FI65376C - Foerfarande foer destillation av vaetskor och anlaeggning foergenomfoerande av foerfarandet - Google Patents

Description

EHÄTTI Γβΐ «i^UULUTUSJULKAISU / r 7π / ήΒΓα lBJ 01) utlAggningsskaift ODO/0 1¾¾ c (45) raU.UL uyö^tty 10 03 1934 ^ ^ (51) Kv.lto /IntCl/* B ΟΊ D 3/00 (21) Pttenttlhtkemu* — Pitenuru6kning 7Ö2784 (22) H»k«ml»pilvi — Ansöknlngsdag 12.09-78 ^® ^ (23) Alkupllvt — Glltlghetsdtg 12.09.78 (41) Tullut luikituksi — Bllvlt offemllg j_3.03.79

Patentti- ja rekisterihallitu· .... ........ , , . .....

_ 1 (44) NUtavIktlptnon |t kuuLlulkuitun pvm. —

Patent· och reglstentyreleen Anaeiun uthgd och uti.tkrtfun puMlcmd 31.01.8k (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begird prlorttet 12.09.77

Ruot si-Sverige(SE) 7710213-5 (71)(72) Risto Saari, Harjula, 02l*U0 Luoma, Suomi-Finland.(FI) (7*0 Forssan & Salomaa Oy (5^) Menetelmä nesteiden tislaamiseksi ja laite menetelmän toteuttamiseksi - Förfarande för destination av vätskor och anläggning för genomförande av förfarandet

Keksinnön kohteena on menetelmä nesteiden tislaamiseksi ainakin kahdessa peräkkäisessä tislausyksikössä, jotka toimivat eri lämpötilatasoilla, jossa menetelmässä kussakin mainituista tislausyksiköistä tislattava neste höyrys-tetään ja muodostunut höyry lauhdutetaan tisleeksi lämmönvaihdossa seuraa-vassa alemmalla lämpötilatasolla toimivassa tislausyksikössä virtaavan nesteen kanssa, jossa menetelmässä ainakin yhdessä mainituista tislausyksiköistä tislattava neste höyrystetään ja vastaavasti lauhdutetaan ainakin kahdessa tislausvaiheessa ja jossa menetelmässä kunkin tislausyksikön mainituissa tislausvaiheissa tislattava neste johdetaan edellisen tislausvaiheen höyrystimestä seuraavan tislausvaiheen höyrystimeen, jossa vallitseva paine on almepi kuin mainitun edellisen tislausvaiheen höyrystimessä vallitseva paine, jolloin mainitun höyristimen läpivirtaava tislattava neste jäähtyy virratessaan edellisestä tislausvaiheesta seuraavaan tislausvaiheeseen.

Keksinnön kohteena on myös laite keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi.

2 65376

Nykyisin yleisesti käytössä olevat, erityiset! meriveden tislaukseen kehitetyt tislausmenetelmät ovat ns. pystyputkihaihdutus ja monivaihelaajennus-tislaus. Näillä kummallakin aikaisemmin tunnetulla menetelmällä on omat hyvät ja huonot puolensa. Näiden tunnettujen menetelmien huonot puolet tulevat korostetusti esille pyrittäessä käyttämään tislausta esim. teollisuuden erilaisien jätevesien konsentroimiseen.

Pystyputkihaihdutuksessa nesteen höyrystyminen tapahtuu lämmönvaihtoputkien sisäpinnalla. Tämä aiheuttaa lämmönvaihtopintojen likaantumista, mikä on tämän menetelmän olennaisin haittapuoli.

Kun monivaihelaajennustislausta käytetään liuoksien konsetroimlsessa on haittana se, että samaa konsentroitua liuosta joudutaan kierrättämään koko tis-lauslaitoksen lämpötila-alueella, jolloin tislattavan nesteen kiehumispisteen kohoaminen sekä viskositeetin kasvaminen heikentävät olennaisesti tislaus-laitoksen toimintamahdollisuuksia. Lisäksi tätä menetelmää sovellettaessa on pakko rakentaa tislauslaitos erittäin monivaiheiseksi, mikäli tislauslaitoksen kallein komponentti lauhdutintuubisto pyritään pitämään kohtuullisen kokoisena. Tämä johtuu siitä, että lämpötilaero lauhtuvan höyryn ja jäähdytysnesteen välillä on sitä suurempi, mitä pienempi on höyrystyvän nesteen lämpötilan lasku yhtä tislausvaihetta kohden.

Keksinnön päämääränä on aikaansaada menetelmä nesteiden tislaamiseksi, jossa menetelmässä on eliminoitu aikaisemmin tunnetuissa menetelmissä esiintyneet haittatekijät. Keksinnön yksityiskohtaisempana päämääränä on aikaansaada menetelmä nesteiden tislaamiseksi, jossa menetelmässä voidaan vaikuttaa tietyissä rajoissa yhdessä tislausvalheessa tapahtuvaan nesteen lämpötilan muutokseen, tarvitsematta lisätä tarpeettomasti tislausvalheiden lukumäärää.

Vielä eräänä keksinnön päämääränä on aikaansaada menetelmä nesteiden tislaamiseksi, jolla menetelmällä konsentraatioltaan erilaisia nesteitä voidaan käsitellä eri lämpötiloissa, jolloin kiehumispisteen nouseminen ja viskositeetin kasvaminen eivät vaikuta täysimääräisesti koko lämpötila-alueella. Lisäksi keksinnön päämääränä on aikaansaada menetelmä nesteiden tislaamiseksi, jossa menetelmässä tislattavan nesteen höyrystäminen voidaan suorittaa vapaasta nestetilasta ja siten estää lämmönvnihtopintojen likaantuminen.

3 65376

Keksinnön päämäärät saavutetaan menetelmällä, jolle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että mainittu jäähtynyt tislattava neste johdetaan edellisen korkeammalla lämpÖtilatasolla toimivan tislausyksikön lauhduttimiin jäähdytysnesteeksi ja että kunkin tislausyksikön mainittujen tislausvaiheiden lauhduttimiin johdetaan jäähdytysnesteeksi seuraavan alemmalla lämpÖtilatasolla toimivan tislausyksikön höyrystimien läpivirtaava höyrystettävä neste, jolloin mainittujen lauhduttumien läpivirtaava jäähdytysneste lämpenee virratessaan tislausvaiheesta edelliseen tislausvaiheeseen, ja että mainittu lämmennyt jäähdytysneste johdetaan takaisin mainitun alemmalla lämpÖtilatasolla toimivan tislausyksikön höyrystimiin.

Keksinnön päämääränä on myös aikaansaada laite keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi. Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan tunnusomaista patenttivaatimuksien 5-8 mukaiset tunnusmerkit.

Keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuviossa esitettyyn keksinnön periaateratkaisuun, johon keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitettu yksinomaan rajoittaa.

Oheisen piirustuksen kuviossa esitetty tlslaueprosessi koostuu useammasta peräkkäisestä tislausyksiköstä eli modulista 1,11,111...N. Keksinnön mukaisesti kussakin modulissa on useampia tislausvaiheita V.,V_...V . Kuhunkin l / m tislausvaiheeseen kuuluu höyrystin ja lauhdutin, jotka ovat yhteydessä keskenään siten, että höyrystimessä syntyvä höyry voi virrata lauhduttimeen ja lauhtua siellä tisleeksi. Täten esimerkiksi modulin 1 höyrystin 11^ ja lauhdutin 14 ^ kuuluvat ensimmäiseen tislausvaiheeseen V^, höyrystin 12^ ja lauhdutin 15^ toiseen tislausvaiheeseen sekä höyrystin 13^ ja lauhdutin 16j viimeiseen tislausvaiheeseen Vm· Höyrystimet 11^,12^ ja 13^ ovat keskenään yhteydessä siten, että tislattava neste voi virrata höyrystimestä llj höyrystimeen 12^ ja edelleen seuraaviin höyrystimiin, mutta höyryn kulku höyrystimestä toiseen on estetty.

Tislattava neste virtaa modulissa 1 höyrystimeen 11^, jossa osa nesteestä höyrystyy ja höyry lauhtuu lauhduttimessa 14^. Tislattava neste virtaa edelleen höyrystimeen 12^, jossa vallitsee alempi paine kuin höyrystimessä 11^ ja jälleen osa tislattavasta nesteestä höyrystyy. Höyrystyessään tislattava neste jäähtyy ja jäähtynyt neste poistuu viimeisestä höyrystimestä 13 ^ pumpun 17 4 65376 avulla lämmittimeen 10, jossa tislattavaa nestettä lämmitetään ulkopuolisen energian avulla, ja josta se palaa lämminneenä takaisin höyrystimeen 11

Modulin 1 lauhduttimien 16^,15^ ja 14^ läpi virtaava neste lämpiää vastaanottaessaan lauhtuvan höyryn höyrystymislämmön. Lämmennyt neste virtaa lauhdut-timesta 14^ putkea 22 myöten modulin 11 ensimmäiseen höyrystimeen 11^, jossa vallitsee alempi paine ja lämpötila kuin modulin 1 ensimmäisessä höyrystimessä 11^. Neste höyrystyy modulin 11 höyrystimissä 11^,12^ ja 13jj, jolloin neste jäähtyy ja virtaa putken 20, pumpun 18 ja putken 21 kautta modulin 1 lauhduttimiin 16^,15^ ja 14p jotka siis toimivat modulin 11 lämmittiminä.

Tielausprosessi etenee vastaavalla tavalla modulilta toiselle, kunnes lämmittimeen 10 alun perin syötetty lämpöenergia siirtyy viimeisen modulin N lauh-duttimlen 16N>15N ja 14N läpi virtavaan jäähdytysnesteeseen, jota pumppu 28 syöttää putkea 26 myöten ja joka poistuu systeemistä putken 27 kautta.

Tislattava neste voidaan syöttää systeemiin esimerkiksi viimeiseen moduliin N putkea 29 myöten. Modulissa N osa tislattavasta nesteestä tislautuu ja osa syötetään edelleen seuraaviin moduleihin. Syöttöpumppu 24" syöttää tislattavaa nestettä putkea 25" myöten modulin 111 nestekiertoon, josta jälleen osa tislattavaa nestettä siirtyy putken 23', pumpun 24' ja putken 25' kautta modulin 11 nestekiertoon. Modulin 11 nestekierrosta siirtyy osa tislattavaa nestettä putken 23 pumpun 24 ja putken 25 kautta modulin 1 nestekiertoon. Lopullinen konsentraatti poistetaan modulin 1 nestekierrosta putkea 30 myöten. Alkuperäisen tislattavan nesteen syöttö voi lämpötilasta riippuen tapahtua mihin moduliin tahansa ja lopullinen konsentraatti voidaan poistaa, sen ominaisuuksista riippuen, mistä modulista tahansa. Tisle voidaan poistaa kustakin modulista 1,11...N erikseen putkia 31^,31^...31^ myöten tai siimalla lämpötilatasolla toimivasta modulista N keräämällä kaikki tisle moduliin N ja poistamalla tisle sieltä putkea 31^ myöten.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan kussakin modulissa 1,11...N säätää virtaavan nesteen konsentraatio muissa moduleissa virtaavan nesteen konsen-traatiosta poikkeavaksi, mistä on huomattava etu erityisesti liuoksia, kuten teollisuuden jätevesiä konsentroitaessa. Tällöin nesteen kiehumispisteen nousu vaikuttaa olennaisesti vain osalla lämpötila-aluetta. Lisäksi korroosion ja kattilakiven estoon tarvittavat lisäaineet voidaan sovittaa kullekin modulille 5 65376 erikseen tai voidaan antaa niiden automaattisesti konsentroitua niihin neste-kiertoihin, joissa nesteen konsentraatio on suurin.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä ja sen toteuttamiseen tarkoitetussa laitteessa lauhduttimet voidaan rakentaa olennaisesti höyrystimien vapaiden nestepintojen alapuolelle käyttäen vaakasuoria putkia, jolloin neste ei pyri lauhdut-timissa virratessaan höyrystymään. Koko tislauslaitos voidaan rakentaa keskenään samanlaisista moduleista, millä on olennainen vaikutus tislauslaitoksen suunnittelu- ja valmistuskustannuksiin.

Jos tislausprosessin korkeimman ja matalimman lämpötilan eroa -^merkitään cf^T, nesteen kiehumispisteen nousua S 'T sekä nesteen lämpötilan laskua sen virratessa yhden modulin kaikkien tislausvaiheiden läpi <f T, on keskimääräinen logaritminen lämpötilaero höyryn ja lauhduttimessa virtaavan jäähdytys-nesteen välillä: £Vm

T--R

f«r0T- £, ,ί'τ- ^ N rj

lio T‘ fcl i ’T - «TT - N ^ J

w Tämä lämpötilaero A T vaikuttaa olennaisesti tislauslaitoksen kalleimpien komponenttien ts. lauhduttlmien kokoon. Edellä olevasta lausekkeesta voidaan todeta, että tämä lämpötilaero Δ T riippuu tislattavan nesteen lämpötilan laskusta tislausvaihetta kohden ts. suhteesta cf T/m, kuten monivaihelaajen-nustislauksessakin. Olennainen ero on siinä, että monivaihelaajennustislauk-sessa kun suure cf QT on määrätty, voidaan suhteeseen (f T/m vaikuttaa vain tislausvaiheiden lukumäärää lisäämällä. Keksinnön mukaisessa menetelmässä sen sijaan suhteeseen T/m voidaan vaikuttaa kokonaislämpötilaerosta & qT riippumatta muuttamalla kunkin modulin 1,11...N nesteen virtausmäärää ja lauhdut-timen mitoitusta.

Seuraava vertailu havainnollistaa keksinnöllä saavutettavia etuja. Jos 6 65376 & qT = 60°C, £ 'T * 1°C ja monivaihelaajennustislauksen käyttösuhde ts.

tuotetun tislatun veden suhde käytetyn lännnityshöyryn määrään on 8, saadaan logaritmiseksi lämpötilaeroksi 48-vaiheiselle monivaihelaajennustislauslaitok-selle 5.09°C. Jos muut lähtöarvot ovat samat, saadaan keksinnön mukaisessa menetelmässä logaritmiseksi lämpötilaeroksi 5.61°C, kun N*8, ra*3ja * 3°C. Vastaava tislauskapasiteetti keksinnön mukaisesti voidaan siis rakentaa 10 % pienemmällä lauhduttimella ja yhteensä ainoastaan 24 tislausvaiheella eli puolella konventionaalisen tislausmenetelmän tislausvaiheista.

Lämpötilaeron lausekkeesta voidaan edelleen todeta, että eri tislausyksiköissä nesteen kiehumispisteen kohoamat £ 'T voivat olla erilaiset ja ne vaikuttavat keskimääräiseen logaritmiseen lämpötilaeroon Δ T yhteissummana, jolloin suurimman konsentraation aiheuttama kiehumispisteen nousu vaikuttaa vain oman tielausyksikkönsä osalta eikä koko prosessin lämpötila-alueella.

Tislausykeiköt voidaan sisäisen rakenteensa ja keskinäisen sijoittelunsa puolesta järjestää edullisesti siten, että suljetussa nestekierrossa tietyn tis-lausyksikön lauhduttimissa virtaava tislattava neste on alempana kuin seuraa-van tislausyksikön höyrystimissä virtaavan tislattavan nesteen vapaa pinta. Tietenkin tislauslaitoksen kaikki tislausyksiköt voidaan rakentaa edellä mainitulla tavalla. Tällöin saavutetaan se etu, että neste ei pyri lauhduttimissa jäähdytysnesteenä virratessaan höyrystymään, mikä olennaisesti saattaisi aiheuttaa lämmönvaihtopintojen likaantumista ja lämmönvaihdon heikkenemistä. Tämähän on tunnetusti yleisesti käytetyn pystyputkihaihdutuksen olennainen haittapuoli, varsinkin liuoksia konsentroitaessa, koska pystyputkihaihdutuk-sessa höyrystyminen tapahtuu nimenomaan lämmönvaihtoputkien pinnoilla. Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan sen sijaan lämmönvaihtoputkien sisäpinnat pitää jatkuvasti puhtaina esimerkiksi sijoittamalla kuhunkin nesteen umpikiertoon sopiva määrä puhdistavia kuulia.

Useammasta tislausyksiköstä koostuva tislauslaitos on edullista koota keskenään samanlaisista tislausyksiköistä, mikä osaltaan alentaa tislauslaitoksen rakennuskustannuksia.

Edellä on esitetty ainoastaan keksinnön periaateratkaisu ja alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön yksityiskohdat voivat vaihdella hyvinkin 7 65376 laajasti oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (8)

8 65376

1. Menetelmä nesteiden tislaamiseksi ainakin kahdessa peräkkäisessä tislaus-yksikössä (1,11... N), jotka toimivat eri lämpötilatasoilla (T^,T^.. .T^), jossa menetelmässä kussakin mainituista tislausyksiköistä (1,11...M) tislattava neste höyrystetään ja muodostunut höyry lauhdutetaan tisleeksi lämmon-vaihdossa seuraavassa alemmalla lämpötilatasolla toimivassa tislausyksikössä virtaavan nesteen kanssa, jossa menetelmässä ainakin yhdessä mainituista tislausyksiköistä (1,11...N) tislattava neste höyrystetään ja vastaavasti lauhdutetaan ainakin kahdessa tislausvaiheessa (V.,V0...V ), ja jossa menetelmässä i L m kunkin tislausyksikön (1,11...N) mainituissa tislausvaiheissa (V,,V„...V ) l / m tislattava neste johdetaan edellisen tislausvaiheen höyrystimestä seuraavan tislausvaiheen höyrystimeen, jossa vallitseva paine on alempi kuin mainitun edellisen tislausvaiheen höyrystimessä vallitseva paine, jolloin mainitun höyrystimen läpivirtaava tislattava neste jäähtyy virratessaan edellisestä tislausvaiheesta seuraavaan tislausvaiheeseen, tunnettu siitä, että mainittu jäähtynyt tislattava neste johdetaan edellisen korkeammalla lämpötilatasolla toimivan tislausyksikön lauhduttimiin jäähdytysnesteeksi ja että kunkin tislausyksikön mainittujen tislausvaiheiden (V) lauhduttimiin johdetaan jäähdytysnesteeksi seuraavan alemmalla lämpötilatasolla toimivan tislausyksikön höyrystimien läpivirtaava höyrystettävä neste, jolloin mainittujen lauhduttimlen läpivirtaava jäähdytysneste lämpenee virratessaan tislausvaiheesta edelliseen tislausvaiheeseen, ja että mainittu lämmennyt jäähdytys-neste johdetaan takaisin mainitun alemmalla lämpötilatasolla toimivan tislausyksikön höyrystimiin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että tislattavaa nestettä syötetään sisään johonkin mainituista tislausyksiköistä (1,11...N), josta tislausyksiköstä tislattava neste johdetaan edelleen muihin tislausyksiköihin, ja että tislattavan nesteen konsentroitunut nestejäännös poistetaan jostakin muusta tislausyksiköstä kuin siitä, johon tislattavaa nestettä syötetään sisään.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tislattavasta nesteestä muodostunut tisle kerätään alimmalla lämpötila-tasolla toimivaan tislausyksikköön (N) ja poistetaan tästä tislausyksiköstä. 9 65376

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tislattavasta nesteestä muodostunut tisle poistetaan kustakin tislausyk-siköstä (1,11...N) erikseen.

5. Laite patenttivaatimuksien 1-4 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, joka laite muodostuu ainakin kahdesta peräkkäisestä tislausyksiköstä (1,11...N), jotka toimivat eri lämpötilatasoilla (T^.Tjj...T^), ja jossa laitteessa kussakin mainituista tislausyksiköistä (1,11...N) tislattava neste höyrystetään ja muodostunut höyry lauhdutetaan tisleeksi epäsuorassa lämmönvaihdossa seuraa-vassa alemmalla lämpötilatasolla toimivassa tislausyksikössä virtaavan nesteen kanssa, ja ainakin yksi mainituista tislausyksiköistä (1,11...N) käsittää ainakin kaksi tislausvaihetta (V.,V0...V ), tunnettu laitteista (18, I L m 20, 21) jäähtyneen tislattavan nesteen johtamiseksi tislausvaiheesta (V^, V-...V ) seuraavan tai edellisen tislausyksikön lauhduttimiin. L m

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittujen tislausyksiköiden (1,11...N) lauhduttimet muodostuvat vaakasuorista tuubeista.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että ainakin yhden tislausyksikön lauhduttimissa virtaava tislattava neste on alempana kuin seuraavan tislausyksikön höyrystimissä virtaavan tislattavan nesteen vapaa pinta.

8. Jonkin patenttivaatimuksien 5-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut tislausyksiköt (1,11...N) ovat rakenteellisesti samanlaiset. 10 65376