CN110857227A - 蒸馏系统 - Google Patents

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Abstract

一种蒸馏系统至少包含以下部件。一蒸馏桶用以容纳一待蒸馏液体。一热交换器位于蒸馏桶内。一热泵系统用以输出一传热介质经热交换器以加热待蒸馏液体。一第一温度感测器用以量测待蒸馏液体的温度。一第二温度感测器用以量测位于热交换器内的传热介质的温度。一控制器连接至第一温度感测器与第二温度感测器,借以计算出第一温度感测器、第二温度感测器所量测的温度差,进而监控温度差的变化并决定换液时机。

Description

蒸馏系统
技术领域
本发明是关于一种蒸馏系统,特别是关于一种真空蒸馏系统。
背景技术
工业废水处理因环保法规日益趋严,使得处理成本不断的提高,例如使用蒸馏方式处理废水需耗费大量电能。为了节约废水处理耗能问题,不断的改良废水蒸馏设备,使废水蒸馏处理的过程效能不断提高,但废水蒸馏的控制程序仍需不断的最佳化,使废水蒸馏的整体耗能持续减少。
发明内容
本发明提出一种创新的蒸馏系统,解决先前技术的问题。
于本发明的一实施例中,一种蒸馏系统至少包含以下部件。一蒸馏桶用以容纳一待蒸馏液体。一热交换器位于蒸馏桶内。一热泵系统用以输出一传热介质经热交换器以加热待蒸馏液体。一第一温度感测器用以量测待蒸馏液体的温度。一第二温度感测器用以量测位于热交换器内的传热介质的温度。一控制器连接至第一温度感测器与第二温度感测器,借以计算出第一温度感测器、第二温度感测器所量测的温度差。
于本发明的一实施例中,传热介质为一冷媒。
于本发明的一实施例中,热泵系统包含一加热加压装置,用以加热传热介质转换成气态。
于本发明的一实施例中,蒸馏系统还包含一真空泵连接至蒸馏桶,真空泵用以降低待蒸馏液体的沸点。
于本发明的一实施例中,蒸馏系统还包含一液气分离器连接于蒸馏桶与真空泵之间。
于本发明的一实施例中,蒸馏桶具有一泄液阀。
于本发明的一实施例中,控制器用以于第一温度感测器、第二温度感测器所量测的温度差到达或大于一预定值时,开启泄液阀以泄出蒸馏桶内的待蒸馏液体。
于本发明的一实施例中,上述温度差的预定值为15℃。
于本发明的一实施例中,蒸馏系统还包含一第三温度感测器,用以量测热泵系统所输出的传热介质的温度,控制器用以于第三温度感测器所量测该传热介质的温度到达一预定范围时,开启该泄液阀以泄出该蒸馏桶内的该待蒸馏液体。
于本发明的一实施例中,上述传热介质的温度的预定范围为90℃~115℃。
综上所述,本发明的蒸馏系统通过待蒸馏液体与热交换器内传热介质的温度差值以决定换液时机,并设置一第一温度感测器以量测待蒸馏液体的温度,设置一第二温度感测器以量测位于热交换器内的传热介质的温度。另设置一控制器连接至第一温度感测器与第二温度感测器,借以计算出第一温度感测器、第二温度感测器所量测的温度差,进而监控温度差的变化并决定换液时机。
以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述,并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂,所附附图的说明如下:
图1是绘示依照本发明一实施例的一种蒸馏系统的平面示意图;以及
图2是绘示依照本发明一实施例的一种蒸馏系统的阶段图。
具体实施方式
为了使本发明的叙述更加详尽与完备,可参照所附的附图及以下所述各种实施例,附图中相同的号码代表相同或相似的元件。另一方面,众所周知的元件与阶段并未描述于实施例中,以避免对本发明造成不必要的限制。
于实施方式与权利要求书中,除非内文中对于冠词有所特别限定,否则“一”与“该”可泛指单一个或复数个。
请同时参照图1、图2,图1绘示依照本发明一实施例的一种蒸馏系统的平面示意图;图2是绘示依照本发明一实施例的一种蒸馏系统的阶段图。
蒸馏系统100包含一蒸馏桶102用以容纳一待蒸馏液体120。待蒸馏液体120包含欲蒸馏的部分和欲留存的部分。若以工业废水为例,待蒸馏液体包含欲蒸馏的水和欲留存的废料、杂质等。然而,本蒸馏系统并不以蒸馏工业废水为限。
蒸馏系统100包含一热交换器105,其位于蒸馏桶102内。热交换器105用以允许传热介质循环于内,而能加热蒸馏桶102内的待蒸馏液体120。
蒸馏系统100包含一热泵系统150,其用以加热、输出传热介质经热交换器105以加热蒸馏桶102内的待蒸馏液体120。热泵系统150包含一加热加压装置150a、一输入管150b、一输出管150c以及一蒸发器150d。加热加压装置150a用以作功W至传热介质,亦即针对传热介质加热加压,并经输入管150b将传热介质传输至热交换器105。传热介质透过热交换器105将热量QH传递至较低温的待蒸馏液体120,亦使传热介质降温由气态转变成液态。热交换器105亦可视为传热介质的冷凝器。接着,传热介质经膨胀阀150e经输出管150c输出至蒸发器150d。蒸发器150d用以从冷凝装置108获得的热量QL将传热介质再由液态转换成气态,再循环回加热加压装置150a。加热加压装置150a可包含一加压泵与一电加热装置等,但不以此为限。
在本案实施例中,传热介质可以是一种冷媒,但不以此为限。冷媒泛指各种热机中借以完成能量转化的媒介物质,这些物质通常以可逆的相变(如气-液相变)来增大功率。
蒸馏系统100包含一真空泵106透过冷凝装置108、液气分离器104连接至蒸馏桶102,真空泵106用以降低待蒸馏液体120的沸点,使得待蒸馏液体120于较低的沸点即能气化蒸馏,进而节省加热待蒸馏液体所需的能量。在本案的实施例中,蒸馏桶102经真空泵106降低后的内部压力保持在-60kPa~-100kPa或-80kPa~-96kPa的范围,但不以此为限。
蒸馏桶102具有一真空破坏阀102d,借以控制蒸馏桶102内的负压状态。
蒸馏系统100还包含一液气分离器104连接于蒸馏桶102与冷凝装置108之间。液气分离器104的蒸气输入口104a连接至蒸馏桶102的蒸气出口102e。液气分离器104的气体输出口104b连接至冷凝装置108,借以将蒸馏的气体再冷凝回液态,蒸馏的气体冷凝回液态所释出的热量QL,能提供蒸发器150d的热能需求。液气分离器104的液体输出口104c则再接回蒸馏桶102。液气分离器104用以分离出蒸气中的液体,再流回蒸馏桶102内。
蒸馏桶102具有一补液口102b,另设有一补液阀102c于补液口102b,借以控制工业废水是否通过补液口102b补充至蒸馏桶102内。
蒸馏系统100于蒸馏工业废水可粗分为两个阶段(请参照图2中的阶段202、204),在初期的阶段202时会透过补液阀102c不断加入工业废水到蒸馏桶102。随着蒸馏时间加长,蒸馏桶102内的废料、杂质不断累积,而使欲蒸馏的部分占蒸馏桶内总待蒸馏液体的比例不断递减,使得单位时间能蒸馏输出的蒸气量亦不断递减。在阶段204时,需要通过泄液阀102a将蒸馏桶102的高浓度待蒸馏液体120泄完,才能再回到阶段202透过补液阀102c不断加入工业废水到蒸馏桶102,使蒸馏桶102容纳废料、杂质含量较低的工业废水,单位时间能蒸馏输出的蒸气才能维持在较高的量。
目前蒸馏系统是以浓度计测量蒸馏桶102内待蒸馏液体120的浓度以决定蒸馏桶102整桶换液的时机。然而,浓度计的购置成本较高,部分使用者不愿购置浓度计,只能通过经验法则决定蒸馏桶102整桶换液的时机,但因工业废水的种类、浓度不一,经验法则决定的换液时机不准确率过高。若换液过度频繁,换液耗费时间过多增加运作成本,若换液频率太低,则使蒸馏液体于高浓度下蒸馏效率不佳。换液时机影响蒸馏系统的废水蒸馏的整体耗能。
本发明观察蒸馏系统的运作参数,发现到蒸馏桶102的待蒸馏液体120于较高浓度时,待蒸馏液体与热交换器105内传热介质的温度差值会越趋扩大。
基于上述的发现,设置一第一温度感测器140a于蒸馏桶102内,用以量测待蒸馏液体120的温度,设置一第二温度感测器140b于热交换器105,用以量测位于热交换器105内的传热介质的温度。另设置一控制器140连接至第一温度感测器140a与第二温度感测器140b,借以计算出第一、二温度感测器所量测的温度差,进而监控温度差的变化。
在本案的实施例中,第一、二温度感测器所量测的温度差在0~15℃的范围时(例如温度差是10℃),适用于进行上述的阶段202,即透过补液阀102c不断加入废水到蒸馏桶102。补充废水时机亦可以全自动化执行,即将控制器140连接至补液阀102c控制其开关。例如,控制器140可于第一、二温度感测器所量测的温度差超过10℃时开启补液阀102c补充废水,但本发明不以此为限。然而,因传热介质、蒸馏桶容量、热交换器效能、热泵系统功率等因素的不同,上述温度仅供参考,并无法适用于不同的蒸馏系统。
蒸馏系统的监控者可于第一、二温度感测器(140a、140b)所量测的温度差扩大至某预定值时(例如第一、二温度感测器所量测的温度差是高于或等于15℃的某预定值),手动开启泄液阀102a以泄光蒸馏桶102内的待蒸馏液体120。
上述换液时机亦可以全自动化执行,即将控制器140连接至泄液阀102a控制其开关。控制器140用以于第一、二温度感测器所量测的温度差扩大至某预定值时,开启泄液阀102a以泄光蒸馏桶102内的待蒸馏液体120。
另一种决定整桶换液的时机,可以是量测热泵系统150所输出的传热介质的温度。设置一第三温度感测器140c于热泵系统150的传热介质输出口,借以量测传热介质的温度。当前述第一、二温度感测器所量测的温度差扩大时,第三温度感测器140c所量测传热介质的温度亦会不断提高。在本案的实施例中,当第三温度感测器140c所量测传热介质的温度到达90℃~115℃的范围时,手动开启泄液阀102a以泄光蒸馏桶102内的待蒸馏液体120。
上述换液时机亦可以全自动化执行,即将控制器140连接至泄液阀102a控制其开关。控制器140用以于第三温度感测器140c所量测传热介质的温度到达至某预定范围时,开启泄液阀102a以泄光蒸馏桶102内的待蒸馏液体120。
在本发明的蒸馏系统中,当待蒸馏液体120浓度升高时,亦即含水量下降,此时水分蒸发量减少导致待蒸馏液体温度上升,进而造成传热介质的冷凝压力上升。另在待蒸馏液体120浓度越高时,亦会因水分蒸发量减少,造成蒸发器105d从冷凝装置108获得的热量QL降低。当QL降低时,蒸发器105d的输出压力Pe变小且从热泵系统150输出的传热介质压力Pc不变的情形下,造成本发明的蒸馏系统的压缩比(Pc/Pe)变大,从热泵系统150输出的传热介质温度也随着变大。如果要降低蒸馏系统的压缩比,就必须要提高从热泵系统150输出的传热介质压力Pc,即提高从热泵系统150输出的传热介质温度。再者,依照QH=QL+W的运作原则,当QL降低时,为保持送入蒸发桶102的热量QH一致,必须要增加热泵系统的作功W,即提高从热泵系统150输出的传热介质压力Pc,也是提高从热泵系统150输出的传热介质温度,因此当待蒸馏液体120浓度升高时,第三温度感测器140c所量测传热介质的温度亦会不断提高,亦或前述第一、二温度感测器(140a、140b)所量测的温度差亦会不断扩大。
蒸馏桶102的负压或真空状态可能妨碍泄液阀102a泄光蒸馏桶102内的待蒸馏液体120,因此控制器140可以连接至真空破坏阀102d及/或真空泵106控制其开关。控制器140用以于第一、二温度感测器所量测的温度差扩大至某预定值时,停止真空泵106运作,并开启真空破坏阀102d及泄液阀102a以泄光蒸馏桶102内的待蒸馏液体120。
关于换液时机,本发明提供两种温度差条件。第一种是第一、二温度感测器所量测的某较高的温度差范围;另一种是传热介质于高压温度下(即第三温度感测器140c所量测的传热介质的温度),第一、二温度感测器所量测的某较高的温度差范围。上述两种温度差条件均表示待蒸馏液体与热交换器之间的热交换效率处于较差的状况,使废水蒸馏的整体耗能提高。虽然提供上述两种温度差条件,本发明仍不以此作为换液时机为限。
综上所述,本发明的蒸馏系统通过待蒸馏液体与热交换器内传热介质的温度差值以决定换液时机,并设置一第一温度感测器以量测待蒸馏液体的温度,设置一第二温度感测器以量测位于热交换器内的传热介质的温度。另设置一控制器连接至第一温度感测器与第二温度感测器,借以计算出第一、二温度感测器所量测的温度差,进而监控温度差的变化并决定换液时机。
虽然本发明已以实施方式揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟悉此技艺者,于不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种蒸馏系统,其特征在于,包含:
一蒸馏桶,用以容纳一待蒸馏液体;
一热交换器,位于该蒸馏桶内;
一热泵系统,用以输出一传热介质经该热交换器以加热该待蒸馏液体;
一第一温度感测器,用以量测该待蒸馏液体的温度;
一第二温度感测器,用以量测位于该热交换器内的该传热介质的温度;以及
一控制器,连接至该第一温度感测器与该第二温度感测器,借以计算出该第一温度感测器、该第二温度感测器所量测的温度差。
2.根据权利要求1所述的蒸馏系统,其特征在于,该传热介质为一冷媒。
3.根据权利要求1所述的蒸馏系统,其特征在于,该热泵系统包含一加热加压装置,用以加热该传热介质转换成气态。
4.根据权利要求1所述的蒸馏系统,其特征在于,还包含一真空泵连接至蒸馏桶,该真空泵用以降低该待蒸馏液体的沸点。
5.根据权利要求1所述的蒸馏系统,其特征在于,还包含一液气分离器连接于该蒸馏桶与该真空泵之间。
6.根据权利要求1所述的蒸馏系统,其特征在于,该蒸馏桶具有一泄液阀。
7.根据权利要求6所述的蒸馏系统,其特征在于,该控制器用以于该第一温度感测器、该第二温度感测器所量测的温度差到达或大于一预定值时,开启该泄液阀以泄出该蒸馏桶内的该待蒸馏液体。
8.根据权利要求7所述的蒸馏系统,其特征在于,该预定值为15℃。
9.根据权利要求6所述的蒸馏系统,其特征在于,还包含一第三温度感测器,用以量测该热泵系统所输出的该传热介质的温度,该控制器用以于该第三温度感测器所量测该传热介质的温度到达一预定范围时,开启该泄液阀以泄出该蒸馏桶内的该待蒸馏液体。
10.根据权利要求9所述的蒸馏系统,其特征在于,该预定范围为90℃~115℃。
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