CN1142808C - 减少污垢的蒸馏处理 - Google Patents

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Abstract

这里揭示一种用于从含有污染物的流体进给流去除污染物的方法和设备。此方法包括提供进给流(10)和在第一步骤(18)中加热以至少部分去除某些污染物和从浓缩及馏出物生成回收能量的步骤。在一被加热的分离器中在第二加热步骤(20)进一步加热此进给流以生成饱和蒸汽馏分(30)和浓缩流体污染物馏分。蒸汽馏分可被压缩以生成此重沸器交换器中的温度差，此蒸汽馏分被传入与重沸器接触以从该重沸器提供凝结的蒸汽流。使此蒸汽流通过重沸器交换器和被加热分离器循环来维持该流中约1%至约50%质量的蒸汽。此设备包括有结合强制循环(42、44、38)回路的蒸汽压缩器、加热分离器的特定的结构来产生净化结果。

Description

减少污垢的蒸馏处理
本发明是针对高效率水蒸馏处理及其设备，而较具体说本发明是针对使运行设备在长时间运行中污垢和结垢最小的高效水蒸馏处理。
总的说，水蒸馏是汽化纯净水馏出物和恢复含有大量非挥发性成分的浓缩液体的极有效的方法。这种处理方法可成为由受污染源恢复清洁纯净水的有效措施。但是，水蒸馏处理通常存在有数目问题，其中相当重要的是可能使设备遭受来自被蒸馏流体的矿物质或其他成分沾污或结垢。普通的结垢复合物由钙、镁和硅组成。沾污，或者在更大程度上，导热表面的结垢对导热部件的能力产生有害的作用，使得无法进行常规蒸馏处理。
常用的水蒸馏处理的另一普通问题是高能量输入需求。不采取措施来有效地回收输入能量，所需能量将等于一给定压力/温度下的水的汽化的潜热。在这一情况下水蒸馏对于水质补救应用在商业上是不可取的。
在美国专利NO.4566947和法国专利NO.2485979中已提出与本技术有关的先有技术方法措施。这些文献是对利用蒸馏或其他净化技术来去除污染物质的一般性文献且没有涉及为本发明所解决的问题。
为克服应用通常的蒸馏方法中的问题必须考虑几个变量。下列三等式说明一水蒸馏系统中的基本热传导关系；
Q(总量)＝U*A*LMTD                                 (1)
Q(显热)＝m*CP*(T1-T2)                           (2)
Q(潜热)＝m*L                                      (3)
其中：
Q＝所传导热量(BTU hr-1)，
U＝系统传导热的总热导系数即能力(BTU hr-1ft-2F-1)，
A＝导热表面面积(ft2)
LMTD＝系统的对数平均温度差即热势位(F)，
m＝液态或蒸汽状态中的流体质量流(lb hr-1)，
CP＝流体比热(BTU hr-1F-1)，
T1，T2＝进入或退出系统的流体的温度(F)，
L＝汽化或凝结的潜热(BTU lb-1)。
为了能得到一有效的蒸馏系统，由上述等式表示被交换和回收的热量Q必须被最大化，而同时要服从对其余变量和防止结垢和沾污的实际限制。对于一给定的热交换设备中的给定流体和流体动态特性，变量U、CP和L相对说是不变的。因此，为克服涉及到受污染水的蒸馏的问题必须慎重考虑变量A、QA-1、LMTD、m和T1及T2。
为完全克服有关蒸馏受污染水的问题和消除结垢，除上述基本等式外还必须考虑其他的重要因素：
·蒸馏系统内所传导热的速率，被称之为热通量即QA-1(Btu hr-1ft-2)；
·浓缩物中的污染物质水平；
·浓缩物的相对于蒸汽流的饱和温度的最终沸点；
·浓缩物的过饱和程度和析出水平；和
·蒸汽流的蒸发水平。
直至本发明出现之前，连续很长期间不能实现不致引起沾污或结垢的水蒸馏处理能使所传导和回收的热量最大化。
已开发出一种处理过程，它既在能耗上很有效又能解决对被有机物、无机物、金属等等污染的遭污染水的蒸馏中先前所遇到的问题。
本发明在蒸馏技术领域具有实用意义。
本发明是依据二不同概念的结合而被提出的，此二概念先前在现有技术中均已被单个地认识但没有被独特地构成具有本发明取得的协同效果。通过连同一独特构成的强制对流热回收和传导回路一齐应用一通常的蒸汽再压缩回路时发现，根据使热传导最大化和维持所希望的强制对流电路对实践标准蒸馏方法时通常会遭遇的结垢交换器为非传导能获得极为理想的结果。
本发明的一目的是提供用于能取得不会有污染物质而且也不致引起蒸馏设备的任何结垢的净化水馏分的结果的，蒸馏含有机、无机、金属或其他污染化合物的水的提高效率的处理。
本发明的再一目的是提供一种采用重沸器交换器和被加热分离器从含有污染物质的流体进给流中去除污染物的方法，其特征是该方法包括步骤：
a)提供一进给流；
b)加热第一步骤中的进给流以至少部分地从此进给流中去除一些污染物质并自该加热形成的浓缩物和馏出物回收能量；
c)在被加热分离器中加热第二加热步骤中的该进给流以生成一蒸汽馏分和浓缩流体污染物馏分；
d)压缩自步骤c)所得的蒸汽馏分以在重沸器交换器中产生温差；
e)使该蒸汽馏分流入与重沸器交换器接触以自重沸器交换器提供凝结的馏出物；
f)使浓缩物的至少一部分循环通过重沸器交换器和被加热分离器以维持循环质量对蒸汽质量之比为约300对约接近2；和
g)收集基本上没有污染物的凝结馏出物以防止重沸器交换器和被加热分离器的加热表面的结垢形成和沾污。
已经发现，通过将循环质量对被压缩的蒸汽馏分的质量的比例精确地控制在低于300至接近2倍范围内，可实现数个所希望的优点：
1、通过重沸器的蒸发侧循环的浓缩物将包含被精确控制的接近1％至50％的循环浓缩物质量的蒸汽馏分；
2、通过精确控制这一蒸汽馏分，循环浓缩物的温升保持非常低(约1F)和冷热交换表面在接近循环液体的温度下维持湿润。这降低这些表而受污的危险；
3、利用这种受控制的低蒸汽馏分，交换器中的浓缩流体经受一低于1.1的额外的局部浓缩因素，避免局部沉积结垢复合物；
4、当通过重沸器时蒸汽馏分增加和浓缩因素提高，流速显著增加从而降低沾污的危险；
5、通过使得在蒸发的流体中有能受控制的蒸汽馏分，可以不致结垢地通过潜热手段实现显著的热传导；
6、因为重沸器蒸发侧的温升保持非常低，所以维持重沸器的LMTD，从而保持压缩能非常低；和
7、通过调节热流，用于凝结和蒸发的湿表面的温度被维持为接近于饱和流的条件的温度。所经受的蒸发型式将从主要被强制的对流到湿润表面的稳定的集结蒸发的变化。
本发明的一个目的是提供一种用于通过采用一加热的分离器和一热交换器从含有污染物质的进给流中去除污染物质并防止在所述分离器和所述热交换器上沾污和形成结垢的方法，其特征是此方法包括：
a)生成一曝露到被加热分离器的进给流的基本上没有污染物质的蒸汽馏分和一分离的浓缩污染物承载馏分；
b)压缩该蒸汽馏分以将污染物承载馏分的温度提高超过被加热分离器的温度；
c)使该蒸汽馏分流入与热交换器接触以形成冷凝馏出物；和
d)通过以循环质量对蒸汽质量为约300对接近2的比例使浓缩的污染物馏分连续地通过被加热分离器和热交换器循环来维持此分离器和热交换器的加热表面至少与此馏分相接触以防止加热表面的结垢形成和沾污。
本发明的另一目的是提供一种采用重沸器交换器和被加热分离器从含有可挥发和非挥发污染物的流体进给流中去除污染物质的方法，其特征是此方法包括步骤：
a)提供一进给流；
b)加热第一步骤中的进给流以至少部分地去除该进给流中的一些污染物并从自加热所生成的浓缩物和馏出物回收能量；
c)在被加热分离器中加热第二加热步骤中的该进给流以生成蒸汽馏分和浓缩流体污染物馏分；
d)使蒸汽馏分流经一蒸馏塔同时与修补(repair)馏分的馏出物回流相接触；
e)压缩蒸汽馏分以在重沸器交换器中产生温度差；
f)使蒸汽馏分流入与再蒸馏交换器接触以便从重沸器交换器提供凝结馏出物；
g)使凝结馏出物的一部分再循环到蒸馏塔作为馏出物回流；
h)使所述浓缩物的至少一部分通过重沸器交换器和被加热分离器循环以维持循环质量对蒸汽质量为约300对接近2的比例；和
ii)收集基本上没有污染物质的凝结馏出物。在设备方面，本发明的还有一目的是提供一流体处理设备，用于处理包含至少一污染物的进给流以产生不含所述至少一污染物的流出，其特征是该设备组合地包括：
包括有用于加热进给流的第一加热装置的蒸汽再压缩装置；
用于形成一蒸汽馏分和一浓缩物馏分的与第一加热装置作流体交流的被加热分离器装置；
用于压缩蒸汽馏分的压缩器装置；
用于从凝结蒸汽回收潜热的与压缩器装置作流体交流的热交换器装置；和
一强制循环回路，包括有：
泵装置
热交换器装置，该泵装置在被加热分离器装置与交换器装置间作流体交流；和
形成一强制循环回路的在热交换器装置与被加热分离器装置间的流体传送装置。
此泵装置为选择改变通过交换器装置的蒸汽馏分的量而选择改变通过交换器装置的流体的循环速率。
概括地说，和一可行的实施例中，被蒸馏的水加以蒸发并流经一筛网垫以便在进入压缩机前去除任何所夹带的水。压缩机将蒸汽流的压力和温度提高到被加热分离器的压力和温度之上以便能通过重沸器热交换器有效地进行热交换。随后蒸汽流进入重沸器，在此它被作“过热后冷却”而凝结成馏出物。热能被从被加热分离器传送到循环的浓缩物，在此，依靠将循环的浓缩物质量对蒸汽流的质量的比例控制到一低于300对接近2的范围内，在循环的浓缩流中生成小于50％的蒸汽，更精确地是小于10％的蒸汽。这种蒸汽相吸受由气化的潜热转化的热，而同时使循环的浓缩物的温升不会增加到超过约1F。在凝结温度和压力的清洁馏出水通过予热器以回收系统对输入进给流的显热部分。同时，由被加热分离去除浓缩流的一部分来控制所希望的污染物浓度。这种在被加热分离器的温度和压力时的浓缩物泄放流被传送通过一附加的予热器以便将剩余的热能赋与进给流。可采用附加的前或后处理技术作为批或连续处理方法以在蒸馏操作期间去除或包含污染物质，pH控制方法可被用来离子化挥发性成分或改变浓缩物中的溶解度情况以进一步加强主要蒸馏处理。
回收的馏出水可被控制到使其能被再用作为处理水、被再用作为经蒸馏的水、或释放到符合或实际超过所有环培水质标准的自然水库的纯净水平和温度水平。
依据这一处理的宽度方面，此处理可容易地被用于净化工业处理水，例如练油、石油化工、纸浆和造纸、食品、采矿、汽车/其他运输工业和制造工业中的。此外，可予见到应用于地表滤出水、淡化、地下水补救、井水净化、污水池补救、井水净化、污水池补救、油田废水回收、以及产生任何形式的锅炉给水，和从稀释流浓缩珍贵成分。这一列举决不是详尽的，而只作为举例。
在这样描述本发明后，现在参照附图说明优选实施例。
所列附图为：
图1为按照本发明一实施例的整个处理的概略示意图；
图2为图1的替换实施例；
图3为图1的另一替换实施例；
图4说明蒸发部件周围的典型压力和温度条件的概略示意图；
图5为用于系统重沸器交换器的处理凝结/蒸发曲线；
图6表明用于重沸器板/板热交换器的流型的简图；
图7为说明相对于循环流体质量对蒸汽质量之比的循环流体中发生的重沸器中蒸发的水平的图形；
图8为说明以改变蒸汽馏分所导致的重沸器中的局部浓缩效果的图形；和
图9为表示从一蒸馏装置小试得到的测试数据的图形。
现在参看图1说明本发明一实施例。
总体以数字10指出的受污染水进给流被导入总体指明为12的予处理步骤中用于去除不溶物质、挥发物质，和/或进行其他pH或调节步骤以准备进给流10。挥发成分在14被从进给流中排出，同时较少挥发的成分则在16被从进给流放出。退出12的予处理进给流然后流进予热器18以提高进给流的温度以便在引进被加热分离器20前增强显热回收。此进给流可被分成为多个流并流过另一次级显热回收予热器以便使得装置的整体回收潜能最大化。这样的配置将会为熟悉本技术领域的人士理解。此多重予热器可被组构成为单一的多服务予热器或如由18和22表示的分开的单元。分开的进给流在进入被加热分离器20之前被重新结合和加热到接近被加热分离器的温度。如果希望的话，也可将进给流引进强制循环流以便在重沸器中生成局部稀释效应。此被加热分离器可包括一多重分离单元，例如一旋涡分离器。总地由数字22指明的下面部分具有旋涡作用来悬浮浓缩物中的固体物质并如线24所指明的排出被称为的“泄放”即浓缩物。泄放24的速率连续或批量控制被加热分离器20中成分的浓度，由此来调节被加热分离器20中浓缩物的饱和度、过饱和度、随后的固体沉积和沸腾温度。泄放24在被加热分离器20的温度下经线路28通过次级予热器26来对进给流体热回收。泄放流24被降到约3F内的温度以接近在22的进给流。
含有多半饱和的流蒸汽的被加热分离器20的上面部分专用于作蒸汽/液体分离，且可能包含象筛网垫(未图示)这样的特点来从蒸汽流聚结液滴。退出被加热分离器20且总的以线30指明的蒸汽构成环境质量馏分并取决于进给流中存在的成分，可包括适于饮用的水或锅炉质量进给水。此蒸汽被传送进压缩机32以将蒸汽流的压力和温度升高超过被加热分离器20的压力和温度。此蒸汽流可在离开被加热分离器的任何压力，包括真空。该蒸汽在被加热分离器20条件下基本上是饱和的，但如果此浓缩物含足够的浓度的成分时来增高蒸汽的沸点它就可能成为过饱和的。这一概念被称之为沸点升高或BPR，并被理解为压缩可被加以适当地补偿。被赋于蒸汽流的附加能量建立为实现总的以数字34指明的重沸器热交换器听热传导所需的LMTD或热势差。
以数32指明的压缩机或鼓风机可以是本技术领域熟悉人员公知的任一能在蒸汽中导致约3至10Psi压头和流过所希望水平的蒸汽质量的装置。由压缩机32所要求的实际压头通过被加热分离器20中的蒸发条件和重沸器34所需的LMTD对各单元专门地确定。离开压缩机32的蒸汽基本上为过热流。过热程度取决于排放压力和压缩机装置32的效率。
重沸器交换器34的功能是将自压缩机32所接收的压缩蒸汽凝结成自重沸器34通过一以数字36指明的冷凝接收器排出的馏出物。这一步骤俘获蒸汽流的过热和潜热并借助热势差将其接收进以数字38指的浓缩物循环流。接收器36中所聚集的馏出物通常为一特定温度和压力条件下的饱和液体。馏出物中所含的附加显热通过利用泵40使热的馏出物返回流过予热器18而被加以回收，在此，输出流被冷却到在自12输入的进给流中的约3F。
已经发现，通过使用一浓缩物循环泵42以由被加热分离器20通过重沸器交换器34循环一所述量浓缩物，可实现显著的效果而不会有在交换器表面沾污或结垢的危险。循环浓缩物质量的量被特定地选择在低于300至接近2的范围内，由此在退出重沸器交换器34的流38中精确地生成接近1％到低于50％的蒸汽馏分。这一质量流可通过利用一总体由数字44指明的控制装置来加以改变并设定于所希望的参数。更具体说，对退出循环流38的蒸汽馏分所希望的目标在考虑到最大污染的进给流时为小于10％蒸汽馏分。流38中所生成的蒸汽在质量上等于在46通过压缩机并被回收作为馏出物的量。在重沸器交换器34中产生的蒸汽，即使它在质量份额中非常小(约为循环质量的1至10％)，吸收由重沸器34的冷凝侧所传导的热的大部分。蒸汽馏分和冷凝循环速率的选择是降低沾污和结垢中的重要因素。在更大程度上，这一参数对在浓缩物循环流体上建立非常低的温升以维持有效的LMTD而不致在重沸器交换器34中发生温度突然变化是最重要的。任何温升均将迅速消除LMTD而热传导将停止。例如，如果重沸器中循环浓缩物的压力增高以致使流体不能产生一些蒸汽，温度就将通过显热吸收而上升直至不存在LMTD而因此热传导接近停止。浓缩物循环系统的背压由静态和磨擦压头损耗组成，被设计得最小。实际上此背压基本上等于垂直交换器的静态压头损耗，在该交换机的动态压降被使最小时。该循环浓缩物流然后被选择来实现在出口线38中为接近1％到10％蒸汽磨擦。结果温升非常低且LMTD保持在其设计值。
现在参看图2，表明一替换处理方案，它使得来自被加热分离器20的泄放24能被调节直至系统的整体浓缩效果亦即浓缩因子(CF)相对一或多个成分生成过饱和浓缩物以导致沉积。在固定颗粒形成和置入被加热分离器20对，将泄放24流通经过一总体标以数字50的固体/液体分离装置来去除固体颗粒即污泥。作为一替代方案，此固体/液体分离装置50在一滑流或总流配置中可被置于重沸器泵42与交换器34之间。被回收的液体如由52所指示的再次循环回到被加热分离器22并使表示泄放量的一部分再流通经过予热器26作热回收并冷却到约3F。此固体/液体分离装置50可以是本技术领域熟悉人中所知道的任何形式，例如水力旋流器，离心沉淀器，比重沉淀器，离心器，倾注式分离器。这种处理在当主要目的是要回收作为一种固体的复合物或在当此复合物具有重要商业价值时特别吸引人。
再参看图3，表明进一步的处理变型，由此，蒸汽流可包含来自进给流的一特定污染物质的一部分。被加热分离器20被装备有位于压缩机32和压缩机抽吸线30前面的分馏塔54。此分馏塔54被用来使用以数字56指明的与清洁冷却水回流相结合的多阶段分馏和洗出污染物质。此回流可自予热器18或一组合的上流或下流抽出，取决于所需的回流温度。在进给流含有例如象碳氢化合物、甘醇、氨等的挥发物时这一处理变型是吸引人的。
图4说明围绕处理的蒸发部分的各种流的典型的压力和温度的关系。这一讨论采用来自图1到3的数字引用号。虽然通过举例说明特定的处理参数，但它们可修改来适应任何特定的蒸馏应用场合。这一简图表明基于一无沸点升高的流体和运行在稍高于大气压力16psia和212.5F的被加热分离器20的情况。此循环浓缩物温升对于2.5psia的重沸器压降为低于1F。循环流的蒸汽馏分为约10％。围绕重沸器交换器34的条件可作如图5中所示的蒸发/凝结曲线上表明的。在交换器的冷凝侧，过热流在约250F和21.5psia的点C进入，并在约231.8F和21.4psia的点c’在蒸汽的饱和压力时凝结。这一区普通称之为过热后冷却区并占有约交换器表面面积的2％，剩余区为释放冷凝的潜热的面积。由于热交换器的固有压降将会通过交换器34发生压力和温度中的稍许降低。出口条件成为约231.6F和21.4psia。在冷凝侧，表面温度将低于输入蒸汽的饱和温度，由此在热交换表面形成凝结膜。因此将超出湿壁条件产生热传导维持膜的有效温度在蒸汽饱和温度。馏出物将从交换器在点D排出凝结接收器36，保持重沸器没有液体并将全部热交换器表面曝露给冷凝处理。
在蒸发侧，浓缩物在循环泵42之后在约212.5F和18.4psia的点A由底部逆流进入交换器。循环速率被调节得使浓缩物质量的比例至少大于蒸汽率10倍。浓缩流体的温度开始上升到点A’，而后稳定到如点B达到的约213.2F，在此，静压头被克服且压力降到16.1psia。当浓缩物在交换器34中上升时，通过强制对流开始形成蒸汽，吸收所传导的潜热。通过增加蒸发侧的流体质量直到循环质量对蒸汽质量之比进入所希望的范围，将沸腾效果控制在强制对流和稳定集结沸腾区内。因为液体的高物质流，热传导表面在等于新形成蒸汽的饱和温度的温度下维持潮湿的。通过进一步保证对一交换器的流速率(QA-1)低于6000BTVhr-1ft-2，对蒸发侧的温升可被维持低于1F并维持潮湿膜表面，由此离消除结垢的危险。如果流速率太高，瞬时蒸汽加速压降暂时超过可能的静态压头，导致不稳定的暂时回流和潮湿的热传导表面的可能破坏。这可能导致热传导表面的沾污。在6000BTUhr-1ft-2的热通量之下和循环浓缩物质量对蒸汽质量之比低于300的范围内，存在有一液体和蒸汽能在稳定运行中并存的区间并在重沸器的蒸发侧上维持完全潮湿的热传导表面而不会有沾污或结垢的危险。
还参照图6中的点A至D。
图6说明一高效热传导交换器58的立面剖视图，为本技术领域熟悉人员所公知的板和框热交换器，在此，多行垂直堆叠、填实的板60被配置在两个坚固的框62与64之间。这些装置在它们的紧凑的尺寸和具有非常高的U值或整体热传导系数的能力方面是众所周知的。这种被配置作为单一通路的逆流结构的交换器很好地适用于本发明且特别是为执行本发明提供下列的益处：
1、板式交换器对浓缩循环流体或蒸发侧提供低的、固定静压头和非常低的压降，同时具有相对高的热传导系数；
2、通过在一给定框内增加更大的表面面积或板而能容易地调整热通量；
3、板框设计的冷凝侧为自由排出和具有低压降，同时维持一相对高的热传导系数；
4、高效率传导系数使表面温度能非常接近而降低沾污风险的流体流温度；
5、高湍流和同等的高流体速度导致低的沾污并在固体颗粒流经交换器时维持它们为均质悬浮；
6、不存在对板框设计固有的热或冷点及死流区而降低沾污或结垢的危险；
7、板是平滑并作良好抛光而降低沾污危险；和
8、低流体滞留时间降低沉积危险，因为没有足够时间达到平衡和生成结垢污染物质。
更通用的，板式热交换器非常紧凑并能成本合算地设置异型合金板来抵制蒸馏型应用中共有的流体浸蚀和应力腐蚀裂纹。其他型式的交换器，壳体和管道，双管路、翼型管，螺管型，也可被熟悉本技术人员加以考虑，只要能维持本发明的特定需要。
图7为一表明用于循环浓缩物质量流相对于蒸汽质量流的比例的总体标为66的优选设计范围的图形。由约10至100的所希望范围导致低于10％至接近1％的蒸汽馏分。
图8为一表明对有关热交换器内进一步过饱和和沉积的危险的局部浓缩因数CF交换器的得到的冲击。通常，该系统浓缩因数可表示如下：
CF总共＝CF泄放·CF交换器
在被加热分离器中达到稳定状况的浓缩起因于与从被加热分离器的连续泄放相平衡的稳定的去除蒸汽。CF总共的值一般约为低于5至约20倍，取决于进给流中污染物的水平和类型。也取决于离开重沸器的蒸汽质量的水平，确定所得的CF交换器(在1.0与1.1之间)，和泄放效率被调整得使所希望的浓缩水平在重沸器中不被超过。一典型例可说明如下：
·进给流含有20000TDS，希望不超过浓缩物中100000TDS；
·从图7确定最有效质量比例将为20，导致蒸汽馏分为5％；
·从图8确定CF交换器约为1.07。计算得CF总共为(100000/20000)＝5；
·计算得CF泄放为(5/1.07)＝4.7；
·因而被校正的泄放率将为入口进给流的(1/4.7)＝21％。
因而，依靠结合一强制对流热传导系统采用蒸汽再压缩处理，和遵循仔细选择循环系统的质量流对蒸汽质量流的比例低于300至约2，更具体说为约10至100的比例，选择小于6000BTUhr-1ft-2的热通量，管理泄放流以实现所希望的浓缩效果(CF)的步骤，结果将是一在很长运行期间对沾污或结垢不敏感的非常有效的水蒸馏装置。通过将此二公知的处理方案与一独特的热交换结构相结合，和更具体地说，设计带有现有技术先前未告知的特定浓缩物循环比，使得本发明能提供一没有沾污和结垢风险的蒸馏无污染物质的水的有效方法。
下列示例用于解择本发明。
示例1
这一示例计算是论证围绕重沸器交换器的热平衡的手段。此例表述一被设计来由受污染源回收53000USGPD的清洁馏出物的蒸馏装置的设计基础。交换器信息
表面面积 3,200ft2
类型 填实的板—框
U 542BTUhr-1ft-2F-1
被校正LMTD 10.33F
计算的服务能率 (3,200)*(542)*(10.33)
17,908,217BTUhr-1
计算的热通量 (17908，217)/(3200)
5596BTUhr-1ft-2
冷凝侧
入口条件 250F(a 21.5psia(过热的)
出口条件 231.6F(a 21.4psia
饱和凝结温度 231.8F(a 21.5psia
冷凝的潜热 957.6BTUlb-1@21.5psia
流通量 36.7Usgpm＝18.352lb hr-1
Q过热后冷却 (18.352)*(1.0)*(250-231.8)
334,006BTUhr-1
Q冷凝 (17,908,217-334，006)
17,574,211BTUhr-1
计算通量 (17,574,211)/(957.6)
18,352lb hr-1
蒸发侧
入口条件 212.5F(a 18.6psia
出口条件 213.2(a 16.1psea
蒸发的潜热 968.7
循环质量对蒸汽质量之比 10
浓缩循环速率 370Usgpm
184,926lb hr-1
蒸汽流 18,352lb hr-1
百分数蒸汽 (18,352/184,926)＝10％
Q蒸发 (18,352)*(968.7)
17,778,769BTUhr-1
Q可感 (184,926)*(1.0)*(213.2-212.5)
129,448BTUhr-1
Q总共 (17,775,747)+(129,448)
17,908,217BTUhr-1
此例说明，循环流体中所生成的10％蒸汽馏分将俘获自冷凝侧传导的99％的热并增加循环流体温度小于1F，即使存在有10倍的循环液体的物质亦然。
示例2
制造了一设计为从一地表浸出污水池回收10000Usgpd清洁馏出物的样机装置。对此装置进行了延长期间的测试并在此期间收集了详细的性能测试数据。此小试装置成功地运行了被延长的4个月期间且依据检查在重沸器和被加热分离器中沾污可忽略不计。在此小试装置测试时所用的设备包括有一提供3.0psi差压的SpencerTM Model GF36204E鼓风机压缩机。在测试期间应用了标准的单通，板—板热交换器。
此浸出的进给、经浓缩的泄放：和被处理的污水特征如下：
 参数   单位 浸出进给(2) 泄放近10％(2) 处理的污水(2)
 BOD  Mg l-1 26  88 ＜10
 COD  Mg l-1 277  1,207 11
 TOC  Mg l-1 59  549 .6
 TSS  Mg l-1 33  145 ＜2
 VSS  Mg l-1 15  29 ＜2
 TDS  Mg l-1 5,473  53,000 ＜50
 钙  Mg l-1 96  435 ＜0.05
 镁  Mg l-1 228  1,990 ＜0.05
 钠  Mg l-1 550  4,650 ＜2
 铁  Mg l-1 5  469 6
 总P  Mg l-1 1.5  1.5 ＜0.01
 作为N的氨  Mg l-1 53  124 0.38(1)
 作为CaCO3的总含碱量  Mg l-1 2,353  2,930 1
氯化物 Mg l-1  217  784  0.2
硫酸盐 Mg l-1  350  20,000  ＜2
总的酚 Mg l-1  0.08  0.45  .017
总的大肠杆菌 Col/100cc  673  ＜3  0
染料 TCU  166  800  ＜5
浊度 NTU  131  220  0.1
注：(1)为控制氨的PH预处理调节
(2)值被示为测试期间的平均值
污水是这样质量的水，即可被排放到地表水体的实际超过所有受规章限制的指标的水。压缩机功率消耗被对各性能进行了测量、记录、包括压缩机关闭和再循环情况。被测量功率消耗在图9被以曲线表示作为对不同馏出物流的每1000Usgal的功率消耗。对流动范围上的压缩机的低效率进行了测试数据曲线的校正并获得50KW-hr/1000Usgal的均匀功率消耗值。改虑到标准压缩机效率约为77％，用于高效蒸馏装置所需的功率消耗约65KW-hr/1000Usgal。平均约为整个测试周期的进给流的10％的泄出流使得4平均浓缩因数(CF)为10。在测试之后进行了目测检查，表明被加热分离器和重沸器设备中无结垢迹象。
在此设备在该系统中的可利用性方面，本技术领域人员将容易理解被加热分离器、予热器、重沸器、泵、压缩机/鼓风机等的何种示例将是最希望的。不脱离本发明的范畴的其他变型将会容易地看到。
虽然以上说明了本发明的实施例，但它并不局限于此，对于熟悉本技术领域的人士来说将很显见，在不背离所要求的和被描述的发明的精神、性质和范畴的情况下为数众多的变型均构成本发明的部分。

Claims (22)

1.一种采用一重沸器交换器和被加热分离器从含有污染物质的流体进给流中去除污染物的方法，其特征在于此方法包括步骤：
a)提供一进给流；
b)加热第一步骤中的所述进给流以至少部分地从所述进给流去除一些所述污染物质并从自所述加热形成的浓缩物和馏出物回收能量；
c)在所述被加热分离器中加热第二加热步骤中的所述进给流以生成蒸汽馏分和浓缩流体污染物馏分；
d)压缩自步骤c)得的所述蒸汽馏分以在所述重沸器交换器中生成温差；
e)使所述蒸汽馏分流入与所述重沸器交换器接触以从所述重沸器交换器提供凝结的馏出物；
f)通过所述重沸器交换器和所述被加热分离器循环至少一部分所述浓缩物以维持循环质量对蒸汽质量之比为约300对约接近2；和
g)收集基本上没有污染物质的凝结馏出物以防止所述重沸器交换器和所述被加热分离器的被加热表面的结垢形成和沾污。
2.权利要求1中所述方法，其特征是此方法还包括有由所述被加热分离器去除至少一部分所述浓缩物以控制所述污染物水平的步骤。
3.权利要求1中所述方法，其特征是此方法还包括改变所述浓缩物的循环速率的步骤。
4.权利要求3中所述方法，其特征是所述浓缩物的所述循环速率被循环维持从约1％到约50％质量的蒸汽。
5.权利要求1中所述方法，其特征是所述进给流在加热前服从一予处理协议。
6.权利要求5中所述方法，其特征是所述予处理协议包括有过滤、离子交换、蒸馏、沉淀和蒸发中至少一个。
7.权利要求1中所述方法，其特征是还包括有再循环所述浓缩流体污染物馏分的步骤。
8.权利要求1中所述方法，其特征是还包括有通过压缩提高所述蒸汽馏分温度的步骤。
9.权利要求8中所述方法，其特征是在压缩后的所述蒸汽馏分的所述温度大于所述被加热分离器中的所述蒸汽馏分的温度。
10.权利要求1中所述方法，其特征是还包括有使所述凝结蒸汽服从后处理协议的步骤。
11.权利要求10中所述方法，其特征是所述后处理协议包括有过滤、离子交换、蒸馏、沉淀和蒸发中至少一个。
12.权利要求11中所述方法，其特征是还包括有将凝结蒸汽再循环到所述第一步骤以便从所述进给流抽取热量的步骤。
13.权利要求1中所述方法，其特征是在步骤e)后还包括有步骤：
a)使所述浓缩物过饱和以便沉积至少一种被选择固体；
b)过滤所述浓缩物；和
c)回收所述至少一种被选择固体。
14.权利要求1中所述方法，其特征是所述循环步骤在所述被加热分离器和所述重沸器的被加热表面上保持湿度以降低结垢形成和沾污。
15.一种通过采用被加热分离器和热交换器从含有污染物质的进给流中去除污染物并防止所述分离器和所述热交换器上的沾污和形成结垢的方法，其特征在于此方法包括：
a)生成曝露给所述被加热分离器的所述进给流的基本上没有污染物的蒸汽馏分和分离的浓缩污染物承载馏分；
b)压缩所述蒸汽馏分以提高所述污染物承载馏分的温度超过所述被加热分离器的温度；
c)使所述蒸汽馏分流入与所述热交换器接触以形成凝结馏出物；和
d)通过以循环质量对蒸汽质量为约300接近2的比例使所述浓缩污染物馏分连续通过所述分离器和所述热交换器循环来维持所述被加热分离器和所述热交换器的加热表面至少与所述馏分相接触以防止所述加热表面的结垢形成和沾污。
16.权利要求15中所述方法，其特征是所述循环质量含有约10％质量浓度的蒸汽。
17.权利要求15中所述方法，其特征是所述蒸汽在一板一板式热交换器中进行冷凝。
18、一种采用重沸器交换器和被加热分离器从含有可挥发和非挥发性污染物质的流体进给流中去除污染物质的方法，其特征在于此方法包括步骤；
a)提供一进给流；
b)加热第一步骤中的所述进给流以从所述进给流中至少部分地去除一些所述污染物并从自所述加热生成的浓缩物和馏出物加收能量；
c)在所述被加热分离器中加热第二加热步骤中的所述进给流以生成蒸汽馏分和浓缩流体污染物馏分；
d)使所述蒸汽馏分流过一蒸馏塔同时与所述修补馏分的馏出物回流相接触；
e)压缩所述蒸汽馏分以在所述重沸器交换器中生成温差；
f)使所述蒸汽馏分流入与所述重沸器交换器接触以从所述重沸器交换器提供凝结的馏出物；
g)再循环所述凝结的馏出物的一部分到所述蒸馏塔作为馏出物回流；
h)使至少一部分所述浓缩物循环通过所述重沸器交换器和所述被加热分离器以维持循环质量对蒸汽质量的比例为约300对约接近2；和
i)收集基本上没有所述污染物的所述凝结的馏出物。
19.一种实施权利要求1所述方法的流体处理设备，用于处理含有至少一种污染物质的进给流以产生没有所述至少一污染物质的废液，其特征是此设备组合地包括有：
包括有用于加热所述进给流的第一加热装置的蒸汽再压缩装置；
与所述第一加热装置作流体交流的用于形成一蒸汽馏分和一浓缩馏分的被加热分离器装置；
用于压缩所述蒸汽馏分的压缩器装置；
与所述压缩器装置作流体交流的用于从凝结的蒸汽回收潜热的热交换器装置；和
一强制循环回路，包括有：
泵装置；
热交换器装置，所述泵装置在所述被加热分离器装置与所述交换器装置之间作流体交流；
形成一强制循环回路的所述热交换器装置与所述被加热分离器装置之间的流体交流装置；
所述泵装置为选择地改变通过所述交换器装置的蒸汽馏分量而选择地改变通过交换器装置的流体循环速率。
20.权利要求19中所述设备，其特征是所述设备是自清洁的。
21.权利要求19中所述设备，其特征是所述泵装置连续地循环所述流体以保持所述流体中的从约1％到约50％质量的蒸汽。
22.权利要求19中所述设备，其特征是所述被加热分离器装置形成一基本上无污染物的蒸汽馏分和一浓缩的污染物馏分。
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