用噴霧分離有毒污染物的方法及設備的制作方法

專利名稱：用噴霧分離有毒污染物的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及液體混合物的分離，特別涉及一種用來分離擴散在大量的具有較高沸點的液體中的少量的與其不相混溶的低沸點的液體的方法及設備。
在工業環境中很多領域里都需要有效地分離乳化溶液混合物。例如，氣體或空氣壓縮機等儀器中所用的潤滑劑，在操作時會與大量的水相混，至使整個排出的液體都要廢棄。由于排出的液體里有少量的潤滑劑，該排出體被認為是有害的廢物。由于該排出體被認為是有害的，這種具有將整個液體分離成為碳氫化合物及液體組成的能力，使得昂貴的廢物排除僅局限于排除分離出來的有害物的本身。此外，在凈化處理之前，對污染水進行碳氫化合物的初始分離的預處理，常能從中取得收益。能將分散在大量的不相混的液體中的少量的碳氫化合物分離出來的技術相當少。且目前具有這種分離作用之設備的有效性是局限的。根據王抗曝等人1990年第44屆普渡大學工業廢物大會會議錄第655-673頁，有三種常規的油-水分離的方法和設備(1)重力油-水分離器，(2)溶解空氣浮選，(3)化學處理。
例如，典型的重力油-水分離器，通常為油脂收集器，擋板，漂刮器，或精過濾器。因為這些操作過程都沒有涉及相轉變，這些系統都要求大量的能量來將游離的油從油-水混合物中分離出來。因此具體地說它們都不能分離乳化混合物。
溶解空氣浮選常常用來進一步把油從水經過常規油-水分離器處理過的油-水混合物中分離出來。化學品可用或可不用。
能夠對乳化混合物進行油-水分離的設備通常利用一種或多種破乳劑的化學品作化學處理，或者可用溶解空氣凈選，或者可用重力沉降處理來進行澄清。通常，化學處理會產生廢物殘渣，從而引起具有固體廢物的廢棄問題。與這些水中含油的系統有關的局限性的問題是由于與其相應的油和水的物理性質所引起的。水的比熱常數和蒸發熱比那些包括油在類的典型的有機化合物都高許多。然而，大多數的油的沸點又比水的沸點要高。因而，任何有賴于蒸鎦形式的系統都要求相當的能量輸入，用于提高混合物的溫度，以達到攝氏100度或者更高的溫度，這是因為混合物整體的比熱將接近于水。此外，必須加上更多的能量來引起水的沸騰。
相反地，設計用來從大量油中除去少量水的系統則要求相對少的能量;這是因為混合物具有較低的比熱(接近于油的比熱)，以及由于只要氣化更少量的水。此外，這樣系統的典型的操作是在比水中油的系統在更低的溫度下進行，以便將與水在一起的有機化合物的沸開降到最低的程度。這種沸騰現象在水中油的系統很少見。
揮發性的有機化合物，半發揮性的有機化合物，以及其它許多有害有機物經常污染地表水和地下水的供水資源。表A列舉了部分有毒有機物及其對健康的影響，沸點，最高污染限度，及污染源。在水污染控制方面，收集任何含有這些有毒有機物的液體，以及適當地廢除，是目前一項重要的環境工程任務。
本發明的設備可有效地用來把這些有毒有機物根據它們不同的沸點從污染的液體混合物中分離出來。例如，依照本發明所應用的改良的熱傳導，霧化作用，凝結作用和熱泵技術，可容易的把氯化甲烷(沸點為攝氏40.1度)從氯化甲烷污染物中分離出來。液體的溫度控制為攝氏42度以揮發氯化甲烷而保持整個水呈液體狀態。
表A有機污染物污染物健康影響沸點最高污染限來源(攝氏溫度)毫克/升苯酚毒80.10.005燃料(漏桶),化工農藥、顏料、塑料常用的溶劑四氯化碳可能毒76.740.005通常用于干洗劑,冷卻劑制造業的廢物P-二氯苯可能毒173.700.075用于殺蟲劑、衛生球、去臭劑1-2-二氯乙烷可能毒83.500.005用于殺蟲劑、汽油1-1-二氯乙烷影響肝和腎47-490.007用于塑料、染料、可溶性有機化合物氯化甲烷吸入、食入及40.10用于除去顏料、噴塑料皮膚吸收中毒生產、溶劑萃取、塑料加工1-1-1-三氯甲影響神經系統75.000.140用于食物包裝、人造纖烷維三氯乙烯可能毒86.700.005干洗劑所棄廢物漆、去(TEC)顏料劑氯乙烯中毒危險-13.900.001聚氯乙烯(PVC)管自塑料、合成橡膠三鹵甲烷氯仿中毒危險61.200.1主要產生于用鹵質的地表水時。
溴仿151.200.1人們已造出一些系統能把在諸如油之類的重的碳氫化合物中的少量水除去。
1880年12月14日簽署給E.FOX的美國專利號235，521的專利描述了一種能從酒精飲料中分離出水或其它不純物的方法。該方法是用一個熱液噴流向上噴射粗酒精，將酒精成為更輕的水汽，這樣促進了它們的重力分離;把該液暴露在薄膜狀的一個大面積上，當液體向下流動時使酒汽分離開;并將這些分離開的酒汽向上輸送到一凝結器。并來回進行。FOX的發明(美國專利號235，521)也敘述了一個蒸鎦或矯正設備，它是這樣組成的一個位于上端部的容器、板或屏、一個粗酒供給管，幾個用來噴射熱液進行粒子化液體及汽化酒液的垂直噴管、一個位于板或屏上方的過濾擴張圖以及與前述相似的一個通向凝結器的管。
1971年9月28日簽署給R.W.West的美國專利3，608，279描述了一個能分離水汽中的脂肪酸鎦份的裝置。在能促進分離的溫度和真空壓力的條件下，氣相混合物被導入一容器。
1980年4月8日簽署給A.Foster的美國專利號4，197，190揭示了一個來使柏油瀝清和含有碳氫化合物的油脫水的方法。這些物品被噴射進一盛接容器之前被加熱。設置分開出口分別除去分離的組份，水組份在排放之前也經洗滌器處理。
1988年12月6日簽署給Clare等人的美國專利號4，689，461描述了一個系統，在那里含有水的重粗油被噴射到脫水過的熱油池上;與該池相接觸而蒸發的水通過通風設備逸散走。
前述系統(美國專利號235，251，3，608，279，4，197，190和4，798，461)其本上是為從大量油中分離少量水而設計的。它們有一些缺點。如果把它們用在水中油的混合物，這些缺點就更突出。因為它們都不提供系統內保持溫度的機構，大量的能量必須由外部設備引入，以保證混合物能維持在分離點的溫度，并能保持在或者高于蒸鎦的溫度;一個水中油的系統需要相當大的能量輸入。上述所有四種系統都利用噴射嘴將混合物導入分離器。雖然噴射造成能裂開表面的張力并且由此促進成份分離，但是為此所引用的機械剪切力的大小是有限的，從而限制了該技術的應用。再者，人們發現在水中油分離所需的溫度下應用噴射嘴會造成燒灼現象;容器內部會覆上一層固體物質，成為一個不需要隔層并干擾熱的轉換。本發明敘述了油-水分離或液-液分離。其應用的技術主要是循環氯加熱、噴霧、高沸點液體重力分離、低沸點液體蒸發作用、以及低沸點液體的凝結，并且能量能再循環和再利用。
處理碳氫化合物油過程是由C.B.Forward在他的1916年6月27日簽署的美國專利號1，189，083上揭示的。Forward的專利揭示了一種新的技術，包括在控制的壓力下，用一個加熱過的氣體通入一個內部敞開的室對油進行粒子化;然后將混合的氣和未氣化的產品經各通道從所述的室中驅出。所述的室必須嚴格地保持其內部的氣體壓力在75磅，且方向向上，以及防止未氣化的產物變成氣體通過通道排出。Forward的發明也敘述了處理石油原油的過程，它涉及對油在控制壓力下，用一團熱過的氣體壓入一室進行霧，然后，保持至少約75磅的壓力在所述的室內把揮發了的產品與未揮發的產品分離開。具體地說，用一個蒸氣鍋爐來產生受過熱的蒸氣，以及用一個油加熱器來加熱原油，加熱過的氣體和加熱過的原油通過一個粒子化器在一個分離器的內部相遇。而本發明則不應用蒸氣鍋爐或油加熱器來作油-水分離。具體地說，當本發明在油-水分離時，油-水混合物不用油加熱器預熱、而用惰性氣體來霧化(而不是粒子化)油-水混合物。在本發明的霧化過程中，那些在池液里被外加熱以及再循環熱所預熱的惰性氣體在霧化器內對進入的油-水混合物(原先未加熱過的)進行混合、加熱、分配，形成一彌霧，從而把少量的油從大量水汽中分離。在Forward發明的粒子化過程里，蒸氣是由蒸氣鍋爐產生的，其所預熱的原油在粒子化器內混合形成霧體，從而達到原油凈化。還有一點，在本發明中，水汽是待以分離的低沸點液體或者是待以從流出物中除去的液體。而在Forward的發明中，水汽是專門產生來凈化高沸點原油。
沸點以下液體的蒸發方法和設備是由H.E.LaBour在他的1924年5月13日簽署的美國專利1，493，756中揭示的。具體地說，LaBour的發明敘述了一個改良的方法和工具，用來造成在正常沸點之下的蒸發，并用來在相對低的溫度下(為不破壞啤酒)對啤酒去酒精。LaBour用來除去液體中揮發成份的液體處理過程包含有從一個具有固定的體積的閉合迂回路線中移去一確定的、恒定的輸入氣體;在迂回路線的一端，將待處理的液體射出、成為相當完整的液體簾;把液體向下折射并離開所述的液體簾;氣體向上通過所述的液體簾并從所述被折射的液體邊離開，該氣體以氣相形態把揮發性成份取走;在迂回路線的另一端，冷卻該氣體使其揮發成份凝結出;在迂回路線的另一端，再加熱該氣體以致反復地通過所述的液體簾并向上運行。在所述的冷卻點處保持相對低的壓力，以及在所述的加熱點處保持相對高的壓力，以至在它們之間傳遞一個推進力給氣體。所述的迂回路線是完全閉合的，以保持氣體以不變的體積輸入，防止大氣或外部氣體進入，而不與液體洗滌劑相接觸;而所述的液體的揮發成份仍保留在輸入氣中。LaBour的發明并不涉及到霧化作用，而這卻是本發明的核心。1927年6月21日給簽署R.H.Gartner的美國專利號1，632，925上揭示了從商業三氮甲苯中除去四氮甲烷的方法。Gartner的發明包含了用一種非作用性的熱氣體流來粒子化商業三氮甲苯，由此產生熱的非作用性的熱氣體流。直到四氮甲烷揮發，然后使三氮甲苯成為冷作用性的熱氣體流，致使三氮甲苯被固化，然后從固化的三氮甲苯抽出熱氣。同樣地，Gartner的發明并不涉及到霧化作用，而這卻是本發明核心。
用來分離來自潤滑油中如毛、棉絨及尼龍廢物之類的細小分開的動物和植物纖維的方法由T.W.Potte等人在1929年4月16日簽署的美國專利1，709，230上揭示的。他們的發明有一特別的目的，就是用來更新使用過的軸頸箱廢料里的油。具體地說，Potter等人用來從使用過的軸頸箱中分離出纖維及外來物的方法是預熱一定量的所述的油至蒸發出其中的水;把油傳送到一個與大氣隔絕并與一凝結器相通的桶;控制所述密封桶內的壓力并應用熱。
把其內油加熱到基本上完全氣化而不裂解，并把所述纖維及外來物留在所述密封桶的底部，并使得氣化(汽化)的油在凝結器內凝結。在操作時，不純油及蒸氣(蒸汽)注入到一預熱器，預熱的油和蒸氣的混合物從其中流到一加熱桶。在那里，另外再加入些蒸氣，以便完全蒸發。此完全蒸發的油由蒸氣帶到一凝結器，在那里凝結的油被凈化及收集，并把殘留水汽排出。而本發明不涉及應用水汽來蒸發油。
1931年9月15日簽署給D.S.Belden的美國專利1，823，185敘述了如何處理使用過的曲軸箱油(特別是汽車上的)的方法，以便除去有色物質及輕碳氫化合物，并提高粘度及降低含碳量。利用Belden的處理方法，人們可以在大幅度減低火災的可能性的條件下完成這些目標。簡單地說，Belden過程是把使用過的曲軸箱油與重量為1%-30%的細小粘土吸附劑(最好是酸活性型的)相混合，從混合物中蒸鎦出輕的成份，而用惰氣(如二氧化碳或氮氣)的流動氣流產生的氣泡通過混合物，幫助蒸發，當輕的成份除去后則停止蒸鎦，然后把殘留油從粘土中過濾出來。Belden凈化處理使用過的潤滑油的操作的最好過程模式是把所述的油與粘土吸附劑相混合;把所述的混合物加熱到華氏600度，而用流動的惰氣氣流產生氣泡;從所述的油中蒸鎦出更輕的成分，將它們在惰氣的環境下凝結;把凝結物從惰氣中分離開來;在蒸鎦情況下，把惰氣最終送回到一批量的油和吸附劑中。本發明不涉及凈化碳氫化合物的油(如蒸鎦曲軸箱油)、通過所述油的惰氣泡、凈化油的凝結。相反地，本發明涉及到用循環熱或外加熱能量來加熱氣體;用預熱過的氣體來霧化油-水混合物;形成煙霧;因重力高沸點油沉降;排放由低沸點液體產生的廢水氣。
凈化液體或者對非水質液體(如礦物質無水碳氫化合物油之類)除去溶解的氣體，揮發成份及揮發性碳氫化物的先前的方法和設備在1936年7月7日簽署給C.J.Rodman等人的美國專利2，047，157中描述過。Rodman等人從非水質液體中除去水份及氣體的過程是引導一惰氣進入液體，把液體及凝結氣體噴射在真空中呈微細分散的形式來分離水份及氣體;引入一種無水無氣的吸附劑到液體里，過濾，并加入惰氣到過濾過的液體中;該過程沒有與水及大氣氣體接觸。
Rodman等人處理非水質、無水無氣的液體的過程是把液體輸入到一密封的系統中，迅速旋轉物的離心推動造成近似一毫米厚的薄膜液，系統持續保持適當的真空，本質上造成水汽和氣體瞬時從液體中蒸發出來，而不包含來自系統的空氣和水氣。繼續地從系統中除去由液體釋放出的水份和氣體，基本上恢得無水無氣的液體。然而，本發明則是關于用循環熱或外加熱能量來加熱氣體;用改良的霧化器來霧化氣液混合物;重力沉降高沸點液體;氣化低沸點液體;等等，作液-液分離。
1967年6月20日簽署給A.E.Mock的美國專利號3，326，778描述了一個過程，在一個極高的溫度下用干燥的適用的氣體迅速通過一個封閉的表面，該表面暴露在相對高壓力氣體環境之下的不純液體。即使那迅速通過的氣體的溫度比所述的沸點高許多，所述不純水體的溫度維持在剛剛低于其在所述環境壓力條件下的沸點。在Mock的發明中，空氣為水氣所飽和，而水氣則可由凝結作用而抽出，加入不純的水，以及取出濃縮的，不純的水來保持該不純的水體的溫度低于其沸點。Mock的發明主要組成是一個沖洗蒸發器，一個空氣爐，一個水氣鍋爐，一個凝結器，和一個純水儲庫(其結合有可能從不純水(如海水)萃取純水)。而本發明則不涉及Mock所用的主要處理方法。
1981年9月15日簽署給W.Koehler的美國專利4，289，589描述了能從甲苯二脂的光作用的蒸鎦產物中分離出二異氰甲苯和/或更高沸點的溶劑的過程(方法)。該分離作用是在溶劑存在的情況下，在一個溫度為攝氏140-280度的流化床里進行的。Koehler等人的發明揭示了一個液體與氣體的混合過程和蒸鎦過程。此處只是將這個先前工藝做了一個記錄而已，而本發明并不依靠它。本發明則主要涉及用霧化作用來作液-液分離。
1984年10月2日簽署給L.Asselineau等人的美國專利號4，474，647揭示了一個過程，它用來凈化含二甲基乙醚和水不純物的含4個碳和/或5個碳的烯類鎦份。具體地說，含二甲基乙醚和水不純物的含4個碳和/或5個碳的烯類鎦份(其中二甲基乙醚和水的最高相對比例為五比一)在一個蒸鎦帶里凈化。該蒸鎦帶設在一個中間部位，離頂或底有三個理論板的距離(可以設有也可以不設有脫吸氣)，從而把整個分成一個頂上部分和一個底下部分。頂上部分含有一水質流體相和碳氫化合物流體相，至少能作局部再循環，再流入蒸鎦帶上部。底下部分由含4個碳和/或5個碳的烯類鎦成份。他們發明的主要組成是一個蒸鎦柱，一個安息器和一個凝聚器。而本發明則不含有蒸鎦柱，安息器和凝聚器，主要是含有作液-液分離的霧化器。
另外還有一種用來把油從乳化水中分離出來的方法和設備，它是由H.B.Grow在他的1984年10月16日簽署的美國專利4，477，356中揭示的。Grow的發明涉及在低于水沸點的溫度下，將油水乳化物導入一長室里;在沸點的溫度下(比油的凈化的溫度要低得多)從遠離所述進入端的室腔末端取走產品油;從空腔里把高于乳化油控制水位以上的水副產品以蒸汽形式取走;而產品和副產品所含的廢熱是保留的。本發明具有同樣的應用，但是利用完全不同的操作原理和設備。
1987年5月19日簽署給C.K.Martin的美國專利4，666，587描述了一個從污染有水及相似物的原油或廢油中回收產品的方法。該方法是用火焰(可以是煤氣或油)來加熱桶里的廢油。在Martin的過程里，廢油被加熱直到變成包括輕端(lightends)的氣體從桶里的廢油中產生所需要的油產品。油氣體被導至加熱火焰，以至用它燃燒產生的附加熱來對桶里的廢油加熱。從廢油里回收的產品油，經過一適當的出口管從桶里排出。而本發明則是用液-液混合物的霧化來作相分離，因此與其不同。
用來對內燃機的副產品油作提煉的設備是由L.H.Sims在1988年1月5日簽署的美國專利4，717，474上揭示的。Sims的設備設有霧化噴嘴，把從固體污染物過濾元件流來的油壓縮到蒸發室。在那里，液體污染物得到蒸發。霧化噴嘴具有一壓縮口，其直徑應足夠大以允許油循環到車引擘，但又應足夠小以至從過濾元件流來的油進入到蒸發室被霧化成煙霧。霧化油明顯地提高了液體污染物的蒸發和除去程度。而本發明則是用霧化作用來作液-液分離，而不是噴嘴霧化作用。
另外還有一種方法和設備，它應用加熱廢氣流來蒸發液體溶液里揮發成份(如水或溶劑)。還在1988年3月29日簽署給T.F.Korenowski的美國專利4，734，159中提到了。Korenowski的發明含有一個暖氣道輸入從加熱氣體源來的氣體流;一個含有內部室腔和外部室腔的容器，其內部室腔用來容納液體及蒸發揮發成份，而外部室腔與煙道相通形成一氣道(基本包圍著內部室腔，至少有一部分的氣流通過它流動，以向內部室腔提供熱并把液體溶液里揮發成份蒸發掉);一個入口把液體溶液輸入到內部室腔;上下液體高度監測器以建議一定的溶液高度，來控制輸入到內部室腔的液體溶液量;一個噴灑器用來攪動內部室腔里的液體溶液;一個在容器之下并與暖氣道相通的集槽，用來接收來自氣體流的任何凝結物及從內部室腔漏出的任何液體;一個出口來匯合，通風，并排出蒸發了的揮發性成份及從外部室腔來的氣體流。雖然本發明的應用也是蒸發液體混合物中如水之類的低沸點液體，但本發明的方法及設備與之完全不同。
1990年8月簽署給Kroneld等人的美國專利4，946，559和1983年9月簽署給Stellacid等人的美國專利4，402，711是應用與本發明有關的過程系統來分離液體成份的。其中也應用了各種各樣的技術。如，維持溫度和控制氣體接觸室的壓力，與控制液體高度有關的泵送操作，以及以熱交換為目的而進行的高沸點物的再循環。然而，美國專利號4，946，559和4，402，711都沒有提出本發明所用的輸入氣的壓縮;美國專利4，402，711僅僅應用燃料氣或過熱的水汽，美國專利4，946，559僅僅蒸發一部分所要分離的液體作為輸入氣。
1956年10月簽署給Fracis等人的美國專利號2，765，917和1934年7月簽署給Novotney等人的美國專利號1，968，614記載了混合室腔液體高度的控制，以及應用與熱交換有關的分離成份再循環的熱過程。
雖然該先前工藝充滿著幾個專利所記載的應用壓縮機從分離設備的蒸發產品來回收熱，但是1987年12月簽署給Robbins的美國專利號4，713，089和1987年10月簽署給El-Allway的美國專利4，698，136在此文只是引錄而已。這些先前工藝一般只是氣提式或者是逆流蒸鎦系統，并沒有提出上述的應用與預熱工具，霧化器，及凝結作用工具相配合的氣體壓縮作用。
一個與氣體混合物分離有關的美國發明，特別地是用來分散在大量與之不相混溶的低沸點液體(如水)中分離少量具有高沸點液體(如油)的方法和工具由巍柏(RolandE.Weber)，王抗曝(LawrenceK.Wang)和潘樂菲(JohnJ.Povlovich)于1991年10月18日提交(系列號為07/778，788)。本發明是巍柏等人1991年10月18日的發明(系列號07/778，788)的繼續部分。具體地說，本發明敘述了液體混合物的分離，且特別對于分散在大量高沸點液體(如水)中的少量的與之不相混的低混點液體(如氯化甲烷)的分離方法及設備。
本發明提供了用來提供無化學品低耗費、高效率的分離方法的一個方法和設備，它通過改善的熱交換、氮化、蒸發、凝結和熱泵作用，將含有一定量相對低沸點的液體(如有毒有機物)從與之不相混的大量的高沸點液體(如水)中分離開來。本過程可以重復地進行，分離含有兩種以上的液體混合物，估計也可以成功地操作在任何兩種沸點相差約一度以上的液體(或混合物)。
本發明過程的第一步是用供熱或用一改良的熱交換器對池液作熱循環來加熱氣體(如氮氣和氦氣之類的惰性氣體，或空氣混合物)。在溫度高于至少一個液體成份的沸點但又低于至少又一個液體成份的沸點下，該氣體不與液體混合物中的任何一種成份相反應。然后，受熱的氣體與未受熱而待分離的液體相混合。混合的程度應達到若用噴霧作用能產生煙霧。該液-氣混合體被導入一含有被池液加熱過的液體的容器，該液體至少有一個成份的沸點高于另外至少又一個成份的沸點。池液的溫度應維持在高于其中至少一個成份的沸點。而又低于它本身的沸點。導入這種環境，高沸點的成份(或幾種組份)，與那些池液合并，而低沸點的組份(或幾種組份)則迅速氣化。而后，低沸點成份所形成的氣體部分被凝結并收集，池液周期性地排掉。(下文的液體混合物將表示含有高沸點成份及低沸點成份的液體混合物;應該明確另外的附屬成份也可以存在，重復進行該程序也許是必要的。)在較佳實施例中，用一個改良的固化器將液-氣混合體導入容器，產生煙霧，非反應氣體用改良的熱交換器加熱。熱交換器的組成是一導熱氣筒，放在所述氣筒內部的金屬毛以及所述氣筒外部的散熱片。該氣體的加熱是在與液體混合物合并之前利用加熱過的池液再循環加熱的。人們發現，用預熱過的氣體來霧化液體混合物可大大提高機械剪切力。盡可能把液體破成最小的滴，使其與可接受的推動速度相適應，產生了最大的表面積。這高表面積的產生是由于應用熱池液的結果。而這一個主要特征則在那些先前工藝中找不到。該池液作為一恒溫窟，把熱能均勻有效地散布，因而空氣溫度可容易地保持在一高的溫度。當液滴從霧化器排出時，這么高的溫度使它立即分離成液滴和氣體組份。霧化器將液-氣混合體導向池液，來防止高沸點的分散小滴與由低沸點液體產生的氣體組份一起被帶走。因為池液的溫度保持在高于低沸點液體的沸點以上，池液把高沸點液體的液滴捕集，但是阻抗不混溶的汽體。
當高沸點液體是碳氫化合物時，池液的另一種功能是防止燒灼。若熱源直接用在容器的外壁，部分碳氫化合物將附著在內壁并遭受燒灼(如在先前工藝中所用的)。
本發明的方法也可用一個設備來履行。
本發明可用下段文章來總結本發明的設備可將分散在一種或幾種與之不混溶液體中的一定量的低沸點的一種組份或幾種成份液體分離開來。一非作用性氣體(如空氣，氮氣，氦氣，或其各種組合)由一個改良的熱交換工具把循環熱或由熱泵工具外加的能量進行加熱，把溫度提高到高于至少一種液體的沸點，但又低于至少又一種液體的沸點，并流到所述設備之內的霧化器。受熱的氣體與未受熱待分離的液體相混合、加熱，并由所述霧化器分配，并在所述的容器內形成煙霧。該容器有一池液(液池液至少含有一種沸點比另外至少又一種液體的沸點要高的液體)。池液加熱到高其中至少一種液體的沸點，又低于池液本身的沸點。煙霧里的高沸點液體由于重力而沉降，與所述設備內部底部的池液相匯合。煙霧里的低沸點液體的氣可用一凝結工具收集，并回收為一液體。每個成份的產物部分都分別收集。
總之，本發明的設備組成和方法步驟包括了分離至少兩種液體的液-液混合物。利用一改良的熱交換工具及一霧化器來加熱及霧化所輸入的氣體。該氣體與液-液混合物相混合。接著，氣化和凝結低沸點成份，并循環高混點成份來幫助加熱在霧化器的室腔內的氣體;進入氣體在被加熱之前及在被導入霧化器之前被壓縮。預熱工具和/或凝結工具可以空轉、或經過、或斷開。
從以下詳細的描述及其附圖，本發明的操作和結構可以更清楚地了解。


圖1是根據本發明的較佳實施例為基礎的一個完整的液-液分離系統。
圖2表示分離器設備。
圖1和圖2分別表示一個完整的液-液分離系統及其組件一分離器設備。此分離器設備15由一個由隔溫層19包圍的主要室腔17組成。該室腔包含一池液21，其中含有一具有高沸點的液體。池液21由加熱器23加熱。它位于底板25的下方，最好與底板25接觸。最好的結構是在加熱器23和隔溫層19的底部之間留一個小空隙27;這樣可提高隔溫的效果，以及保護它不直接與加熱器23接觸以免受其影響。加熱器可以有不同的設計，只要熱是均勻地送到池液21上方。一種的代替方案是在隔溫層19內，圍繞室腔17鋪一個墊。局部加熱會對效率有不利的影響。
加熱器23是可調節的(手動的或由測溫返饋迂回線路控制)，且必須調節好以保持池液21溫度介于混合物中的兩液體的沸點之間。池液21的溫度由溫度計探針30A監測，它與一可見的讀數或返饋迂回線路相藕合;而室腔17的溫度與壓力分別由溫度計探針30B和壓力探針31所監測。圖二所示的是安裝在室腔17上的頂部37。點33用來注射惰性氣體2(如空氣)。惰性氣體在低壓下導入到導熱的(如銅)筒38，其后導入霧化器34中。筒38內部有一個導熱毛73，外部有導熱的散熱片71;筒38應這樣安排，即通過池液且可允許氣體2被再循環的熱所加熱，基本上達到池液21的溫度。管38可以通過繞圈來增進氣體2和池液21之間有足夠的接觸時間，且氣體2所導入的流速也必須足夠低，得以適當加熱。然而，這種流速又不能太慢而阻礙霧化。一種用來完成大約每小時0.75磅的液-液混和物的分離的實施，其流速大約在每分鐘0.003立方英尺。管39附加的長度是在霧化器34之前從管38中分枝來的，具有開口的末端向下延伸(降)到池液21的表面之下。雖然附加管39對于操作來說不是絕對必要的，然而，流過的氣體流使池液21的產生一微小的紋流，此紋流幫助了熱從加熱器23向池液21傳導，并從池液21向室腔17內的大氣作熱傳導。
室腔17的頂部37(圖二)上也安裝有一個注射點32，用來注射待分離的液-液混合物1。未加熱的或預熱的液-液混合物1是立即導入物化器34的，與加熱的惰性氣體合并成一混合物。霧化器34把產生的液-氣混體向下引導通過外輸孔36，形成一個霧體，從而增進氣體和池液21的接觸。
圖2所示的分離過程在霧化器34開始，且當水汽到達池液21時結束。高沸點液滴與池液21匯合，而低沸點成份則蒸發。后者成分在蒸發之后通過排出槽40(圖1和圖2)出口，且通過出口42排到一凝結工具14而收集，凝結以及可能再用。
圖2所示的池液21的池面應保持一定的高度。但流入的液-液混合體使池液21的體積增加。通過圖一及圖二所示的導管44并經出口48，周期性或持續性地將該液收集在收集桶96中，從而保持液面在相對穩定的高度。所述的導管44裝有逆虹吸裝置45，其基本上是向大氣開口的，它可防止池液21的高度因排放而低于出口50的高度。相反地，池液21的高度可由導管44的高度來較好地控制;而逆虹吸裝置45是用來聯系兩者的，并保一同樣的高度。一個代替的方法是用自動抽液工具移去液體來控制池液21的高度。如果含有兩種以上的成份，在出口48處收集的液體可用另一分離設備15(圖中未示)或在第一期分離完成之后再用同一單元作進一步分離。
圖2也示出霧化器34的中較佳設計。霧化器34產生的液滴必須在可接受的大小范圍內，且也必須能阻抗堵塞。最優的分離操作表現在當液滴以那種在本領域中所熟知的成煙霧的形式而出現。如果以噴灑式出口(其液滴比霧滴大)，則分離效果不好。于此相反，若以煙霧狀出口(其液滴比霧滴小)，則不止一種成份從排氣的出口逃出。
圖2中的入口導管60用來接納待分離的液-液混合物進入室腔68，它被抗腐蝕體62所環繞。抗腐蝕體62的一端與一導管38A(圖二)相藕合，容納預熱過的氣。抗腐蝕體62的另一端由固體栓66所蓋住。液-液混合物及預熱過的氣體在空腔68內反應并通過出口孔36排射出。出口孔36的直徑應足夠大以不至集聚液體產物而造成堵塞，但又必須足夠小以限制排出的液滴在適當的大小范圍。
霧化器34(圖2)的直徑主要由所期望的流速所決定。已發現的最優的操作是當液-液混合物在低壓下且接近重力速度導入的情況。因而進口導管60的橫面積必須足夠大而能適應在此低壓所希望的流速。固體塞66的內部邊緣70和進口導管60接觸點之間的距離必須足夠長，以允許液-液混合物在射入之前與預熱過的氣體相作用;然而，如果該距離太大，那么對于霧化作用來說，所述的作用則不充分。
如果進口導管60的內徑平方大約是室腔68內徑平方的三分之一至二分之一，且大約是出口孔36直徑的一半時，前述的霧化器34(圖二)的標準將滿意地達到。一個每小時四分之三加侖的分離系統的代表性的尺度是13/16英寸的距離72，一個直徑為1/8英寸的入口導管60，及一個直徑為1/4英寸的室腔68。
本發明也可與其它組件相結合以提供一種完整和方便的系統來分離乳化液混合物。圖一示出這樣一種系統。液-液混合物1的全體量可以通過進口道82運送到一個收集桶80。所述的收集桶80裝備有兩個電極84和86。它們具有不同的長度。它們用作為雙極單程繼電器88的相接觸物，繼電器88控制泵90以及空氣螺旋管閥門和空氣泵組件92的操作。如果液-液混合物1的來源產生一個適當的氣體輸出，組件92的泵可以取消。壓縮器典型地以適當的壓力放出足夠量的空氣，使得空氣螺旋管閥門與壓縮器的出口直接相聯。
當圖1所示的收集桶80的液面高度上升到較短的電極84時，螺旋管迂回線路是完整的(假定液體是可導的)，使得繼電器88關閉且驅動泵90(其將液-液混合物1從桶80傳導到所述分離器設備15的進口)及組件92。分離器設備15內的已分離的液體21具相當高的沸點，通過排出導體管44從出口開口58流出(圖1，圖2)，流入到出口開口48并儲存在另一個收集桶96內(圖1)。所儲存的液體97具相當高的沸點，并從那里取走，做進一步液-液分離，或者當裝滿時作最后排除。
液-液混合物1蒸發來的氣體具有相當低的沸點，它通過排放槽40排到出口開口42(圖1，圖2)，以便通過閥門13排放到所述的凝結工具20中進行收集，凝結及可能再用。
如圖1和圖2所示，本發明的分離器15裝備有一個壓力計93和溫度計94及94B。
收集桶96裝備有一個外流排除閥以緊急時及時將過量的高沸點液體97排放到一個桶(圖中未標)中，以及有一個排除閥99和一個閥門18用以排泄液體97以便適當地最終排氣。
另一種方法是把從液-液混合物1蒸發來的氣體(具有相當低的沸點)通過排放槽40排出到出口開口42及一個閥門11(圖1和圖2)，以便排放到所述的收集桶80進行預熱所述液-液混合物1。
在這種條件下，所述的收集桶80除了上述組件外還裝放有一預熱、凝結工具(組成一收集室16)，一個排泄管道10，一個閥9，一個觀察管4，一蒸氣入口100，一蒸氣出口101和一熱導管67(其內含有熱導毛(未標)及在管外含有熱導槽5)。進入所述的蒸氣入口100的一部分蒸氣開始凝結出液體8，并儲存在所述的收集室16中，并可周期性地排掉;而進入所述的蒸氣入口100的其余部分蒸氣通過蒸氣出口101出口，并排放到所述的凝結工具14以凝結。如果不希望有預熱和凝結時，所述收集桶80的預熱和凝結工具可以是空轉、旁路或斷路。
在凝結的液體8的液面上升或堵住所述蒸氣出口101的情況下，一個空氣釋放閥3(圖1)將自動打開，釋放出蒸氣壓力，并使得所述的蒸氣從旁路通過所述收集桶80，并直排放到所述的凝結工具14以便處理。所述的凝結工具14的組成是一個用來將所述蒸氣導入到所述的凝結工具14的入口管，一個絕熱墻20，一個絕熱頂蓋104、一個作收集凝結液體75用的收集室102、一個液體排泄設備74、一個排瀉閥73，和一個熱交換工具12(相似于商業上已有的熱泵)用以同時冷卻所述的凝結工具14(圖1)和通過所述加熱器23(圖2)來加熱所述分離設備15。
如果蒸發的低沸點組份是無毒的，所述的凝結工具14可以是空運轉、旁路或斷路。
因而，本發明提供了一個液-液分離的方法和設備，其可以快速蒸發并有效地凝結低沸點液體及收集高沸點液體。本發明保存能量以預熱分離的液-液混合物，用池液中的循環熱來加熱汽體，及絕熱整個分離器，慢慢地混合池液和氣泡，以便更好地傳遞熱;用一改良的霧化器來有效地產生煙霧來作液-液相轉變及分離;重力沉降高沸點液體;蒸發和凝結低沸點液體以及可能再用;收集高沸點液體以適當地最終排出。
如果池液含有一種以上的組份，本發明還可以進一步重復上述步驟來處理殘留在所述池液中的液體。
霧化作用是本發明的核心。所述的氣體入口工具，內部室腔及用來有效霧化的出口孔的橫截面積之間的關系要如此安排使得液體通過所述出口孔排射時產生一煙霧。
通常霧化器氣體進口工具的橫截面積大約是內部室腔橫截面積的三分之一至二分之一，且大約是出口孔橫截面積的一半。霧化器的空室腔從氣體和液體入口工具沿軸向延伸了一足夠長的距離，以助長霧化。所述的排出孔的橫載面積是足以緩解堵塞問題。
本發明的一個典型應用是油-TCE(三氯乙烯)的分離。在此處理情況下，非作用性氣體是氮氣，被蒸發而后凝結的低沸點液體是TCE(圖A)，而高沸點液體則是油。
水-氯化甲烷的分離是本發明的另一個典型應用。在此處理情況下，非作用性氣體是氮氣，被蒸發而后在所述凝結器內凝結的低沸點有機液體是氯化甲烷(攝氏40.1度，圖A)，而在所述分離器設備15之后在收集桶96中收集的高沸點液體(攝氏100度)則是水。
油-水分離是本發明的又一個典型例子。在此情況下，非作用性氣體是空氣，被蒸發和凝結的低沸點液體是水，而高沸點有機液體則是油。
總之，任何具有不同沸點的液體的混和物可用本發明的方法和設備來分離。
本發明只占有相對小的空間及較低的費用，不要求調節分離器中池液的高度，即減少液-液混合物的體積，因而減少了污染物的體積。表A所列舉的具有不同沸點的有機液體以及其它液體(有機或無機的，有毒或無毒的)，如果這些液體是混合在一起成為液-液混合物，則可以用本發明的方法和設備來分離。
以上對本發明的描述是根據實施例進行描述的。必須清楚，可以由本領域有經驗的技術人員作其它各種變化而不偏離本發明的范圍。因而，本發明包含來自發明的真正的精神和范圍的所有這樣的相同變換。
權利要求
1.一種用來從包含大量的一種或多種高沸點液體的液-液混合物里分離出與之不相混溶的少量的一種或多種具低沸點的液體的方法，其特征在于包括如下步驟(a)將所述的液-液混合物的整體輸送到第一收集桶以便儲存及預熱液-液混合物；(b)用電極監測在所述的第一收集桶內的液面的高度；(c)用繼電器來控制液泵、氣體壓縮器及氣體螺旋管閥門的操作；(d)當所述的第一收集桶裝滿時，用液泵抽所述第一收集桶內的液-液混合物到液-液分離器設備；(e)用所述的壓縮器來壓縮空氣，并使壓縮空氣經過螺旋管閥門到所述的液-液分離器設備，該液-液分離器設備含有一個用以儲存池液的絕緣桶，一個加熱器，一個底板，幾個溫度計探針或測量儀器，一個液體入口，一個氣體入口，一個熱傳導氣筒，一個熱傳導氣筒分枝，一個霧化器，一個池液外輸管，和一個氣體排放管；所述的加熱器具有熱交換器(或相當于熱泵之熱交換器)用以加熱池液；接著，壓縮空氣被池液所加熱；(f)通過一具有內部熱傳導毛和外部散熱片的熱傳導氣筒來傳導熱從而用池液來進一步加熱上述氣體；(g)通過所述的熱傳導氣筒分枝，使氣體在池液中發泡以增進熱傳導；(h)所述的加熱過的氣體和所述的液-液混合物被霧化器所霧化，形成彌霧；(i)至少一部分高沸點液體成分的液滴從煙霧里由重力沉降，沉降的液滴與所述池液匯合；(j)從煙霧里蒸發至少一部分低沸點液體成分并形成氣體；(k)從所述氣體排放管中排出氣體，進入所述的第一收集桶以預熱進入的液-液混合物，或進凝結器以凝結該氣體成為濃縮的液體而再用，或二者兼之；(l)將過量的高沸點池液從所述的液體外排管送到第二收集桶；(m)周期性地將從所述的第二收集桶所收集到的高沸點液體排掉，以適當地最后排除，以及(n)周期性地將從所述的凝結器中的收集室和從所述的第一收集桶所收集到的低沸點液體排掉。
2.一種能夠分離至少含有兩種具有不同沸點的液-液混合物的液-液分離設備系統，其特征在于它包括(a)一個使得液-液混合物進入液-液分離設備系統的入口工具;(b)與所述的入口工具相連接的、用來接收、儲存并預熱液-液混合物的第一收集桶;(c)第一收集桶內的由不同長度電極組成的監測第一收集桶內的液面的高度的工具;(d)預熱和凝結工具;它由第一收集桶內的一個氣體筒，熱傳導毛，散熱片，一個收集室，一個排放設備，一個氣體入口，一個氣體出口，和第一收集桶外的一個觀察筒組成，以便初步凝結氣體及預熱所述液-液混合物的預熱和凝結工具;(e)含有一個液體入口，一個底部液體排灌，及一個液體溢流排灌的第二收集桶;(f)一個熱隔絕的、裝滿池液的、安裝在所述的第二收集桶之上的用以液-液分離的分離器設備;(g)一個安裝在所述的第一收集桶之上的，用以將液-液混合物從所述的第一收集桶抽出液體并送到分離器設備的液泵;(h)一個含有閥和氣體導管，用以壓縮待以傳送到所述的分離器設備的氣泵組件;(i)一個與所述電極、液泵、氟泵組件，及至少一個螺圈管相連的并根據第一收集桶內電極發來的信號控制泵抽和閥操作的繼電器;(j)用以將液-液混合物從所述的第一收集桶傳送到所述的分離器設備的工具;(k)用以將預熱過的非作用性氣氟體傳送到所述的分離器設備的工具;(l)一個在所述的分離器設備之內用以容納一霧化器以便液-液分離并且用以容納至少含有該液-液混合物中的第一種成分的沸點比另外至少第二種組分的沸點要低的池液的室腔工具;(m)在所述的分離器設備之內的加熱工具，它用來加熱所述的液-液混合物到一高于所述的至少第一種低沸點組分的沸點以上的溫度;(n)在所述的分離器設備之內的熱導工具，它用來加熱所述的非作用性氣體到一高于所述的至少第一種低沸點組份之沸點以上的溫度，該熱導工具是由熱導金屬毛、氣筒和散熱片組成的;(o)所述的分離器設備之內的用以對池液發氣泡以增進熱傳導的工具;(p)所述的分離器設備之內的用以合并加熱過的氣體和液-液混合物，從而形成一彌霧的工具，該工具至少含有所述的霧化器工具;(q)所述的霧化器工具含有一個氣體入口工具，一個液體入口工具，一個位于所述的氣體入口工具和液體入口工具的旁邊的中空室腔以及一個出口洞;所述的氣體入口工具，中空室腔，及出口洞的橫截面之間的關系應如此設計而使得當液-氣混體通過出口洞噴射時能產生所述的煙霧;(r)在所述的分離器設備之內的用以氣化和收集所述煙霧中的至少第一種成份的工具;(s)在所述的分離器設備之內的用以重力沉淀所述的至少第二種成份的工具;該工具包含有一用來將所述的至少第二種成分中的至少一部分與所述的池液匯合的工具;(t)用來抽去分離設備之內的至少第一種氣化的成分的氣體抽吸工具;(u)用來抽去分離器設備之內的過剩的至少第二種的成分的液體抽吸工具;(v)用來測定和控制所述分離器設備之內的池液溫度之工具;(w)用來測定和控制所述分離器設備之內的中空腔室溫度和壓力的工具;(x)用來將所述的過剩的至少第二種的組份輸送到第二收集桶的工具;(y)用來將所述的過剩池液從所述的第二收集桶排放開的工具;(z)一個與所述的分離器設備的氣體抽吸工具相連接，用來收集和凝結所述的分離器設備的氣化成分的凝結工具;所述的分離器設備由一個氣體入口管、一絕緣邊墻、一絕緣頂蓋、一絕緣底、一用來收集凝結液體的收集室、一用以周期性排灌所述的凝結了的低沸點之液體、幾個閥的液體排灌、及一個用來同時冷卻所述凝結工具及加熱所述的分離器設備內的池液的熱交換工具。
3.一種能夠分離至少含有兩種具有不同沸點的液-液混合物的分離器設備，其特征在于它包括(a)一個使得液-液混合物進入所述的分離器設備的入口工具;(b)一個使得非作用性氣體進入所述的分離器設備的氣體入口工具;(c)一個將液-液混合物抽進所述的分離器設備的液體泵工具;(d)一個當非作用性氣體未進入通過氣體入口工具之前，用以壓縮非作用性氣體的氣泵組件工具;(e)一個圍繞分離器設備的絕熱工具;(f)一個在所述的分離器設備之內用以容納一霧化器工具以便液-液分離、且用以容納至少含有該液-液混合物中的第一種成份的沸點比另外至少第二種成份的沸點要低的池液的室腔工具;(g)在所述的分離器設備之內用以加熱所述的室腔工具使其溫度要高于所述的至少第一種低沸點液體成分的沸點的加熱工具;(h)在所述的分離器設備之內用以加熱所述的非作用性氣體到一高于所述的至少第一種低沸點液體成份的沸點以上的溫度的熱導工具，該熱導工具由是熱導金屬毛、氣筒和散熱片組成的;(i)在所述的分離器設備之內、用以對池液發氣泡以增進熱傳導的工具;(j)在所述的分離器設備之內、用以合并加熱過的氣體和液-液混合物從而形成一彌霧的工具;該工具至少含有所述的霧化器工具;(k)所述的霧化器工具含有一個氣體入口工具，一個液體入口工具，一個位于所述的氣體入口工具和液體入口工具的旁力的中空室腔，以及一個出口洞;所述的氣體入口工具，中空室腔，及出口洞的橫截面之間的關系應如此設計使得當液-氣混體通過出口洞噴射時能產生所述的煙霧;(l)在所述的分離器設備內用以氣化和收集所述煙霧中的至少第一種成分的工具;(m)在所述的分離器設備之內用以重力沉淀所述的至少第二種成分的工具;(n)在所述的分離器設備之內用來將所述的至少第二種成分中的至少一部分與所述的池液匯合的工具;(o)用來抽去分離器設備之內的至少第一種氣化的成分的氣體抽吸工具;(p)用來抽去分離器設備之內的過剩的至少第二種的成分的液體抽吸工具;(q)用來測定和控制所述分離器設備之內的池液溫度的工具;(r)用來測定和控制所述分離器設備之內的所述腔室溫度和壓力的工具;以及(s)一個同時用來加熱所述的分離器設備之內的加熱工具以及向所述分離器設備外部輸送冷卻能量的熱交換工具。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，如果池液中的殘余的液體含有不止一種組份，那么還可重復步驟(a)至(m)，以進一步處理所述的殘余的液體。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述非作用性的氣體可以是空氣、氮氣、氦氣，或其各種組合。
6.如權利要求2所述的設備，其特征在于非作用性氣體，可以是空氣、氮氣、氦氣、或其各種組合。
7.如權利要求3所述的設備，其特征在于所述的非作用性氣體，可以是空氣、氮氣、氦氣，或其各種組合。
8.如權利要求1所述方法，其特征在于所述的液-液混合物里的液體成分之一是水。
9.如權利要求2所述的設備，其特征在于所述的液-液混合物里的液體成分之一是水。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述的液-液混合物里的液體成分之一是一種有機液體。
11.如權利要求2所述的設備，其特征在于所述的液-液混合物里的液體成分之一是一種有機液體。
12.如權利要求3所述的設備，其特征在于所述的液-液混合物里的液體成分之一是一種有機液體。
13.如權利要求2所述的設備，其特征在于所述的霧化器中的氣體進口工具的橫截面積大約是內部室腔橫截面積的三分之一至二分之一，且大約是出口孔橫截面積的一半。
14.如權利要求3所述的設備，其特征在于所述的霧化器中的氣體進口工具的橫截面積大約是內部室腔橫截面積的三分之一至二分之一，且大約是出口孔橫截面積的一半。
15.如權利要求2所述的設備，其特征在于霧化器中的中空室腔從氣體和液體入口工具沿軸向延伸了一足夠長的距離，以助長霧化。
16.如權利要求3所述的設備，其特征在于所述的霧化器中的中空室腔從氣體和液體入口工具沿軸向延伸了一足夠長的距離，以助長霧化。
17.如權利要求2所述的設備，其特征在于所述的霧化器中的排出孔的橫截面積是足以緩解堵塞問題。
18.如權利要求3所述的設備，其特征在于所述的霧化器中的排出孔的橫截面積是足以緩解堵塞問題。
19.如權利要求2所述的設備，其特征在于所述的預熱和凝結工具可以選擇為空運、旁路或斷路。
20.如權利要求2所述的設備，其特征在于所述的凝結工具可以選擇為空運、旁路或斷路。
全文摘要
一種快速、有效的用來把分散在大量的一種或多種高沸點液體中的、與之不相混溶的少量的一種或多種具有低沸點的液體分離出來的方法。它包括用循環熱或供熱來加熱非作用性氣體，以保持溫度高于至少一種液體的沸點但又低于至少又一種液體的沸點；受熱的氣體與未受熱或預熱過的液-液混合物相合并，由一改良的熱交換器和霧化器將液-氣混合體混合、加熱及分配，并在一含有池液的容器內形成煙霧。
文檔編號B01D17/035GK1081118SQ9310201
公開日1994年1月26日 申請日期1993年2月23日 優先權日1992年7月10日
發明者王抗曝, 巍柏, 潘樂菲 申請人:王抗曝, 巍柏, 潘樂菲