專利名稱：用丙烯醛處理壓艙水的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用丙烯醛處理壓艙水的方法和設備，以及用于用丙烯醛處理壓艙水的設備的混合裝置、供給裝置和反應器裝置。
背景技術：
眾所周知的是，在船上壓艙水可以使用丙烯醛來消毒。僅通過在壓艙水中加入5到15ppm的丙烯醛，即可以殺死細菌、藻類、斑馬紋貽貝以及其它浮游生物，并且，由此可以確定地消除從一個港口到另一個的轉移。使用丙烯醛的好處在于特異地對斑馬紋貽貝的幼體具有的持續功能，還在于丙烯醛在若干天內自發分解的屬性，即，壓艙水在目的地港口的排放不會因該殺生劑帶來港口水域的新負擔。 與這些好處一起存在的是，由于丙烯醛是具有催淚毒氣效果的高毒性液體，并且船上的人員被強制要求僅在裝備完全ABC防護服和使用氣體面罩的條件下才能進行該殺生劑的操作，所以不能在船上進行純丙烯醛的使用、運輸和儲存。丙烯醛的水性溶液不具有毒性，可以安全地使用，但是，該溶液僅可在若干天內使用，使得由于后勤問題的原因，在船上的使用是不可能的。根據DE-GM 20 2007 004 912，公開了一種設備，其中，通過水噴射泵以壓力上升泵的方式泵出壓艙水，并且水噴射泵的低壓區通過控制閥與反應容器液壓連接，該反應容器在外側具有添加丙烯醒縮醒(acrolein acetal)、酸和水解水的單獨入口開口。在所述反應容器中，產生了水性丙烯醛溶液，該水性丙烯醛溶液在水噴射泵中與壓艙水混合，使得壓艙水中的生物被丙烯醛殺死。在DE-GM 20 2007 004 912的設備中，丙烯醛縮醛可以直接使用，而不與必要的溶劑預先混合。同樣地，所述酸用作催化劑，并且所述酸可以不經與水的預先溶解而添加到所述設備中。所述水解水取自船上的用水系統。盡管該設備解決了純丙烯醛在船上的使用、運輸和儲存問題，但是隨著處理量需求的增加，還存在確定大小的(dimensioning)問題,特別是確定水噴射泵和反應容器的大小的問題。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種方法和一種構造簡單的設備，由此，可以在船的甲板上用丙烯醛處理壓艙水，還具有在可接受的構造復雜度下的高額的處理量。為了達到該目的，本發明的用丙烯醛處理壓艙水的設備與壓艙水設施的主壓艙水線相連接；該設備包括反應器裝置，該反應器裝置的進料為用來產生水性丙烯醛溶液的丙烯醛衍生物(優選丙烯醛縮醛)、催化劑酸以及水；支線，該支線與主壓艙水線相連接以分支壓艙水的分流；混合裝置，該混合裝置連接支線和來自所述反應器裝置的丙烯醛溶液供應線并且設計用于稀釋來自所述反應器裝置的水性丙烯醛溶液；以及供給裝置，該供給裝置用于從所述混合裝置向所述主壓艙水線供應所述水性丙烯醛溶液。根據本發明的一種有益實施方式，其特征在于，所述反應器裝置包括發生器，該發生器至少具有用于丙烯醛衍生物的連接端(stub)和用于純凈水的連接端以及用于丙烯醛溶液的出口端，其中，所述發生器設計用于丙烯醛衍生物和水的初步混合；和軟管反應器，該軟管反應器具有通過導管與所述發生器的出口端連接的入口端，以及用于處理后的丙烯醛溶液前進的出口端，并且所述軟管反應器的體積設計用于提供丙烯醛溶液在所述軟管反應器中的保留時間，在該時間內，所述丙烯醛衍生物在水中的溶解和水解分別得以完成。根據本發明的一種有益實施方式，其特征在于，所述混合裝置包括混合噴嘴，該混合噴嘴具有在流動方向上漸變漸窄的入口圓錐體，該入口圓錐體具有用于與加壓水線連接的輸入端，在流動方向上漸變漸寬的出口圓錐體，該出口圓錐體具有用于與從混合單元向目標位置供給水性丙烯酸溶液的管線連接的出口端；以及抽吸端，該抽吸端導致所述混合噴嘴的低壓區，該抽吸端與來自產生水性丙烯醛溶液的反應器裝置的丙烯醛溶液供給線連接；以及壓力提升泵，該壓力提升泵設置在混合噴嘴的上游并且與壓艙水支線連接，所述壓艙水支線為來自主壓艙水線的用于壓艙水分流的支線，由此，壓力提升泵的功率根據所述混合噴嘴的入口圓錐體的變窄進行確定，使得在壓力提升泵的額定功率下，在混合噴嘴中在入口圓錐體和出口圓錐體之間的區域內，水流的速度能夠達到20-25m/s。
根據本發明的一種有益實施方式，其特征在于，供給單元包括環狀噴嘴，該環狀噴嘴的尺寸根據在主壓艙水線中的使用來確定，其中，所述環狀噴嘴包括噴嘴環，所述噴嘴環上包括分布在所述噴嘴環的內周上的多個噴口。本發明的目的還在于提供一種構造簡單的生產水性丙烯醛溶液的反應器裝置，該反應器裝置用于用丙烯醛處理壓艙水的設備，由此，可以在船的甲板上用丙烯醛處理壓艙水，該裝置的使用還保證了在可接受的構造復雜度下的高額的處理量。為了達到該目的，本發明提供了一種用于生產水性丙烯醛溶液的，用于用丙烯醛處理壓艙水的設備的反應器裝置，該反應器裝置包括，發生器，該發生器至少具有用于丙烯醛衍生物的連接端和用于純凈水的連接端以及用于丙烯醛溶液的出口端，其中，所述發生器設計用于丙烯醛衍生物和水的初步混合；和軟管反應器，該軟管反應器具有通過導管與所述發生器的出口端連接的入口端，以及用于處理后的丙烯醛溶液前進的出口端，并且所述軟管反應器的體積設計用于提供丙烯醛溶液在所述軟管反應器中的保留時間，在該時間內，所述丙烯醛衍生物在水中的溶解和水解分別得以完成。由于丙烯醛衍生物與水的部分反應在隨后的軟管反應器中發生，所以通過本發明的反應器裝置，以優異的方式實現了所述發生器本身不必具有大的容積。由于軟管反應器的軟管從甲板上延伸到壓艙水箱，而所述發生器通常安裝在甲板上，所以所述軟管反應器為容納所需量的水解水和丙烯醛衍生物以及確保發生器和軟管反應器中的混合物的足夠的保留時間提供了足夠的容積，從而使得在所述軟管反應器的出口得到了丙烯醛衍生物在水中的水解得以完成的丙烯醛溶液。根據本發明的反應器裝置的一種有益實施方式，其特征在于，所述發生器進一步包括用于分解催化劑的連接端。這有利于為獲得丙烯醛溶液的起始物質的完全混合，向發生器中供給分解催化劑。根據本發明的反應器裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述發生器包括具有約4-6升容積的盒狀容器。由于以上解釋的本發明的概念，如果與所述軟管反應器出口的丙烯醛溶液混合的壓艙水的分流以500m3/h出現，則所述發生器本身可以僅確定為4-5升。
根據本發明的反應器裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述軟管反應器包括單層的圓柱軟管線圈的形狀。由此，所述軟管反應器作為緊湊單元實施，以便它可以在船的甲板和壓艙水箱之間的任意位置放置，此處該軟管反應器至少為干涉的。根據本發明的反應器裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述軟管反應器的至少一半為軟管線圈。通過形成至少一半為軟管線圈的軟管反應器，促進了丙烯醛溶液的成分在所述軟管反應器的管中的混合。根據本發明的反應器裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，在待丙烯醛處理的主壓艙水流為5000m3/h的情況下，所述軟管反應器的管的長度為30-40m，內部直徑為20-40mm。這樣確定軟管反應器的尺寸的好處在于，保證了丙烯醛溶液及其成分分別在軟管反應器中所需的保留時間。通過所陳述的確定軟管反應器的尺寸，產生了軟管反應器的約10-20升的容量，計算所述丙烯醛溶液在所述發生器和所述軟管反應器中的總保留時間必須考慮到該容量。對于較小的主壓艙水流，軟管依據丙烯醛在15ppm的壓艙水中的所需濃度為基準點確定尺寸。
根據本發明的反應器裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述軟管反應器由塑料材料制成，塑料材料優選聚乙烯或聚四氟乙烯。由于幾乎不受丙烯醛溶液的侵蝕，所述塑料材料特別適合于軟管反應器。根據本發明的反應器裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述軟管反應器具有鋼加固物。通過所述鋼加固物，以有益的方式，所述軟管反應器能夠承受一定的壓力而不產生建立危險的來源。本發明的目的還在于提供一種構造簡單的用于用丙烯醛處理壓艙水的設備的混合裝置，優化該裝置的效率也具有高額的處理量。為了達到該目的，本發明提供了一種混合裝置，該混合裝置用于用丙烯醛處理壓艙水的設備，該混合裝置包括混合噴嘴，該混合噴嘴具有在流動方向上漸變漸窄的帶有用于與加壓水線連接的輸入端的入口圓錐體，在流動方向上漸變漸寬的帶有用于與從混合裝置向目標位置供給水性丙烯酸溶液的線連接的出口端的出口圓錐體，以及抽吸端，該抽吸端導致所述混合噴嘴的低壓區，該抽吸端與來自產生水性丙烯醛溶液的反應器裝置的丙烯醛溶液供給線連接；以及壓力提升泵，該壓力提升泵設置在混合噴嘴的上游并且與壓艙水支線連接，所述壓艙水支線為來自主壓艙水線的用于壓艙水分流的支線，由此，壓力提升泵的功率根據所述混合噴嘴的入口圓錐體的變窄進行確定，使得在壓力提升泵的額定功率下，在混合噴嘴中在入口圓錐體和出口圓錐體之間的區域內，水流的速度能夠達到20-25m/S。根據Bernoulli和Venturi的流動方程,離開限定區域的水的流速，流動導管的確定的尺寸和壓力以及噴嘴前的流速之間的關系是已知的。因此，可以通過確定已知的壓艙水線的尺寸和混合噴嘴的尺寸來計算壓力，要求該壓力在出口圓錐體的出口處的水流速度達到20-25m/s。流出的水的該水流速度具有丙烯醛溶液供給線供給的丙烯醛溶液是突然的有益效果，這意味著，在毫秒內，以該數量稀釋的丙烯醛在若干天內保持在溶液中的穩定性。根據本發明的混合裝置的一種有益實施方式，其特征在于，確定所述壓力提升泵的功率為45kW，處理量為500m3/h，且在壓力提升泵的入口線和出口線的流速為2-3m/s。這樣確定所述壓力提升泵的尺寸的好處在于，如果混合裝置具有500m3/h的處理量，則可以處理約5000m3/h的主壓艙水流。根據本發明的混合裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述混合噴嘴的入口圓錐體具有在18到22度之間的圓錐角，所述混合噴嘴的出口圓錐體具有在9到11度之間的圓錐角。以壓艙水為例，這種設置入口圓錐體和出口圓錐體的圓錐角的好處在于，在該情況下，當水流含有一定數量的固體顆粒時，由此一方面達到了混合噴嘴的高效率，另一方面混合噴嘴的壽命更長。根據本發明的混合裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述混合噴嘴的入口圓錐體具有20度的圓錐角，所述混合噴嘴的出口圓錐體具有10度的圓錐角。已證明，入口圓錐體和出口圓錐體的圓錐角的這些值是優選用于本發明的用丙烯醛處理壓艙水的設備的混合裝置的特殊使用的。根據本發明的混合裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述入口圓錐體具有在流動方向上從入口到出口的直徑比，即縮小，為2 1，并且所述出口圓錐體具有 在流動方向上從入口到出口的直徑比，即擴寬，為約I : 2，且所述入口圓錐體和它的入口的直徑以及所述出口圓錐體和它的出口的直徑具有與連接管線的直徑相同的大小。確定入口圓錐體和出口圓錐體與所連接的管線的直徑相關的尺寸，一方面帶來了高效率，另一方面使得混合噴嘴的構造高度盡可能地小。根據本發明的混合裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述混合噴嘴進一步具有抽吸端，該抽吸端通過管線與用于分解加速劑的水箱連接。由此，以一種有益的方式，不僅可以將丙烯醛溶液而且可以將附加的分解加速劑供給到混合噴嘴中，并且來自壓力提升泵的流體也可以在此得到混合。用于分解加速劑的水箱和混合噴嘴的連接，進一步地，有益于分解加速劑的供給可以從用于用丙烯醛處理壓艙水的設備和混合裝置的其他功能中獨立出來。根據本發明的混合裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，在所述入口圓錐體和出口圓錐體之間設置有中間組件。混合噴嘴的這種設置表明混合噴嘴可以以優異的模塊技術組織，使得所述混合噴嘴的維護和更換可以以簡單地方式進行。根據本發明的混合裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述中間組件包括用于丙烯醛溶液的抽吸端以及，在有設置的情況下，包括用于分解加速劑的抽吸端。由此，丙烯醛溶液和分解加速劑以優異地方式以同樣的水平供給到混合噴嘴的低壓區，并且與混合噴嘴中的壓艙水流混合。根據本發明的混合裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，在所述壓艙水支線中，設置有用于物理分離壓艙水分流中的懸浮固體顆粒的分離裝置，從流動方向看，分離裝置設置在所述混合噴嘴之前。這種分離裝置使得壓力提升泵的壽命和混合噴嘴的壽命得以延長，這是由于流經這些構造單元的水含有更少的固體顆粒，從而產生更少的磨損顆粒。根據本發明的混合裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述分離裝置包括離心力分離器或污泥過濾器。所述離心力分離器，例如水力渦旋裝置，和所述污泥過濾器可以以必須考慮本特殊使用的高額處理量來操作。本發明的目的還在于提供一種構造簡單的供給裝置，使用該裝置可以用丙烯醛處理壓艙水，其中，該裝置的使用也保證具有在可辯解的構造投入下的高額的處理量。為了達到該目的，本發明提供了一種供給裝置，該供給裝置用于向在船上用丙烯醛處理壓艙水的設備的主壓艙水線供給水性丙烯醛溶液，其特征在于，環狀噴嘴，該環狀噴嘴的尺寸根據在主壓艙水線中的使用來確定，其中，所述環狀噴嘴包括噴嘴環，所述噴嘴環具有分布在所述噴嘴環的內周上的多個噴口。通過具有分布在其內周上的多個噴口的噴嘴環，丙烯醛溶液可以通過主壓艙水流的整個內周同時供給到該主壓艙水流，這樣可使得在主水流的周邊的丙烯醛溶液的統一供給得以實現，由此，丙烯醛溶液與主壓艙水流的統一且良好的混合成為可能。這兩個水流的統一混合對所需的丙烯醛的效果是必要的，即殺死主壓艙水流中的存活生物。根據本發明的供給裝置的一種有益實施方式，其特征在于，分布在所述環狀噴嘴的內周上的多個噴口以等距離設置，由此以一種有益的方式，取得了所述丙烯醛溶液在所述主壓艙水流中的均一分布。
根據本發明的供給裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述環狀噴嘴的內直徑適配于所述主壓艙水流的主壓艙水線的內周。在此，有益的是，主壓艙水流可以無障礙地流動，從而避免主壓艙水流中的固體成分積聚在環狀噴嘴之前或之后。并且，環狀噴嘴的壽命由此得到延長。根據本發明的供給裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，供給裝置附加地包括設置在所述環狀噴嘴處的流動干擾裝置，流動干擾裝置位于在主壓艙水流在主壓艙水線中流動的方向上的環狀噴嘴的下游。通過流動干擾裝置，在丙烯醛溶液和主壓艙水流之間以一種有益的方式達到了最終的混合。流體控制裝置獨立于環狀噴嘴形成，優勢在于流動干涉裝置可以在被主壓艙水流損壞或磨損后容易地更換。根據本發明的供給裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述流動干擾裝置包括混合面板，該混合面板具有用于主壓艙水流的開口，其中，所述開口的面積小于所述主壓艙水線的自由內部橫截面面積。所述流動干擾裝置可以為任何流動引導裝置，分散器等。流動干擾裝置的實施方式是混合面板，其構造簡單且是非常有效的流體干擾裝置，其一方面保證了混合丙烯醛溶液流和主壓艙水流的目的，另一方面在需要更換的情況下更容易地操作。根據本發明的供給裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述混合面板的開口不為圓形。所述混合面板的混合功能通過不是圓形的橫截面能比具有圓形橫截面的混合面板具有更好的混合功能。根據本發明的供給裝置的一種進一步有益實施方式，其特征在于，所述環狀噴嘴的供給線形成為切向設置在環狀噴嘴上的注射線。在這種情況下，有益的是，丙烯醛溶液是切向地導入環狀噴嘴的，這樣產生了環狀噴嘴中的環狀流，該環狀流為丙烯醛溶液在環狀噴嘴的出口開口處提供了統一的分布。本發明的目的還在于，提供一種方法，通過該方法可以在船上用丙烯醛處理壓艙水，也在可辯解的構造投入下具有高額的處理量。為了達到該目的，提供了用丙烯醛處理壓艙水的方法，該方法包括在用于產生水性丙烯醛溶液的反應器裝置中將丙烯醛衍生物和水解水混合，從主壓艙水在分支處分支出的壓艙水的分流由此與來自所述反應器裝置的丙烯醛溶液混合和稀釋，其中，所述壓艙水的分流供給至主壓艙水的分支位置的下游。由此，對于具有達到5000m3/h高處理量數目的主壓艙水線，能達到在相對較小的系統中產生丙烯醛，并且以充足的數量供給到主壓艙水流中。并且，以一種有益的方式，通過使用主壓艙水的分流，解決了將充足的水供給到混合丙烯醛溶液的系統的問題。根據本發明的方法的一種有益的實施方式，其特征在于，向用于產生水性丙烯醛溶液的反應器裝置中供給附加的分解催化劑，以加速丙烯醛衍生物的水解，具有對丙烯醛溶液在反應器裝置中的所需保留時間的有益效果。根據本發明的方法的一種進一步有益的實施方式，其特征在于，附加地將分解加速劑供給至所述壓艙水的分流，這樣具有的有益效果是，事實上保留的丙烯醛衍生物在壓艙水的分流中溶解之前混合到主壓艙水流中。根據本發明的方法的一種進一步有益的實施方式，其特征在于，將約10%的主壓艙水流的壓艙水的分流分流出來，其在一方面是系統的充足的水的供應，另一方面，限制了系統的構造投入。
根據本發明的方法的一種進一步有益的實施方式，其特征在于，如果在丙烯醛處理的主壓艙水流中，丙烯醛的名義含量達到5-15ppm的濃度并且壓艙水的分流為主壓艙水流的10%，選擇反應器裝置中的丙烯醛衍生物和水解水的比例，以使得離開所述反應器裝置的丙烯醛溶液的濃度為150000ppm丙烯醛，且在與丙烯醛溶液混合后的壓艙水的分流的濃度為50-150ppm丙烯醛。對于丙烯醛在主壓艙水流中的更高或更低的濃度，該確定尺寸的規則可以相應地修改。根據本發明的方法的一種進一步有益的實施方式，其特征在于，如果在丙烯醛處理的主壓艙水流中，丙烯醛的名義含量達到5-15ppm的濃度并且壓艙水的分流為主壓艙水流的10%，離開所述反應器單元的丙烯醛溶液通過壓艙水的分流的方法以I : 500到
I 1000的比例與壓艙水的分流混合進行稀釋，并且用丙烯醛處理的壓艙水的分流通過主壓艙水流的方法以I : 5到I : 10的比例稀釋。因此，發生了丙烯醛的三步稀釋在反應器裝置中通過水解水到5-15%的丙烯醛溶液的第一稀釋，從反應器裝置出來的丙烯醛溶液在混合中的第二稀釋以及在用丙烯醛處理的壓艙水的分流進入到主壓艙水流中的第三稀釋。由此，達到了良好經濟的方法。根據本發明的方法的一種進一步有益的實施方式，其特征在于，為了混合所述壓艙水的分流和所述丙烯醛溶液，使用以部分壓艙水操作的水噴射泵類型的混合噴嘴，向所述水噴射泵的低壓區供給丙烯醛溶液，如果適用，和供給分解加速劑。由此，可以達到丙烯醛溶液和壓艙水的分流的良好混合。根據本發明的方法的一種進一步有益的實施方式，其特征在于，選擇壓艙水的分流的壓力和流速，以使得在混合噴嘴中的水流速度達到20-25m/s。混合噴嘴中20-25m/s的水流速度足夠用于從反應器裝置中抽進丙烯醛溶液和分解加速劑，并且這保證了供應介質在毫秒內的立即混合，這對丙烯醛的穩定化是重要的。根據本發明的方法的一種進一步有益的實施方式，其特征在于，如果給定了500m3/h的處理量和在壓艙水的分流中的2-3m/s的流速，確定壓力提升泵的額定功率為45kff,以便達到混合噴嘴中20-25m/s的水流速度。該確定功率的規則可以根據其他處理量數值進行應用。
本發明的具體實施方式
現在參考附圖解釋如下
圖I表示完整設備的第一實施方式的示意圖。圖2表示環狀噴嘴的側視示意圖。圖3表示和混合面板一起插入壓艙水管線的環狀噴嘴的示意圖。圖4是具有切向設置的注射線的環狀噴嘴的透視圖。圖5是具有方開口的混合面板MB的前視圖，和圖6是混合噴嘴的截面圖。
具體實施例方式圖I示意性地表示了用丙烯醛處理壓艙水的設備，其中，使用了本發明所述的反應器，本發明所述的混合裝置和本發明所述的供給裝置。需要指出的是，本發明所述的反應器，本發明所述的混合裝置和本發明所述的供給裝置可以獨立于圖I所示的整個設備使用。如圖I所示，有待丙烯醛處理的壓艙水的主壓艙水流(體積/時間單位)BW，經主壓艙水線2流到供給裝置、具有噴嘴環的環狀噴嘴4中，噴嘴環的內部設置有至少一個噴口6，優選以等距離設置有多個噴口 6。此外，供給單元包括從主壓艙水流的方向看位于環狀噴嘴4下游的流動干擾裝置。所述流動干擾裝置可以為限制，流動導向裝置或其他障礙，由此來自環狀噴嘴的主壓艙水流在此旋轉并混合。優選的流動干擾裝置的形狀是圖I中所示的混合面板8，通過該面板，壓艙水流出環狀噴嘴4。通過混合面板8，主壓艙水線2的空余橫截面漸變漸窄，并且在面板8前產生水力超壓，這導致壓艙水流中的湍流，從而使得主壓艙水流BW與用丙烯醛預處理過的壓艙水得到快速且良好的混合。丙烯醛處理的水流(體積/時間單位)BA流經噴口 6同時進入并遇見主壓艙水流BW。主壓艙水流BW和丙烯醛預處理的水流BA通過混合面板8得到完全和瞬時的混合，合并得到壓艙水排出流BWB。該設備進一步包括，支線10，該支線10從主壓艙水線2分支出來，通過它壓艙水供給到船上的壓艙水箱中，分支處在壓艙水供給泵(未標明)的下游和供給裝置的上游，通過該支線壓艙水的分流BT供應到壓艙水處理設備中。支線10導向用于物理分離壓艙水的分流BT中各自的污泥部分和懸浮固體顆粒的分離裝置12。在支線10中設置控制閥門14以控制進入分離裝置12的壓艙水的分流BT的量。所述分離裝置12中分離的污泥水流BZ經排出線16離開所述設備。分離裝置12通過離心力和/或過濾進行壓艙水的分流BT中的固體懸浮顆粒的物理分離。壓艙水的分流BV通過分離裝置12預先物理清潔，經干凈水線18流到壓力提升泵20的吸入口。加壓水線22從壓力提升泵20導向混合噴嘴24，以便將來自壓力提升泵20并預先得到物理清潔的水的分流BV供應到混合噴嘴24的輸入端26，其中，水的分流BV與水性丙烯醛溶液混合，并由此稀釋以便丙烯醛溶液中的丙烯醛不分解。混合噴嘴32是水噴射泵，帶有具有水力超壓的噴嘴區域。混合噴嘴24，進一步具有排出端28和兩個真空端30，32，排出端28與環狀噴嘴4通過線29連接。壓力提升泵20的功率根據所述混合噴嘴的入口圓錐體的變窄進行確定，使得在壓力提升泵的額定功率下，在入口圓錐體和出口圓錐體之間的混合噴嘴的區域內達到20-25m/s的水流流速。確定所述壓力提升泵20的功率為45kW，處理量為500m3/h，且在壓力提升泵的入口線和出口線的流速為2-3m/s。混合噴嘴24進一步具有出口端28和兩個真空端30，32，出口端28與環狀噴嘴4通過線29連接。確定壓力提升泵20的尺寸使得，通過形成為水噴射泵的混合噴嘴24，在混合噴嘴24的入口端26和混合噴嘴24的排出端28的壓力之間產生約I至I. 5bar的壓力差，以便在混合噴嘴中建立真空區，通過真空區來吸入丙烯醛溶液。水的分流BV的體積大概等于由泵吸入的水的分流BT減去通過分離裝置12以物理分離固體物質的方式分離出的污泥水流BZ的體積的差值。通過線34，連接真空端30與包括排出端38和輸入端40的軟管反應器36。通過 線42連接軟管反應器36的輸入端40與發生器46的排出端44，發生器46包括丙烯醛入口端48，分解催化劑入口端50和水入口端52。取決于部分水流BT的體積，丙烯醛衍生物(例如丙烯醛乙酸酯)的體積流A，通過丙烯醛入口端48供給到發生器46中。取決于體積流A，分解催化劑的體積流K通過分解催化劑入口端50供給到發生器46中。取決于體積流A，水流W通過水入口端52供給到發生器46中。控制水流入量的閥門56設置于連接水入口端52的線54中。分支線58從水入口端52連接到加壓水線22，加壓水線22以泵20和混合噴嘴24為端點。如果線54中的閥門56打開并且線58中的閥門60關閉，則從干凈水源(未顯示)提供水。備選地，發生器46也可以通過線58操作，以水的分流BV的部分流取代水流W。為達此目的，關閉閥門56，打開閥門60。水性丙烯醛溶液在發生器46中通過水W，分解催化劑K和丙烯醛衍生物A的接觸產生，從發生器46的排出端44流入軟管反應器36的輸入端40，此處反應成分的反應得以完成。水性丙烯醛溶液從軟管反應器46的排出端38經線34流入混合噴嘴32的真空端30中。在真空端30處供給的水性丙烯醛溶液的體積流在混合噴嘴24中遇見通過連接端36供應的預先物理清潔過的水的分流BV。在混合噴嘴24中產生的含丙烯醛的水流通過排出端28離開混合噴嘴24，并通過線29到達環狀噴嘴4，在此處進行與主壓艙水流BW的混合。分解加速劑的水箱64通過線62連接真空端32。泵66和截止閥門68以在水箱64和真空端32之間順序設置于線62中。水箱64通過線62與泵66的吸入端水力連接。截止閥門68的入口法蘭在泵66的壓力端設置，截止閥門68的排出法蘭與混合噴嘴24的真空端32的法蘭連接。因此，如果需要，通過泵66經閥門68經線62，來自水箱64的分解加速劑可以加入到真空端32。供給混合噴嘴24和發生器46的水來自獨立的水源，例如，來自直接與壓力提升泵連接的船的使用水供給。從圖2可以看出，環狀噴嘴4的噴嘴環包括內管截面70，其圓周上具有多個噴口6，以及外管環72和法蘭環74和76。法蘭環74和76流體緊密契合在內管截面70和外管截面72之間。豎式螺栓78插入到法蘭環74和76中，螺栓具有螺線，這樣使得在螺母79 (圖4)的幫助下，可以簡便地在已有的壓艙水線上安裝。從圖3可以看出，環狀噴嘴4直接通過豎式螺栓78和螺母79連接到主壓艙水線2的連接法蘭80，82上，這樣使得混合面板8位于噴口后的主壓艙水流BW的流動方向上。法蘭密封84，86設置于環狀噴嘴4和連接法蘭80，82之間。混合面板8設置在環狀噴嘴4和主壓艙水線2的連接法蘭80之間，通過兩個平密封件88，90得到密封。混合面板8簡單地通過豎式螺栓78上的螺母79的擰緊來固定。由此，容易地得到船上出現的環狀噴嘴4到壓艙水線的連接。圖4表示環狀噴嘴4和切向地設置在外管套72上的線29，線29為注射線的透視圖。含丙烯醛的水流在1-1. 5bar的壓力下離開混合噴嘴24，這樣使得來自混合噴嘴24的含丙烯醛的水流在壓力下通過線29以切向方向供給或注入 到環狀噴嘴4的噴嘴環上，產生環狀流，這保證了來自單個噴口 6的同樣數量的丙烯醛溶液。由此，完成了向主壓艙水流BW統一供應丙烯醛溶液。設置在下游的流動干涉裝置提供了主壓艙水流BW中丙烯醛溶液的渦流和混合。圖5表示，作為流動干擾裝置的優選設計，混合面板8具有非圓的方形開口 92。由此，主壓艙水流BW中丙烯醛溶液的渦流和混合相比具有圓開口的混合面板進一步得到提聞。圖6示意性地表示混合噴嘴24。混合噴嘴24包括出口圓錐體94和入口圓錐體96，以及設置在入口圓錐體96的出口端的法蘭100和出口圓錐體94的入口端的法蘭102之間的中間段98。法蘭100，102和中間段98之間通過螺釘104和螺母106鎖緊，如圖6中所示。入口圓錐體96包括用于壓艙水的入口門26，出口圓錐體94包括出口開口 28。在中間段98中的抽吸端30和32分別用于連接用于丙烯醛溶液的線34和用于分解加速劑的線62。如圖6所示，入口圓錐體96具有20度的開口角，出口圓錐體94具有10度的開口角。混合噴嘴24的入口圓錐體96在流動方向S上具有從入口到出口的直徑比，S卩，直徑面積的限制，約2 1，出口圓錐體在流動方向S上具有從入口到出口的直徑比，S卩，開口面積的寬度，約I : 2。入口圓錐體96的輸入端26的直徑和出口圓錐體94的出口 28的直徑與用于壓艙水的連接管線的直徑相同。當壓力提升泵20設計為45kW時，且如果壓力提升泵20以其額定功率運行，在處理量平均為500m3/h和流速為2-3m/s下達到所需的在入口圓錐體96的出口端20-25m/s的流速。入口圓錐體94與環狀噴嘴4通過具有供給線29的法蘭98連接。入口端96與用于壓艙水的供應的線18通過法蘭110連接。
權利要求
1.用丙烯醛處理壓艙水的設備，該設備與壓艙水設施的主壓艙水線相連接；該設備包括 反應器裝置，該反應器裝置的進料為用來產生水性丙烯醛溶液的丙烯醛衍生物、催化劑酸以及水，所述丙烯醛衍生物優選丙烯醛縮醛；支線，該支線與所述主壓艙水線相連接以分支壓艙水的分流；混合裝置，該混合裝置連接支線和來自所述反應器裝置的丙烯醛溶液供應線并且設計用于稀釋來自所述反應器裝置中的水性丙烯醛溶液；以及供給裝置，該供給裝置用于從所述混合裝置向所述主壓艙水線供應所述水性丙烯醛溶液。
2.根據權利要求I所述的設備，其特征在于，所述反應器裝置包括發生器(46)，該發生器(46)至少具有用于丙烯醛衍生物的連接端(48)和用于純凈水的連接端(52)以及用于丙烯醛溶液的出口端(44)，其中，所述發生器(46)設計用于丙烯醛衍生物和水的初步混合；和軟管反應器(36)，該軟管反應器(36)具有通過導管與所述發生器(46)的出口端連接的入口端，以及用于處理后的丙烯醛溶液前進的出口端，并且所述軟管反應器的體積設計用于提供丙烯醛溶液在所述軟管反應器(36)中的保留時間，在該時間內，所述丙烯醛衍生物在水中的溶解和水解分別得以完成。
3.根據權利要求I所述的設備，其特征在于，所述混合裝置包括混合噴嘴(24)，該混合噴嘴(24)具有在流動方向上漸變漸窄的帶有用于與加壓水線(22)連接的輸入端的入口圓錐體(96)，在流動方向上漸變漸寬的帶有用于與從混合裝置向目標位置供給水性丙烯酸溶液的線(29)連接的出口端的出口圓錐體(94)，以及抽吸端(30)，該抽吸端(30)導致所述混合噴嘴(24)的低壓，所述抽吸端(30)與來自產生水性丙烯醛溶液的反應器裝置(36，46)的丙烯醛溶液供給線(34)連接；以及壓力提升泵(20)，該壓力提升泵(20)設置在混合噴嘴(24)的上游并且與壓艙水支線(14，18)連接，所述壓艙水支線(14，18)為來自主壓艙水線(2)的用于壓艙水分流的支線，由此，壓力提升泵(30)的功率根據所述混合噴嘴(24)的入口圓錐體(96)的變窄進行確定，使得在壓力提升泵(20)的額定功率下，在混合噴嘴(24)中在入口圓錐體(96)和出口圓錐體(94)之間的區域內，水流的速度能夠達到20_25m/s。
4.根據權利要求I所述的設備，其特征在于，供給裝置包括環狀噴嘴(4)，該環狀噴嘴(4)的尺寸根據在主壓艙水線(2)中的使用來確定，其中，所述環狀噴嘴(4)包括噴嘴環，所述噴嘴環包括分布在所述噴嘴環的內周上的多個噴口(6)。
5.生產水性丙烯醛溶液的反應器裝置，該反應器裝置用于用丙烯醛處理壓艙水的設備，特別是用于根據權利要求I所述的用丙烯醛處理壓艙水的設備，該反應器裝置包括，發生器(46)，該發生器(46)至少具有用于丙烯醛衍生物的連接端(48)和用于純凈水的連接端(52)以及用于丙烯醛溶液的出口端(44)，其中，所述發生器(46)設計用于丙烯醛衍生物和水的初步混合；和軟管反應器(36)，該軟管反應器(36)具有通過導管與所述發生器(46)的出口端連接的入口端，以及用于處理后的丙烯醛溶液前進的出口端，并且所述軟管反應器(36)的體積設計用于提供丙烯醛溶液在所述軟管反應器(36)中的保留時間，在該時間內，所述丙烯醛衍生物在水中的溶解和水解分別得以完成。
6.根據權利要求5所述的反應器裝置，其特征在于，所述發生器(46)進一步包括用于分解催化劑的連接端(50)。
7.根據權利要求5或6所述的反應器裝置，其特征在于，所述發生器(46)包括具有約4-6升容積的盒狀容器。
8.根據權利要求5所述的反應器裝置，其特征在于，所述軟管反應器(36)具有單層的圓柱軟管線圈的形狀。
9.根據權利要求8所述的反應器裝置，其特征在于，所述軟管反應器(36)的至少一半為軟管線圈。
10.根據權利要求5-9中任意一項所述的反應器裝置，其特征在于，所述軟管反應器(36)的管的長度為30-40m，內部直徑為20_40mm。
11.根據權利要求5-10中任意一項所述的反應器裝置，其特征在于，所述軟管反應器(36)由塑料材料制成，塑料材料優選聚乙烯或聚四氟乙烯。
12.根據權利要求8所述的反應器裝置，其特征在于，所述軟管反應器(36)具有鋼加固物。
13.用于用丙烯醛處理壓艙水的設備的混合裝置，特別是用于根據權利要求I所述的用丙烯醛處理壓艙水的設備，該混合裝置包括 混合噴嘴(24)，該混合噴嘴(24)具有在流動方向上漸變漸窄的帶有用于與加壓水線(22)連接的輸入端的入口圓錐體(96)，在流動方向上漸變漸寬的帶有用于與從混合裝置向目標位置供給水性丙烯醛溶液的線(29)連接的出口端的出口圓錐體(94)，以及抽吸端(30)，該抽吸端(30)導致所述混合噴嘴(24)的低壓，該抽吸端(30)與來自產生水性丙烯醛溶液的反應器裝置(36，46)的丙烯醛溶液供給線(34)連接；以及壓力提升泵(20)，該壓力提升泵(20)設置在混合噴嘴(24)的上游并且與壓艙水支線(14，18)連接，所述壓艙水支線(14，18)為來自主壓艙水線(2)的用于壓艙水分流的支線，由此，壓力提升泵(30)的功率根據所述混合噴嘴(24)的入口圓錐體(96)的變窄進行確定，使得在壓力提升泵(20)的額定功率下，在混合噴嘴(24)中在入口圓錐體(96)和出口圓錐體(94)之間的區域內，水流的速度能夠達到20-25m/s。
14.根據權利要求13所述的混合裝置，其特征在于，確定所述壓力提升泵(20)的功率為45kW，處理量為500m3/h，且在壓力提升泵(20)的入口線和出口線的流速為2_3m/s。
15.根據權利要求13所述的混合裝置，其特征在于，所述混合噴嘴(24)的入口圓錐體(96)具有在18到22度之間的圓錐角，所述混合噴嘴(24)的出口圓錐體(94)具有在9到11度之間的圓錐角。
16.根據權利要求15所述的混合裝置，其特征在于，所述混合噴嘴(24)的入口圓錐體(96)具有20度的圓錐角，所述混合噴嘴(24)的出口圓錐體(94)具有10度的圓錐角。
17.根據權利要求13所述的混合裝置，其特征在于，所述入口圓錐體(96)具有在流動方向上從入口到出口的直徑比，即縮小，為2 I，并且所述出口圓錐體(94)具有在流動方向上從入口到出口的直徑比，即擴寬，為約I : 2，且所述入口圓錐體(96)和它的入口的直徑以及所述出口圓錐體(94)和它的出口的直徑具有與連接管線的直徑相同的大小。
18.根據權利要求13或14所述的混合裝置，其特征在于，所述混合噴嘴(24)進一步具有抽吸端(32)，該抽吸端(32)通過管線(62)與用于分解加速劑的水箱(64)連接。
19.根據權利要求13所述的混合裝置，其特征在于，在所述入口圓錐體(96)和所述出口圓錐體(94)之間設置有中間組件(98)。
20.根據權利要求19所述的混合裝置，其特征在于，所述中間組件(98)包括用于丙烯醛溶液的抽吸端(30)以及，在有設置的情況下，包括用于分解加速劑的抽吸端(32)。
21.根據權利要求13所述的混合裝置，其特征在于，在所述壓艙水支線(14)中，設置有用于物理分離壓艙水分流中的懸浮固體顆粒的分離裝置(12)，從流動方向看，分離裝置(12)設置在所述混合噴嘴(24)之前。
22.根據權利要求21所述的混合裝置，其特征在于，所述分離裝置(12)包括離心力分離器或污泥過濾器。
23.向設備的主壓艙水線(2)供給水性丙烯醛溶液的供給裝置，所述設備用于用丙烯醛處理壓艙水，特別是根據權利要求I所述的用丙烯醛處理壓艙水的設備，其特征在于，環狀噴嘴(4)，該環狀噴嘴(4)的尺寸根據在主壓艙水線(2)中的使用來確定，其中，所述環狀噴嘴(4)包括噴嘴環，所述噴嘴環具有分布在所述噴嘴環的內周上的多個噴口(6)。
24.根據權利要求23所述的供給裝置，其特征在于，分布在所述環狀噴嘴(4)的內周上的多個噴口(6)以等距離設置。
25.根據權利要求23所述的供給裝置，其特征在于，所述環狀噴嘴(4)的內直徑適配于所述主壓艙水(2)的內周。
26.根據權利要求23所述的供給裝置，其特征在于，供給裝置附加地包括設置在所述環狀噴嘴(4)處的流動干擾裝置，該流動干擾裝置位于在主壓艙水流在主壓艙水線(2)中流動的方向上的環狀噴嘴(4)的下游。
27.根據權利要求26所述的供給裝置，其特征在于，所述流動干擾裝置包括混合面板(8)，該混合面板(8)具有用于主壓艙水流的開口(92)，其中，所述開口(92)的開口面積小于所述主壓艙水線(2)的自由內部橫截面面積。
28.根據權利要求27所述的供給裝置，其特征在于，所述混合面板(8)的開口不為圓形。
29.根據權利要求23所述的供給裝置，其特征在于，所述環狀噴嘴(4)的供給線(29)形成為切向設置在環狀噴嘴(4)上的注射線。
30.用丙烯醛處理壓艙水的方法，該方法包括在用于產生水性丙烯醛溶液的反應器裝置中將丙烯醛衍生物和水解水混合，從主壓艙水在分支處分支出的壓艙水的分流由此與來自所述反應器裝置的丙烯醛溶液混合和稀釋，其中，所述壓艙水的分流供給至主壓艙水流的分支位置的下游。
31.根據權利要求30所述的方法，其特征在于，向用于產生水性丙烯醛溶液的反應器裝置供給附加的分解催化劑。
32.根據權利要求30所述的方法，其特征在于，附加地將分解加速劑供給至所述壓艙水的分流。
33.根據權利要求30所述的方法，其特征在于，將約10%的主壓艙水流的壓艙水的分流分流出來。
34.根據權利要求30所述的方法，其特征在于，如果在丙烯醛處理的主壓艙水流中，丙烯醛的名義含量達到約15ppm的濃度并且壓艙水的分流為主壓艙水流的10%，選擇反應器裝置中的丙烯醛衍生物和水解水的比例，以使得離開所述反應器裝置的丙烯醛溶液的濃度為150000ppm丙烯醛，且在與丙烯醛溶液混合后的壓艙水的分流的濃度為50-150ppm丙烯醛。
35.根據權利要求30所述的方法，其特征在于，如果在丙烯醛處理的主壓艙水流中，丙烯醛的名義含量達到約5-15ppm的濃度并且壓艙水的分流為主壓艙水流的10%，離開所述反應器裝置的丙烯醛溶液通過壓艙水的分流的方法以I : 500到I : 1000的比例與壓艙水的分流混合進行稀釋，并且用丙烯醛處理的壓艙水的分流通過主壓艙水流的方法以I : 5到I : 10的比例稀釋。
36.根據權利要求30所述的方法，其特征在于，為了混合所述壓艙水的分流和所述丙烯醛溶液，使用以部分壓艙水操作的水噴射泵類型的混合噴嘴，向所述水噴射泵的低壓區供給丙烯醛溶液，如果適用，供給分解加速劑。
37.根據權利要求30所述的方法，其特征在于，選擇壓艙水的分流的壓力和流速，以使得在混合噴嘴中的水流速度達到20-25m/s。
全文摘要
一種用丙烯醛處理壓艙水的設備，該設備與壓艙水設施的主壓艙水線相連接，并包括反應器裝置，其進料為用來產生水性丙烯醛溶液的丙烯醛衍生物以及水；支線，其與主壓艙水線相連接以分支壓艙水的分流；混合裝置，其連接支線和來自反應器裝置的丙烯醛溶液供應線并且設計用于稀釋來自反應器裝置的水性丙烯醛溶液；供給裝置，其用于從混合裝置向主壓艙水線供應水性丙烯醛溶液。在用丙烯醛處理壓艙水的方法中，在用于產生水性丙烯醛溶液的反應器裝置中將丙烯醛衍生物和水解水混合，從主壓艙水在分支處分支出的壓艙水的分流由此與來自反應器裝置的丙烯醛溶液混合和稀釋，并且用丙烯醛溶液處理的壓艙水的分流供給返回至主壓艙水流的分支位置的下游。
文檔編號C02F103/00GK102803152SQ201080031597
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月28日 優先權日2009年5月29日
發明者H·布盧姆 申請人:H·布盧姆