TW200407186A - Method and apparatus for simultaneous heat and mass transfer utilizing a carrier-gas - Google Patents

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200407186 玖、發明說明： 【先前技術】 本申請案對2002年10月2日提出的美國第60/419,867 號臨時申請案及2002年9月10曰提出的美國第60/409,687 號臨時申請案主張優先權，該二申請案茲以參照方式併入本 案。 【聯邦贊助之研究】 此計劃由美國政府透過Bureau of Reclamation之第 g 98-FC-81-0049和99-FC-81-0186號財務合約書所提供的財務 協助給予部份資金，因此美國政府得擁有本發明的某些權利。 【發明所屬之技術領域】 本發明係指一種對那些可能含有某些溶解固體，且其中 一項以上液體成分與其餘成分之蒸氣壓力不同的液體混合 物，能有效使其分離的方法及裝置。尤其，本發明係指一種 載送氣體而從可包括溶解鹽類之液體混合物分離出液體成分 的方法及裝置。 鲁 【發明背景】 完全併入本案的第？(：丁/11300/20336 (\¥0 01/07134)號國 際專利申請案揭示一種稱為「露珠蒸發（Dewvaporation)」的 新穎技術。該技術能使用載送氣體而從一種液體混合物有效 分離（例如濃縮、純化、分餾、或汽提）出液體成分。該案也 說明了露珠蒸發較之習用分離技術（例如，逆滲透，機械蒸氣 壓縮，多級瞬時蒸餾，和不論是否具有熱蒸氣壓縮的多效蒸 餾）的一些優點。 5 第PCT/US00/20336號國際專利申請案所述的連續接觸 〔路珠蒸發裝置大體上包括由—共同傳熱壁隔開的—蒸發隔 至與-露珠形成隔室。t液體混合物—被進給到傳敎壁的蒸 T側’可分離液體成分即被蒸發成載送氣體。蒸發所需的： =露珠形成室之傳熱壁對側上從載送氣體的可分離成分經 辰縮成4珠，亦即從蒸氣形成露珠而釋放的熱來供應。 第圖戶斤示者即為第PCT/US00/20336號國際專利申請 案所述的一實施例。連續接觸式分餾塔5包括一道使下列1 個縱向延伸部隔開的傳熱壁1〇:⑴蒸發部15陶隔室)， 即分顧塔中使可分離成分從液體混合物蒸發成航氣體的部 份丄和⑼露珠形成部30(露珠形成隔室），即分顧塔中將載 运氣體可分離成分予以濃縮的部份。液體混合物進給料％ 係被導人蒸發料頂部，讀這㈣混合物與傳熱壁1〇的塞 發側Η實際接觸，㈣水4Q，即其餘的㈣混合物則好 館塔療發部的底部❹。載送氣體5G係從分餾塔蒸發部Μ 的底部導人’而飽和的載送氣體55，即含有可分離液體成分 者，則從蒸發部15 _部流出。飽和载送氣體的一小部份 57 (即以體積為準，低於15%)可用熱交換或直接接觸方式對 液體混合物進給料加以預熱。或者，可對進給的液體混合物 30添加熱（以QFeed表示的流35)。 添加熱(Q)7G之後’把加熱的飽和載送氣體⑼導入分館 塔露珠形成室20的頂部。追加熱的數量並不計較，例如，縱 然飽和載職㈣溫度僅增加抑K，只要能使飽和載送 氣體在露珠形成側入口比在蒸發側出口熱即可。實際上任何 外來的熱源均可用來提供必要的追加熱，因為··⑴只需少 量外來的熱就可在分餾塔任—指定高度處的傳熱壁建立起溫 200407186 度差異；和（2)外來熱的溫度易變。實際上從任何來源，例 如低溫太陽能熱，廢氣熱，或可燃燃料的熱，均可獲得這種 追加熱。在一實施例中，增添蒸氣就可提供這種追加熱。 追加熱在熱交換壁之露珠形成側12所提供的溫度'梯度 高於（例如從較高溫度開始）蒸發側14的溫度梯度。是以，在 分餾塔的任一指定高度或長度處，露珠形成部2〇的平均溫度 均大於蒸發部15的平均溫度。熱7G的追加量及載送氣= 流率可經選擇而達到下列最佳化的效果：（i)蒸發部中可分 ^夜體，分的蒸發；和⑼露珠形成部中可分離液體成分的 :政疋以，所具有的露點溫度宜在露珠形成部2G的溫度梯 2圍内，而可分離成分之適用蒸_力的蒸發溫度則宜在 理度梯度範圍内。至於其它的傳熱及質量轉移原 ，交數及專式，則在Bird等人所著的「遷移現象（τ_ρ〇η 有=rna)」=書中（John Wiley and sons 出版社，_ 年） 斤"兒明’嫻熟本技藝均已深切明瞭。 從露==載送氣體6〇是利用—推進器(未顯示)迫使其 的任^置往下流。載送氣體推進器可以是本技藝所知 正壓力只要能產生可使載送氣體朝某-方向移動的 扇、渦輪:果體推進器不受限制的範例包括風 形成部及鮮M 空裝置。該推進^可置於分顧塔露珠 送氣體從露珠形成部2〇m昧處。當加熱的飽和載 被轉移到蒸發部15。社車 夺，熱即越過傳熱壁而 的露珠形成側冷凝。：著::::::成、分自然在傳熱壁12 出物：二二之傳熱壁的底部或出口㈣ 浦抽出。剩餘的飽和載送氣體65也從露珠形部 200407186 底部流出。該飽和氣體在流出時宜與分離的液體成分隔開， 亦即不會流過餾出物而起泡。此時可將載送氣體65丟棄或部 份或全部回收到進給載送氣體流5〇。 第PCT/US00/20336號國際專利申請案的前述說明顯示 出露珠蒸發技術之基本原理的制。本封請人業已發現其 改良，並將說明於後。 【發明摘要說明】 本發明的一實施例係指一種用以從液體混合财分離出 «成分的連續接觸式裝置。該裝置包括—設有第一及第 二端的第一隔室，—設有第一及第二端的第^室，和一共 用傳熱壁’該傳熱壁能使熱在第一隔室與第二隔室之間相 通第一隔至具有用於載送氣體的入口及出口，和用於液體 合物的入口及出口。液體混合物的入口係設在第一及第二 端之間，液體混合物的出口和載送氣體的入口設在第一隔室 的第二端，而載送氣體的出口則設在第一端。第二隔室具有 用於載送氣體的人Π及出口，和用於可分離液體成分的入口 及出口。載送氣體的入口和液體成分的入口設在第二隔室的 第一端，而載送氣體的出口和可分離液體成分的出口則設在 第二隔室的第二端。設在第二隔室第一端的載送氣體入口與 液體成分入口可以是單一的共用入口，而設在第二隔室第二 女而的一個出口則用來當作載送氣體的出口和可分離液體成分 的出口。 此裴置可另包括二個連接到該二隔室的冷凝器/熱交換 器第冷凝器/熱父換器設有一個連接到第一隔室載送氣體 出口的冷卻隔室入口，和一個連接到第二隔室載送氣體入口 200407186 的冷卻隔室出口。該裝置亦可包括一進給器，用以將液體混 合物提供到傳熱壁的第一隔室側，和一推進器，用以提供一 股載送氣體和/或液體並使其流過隔室。 本發明的另一實施例係指一種用以交換除濕劑所釋之熱 的連續接觸式裝置。該裝置包括一釋熱室，一吸熱室，一道 能使熱在釋熱室與熱產生室之間相通的傳熱壁，和一除濕劑 再生器。釋熱室設有至少一種以除濕劑可吸收之成分使其半 飽和之氣體的入口與出口，和除濕劑的入口與出口。吸熱室 设有待加熱氣體的入口與出口。除濕劑產生器設有入口與出 修 口’其中該出口將一種再生除濕劑流提供到釋熱室的除濕劑 入口 ’該產生器的入口則接收來自釋熱室之除濕劑出口的廢 除濕劑流。釋熱室的除濕劑入口宜設成可將除濕劑置放到傳 熱壁的釋熱側。除濕劑再生器可用熱、加熱空氣、或環境空 氣與除濕劑接觸而使其再生。 此裝置可另包括設在包括設在吸熱室的入口及出口，以 供具有可蒸發成氣體之成分的液體使用，和/或設在釋熱室與 再生除濕劑之間的熱交換器’該熱交換器將熱從廢除濕劑流 轉移到再生的除濕劑流。 · 【圖式簡單說明】 兹舉實施例並配合圖式，將本發明的其它目的及優點詳 於後，其中： 第一圖係習用裝置的示意圖； 弟二圖係本發明一實施例的示意圖； 第三圖係本發明另一實施例的示意圖； 第四圖係本發明又一實施例的示意圖； 第五圖係水蒸發對環境空氣相對濕度的圖表； 9 200407186 第六圖係冷凝物/蒸發物對環境空氣相對濕度的圖表； ~ 第七圖係本發明再一實施例的示意圖； 第八圖係本發明另一實施例的側視圖；和 第九圖係第八圖所示實施例的俯視圖。 【發明詳細說明】 本發明所揭示者係可供使用載送氣體而更有效地讓液體 成分與液體混合物分離的露珠蒸發（Dewvaporation)。本文所 稱「露珠蒸發」係指先使液體成分形成蒸氣（蒸發），再使其 · 凝結（形成露珠），據以分離液體成分。所稱「液體混合物」 則指（i)含有溶解固體的液體，（ii)具有一種以上液體成 分，且其蒸氣壓力與液體混合物中其餘成分不同的液體，或 (iii)二者。這種可分離成分即為液體混合物中能利用蒸發而 被分離的部份。 本發明的裝置係連續接觸式，其係指液體混合物保持成 與傳熱壁及載送氣體連續接觸，不像多級式組態那樣在起先 把液體混合物置於傳熱壁上之後，仍需再次將液體混合物施 $ 用到傳熱壁的一部份或一區段上。另外，在此裝置某一段的 前方或後方對液體進行混合時，例如在某一級的範圍内進行 混合，並不會妨礙液體及氣體的移動。因此，本發明的這種 連續接觸式裝置可將用以進給液體混合物的泵浦數減至最 低程度（例如，可以只用一具泵浦），不需為若干級別備置若 干泵浦及喷嘴。此裝置係利用狹縫喷流（slot flow)而產生約 低於50 W/m2 °C，但以約5 W/m2 °C為宜的較小氣膜（gas film)傳熱係數，以致產生可對每hour/m2 (小時/平方公分） 的傳熱壁造成約0.045到2.27公斤之冷凝物，但以約0.23 10 200407186 到0.91公斤為宜的冷凝物生產流量。本文所稱「約（about)」 係指宣稱數值的±10%。

第二圖所示者即為本發明的一實施例。該實施例大體上 包括一座在進給點上方設有精餾區段115a和120a以及在進 給點下方設有汽提區段115b和120b的連續接觸式分镏塔 1〇5。精餾區段將進給料中最具揮發性的成分濃縮，而汽提區 段則把進給料中最具揮發性的成分去除。傳熱壁11 〇，連同 低溫冷凝器/熱交換器157和167使能量需求減至只要可將餾 出物180蒸發一次的最低用量。雖然傳統分餾需要使餾出物 沸騰的熱和使回流沸騰的熱，但本實施例因為傳熱壁可將能 •源回收’所以在使液體回流時不需熱。

連續接觸式分餾塔105包括一道用以將該分餾塔之兩々 縱向延伸部份分隔的傳熱壁110, 一第一隔室115和一第_ 隔至120。液體混合物進給料13〇係從第一隔室115的頂^ 底部之間的任一點被導入該隔室，而鹽水140,亦即剩餘否 濃縮液體混合物則從第—隔室的底部流出。液體混合物進么 料13〇被導入時，宜使其與傳熱壁11〇的第一隔室側 際接觸。另外，這液體混合物進給料的導人速率也宜以^ ^從傳熱壁往下流為原則，據以在傳熱壁㈣兩邊的第」 =115與第二隔室12〇之間交換熱時，可促使該可分離 和:或冷凝到載送氣體内。如同嫻熟本技藝者所知4 料。H弗騰液體進給料或蒸氣之類的熱源添加到這進每 11 200407186 定性的影響，詳情容後說明。以第二圖所示者為例，由於精 餾區段位在進給點的上方，所以變成第—隔室與第二隔室的_ 頂部115a，120a，反之由於汽提區段位在進給點的下方，所 以ft;成第一隔室與第二隔室的底部115b，12〇b。在這分餾塔 的精顧區段中，可分離成分係於第—隔室頂部U5a形成露 珠，並在第二隔室頂部12〇a蒸發。另在汽提區段中，可分離 成分係於第二隔室底部12%形成露珠，並在第一隔室底部 115b蒸發。 * 進給料的液體部份會與從第一隔室精餾區段回流的液體 φ (以下稱「回流液體」）合流，再往下流進第一隔室的蒸發部 115b (即下方的汽提部）。利用對流，使下降液體的揮發性成 分瘵發成從第一隔室115底部導入的上升載送氣體和從第二 ，室露珠形成部（即下方汽提區段）12〇b所接收的熱。換句話 «兒該4揮發性成分係在汽提區段丨2〇b從下降的液體中予以 汽提。汽提液體係當作具有低濃度揮發性可分離成分並以知 表不的塔底物140流出汽提區段U5b (第一隔室的底部）。 載迗氣體可以是任一種氣體。通常，空氣因為資源豐富 和^格低廉，所以被選用。另外也值得選用某種惰性氣體，籲 :便減低或消除金屬壁面遭腐钱的情形。一種極佳的低成本 性氧體的範例就是煙道氣（亦即從經過條氣以去除二氧化 碳後的火焰所取得者）。 ^ t給料130中的熱蒸氣會與來自汽提區段115b並含有揮 發性分離成分的上升熱載送氣體15()結合，再流人精館區段 亦即第一隔室115頂部）的底部。在精餾區段115a中， 攸冷部的載送氣體/蒸氣混合物去除能，致使該混合物中揮發 14車乂低的成分形成露珠。由這些揮發性較低之成分所形成的 12 200407186 可連續往下流入第一隔室的汽提 液體即為内部的回流液體， 區段115b以供再蒸發。

出精镏區段115a的截；关齑μ /贫名、________ 、」品& ll5a内的上升载送氣體繼續使回流液體冷卻 2殿，直到它當成飽和載送氣體155而從精純段頂部流 f止。接著，可讓這種鮮载職體通過-個冷凝器/熱交 換器157’屆時飽和載送氣體中約半數的㈣物會因洽卻而 瘵軋化合物160往下流入精餾區 120的頂部），使這混合物160比流 ·

。推進器可置於分餾塔第一及第二隔室的一個以 上入口和出口處。液體餾出物宜被定向到傳熱壁的第二隔室 側112。載送氣體/蒸氣混合物於此時便跟液體餾出物合流。 如有需要時，可讓一些餾出物18〇返回，據以增加位在傳熱 土弟一隔至側112之上的液體餾出物數量。此舉確保可從精 餾區段115a抽出充分的熱。由於精餾區段12〇a此時比精餾 區段115a冷，所以可從冷凝器/熱交換器中形成之液體餾出 物分離的成分會繼續蒸發到載體氣體内。當這載送氣體/蒸氣 混合物往下流過精餾區段12〇a時，因為接收精餾區段U5a 透過傳熱壁110所傳來的熱，以致變得較熱。利用這方式， 在精餾區段120a中下降的載送氣體即對分餾塔1〇5的精餾區 段發揮散熱的作用。 下降的載送氣體從精餾區段120a底部流出，再流入汽提 13

:力rGb的頂部（第二隔室12G的底部）。此時，可選擇性的 增加載送氣體混合物的… 只要」4縱然飽和载送氣體的溫度僅增加不到1 ， 來源，例::段:鳩之前熱即可。實際上從任何 用熱系浦應用的熱，可燃燃料的熱，或乾燥 σ 9了獲侍廷種追加熱。在一實施例中， 二：就可提供這種追加熱。在另-實施例中，則是 k乾燥用熱交換器提供這種追加熱。 追加的熱量及載送氣體的流率可經選擇而達到下列最佳 的效果·⑴蒸發部（亦即精鶴區段120a和汽提區段⑽) 可分離液體成分的蒸發;和⑼露珠形成部(亦即精餾區段 /a和汽提區段12Gb)中可分離液體成分的冷凝。氣相與液 ，宜接近平衡狀況。是以，所具有的露點溫度宜在露珠形成 ㈣溫度梯度範_，而可分離成分之適用蒸氣壓力的蒸發 溫度則宜在蒸發部的温度梯度範圍内。至於其它的傳熱及質 ⑽移原理，變數及等式，則在Bird等人所著的「遷移現象」 ▲曰中（John Wiley and Sons出版社，1960年）有所說明，嫻 热本技藝均已深切明瞭。 由於下降載送氣體此時比汽提區段U5b (第一隔室115 =下方部位）的蒸發部熱，所以將熱越過傳熱壁ιι〇提供到汽 提區段115b，汽提區段12Gb的載送氣體即冷卻和形成液體 餾出物（形成露珠）。因此，熱能便從分餾塔的精餾區段（即從 精餾區段115a到精餾區段i2〇a)回收到汽提區段（即從汽提區 段120b到汽提區段i15b)以供形成液體回流。 冷的載送氣體/液體餾出物165從汽提區段12〇b (和分餾 塔105)流出，和流入第二冷凝器/熱交換器167，於該處進一 200407186 步冷部而去除任何剩餘的熱，據以形成可分離成分。從系統 去除液體餾出物180，再讓冷的載送氣體返回汽提區段115b 、 的底4 <者’可另從汽提區段120b的底部去除顧出物180， 因而只讓飽和的載送氣體由第二冷凝器/熱交換器、167冷 3。在攻可選用的方式中，可從第二冷凝器/熱交換器丨67獲 付額外的顧出物。載送氣體返回汽提區段115b的底部前，宜 將揮毛物^里去除，以便不可分離的揮發物無法被重新導入 刀顧塔。有種方法就是採用吸收器185，以—種吸收液體把 揮發物溶解於氣體巾。液體進給料可#制以溶解揮發物的 液體。 、第三圖所示者係本發明的另一實施例，其中顯示出可供 取^第_圖之實施例的另—設計。這實施例大體上包括二個 ，續接觸式分餾塔1G5> 1G5，，，用以取代第二圖的單一分館 塔:因此，類似的部件均賦與如同第二圖的參照號碼，僅在 、馬之後加撇或一撇。在這實施例中，分顧塔1〇5，是座 精餾i合’於隔室12〇a’進行蒸發和在隔室Uh，形成露珠。反 之分館塔Η)5”是座汽提塔，於隔室⑽，進行蒸發和在隔室 =形成露珠。這兩座塔除了是以液體流i52*⑹以及載❿ ^體/蒸氣流153和163予以流體式的連接外，其餘各方面 、貝均與第二圖的實施例相同。進給料13G，係以流體方式在 =餾區段115a’和汽提區段mb，之間被連接到液體流叫口 〆。載ϋ氣體/蒸氣流153。同樣地，選用的熱流135,則是在精 2段120a，和汽提區段12〇b，之間被連接到液體流162和/ 或載适氣體/蒸氣流163。 *較之習用技術，露珠蒸發技術顯著的能源節約效果為 00*〇’出物/(德出物+回流）}，其中「館出物」係顧出物 15 2U〇4〇7l86 二=，回流」是返回到習用分餾塔頂部之回流的流率。舉例 兒乙醇/水啤酒混合物之分離所需的回流流率約為餾出物 流率的2.9倍，所以露珠蒸發的能源節約效果約為100* (1-1/(2.9+1))=74%。另外，因為燃料源的耗用量較低，所以 長王球/皿至效應的一氧化碳排放量也約減少差不多Μ%。 利用本發明的組態，淨能源節約變成相對揮發性的一個函 數，α。如果某種二元進給料溶液屬於5〇%/5〇%的組合，且 餾出物實質純淨，那麼最低回流，Rm，可用下列等式表示： Rm =-- (24) 能源節約則可用下列等式表示： (24)

節約= α + 1

、#因此，諸如乙苯/苯乙烯（α=1·4)之類二元合成物的潛在能 源即約效果為83%，苯/甲苯(α=31)的節約效果為49%，而 乙=醇/水（α=50)的節約效果則為4%。就這種露珠蒸發設計 來，’若與習用的塔相比，較小的相對揮發性系統顯現大幅 的能源節約效果。如前所述，採用—種可讓零液點從精鶴器 進^冷凝器的設計，則不論相對揮發性，露珠蒸發的能源節 、、、勺效果都較大㈣σ 8G%)。加裝另-具以熱方式連接到具有 館出物之汽提H的塔（預冷凝H)，就可達到這種零點移動。 併田在如第四圖所示的另一實施例中，係應用前述的傳熱及 質量轉移原理而提供一種連續接觸式熱交換器2〇5。在這實 施例中，因$強烈的鹽溶液具有可從空氣吸收水A，以致使 空氣乾燥和釋出蒸發熱的能力，所以可用—種㈣除濕㈣ 增進能源再利用係數。這種熱或其任—部份可用來將等量的 水蒸發成另一空氣流。雖然這實施例係以除濕劑來應用前述 的傳熱及冑里轉移原理’但也可採行類似方式來運用其它任 16 200407186 一種熱產生反應。 連續接觸式熱交換器205包括釋熱室215，吸熱室22〇, 和傳=壁21〇。釋熱室2215設有可供至少能以一除濕劑吸收 、成刀使其部份飽和之氣體的人口與出口，和除濕劑入口與 出、釋熱室220設有待加熱氣體的入口與出口，並可另包 體23=人口與出口，該液體則具有—種可蒸發成氣體的 、分。如第四圖所示，釋熱室215與吸熱室220的氣體可以 相:舉例來說，從露珠蒸發塔流出的一股熱濕空氣250可 以刀成釋熱室215的氣體255和吸熱室的氣體Μ?。 熱濕空氣257在釋熱室215中由強力的液體除濕劑235 接觸，而熱即從傳熱壁210的釋熱室側214提供到吸熱室側 212。除濕劑宜以能使其採取薄層形式從傳熱壁往下流的速率 導至釋熱室側214之上，據以增進除濕劑從濕空氣吸掉水的 效果。 剩餘的熱濕空氣255在通過吸熱室22〇和接受釋熱室 215所傳來的熱時，即被加熱。另外，也可利用釋熱室215 供應的旎源將具有一種可蒸發成空氣255之液體成分，例如 進給水的液體源230蒸發，據以把剩餘的熱濕空氣255進一 步加濕。因此，使液體源280流出時，所含的可蒸發液體成 分就較少。此時，可讓較熱的（或較熱和濕的）空氣流26〇返 回露珠蒸發塔，例如，流人露珠形成室，另可將乾燥的空氣 258放出或使其返回到露珠蒸發塔，例如流入蒸發室的底部。 稀釋的除濕劑240 (例如被釋熱室中吸收的水蒸氣予以 稀釋）可在再生器270中予以再生。於一實施例中，再生器 270是個是鍋爐，其利用加熱的空氣27〇 (或只是熱）來去除吸 收的水，從而提供再生的除濕劑流243。因而獲得的流277 17 200407186 可在，例如露珠形成室中當作熱源予以再利用，使返回之熱 ’ 濕空氣的溫度及濕度進一步增加。在另一實施例中，再生器 270可利用乾的環境空氣275來去除吸收的水，以致產生再 生的除濕劑流243和加濕的空氣277。讓再生的除濕劑流243 與稀釋的除濕劑流240進行熱交換，便可減低再生器270所 用的能源數量。因此，與釋熱室215所流出的稀釋除濕240 相比，稀釋除濕劑流242的溫度較局。 利用環境空氣的實施例在對除濕劑進行再生時，除了風 扇馬達及風外，實質上不需要能源。舉例來說，這實施例尤 · 其適用於世界上有海水與乾燥條件共存的地區，例如下列表

1所載的那些城市。 城市 相對濕度 1月 6月 美國亞利桑納州Yuma市 26 15 美國亞利桑納州Phoenix市 34 12 美國亞利桑納州Tucson市 31 13 美國内華達州Las Vegas市 32 10 美國加州Barstow市 34 14 美國加州Palm Springs市 20 15 美國加州Ridgecrest市 34 14 美國加州San Bernardino市 36 15 埃及Aswan市 29 11 埃及Dakhla市 36 18 埃及Kharga市 39 18 埃及Luxor市 45 17 以色列Odva市 43 19 以色列Elat市 36 15 沙烏地阿拉伯Bishah市 29 9 沙烏地阿拉伯Medina市 28 7 沙烏地阿拉伯Riyadh市 32 8 沙烏地阿拉伯Tabuk市 32 12 3月 9月 澳洲Mount Isa市 32 19 18 200407186 澳洲 Tennant Creek 市 34 16 然而，使用環境空氣以供除濕劑再生的實施例也可用於較濕 的環境條件。第五圖所示者即為與環境相對濕度有關的每1000 加侖/日（350碎/小時）的水損失。雖然在較乾燥的環境中會使再生 器270蒸發掉較多的水，但這效應為線性。因此，濕的地點仍可 利用這種環境空氣除濕乾燥技術，只是與較乾燥的地區比較，效 果沒那麼好。第六圖所示者係環境空氣相對濕度對每單位除濕水 蒸發到周圍環境之冷凝產量的作用。除了沒有蒸氣被輸入到分餾 φ 塔系統外，這比例即為能源再利用係數。這比例使人瞭解操作特 性係數f越大越好。 在濕環境中，只要增加空氣的溫度，即可實施環境空氣除濕 再生技術。舉例來說，可用太陽能收集器對水加熱，再用這水將 濕空氣加熱到具有較低相對濕度，例如約20%相對濕度的較高溫 度。諸如Houston，New Orleans或Miami這類城市中溫度約80 °F (26.7 °C)和相對濕度約80%的空氣，如使用溫度約150 °F (57_2 °C) 的水，便可加熱到溫度約140吓（60 °C)和相對濕度約20%的程 度。使用不貴的單面平板玻太陽能收集器，就可達成這些較低的 ® 水溫。 除濕劑可以是任何已知除濕鹽的液體溶液，以重量為準，濃 度應超過40%，但以超過50%為佳，若超過60%者更佳。適用除 濕鹽類的範例包括但不限於溴化鋰（產生10%最大相對濕度），氯 化鈣（產生30%最大相對濕度），氯化鋰（產生20%最大相對濕 度），及其混合物。此處所稱「產生多少百分比最大相對濕度」 係指除濕劑可對空氣流提供的最大乾燥。舉例來說，產生10%最 大相對濕度的除濕劑可在87.8 °C的溫度下，將每莫爾（mole)空 19 200407186 氣含有1.7莫爾水蒸氣的飽和空氣流脫水到在相同溫度下 空氣僅含有0.067莫爾水塞裹的兹；§：。s al , 、 ㈣水療乳的知度。另外，也可用固體除渴劑 來棱供意欲的脫水作用。固體除濕劑不受限的範例包括前述任一 液體除濕劑的固體’矽膠凝體，及其混合物。然而，如採用固體 除濕劑，則將使用可卸式或活動式基床組態來取代廢固體除渴 劑0 …、 日傳熱壁（例如110)可用任何導熱材料或其混合物製成。較宜 者是在氣體和液體無法滲透，且在與液體混合物接料安定，例 如不易受侵餘、生鏽、變凹或弄辨的材料。傳熱壁適用材料的範鲁 例包括但不限於諸如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、含有任 何這類單體組合的聚合物之類的塑料及其混合物；諸如不鏽鋼 (例如304, 316和347型者）、黃銅、銅、翻、銀之類的金屬及 其合金；以及諸如碳纖維複合物、玻璃纖維、和臘紙之類的複合 物0 傳熱壁宜可濕潤，這表示液體混合物進給料可用薄液層的形 式從這壁面往下流，以致不會促使液體混合物形成珠串情形 (beading)。是以，對疏水的液體混合物宜具有疏水的傳熱壁，而 對親水的液體混合物則宜具有親水的傳熱壁。該等傳熱壁材料不 · 受限的範例包括水濕潤式的塑膠材料，例如Rexam M3D (美國麻 州South Hadley市Rexam Graphics公司所供售者）；和耐久塑料， 例如由Ε· I. Dupont de Nemours公司所供售的許多種Mylar膜。 在另一實施例中，可將薄薄一層濕潤的材料置於前述任一傳熱材 料上。濕潤材料不受限的範例包括聚酯紗布（gauze)，布質紗布， 聚丙烯乳酪包布，尼龍乳酪包布，聚丙烯/尼龍乳酪包布，這些 材料的混合料，及其它的纖維材料。許多種的乳酪包布和紗布可 從美國麻州Lynn市的ERC Wiping Products公司及俄亥俄州 20 200407186

Cincinnati 市的 Carnegie Textiles 公司講得。 露珠蒸發裝置的其餘部份，例如，外壁190和192可由本技 藝已知的任何氣體及液體無法滲透的材料製成。除了水濕潤的偏 好外，傳熱壁所用的前述材料均可用於該等其餘部份。若是採用 低強度的材料，例如塑料，那麼須注意露珠蒸發裝置任一或二個 隔室可能崩塌的問題。不過，採用本技藝已知的任一方法就可避 免這種崩塌，例如沿著隔室全長的不同地點置放間隔物或鰭片， 或對隔室裝填填充料。填充料宜以一種氣體/空氣可滲透的大宗 材料製成。適用的氣體/空氣可滲透材料的一個不受限範例就是 · 美國紐澤西州Moonachie市Crest Foam Industries公司所供售的 T-15 MR網構發泡塑料。 如第七圖所示，在本發明的另一實施例中，可將露珠蒸發塔 的蒸發室部及露珠形成隔室部設成具有若干間隔物300,該等間 隔物宜被置於該二隔室部的相同位置。這些間隔物可朝任一取向 擺置（例如水平、垂直、或其間的任一角度），並可採取任一形狀 (例如直式或曲形）。分離過程進行期間如可形成固體物時，那麼 在，例如，可形成固體物的蒸發隔室部裡，宜不設這些間隔物和 $ /或後述的氣流導件。不受限於任一理論，據信因而獲得的「蛇 形（serpentine)」氣流式樣會因槽道寬度的減少，以致能使氣流對 傳熱壁的特定表面面積分布的更佳。是以，所獲得的槽道及空氣 流率能在露珠蒸發裝置各部份的入口處提供約從100到2500的 典型雷諾數（Reynolds number)，但以約500為宜，和在出口處提 供約從50到200的雷諾數，但以150為宜。此等間隔物可由在 與液體混合物或餾出物接觸時安定的任一種材料製成，例如不易 受侵#、生鏽、變凹或弄髒的材料。此外，間隔物宜由透水材料 製成，以便液體可從傳熱壁往下流，並可在其通過間隔物時於該 21 200407186 傳熱壁重分布。間隔物適用材料的不受限範例包括美國俄亥俄州 Barberton 市 Merryweather Foam 公司以 A132C5G Ester 氨基甲酸 酯/炭彩色發泡料這品名所供售的塑膠海綿（sponge)。 在第七圖的實施例中，也宜在載送氣體的路徑設氣流導件 310和312，使傳熱壁各側的逆流氣流式樣更加相配。這些氣流 導件可朝任一取向擺置（例如水平、如導件312所示的垂直、或 其間的任一角度），並可採取任一形狀（例如直式或曲形），使露珠 形成隔室與蒸發隔室中的氣流不論在裝置裡的那一點都能獲得 最佳化的吻合。垂直擺置的氣流導件312有助於將載送氣體導向 修 成在通道中心流動。保持一角度擺置的氣流導件310則有助於使 氣體在通道内均勻分布。這些氣流導件可用任何安定的材料製 成，包括前述間隔物所用的相同材料。然而，如果氣流導件是以 不透水的材料製成，則宜將氣流導件接裝到裝置的外壁，以便在 氣流導件與傳熱壁之間提供充分的空間，使液體能在其上連續流 動。 第八及九圖所示者係本發明的另一實施例，其中第八圖係一 側透視圖，而第九圖則為一俯視圖。在這實施例中，分餾塔405 ^ 包括一具設於中心的蒸發隔室415，和圍住這蒸發隔室的螺旋形 露珠形成隔室420a (前側）及420b (後側），以及設於蒸發隔室及 露珠形成隔室之間的傳熱壁410al (前側）和410bl (後側）。為求 簡明，僅顯示出一個露珠形成隔室。另可在開敞地區加設一個相 同螺旋形狀的第二露珠形成隔室，使其與傳熱壁接觸。傳熱壁 410al (前側）及410M (後側）可用來形成蒸發隔室。載送氣體450 流進設在如第九圖所示之中心的蒸發隔室415底部，並在其頂部 變成飽和載送氣體455。經處理後，例如添加熱之後，飽和的載 送氣體460流進如第八及九圖所示，以螺旋形狀圍住蒸發室415 22 200407186 的露珠形成隔室420。露珠形成隔室的前側420a在第八圖中係 以實線表示，而在這前側的飽和氣體（以下稱「露珠前側（dew front)」則以黑色虛線箭頭表示。從前側圍住之露珠形成隔室的 後側420b係以虛線表示，在這後側的飽和氣體（以下稱「露珠後 側（dew back)」）則以灰色虛線箭頭表示。由於螺旋形的形狀，露 珠形成隔室420係偏斜成某一角度θ，以便讓露珠形成隔室中所 形成的濃縮可分離成分能往下流動。剩餘的載送氣體465及餾出 物（未顯示）則從露珠形成隔室420底部流出。

第八及九圖所示的實施例可由雙壁式擠壓塑料輕易構成，其 中忒塑料係被擠壓成具有梯形的剖面形狀。適用的雙壁式擠壓塑 料包括美國德州Dallas市Coroplast公司供售的雙

稀擠壓片材。參閱這梯形剖面形狀，一支長腳可當作;二 邊（例如4U)al)而形成蒸發隔室的一半，而另—支長腳則可當作 傳熱壁的另-邊（例如310b2)而形成鄰接蒸發隔室的一半。:此 方式’便可形成交替柱塔的陣列（例—蒸發隔室與—圍住這蒸發 隔室的露點形成隔室）。擠壓片材的梯形剖面各梯階之間的空^ =成露珠形成隔室。對梯利面各梯階所形成的露珠形成隔室 按意欲角度Θ裁切魅式擠壓片材，就可獲得螺旋形狀。將兩片 ::片材的扁平側(例如將梯形剖面長腳侧予以擠壓而形 熱壁41〇al和410M)面對面的因定乂 . e ;崎面的固疋在—起，即可形成蒸發隔室。 疋’各片在路珠形成隔室外側的各扁平側將作 f 2。露珠形成槽道的敞口斜角端讀可用設有外壁 ^内壁475的配f端件Μ連接，使 後側隔室420b相連。+ ”對應的 成一個具有開可製成—陣卿式，方法是形 室相通。 /向㈣^’使若干前隔隔室與若干後側隔 23 200407186 在另一實施例中，可在蒸發隔室415中設一在此未顯示的追 加流體導向結構（例如一管件）而將進給料預熱。該流體導向結構 的尺寸宜大得足以實質緊靠住傳熱壁41加和41〇b，以致可供當 作如側及後側傳熱壁（例如41〇al和41〇bl)的間隔物。 拾、申請專利範圍： 1. 一種用以從液體混合物中分離出液體成分的連續接觸式裝 置，該裝置包括： 一第一隔室，其設有第一及第二端，用於載送氣體的入口及 出口’和用於液體混合物的入口及出口， 其中液體混合物的人口係設在第—及第二端之間，液體混合 物的出口和載送氣體的人口設在第_隔室的第二端，而載送 氣體的出口則設在第一端； 弟隔至其"又有弟一及苐二端，用於載送氣體的入口及 出口，和用於可分離液體成分的入口及出口， ^中載送氣體的入口和液體成分的入口設在第二隔室的第一 端，而載送氣體的出口和可分離液體成分的$ 口則設在第二 隔室的第二端；和 -共用傳熱壁，該傳熱壁可讓熱在第一隔室與第二隔室之間 相通。 專利範圍第1項所述之裝置，其中液體混合物的入口 $ = Ik室之第-及第二端的約略中間處，設在第二隔室 弟一端的載送氣體入口與液體成分入口係單一的共用入口，· 而，在第二隔室第二端的—個出σ則用來當作載送氣體的出 口和可分離液體成分的出口。 3·如申請專利範圍第1或2項所述之裝置，另包括： 第一熱交換器，其設有一個配備入口與出口的冷卻隔室， “冷卻隔室又與一個配備入口及出口的加熱隔室熱相通，其 24

Claims (1)

1. 200407186 在另一實施例中，可在蒸發隔室415中設一在此未顯示的追 加流體導向結構（例如一管件）而將進給料預熱。該流體導向結構 的尺寸宜大得足以實質緊靠住傳熱壁41加和41〇b，以致可供當 作如側及後側傳熱壁（例如41〇al和41〇bl)的間隔物。 拾、申請專利範圍： 1. 一種用以從液體混合物中分離出液體成分的連續接觸式裝 置，該裝置包括： 一第一隔室，其設有第一及第二端，用於載送氣體的入口及 出口’和用於液體混合物的入口及出口， 其中液體混合物的人口係設在第—及第二端之間，液體混合 物的出口和載送氣體的人口設在第_隔室的第二端，而載送 氣體的出口則設在第一端； 弟隔至其"又有弟一及苐二端，用於載送氣體的入口及 出口，和用於可分離液體成分的入口及出口， ^中載送氣體的入口和液體成分的入口設在第二隔室的第一 端，而載送氣體的出口和可分離液體成分的$ 口則設在第二 隔室的第二端；和 -共用傳熱壁，該傳熱壁可讓熱在第一隔室與第二隔室之間 相通。 專利範圍第1項所述之裝置，其中液體混合物的入口 $ = Ik室之第-及第二端的約略中間處，設在第二隔室 弟一端的載送氣體入口與液體成分入口係單一的共用入口，· 而，在第二隔室第二端的—個出σ則用來當作載送氣體的出 口和可分離液體成分的出口。 3·如申請專利範圍第1或2項所述之裝置，另包括： 第一熱交換器，其設有一個配備入口與出口的冷卻隔室， “冷卻隔室又與一個配備入口及出口的加熱隔室熱相通，其 24 200407186 中冷卻隔室的入口係被連接到第一隔室載送氣體的出口，同 時該冷卻隔錢出口則被連接到第二隔室載送氣體的人口 ；-和 -第一熱父換H，其設有—個配備人口與出口的冷卻隔室， T冷卻隔室又與—個配備入口及出口的加熱隔室熱相通，其 中冷部隔室的入口係被連接到第二隔室载送氣體的出口，同 時該冷卻隔室的出口則被連接到第—隔室 4.如申請專利範圍第3項所述之裝置，另包括：孔體的 一進給器，用以將液體混合物提供到傳熱壁的第一隔室側； 和 推進器，用以提供一股載送氣體和使其流過隔室，其中第_ 隔至内的軋體流係第二隔室内之氣體流的逆流。 5·如申請專利範圍第4項所述之裝置，另包括·· 加熱裔’用以將第二隔室送來的至少一部份的載送氣體加 熱，其中載送氣體是從第二隔室的一個與第一隔室之液體混 :物入口、、々略對應的位置流出，再從一個位在這流去位置與 第一隔至第二端之間的一個位置返回第二隔室。 6·如申請專利範圍第i項所述之裝置，另包括設在至少一隔室 内的若干間隔物。 7· ^申請專利範圍第6項所述之裝置，其中該等若干間隔物係 # 5又成可對載送氣體提供一蛇形槽道。 $·如申請專利範圍第7項所述之裝置另包括氣流導件。 =申凊專利範圍第8項所述之裝置，其中只有隔室設有若干 間隔物與氣流導件。 ，申明專利範圍第1或2項所述之裳置，其中第一隔室係設 中心，第二隔室則以螺旋形狀圍住該第一隔室。 •如申請專利範圍第1G項所述之裝置，其中液體混合物的入 口係設在第一隔室的第一端。 12 •種用以交換除濕劑所釋放之熱的連續接觸式裝置，該裝置 25 200407186 包括： 一釋熱室，其設有至少一種以除濕劑可吸收之成分使其半飽 和之氣體的入口與出口，和除濕劑的入口與出口； 一吸熱室’其設有待加熱氣體的入口與出口 ； 一共用傳熱壁，該傳熱壁可讓熱在釋熱室與吸熱室之間相 通；和 一設有入口與出口的除濕劑產生器，其中該出口將一種再生 除濕劑流提供到釋熱室的除濕劑入口，該產生器的入口則接 收來自釋熱室之除濕劑出口的廢除濕劑流。 13·如申請專利範圍第丨2項所述之裝置，其中釋熱室的除濕劑入 口係設成可將除濕劑置放到傳熱壁的釋熱側。 14·如申請專利範圍第12項所述之裝置，另包括設在吸熱室的入 口及出口，以供具有可蒸發成氣體之成分的液體使用。 5·如申请專利範圍第14項所述之裝置，其中具有可蒸發成分之 液體的入口係設成可將液體置放到傳熱室的吸熱側。 16·如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中除濕齊彳再生器係將 熱應用到廢除濕劑以供再生。 1入如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中除濕劑再生器係用 加熱的空氣去接觸除濕劑以供再生。 、 u· t申請專利範圍第12項所述之裝置，其中除濕劑再生劑係用 環土兄空氣去接觸廢除濕劑以供再生。 , 19·如申請專利範圍第17或18項所述之裝置，另包括設在釋熱 室與再生除濕劑之間的熱交換器，該熱交換器將熱從廢除5 劑流轉移到再生的除濕劑流。 /…、 20.如申，專利範圍第12項所述之襄置，其中除濕劑係從漠化 鋰、氯化鈣、氣化鋰、及其混合物構成之群組中所選用者。 26