CN109775784A - 通过液体及蒸汽两相混合物对稀释固体进行分离的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过液体及蒸汽两相混合物对稀释固体进行分离的装置和方法，包括罐(1)，该罐容纳带有稀释固体的流体，在其出口具有杂质过滤器(2)；泵(3)，其连接到罐(1)的出口并且构造为提升带有稀释固体的所述流体的压力和温度；以及带有稀释固体的流体的加热区(4)，其包括与载热流体接触的多个管；并且还包括在加热区(4)的出口处连接的会聚及扩散喷嘴(5)，该会聚及扩散喷嘴构造为提高蒸汽及液体两相流体的速度，使得溶解在加热流体中的固体沉淀在固体罐(6)中，同时流体进入冷凝器(7)，然后进入净化流体罐(8)中并且处于液体形式。

Description

通过液体及蒸汽两相混合物对稀释固体进行分离的装置和 方法

技术领域

本发明涉及一种用于分离液体中的稀释固体的方法，允许通过声速附近的流体速度的加速来分离溶解的固体。

背景技术

固体与气体的分离是已知的，向固体和气体的混合物提供旋转运动，使其在固体气体混合物中旋转运动，使其基本上水平地并切向地进入垂直圆柱体(例如旋风分离器)中，气体通过上端从该圆柱体排出，固体通过底部从该圆柱体排出。

为了实现小的固体颗粒(例如催化剂的细固体)的基本上完全的分离，根据需要，例如在催化裂化的过程中，通常需要各种旋流器，即使大部分固体已经在之前的分离阶段(例如通过导向叶片或旋风分离器)被移除。由于其水平进料入口的装置从每个旋风体切向延伸，所以需要一个具有相当大尺寸的外壳(例如反应器容器)来容纳一定数量的旋风分离器。

另外，这些旋风分离器能够放置在反应堆容器的外面，因此它们需要一些复杂的支架来抵抗在相对高的工作温度(例如在旋风分离器内部从400到600℃)存在的压力差。

另外，在这两种情况下，在不同的死区空间中，在保留在这样大的装置中的大量时间内，在所提到的高温下可能发生不希望的焦炭和氢的形成(即，后裂化)，例如含有烃并与重质烃蒸汽分离的催化剂颗粒。

使用具有向下轴向入口的圆柱形旋风分离器用于从气体中分离固体也是已知的。在多个旋风分离器的经典设计中，包含固体的进料流从一侧水平或相对于水平面以小角度(例如小于45度)进入旋风分离器组，如果将该组放置在DED反应器容器内，则需要额外的空间，如上面针对具有切向进料入口的旋流器所评论的那样。此外，这样的布置会导致进料入口和下游旋风分离器之间的压力差，这将导致在不同旋风分离器中含有固体的流体的不均匀分布。

在专利US 3969096的公开中，第一次描述了多入口旋风分离器。所引用专利的公开文件描述了一种旋风分离器，其具有带有多个叶片的气体入口端口，该旋风分离器用于分离悬浮在(汽车)内燃机的废气中的固体颗粒。

尽管如此，专利US 3969096没有提供能够解释多端口旋风分离器在低压降下具有良好收集效率的原因的理论。根据其假设，入口导向叶片将沿着旋风分离器壳体的内壁进入旋风分离器的气流引导成片状气流，从而被拖曳的粒子在分离之前必须行进较短的距离。此外，发明人假定这些片状流在向下和向上螺旋的入口流之间形成更清晰的质量边界，从而使得流动具有形成涡流的较小倾向。如在本申请中所解释的那样，减少涡流的形成降低了使得入口流的速度降低的阻力，从而提高了分离效率。

文献WO-A-9925459揭示了一种用于在流化催化过程中从气流中分离固体的装置。在一个实现中，使用具有多个级联端口的一系列旋风器。在实施方式中，旋风分离器同轴地堆叠在压力壳体的内部。

文献GB-A-1401331公开了一种用于细粒级材料的分级机，其包括同轴放置在单端口旋风分离器内部的多端口旋风分离器。

在上述程序中，固体不溶解在流体中，基于速度的分离程序与离心所用的分离程序类似；然而，在所提出的发明中，实现了溶解即形成均匀溶液的固体的分离，在极端压力和温度条件下将液体的温度升高到其沸点。这使得能够在不进行任何类型的化学处理的情况下纯化液体，并且没有大量的能量消耗，另外由于清洁能源能够得到这些能量。

发明内容

如上所述，本发明的目的是一种方法和装置，其利用了这样的事实：具有溶解的固体成分的流体在高温和高压下通过喷嘴，直到达到接近声速的速度。

流体在通过喷嘴时降低其压力，达到使其在所述温度下达到其蒸汽压力的压降状态，此时固体成分与气态流体分离。因此，固体成分与清洁的蒸汽分开获得，清洁的蒸汽继续其朝向冷凝相进行，在冷凝相下，其液化并且已经被净化。

因此，本发明使用一种系统，通过加速到接近声速的速度来对稀释固体进行分离。这意味着处于液态的流体例如海水以完全物理的方式被净化，没有任何类型的化学处理，没有大的能量消耗，还能够通过清洁能源获得。

在整个说明书和权利要求中，词语“包括”及其变型不旨在排除其他技术特征、添加物、成分或者步骤。对本领域技术人员来说，本发明的其他目的、优势以及特征将部分地体现在本发明的说明书中，部分地体现于本发明的实践。提供以下例子以及附图是为了示意性目的，它们不旨在约束本发明。此外，本发明包含此处陈述的特定优选实施例的所有可能组合。

附图说明

下文中将非常简要地描述一系列附图，这将有助于更好地理解本发明，作为其非限制性例子特别地涉及提出的所述发明的实施例。

图1示出了根据本发明的实施方式的一种净化设备的框图。

具体实施方式

在本发明的一个优选实施方式中，从溶解有固体成分的水中获得饮用水。为此，基于通过液体及蒸汽两相混合物的动力学对稀释的固体进行分离来提出清洁循环。以下内容将被考虑在内：

i、液体的温度必须在压力和温度的极限条件下增高至其沸点。

a.从净化装置所在地的周围环境的任何生态系统(即风能、太阳能或任何其他可再生能源和/或相关的低成本)获得必要的能源；以及

b.与布置为系统循环的热传递物质的主热流体执行热交换。

ii.将蒸汽及液体两相混合物的速度提高到约450米/秒(Mach 0.85)左右的速度，在几毫秒内产生高达60℃的温度变化，立刻将纯净水从盐中分离出来。

该结果导致在出口处获得两种产物的过程：

a)高纯度的清洁水。

b)固态废弃物(例如，海水、食盐)。

在图1中，示出了本发明的分离装置。因此，从不能用于人类消费的水罐1中，流体通过杂质过滤器2，并且通过泵3提升压力，将流体温度升高到不超过253℃的温度。流体随后流向加热区4，在加热区4中，流体借助载热流体被加热，温度不超过275℃。

被加热的流体然后通过会聚及扩散喷嘴5，会聚及扩散喷嘴5将流体加速到接近流体速度(优选地约450m/s)的速度，从而实现液体及蒸汽两相系统的绝热压缩和膨胀。

最后，在每个固体罐6中，固体沉降到底部，而净化水在冷凝器7中冷凝以储存在净化流体罐8中。

在图1所示的实施方式中，存在不同的分离阶段5,6,7，以不同的热梯度(流体的入口温度和出口温度之间的差值)进行再次加工。

在数值上，在图1所示的装置中，质量流量为30l/min，入口和出口之间的热梯度为32.3℃，流体密度为0.78kg/dm3，比热为2510J/Kg，从海水中获得3升/分钟的净化水和105克/分钟的盐，获得的水产生13.35千瓦/升的热平衡。

Claims (6)

1.通过液体及蒸汽两相混合物的动力学对稀释固体进行分离的方法，包括以下阶段：

i)提供来自罐(1)的带有稀释固体的流体；

ii)通过杂质过滤器(2)过滤从所述罐(1)提供的流体，

其特征在于包括以下阶段：

iii)通过以下方式将过滤的流体的压力和温度提高到其沸点：

a、泵(3)；以及

b、加热区(4)，其与载热流体进行热交换；

iv)将上述流体传递通过会聚及扩散喷嘴(5)，使得流体加速到接近声速的速度，以使得液体及蒸汽两相系统产生绝热压缩和膨胀，将悬浮的固体沉到固体罐(6)的底部；以及

v)凝结冷凝器(7)中的气相流体。

2.根据权利要求1所述的通过液体及蒸汽两相混合物的动力学对稀释固体进行分离的方法，其中通过载热液体将温度升高到不超过275℃的温度。

3.根据权利要求1或2所述的通过液体及蒸汽两相混合物的动力学对稀释固体进行分离的方法，其中通过泵(3)将压力和温度升高到不超过253℃的温度。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的通过液体及蒸汽两相混合物的动力学对稀释固体进行分离的方法，其中接近声速的速度为大约450m/s。

5.一种通过液体及蒸汽两相混合物的动力学对稀释固体进行分离的装置，所述装置包括：

a)罐(1)，其容纳带有稀释固体的流体，在其出口具有杂质过滤器(2)；

b)泵(3)，其连接到所述罐(1)的出口，并且构造成提升带有稀释固体的所述流体的压力和温度；

c)带有稀释固体的流体的加热区(4)，其包括与载热流体接触的多个管，其特征在于，

包括在所述加热区(4)的出口处连接的会聚及扩散喷嘴(5)，所述会聚及扩散喷嘴(5)构造为提高蒸汽及液体两相流体的速度，使得溶解在加热流体中的固体沉淀在固体罐(6)中，同时流体进入冷凝器(7)，然后进入净化流体罐(8)中并且处于液体形式。

6.根据权利要求5所述的过液体及蒸汽两相混合物的动力学对稀释固体进行分离的装置，其中载热流体的温度不超过275℃。