽经过将在那里冷凝的冷凝表面14。冷凝表面可位于具有较高蒸汽浓度的区域内,诸如在蒸发表面的1米内。
可以是固定的或移动的冷凝台板位于混合物16的上方,但靠近混合物16。冷凝台板12可任意取向。冷凝台板12可在混合物16的上方,在混合物的下面,而且该系统可在台板垂直或处于任何角度时进行操作,只要混合物允许这种取向。
图示的冷凝表面14位于蒸发表面18的上面,并且是平的。然而,冷凝表面14可以是任何形状,并能设计得与所需的工艺相配合。冷凝表面14可置于距混合物16任何距离处。来自混合物16的蒸汽经过它们将在那里冷凝的冷凝表面14。
如图所示,作为毛细管表面的冷凝表面14是平的,但不是光滑的。它具有开放的毛细管沟或槽20,这些沟或槽可用来向台板12的横向两侧输送冷凝液体。边板22位于冷凝表面14的两侧,如图1所示。边板22被显示垂直于冷凝表面14,虽然也可取其它的角度。边板22可以是光滑表面,毛细管表面,多孔介质,或其它表面。
混合物的一侧相对冷凝表面12,混合物的另一侧的可设置任何类型的热源、诸如加热器使液体从混合物16中蒸发。从混合物16中蒸发的液体经过在蒸发表面18和冷凝台板12之间的间隙24,并在冷凝台板12的冷凝表面14上冷凝。冷凝表面14上的槽20利用毛细管力使冷凝液体向边板22移动。此外,其它的毛细管机构也可用来从冷凝台板12的表面14除去冷凝液体,以防止冷凝液体返回到混合物16里。当然,根本不需要从台板上除去冷凝液体,只要从冷凝表面14上除去就可以了,以防止它返回到混合物16里。
当液体到达槽20的端部,它与以一定角度形成于边板22和槽20之间的其它毛细管表面相交。液体聚集在交界面上,重力克服毛细管力,液体作为薄膜或小滴26沿边板22的表面下流。小滴26从各边板22落下,可被收集在一收集装置里,该收集装置可位于罩壳外或罩壳内,只要它们能防止被分离的液体重新返回到混合物里。例如,可环绕各边板22的底边设置一带缝槽的管子28,以便收集液体和将液体引导到一容器里。
冷凝台板12可包括内部通道,诸如孔道。通过一外部装置可冷却或加热一传热液体,并使其在冷凝台板12的通道内循环。
除了毛细管槽20的有效传送速度外,台板在宽度上没有限制。毛细管槽20可设计成为毛细管表面。一毛细管表面被定义为一几何学上的特殊表面,它满足Concus-Finn不等式:α+θs<90°,其中,α是任一角隅的夹角的一半,而θs是气体/液体/固体的静态接触角。该静态接触角由提供给气体里的给定表面材料的液体的表面张力控制。关于毛细管表面的详细讨论可见Lopez de Ramos,A.L.,“在多孔介质中的CO2的毛细管增强扩散”,Tulsa大学Thesis哲学博士(1993)。
利用毛细管表面除去冷凝液体提供了将冷凝表面14靠近高蒸汽浓度源安装的可能性,而该高蒸汽浓度源恰在蒸发表面18的上方。由于蒸发的液体在该表面上冷凝,且不会在重力作用下重新进入处理过程,因此它能够被动地从该处理过程除去。本发明是一种获得较高操作效率的廉价方法,它允许较高的操作温度,较小的表面面积和高的冷凝速度。
Claims (9)
1.一种从混合物(16)里分离组分的方法,它包括:
提供一蒸发液体的源(17);
将冷凝表面(14)安装在蒸发液体的源(17)的上方;
从混合物(16)蒸发液体;
在冷凝表面(14)上冷凝蒸发的液体;以及
只利用毛细管力从冷凝表面(14)上除去冷凝的液体,同时,冷凝的液体保持液体状态。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,除去冷凝液体的步骤包括分离和收集从混合物(16)中除去的任何液体。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,安装步骤包括将冷凝表面(14)安装在距蒸发液体源的蒸发表面(18)的1米距离内。
4.一种用于组分分离系统的冷凝机构,以便从作为蒸发液体源的混合物(16)里除去一种或几种组分,其特征在于,该冷凝机构包括:
一冷凝表面(14),它位于在蒸发液体源上方的高蒸汽浓度区域内,以接纳来自该混合物的蒸发液体;以及
许多敞开的槽(20),它们形成于冷凝表面(14)上,以便引导在冷凝表面上的冷凝的液体离开混合物(16)。
5.如权利要求4所述的冷凝机构,其特征在于,槽(20)是互相平行的毛细管槽,它们满足Concus-Finn不等式。
6.一种从一混合物里分离组分的装置,包括:
一冷凝表面(14),它位于在蒸发液体源上方的高蒸汽浓度区域内,以接纳来自该混合物的蒸发液体;
许多敞开的槽(20),它们形成于冷凝表面(14)上,以便引导在冷凝表面上的冷凝的液体离开混合物(16);
将来自混合物(16)的蒸发液体冷凝在冷凝表面(14)上的设备;以及
将冷凝液体从冷凝表面(14)上除去、同时使冷凝液体保持液体状态的设备。
7.如权利要求6所述的装置,其特征在于,冷凝表面具有小于2米的长度,并满足Concus-Finn不等式。
8.如权利要求6所述的装置,其特征在于,除去冷凝液体的设备包括至少一块与冷凝表面(14)接触的边板(22)。
9.如权利要求6所述的装置,其特征在于,还包括一冷凝板(12),它包括接纳热交换液体的通道,并位于混合物(16)的上方,其中,冷凝表面(14)是冷凝板(12)的一部分。
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