专利名称：蒸汽收集方法
技术领域：
本发明要求提交于2000年9月24日的美国临时申请Serial No.60/235,214、提交于2000年9月24日的No.60/235,221、以及提交于2001年3月7日的No.60/274,050的优先权，将它们的全部内容参考结合于此。本发明涉及蒸汽收集方法，更具体地说，涉及能收集基本上没有稀释的气相组分的方法。
背景技术：
在干燥涂层材料的过程中除去和回收组分的常规方法通常利用干燥设备或烘炉。收集罩或口用于闭合及开口的干燥系统，以收集从基底或材料发出的溶剂蒸汽。常规的开口蒸汽收集系统通常利用空气处理系统，它们不可能仅选择性地吸出所需的气相组分而不吸出环境气氛。闭合的蒸汽收集系统一般引入惰性气体循环系统以有助于清扫封闭容积的蒸汽。在任一系统中，环境气氛或惰性气体的引入稀释了气相组分的浓度。这样就使随后的从稀释的蒸汽流中分离蒸汽变得困难和低效。
此外，与常规蒸汽收集系统有关的热力学通常允许在基底或材料或者接近它们之处有不需要的蒸汽冷凝。然后，冷凝物落在基底或材料上，对材料的外观或性能方面产生不利的影响。在工业装置中，环绕该方法和处理装置的环境条件可包括外来杂质。在大容积的干燥设备中，外来杂质可通过常规干燥系统的大容积流量带入收集系统中。
理想的是收集基本上没有用环境气氛或惰性气体稀释的气相组分。此外，在工业装置中于较低容积流量中收集气相组分是有利的，这样可以防止夹杂外来杂质。
发明内容
本发明提供了输送及捕集基本上没有稀释的气相组分的方法。该方法和设备利用靠近基底表面的气室以能够收集接近基底表面的气相组分。
在本发明方法中，提供至少一种具有至少一个邻近气相的主表面的材料。然后，将气室设置在靠近材料表面之处以规定气室与材料之间的间隙。该间隙最好不超过3cm。气室与材料表面之间的邻近气相规定了具有一定量物质的区域。至少一部分来自邻近气相的物质由经过区域的诱导流输送通过气室。该气相的流量由下式表示M1+M2+M3＝M4(方程式I)式中，M1是由压力梯度引起的通过间隙进入区域并通过气室的上述物质的每单位宽度的总净平均时间质量流量，M2是从材料的至少一个主表面进入所述区域并通过气室的上述物质的每单位宽度平均时间质量流量，M3是由材料运动引起的通过间隙进入区域并通过气室的上述物质的每单位宽度的总净平均时间质量流量，M4是从气室出口离开所述区域的上述物质的每单位宽度的平均时间质量流量。为本发明的目的规定宽度的尺寸是在与材料运动方向垂直的方向上以及在材料平面上的间隙的长度。
本发明方法和设备设计为大量减少输送通过气室的稀释气体的量。使用靠近材料表面的气室和小的负压力梯度可明显减少稀释气体，即M1。压力梯度Δp定义为气室底部周边的压力pc与气室外部的压力po之差，其中Δp＝pc-po。M1的值通常大于0但不超过0.25kg/秒/米，较好是大于0但不超过0.1kg/秒/米，最好是大于0但不超过0.01kg/秒/米。
在另一个表达方式中，得自M1的平均速度可用来表示进入气室的稀释气相组分的流量。使用靠近材料表面的气室和小的负压力梯度可明显减小通过间隙的总净平均气相速度(v)。对本发明而言，(v)的值通常大于0但不超过0.5米/秒。
本发明方法的目的是通过大量减少方程式I中的M1来显著地减小邻近气相中气相组分的稀释。M1表示由压力梯度导致的进入区域中的总净气相稀释流量。邻近气相中物质的稀释会对气相收集系统的效率和随后的分离操作产生不利的影响。对本发明方法而言，M1大于0但不超过0.25kg/秒/米。此外，由于气室与材料表面之间的间隙较小，由诱导流导致的通过间隙的气相组分的容积流速通常不超过0.5米/秒。
本方法较好地适用于需要以有效的方式理想地收集蒸汽组分的应用。有机和无机溶剂是经常用作载体以使所需的组合物沉积在基底或材料上的组分的例子。这些组分通常通过提供足够的能量使溶剂蒸发来从基底或材料上除去。通常为了符合健康、安全和环境需要的原因，要求在它们从基底或材料上除去之后回收蒸汽组分。本发明能收集和输送蒸汽组分而不需要引入大容积的稀释流。
在一个较佳实施方式中，本发明方法包括使用含有至少一种蒸发组分的材料。气室设置在紧邻材料表面之处。然后，对材料施加能量从而蒸发至少一种蒸发组分以形成蒸汽组分。至少一部分蒸汽组分被捕集在气室中。蒸汽组分通常在高浓度下被捕集，使随后的处理，如分离变得更有效。
本发明的装置包括用来支承材料的支承机构。该材料具有至少一个有邻近气相的主表面。气室位于靠近材料的表面处以规定表面与收集气室之间的间隙。气室与材料之间的邻近气相规定了含有一定量物质的区域。与气室连接的机构导致邻近气相中至少一部分物质输送通过区域。物质通过区域输送入气室的流量由方程式I表示。气室中的蒸汽可随意地输送到分离机构中另行处理。
本发明的方法和设备较好地适用于从运动的织物中输送和收集溶剂。在操作中，气室置于连续运动的织物上面以收集高浓度的蒸汽。蒸汽的低容积流量和高浓度提高了溶剂回收的效率并基本上消除了使用常规组分收集装置时产生的污染问题。
本发明的方法和设备最好与常规的间隙干燥系统结合使用。间隙干燥系统一般通过热板与冷凝板之间狭小的间隙输送材料，用以蒸发和随后冷凝材料中的蒸发组分。本装置的结构，能使间隙干燥系统的各个位置进一步捕集在进入间隙干燥设备之前或者离开时通常存在于材料表面上的邻近气相中的气相组分。
为达到本发明的目的，本申请中使用的以下术语定义如下“平均时间质量流量”由方程式MI=1t∫0tmidt]]>表示，式中，MI是平均时间质量流量(kg/秒)，t是时间(秒)，mi是瞬时质量流量(kg/秒)；“压力梯度”是指气室与外部环境之间的压力差；“诱导流”是指通常由压力梯度产生的流量。
其它特征和优点将从对以下实施方式和权利要求的描述中更清楚。
参照附图，从以下详细的描述中，本发明的上述以及其它优点对本领域的技术人员而言将更加清楚图1是本发明的示意图；图2是本发明的气相收集装置的一个较佳实施方式的示意图；图3是本发明的气相收集装置的一个较佳实施方式的截面示意图；图4是本发明的气相收集装置的一个较佳实施方式的等角图；图5a是与间隙干燥系统结合的本发明的一个较佳实施方式的示意图；图5b是与任选的机械密封结合的一个较佳实施方式的示意图；图6是与任选的可收缩的机械密封结合的一个较佳实施方式的示意图；图7是本文中提供的实施例所述的气相收集系统和装置的另一个较佳实施方式的示意图。
具体实施例方式
本发明的方法和设备10概括地描述于图1。该方法包括提供具有至少一个有邻近气相(未示出)的主表面14的材料12。具有排气口18的气室16位于靠近处以规定气室16的底部周边19与材料12的表面14之间的间隙。间隙的高度H最好是3cm或更小。气室16的底部周边19与材料12的表面14之间的邻近气相规定了具有一定量的物质的区域。该区域中的物质通常呈气相。可是，本领域的技术人员认为该区域还可含有呈液相或固相的物质，或者所有三种相态组合的物质。
至少一部分来自该区域的物质被诱导流输送通过气室16。流体可通过本领域技术人员通常已知常规机构引入。进入并通过气室的每单位宽度的质量流量由以下方程式I表示M1+M2+M3＝M4(方程式I)图1描述了在实施本发明方法时所遇到的各种流体流。M1是由压力梯度引起的通过间隙进入区域以及通过气室的每单位宽度的总净平均时间质量流量。为达到本发明的目的，M1实质上表示稀释流。M2是从材料的至少一个主表面进入所述区域并通过气室的上述物质的每单位宽度平均时间质量流量。M3是由材料运动引起的通过间隙进入区域以及通过气室的上述物质的每单位宽度的总净平均时间质量流量。M3通常被认作机械牵引物和覆盖物，它包括通过气室下材料的运动牵引的物质，以及随着材料通过从气室下引出的物质。在材料在气室下静止的情况下，M3将为0。在间隙H是均匀的(即，气室的入口和出口的间隙相等)情况下，M3为0。当入口与出口的间隙不均匀(即不相等)时，M3不为0。M4是从气室出口离开所述区域的上述物质的每单位宽度输送物质的平均时间质量流量。已知物质可通过间隙输送进入区域中而不是通过气室输送。这些流量不包括在方程式I中包括的总净流量中。为本发明的目的规定宽度的尺寸是在与材料运动方向垂直以及在材料平面上的间隙长度。
本发明方法和设备设计为大量减少通过气室输送的稀释气体的量。使用靠近材料表面的气室和极小的负压力梯度可明显减少稀释气体，即M1。压力梯度Δp定义为气室底部周边的压力pc与气室外部的压力po之差，其中Δp＝pc-po。M1的值通常大于0但不超过0.25kg/秒/米。较佳地，M1大于0但不超过0.1kg/秒/米，最好是大于0但不超过0.01kg/秒/米。
在另一个表达方式中，得自M1的平均速度可用来表示通过气室的稀释气相组分的流速。靠近材料表面的气室和小的负压力梯度可明显减小通过间隙的总净平均气相速度(v)。得自M1的平均气相速度定义为(v)＝M1/ρA。式中，M1如上述，ρ是气流密度(kg/m3)，A是流体进入的区域的截面积(m2)。式中，A＝H(2w+2l)，其中H如上述，w是在与材料的运动方向垂直的方向上的间隙的长度，l是在材料运动方向上的间隙的长度。对本发明而言，(v)的值通常大于0但不超过0.5米/秒。
靠近表面的气室和较小的压力梯度使得在邻近的气相中的物质以最小的稀释输送通过气室。这样，可在较高浓度下以较低流速进行输送和收集。本方法还适用于输送和收集较少量的位于邻近气相中的物质。间隙高度通常为3cm或更低，较好是1.5cm或更低，最好是0.75cm或更低。此外，在一个较佳实施方式中，围绕气室周边的间隙基本上是均匀的。但是，间隙可改变，或者对于特殊的用途，间隙可以是不均匀的。在一个较佳实施方式中，气室的周边要比材料，或者在气室下输送的织物宽。在这种情况下，该气室可设计为密封各边以进一步减少来自压力梯度的每单位宽度的平均时间质量流量(M1)。该气室还可设计为适合不同形状的材料表面。例如，该气室可具有切成圆弧的底部周边以适合圆柱体的表面。
使用的材料可包括能置于靠近气室之处的任何材料。较佳的材料是织物。织物可包括一层或多层施加在基底上的材料或涂料。
适当地对气室定尺寸和操作以提供在基本上不稀释的情况下对气相组分的充分收集，或者没有气相组分的过大损耗以至于不能将它们吸入气室中。本领域的技术人员能设计和操作该气室以提供给定材料的蒸发速率和所需的流体流速用于适当地回收气相组分。对可燃性气相组分而言，为安全起见，较佳的是在浓度高于可燃性上限时捕集蒸汽。此外，间隙可保持在织物的主要部分上。一些气室还可置于沿织物通过的路径的各点上操作。各个单独的气室可对各种过程和不同材料在不同的压力、温度和间隙下操作。
物质从区域通过气室的输送通过引入压力梯度来完成。压力梯度通常由机械装置，例如泵、鼓风机和风扇产生。引入压力梯度的机械装置与气室接触。因此，压力梯度将引起质量流量通过气室和气室中的排气口。本领域的技术人员还认为压力梯度还可得自气相组分的密度梯度。
气室还可包括一个或多个机构以控制输送通过气室的物质的相，由此控制物质中组分的相变。例如，可将常规的温度控制装置装入气室中以防止在气室的内部上形成冷凝。常规的温度控制装置的非限制性例子包括加热盘管、电加热器和外部热源。加热盘管在气室中提供了足够的热量以防止蒸汽组分的冷凝。常规的加热盘管和传热流体适用于本发明。
根据具体的气相组合物，该气室可随意地包括灭火器。置于气室内部的灭火装置允许气体通过但是阻挡了火焰以防止火灾或爆炸。火焰是自发地发生持续放热(产生热)的化学反应的气体的容积。当操作环境包括氧气、高温和以适当的比例混合了氧气以生成易燃混合物的可燃性气体时，通常需要灭火装置。灭火装置通过除去一种所述成分来起作用。在一个较佳实施方式中，气相组分通过与热吸收材料毗邻的狭小间隙。间隙和材料的尺寸依具体的蒸汽组合物而定。例如，该气室可充填膨胀的金属吸热材料，例如铝，它用依照“国家消防协会标准”的网孔尺寸的细网格金属筛装在底部。
用于本发明的任选的分离装置和输送设备还可包括灭火器。本领域技术人员已知的常规技术适用于本发明。灭火装置用于气室和随后的加工设备中而不需要引入惰性气体。这样，蒸汽流的浓度通常可保持有效地进行分离操作。
本方法适用于连续地收集气相组合物。该气相组合物最好是没有稀释，通常从气室流入随后的操作步骤中。随后的操作步骤可包括以下任选的步骤，例如分离或消毁气相中的一种或多种组分。分离操作可受控地发生在气室内部，或者它可以发生在外部。较佳地，蒸汽流使用常规分离方法，例如吸收、吸附、膜分离或冷凝来分离。蒸汽组合物的高浓度和低容积流量增强了常规分离操作的总效率。最好是至少一部分蒸汽组分在浓度高到足以允许随后的蒸汽组分的分离在0℃或更高的温度下进行时捕集。该温度防止了在具有设备和方法优势的分离过程中结霜。
来自气室的蒸汽流可含有蒸汽、或者蒸汽和液体的混合物。蒸汽流还可包括在分离过程前滤去的颗粒材料。适宜的分离方法可包括，例如常规的分离方法如浓缩气流中的蒸汽组合物；气流中稀释的蒸汽组合物的直接冷凝；气流中浓缩的蒸汽组合物的直接冷凝；两段直接冷凝；使用活性碳或合成的吸附介质吸附气流中稀释的蒸汽组合物；使用活性碳或合成的吸附介质吸附气流中浓缩的蒸汽组合物；使用具有高吸附性能的介质吸附气流中稀释的蒸汽相组分；以及使用具有高吸附性能的介质吸附气流中浓缩的蒸汽相组分。消毁装置包括常规的装置，如热氧化装置。根据气相组分的组成，气流可随意地排出或滤出以及在离开气室之后放空。
本发明的一个较佳的实施方式描述在图2-4中。本发明的装置20包括通过在加热部件24与气室26之间的织物输送系统(未示出)输送的织物22。织物22包括含有至少一种蒸发组分(未示出)的材料。气室26包括底部周边28。气室26位于靠近织物22处以使得气室26的底部周边28规定了气室与织物22之间的间隙H。气室26任选地包括加热盘管30、灭火部件32和灭火部件32上的顶部空间39。歧管34提供了与压力控制机构(未示出)的连接。歧管34最终提供了出口36以将蒸汽输送到随后的处理步骤中。
在操作过程中，加热部件24主要向织物22的底部提供了传导热能以蒸发织物中的蒸发组分。气室26用压力梯度操作，使得蒸汽从织物22上放出时，其中至少一部分蒸汽通过垂直间隙H输送入气室26中。吸入气室26中的蒸汽输送通过歧管34和出口36用于进一步的处理。间隙H和压力梯度允许在基本上没有稀释的情况下把蒸汽捕集在气室26中。
该较佳实施方式涉及输送和收集材料中的蒸发组分。蒸发组分可处于材料内、材料表面上、或者邻近气相中。这些材料包括，例如涂布的基片、聚合物、颜料、陶瓷、糊料、织物、非织造物、纤维、粉末、纸、食品、药品或者它们的组合。较佳地，提供织物作为材料。然后，也可利用材料的分离部分或材料的板材。
该材料包括至少一种蒸发组分。蒸发组分是可从材料中蒸发和分离的任何液体或固体组合物。非限制性例子包括有机化合物和无机化合物或者它们的组合，如水或乙醇。一般来说，蒸发组分起初可用作开始制取该材料的溶剂。本发明较好地适用于随后溶剂的除去。
根据本发明，向该材料施加足够的能量以蒸发至少一种蒸发组分。需要用来蒸发蒸发组分的能量可通过辐射、传导、对流或它们的组合来施加。例如，热传导可包括将材料通过靠近的平面加热板、曲面加热板，或部分地将材料包覆在加热圆柱体的周围。热对流的例子可包括通过喷嘴、喷口或压力通风系统向材料导入热空气。电磁辐射如射频、微波能量或红外能可导向材料并被材料吸收，引起材料的内部加热。能量可施加在材料的任意或者全部表面上。此外，可向该材料提供足够的内部能量，例如发生在材料中的预加热或放热化学反应。能量施加技术可单独使用或组合使用。
本领域技术人员已知用于加热的能量可由常规的源提供。例如，足够的能量可通过电、燃料的燃烧、或者其它热源来提供。能量可在应用点直接转化成热，或者间接通过加热液体如水或油、加热气体如空气或惰性气体、或者加热蒸汽如气流或常规传热流体。
本发明的气室位于靠近材料之处以在气室的底部周边与材料之间形成间隙。该间隙最好是在材料表面与气室的底部之间的基本上均匀的空间距离。间隙距离较好是3cm以下，更好是1.5cm以下，最好是0.75cm以下。该气室在压力梯度下操作使得蒸汽吸入气室中。在蒸汽吸入气室时，靠近材料的气室将蒸汽的稀释程度减至最小。除了间隙以外，蒸汽组分的稀释还可通过使用附加在气室中机械组件，如图2-4中的延伸部分35、37减至最小。当延伸超过织物并与热压板24接触时，延伸部分还提供侧边的密封。
根据本发明，较佳的是选择总质量流量以紧密地匹配材料中气相组分的产生速率。这将有助于防止蒸汽组分的稀释或损失。气室中的总容积流量最好至少是蒸汽组分的容积流量的100％。此外，本发明能在穿过气室的进口表面实现基本上均匀的流量。在气室中的一层多孔介质上存在顶部空间时可实现。在所述情况中，在顶部空间中侧面的压力降可与通过多孔介质的压力降一起忽略。本领域的技术人员将知道，可调节顶部空间和多孔介质的孔径以调节通过气室的进口表面的流速。
在另一个较佳实施方式中，本发明的气室可配置有常规的间隙干燥系统。间隙干燥系统使用直接的溶剂冷凝与热传导为主的传热的组合，因此不需要施加强制的对流以蒸发和带走溶剂蒸发物。间隙干燥器由被小间隙隔开的热板和冷板构成。热板邻近织物的未涂布侧，提供能量以蒸发涂层溶剂。冷板邻近涂布侧，提供冷凝的驱动力和溶剂蒸发物输送穿过间隙。提供具有表面形状的冷板，它防止了液体滴落回涂布的表面上。随着涂布的基底输送通过两块板之间的间隙，干燥和溶剂的回收同时进行。间隙干燥系统充分地描述在美国专利No.6,047,151、4,980,697、5,813,133、5,694,701、6,134,808和5,581,905中，将它们全部参考结合于此。
气室可位于间隙干燥系统中若干任选的点上。例如，气室可置于间隙干燥器的相对的末端、间隙干燥器内部或者它们的组合中。图5a示出了位于间隙干燥系统42的后缘44上的气室40。
在常规的间隙干燥型配置中，某些气相组分通过从运动的织物中吸出来后输送。在织物与顶板之间的间隙中的气相组分可能是至关重要的，因为它通常可用蒸发组分饱和。该组分(溶剂或其它组分)可能是至关重要的，这时因为从环境、健康或安全方面考虑的原因。当该间隙足够小时，该排气流量Q的容积可易于从织物速度V织物、最大间隙高度hu和膜/织物宽度W计算得出Q＝(1/2)(V织物)(W)(hu)例如，对于0.508米/秒的织物速度，宽度为1.53m，间隙为0.0492cm，这意味着流量为0.00123m3/秒。这是一个较小的并被认为是比用其它常规的干燥方法(气相流量比本发明高出若干个数量级)更易控制的流量。
这样，本发明的气室适于在织物的邻近气相中输送和收集较小容积的物质。其基本的实施方式示于图5a。间隙干燥系统42包括位于冷凝板48与热板50之间的织物46。间距为H的间隙形成在织物46的上表面与冷凝板48之间。冷凝板48包括毛细管表面52以从冷凝表面54上输送冷凝的材料。气室40配置在织物46离开间隙之处以收集离开间隙干燥系统42的气相组分。
向气室的后缘施加密封可有助于质量流量通过该气室。该密封起清扫作用以防止气体从气室的后缘离开，这样就迫使其进入气室中。该密封可包括受迫气体或机械密封。图5a描述了沿气室的外面部分41上的向下的箭头方向的任选的受迫空气流F。受迫气体阻挡了由运动的织物46承载的任何气相组分。该气体可以是清洁的空气、氮气、二氧化碳或其它惰性气体系统。
机械密封还可用来迫使气相组分进入气室中。图5b示出了在气室40的外部41使用挠性密封部件56以减少输送通过气室40的稀释气体的量。挠性密封56可拖曳在织物46上或置于到织物46的小的间隙处。在这种情况下，间隙是不均匀的，在接近密封的出口处H近似为0。
机械密封还可包含图6所示的可收缩的密封机构。图中显示，为保证正常的连续操作，配置可收缩的密封机构76连同气室60和间隙干燥系统62，还包括冷凝板68和热板70。在该配置中，可收缩的密封机构76可设置在比其它形式的机械密封到织物66的表面的更小间隙处。该较小的间隙更有效地用于从运动的织物66上除去边界层的气相组分而在捕集气相组分时不会划伤或损坏涂层或织物表面。到织物66表面的间隙可以为0.00508-0.0508cm或更大。间隙越小，除去边界层的气相组分的效率越高。可收缩的密封机构76的效率通过增加密封的厚度来改善，同时要维护在密封点上与织物对应的密封表面78。使用图6所示的空转辊80，则可收缩的密封机构76具有与空转辊80的半径对应的切成圆弧的形状。可收缩密封机构的厚度可以是1.5cm至大于3cm。板越厚，密封面积越大，这样就更有效。实际的厚度根据以下因素，如空转辊半径和空转辊包角来确定。密封可通过使用促动器82或其它机械装置移向收缩的位置。竖起的配置防止了对密封机构76的污染和对织物66的破坏，并允许超厚涂层通过，或者允许拼接物或其它加厚物通过。本领域的技术人员已知可收缩密封机构76的收缩可自动化并可对已知的加厚物，如拼接的或超厚涂层进行控制，或者对加厚物而言，甚至可与传感器(如尖头棒、激光检测装置等)(未示出)连接以允许遇到不曾预料到情况的收缩。
本发明的设备利用了用来将材料固定在靠近气室之处的材料支承机构以确保适宜的间隙。常规的材料处理系统和装置适用于本发明。
该设备包括如上所述的气室，将其置于材料上以规定材料表面与气室的底部周边之间的间隙。该气室由常规材料构成并可设计为满足特殊的使用标准。该气室可作为独立的装置存在或者可将其置于封闭的环境，例如烘炉包围中。另外，任选地置于气室中的灭火装置和加热盘管可包括常规已知的装置和材料。
上述能源用来向该材料提供足够的能量以蒸发材料中的至少一种蒸发组分。本领域内通常已知的加热和传热装置适用于本发明。
收集在气室中的浓缩的蒸汽流可用通常所述的常规的分离装置和方法，如吸收、吸附、膜分离或冷凝来进一步分离。本领域的技术人员能基于蒸汽组合物和所需的分离效率来选择具体的分离操作和装置。
在操作过程中，本发明基本上无需稀释，也无需使蒸汽组分冷凝，就能在干燥系统中捕集至少一部分蒸汽组分。在高浓度下收集蒸汽组分能有效地回收材料。在干燥系统中无需冷凝就减少了冷凝物落在产物上等的产品质量问题。本发明还使用较低的空气流速，它显著地减少了外来材料进入干燥系统，这样就防止了制成品的产品质量问题。
实施例实施例1参照图7，具有直接火焰加热器箱102的烘炉100用于本发明中。烘炉100配置了具有多个高速喷嘴106的供气压力通风系统104。这些高速对流喷嘴106置于离基底材料1082.5cm内。该材料108是具有涂布在表面上的半刚性乙烯基分散体的塑料膜的织物。高速喷嘴106向材料108提供高热量。在烘炉温度下，喷嘴出口排出的气体速度为20-30米/秒。加热器箱具有循环风机110和调制直接火焰燃烧器112。加热器箱混合循环空气114和新鲜补给的空气116，并使它们通过加热器箱102。直接火焰燃烧器112调制为控制排出空气的温度为150-200℃。烘炉所需的操作压力通过控制烘炉排气118和补给空气116来保持。气室120是由不锈钢制得的10cm×10cm×200cm长的结构。多重气室(未示出)安装在距贯穿烘炉100的材料108的1.5cm以内。各个气室120的顶上具有三个1.2cm的出口。这三个出口在直径为2cm的歧管122中接合。歧管122的直径为2cm，并且穿过烘炉的外壳到烘炉100的外部。烘炉体外部的歧管与冷凝器124连接。冷凝器124是内有管结构的管，由不锈钢制得。内管的直径为2cm，外管的直径为3.5cm。冷凝器124具有直径为2cm的装置冷却水进口126和直径为2cm的冷却水出口128。在冷却水进口126的装置冷却水为5-10℃。得自材料108的蒸汽组分收集在气室120内，随后在冷凝器124中冷凝，再收集在分离器130中。得自分离器130的清洁气体流通过直径为2cm的PVC管去往真空泵132。控制真空泵132以将气室120的压力保持在与烘炉操作压力相关的压力梯度下。真空泵132的排出物返回到烘炉体。该方法基本上无需稀释就从材料108上收集大量的蒸发的组分。在操作了4000小时后，在烘炉100的内部区域观察到产生的材料。这与常规系统相比改善了大约100％。
实施例2-5下述对照表1提供了在具体的装置结构和操作条件下不同系统的计算的例子。M1、M2、M3和M4的定义如上。M5表示向气室提供的任何附加的稀释流的每单位宽度的平均时间质量流量(例如，在对流炉中补给空气流)(单位kg/秒/米)。该材料的宽度(“w”)(单位cm)是在与该材料的运动方向垂直的方向上的间隙的测定值。平均时间气相速度(v)如上述定义，单位为米/秒。压力差(“ΔP”)是气室的底部周边与气室外部之间的压力梯度(单位Pa)。材料的速度(“V”)以米/秒测定。
通过间隙的气相组分的平均速度(v)可使用速度计如热线风速计，用所知的系统间隙截面积从方程式1来计算测定，或者使用下式来估测(v)=1.288|Δp|]]>(方程式2)容积流量Q与质量流量M之间的关系为M＝ρQ，式中，ρ是气相组分的密度(单位kg/m3)。气相温度关系式可用理想气体定律替入，表示为M=(MWpRT)Q]]>(方程式3)式中，MW是气相的分子量，p是压力，R是气体常数，T是气相温度。如果只有稀释流量M1未知，可使用方程式1计算稀释流量M1，或者用下式计算M1＝ρH(v)(方程式4)比较例2一个典型的空气对流干燥系统由一个配置有高速对流喷嘴的巨大的封闭箱构成。呈织物形式的材料通过宽76.2cm、高10.2cm的进口间隙进入。该材料通过与进口间隙尺寸相同的出口间隙排出。该材料以约1米/秒的速度输送通过间隙的中心。该材料由具有有机溶剂系涂料的聚酯织物构成，并在其经过该封闭箱时干燥。干燥器系统的操作条件如下。气室中的总循环流量为18.6kg/秒/米，封闭箱(气室)的压力设定为-5Pa。通过气室的排气流量M4为7.43kg/秒/米。由-5Pa的压力梯度引起的、通过进口和出口间隙并进入气室中的流量M1为0.71kg/秒/米。M1用方程式4来计算。由涂布液的溶剂的蒸发(即干燥)引起的流量M2为0.022kg/秒/米。M2的值的计算是假定由流体流M4，对具有1.5体积溶剂浓度％的LFL的溶剂而言，保持在20％的较低可燃性限制(LFL)。由材料运动通过气室引起的进入间隙的净流量M3为0。进入气室中的补给空气的流量M5为6.7kg/秒/米。通过间隙的总净平均气相速度用方程式2计算，(v)为2.9m/sec。计算的值通过使用热线风速计的测定值来验证。
比较例3一个典型的惰性气体对流干燥系统由一个配置有高速对流喷嘴的巨大的封闭箱构成。材料通过宽76.2cm、高2.54cm的进口间隙进入。该材料通过与进口间隙尺寸相同的出口间隙排出。该材料以约1米/秒的速度输送通过间隙的中心。该材料由具有有机溶剂系涂料的聚酯织物构成，并在其经过该封闭箱时干燥。干燥器系统的操作条件如下。气室中的总循环流量为5.66kg/秒/米，封闭箱的压力设定为2.5Pa。通过气室的排气流量M4为1.48kg/秒/米。由+2.5Pa的压力梯度引起的、通过气室的进口和出口间隙的流量M1为0.12kg/秒/米。M1用方程式4来计算。由涂布液的溶剂的蒸发(即干燥)引起的流量M2为0.03kg/秒/米。M2的值由返回干燥器之前2体积％的从M4回收的作为稀释流量M5的一部分的溶剂(在分离装置中)来确定。由材料运动通过气室引起的进入间隙的净流量M3为0。额外的稀释流量M5为1.57kg/秒/米。M5是由从分离装置返回的流量和惰性气体补给的流量构成的。通过间隙的总净平均气相速度用方程式2计算，(v)为2m/sec。
实施例4在本实施例中，蒸汽收集装置与常规的间隙干燥系统结合来捕集和收集离开间隙干燥器的气相组分。织物由输送系统输送通过本发明的装置。该织物由涂布了分散在乙醇和水中的无机材料的聚酯膜构成。该织物通过宽度w为30.5cm、高度H为0.32cm的进口间隙进入。该材料通过与进口间隙尺寸相同的出口间隙排出。该织物以0.015米/秒的速度输送通过间隙和气室的下面。测得排气流M4为0.0066kg/秒/米。由引入的压力梯度引起的通过气室的进口和出口间隙的流量M1与M4近似相等，为0.0066kg/秒/米。M1用方程式1来计算。一切为实用的目的，织物和涂料在离开间隙干燥器时是干的，这样M2为0。这可使用标准二次干燥测定来证明，其中，当织物和涂料试样在高温下再干燥时，最终没有显示出重量损失。由材料运动通过气室引起的进入间隙的净流量M3为0，没有额外的稀释流量M5。通过间隙的平均气相速度由方程式1和4计算，(v)＝0.086m/sec。用方程式2计算得压力梯度为0.0045Pa。
实施例5在本实施例中，织物由输送系统输送通过基本上与图2-4所示相似的装置。该织物包含涂布了由甲苯中的10％苯乙烯-丁二烯共聚物溶液构成的材料的聚酯膜。该织物通过气室的下面，由此在气室的底部周边与材料的暴露表面之间形成间隙。该间隙的宽度w为15cm、高度H为0.32cm。该材料从气室下面与进口间隙尺寸相同的间隙处离开。该织物以0.0254米/秒的速度输送通过间隙和气室的下面。干燥器系统的操作条件如下。加热部件保持在87C，气室保持在50C。测得排气流M4为0.00155kg/秒/米。由引入的压力梯度引起的通过进口和出口间隙离开气室的流量M1为0.00094kg/秒/米。M1用方程式1来计算。由甲苯的蒸发引起的流量M2为0.00061kg/秒/米。由材料运动通过气室引起的进入间隙的净流量M3为0。没有额外的稀释流量M5。通过间隙的总净气相平均速度由方程式1、3和4计算，(v)＝0123m/sec。
表1
从以上公开的本发明的基本原理和前面的详细描述中，本领域的技术人员将容易理解对本发明允许进行各种修改。因此，本发明的范围应该不仅仅局限于以下权利要求及其等价的内容。
权利要求
1.一种蒸汽收集方法，它包括(a)提供至少一种具有至少一个邻近气相的主表面的材料；(b)将气室设置在靠近所述材料的表面处，规定所述气室与表面之间的间隙，其中，所述气室与表面之间的邻近气相规定了具有一定量物质的区域；(c)促使至少一部分来自所述区域的物质输送通过气室，其中，M1是指由压力梯度引起的通过所述间隙进入所述区域的上述物质的总净平均时间质量流量，M2是指从所述材料的至少一个主表面进入所述区域的上述物质的平均时间质量流量，M3是指由所述材料的运动引起的通过间隙进入所述区域的上述物质的总净平均时间质量流量，M4是指从气室出口离开所述区域的上述物质的平均时间质量流量，M1+M2+M3＝M4；M1的总净平均速度不大于0.5米/秒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述气室中的温度受控制，防止所述物质中组分的相变。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述材料是织物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括从输送通过所述气室的物质中分离蒸汽组分。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述分离方法包括吸收、吸附、膜分离或冷凝。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述蒸汽组分的温度受控制，防止蒸汽在分离之前冷凝。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述间隙为3cm或更小。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述气室包括至少一种灭火装置。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述材料包括至少一种蒸发组分，并且提供能量来蒸发所述至少一种蒸发组分，从而在邻近的气相的物质中形成蒸汽组分。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述一个或多个气室用于捕集至少一部分所述蒸汽组分。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述一个或多个气室各自独立地受到控制。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述气室处于封闭的环境中。
全文摘要
本发明涉及能收集基本上没有稀释的气相组分的方法，提供了一种蒸汽收集方法，它包括(a)提供至少一种具有至少一个邻近气相的主表面的材料；(b)将气室设置在靠近所述材料的表面处，规定所述气室与表面之间的间隙，其中，所述气室与表面之间的邻近气相规定了具有一定量物质的区域；(c)促使至少一部分来自所述区域的物质输送通过气室。
文档编号F26B25/00GK1702416SQ20051007948
公开日2005年11月30日 申请日期2001年9月21日 优先权日2000年9月24日
发明者N·K·贾殷, P·T·本森, J·L·卡普斯, W·B·科尔布, E·E·莱特纳, R·A·雅培尔, N·L·罗杰斯 申请人:3M创新有限公司