FI80384C - Oeverfoeringssystem foer ett evaporativt aemne. - Google Patents

Description

1 80384 Höyrystyvän aineen siirtojärjestelmä

Keksintö koskee menetelmää ja laitetta höyrystyvän aineen siirtämiseksi ensimmäisestä astiasta toiseen astiaan höyrystyvän aineen erottamiseksi siihen liuenneista tai sekoittuneista muista aineosista, jolloin höyrystyvä aine höyrystyy ensimmäisessä astiassa, virtaa oleellisesti kaasumaisessa muodossa paine-eron vaikutuksesta putkistoa pitkin toiseen astiaan, jossa höyrystyvä aine tiivistyy, jolloin ensimmäinen astia sisältöineen on korkeammassa lämpötilassa kuin toinen astia. Erityisesti keksintö kohdistuu vaahtoamista aiheuttavien ja/tai radioaktiivisten tai muuten ympäristölle haitallisten aineksien erottamiseen höyrystyvästä aineesta.

Paikoissa, joissa käsitellään radioaktiivisia tai muutoin ympäristölle haitallisia aineita, saattaa tapahtua, että näitä aineita vapautuu itse kohteesta työskentelytilan suuremmalle tai pienemmälle alueelle. Tällöin nämä työskentelytilat normaalisti pestään pesuaineliuoksella ja huuhdellaan puhtaaksi. Tällaisia pesu- ja huuhteluliuoksia ei kuitenkaan voida päästää vapaasti ympäristöön, esim. viemäriin, niiden vahingollisuuden vuoksi. Ne on kerättävä erikseen suljettuihin säiliöihin, minkä jälkeen ne on joko käsiteltävä niin, että vahingollisen aineen vahingollisuus häviää tai esim. radioaktiivisuus laskee niin alas, että se ei enää vaikuta ympäristöönsä. Joissain tapauksissa esim. radioaktiivisten aineiden kyseessä ollen aktiivisuuden laskeminen kestää kuitenkin niin kauan, että on ryhdyttävä erityistoimenpiteisiin, kuten kiinteyttämiseen, jotta aine yleensä pystyttäisiin varastoimaan riittävän kauan ja jotta varastoiminen olisi mahdollisimman turvallista.

Säilytystä ja mahdollista kiinteyttämistä haittaa oleellisesti se, että em. pesu- ja huuhteluliuoksia on tilavuudeltaan useinkin varsin suuri määrä. Tällaisten suurien määrien säi- 2 80384 lyttäminen vie jo sinänsä paljon tilaa, mutta jos aine on radioaktiivista, se vaatii lisäksi säteilysuojauksen, joka vie lisää tilaa, painaa paljon ja maksaa paljon. Tämän vuoksi pyritään aina toteuttamaan aktiivisen tai muutoin vahingollisen aineosan erottaminen sinänsä vaarattomasta väliaineesta.

Jos nestemäärä on pieni, käytetään usein haihdututusta eli sellaista menettelyä, jossa liuosta kaadetaan joko lämmitetyn hiekkahauteen päällä olevaan laakeaan maljaan ja/tai maljaan, jossa sitä lämmitetään ylhäältä päin lämpösäteili-jällä, kuten lämpölampulla. Tällöin liuotin haihtuu vapaasti ilmakehään ja kiinteät aineosat jäävät laakean maljan pohjalle. Tällä menetelmällä on haittapuolina se, että sillä voidaan käsitellä vain hyvin pieniä ainemääriä, että käsiteltävät aineet voivat olla korkeintaan vain suhteellisen vähän vaarallisia ja että aineita joudutaan kaatamaan astiasta toiseen. Normaalipaineessa tapahtuvassa keittämisessä taas lämpötila on suhteellisen korkea ja syntyvien kuplien koko ja elinikä rajoittavat menetelmän nopeutta. Näissä menetelmissä liuotin-höyryt joutuvat ilmakehään, menetelmien teho on huono ja ne sisältävät runsaasti eri riskitekijöitä kaikkien em. seikkojen aiheuttamana.

Suurempien liuosmäärien käsittelyssä on käytetty tavanomaisia tislausmenetelmiä, joissa liuosta kuumennetaan niin, että liuotin haihtuu, tämä syntyvä höyry johdetaan toisaalle ja tiivistetään jäähdyttämällä takaisin nesteeksi. Tällä menettelyllä voidaan tietenkin sinänsä käsitellä suuria ainemääriä ja erotetun liuottimen puhtaus voidaan helposti tarkistaa ja mikäli se todetaan vapaaksi haitallisista aineista, se voidaan ottaa uudelleen käyttöön tai mikäli kyse on vedestä, kuten useimmiten on, se voidaan kaataa suoraan viemäriin. Tällä menetelmällä on kuitenkin ongelmia erityisesti pesuaineliuosten yhteydessä. Kun nimittäin liuoksen lämpötila kohoaa lähelle kiehumispistettä tai kiehumispisteeseen, mikä on välttämätöntä riittävän höyrystymisen aikaansaamiseksi, alkaa liuos voimakkaasti kuohua ja vaahdota. Tämä vaahto nousee tällöin välitti 3 80384 tömästi kuumennusastiasta lähtevää putkea pitkin ja etenee erittäin nopeasti jäähdytetylle puolelle, jossa se taas tiivistyy. Tästä on tuloksena se, ettei erilleen tislattu liuotin ole puhdasta.

Edellä kuvattu tislauksessa syntyvän vaahdon eteneminen jääh-dytyspuolelle voidaan estää eri tavoin. Kuumennusastiasta tulevaan nousuputkeen voidaan esim. sijoittaa putkiosuus, joka sisältää vaahdon etenemisen pysäyttävän suodattimen tai varsinaista suodatinta karkeamman rakenteen, esim. kuulia, jotka pidetään kuumina ulkopuolisen kuumennusvastuksen avulla. Tällöin syntyy itse asiassa tislauskolonni, jossa höyry pyritään syöttämään eteenpäin ja väkevöityvä pesuaineliuos taas alaspäin takaisin kuumennusastiaan. Tälläkin rakenteella on haittapuolia erityisesti radioaktiivisten aineiden tislauksen yhteydessä. Ensinnäkin syntyvä vaahto joka tapauksessa sisältää radioaktiivisia tai muuten haitallisia ainesosia, jotka näin tulevat itse kuumennusastian ulkopuolelle ja edelleen suoda-tinosuudelle, olipa se kumpaa edellä kuvattua tyyppiä tahansa, jolloin nämäkin saastuvat (kontaminoituvat). Tämä aiheuttaa kyseisen suodatinmateriaalin säilytys- ja puhdistus- tai hä-vitysongelman. Toiseksi tämä haitallinen aine tai muut epäpuhtaudet tislattavassa liuoksessa voivat tukkia suodatinele-mentin, jonka vaihto aiheuttaa ainakin vaihtokustannuksia, mutta myös saastumisen aiheuttamia säilytys- ja puhdistus- tai hävitysongelmia. Kolmanneksi, kun kuumennusastiassa oleva liuos väkevöityy, pääsee vaahtoa helposti joka tapauksessa suodattimenkin läpi, mikä taas johtaa erilleen saadun liuottimen epäpuhtauden lisääntymiseen.

Toinen tapa yrittää vähentää kuohumista ja erityisesti ns. nesteen ylikriittisen tilan välttämiseksi, jolloin osa nesteestä höyrystyy ja syntyvä paineisku heittää päällä olevan nestepatjan tiehensä puhtaan höyryn tarkoitettuun virtaus- 4 80384 suuntaan, on käyttää ns. keitinkiviä. Nämä eivät kuitenkaan vaikuta mitenkään läpikuplimiseen, eivätkä siten mainittavasti kuohumiseen ja vaahtoamiseen.

Mikäli taas koko liuosmäärä kiinteytetään, ollaan edelleen sen ongelman edessä, että on säilytettävä pitkiä aikoja suuren tilavuuden ja painon vieviä kappaleita.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen avulla saadaan aikaan ratkaiseva parannus edellä esitettyihin epäkohtiin. Tämän toteuttamiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerk-kiosassa ja laitteelle se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 10 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön tärkeimpinä etuina voidaan pitää, että erityisesti radioaktiivisen ja voimakkaasti vaahtoavan liuoksen liuotin-väliaine voidaan höyrystää ja tiivistää takaisin nesteeksi äärimmäisen puhtaana suurella nopeudella niin, ettei liuoksessa tapahdu mainittavaa vaahtoamista. Tällöin radioaktiivisuutta tai muuta haitallista ainetta ei joudu lainkaan kuu-mennusastian ulkopuolelle missään olosuhteissa. Lisäetuna on, että kuumennusastia ja jäähdytysastia ja niitä yhdistävä putkisto muodostavat suljetun kokonaisuuden, jonka paine voidaan vielä järjestää ympäristön painetta alemmaksi, mikä vielä huomattavasti lisää työturvallisuutta ja ympäristön puhtaana pitämistä erityisesti sellaisessa tapauksessa, jossa itse liuotinkin on ympäristölle haitallista. Vielä lisäetuna on, että järjestelmän toiminta on erittäin varmaa ja luotettavaa, jolloin järjestelmä voidaan jättää toimimaan valvomatta tai hyvin vähäisellä valvonnalla. Kaiken kaikkiaan tällä keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella saadaan haitallinen aineosa väkevöityä kokonaisuudessaan joko kuivaksi tai niin väkeväksi kuin se yleensä on saatavissa, mikä on edullisin mahdollinen tulos ajateltaessa jätemateriaalin pitkäaikaista säilytystä tai muuta hävitystä.

Il 5 80384

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti oheisiin piirustuksiin viittaamalla.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista järjestelmää kaaviomaises-ti kokonaisuudessaan, kuvio 2 esittää kuvion 1 järjestelmään sijoitetun kuristus-venttiilin kahta eri toteutusmuotoa, kuvio 3 esittää suurennettuna kuumennusastian kuumennusele-menttien erästä toteutusmuotoa lämpövirtoineen.

Seuraavassa selostuksessa voi "liuos" toisessa astiassa, ja jopa ensimmäisessä astiassa olla myös jokin höyrystymiskel-poinen kiinteä aine, vaikka tätä ei soveltuvin osin enää erikseen mainitakaan. Keksinnön mukaisessa järjestelmässä voi ensimmäisessä ja toisessa astiassa esiintyä höyrystettä-vän aineen suhteen seuraavat olomuotoyhdistelmät neste-neste, neste-kiinteä, kiinteä-neste ja kiinteä-kiinteä. Tämä selitys koskee näitä kaikkia.

Siirtojärjestelmä muodostuu kuumennusastiasta 1, jäähdyttävästä keräysastiasta 2 ja höyryä kuumennusastiasta 1 keräys-astiaan 2 siirtävästä putkistosta 3. Kuumennusastiässä 1, jossa epäpuhdas liuos 4 höyrystetään, tulee kuumennus- ja höyrystyslämpö liuokseen 4 ylhäältä päin. Liuoksesta 4 erottuva höyry 5 virtaa kuumennusastian 1 keskellä ylhäällä olevasta aukosta 6 putkistoon 3. Höyryn virtaussuunta tässä aukossa 6, sitä lähellä olevassa putkessa 7 ja kuumennusastian höyryä 5 sisältävässä tilassa on keskimäärin VI. Kuumennus-lämpö synnytetään ja tuodaan kuumennusastiassa 1 olevaan liuokseen 4 astian yläosassa olevasta kuumennusvastuksesta 8. Kuumennusastian 1 pystyseinämät 9 ovat ainakin kohtuullisen hyvin lämpöä johtavaa rakennetta tai materiaalia, kun taas astian pohjaosa on edullisesti huonosti lämpöä johtavaa rakennetta tai materiaalia. Kuumennus- ja höyrystyslämpö siis tulee liuokseen 4 ylhäältä päin, jolloin lämmön pääasiallinen 6 80384 virtaussuunta on LI. Tämä lämmön virtaussuunta LI on päinvastainen kuin syntyneen höyryn virtaussuunta VI.

Kuviossa 3 on esitetty yksityiskohtaisemmin eräs keksinnön mukaisen siirtojärjestelmän kuumennusastian toteutusmuoto. Tässä astian pystyseinämä 9 muodostuu tiiviistä sisäseinämästä 11, joka voi olla esim. lasipullo ja lämpöä mahdollisimman hyvin johtavasta ulkoseinämästä 12 ja tähän ulkoseinämään 12 kiinteästi liittyvästä rengasmaisesta vastuselementistä 8. Vastuselementti 8 ja ulkoseinämä 12 ovat mahdollisimman tiiviissä kosketuksessa sisäseinämään 11. Sisäseinämä 11 jatkuu ylöspäin osuuksina 11A ja 11B ja supistuu keskelle muodostuvaksi aukoksi 6 ja tästä edelleen lähellä olevaksi putkeksi 7. Tässä tapauksessa ulkoseinämä 12 voi olla esim. alumiini- tai kuparisylinteri. Tästä kuviosta 3 näkyy selvästi kuinka kuu-mennuselementissä 8 synnytetty lämpö siirtyy pääasiassa johtumalla lämpövirtana Li pitkin seinämiä 12 ja 11 höyrystettä-vään liuokseen 4. Tämän lämpövirran pääasiallinen suunta LI on päinvastainen kuin syntyneen höyryn 5 pääasiallinen virtaus-suunta VI. Lämpöä siirtyy myös johtumalla lämpövirtana L2 suoraan kuumennusvastuksesta tätä vasten tiiviisti olevan si-säseinämän 11 seinämäosuuteen 11A ja aukon 6 kohdalla olevaan seinämäosuuteen 11B. Tämä rakenne saa aikaan sen, että lämpötila sisäseinämässä kohoaa alhaalta ylöspäin järjestyksessä 11 -> 11A -> 11B, ts. sisäseinämän 11 nouseva lämpötilagra-dientti on suuntautunut ylöspäin samaan suuntaan kuin höyryn virtaussuunta VI, jolloin lämpövirta LI koko sisäseinämän alueella on suuntautunut suunnassa 11B -> 11A -> 11, ts. höyryn virtaussuuntaa vastaan. Nouseva lämpötilagradientti on myöskin höyrystettävän liuoksen 4 koko paksuuden mitalla toiminnan kannalta edullisimmin suuntautunut alhaalta ylöspäin, ts. seinämän 11 lämpötila on liuoksen 4 pinnan 21 lähellä korkeampi kuin pohjan 10 lähellä. Liuokseen 4 tuodaan siis suurin lämpömäärä sen yläpinnan 21 kautta ja läheisyydessä. Samantapainen lämpötilajakautuma syntyy astiaan 1 myös itsestään pelkällä astian 2 jäähdytyksellä, koska höyrystyminen sitoo lämpöä, varsinkin jos astian 1 pohja on lämpöeristetty.

11 7 80384 Tällä lämmönvientijärjestelmällä on seuraava vaikutus. Koska kuumennusastian 1 pohja 10 on kaikkein viilein, ei liuoksessa 4 tapahdu juuri lainkaan läpikuplimista kiehunnan yhteydessä, mikä vähentää oleellisesti vaahtoamista. Höyrystyminen ja kiehuminen tapahtuvat pääasiassa liuoksen 4 pintakerroksessa tai pinnassa 21. Kerroksen paksuutta H voidaan säätää tuodun lämpöenergian määrällä ja esim. käytetyn eristyksen 13 määrällä ja sijoituksella tai muulla tavoin, joilla voidaan vaikuttaa liuokseen 4 syntyvän lämpötilagradientin suuruuteen. Toinen vaikutus, joka tällä järjestelyllä on, syntyy siten, että jos jostain syystä kuitenkin liuoksen 4 pinnalta lähtee vaahtoa tai kuplia höyryn suuntaan VI, ne joutuvat kohotessaan ja vihdoin astian kavetessa joka tapauksessa koskettamaan astian sisäseinämää osuuksissa 11, 11A tai 11B. Koska seinämän lämpötila on tällöin huomattavasti korkeampi kuin liuoksen 4 yläpinnan 21 alueella, aiheutuu siitä kuplan reunan välitön höyrystyminen, mistä taas on puolestaan tuloksena kuplan luhistuminen ja sen nesteosuuden palaaminen alaspäin, jopa takaisin liuoksen 4 yhteyteen.

Putkisto 3, joka johtaa syntyneen höyryn 5 kuumennusastiasta 1 keräysastiaan 2, muodostuu jo mainitusta putkesta 7, kuris-tusventtiilistä 14 ja höyryn keräysastiaan johtavasta putken loppuosasta 15. Jäähdyttävä ja liuotinhöyryn nesteeksi tiivistävä keräysastia 2 voi olla huoneenlämpötilassa tai jäähdytettynä ja mitä tahansa tunnettua tyyppiä, jonka avulla tuotu höyry saadaan kondensoitua taas puhtaaksi nesteeksi 16. Tässä esimerkinomaisessa toteutusmuodossa tiivistäminen nesteeksi tapahtuu keräysastian 2 pohjaan ja sivuille sijoitetun jäähdytyslaitteiston 17 avulla, mikä aikaansaa höyryn tiivistymisen astiaan 2. Tarvittaessa myös astia 2 voi olla eristetty lämpöeristeellä 18 ympäristöstään.

Kuumennusastia 1, keräysastia 2 ja putkisto 3 muodostavat edullisesti tiiviin ja ympäristöönsä nähden täysin suljetun rakenteen. Tämän järjestelmän rajaama tila saadaan kokonaan 8 80384 tai osittain ympäristön painetta alempaan paineeseen tyhjö-pumpulla 19, joka voi olla edullisesti liitetty astian 2 yläosaan. Tätä tyhjöpumppua 19 ei kuitenkaan käytetä höyry-virtauksen aikaansaamiseksi, vaan pelkästään paineen alentamiseksi ennen siirtojärjestelmän käynnistystä. Tällä saadaan suurin mahdollinen turvallisuus, koska ulkoilmaan imetään vain varmasti puhdasta kaasua järjestelmän sisältä, minkä jälkeen järjestelmä toimii itsestään ja täysin ulkotilasta eristettynä, kuten seuraavassa tullaan selostamaan.

Kun kuumennussäiliössä 1 olevan nesteen ja erityisesti höyryn lämpötila Tl on suurempi kuin keräysastiassa 2 olevan nesteen ja erityisesti höyryn lämpötila T2, on höyryn osapaine P1 astiassa 1 suurempi kuin höyryn osapaine P2 astiassa 2, mikä aikaansaa höyryn virtauksen VI, V2 astiasta 1 astiaan 2. Höyryn kulkeutuminen tapahtuu parhaiten, kun muut osapai-neet pidetään mahdollisimman pieninä. Tämä toteutetaan esim. tyhjöpumpulla 19, jolla järjestelmään imetään alipaine samanaikaisesti lämpötilaeroa synnytettäessä tai sen jälkeen. Kun haluttu alipainetaso on saavutettu, suljetaan pumpun kautta ulkoilmaan johtava putki 20 ja pumppu pysäytetään. Tällöin astiassa 1 syntyvän höyryn 5 siirtyminen putkistoa 3 pitkin astiaan 2 ja tiivistyminen nesteeksi 16 lähtee itsestään liikkeelle ja jatkuu niin kauan kuin astiassa 1 on höyrystyvää liuosta 4.

Kun järjestelmä saatetaan edellä kuvatulla tavalla toimintaan, tapahtuu ensin ilman erottuminen liuoksesta, joka tavallaan vastaa kiehumista kuplien ja vaahdon muodostumisen kannalta ja sitten kuumennus- ja jäähdytystehoista riippuen saattaa järjestelmässä esiintyä alkavan höyrystyksen yhteydessä jopa värähtelyilmiöitä. Tällöin kuumennussäiliössä 1 tapahtuu hetkellinen höyrystyksen lisääntyminen, joka etenee paineaaltona putkiston 3 kautta keräysastiaan 2. Tästä on taas tuloksena astiassa 2 tapahtuva äkillinen tiivistyminen ja siten paineen

II

9 80384 kasvun estyminen, joka heijastuu astiaan 1, lisäten vielä hetkeksi höyrystymistä. Astian 2 sisäpinta kuumenee kuitenkin samalla, paine nousee, heijastuu astiaan 1 puristaen kuplia kokoon ja jarruttaen höyrystymistä hetkeksi, jonka jälkeen tuloksena on taas uusi kiehuntapulssi kuumennusastiassa 1. Kuumennusastiassa olevan höyryn osapaineen P1 ja astiassa 2 olevan höyryn osapaineen P2 välinen paine-ero siis vaihtelee jaksottaisesti, mikä näkyy käytännössä kuumennusastiassa 1 ilmenevänä jaksottaisena kiehuntana. Tämä ei ole edullista, koska se saattaa aiheuttaa liiallista vaahdon ja kuplien muodostumista kuumennusastiassa 1. Nämä ongelmat ratkaistaan putkistoon 3 sijoitetulla kuristusventtiilillä 14, jolla on seuraavat ominaisuudet. Kuristimella pidetään höyryvirtauksen VI, V2 tilavuusvirtaa vakiona, mikä tapahtuu sellaisella kuristuksella, että äänennopeus kuristuskohdassa saadaan rajaa-vaksi tekijäksi. Tällä on se varsinainen vaikutus tämän prosessin toiminnan kannalta, että kuristuskohta katkaisee kuu-mennusastian 1 höyrytilan ja keräysastian 2 höyrytilan välisen kausaalisuhteen. Paineiden kohdalta tämä syy-seuraus -suhteen katoaminen ilmenee paineiden riippumattomuutena toisistaan. Tarkemmin sanottuna kausaalisuhdetta ei ole enää silloin, kun paine P1 on likipitäen kaksi kertaa P2 tai suurempi, ts.

P1/P2 >_ 2. Kun näin säädetty venttiili 14 on sijoitettu putkistoon 3, ei värähtelyilmiötä enää esiinny, koska höyry-tilojen paineiden Pl tai P2 vaihtelut eivät enää vaikuta toisiinsa. Samalla höyryvirtauksen tilavuusvirta ja siis myös kuplimisen voimakkuus pysyvät, em. painesuhteilla vallitsevan ns. kriittisen virtauksen ansiosta, kuristuksen avulla valitussa vakioarvossa. Kriittinen virtaus on sitäpaitsi erityisen edullinen jo alussa tyhjennettäessä järjestelmää ilmasta, koska silloin lämpövirtaustasapainoa ei ole vielä saavutettu ja kuplimisen hillitsemistarve on siten ilmeinen. Järjestelmän tyhjentäminen ilmasta tapahtuu kausaalisuhteen puuttuessa vielä helpommin, jos keräysastiaan 2 jätetään aluksi hieman (lämmintä) puhdasta liuotinta.

ίο 80384

Koska tällaisessa kuristusventtiilissä sen jättöpuolella tapahtuu voimakas paineen aleneminen, on siitä helposti seurauksena höyryn kondensoituminen jo venttiilin kohdalla, mikä saattaa tukkia kokonaan tai osittain kuristusventtiilin pienen aukon, mikä vaikuttaa häiritsevästi virtausnopeuteen ja -määrään. Tämän välttämiseksi voidaan kuristusventtiiliä 14 kuumentaa sen ympärille asennetulla kuumennusvastuksella 25, millä saadaan kuristusventtiilin sisäpinnan lämpötila kohoamaan sellaiseksi, ettei höyry missään olosuhteissa kondensoidu. Tämän kuumennuksen tarkoitus on siis pelkästään estää kuristusventtiilin tukkeutuminen eikä tässä tietenkään synny mitään aikaisemmin mainittua kolonnia.

Vaikka edellä kuvatulla kuristusventtiilillä 14 pidetään ti-lavuusvirta vakiona, voidaan laitteiston tehoa tietenkin nostaa, esim. lisäämällä höyrystyksen lämpömäärää, minkä tuloksena putkistoa 3 pitkin siirtyvän höyryn massavirta kasvaa. Käytännössä voidaan käsiteltävistä aineista ja muista olosuhteista riippuen käyttää lievempää kuristusta kuin mitä on tarpeen teoreettisen oikean kriittisen virtauksen aikaansaamiseksi. Tämä perustuu siihen, ettei muutos vapaasta kurista-mattomasta virtauksesta kriittiseen virtaukseen tapahdu äkillisesti, vaan asteittain. Tällöin esimerkiksi painesuhde Pl/P2«l,5 voi olla täysin käyttökelpoinen.

Edellä kuvatulla järjestelmällä saadaan voimakkaasti vaahtoava ja esim. vaarallisia epäpuhtauksia sisältävä liuoksen 4 höyrystyvä liuotin muutettua tehokkaasti höyryksi 5 niin, ettei vaahtoa pääse ainakaan putkenosaan 7 saakka ja että höyry siirtyy tehokkaasti putkistoa 3 pitkin keräysastiaan 2, jossa se tiivistyy nesteeksi 16 ja niin ettei järjestelmässä synny missään vaiheessa värähtelyä.

Edellä on esitetty eräs keksinnön edullinen toteutusmuoto, mutta järjestelmä ja sen komponentit voivat olla muodoiltaan, rakenteiltaan, sijoituksiltaan ja materiaaleiltaan poikkeavia.

Il n 80384

Kuumennuselementti 8 voidaan nostaa esimerkiksi sellaiseen lämpötilaan tai se voi sisältää sellaisia osia, että kuumennus tapahtuu, paitsi edellä kuvatulla tavalla johtumalla, myös suoran säteilyn L3 välityksellä. Myöskin vastusten sijoittelu voi poiketa esitetystä ja on tyypillisesti sovitettu tarkoi-tuksenmukaisesti kuumennusastian muotoon. Oleellista on, että kuumennus- ja höyrystyslämpö tuodaan höyrystettävään liuokseen 4 pääasiassa sen pinnan 21 kautta ja/tai tämän pinnan 21 läheisyydessä, jolloin kuumennusastian seinämien 11, 11A ja 11B lämpötila liuospinnan 21 yläpuolella on korkeampi kuin liuoksen 4 lämpötila. Alhaalta päin tulevaa lisälämmitystä voidaan käyttää, kunhan em. ehto täyttyy. Muussa tapauksessa väkevöityvä liuos voi joutua ainakin tietyltä osaltaan helposti em. ylikriittisen nesteen tilaan. Kuumennusastian kuumennusele-mentit 8 voivat olla sähkövastuksia, kuten esimerkissä, tai kuumennusenergia voidaan ottaa esimerkiksi jostain väliaineesta, kuten vedestä tai höyrystä elementtiä 8 vastaavalla lämmönvaihtimella. Lämmönsiirtotehoa voidaan nostaa käyttämällä astian 1 seinämistä erillisiä läiranönsiirtoelimiä, kuten metallitankoja, jotka ulottuvat kuumennuselementeistä alas liuoksen 4 sisään. Tällöin lämmönsiirron poikkipinta kasvaa ja siirettävissä oleva lämpöteho myös kasvaa.

Kuumennusastia 1 voi muodostua sisäastiasta 11 ja ulkoastiasta 12 kuten esimerkissä, mutta se voi muodostua myös pelkästään yhdestä yhtenäisestä sopivaa materiaalia olevasta astiasta tai yhdistelmämateriaalia olevasta astiasta. Itse materiaalit ja materiaaliyhdistelmät, kuten pinnoitetut materiaalit, valitaan kulloinkin käsiteltävien aineiden ja niiden aggressiivisuuden sekä rakenneaineilta vaadittavien lämmönsiirto-ominaisuuksien sekä kuumennusastian 1 tehon, koon ja esiintyvien paineiden perusteella. Sama koskee keräysastian 2 materiaaleja.

Kuristusventtiili 14 voi olla mitä tahansa sinänsä tunnettua tyyppiä, mutta edullisimmaksi rakenteeksi on juuri venttiiliin helposti tapahtuvan kondensoitumisen vuoksi osoittautu- 12 80384 nut kuristuskohdaltaan lyhyt venttiili. Tällaiset tyypilliset venttiilit on esitetty kuvioissa 2a ja 2B. Kuviossa 2A on esitetty säädettävällä karalla 24 varustettu kuristusventtii-li ja kuviossa 2B on esitetty pelkällä aukolla 22 varustettu kuristusventtiili, jolloin aukon koko voidaan edullisesti valita oikeaksi portaittain tilanteen mukaan esim. vaihtamalla aukollinen osa 23 toiseen, jossa on erikokoinen aukko 22. Venttiiliä 14 voidaan säätää mitattujen paineiden P1 ja P2 perusteella tai tarpeen mukaan käsin tai automaattisesti. Putkistoon voidaan mahdollisesti myös liittää höyryn mukaan mahdollisesti kuitenkin päässeitä epäpuhtauksia pidättävä varmuussuodatin, jonka läpi puhdistettavan liuottimen höyry kulkee.

Keräysastiassa 2 voidaan höyryn jäähdyttämiseksi ja tiivistämiseksi tarpeellinen jäähdytys toteuttaa joko Peltier-element-teihin tai kompressoriin perustuvalla jäähdytyselementillä 17, joka voi olla sijoitettu itse astian 2 yhteyteen, kuten esimerkissä tai tuloputken 15 yhteyteen. Tuloputkeen voidaan myös järjestää jäähdytyskierukka tai mikä muu tahansa sinänsä tunnettu jäähdytyslaite. Varsinainen jäähdytys ei kuitenkaan ole välttämätöntä, eikä sisälly keksintöön, vaan ympäröivän tilan lämpötila voi olla sellaisenaan riittävän alhainen, kunhan se on liuottimen kiehumispisteen alapuolella. Se lämpötila, johon saakka jäähdytys kulloinkin pitää saattaa, riippuu jäähdytettävän aineen tyypistä ja siirtyvästä ainemäärästä. Yleensä jäähdytyspuolen ratkaisu riippuu enemmänkin tilankäyttövaati-muksista ja taloudellisista seikoista kuin puhtaasti teknisistä. Keksinnön kannalta oleellista on, että lämpötila saadaan riittävältä alueelta riittävän alas halutun ainemäärän tiivistämiseksi.

Claims (15)

1. Menetelmä höyrystyvän aineen siirtämiseksi ensimmäisestä astiasta toiseen astiaan, höyrystyvän aineen erottamiseksi siihen liuenneista tai sekoittuneista muista aineosista, jolloin höyrystyvä aine höyrystyy ensimmäisessä astiassa, virtaa oleellisesti kaasumaisessa muodossa paine-eron vaikutuksesta putkistoa pitkin toiseen astiaan, jossa höyrystyvä aine tiivistyy, jolloin ensimmäinen astia sisältöineen on korkeammassa lämpötilassa kuin toinen astia, tunnettu siitä, että ensimmäisessä astiassa olevan ja höyrystämällä erotettavan aineseoksen vapaan pinnan yläpuolisessa höyrytilassa on tämän ensimmäisen astian seinämien sisäpinnan lämpötila oleellisesti korkeampi kuin höyrystämällä erotettavan aine-seoksen lämpötila.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että höyrystyslämpö tuodaan ensimmäisessä astiassa olevaan ja höyrystämällä erotettavaan aineseokseen lämpövir-tana, jonka suunta on pääasiallisesti päinvastainen kuin höyrystyneen aineen virtaussuunta höyryn irtautumispinnan yläpuolella .

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että höyrystyslämpöä tuodaan erotettavaan aineseokseen johtumisen välityksellä pitkin ensimmäisen astian seinämiä, jolloin lämmön johtumissuunta on pääasiallisesti päinvastainen kuin syntyneen höyryn virtaussuunta aine-seoksen vapaan pinnan yläpuolella.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen astian kuumin kohta sijaitsee tästä astiasta lähtevän höyryä toiseen astiaan johtavan putken ja itse astian liittymäkohdan alueella.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että ainakin osa lämmöstä tuodaan 14 80384 ensimmäisessä astiassa olevaan erotettavaan aineseokseen sen yläpintaan tai yläpinnan alueeseen kohdistuvana sähkömagneettisena säteilynä.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäistä ja toista astiaa yhdistävässä putkessa kuristetaan höyrystyneen aineen virtausta siten, että paine ensimmäisen astian puolella kuristinta on oleellisesti suurempi kuin toisen astian puolella kuristinta vallitseva paine, näiden astioiden höyrytilojen välisen kausaalisuhteen vaikutuksen pienentämiseksi ja että paine ensimmäisen astian puolella on edullisesti vähintään puolitoistakertainen verrattuna toisen astian puolella vallitsevaan paineeseen.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäistä ja toista astiaa yhdistävässä putkessa kuristetaan höyrystyneen aineen virtausta siten, että paine ensimmäisen astian puolella kuristinta on vähintään kaksinkertainen verrattuna toisen astian puolella kuristinta vallitsevaan paineeseen kriittisen virtauksen aikaansaamiseksi.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen astian, toisen astian ja niitä yhdistävän putkiston muodostama suljettu tila on ainakin toisen astian osalta ympäristöään alemmassa paineessa .

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alipaine ensimmäisen ja toisen astian sekä putkiston muodostamaan suljettuun tilaan aikaansaadaan pumppaamalla tähän suljettuun tilaan alipaine edullisimmin lämpötilaeroa synnytettäessä tai sen jälkeen, että ennalta määrätyn is 80384 alipaineen saavuttamisen jälkeen tämän suljetun tilan yhteys ulkotilaan katkaistaan, minkä tuloksena höyrystyvän aineen höyrystyminen, virtaus putkistoa pitkin toiseen astiaan ja tiivistyminen takaisin nesteeksi käynnistyvät ja jatkuvat itsekseen .

10. Laite höyrystyvän aineen siirtämiseksi ensimmäisestä astiasta (1) toiseen astiaan (2) höyrystyvän aineen erottamiseksi siihen liuenneista tai sekoittuneista muista aineosista, jolloin höyrystyvä aine höyrystyy ensimmäisessä astiassa, virtaa oleellisesti kaasumaisessa muodossa (5) paine-eron vaikutuksesta putkistoa (3) pitkin toiseen astiaan, jossa höyrystyvä aine tiivistyy, jolloin ensimmäinen astia sisältöineen on korkeammassa lämpötilassa kuin toinen astia, tunnettu siitä, että ensimmäinen astia muodostuu lämpöä johtavista seinämistä (9) ja että höyrystämällä erotettavaan aineseokseen (4) lämpöä tuottava kuumennuselementti (8) on sijoitettu ensimmäisen astian (1) yläpinnalle tiiviiseen kosketukseen astian seinämän kanssa lämmön johtamiseksi astiaan ja edelleen aineseokseen (4) sen yläpinnan (21) suunnasta.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että syntyneen höyryn poistoaukko (6) on sijoitettu ensimmäisen astian (1) yläpintaan siten, että kuumennuselementti (8) ympäröi sitä.

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että putkistossa (3), jota pitkin höyry virtaa kuu-mennusastiasta (1) keräysastiaan (2), on virtaustiessä kuris-tusventtiili (14), jonka kuristus on järjestetty sellaiseksi, että paine (Pl) ensimmäisen astian puolella kuristinta on vähintään noin puolitoistakertainen, mutta edullisesti vähintään kaksinkertainen verrattuna toisen astian puolella kuristinta vallitsevaan paineeseen (P2), ainakin lähes kriittisen virtauksen aikaansaamiseksi. ie 8G384

13. Jonkin patenttivaatimuksista 10 - 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että kuumennuselementti (8) ja siitä lämpöä alaspäin erotettavaan aineseokseen (4) johtava osa (9) on muotoiltu erilliseksi kiinteäksi vaipaksi (12), joka on asetettavissa ylhäältä päin tiiviisti aineseosta sisältävän varsinaisen säiliön (11) päälle.

13 80384

14. Jonkin patenttivaatimuksista 10 - 13 mukainen laite, tunnettu siitä, että kuristusventtiili (14) muodostuu sää-töventtiilistä, että tätä venttiiliä säädetään käsin tai automaattisesti sen kahta puolta mitattujen paineiden (PI; P2) perusteella ja että tätä venttiiliä kuumennetaan höyryn kon-densoitumisen estämiseksi venttiilin sisään.

15. Jonkin patenttivaatimuksista 10 - 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että lämpöä johdetaan yhdestä tai useammasta kuumennuselementistä (8), jotka sijaitsevat erotettavan aineseoksen (4) pinnan (21) yläpuolella, erotettavaan aine-seokseen ensimmäisen astian seinämistä (9) erillisellä yhdellä tai useammalla länmönsiirtoelimellä. Il 17 80384