专利名称：包括至少一个再循环单独回路的旋转床吸附系统以及设计和操作这种系统的方法
技术领域：
本发明总体涉及一种旋转床吸附系统 或多个再循环单独回路的旋转床吸附系统 这种系统的方法。
背景技术：
旋转床吸附系统一直被用于从有时被称为工作流体流或吸附流体 流的一种流体流中收集吸附物并以更浓缩的方式将其传送到有时被称 为解吸流体流或再生流体流的第二流体流中。通常排除的吸附物包括 水蒸气、挥发性有机化合物("VOCs")、氮氧化物("NOx")等。
在旋转床吸附系统中特别是在处理后的流体中需要低吸附物浓度 的旋转床吸附系统中，重要的是将工作流体流和再生流体流之间任何 交叉污染降至最小。污染会由流体流本身中的压差或旋转吸附剂盘基 体内的蒸气压差产生。
可能产生污染的另 一 个根源在于在活性吸附区附近但在循环过 程中不会看到活性流体流动的吸附剂盘的区域。通常这些区域处于由 密封系统封装的吸附剂盘的中心和外周。特别地，吸附剂盘有意被设 计成具有这些作为绝热体的"死区"，它们可以保持旋转壳体的冷却并 防止其热膨胀，所述热膨胀会导致部件出现过早的机械故障。已经证 明在被设计成在处理后的流体流中获得非常低的吸附物浓度的系统 中，这些区域可以作为被排除蒸气的"沉积槽(sinks )"。这些沉积槽
，尤其是涉及一种包括一个 。本发明还涉及设计和操作当处于再生区附近时会积聚蒸气，在再生区附近它们通过扩散力暴露 在再生区内高浓度蒸气下，但由于玻璃/陶瓷结构的高绝热特性而使它 们不会经受再生热量。吸附剂随后可以达到与高浓度蒸气接近平衡， 但处于一个低得多的温度。当沉积槽在系统的处理区段处于非常低浓 度的流体附近时，它们释放它们的负栽。蒸气压差克服结构的扩散力， 并且微量蒸气被释放到处理后的流体流内，导致被排除的蒸气浓度不 利地提高。
为了冷却吸附剂基体、回收再生热量或在再生流体流穿过吸附剂 基体之前对其进行预处理，在旋转床吸附系统中增加吹扫区段是已知
的。在美国专利No.4，701,189中披露了包括再循环吹扫回路的吸附床 系统的实例。但是，可以相信在采用一个或多个区段的现有技术中对 降低湿气从更高浓度的流体流通过吸附剂基体的扩散，或者降低蒸气 从更高浓度的流体流向更低压力的流体流的转移方面没有任何教导。
发明内容
本发明采用一个或多个单独回路降低由各种流体流的压力不平衡 以及较大蒸气压差导致的旋转吸附床的吸附和解吸区段之间的交叉污 染。
在本发明的 一 个实施例中，提出 一 种采用吸附床系统降低工作流 体流吸附物浓度的方法，所述吸附床系统包括可再生吸附剂材料的旋 转块体，所述方法包括以下步骤旋转吸附剂块体，使得在操作循环 中给定体积的吸附剂块体在回到第一区段之前相继穿过第一、第二、 第三、第四、第五以及第六区段；使工作流体在第一区段穿过吸附剂 块体；使再生流体流在第四区段穿过吸附剂块体；使第一单独流体流 在吸附剂块体的第二区段和第六区段之间的闭合回路中独立于工作流 体流和再生流体流进行再循环；以及使第二单独流体流在吸附剂块体 的第三区段和第五区段之间的闭合回路中独立于工作流体流、再生流 体流以及第 一单独流体流进行再循环。
优选地，流体在第一、第五和第六区段中每一个上的流动方向相同，并且流体在第二、第三和第四区段中每一个上的流动方向与流体 在第一、第五和第六区段上的流动方向相反。
可选择地，如果需要进一步降低工作流体流的吸附物浓度，则可 以类似的方式增加附加的循环单独回路。
在此采用的"操作循环"意味着吸附剂块体的移动路线，在该路 线中吸附剂块体承受吸附和解吸附处理。术语"相继"指的是相对的 顺序，但不必要求一个紧随另一个。例如，在该实施例中，即使另一 个区段介于第 一 区段和第二区段之间，仍然可以准确地说吸附剂块体 相继穿过第一区段、第二区段、等等。
在本发明的另 一实施例中， 一种旋转吸附床系统包括工作流体流； 再生流体流；在闭合回路中独立于工作流体流和再生流体流进行再循 环的第一单独流体流；在闭合回路中独立于工作流体流、再生流体流 以及第一单独流体流进行再循环的第二单独流体流；以及工作流体流、 再生流体流、第一单独流体流和第二单独流体流中的每一个所穿过的 可再生吸附剂材料的旋转块体。在操作循环中，给定体积的吸附剂块 体在回到工作流体流之前相继穿过工作流体流、第一单独流体流、第 二单独流体流、再生流体流、第二单独流体流、以及第一单独流体流。 优选地，工作流体流和再生流体流在相反方向上穿过吸附剂块体，并 且第一单独流体流和第二单独流体流中的每一个在与流体流在吸附剂 块体旋转方向上紧随相应第一或第二单独流体流相同的方向上穿过吸 附剂块体。
可选择地，该实施例的系统还可以包括独立于工作流体流、再生 流体流、第 一 单独流体流以及第二单独流体流而在闭合回路中进行再 循环的第三单独流体流。优选地，第三单独流体流被布置成使得给定 体积的吸附剂块体在回到工作流体流之前相继穿过工作流体流、第一 单独流体流、第二单独流体流、第三单独流体流、再生流体流、第三 单独流体流、第二单独流体流、以及第一单独流体流。优选地，工作 流体流和再生流体流在相反方向上穿过吸附剂块体，并且第 一单独流 体流、第二单独流体流和第三单独流体流中的每 一 个在与流体流在吸附剂块体旋转方向上紧随相应第 一 、第二或第三单独流体流相同的方 向上穿过吸附剂块体。
在本发明的另一实施例中，提出一种设计吸附床系统的方法，其 中，可再生吸附剂材料的块体在所述吸附床系统内旋转，使得给定体 积的吸附剂块体交替地穿过工作流体流和再生流体流，所述方法包括
以下步骤(a)确定是否满足从以下选定的至少一个标准(i)一个 流体流的温度小于或等于相邻流体流的露点；(ii)在相邻流体流穿过 的吸附剂材料的区段之间存在至少大约150Pa的蒸气压差；(iii)相邻 流体流之间的绝对压差超过吸附床系统的密封结构的设计压力；以及 (iv ) —个流体流穿过吸附剂材料渗透到相邻流体流内而对 一 个或两 个相邻流体流的吸附物浓度的影响至少为10%; (b)如果在步骤(a) 确定满足至少一个标准，则在系统中增加独立于其他流体流而在闭合 回路中进行循环的单独流体流；以及(c)重复步骤(a)和(b)直至 在步骤(b)确定不满足所述至少一个标准。增加的每个单独流体流 被布置成使得在操作循环中给定体积的吸附剂块体穿过单独流体流两 次， 一次在穿过工作流体流之前且在穿过再生流体流之后，并且一次 是在穿过工作流体流之后且在穿过再生流体流之前。同样，在此采用 的术语"之前"和"之后"表示相对顺序并且不是要求一个紧接另一 个之前或之后，除非那样规定。优选地，如果满足从(i)、 (ii)、 (iii) 以及(iv)中选定的多个标准中的任何标准则增加单独回路。更优选 地，如果满足(i)、 (ii)、 (iii)以及(iv)中的任何标准则增加单独回 路。例如，吸附床的设计可以通过在计算机上建模或通过物理试验完 成。
在本发明的另一实施例中，提出一种旋转吸附床系统，包括在操 作循环中穿过多个区段的吸附剂材料的旋转盘，所述多个区段包括工 作区段、再生区段、以及至少一个单独区段。再生区段和至少一个单 独区段每一个都比工作区段更大程度地沿径向向外朝吸附剂盘的外周 延伸。以这种方式，吸附剂盘在工作区段被加载吸附物的区域在再生 和单独区段能够逃避再生或其他处理的可能性很小。
8优选地，所述至少一个单独区段比再生区段更大程度地沿径向向 外朝吸附剂盘的外周延伸。甚至更优选地，再生区段沿径向向外朝吸
附剂盘的外周延伸成比工作区,殳至少大一个波紋高度(flute height), 并且所述至少一个单独区段沿径向向外朝吸附剂盘的外周延伸成比再 生区段大至少一个波紋高度。在此采用的术语"波紋高度"指的是在 流体流流过的吸附剂盘上的通道的最宽尺寸。对于具有圆形横截面通 道的盘来说，波紋高度相当于通道直径。
该实施例还可以被用在包括多个单独区段的系统中，在这种情况 下每个单独区段优选比至少所述工作区段以及优选还有再生区段更大 程度地沿径向向外朝吸附剂盘的外周延伸。
在本发明的另 一 实施例中，提出 一种提高旋转床吸附系统性能的 方法，所述方法包括以下步骤使可再生吸附剂材料的块体旋转，使 得在操作循环中给定体积的吸附剂块体在回到第一区段之前相继穿过 第一、第二、第三和第四区段；使工作流体流在第一方向上穿过第一 区段；使再生流体流在与第一方向相反的第二方向上穿过第三区段； 以及通过使至少 一 个单独流体流在吸附剂块体的第二区段以及第四区 段之间再循环来降低工作流体流和再生流体流之间的交叉污染，在所 述第二区段上，所述单独流体流在第二方向穿过吸附剂块体，在所述 第四区段上，单独流体流在第一方向穿过吸附剂块体。
通过参照示出和描述本发明优选实施例的附图和以下说明更清楚 地理解本发明的这些和其他方面。
图1是表示根据本发明的旋转床吸附系统优选实施例的示意性流 程图。
图2是表示根据本发明的旋转床吸附系统的另 一优选实施例的示 意性流程图。
图3是常规的两区段旋转床吸附系统的示意图。 图4是四区段旋转床吸附系统的示意图。
9图5是六区段旋转床吸附系统的示意图。 图6是常规的两区段旋转床吸附系统的示意图。 图7是标出在图6所示的系统中沿相邻区l更边界的蒸气压力的曲 线图。
图8是四区段旋转床吸附系统的示意图。
图9是标出在图8所示的系统中沿相邻区段边界的蒸气压力的曲 线图。
图IO是六区段旋转床吸附系统的示意图。
图ll是对图8和IO所示系统中蒸气压力进行比较的曲线图。
图12是标出作为转子深度的函数的压降的曲线图。
图13是典型基体泄漏值的曲线图。
图14是三区段旋转床吸附系统的示意性流程图。
图15是四区段旋转吸附床系统的示意性流程图。
图16是标出作为图15所示系统转子深度的函数的压降的曲线图。
图17是根据本发明的四区段旋转床吸附系统优选构造的示意图。
图18是料斗干燥机吸附单元的示意性流程图。
具体实施例方式
图l表示根据本发明的旋转吸附床系统10的第一优选实施例。该
体11，在操作循环中其相继通过第一区段1、第二区段2、以及第三 区段3和第四区段4。吸附剂块体ll通过已知的转子机构(未示出) 在由箭头A表示的方向上绕其轴线旋转。
携带吸附物(例如水蒸气)的工作流体流12在第一区段1穿过吸 附剂块体11，在所述第一区段1处吸附物被吸附(即被加载)在吸附 剂块体11上。从吸附剂块体上排出的工作流体流与进入吸附剂块体的 工作流体流相比吸附物浓度得到降低。可选择地是，可采用风扇、吹
风机或其他流体移动装置13驱动工作流体流穿过管道件(未示出)。 再生流体流14在与工作流体流12的流动相反的方向上在第三区段3穿过吸附剂块体11。来自工作流体流的、被收集在吸附剂块体ll 上的吸附剂被释放在再生流体流内。可以设置加热器15以在再生流体 流14穿过吸附剂块体11之前对其进行加热。同工作流体流一样，可 以采用风扇、吹风机或其他流体移动装置16驱动再生流体流。
尽管工作流体流12和再生流体流14在图1中都未被示出是闭合 环路，但本领域技术人员将会认识到那些流体流之一或二者可以以闭 合回路得到再循环。例如，图14显示了一种布置，其中在从吸附剂块 体排出时，再生流体流被冷却以从流体流中冷凝出蒸气，并随后在返 回通过吸附剂块体之前^皮重新加热。
单独流体流17在吸附剂块体11的第二区段2和第四区段4之间 的闭合回路中独立于工作流体流12和再生流体流14进行再循环。优 选地，单独流体流17流过吸附剂块体11的方向与流体流过在吸附剂 块体ll旋转方向上紧随单独区段的区段的方向相同。例如在图1中， 单独流体流17在与再生流体流14流过第三区段3相同的方向上通过 第二区段2，并在与工作流体流12流过第一区段1相同的方向上通过 第四区段4。备选地，单独流体流流过吸附剂块体的方向可以与流体 流过在吸附剂块体旋转方向上紧随单独区段的区段的方向相反。可以 选择性地设置风扇、吹风机或其他流体移动装置18以驱动单独流体流 动。将在下文结合具体实例更详细地描述的是，设置再循环单独回路 有助于降低工作流体流12和再生流体流14之间的交叉污染。
在某些应用中，通过设置另外的再循环单独回路可以获得进一步 的益处。图2表示旋转床吸附系统110的另一优选实施例，其中两个 单独的流体流117、 119独立地通过旋转吸附剂块体111进行再循环。 在操作循环中，吸附剂块体111相继通过第一区段101、第二区段102、 第三区段103、第四区段104、第五区段105、以及第六区段106。与 第一实施例相同，吸附剂块体111通过已知的转子机构(未示出)在 由箭头B表示的方向上绕其轴线旋转。
工作流体流112在第一区段101通过吸附剂块体111。可以选择 性地采用风扇、吹风机或其他流体移动装置113驱动工作流体流动。再生流体流114在与工作流体流112的流动相反方向上而在第四 区段104通过吸附剂块体111。可以设置加热器115以在再生流体流 114通过吸附剂块体111之前对其进行加热。与工作流体流相同，根 据需要可以采用风扇、吹风机或其他流体移动装置116驱动再生流体
流动o
第 一单独流体流17在吸附剂块体111的第三区段103和第五区段 105之间的闭合回路中独立于工作流体流112、再生流体流114以及第 二单独流体流119进行再循环。优选地，第一单独流体流117流过吸 附剂块体111的方向与流体流过在吸附剂块体111旋转方向上紧随单 独区段的区段的方向相同。例如在图2中，第一单独流体流117在与 再生流体流114穿过第四区段104流动相同的方向上通过第三区段 103，并在与第二单独流体流119穿过第六区段106流动相同的方向上 通过第五区段105。备选地，单独流体流过第三和第五区段的方向可 以与图2所示的相反。可以设置风扇、吹风机或其他流体移动装置118 驱动第 一 单独流体流动。
同时，第二单独流体流119在吸附剂块体111的第二区段102和 第六区l史106之间的闭合回路中独立于工作流体流112、再生流体流 114以及第一单独流体流117进行再循环。与第一单独流体流相同， 第二单独流体流119流过吸附剂块体111的方向优选与流体流过在吸 附剂块体111旋转方向上紧随单独区段的区段的方向相同。例如在图 2中，第二单独流体流119在与第一单独流体流117流过第三区段103 相同的方向上通过第二区段102，并在与工作流体流112流过第一区 段101相同的方向上通过第六区段106。备选地，单独流体流过第二 和第六区段的方向可以与图2所示的相反。可以设置风扇、吹风机或 其他流体移动装置120驱动第二单独流体流动。
在以上所述的优选实施例中，本领域技术人员将会认识到具体流 速、压力、温度、相对湿度等参数的选取取决于吸附系统的特定应用， 并且本领域技术人员能够对给定的应用做出适当的参数选取。
本发明并不局限于两个单独回路，而是可以根据各种流体流的特性和所需的处理等级采用三个或多个单独回路。优选地，每个附加的 单独回路被布置成使得单独流体流在与工作流体流或再生流体流于吸 附剂块体旋转方向上跟随单独流体流相同的方向上穿过吸附剂块体。 还优选的是，每个附加的单独回路被布置成使得在旋转循环中吸附剂 块体以升序并随后以降序相继穿过单独流体流。换句话说，例如对于 具有三个单独回路的八区段系统来说，吸附剂块体将相继穿过再生流 体流、第一单独流体流、第二单独流体流、第三单独流体流、工作流 体流、第三单独流体流、第二单独流体流、第一单独流体流等等。
如下文所述，单独回路的数量可以根据对是否满足与温度、蒸气 压力、绝对压力和/或泄漏相关的某些选定标准的确定而被选定。是否 满足标准可以通过仿真或通过物理试验得到确定。如果确定了满足一
个或多个选定标准，则表示对系统增加一个单独回路具有潜在的优势。 在增加单独回路之后，再次做出确认，这样直至不满足选定的标准。
绝对压力设计标准
在本发明最简单的实施例例如以闭合回路操作的料斗干燥机吸附
单元中，设计者对闭合回路工作风扇所处的位置做出了选择。在图18 所示的实例中，示出了料斗50、工作气流51、工作空气风扇52、旋 转吸附剂盘53、再生气流54、再生空气加热器55、以及再生空气风 扇56。料斗50具有超过30"WC(水柱英寸)的非常大的空气侧压降。 料斗50是在闭合回路中最"敞开"的位置并由此与大气压力平衡。回 路的其他部分根据它们在回路中的相应位置以及根据回路中的空气驱 动器承受一定压力。
在这一应用中，要求露点在-40° F及其之下。通常在受控回路 内的所有点都具有14° F之下的露点。这对限制空气渗入(渗出)受 控环境回路提出了严格要求。需要单独或冷却气流(在图18中未示出) 达到这些露点。
在这种装置型式的吸附剂床中，利用充满干燥剂的双塔作为干燥 介质。由于这些塔由金属制成，因此所述量级的压力不是设计难题。但是，由于干燥剂盘的多孔性，过高的压力(如果干燥剂盘在空气移 动装置之后被定位，则经常出现这种情况)会对盘产生破坏，以及形 成通向周围环境的第二空气通道，这样明显增加了到达回路的新鲜空 气的量，并由此明显增加了干燥负载的量。
在这种应用中，安装单个闭合回路以提供在高压闭合回路和通常 处于环境压力附近的再生空气区段之间的单独区段。该闭合回路随后 在压力上与高压工作区段和环境压力的再生区段之间的中点相平衡。 净效应是从工作回路中的泄漏量至少被消减了一半，并且保持了单独 流体流的性能优势。
根据使空气移动通过闭合料斗回路所需的压力，可以要求多于一
个的单独区段。在一些情况下，压力可以超过50，，WC,这时可以要求 两个单独区段。决定需要多少区段是受盘的孔隙度、在回路的主要泄 漏区段处的最大允许污染率、以及工作气流和再生气流之间的相对压 差的影响。优选地，对系统增加单独回路直至相邻流体流之间的绝对 压力差值不超过吸附剂盘密封系统的设计压力，该设计压力的数量级 通常为7-10"WC。
相反，如果吸附剂盘被放置在风扇之前，则其将在对环境的负压 下进行操作，并且空气通过吸附剂盘产生的任何渗透将会对在应用中 所需的空气低露点具有显著影响。在这种情况下，闭合回路单独区段 将从潮湿的再生区段向干燥工作回路内的泄漏降至最小。再一次通过 作为压力、湿度以及盘孔隙度函数的向工作回路内的允许渗透量来确 定回路数量。
冷凝或结霜设计标准
在这一确定过程中提出的问题是在任何两个相邻区段的连接处是 否存在冷凝或结霜。在边界处形成霜的影响可能是破坏性的。密封剂 会被冻结在盘面上，并且结水会破坏盘面。冷凝的影响不是很严重， 但是对许多类型的干燥剂特别是硅胶长期的水沖击会产生明显的老化 作用，最终导致在性能上的软化或损耗。这一确定过程被用于与绝热
14材料结合或代替绝热材料以防止形成冷凝或结霜。
在下文给出的冷却空气需要得到进一步除湿的冷却器应用中，仅
有潮湿的环境空气被用于再生。在图3中，工作流体流以800 SFPM (每分钟标准英尺)的速率穿过区段1并且再生流体流以250 SFPM 的速率穿过区段2。从图3中区段l的温度以及区段2的湿度状态中 显而易见的是，区段1和区段2之间的边界明显是对冷凝和结冰的备 选。特别地，再生出口空气具有76.2°F (每磅137格令(grain))的 露点并位于具有0°F温度的工作进口空气附近。来自泄漏或传导的局 部冷却在这些状态下会很容易形成霜冻。
图4表示已经在图3所示系统中增加单独回路的四区段系统。在 图4中，区段l也代表工作流体流，区段3代表再生流体流，以及区 段2和4代表单独回路的单独流体流。在此同样，区段1和4的温度 和湿度状态被设计成沿图4中虚线箭头所示的区段1和4的边界仍然 存在结^的潜在可能性。
因此，如图5所示，在系统中增加另一单独回路。在图5中，区 段l代表工作流体流，区段4代表再生流体流、区段2和5代表一个 单独回路的单独流体流，以及区段3和6代表另一单独回路的单独流 体流。现在，由于从区段6排出的单独流体流的露点比从区段1排出 的工作流体流的温度更低，因此已经消除了结霜或冷凝的可能性。
蒸气压力设计标准
在两个空气流动区段之间的边界处，转子材料的蒸气压力急剧改 变。在该边界处的蒸气压差通常比两个空气环路的静态、或绝对压差 大得多。因此，发生蒸气流动并穿过盘上波紋状通道的可渗透壁。这 可以在不产生如美国专利US 5,653,115中所示的任何空气泄漏的情况 下发生。为了使最干和最湿的气流相互分离而增加一个或多个单独回 路会减轻这种湿气移动的影响。优选地，增加单独回路直至在相邻流 体流通过的吸附剂材料的区段之间蒸气压力的差值小于大约150Pa 。
作为实例，考虑转子具有常规的两区段构造，如图6所示，工作和再生气流之间具有3:1的正面面积分离。在图6中，工作区段由附 图标记l表示并且再生区段由附图标记2表示。在图7中示出了沿将 工作(区段l)始端与再生(区段2)末端分开的边界的蒸气压差。穿 过基体壁的蒸气压差非常大并且是在空气流动方向上位置的函数。即 使在转子工作排出侧，基体蒸气压力的稳态差值也是995Pa (3872Pa-2877Pa )。在这种情况下，刚刚离开转子的空气与3173Pa 的蒸气压力或者每磅干空气140格令的水(gpp或gr/LB)相平衡。 尽管这是全部工作空气流中的一小部分，但它是图6所示的2.21gpp 总体平均出口含湿量(condition)中的重要部分。
如果增加单独回路以使两个气流分开同时保持吸附区段的面积以 及流速相同，则可以获得图8所示的结果。在图8中，工作区段由附 图标记l表示，再生区段由附图标记3表示，以及与单独回路相对应 的两个单独区段由附图标记2和4表示。如图8所示，增加单独回路 的最终结果是使处理后的工作空气的湿度从2.11gpp (-16.8F DP)降 至0.49gpp (-42F DP )。
这一点可以通过检验区段4和1之间边界处的基体蒸气压差来得 到解释，如图9所示。单独回路的增加将边界处的基体蒸气压差降低 比图6和7的两区段情况更低至少一个量级。空气的湿度比在区段l 开始处的边界所有深度位置上相应变得更低，从而有助于使空气自区 段1的总体离开湿度比从2.21gpp降至0.49gpp(或者-16.8F DP对-42F DP)。单独回路的增加将蒸气压力幅度降至122Pa,处于以上提出的 优选150Pa的限制范围内。
尽管以上论述检验区段4和1边界处的蒸气压差，但在区段l和 2的边界处可以得到类似有利的结果。
通过增加另外的单独回路可以进一步提高性能，使得在每个区段 边界处产生更小的蒸气压差。例如，如果在前所述的单个回路被分成 两个独立的回路，则每个回路是原始回路尺寸的一半，在图10示出了 所获得的性能。在图10中，工作区段由附图标记l表示，再生区段由 附图标记4表示，与第一单独回路相对应的两个单独流由附图标记3和5表示，以及与第二单独回路相对应的两个单独流由附图标记2和 6表示。
从图10中可以看出另外的单独回路将处理后的空气含湿量从 0.46gpp降至0.37gpp (或者-42F DP到-46.3F DP )，这在很大程度上 是由于在穿过区段1与周围区段2和6之间边界的蒸气压力上更加渐 进的转变。
图ll表示图8所示四区段系统与图10所示六区段系统相比在区 段1开始处空气蒸气压力的差值。在六区段系统中另外的单独回路与 四区段系统相比仅在供给空气边界处提供低大约20%的蒸气压力，但 一个重要的因素是使供给空气的湿气浓度降低至少20%。
单独回路之间无需具有相同的尺寸或准确对称。当离开回路第二 通道(即工作流体流附近的单独流体流)的温度和湿度状态大致等于 进入区段l的空气状态时，每个回路的流动速度是最佳的。
泄漏i史计标准
在系统中增加单个闭合的单独回路会将空气的泄漏降低大致一
再生区段之间中间位置的绝对压力相平衡。
在某些应用中，环路之间的泄漏在最大可能的程度上被降低到最 小。在浓缩循环中，无论是对于VOC浓缩还是通过低露点环境(参 考OPG反应器)中的闭合回路再生的水浓缩，从工作流中的渗漏与 渗透一样不利，因为为了提高循环效率，蒸气与再生气流的浓缩比必 须保持最大。如果是VOC浓缩器，要特别注意确保工作环路和再生 环路之间均匀的压力平衡以使浓缩比最大。
但是，由于转子循环的逆流特性，当每个气流的压降在穿过转子 的不同方向上变动时将在两个流之间存在交叉污染，如图12所示的那 样。这导致工作进口空气流向再生出口，并且再生进口空气流向工作 出口。这种流动是由于盘上薄波紋壁的渗透性所造成的。
例如，图12表示相对于工作和再生之间的压力而被高度平衡的、通过旋转吸附剂盘的各种气流一 气流、再生气流以及吹扫气流的绝对 压力。要注意的是，由于流过盘的空气是逆流，因此在两个气流之间
总存在压差，除了最多在一点处之外。图13表示盘在垂直于流动方向 上以每平方英尺每分钟标准立方英尺(scfm/ft2)为单位的泄漏或渗透 率。
图中概括了不同类型的吸附介质常用的三种一般的基体泄漏率。 通常分子筛基的基体具有与基体3的值最相似的泄漏率。值得注意的 是在水蒸气排除以及VOC排除中，MS材料还被用在需要最低出口 浓度的场合，从而使内部泄漏的影响对系统性能产生相当实际的限制。
在图14所示的常规三区段系统中，进入吸附剂基体30的工作空 气由附图标记1表示，离开吸附剂基体30的工作空气由附图标记3 表示，离开吸附剂基体30的吹扫空气由附图标记2表示，进入吸附剂 基体30的再生空气由附图标记4表示，以及离开吸附剂基体30的再 生空气由附图标记5表示。给定图14的流动布置以及图12和13的压 力和泄漏值，空气将从工作入口泄漏到再生出口，并且从再生进口泄 漏到工作出口。利用给定的曲线以及给定的应用，对于基体3介质来 说，大约1.4scfm的再生进口空气将泄漏到工作出口并且3.5scfm将从 工作环路泄漏到再生环路。这种泄漏将^f吏工作出口的湿度比从 1.45gr/lb增加到1.65gr/lb并使再生出口的湿度比从186gr/lb降低到 184gr/lb。
在工作侧离开的露点性能还未显著降低但交叉回路泄漏已经显著 降低了通过冷凝排除所得到的水量，在这种情况下达到5%。在图14 中所示的闭合单独回路而不是开放吹扫结构的应用将收集这一湿气， 以及降低交叉回路压差。
在图15中示出了包括单独回路的四区段系统，其中进入吸附剂基 体30的工作空气由附图标记l表示，从吸附剂基体排出的工作空气由 附图标记3表示，在吸附剂基体30工作空气离开侧的单独空气由附图 标记2表示，在吸附剂基体30的工作空气进入侧的单独空气由附图标 记2a和2b表示，进入吸附剂基体30的再生空气由附图标记4表示，并且从吸附剂基体排出的再生空气由附图标记5表示。图16表示与单 独回路相平衡的相对压力。采用图表的方式相当容易理解单独回路对 降低交叉环路泄漏的性能所起的作用。"泄漏箭头"越小说明泄漏率越 低。另外，当单独区段不具有相同的最大湿度并由此极大地降低了对 再生稀释和工作出口污染的影响时，泄漏的影响被降低。优选地，增 加单独回路直至 一 个流体流穿过吸附剂材料渗透到相邻流体流内而对
一个或两个相邻流体流的吸附物浓度的影响小于大约15%,更优选是 小于大约10%。
应该注意的是该实例与VOC浓缩器类似。排除效率的较小的变 化导致VOC浓度比降低很大。单独回路以相同方式作用，显著提高 了该系统的浓度比。
蒸气"沉积槽"的减少
通过结合吸附剂盘不同直径的各种区段进一步提高这些系统的性 能。如上所述，边缘效应会对吸附盘的去除效率具有不利的影响。通 常这种影响是吸附介质在盘的中心和/或边缘不完全再生，或者这些区 域受到不完全吹扫或冷却的结果。当利用表面密封时，还存在可以填 充同时靠近再生区段、以及用于注入工作流处理后的空气的蒸气沉积 槽。当采用圆周密封对盘的边缘而不是表面进行密封时，壳体块可以 作为加热沉积槽，防止非常外部的干燥剂材料的完全再生。
为了克服这些影响，再生区段和任何单独区段(多个单独区段) 应该比工作区段更大程度地沿径向向外朝吸附剂盘的外周延伸。优选 地，单独区段(多个单独区段)还应该比再生区段更大程度地沿径向 向外延伸。
在图16所示的优选实施例中，再生区段的直径比工作区段的直径 至少大一个盘孔直径即波紋高度，以确保吸附剂盘外周边缘的再生是 完全的。单独区段的直径比再生区段的直径大一个孔的尺寸。如果在 周长上采用边缘密封，则应该设置表面密封以防止空气在工作部分流 动穿过盘非常外部的边缘。
19示例的目的。它们并不被认为是要限制本发明的范围。尽管具体的构 造、结构、条件等已经被示出且被描述，但这并不是限定性的。在本 发明的范围内可以想到多种改变和变化，本发明仅被认为是由附加权 利要求的范围来限定。
权利要求
1.一种采用吸附床系统降低工作流体流吸附物浓度的方法，所述吸附床系统包括可再生吸附剂材料的旋转块体，所述方法包括以下步骤旋转吸附剂块体，使得在操作循环中给定体积的吸附剂块体在回到第一区段之前相继穿过第一、第二、第三、第四、第五以及第六区段；使工作流体在第一区段穿过吸附剂块体；使再生流体流在第四区段穿过吸附剂块体；使第一单独流体流在吸附剂块体的第二区段和第六区段之间的闭合回路中独立于工作流体流和再生流体流进行再循环；以及使第二单独流体流在吸附剂块体的第三区段和第五区段之间的闭合回路中独立于工作流体流、再生流体流以及第一单独流体流进行再循环。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，流体在第一、第五和 第六区段中每一个上的流动方向相同。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，流体在第二、第三和 第四区段中每一个上的流动方向相同。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，流体在第一、第五和 第六区段中每一个上的流动方向与流体在第二、第三和第四区段中每 一个上的流动方向相反。
5. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，从由水蒸气、挥发性 有机化合物以及氮氧化物组成的组中选择的至少一项的浓度由于使工 作流体流在第 一 区段穿过吸附剂块体而被降低。
6. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤 使再生流体流在闭合回路中再循环； 冷却再生流体流以从再生流体流中冷凝蒸气；以及 在使再生流体流穿过第四区段之前对净皮冷却的再生流体流重新加热。
7. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括使工作流体流 在基本上闭合的回路中再循环以将产品脱水或保持干燥的步骤。
8. —种旋转吸附床系统，包括 工作流体流；再生流体流；在闭合回路中独立于工作流体流和再生流体流进行再循环的第一 单独流体流；在闭合回路中独立于工作流体流、再生流体流以及第一单独流体 流进行再循环的第二单独流体流；以及工作流体流、再生流体流、第一单独流体流以及第二单独流体流 中的每一个穿过可再生吸附剂材料的旋转块体，其中，在操作循环中给定体积的吸附剂块体在回到工作流体流之 前相继穿过工作流体流、第一单独流体流、第二单独流体流、再生流 体流、第二单独流体流、以及第一单独流体流。
9. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，工作流体流和再生流 体流在相反方向上穿过吸附剂块体，并且第一单独流体流和第二单独 流体流中的每一个在与流体流在吸附剂块体旋转方向上紧随相应第一 或第二单独流体流相同的方向上穿过吸附剂块体。
10. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括在闭合回路 中独立于工作流体流、再生流体流、第一单独流体流以及第二单独流 体流进行再循环的第三单独流体流，第三单独流体流被布置成使得给 定体积的吸附剂块体在回到工作流体流之前相继穿过工作流体流、第 一单独流体流、第二单独流体流、第三单独流体流、再生流体流、第 三单独流体流、第二单独流体流、以及第一单独流体流。
11. 如权利要求10所述的系'统，其特征在于，工作流体流和再生 流体流在相反方向上穿过吸附剂块体，并且第一单独流体流、第二单 独流体流和第三单独流体流中的每一个在与流体流在吸附剂块体旋转 方向上紧随相应第一、第二或第三单独流体流相同的方向上穿过吸附剂块体。
12. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，工作流体流处于比 再生流体流更高的压力。
13. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，工作流体流处于比 再生流体流更低的压力。
14. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，吸附剂块体具有大 于0.5scfm/ft2"WC的渗透率。
15. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，流体流中的一个处 于结冰点以下的温度，并且相邻流体流具有比所述结冰点以下流体流 更高的露点。
16. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，再生流体流具有大 约80gpp以上的水蒸气能级，并且工作流体流在穿过吸附剂块体之后 具有小于大约-30。F的露点。
全文摘要
本发明涉及包括至少一个再循环单独回路的旋转床吸附系统以及设计和操作这种系统的方法。采用吸附床系统降低工作流体流吸附物浓度的方法包括以下步骤。吸附剂材料的块体被旋转，使得在操作循环中给定体积的吸附剂块体在回到第一区段之前相继穿过第一、第二、第三、第四、第五以及第六区段。使工作流体在第一区段穿过吸附剂块体，并且使再生流体流在第四区段穿过吸附剂块体。使第一单独流体流在吸附剂块体的第二区段和第六区段之间的闭合回路中独立于工作流体流和再生流体流进行再循环。同时使第二单独流体流在吸附剂块体的第三区段和第五区段之间的闭合回路中独立于工作流体流、再生流体流以及第一单独流体流进行再循环。
文档编号F24F3/14GK101537298SQ20091000161
公开日2009年9月23日 申请日期2004年9月21日 优先权日2004年4月27日
发明者P·A·丁纳吉, S·C·布里克利 申请人:蒙特斯公司