專利名稱：使用熱泵的精餾設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)備，所述設(shè)備用于解吸和增強(qiáng)并隨后冷凝和增 強(qiáng)優(yōu)選的是含水混合物中的易汽化成分，其中為解吸和增強(qiáng)所需的熱 量通過一共用傳熱體傳遞。熱量來自冷凝由解吸和增強(qiáng)所產(chǎn)生的蒸 汽，所述蒸汽用熱泵通過壓縮作用得到為冷凝所必需的沸點(diǎn)提高。
背景技術(shù)：
按照本發(fā)明，設(shè)備包括兩段，亦即解吸和增強(qiáng)段或第一段及冷凝 和增強(qiáng)段或第二段，上述兩段圍繞一形成間隔壁的共用傳熱體接合， 且每段都由 一基本上是水平的部分圓筒形的外殼和每一端處的端壁進(jìn) 一步限定，而此處上述兩段中每段都裝備一霧化轉(zhuǎn)子，所述霧化轉(zhuǎn)子 適合于從水平的部分是圓筒形外殼的底部每側(cè)向內(nèi)噴射液體撞擊共用 傳熱體，同時(shí)軸向液體通道提供液體穿過設(shè)備沿著底部延伸的連續(xù)通 路。設(shè)備的功能其特征在于，通過用霧化轉(zhuǎn)子噴射液體混合物撞擊上 述傳熱表面達(dá)到液體、蒸汽和傳熱表面之間的接觸，因而解吸和增強(qiáng) 易汽化部分。所產(chǎn)生的蒸汽在第二段中通過熱泵使其冷凝，因此放出 熱量到持續(xù)蒸發(fā)過程。冷凝作用通過蒸汽與傳熱表面之間直接接觸進(jìn) 行，因此上述表面起冷卻表面的作用，及通過將所產(chǎn)生的冷凝液與經(jīng) 過循環(huán)的冷凝液一起進(jìn)行冷卻和在返回到霧化轉(zhuǎn)子之后，利用再循環(huán) 使它與更熱的蒸汽接觸。因此，得到蒸汽的額外冷凝作用，并且在兩 種情況下，冷凝液比蒸汽中具有高的含水部分濃度，而余下的蒸汽經(jīng) 受兩次增強(qiáng)效應(yīng)，以便在冷凝液一次再循環(huán)期間蒸汽中易汽化部分的 濃度加倍。通過建立足夠的再循環(huán)次數(shù)，可以完成完全解吸易汽化部 分，并且對某些產(chǎn)品來說，完成蒸汽的全部冷凝。上述過程順序只能 通過實(shí)現(xiàn)液體和蒸汽二者的連續(xù)流動完成，這可以通過軸向液體通道 得到。設(shè)備可用于許多不同的混合物，然而，焦點(diǎn)是對準(zhǔn)含乙醇或氨的 含水混合物，此處氨和水的混合物尤其難以處理，因?yàn)樵诤笠环N情況下，二者的沸點(diǎn)差值為約133°C,而對于乙醇和水來說，在大氣壓力下
二者的沸點(diǎn)差僅約22°C。精餾廠仍采用蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器包含作為傳熱表面的管道，上 述蒸發(fā)器設(shè)計(jì)成倒風(fēng)式蒸發(fā)器或設(shè)計(jì)成循環(huán)式蒸發(fā)器，該方法的最大 缺點(diǎn)是整個(gè)蒸發(fā)作用用已得到其最終濃度的剩余物(remanence )進(jìn)行。在最近已找到一定使用的板式熱交換器方面，提到同樣的缺點(diǎn)。具有 不同類型鐘罩形底部、篩形底部或接觸插件的常規(guī)塔的解吸段可能變 堵塞，因?yàn)橛写罅扛稍镂镔|(zhì)能形成結(jié)殼，所述結(jié)殼可再次落下，因此 堵塞液體通路。在這些系統(tǒng)方面，可能需要從傾析或過濾開始，這樣 可能實(shí)施起來費(fèi)用高，并且不能解吸除去的干燥物質(zhì)。帶霧化轉(zhuǎn)子的系統(tǒng)噴射液體撞擊傳熱表面提供了某些優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)子 可以如EP 1185346 Bl中所述設(shè)計(jì)，亦即制成具有中心管形支承中段， 所述支承中段裝備有合適數(shù)量的焊接于其上的U形袋，上述袋朝轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)的方向開口。在容器的底部處，袋的外邊緣浸入液體中幾毫米， 因此袋收集在持續(xù)旋轉(zhuǎn)期間由離心力向外拋射出的液體，所述液體形 成從袋的邊緣朝向外殼壁內(nèi)側(cè)的小液滴濃的云狀物，并沖擊在傳熱表 面的表面上。云狀物隨著霧化轉(zhuǎn)子的速度旋轉(zhuǎn)而同時(shí)液滴用約10 m/s 的速度向外拋射，因此得到液體和蒸汽之間的相對速度差平均高達(dá)30 m/s,這樣在液體和蒸汽之間產(chǎn)生有效接觸，從而對每個(gè)循環(huán)都得到液 體和蒸汽中易汽化部分之間的平衡。這種系統(tǒng)利用霧化轉(zhuǎn)子使液體在大力下與傳熱表面接觸，所述系 統(tǒng)此外具有作用是設(shè)備能在蒸發(fā)器表面上不產(chǎn)生結(jié)殼的情況下處理有 大量干燥物質(zhì)的液體，并因而減少了傳熱作用，因此將傳熱表面如此 設(shè)計(jì)，以使整個(gè)表面直接被噴灑。這是通過用薄板材料制造上述表面 完成，上述材料用本身已知的方式折疊成若干V形垂直折疊部分，上 述各折疊部分的開口交替式面向兩段中的霧化轉(zhuǎn)子。在更大單元情況 下，用若干矩形薄板制造傳熱表面可能是有利的，上述若干矩形薄板 如此焊接在一起，以使它們形成V形表面。如果傳熱體用管材制成， 則只有面向霧化轉(zhuǎn)子的這側(cè)沒有結(jié)殼。因此，與常規(guī)系統(tǒng)相比，上述 系統(tǒng)提供主要的優(yōu)點(diǎn)，亦即保持傳熱面沒有結(jié)殼。在具有鐘罩形底部、篩形底部或各種接觸插件的常規(guī)垂直解吸塔 中，液流只通過重力驅(qū)動，并因此只能在液體混合物含有微小量能形 成結(jié)殼的物質(zhì)的情況下工作，由于上述原因，必須進(jìn)行傾析或過濾預(yù)
處理，同時(shí)導(dǎo)致投資費(fèi)用和能耗增加。用于這些系統(tǒng)的蒸發(fā)器(再沸 器)通過蒸發(fā)沸點(diǎn)最高的成分工作，并因此不能利用十分大的溫升， 當(dāng)解吸某些液體混合物中的易汽化成分時(shí)，上述大的溫升可能發(fā)生。 這個(gè)問題已通過在同 一體積中進(jìn)行解吸和增強(qiáng)而同時(shí)達(dá)到連續(xù)進(jìn)行的 逆流效應(yīng)解決。在解吸期間液體和蒸汽之有具有有效逆流的優(yōu)點(diǎn)用若干液體通道實(shí)現(xiàn)，所述液體通道由權(quán)利要求2的特點(diǎn)表征。優(yōu)選的是，它們沿著設(shè)備的整個(gè)長度延伸，并用通道兩相對端處入口和出口連接部分密封式貼合兩個(gè)端表面。通道合適地用形成V形通道一側(cè)的矩形板形成， 而第二側(cè)由部分是圓筒形外殼的內(nèi)側(cè)提供。板在其上邊緣處，樞軸式 與外殼壁保持一合適的距離，而底部邊緣利用可調(diào)式機(jī)構(gòu)保持，以便 在板和內(nèi)壁之間形成間隙。通道在與外殼的底部相距合適的距離處形 成，此處霧化轉(zhuǎn)子如此安裝，以便使向外拋射撞擊位于通道上方的內(nèi) 壁部分的液體流回到通道中。這里，某些液體與在此期間向前飛的液 體一起，穿過在底部處的間隙流到霧化轉(zhuǎn)子，以便再次向外拋射。其 余部分液體在通道中軸向上向前流動，并流到下一個(gè)過程步驟，以便 最終作為剩余物從設(shè)備中除去。另外，按照本發(fā)明所述的設(shè)備具有權(quán)利要求3中所公開的特點(diǎn)。 因此，在冷凝段中向前流動的冷凝蒸汽和提取出的部分冷凝液之間有 一逆流作為在設(shè)備端部處的回流，在該處供給經(jīng)過壓縮的蒸汽。其余 的冷凝液和冷凝蒸汽一起流向設(shè)備的相對端，在該處將冷凝液提取出 作為產(chǎn)品，且在該處有一連接部分用于將設(shè)備放空。因?yàn)閮啥蔚牡撞亢挽F化轉(zhuǎn)子二者都是水平安裝，所以液體的整個(gè) 軸向運(yùn)動都在通道中進(jìn)行，此處通過控制間隙寬度將液體供給到霧化 轉(zhuǎn)子。由于來自循環(huán)液體的影響，所以穿過設(shè)備流動的蒸汽的速度可 以跨過設(shè)備的橫斷面任意改變一點(diǎn)兒，但用最大速度流動的部分在蒸 汽中有稍低的易汽化成分的濃度，這部分地通過下述事實(shí)平衡，即由 于濃度差別較大的結(jié)果，使液體和蒸汽之間的物質(zhì)和溫度的交換增 加。用于解吸和增強(qiáng)乙醇的設(shè)備的使用比處理具有氮含量和C02氣體 的混合物更簡單，此處不能實(shí)現(xiàn)完全冷凝氨，部分是由于沸點(diǎn)差別大， 部分是由于co2氣體的含量。因此，新系統(tǒng)具有重要的優(yōu)點(diǎn)，即液體可以供給軸向液體通道和/人軸向液體通道中抽取出，因而設(shè)備能吸收 氨和解吸C02氣體。發(fā)酵液的處理用生物乙醇。在設(shè)備的解吸和增強(qiáng)段中， 一步操作從由霧化轉(zhuǎn)子拋射出液體開 始，因此實(shí)現(xiàn)液體和蒸汽之間的接觸相當(dāng)于常規(guī)精餾塔的一步中的接 觸，但在液體的一次循環(huán)的情況下，液體沖擊在傳熱表面上，此處在 開始時(shí)所產(chǎn)生的蒸汽比產(chǎn)生蒸汽的液體有高得多的乙醇濃度。因此， 解吸和增強(qiáng)造成輸出加倍，且回流可以減少約一半，因此得到相應(yīng)的 能耗減少。在壓縮之后，將通過解吸和增強(qiáng)這樣產(chǎn)生的蒸汽供給到冷凝段， 并開始與傳熱表面接觸，這里所述傳熱表面起冷卻表面的作用，且所 產(chǎn)生的冷凝液比形成冷凝液的蒸汽有較高的水濃度。因此其余的蒸汽 得到增加的乙醇濃度。同時(shí)，所得到的冷凝液與循環(huán)的冷凝液一起冷 卻降溫，且當(dāng)它飛到霧化轉(zhuǎn)子并向外拋射時(shí)，這樣通過與更熱的蒸汽 接觸和相應(yīng)增強(qiáng)其余的蒸汽導(dǎo)致額外的蒸汽冷凝作用。另外，這樣通 過冷凝液的一次循環(huán)可得到雙效。如果用這個(gè)過程得到可能最高的乙醇濃度，則該過程可以用不同 方式實(shí)施。如果盡可能大的一部分增強(qiáng)是在冷凝作用期間發(fā)生，則需 要較少的回流，但現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，待蒸發(fā)的混合物具有水含量比用在第一 段1中完全增強(qiáng)所得到的水含量高，因此對于蒸發(fā)產(chǎn)生較低的能耗。為了得到理論能耗的想法，可以通過McCape-Thiele圖進(jìn)行計(jì)算，此處 計(jì)算是基于摩爾數(shù)(mol.)。從比如10000 kg發(fā)酵液開始，所述IOOOO kg發(fā)酵液具有純乙醇量為1000 kg,由于低共熔點(diǎn)，上述乙醇量只能增 強(qiáng)到最高為88 mol-%,起始濃度為約4.16 mol-%,所述濃度處于與乙 醇濃度約為29 mol-。/。的蒸汽平衡，在常規(guī)精餾塔中，回流加產(chǎn)品可以 是約為88/22=4,但因?yàn)橄到y(tǒng)在接近雙效的情況下工作，所以可以預(yù)期 回流加產(chǎn)品是2。因此，待壓縮的蒸汽是1000 kg/46 kg/kmol x ( 100/88 ) x 2=49.41 kmol.施加0.5 ata (絕對大氣壓)的吸氣壓力和1.5 ata的反壓，得到蒸 汽體積為22.4 x 49.41 x 336/273 °C x 1/0.5=2725 m3/h。 能耗是1.4/0.4 x 5000 x 2725/3600 x(-l十(1.5/0.5 ) (04/14) )=4884 kgm/s=47.9 kW/h，47.9 kW/h/ ( 1000/0.95 kg/1) =0.0455 kW/kg 95重量％乙醇=0.036 kW/1 95重量％乙醇。假定價(jià)格是大約0.45 DKK (丹麥克朗)/kWh (千瓦時(shí))，所述價(jià) 格用于這一目的不罕見，則以100%效率為基礎(chǔ)，1升乙醇的成本為 0.016 DKK，同時(shí)假定可得到比較良好的效率。因此，若使蒸汽在解吸和增強(qiáng)段中增加到接近低共熔點(diǎn)組成，則 最終的增強(qiáng)部分有利的是可以在冷凝段中進(jìn)行，并且通過給霧化轉(zhuǎn)子 定尺寸用必要的冷凝液循環(huán)次數(shù)而沒有任何成本。而且，當(dāng)在出口處 剩余物的溫度相當(dāng)于水的沸點(diǎn)時(shí)，則在蒸汽通往熱泵的出口處，溫度 比乙醇的沸點(diǎn)高不大于rc，或者比水的沸點(diǎn)低大約20-22°C。在用精 餾塔、再沸器和熱泵的常規(guī)設(shè)施中，僅是剩余物蒸發(fā)，且只是具有最 大乙醇濃度的蒸汽冷凝，而制造廠家公開聲稱，讓熱泵在低的溫差或 壓力差的情況下工作是最經(jīng)濟(jì)的。原則上，新系統(tǒng)和常規(guī)系統(tǒng)二者是 在相同的吸氣或冷凝壓力下工作，然而，在用常規(guī)系統(tǒng)的情況下，當(dāng) 蒸汽穿過精餾塔流動時(shí)，由于它們的高度高達(dá)30 m,所以必需施加相 當(dāng)大的壓降。這里，傳熱體在新系統(tǒng)的過程體積內(nèi)部的位置是有利的，因?yàn)闇囟炔畎雌骄蹈遡o-irc,因此，對舊系統(tǒng)來說可用的溫度差為大約7。C，而對新系統(tǒng)來說可用的溫度差為7+10.5°C。當(dāng)給兩個(gè)系統(tǒng)的傳熱表面定尺寸時(shí)，倘若它們有相同的生產(chǎn)能力和在兩個(gè)系統(tǒng)中傳熱系數(shù)相同，則可得到新系統(tǒng)面積x n.5。C叫日系統(tǒng)面積x 7°C，因此得到新系統(tǒng)面積叫曰系統(tǒng)面積x ( 7/17.5=0.40=40%),但因?yàn)樵谛孪到y(tǒng)中解吸和增強(qiáng)二者都有加倍輸出，這意味著因?yàn)?過程是在過程體積本身中進(jìn)行，所以通過利用面積約為舊系統(tǒng)所必需 的面積的大約20%的傳熱表面，就能得到與舊系統(tǒng)相同的生產(chǎn)能力，因此得到大大節(jié)約授資費(fèi)用。循環(huán)的冷凝液與蒸汽之間的接觸特別有效，因此毫無疑問系統(tǒng)是 可供使用的。在這方面重要的細(xì)節(jié)是冷凝液穿過設(shè)備的連續(xù)通路用軸 向液體通道控制，并且如果在通道的兩端處形成管道連接部分，則能 在逆流中用蒸汽提取出一部分冷凝液，所述一部分冷凝液相當(dāng)于回流 量。在設(shè)備的相對端處，使最后部分蒸汽冷凝，因此能提取出最大含量約為88mol.。/。乙醇的產(chǎn)品。由于同樣的溫度用于解吸和冷凝的結(jié)果，所以能耗較低，此外沒 有建造常規(guī)解吸和增強(qiáng)塔那樣造價(jià)高，此處所述造價(jià)高可認(rèn)為這些是 高度高達(dá)30m的塔，且當(dāng)蒸汽穿過塔流動時(shí)有較多的損耗，所述損耗 與所選擇的接觸插件類型有關(guān)，但在任何情況下都導(dǎo)致能耗增加。在每個(gè)步驟情況下，在蒸汽向前移動，同時(shí)在冷凝液和蒸汽二者 中得到相同的乙醇濃度的地方，乙醇的濃度增加變得越少，而達(dá)到所 希望的濃度越高，因此必需建立的步驟越多。因此，所必需的回流量 取決于這點(diǎn)及設(shè)備入口處粗產(chǎn)品的濃度二者。例如，回流加產(chǎn)品為2, 此處必需將冷凝液的50%循環(huán)到解吸段，而留下的50%蒸汽與作為產(chǎn) 品提取的冷凝液同時(shí)冷凝，且對增強(qiáng)應(yīng)用大為減少的步驟數(shù)就足夠 了，因此回流量、溫度和壓力差減少，它們?nèi)籍a(chǎn)生顯著節(jié)能。包括一定量待分離的氨的混合物要求處理，所述處理與混合物中 氨的濃度有關(guān)。例如，液體肥料具有較小的濃度，而當(dāng)利用氨/水混合 物以碳酸氫銨的形式吸收C02的能力時(shí)，含有顯著更高的濃度。在曝露于脫氣作用之下后，液體肥料具有氮含量約為0.3%,所迷 氮含量主要是以碳酸氫銨的形式存在。當(dāng)加熱到高于70。C時(shí)，上述碳 酸氫銨離解成C02及銨離子與氨的含水混合物。如果在設(shè)備的解吸段 的入口處將液體肥料預(yù)熱到沸點(diǎn)，則當(dāng)與傳熱表面接觸時(shí)，上述液體 肥料在隨后供熱時(shí)產(chǎn)生蒸汽，所述蒸汽有一氨濃度處于與液體肥料中 的氨平衡，亦即蒸氣中的氨濃度比已產(chǎn)生蒸汽的液體肥料中氨濃度高 大約10倍。在液體肥料流向剩余物出口 ，其中包括重復(fù)地向外拋射撞 擊傳熱表面期間，及每次與其接觸時(shí)，液體肥料都產(chǎn)生一定量蒸汽， 所述蒸汽具有氨濃度處于與蒸發(fā)的液體肥料平衡，亦即如果液體肥料 包括0.1%的氨，則所產(chǎn)生的蒸汽含約1%，該比例適用于較大的范圍。
在與熱表面接觸時(shí)，液體肥料流回到霧化轉(zhuǎn)子并再次向外拋射，因此 開始與在逆流中流動的蒸汽密切接觸，上述蒸汽具有較高的溫度和較 小的氨濃度，因此導(dǎo)致額外的將氨從液體轉(zhuǎn)移到蒸汽。解吸需要熱能 用于解吸所供給的液體及任意地所需的回流二者。為了實(shí)施這個(gè)過 程，條件是解吸在液體肥料重復(fù)循環(huán)的情況下連續(xù)進(jìn)行，這是利用液 體肥料在軸向通道中通過設(shè)備來達(dá)到目的。與逆流蒸發(fā)同時(shí)，解吸的 蒸汽流回到液體肥料入口，以便與C02氣體一起從入口繼續(xù)流到過程 的下一段，這既不是液體肥料所必需，也不是蒸汽所必需，因此，實(shí) 際上對解吸和增強(qiáng)沒有影響。當(dāng)液體肥料到達(dá)已產(chǎn)生氨/水蒸汽的剩余物出口時(shí)，它通過過渡段 的自由截面積返回，處于與循環(huán)的肥料一直接觸，因而在液體肥料和 蒸汽二者中的氨濃度始終保持平衡。同時(shí)，這種簡單的構(gòu)造可通過實(shí)現(xiàn)完全逆流而提供在液體肥料中有相當(dāng)大干燥物質(zhì)含量的情況下工 作、作為解吸段及減少熱泵能耗的可能性，因?yàn)樵趶撵F化轉(zhuǎn)子離心之 后在液體肥料和蒸汽之間再次達(dá)到平衡，且以后當(dāng)液體肥料沖擊在熱 表面上時(shí)，所產(chǎn)生的蒸汽具有比液體肥料高得多的氨濃度。然而，為使剩余物達(dá)到完全沒有氨的 一 個(gè)先決條件是保持高pH值。若將蒸汽壓縮到合適的冷凝溫度，則在設(shè)備的端部處將蒸汽循環(huán) 到冷凝段，在設(shè)備端部處溫度最高。蒸汽連續(xù)循環(huán)穿過整個(gè)設(shè)備，而 與蒸汽的逆流回流相對應(yīng)的這部分冷凝液循環(huán)回到蒸發(fā)段。同時(shí)，構(gòu)成產(chǎn)品的其余蒸汽含有全部co2量，且繼續(xù)流到設(shè)備的相對端，而同時(shí)使C02氣體冷凝，在該處加入的水量足夠用于洗滌氣體和用于吸收最后留下的與純水達(dá)到平衡的氨。水與所得的冷凝液一起在逆流中流回蒸汽，開始時(shí)，只有少量氨/水蒸汽直接冷凝，因?yàn)闅怏w含量高，但拋射撞擊冷卻表面的液體-水和 冷凝液冷卻降溫，且當(dāng)隨后向外拋射與更熱的蒸汽接觸時(shí)，達(dá)到必要 的蒸汽冷凝作用，且在液體每次循環(huán)情況下，水和蒸汽中的氨得到新 的平衡。當(dāng)蒸汽已達(dá)到所需的強(qiáng)度，且所得到的冷凝液以回流形式循 環(huán)回到蒸發(fā)器段時(shí)，形成用于解吸的氨/水混合物的出口。煙氣含一定量C02氣體，所述C02氣體可通過用氨和水的混合物除去，它以碳酸氫銨和水的混合物形式存在。在DK專利No.173513 中所公開的滌氣器可用作滌氣器，因?yàn)樗茉谳S向通道中不同部位處
加液體介質(zhì)，以便最終滌氣可例如用純水進(jìn)行。通過滌氣器之后，使液體混合物回流到設(shè)備用于將碳酸氫銨分解 成C02氣體和氨，且因?yàn)闇鞖饪稍跍鞖庖罕纫后w肥料中氨濃度高得多 情況下進(jìn)行，所以單獨(dú)解吸，或者很合適的回流就夠了，因此熱泵可 在小壓差和低功耗情況下工作。在絕熱縮壓情況下單獨(dú)用熱泵除去1公噸C02氣體可達(dá)到理論功耗為15 kW,并且很顯然，這種系統(tǒng)即使在一適中泵效率的情況下也能滿足需要。附圖簡介下面，參照附圖詳細(xì)說明設(shè)備及其不同功能，此處

圖1示出按照本發(fā)明所述的設(shè)備的剖視圖，和圖2示出穿過按照本發(fā)明所述的設(shè)備的水平剖視圖。實(shí)施發(fā)明的最佳方式圖l和2示出設(shè)備的剖視圖，所述設(shè)備包括解吸(strip)和增強(qiáng)段 1與冷凝和最終增強(qiáng)段2及共用傳熱體3，所述傳熱體3通過在上述兩段之間構(gòu)成共用壁將該兩段分開。其余的外殼壁優(yōu)選的是部分圓筒形 的壁13，且端部具有固定部分7用于安裝霧化轉(zhuǎn)子軸承8,而端壁中 剩余的開口通過活動蓋9閉合，所述活動蓋9裝備有用于液體和蒸汽 的不同連接部分，同時(shí)起進(jìn)入孔蓋的作用。原則上，兩段的組件本身 已知并相同，然而，它們的功能不同。每一段都裝備有霧化轉(zhuǎn)子4和 軸向液體通道5。上述每一段的功能一部分是控制液體流入霧化轉(zhuǎn)子 4， 一部分是保證穿過設(shè)備軸向輸送液體混合物，由于操作方式，上述 輸送必須水平進(jìn)行。共用傳熱體3通過用本身已知的方式將板材折疊 成銳角的V形折疊6而具有大的表面積和大的剛度，參見圖2，上述 折疊部分交替式面向通往蒸發(fā)段1中的霧化系統(tǒng)和冷凝段2中的霧化 系統(tǒng)的開口，且在這里蒸發(fā)段1中的操作是基于用大量的力將粗產(chǎn)品 向外拋射撞擊傳熱表面，及在這里在液體從霧化轉(zhuǎn)子向外拋射以碰撞 傳熱表面期間得到液體和蒸汽之間的有效接觸。蒸發(fā)^殳1裝備有用于待處理的粗產(chǎn)品的液體入口 10,或者如果要 求額外增強(qiáng)的活裝備有用于回流的入口 ，上述待處理的粗產(chǎn)品具有易 汽化的成分。在后一種情況下，粗產(chǎn)品必需在位置24處供應(yīng)到軸向液體通道5,所述位置24在關(guān)系上與用于在一側(cè)上增強(qiáng)而在另一側(cè)上解吸的熱需要量相對應(yīng)。液體清除剩余物在出口 ll處進(jìn)行。粗產(chǎn)品在入口和出口之間的處理由V形通道5控制，所述V形通道5在傾斜的板 12和外殼壁13之間形成。傾斜的板12的頂部邊緣14樞轉(zhuǎn)式保持在與 外殼壁相距合適的距離處，以便通道具有液體軸向流動所需的橫截面 積，而底部邊緣可調(diào)式保持，以便形成可調(diào)的間隙15，穿過可調(diào)的間 隙15液體混合物可以與從傳熱體3另一側(cè)回流的液體混合物一起流到 霧化轉(zhuǎn)子4，用于重復(fù)離心。經(jīng)過離心的液體混合物撞擊在通道上方的 壁上的這部分流回到上述通道中，并且在通道底部處的間隙"必需如 此調(diào)節(jié)，以便補(bǔ)償可能的粘度增加并得到在通道中合適的液位下降， 以便驅(qū)動液體流向剩余物出口 11。液體混合物持續(xù)逐步通過設(shè)備的通 路由控制入口 IO和出口 ll進(jìn)行控制，以便熱泵在恒定的功耗下運(yùn)行。 因此拋射液體的霧化轉(zhuǎn)子包括一部分撞擊在通道5上方的壁上的 部分， 一部分撞擊在傳熱體上的部分，且這里霧化轉(zhuǎn)子4的構(gòu)造可用 于達(dá)到所希望的拋射/霧化進(jìn)程。上述轉(zhuǎn)子制成具有中心管形支承中段 16，所述支承中段16裝備有合適數(shù)量焊接于其上的U形袋17,所述U 形袋17朝轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向開口。通過使袋的橫向尺寸和深度及斜度適 應(yīng)轉(zhuǎn)子的圓周，在外殼的整個(gè)橫截面積中拋射期間得到液體和蒸汽之 間的有效接觸及使液體充分流到用于蒸發(fā)的傳熱表面。同時(shí)，即使在 使用高千燥物質(zhì)含量時(shí)，表面也可以保持沒有結(jié)殼，因?yàn)橐后w是用很 大速度拋射。轉(zhuǎn)子4安裝在設(shè)備的底部附近，并且當(dāng)設(shè)備的液體含量 低時(shí)，袋的變尖的邊緣18浸入液體中是如此之深，以致在它們經(jīng)過液 體期間裝滿液體，并且一旦袋中的液體通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度停止，則 離心力將把液體以薄膜形式推向袋的外邊緣18的外部，因而快速分散 成小的液滴，同時(shí)形成相關(guān)的濃云19,上述云19從袋的邊緣向前延 伸，沖擊在設(shè)備的壁上和傳熱表面6上，并隨著霧化轉(zhuǎn)子的速度旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)液體混合物向外拋出沖擊傳熱表面時(shí)，供給傳熱表面的液體量顯著 大于蒸發(fā)的液體量，因此濃度變化范圍不大，以致防止了蒸汽和液體中易揮發(fā)成分的濃度之間的實(shí)際上完全平衡。在解吸和增強(qiáng)段l中所產(chǎn)生的蒸汽向前流向出口 20，所述出口 20 任選地穿過插入的防護(hù)板直接通向熱泵26。在此期間，由于霧化轉(zhuǎn)子4 在底部處插入液體中的結(jié)果，所以防止了蒸汽循環(huán)，因此，液滴向前
旋轉(zhuǎn)的云狀物19必需透過蒸汽，在這里液滴有一絕對速度為約10m/s，但將達(dá)到對蒸汽的相對速度，所述相對速度或許是在平均值約為 30 m/s范圍內(nèi)，并因此達(dá)到液體和蒸汽之間特別有效的接觸。在液體混合物穿過帶有重復(fù)的出口的軸向液體通道5流到霧化轉(zhuǎn) 子4期間，整個(gè)軸向運(yùn)動將與所產(chǎn)生的蒸汽逆流，并在每次拋射期間 在自由的橫截面積中得到液體混合物和蒸汽之間的密切接觸，并因而 在液體再次與傳熱表面接觸之前達(dá)到在液體中和蒸汽中易蒸發(fā)相濃度 之間的平衡。因?yàn)檠h(huán)液體的量比蒸汽量大許多倍，所以在蒸發(fā)期間 所產(chǎn)生的蒸汽處于與蒸發(fā)液體混合物平衡，并且因?yàn)樗a(chǎn)生的蒸汽具 有比液體高的易蒸發(fā)部分濃度，所以液體中的易揮發(fā)部分的濃度減 小。在蒸發(fā)之后，當(dāng)液體流回到霧化轉(zhuǎn)子并再次向外拋射時(shí)，它與逆 流的蒸汽接觸，所述蒸汽具有較高溫度和較低濃度的混合物中易汽化 部分。這種不平衡通過下述方法解決，即蒸汽釋放出熱量到液體中， 這樣產(chǎn)生易汽化部分的額外汽化作用，也就是說，在每個(gè)步驟期間， 易汽化部分用兩種方法轉(zhuǎn)變成蒸汽，即部分通過在傳熱表面處從液體 中直接汽化的方法和部分利用隨后在拋射液體期間液體和蒸汽接觸的 方法。由于在過程體積中進(jìn)行解吸和增強(qiáng)的結(jié)果，所以分開的解吸塔 可以節(jié)約成本，因?yàn)橐灼煞值目偭靠梢酝ㄟ^建立足夠數(shù)量的步驟 解吸，并且由于在解吸期間雙輸出的結(jié)果，所以與按常規(guī)建造的裝置 相比，使功耗大大節(jié)約。原則上，乙醇和氨的解吸盡管有大的溫度和壓力差但是相同，且 實(shí)際上C02氣體量僅對氨的解吸有很小影響，因?yàn)樵趶囊后w肥料中解吸之后，氣體和蒸汽一起立即送到過程的下一個(gè)步驟。如上所述，生物乙醇的解吸和增強(qiáng)比較簡單，并且因?yàn)橥ǔＯＭ?最高可能的乙醇濃度，所以發(fā)酵液必需在標(biāo)號24處供應(yīng)給設(shè)備，因?yàn)?來自冷凝段2的回流是通過入口 10送回到蒸發(fā)段1。將經(jīng)過解吸和增 強(qiáng)的乙醇蒸汽在標(biāo)號26處壓縮并通過入口 27供給到冷凝段2。蒸汽與 傳熱表面接觸6進(jìn)行冷凝，所述傳熱表面在這里起冷卻表面的作用， 并且因?yàn)橐掖家言谄?中盡可能多的增強(qiáng)，所以在冷凝段2中所 形成的冷凝液濃度與蒸汽中的濃度相同，因此，在冷凝作用中沒有增 強(qiáng)。所得到的冷凝液與循環(huán)的冷凝液一起冷卻降溫，并且當(dāng)隨后向外 拋射成與蒸汽接觸時(shí)，產(chǎn)生蒸汽的額外冷凝作用，因此，整個(gè)操作是 用雙增強(qiáng)效應(yīng)進(jìn)行。強(qiáng)度通過控制通過乙醇出口 22提取出的產(chǎn)品量進(jìn)行控制，并且提取回流25通過用恒定能耗運(yùn)行的霧化轉(zhuǎn)子控制。如果來自汽化段1的產(chǎn)品未盡可能多的濃集，則從入口 27流到冷強(qiáng)。同時(shí)，所得到的冷凝液^再S環(huán)的冷i液二起冷卻降溫:、s且當(dāng)它向外拋射后與蒸汽接觸時(shí)，則蒸汽冷凝并因此將留下的蒸汽增強(qiáng)。 因此，在每次冷凝液再循環(huán)的情況下乙醇都是二次增強(qiáng)，并且能在完 全沒有常規(guī)解吸和增強(qiáng)塔的情況下處理發(fā)酵液，因?yàn)樗軐?shí)現(xiàn)具有必 要能力的熱泵，且對冷凝液不難得到必要的再循環(huán)次數(shù)。因此，通過 蒸汽和冷凝液之間的逆流冷凝作用，能得到必需的增強(qiáng)。與回流"相 對應(yīng)的冷凝液從液體通道5的端部提取，在該處從入口 27供應(yīng)經(jīng)過壓 縮的蒸汽，回流回送到第一段l的入口 10,并返回到過程的解吸和增 強(qiáng)。此后留在第二段2中的蒸汽盡可能多的增強(qiáng)，并構(gòu)成產(chǎn)品，因此， 冷凝作用的最后部分是沒有增強(qiáng)的純粹冷凝作用，而蒸汽和冷凝液可 以平行流到該段的相對端，在這里冷凝液是穿過出口 22從軸向液體通 道5提取，而蒸汽則完全冷凝。然而，端蓋設(shè)置一放空連接部分21， 所述放空連接部分21用于除去任意未冷凝的成分。如顯而易見的，制 造一種設(shè)備用于在不需要使用常規(guī)塔的情況下從發(fā)酵液中解吸和增強(qiáng) 乙醇，而同時(shí)相當(dāng)節(jié)約是可行的?？梢允褂猛瑯訕?gòu)造的設(shè)備來處理包括一定量碳酸氫銨的混合物， 例如用于處理通過入口 24供應(yīng)的液體肥料，因?yàn)榘钡臐舛仁侨绱酥?低，以致必需用額外的增強(qiáng)進(jìn)行操作，并將回流通過入口 IO送回到解 吸段。解吸實(shí)際上與C02氣體的量無關(guān)，上述解吸持續(xù)到在過程中與 經(jīng)過解吸的含氨蒸汽一起流動，所述含氨蒸汽在它出口 20到熱泵26 的通路中增強(qiáng)。在解吸過程中熱傳遞沒有困難，因?yàn)橐后w肥料被拋射 撞擊傳熱表面，并且回流在第一段1的增強(qiáng)部分中是純粹的餾出物， 這也不會造成困難。在用熱泵26壓縮之后，將蒸汽/氣體混合物通過入口 27送入第二 段2中，并在與傳熱表面恒定接觸下流到該段的相對端。因此，所得 到的冷凝液處于已提供冷凝液的蒸汽平4軤，這意口未著在冷凝液中氨的 濃度僅約為蒸汽中濃度的1/10,并因此將其余的蒸汽增強(qiáng)。此外，冷
凝液向內(nèi)拋射撞擊傳熱表面冷卻降溫，所述表面現(xiàn)在起冷卻表面的作 用，并且當(dāng)上述冷凝液向下流到霧化轉(zhuǎn)子4,并在向外拋射后與較熱的 逆流蒸汽接觸時(shí)，所述逆流蒸汽導(dǎo)致氨蒸汽的進(jìn)一步增強(qiáng)，冷凝液的 每次再循環(huán)都是用它進(jìn)行蒸汽中氨的二次增強(qiáng)，因此很顯然，氨可以 在不投入常規(guī)增強(qiáng)塔的情況下充分增強(qiáng)。在冷凝作用開始時(shí)，有一小的分壓從C02氣體得到，上述壓力隨 著蒸汽冷凝而不斷增加，并且這可能有下述副作用，即氣體在蒸汽的 冷凝作用期間一道被運(yùn)送，并且因?yàn)樯鲜鰵怏w不能冷凝，所以將形成 覆蓋冷卻表面的一層，所述層防止蒸汽接觸冷卻表面。對于常規(guī)冷凝 器來說，這可能有完全毀壞的效應(yīng)，然而，當(dāng)用新系統(tǒng)時(shí)，它只有有 限的效應(yīng)，因?yàn)闅怏w不防止冷凝液拋射撞擊冷卻表面，并因此防止冷 卻降溫，或許和冷凝液一起防止蒸汽夾帶拋射出的冷凝液。在隨后的 液體和蒸汽之間接觸的情況下拋射期間，與較熱蒸汽接觸的經(jīng)過冷卻的空氣接受進(jìn)一步增強(qiáng)。當(dāng)蒸汽在冷凝期間于設(shè)備中進(jìn)展到 一 定程度，以致逆流中必需的回流冷凝液送回到第一段1時(shí)，從第二段2的出口 25到第一段1的入 口 10, C02氣體的濃度不斷增加的蒸汽在設(shè)備中會繼續(xù)與所得的冷凝 液平行流動，但因?yàn)闅怏w的分壓增加，所以冷凝溫度如此急劇下降， 以致不能轉(zhuǎn)移用于汽化，并且放空氣體伴隨相應(yīng)體積的蒸汽，同時(shí)由 于汽化而造成損失。在第一段1中加入另外的蒸發(fā)器的解決方案相當(dāng) 復(fù)雜，并且發(fā)現(xiàn)，問題是用新系統(tǒng)通過用供應(yīng)的水吸收氨解決。在新方法中，在端蓋23的連接部分處向軸向液體通道供應(yīng)一定體 積的水，上述體積是以得到有效洗滌C02氣體，并完全冷凝蒸汽中的 氨。隨后，水繼續(xù)在具有蒸汽和氣體和具有恒定吸收冷凝液的逆流中 與經(jīng)過吸收的冷凝液在一起，直至冷凝液中的氨量與液體肥料的氮含 量相對應(yīng)，上述液體肥料通過位于達(dá)到所希望的濃度的出口連接部分 28從軸向液體通道吸收。C02氣體通過出口連接部分21導(dǎo)出。在使用C02氣體情況下，氣 體可以冷凝，然而，壓縮機(jī)可能必需輸送在70巴范圍內(nèi)的壓力，這種 解決方案可以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槔鋮s裝置目前使用上述氣體作為冷卻劑。所得到的用于實(shí)現(xiàn)從包括碳酸氫銨的溶液中經(jīng)濟(jì)分離氨和co2的 解決方案也可任意可供選擇的解決方案供從含氨的煙氣中除去co2，
因?yàn)榘?水混合物可以通過在合適溫度下洗滌這種混合物分離氣體。對這種很經(jīng)濟(jì)的解決方案起作用的因素是結(jié)合44 kg C02僅用17 kg氨， 所述氨也被回收。洗滌可以用EP 1185346B1中所公開的設(shè)備進(jìn)行，因 為它能在軸向液體通道中的不同地方加入液氨，因此最終洗滌可以用 例如純水進(jìn)4亍。在通過了滌氣器之后，將液體混合物送到設(shè)備的第一段1入口 10, 或者如果要求增強(qiáng)，則送到入口 24，所述入口 24在入口 IO和出口 11 之間有一合適位置，所述位置與所要求的增強(qiáng)相對應(yīng)。供給入口與液 體通道不必有固定連接部分，因?yàn)殪F化轉(zhuǎn)子將給供應(yīng)的液體直接開始 調(diào)節(jié)再循環(huán)。因?yàn)榉蛛xC02氣體可以在較高的氨濃度下進(jìn)行，所以預(yù) 期僅需要純解吸或僅是輕微的增強(qiáng)，因此，熱泵具有有利的工作條件。 在絕熱壓縮與解吸1公噸C02氣體相應(yīng)的蒸汽量的情況下，單獨(dú)用于 驅(qū)動壓縮機(jī)的14 kW的理論功耗顯然可達(dá)到，并且因?yàn)樵O(shè)備可以在不 需要常規(guī)解吸和增強(qiáng)塔的情況下提供解吸和增強(qiáng)，所以投資相當(dāng)合 適。系統(tǒng)的唯一缺點(diǎn)是與發(fā)電廠的需要相比單機(jī)容量小。
權(quán)利要求
1.用于在增強(qiáng)情況下解吸及隨后冷凝和增強(qiáng)優(yōu)選的是含水混合物中易汽化成分的設(shè)備，其中用于解吸和增強(qiáng)的熱需要量通過共用傳熱體(3)傳遞，此處熱量從冷凝由解吸和增強(qiáng)所產(chǎn)生的蒸汽得到，上述蒸汽用熱泵(26)通過壓縮作用得到冷凝所需的沸點(diǎn)提高，上述設(shè)備包括兩段，亦即解吸和增強(qiáng)段或第一段(1)及冷凝和最終增強(qiáng)段或第二段(2)，上述段圍繞一形成間隔壁的共用傳熱體(3)結(jié)合，每段都由水平的部分圓筒形外殼(13)和每端處的端壁進(jìn)一步限定，及此處每個(gè)上述段都裝備有霧化轉(zhuǎn)子(4)，所述霧化轉(zhuǎn)子(4)適合于從水平的部分圓筒形外殼(13)的底部的每側(cè)向內(nèi)拋射液體撞擊共用傳熱體，軸向液體通道(5)提供沿著底部延伸穿過設(shè)備的連續(xù)液體通路。
2. 按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)軸向液體通道 都由可調(diào)節(jié)的板部分限定，所述可調(diào)節(jié)的板在通道的底部處形成可調(diào) 節(jié)間隙。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，解吸和增強(qiáng)段(1) 設(shè)置液體入口 (24),上述液體入口 (24)位于部分圓筒形外殼 (13)的底部處外殼(13)的兩端壁之間，并設(shè)置剩余物出口 (U),上述剩余物出口 ( 11 )位于部分圓筒形外殼(13)的底部處鄰近外殼 的第一端壁(9),并設(shè)置蒸汽出口 (20),上述蒸汽出口 (20)處在 相對的第二端壁中，且蒸汽出口 (20)通過熱泵(26)由蒸汽入口 (27) 連接到冷凝和最終增強(qiáng)段(2)上，上述蒸汽入口安裝在冷凝和最終增 強(qiáng)段(2)的第一端壁中鄰近解吸和增強(qiáng)段(1 )的第一端壁(9)，及 冷凝和最終增強(qiáng)段(2)設(shè)置回流出口 (25),所述回流出口 (25)安 裝在部分圓筒形外殼(13)的底部處鄰近第一端壁，并在解吸和增強(qiáng) 段(l)的底部處鄰近第二端壁和回流入口相連，并設(shè)置冷凝液出口 (28)和蒸汽出口 (21 )，上述冷凝液出口 (28)位于底部處它的兩 個(gè)端壁之間，而上述蒸汽出口 (21 )安裝在與第一端壁相對的第二端 壁中。
4. 按照權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，冷凝和最終增強(qiáng)段(2) 裝備一熱水入口 (23),所述熱水入口 (23)在底部處緊挨著第 二端壁。
5. 按照權(quán)利要求1-4其中一個(gè)或多個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于， 設(shè)備是用于從煙氣中除去C02的系統(tǒng)的一部分，此處將氨和水的混合 物供應(yīng)給滌氣器，此處將煙氣供給到滌氣器的一端，而氨/水混合物供 給到另一端。
全文摘要
一種用于解吸和增強(qiáng)并隨后冷凝和最終增強(qiáng)優(yōu)選的是含水混合物中易汽化成分的設(shè)備，能使用于解吸和增強(qiáng)的需熱量通過共用的傳熱體(3)傳遞，此處熱量從冷凝由解吸和增強(qiáng)所產(chǎn)生的蒸汽得到，上述蒸汽通過用熱泵(26)的壓縮作用得到冷凝所必需的沸點(diǎn)提高。設(shè)備包括兩段，亦即解吸和增強(qiáng)段或第一段(1)及冷凝和最終增強(qiáng)段或第二段(2)，上述兩段圍繞形成間隔壁的共用傳熱體(3)接合，每段都由水平的部分圓筒形的外殼(13)和每端處的端壁進(jìn)一步限定。每段都裝備有霧化轉(zhuǎn)子(4)，所述霧化轉(zhuǎn)子(4)適合于從水平的部分是圓筒形外殼(13)的底部中每側(cè)向內(nèi)拋射液體，撞擊共用傳熱體，同時(shí)軸向液體通道(5)提供液體穿過設(shè)備沿著底部延伸的連續(xù)通路。
文檔編號B01D3/08GK101213004SQ200680023637
公開日2008年7月2日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者E·詹森 申請人:霍爾姆·克里斯坦森生物系統(tǒng)公司