旋流蒸发装置的制作方法

专利名称：旋流蒸发装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种用于对进料中的两种或多种组分进行分离的方法及装置，其中的进料具体是指工业过程或化工过程所产生的、含有两种或多种组分的废料，人们希望能从该废料中回收或再生一种或几种组分。更具体来讲，本发明涉及一种方法和一种装置，它们可用来分离两种或多种液态组分，或促进两种或多种液态组分的分离，其中的液态组分具有不同的特性，例如具有不同的比重、和/或不同的沸点。更进一步具体地讲，本发明涉及一种旋流蒸发装置，以及用一种采用旋流蒸发装置来使各种液态组分相互分离、并回收和/或再生这些液态组分中的一种或几种的方法。在本发明中，旋流蒸发装置包括一液力旋流器级和一蒸发器级。本发明可被看作是对用于将多种液态组分相互分离的蒸发器的一种具体改进形式，其改进之处在于在蒸发器级前面设置了一液力旋流器级，以更高效地将废料分配到蒸发器中。由此使得蒸发器在将废料中挥发性较强的一种或多种组分与废料中其余物料进行分离的工作中具有更高的效率。
尽管下文将参照旋流蒸发装置的一个具体实施例对本发明进行描述，在上述具体实施例的一种示例形式中，旋流蒸发装置被用来从含水废料中分离酒精，而在另一种示例中是从乳状固态物(milk solids)中分离水分。但应当说明的是本发明的范围并不仅限于所描述的实施例，本发明的范围是相当宽泛的，其包括其它结构形式的液力旋流器，并包括其在其它场合或工业流程中的应用，尤其是用来处理各种不同的物料。
现有的蒸发器存在一方面或多方面的缺点。其中的一个缺点是在分离具有不同比重或不同挥发性的液体方面存在困难，当蒸发器被用来分离含水废料中诸如酒精的挥发性物料、或乳状固体中的水分等时，该缺点尤为突出。
蒸发器存在现有困难的一个原因与输入进料在蒸发管中的不均匀分布有关。在许多设备中，在进料入口处或靠近进料入口处设置有一个分流板，用来将输入进料偏流向各个蒸发管，其中的进料入口例如为蒸发器的进料腔的进料入口。然而，该分流板对输入进料的流动是一个障碍，使进料在各个蒸发管中的分配并不均匀，尤其是当蒸发器的进料输入只受重力作用的情况下更是如此。将输入进料偏流并分配向各个蒸发管是通过一组间隔开排列的多个开孔完成的，其中的每个开孔都将进料导向一个蒸发管中。由于分流板开孔的尺寸很小，所以其经常被进液中的渣滓物料堵塞，尤其是在进液是乳状固体等的情况下。由于流量减小的开孔更容易发生堵塞，所以开孔的堵塞会进一步加剧分布的不均匀。
现有蒸发管存在的另一个问题是由于进料中的一种或多种组分汽化不完全，物料在蒸发管内壁上、尤其是在靠近蒸发管顶部三分之一高度的区域处会发生堆积。特别是在所要处理的进料中含有乳状固体或类似物料的情况下更是如此，这是由于本质上含油质或多脂的乳状固体仅被部分地汽化，因而趋于生成一种粘稠残余物，其沉积在蒸发管内壁的上端。该粘稠残余物吸附其它的残余物，这反过来又加剧了蒸发管壁面上的堆积现象。残余物的堆积降低了蒸发管壁面的传热性能，传热性能的降低反过来又降低了蒸发器的效率，导致更多物料发生沉积等等一系列问题。
本发明的目的是提供一种方法和一种装置，该方法和装置允许在对进料中的一种或多种组分进行蒸发之前或在蒸发的同时，使包括两种或多种组分的进料被分离成各种组分，这样，结合蒸发器的作用，各种组分就能更高效地相互分离。
根据本发明的第一方面，本发明提供一种在对进料中多种组分中的一种进行至少部分汽化之前或同时、分离进料中两种或多种组分的装置，所述装置包括至少一个用来输入含有两种或多种组分的进料的入口；一用来使进料产生第一运动的部件，由此使两种组分能部分地相互分离；以及至少一个出口，用来排出分离后的组分，其中，从出口排出之前，至少有一种物质至少是部分地发生了汽化。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种利用旋流蒸发装置将进料中的一种组分与另一种组分分离开的方法，其包括下列步骤将该进料输送到所述装置中一个使进料产生第一运动的部件中，以使其中的一种组分发生汽化的机会提高使该种组分中的至少一部分蒸发汽化；借助于该种组分趋于在装置中保持蒸气状态，而另一种组分趋于或易于在装置中被冷凝成液体而将该种组分和另外一种组分分离开；以及，将该组分和另外一种组分从装置中排出，由此基本保持分离状态。
典型情况是所述进料是一种水基废料或一种有机溶剂基的废料。更为典型的情况是进料是一种含醇的含水废料，该废料中的醇通常为甲醇、乙醇、丙醇等类似物质。
更典型的情况是，废料是一种含杂质水的果汁浆，其中需要将水从浓缩果汁中分离出去，更普通的情况还包括废料是多种有机物质的混合物，这些有机物质例如为溶剂和其它可燃物质。更为典型的情况是废料是一种乳品加工业及该加工业中所用工艺流程所产生的水与乳状固态颗粒的混合物。
通常，为增强两种组分的分离，本发明中被输送到入口处的废料可以为任何温度。
通常，当从装置中的运动发生部件冲出时，废料中一种组分的至少一部分要发生闪蒸。典型的情况是，发生闪蒸的物质是两种物质中挥发性较强的那一种。更为典型的情况是第一种组分在蒸发器中持续地进行蒸发。极为典型的情况是各种组分中的至少一种会受到Ranque-Hilsch涡旋管效应的影响，并包括由该效应引发的温度交换。
典型来讲，运动发生部件是一个液力旋流器，更具体来讲是一个液力旋流器头部单元或一个液力旋流器机体单元。更典型的情况该液力旋流器是一单体液力旋流器或是多体液力旋流器，其头部或机体中带有一个、两个、三个、四个或更多导管。更典型的情况是，该液力旋流器是一个切向流液力旋流器。优选的是，运动发生部件是一个直排式旋流发生器(in-line swirlgenerator)。更优选的是，废料中各种组分的流速在流经液力旋流器后得以增加。
典型情况是废料是在压力作用下输送到直排式旋流发生器中的。更典型的情况蒸发器腔室中具有一定的真空度，这样，当一种或多种组分从直排式旋流发生器的高压区涌入到蒸发器的蒸发管中时，这些组分中的这种或这些组分将会发生闪蒸，而这又进一步增加了该种组分或这些组分的流速。
下面将参照附图通过示例对本发明进行描述，在附图中

图1是本发明旋流蒸发装置一种形式的垂直剖面图，该蒸发器具有单个蒸发器管；图2是本发明旋流蒸发装置另一种实施例的垂直剖面图，该蒸发器具有单个蒸发管；图3是本发明旋流蒸发装置又一种实施例的垂直剖面图，该蒸发器具有两根蒸发管；图4的流程图表示了本发明的旋流蒸发装置用在一个工业过程现场的情形。
图1中表示了本发明旋流蒸发装置的一种形式，该蒸发器用附图标记2指代，该蒸发器用在例如各种工业生产过程中，以从水中分离出酒精、或从乳状固体中分离出水。蒸发器2的上部是一个圆筒形的旋流壳体4，该壳体4中形成了一个进料腔6。在围成进料腔6的壳体4的侧壁上设置了入口8，用来将进料10引入到腔室6中。进料10一般包括两种或多种组分，这些组分例如为具有不同比重和/或不同挥发性的液体，具体说，如含有酒精及其它挥发性污染组分的水基废料、或者是乳状、含固态物质的含水材料等。应当指出的是本发明的装置和方法可对很大范围内的多种物质进行处理，在本说明书的下文中将对此作详细的描述。
在腔室6内设置了一个运动发生部件，该发生部件例如为一个液力旋流器或类似装置，其最好是一个直排式旋流发生器(ISG)14或类似装置。国际专利申请PCT/AU94/00456(WO95/04602)号中描述了一种特别适用的ISG形式。ISG14的顶面15上开有一对相互分开的进料口16，用来接收进入到腔室6中的进料10。在ISG14的结构体内设置了两条基本为弧形的通道17，其从进料口16延伸向ISG14底面上的出料口18。出料口18被设置在ISG14的底面上，这样，输入的进料是以基本与蒸发器纵轴平行的方向进入到ISG中的，但却如图1中箭头A和B所示的那样、以旋流或涡旋运动的形式从ISG的底面上切向排出，箭头A和B大致表示了两种组分的流动。从图中可以看出物流B更靠近中央，而物流A则更加径向向外。
此外，应当指出的是，可采用任何合适的运动发生部件来使进料产生涡旋、旋流、卷流、螺旋流等类似形式的运动。还应当指出的是，本发明的方法和装置中可采用任何适当的装置和部件来引入一个旋流或类似的运动。此外，还要说明的是在输入的废料中可包含任意数目的不同物质，相应可分离出任意数目的不同组分，在这种情况下将产生多于两个(已标注为物流A和物流B的物流)。
在所用ISG14的底面上密封地连接着一蒸发器管20，这样当进料中各已经部分分离的组分从ISG14中喷入时，它们立即就进入到蒸发管20的上部。在一种示例形式中，ISG的底面上设置了一个侧裙22或类似结构，用来接收所用蒸发管20的上边缘。环绕蒸发管20壁面的外侧沿圆周方向形成了一个冷却套26。冷却套26带有一个入口28，用来通入冷却剂或其它的物质32-该物质一般为温度较低的冷却水；以及一个出口30，用来排出吸收热量后温度相对较高的冷却剂或其它物质，其中的热量或者是在蒸发管内产生的并传导到冷却套、或者是输送向蒸发管20的热量。应当说明的是，在某些实施例中，物质32还可被用来加热蒸发管20中的物质，而不是对其进行冷却。
腔室34布置在蒸发管20的底部或下部，用来接收在蒸发管20中冷凝的液体，在蒸发管20的底部一侧上设置了一用来排出冷凝蒸气或液体和/或未冷凝蒸气的出口36，用来从蒸发管20中排出物质37，这将在下文中更为详细地进行描述。
在本发明这种形式的装置的工作过程中，进料10包含两种或更多种具有不同比重或挥发性的组分，例如为混杂酒精的废水、或者是一种含有某材料的含水的乳状固体等等类似混合物，进料在压力作用下经入口8被输送到壳体4中，以充满腔室6。应当指出的是，进料10可以是任何合适的或理想的温度。在进入到壳体4后，液流进入到ISG14的进料口16中，并穿过通道17、以图中箭头A和B所示的涡流或旋流的形式从出料口18涌出。蒸发管20和腔室34的内部保持着一定的真空度，该真空度是根据输入进料流10中实际所含物质的具体要求、以及用来分离这些物质的条件而设定的。相应地，由于进料10中的组分从ISG14排出后立即进入到蒸发管20和腔室34中保持的一个负压区中，因此更多的挥发性的液态化合物发生沸腾并产生蒸气，其流到腔室34中。这样，进料中的低沸点组分就由于压力的降低发生了闪蒸(flash vaporisation)，且按Ranque-Hilsch涡流管效应而发生了温度交换(temperature exchanges)。压力降低的另一个效果是加速了蒸气的速度。因而，使进料产生涡旋运动而增加其流速、并使其受到一个大的压力降的组合效果是使物流能被加速到比单独采用ISG时更高的速度。这随后又影响了各种组分随后的运动。较重的液体会以箭头A的流路所大体表示的那样，以高速向外甩向腔室34的壁面，而碰到蒸发管20的管壁，并沿壁面以一薄层液态膜38的形式旋流向下。在另一方面，如箭头B的流路所大体表示的那样，蒸气和不可冷凝气体则高速旋向蒸发管20的中央部位，并绕蒸发管中央轴线区域螺旋向下，而形成一个锥形的物料流。因而，通过这样的组合效果，挥发性较强的组分就发生了汽化，并趋于以一轨迹沿蒸发管20中央向下流动，而挥发性较小的组分则未能汽化，而趋于沿蒸发管20的壁面流下，这样就程度或高或低地对两种组分实施了分离。
由于蒸气向液体进行了传热，沿蒸发管20的壁面24螺旋向下的液体冷凝了螺旋流动的内锥40中某些沸点较高的蒸气，而低沸点温度的蒸气在传热条件下仍然保持蒸气状态，高速旋流的液体和数量减少的低沸点蒸气一起沿腔室的壁面持续向下，这样就都经腔室的出口36以组合流37的形式排出。
将ISG14设置在靠近进料入口的位置能使得输入的进料能更好地分配到蒸发管20中，由此实现更高效的分离。
作为可选择方案，在另一种实施例中，还存在使热液体或热气体代替冷却剂32通入到换热套26中的可能性，换热套26中液体或气体的温度要比蒸发管20及腔室34中液体的温度高1度或更多，这样，由于加强了热交换，并提高了蒸发管20中液体的旋流速度，使贴在蒸发管壁面上的涡流液体发生了附加的蒸发，因而增加了该组分的蒸发量，这随后又增加了流经腔室34并经出口36排出此腔室的物料流量。应当注意到，无论是液体还是蒸气都同时从出口36排出，而其中的液体趋于聚集在腔室34的底部，并沿腔室34和出口36的底面流动，而蒸气则趋于聚集在出口36的上部区域。如图4更为清楚地表示的那样，从出口36排出的蒸气和液体被输送到另一个分离器中，以将液体和蒸气彻底分离成两种截然不同的物流。因而，本发明的液力旋流蒸发装置或旋流蒸发装置实际上是对两种组分的分离进行的预处理。
蒸发管20的长度可以在1米到20米之间，甚至更长。沿蒸发管20壁面24向下流到腔室34中的液体层38可由冷却套26中环流的冷却剂32进行部分冷却。
在图2中表示了对上述实施例的改型形式，在该改型中，在壳体4上设置了一个排料喷嘴(reject nozzle)41，该喷嘴允许蒸气能向上逃逸到一个第二腔室46中，该腔室位于壳体的顶部或朝向壳体的顶部。在该实施例中，将用类似的附图标记来指代与实施例1中相对应的特征。在图2的实施例中，在ISG14的底面上设置了一个排料喷嘴40，该喷嘴和一个排料导管42相通，排料导管42从ISG14中穿过，沿ISG14的中心轴向穿入到壳体4上方的上部腔室46中。上部腔室46上设置有一个用来从腔室46排出蒸气50的出口48。该实施例尤其适用于从进料中去除空气和其它气体-尤其是当进料(feed stream)中掺入了气体的情况。在本发明这种形式的装置的工作过程中，含有空气或其它气体(例如为氮气)的进料经入口8送入到壳体4的腔室6中，并由此进入到ISG14中。在进入到进料口16中后，进料被驱使着经通道17从出料口18以旋流的形式喷出。由于腔室34中为负压，因而在从ISG14向蒸发管20的流动过程中将会有一个突然的压力降。在旋流及压力降的联合作用下，空气或气体就趋于在蒸发管20中聚集成一个中心流，而不易挥发的液体物质则如图中箭头A所示的那样向外甩向蒸发管的外侧，而撞击到壁面24上。而较易挥发的物质则趋于在气态中心流B和液体的外侧流路A之间的一路径上流动。
在蒸发管20中心部位的流道中的空气或其它气体在蒸发管20中上升而进入到排料喷嘴40中，并经排料导管42流向上部腔室46，然后流向出口48，由此气体以气流50的形式从装置中排出。
在空气或气体经排料喷嘴40和导管42向上流动的同时，在中间流路上的蒸气流向出口36，以从出口36排出，而在紧贴壁面24的外侧流路A上流动的液体则沿壁面螺旋向下，聚积在腔室34的底部，以沿出口36的下部排出。应当说明的是，流路B中的蒸气和流路A中的液体是同时经出口36排出的。
在图3中表示了本发明的另一种实施例，在该实施例中，在同一个壳体中设置了多个蒸发管20单件。虽然图中只表示出了两个蒸发管20，但装置可包括任意数目的蒸发管20。每个蒸发管20在其顶部或靠近顶部的部位都设置有各自的ISG14。应当说明的是蒸发管20可采用多种不同的形式。其中的一种形式是蒸发管具有平行的侧面，这些蒸发管以一定的间距彼此平行地排列成行，且它们的侧面保持相互平行，这样所有的管壁也是平行的了。在另一种形式中，蒸发管具有阶梯形的侧面，其从靠近蒸发管输入端(顶部)的大直径部分向蒸发管靠近出口36的输出端(底部)的细径部分逐渐阶缩。在蒸发管的又一种形式中，侧面是锥缩的，这样就使蒸发管的输入端直径相对较大，而在蒸发管的出口端处则直径较小。另外，应当说明的是在本发明的装置中可用任意组合的蒸发管作为内插件，这些蒸发管的结构可以相同也可以不同。
本发明旋流蒸发装置中使蒸发管的直径和构型是变化的这一特征极大地提高了性能，原因是当水或挥发性蒸气沿蒸发器壳体塔内的蒸发管插件的侧壁向下时，蒸气的速度可大为提高。
在图3所示的实施例中可使用各种构型的蒸发管30，以使蒸发过程具有不同的流动速度和膜系数(film coefficients)。通过设置在小直径支撑管20上的小孔，可从闪蒸腔中去除挥发性的蒸气组分，这些小孔可将挥发性的蒸气抽入到腔室46中。
由蒸发管插件所获得的高流速防止了非常粘性的产品附着并形成在主蒸发器塔的加热套26的内壁上。
图3所示的实施例以及类似的系统可用作图4中的旋流蒸发装置。然而，所使用的旋流蒸发装置(Cyclovap)也可以采用垂直向上进料的方式，而不采用垂直向下进料的方式。因而，在图4所示的系统中，进料可在塔20的底部或靠近底部进料，并从装置2的顶部排出。
图3所示那种形式的本发明装置的工作过程类似于前述形式的装置的工作过程。在本发明的这种形式中，物料10在压力作用下进入入口8，并在压力作用下流到各个ISG14中，这样进入到各个ISG14进料口中的物料就处于同样的压力下，这有助于将物料更均匀地分配到各个蒸发管单体20中，以实现各种组分更高效的分离。在图3所示的实施例中，每个ISG的中央部位都设置了一个排料喷嘴42，其和上腔室46相通。图3所示的结构能使进料均匀一致地分配到各个蒸发管20中，这就导致输入的进料能更均匀地进行分布，且进料中的各种组分能更高效地分离。
从蒸发管20底部喷出的蒸气和液体聚集在腔室60中，以经出口36排出。上分离盘64使各个蒸发管20的上部保持相互间隔的状态，而下分离盘66使各个蒸发管20的下端保持相互间隔的关系。通过以各个蒸发管20作为蒸发管体或壳体内的插件而产生更高效的热传递，而结合这一特点，上述结构能对蒸发器的工作有更好的控制，由此能对进料中各种组分进行更高效的分离。
进料在本发明的旋流蒸发装置中进行了预处理之后，被输入到另外的一个分离装置中，这在下文中将进行描述。
图4的流程图表示了一个示例，本发明的装置在其中被用作一个总的工业流程中的一个部件。在图4所示的实施例中，进料10被引入到旋流蒸发装置2中，而冷却剂32被导入到冷却套入口28中，并经出口30排出。蒸气经出口48从旋流蒸发装置中排出到导管70中，而后通过导管72进入到初级分离器74中。初级分离器74接收来自出口36、导管76的蒸气和液体，并从该物质中分离出蒸气，蒸气从与管线70相连的管线72排出，以进行后序的处理过程。从分离器74引出的导管78用来输送液体，以对其进行下一步的处理。因而，本发明的装置可作为对多组分进行初级分离前的预处理步骤。
下面将描述有关本发明装置的几种应用示例示例1芒果浆汁要进行分离的产品进料是芒果浆汁，其白利糖度为14度，并含有全部的纤维成分。
该产品在泵入到旋流蒸发装置之前，首先被加热到60℃。旋流蒸发装置2的外加热套26由115℃的低压蒸气加热，芒果汁进料以60温度被泵入到旋流蒸发装置2中，在此进行10℃条件下的闪蒸，以使得香精(芳香物)从蒸气喷嘴40除去，并回收而得到香精浓聚物。芒果汁沿蒸发管2经过蒸气加热套26继续向下流动，而旋流蒸发装置2的内部为负压，这就使得芒果汁中的水相在50℃条件下沸腾。在向下流动的过程中，芒果汁(以及水)被蒸气加热套26再次加热，因而使得水相继续发生沸腾而形成蒸汽。
此时糖度已经上升到30度白利糖度的芒果汁和水蒸气一起经旋流蒸发装置2底部的出口36排出，并进入到蒸气分离器74中，在此中30白利糖度的芒果汁被泵出分离器的底部78，而水蒸气则经分离器74的导管72从顶部抽出，以进行冷凝。
对旋流蒸发装置2的内侧加热表面进行目视检测，未发现任何产品沉积的迹象。这套设备是在下述结构上进行工作的即在装置2中安装了由多个蒸发管形成的、如图3所示的蒸发管插件。
示例2椰子汁在该示例中要进行分离的进料产品为含有10％的总的非脂固态颗粒(solids non-fat)以及15％脂类成分的椰子汁。
进料在泵入到旋流蒸发装置2之前，首先被加热到70℃。旋流蒸发装置2的外加热套26是由90℃的低压蒸气加热的，椰子汁以70℃温度被泵入到旋流蒸发装置2中，在此进行20℃条件下的闪蒸。椰子汁在穿过蒸气加热套26的旋流蒸发管20中持续向下。而旋流蒸发装置2的内部为负压，这就使得椰子汁中的水相在50℃条件下沸腾。在向下流动的过程中，椰子汁(以及水)被蒸气加热套26再次加热，因而使水相持续沸腾出来而形成蒸气。这样，浓缩为含有60％总固态颗粒的椰汁和水蒸气一起经旋流蒸发装置2底部的出口36排出，并进入到蒸气分离器74中，在此含60％总固态颗粒的椰子汁通过导管78从分离器74底部泵出，而水蒸气则经导管72从分离器74的顶部抽出，以进行冷凝。对旋流蒸发装置的内侧加热表面进行目视检测，未发现任何产品沉积的迹象。这套设备是在由多个蒸发管形成蒸发管插件的结构上进行操作的。
示例3酿酒厂的酵母洗液-酒精回收该示例中要分离出各种组成成分的进料是酿酒厂含6％酒精的酵母洗液。
该进料先被加热到75度，然后被泵送到旋流蒸发装置2中，该装置中的负压度为27英寸汞柱。
酿酒厂的酵母洗液经ISG进入到旋流蒸发装置2中，并在入口腔室中发生闪蒸，这样就使得酒精以及部分水分发生蒸发。该酒精和水分混合蒸气沿蒸发管20的塔向下流动，并进入到柱状冷却套区域中，在该区域有温度为38℃的冷却水流过换热套26。在此温度下，混合蒸气发生了部分冷凝，这将使大部分水蒸气发生冷凝，而酒精仍然保持蒸气状态。
酒精蒸气、部分冷凝的水气以及洗液进入到蒸气分离器74中，使得酒精经导管72从蒸气分离器的顶部排出，而只含有0.1％酒精的洗液则经导管78被从分离器底部泵出。
通过一个辅助热交换器，酒精蒸气可完全发生冷凝，并使得酒精浓度达到30％体积。
示例4葡萄酒(红)渣提取液-酒精回收该示例中要分离成各种组分的进料为葡萄酒渣提取液，该渣提取液是由对红葡萄进行发酵后的发酵葡萄皮获得的。
该进料含有4％体积的酒精，其先被加热到95℃，然后被泵送到旋流蒸发装置2中，该装置中的负压为27英寸汞柱。
产品以95℃进入到ISG中，并在旋流蒸发装置塔中发生闪蒸，在旋流蒸发装置塔中，闪蒸是在入口腔室中发生的，因而使酒精以及部分水分发生蒸发。该酒精和水分混合蒸气沿蒸发管塔20向下流动，并进入到柱状冷却套区域中，在该区域有温度为40℃的冷却水流过换热套26。在此温度下，允许发生部分冷凝，这将使大部分水蒸气发生冷凝，而酒精仍然保持蒸气状态。
酒精蒸气、部分冷凝的水气以及渣提取液进入到蒸气分离器74中，使得酒精经导管72从蒸气分离器的顶部排出，而只含有0.1％酒精的渣提取液液则经导管78被从分离器底部泵出。
通过一个辅助热交换器，酒精蒸气可完全发生冷凝，并使得酒精浓度达到38％体积。
示例5乙二醇(glycol)-浓缩在该实施例中要进行分离的进料是含10％乙二醇的溶液，该溶液被用作冷却液。需要除去水相并用浸洗处理对乙二醇进行浓缩。为执行这样的处理，旋流蒸发装置2被改型成一种上流式的蒸发器系统，其ISG位于底部，而蒸气分离器在顶部，其位置形态与图1到图3中的装置相反。
乙二醇经一个小进料口而发生环流，且在旋流蒸发装置2的竖立塔中输送蒸气，以将乙二醇加热到80℃，此后，经蒸气分离器将旋流蒸发装置塔20抽出一定的真空度。
温度为100℃的蒸气被保持在旋流蒸发装置2的冷却套26中，乙二醇被蒸发而变成蒸气。该蒸气进入到蒸气分离器中，其真空度被控制在16英寸汞柱上，因而使乙二醇汽化，但水相不发生汽化。
乙二醇蒸气被从蒸气分离器的顶部出口抽出以进行冷凝，在此处其发生冷凝并输送到一个积液槽中。
乙二醇含量降低的水分被从蒸气分离器的底部出口回送到进料罐中。
这样的处理过程持续进行，直到进料罐中的液体体积接近其原始体积的15％时为止。在循环过程结束时，乙二醇的浓度增加到90％。
本发明的多个优点包括其可以精确地或至少更加均匀地将液体从总进料流中分配到蒸发管中，这样就可更高效地进行蒸发，尤其是当使用了一个圆柱形壳体时，或更具体来讲，当使用了一个由多个蒸发管组成的插件时更是如此。
由于在壳体中未设置带有开孔而易发生堵塞的分配板，以及盘板或类似挡板等妨碍在生产现场对设备进行有效清洗的结构，因而可有效地对壳体进行清洗。
生成导向蒸发管和腔室的高速旋流液体也成为了可能。物料沿蒸发管或腔室内壁长度方向的向下流动，还防止了在蒸发管内壁以及类似装置上的结垢沉积。
直排式旋流发生器的设置使得可在蒸发管20中发生闪蒸，之后立即使闪蒸过程中产生的蒸气发生部分凝结或冷凝。这是通过将冷却流体或气体输送到腔室的壁面上而变为可能的，以在蒸发管中对蒸气进行部分冷凝或凝结。
本发明的装置使得挥发性的蒸气或不可冷凝气体能经排料喷嘴从腔室的顶部排出。另外，排料喷嘴的尺寸可以进行变化，由此可对经排料喷嘴从腔室的顶部排出的挥发性蒸气或不可冷凝的气体的量进行调节。沸点温度较高的蒸气可通过在腔室壁面上施加冷却流体或气体而被迅速冷凝或部分冷凝。
通过调节冷却腔室沿腔室壁面纵长方向的长度，本发明能够允许闪蒸、蒸发、冷凝或部分冷凝在一个或多个管状蒸发器圆筒中发生。
以上对上述结构已进行了说明。并且，在不超出本发明精神和范围的前提下，还可作出多种改进，本发明的精神和范围包括了本文所介绍的各个新特征和这些特征的新颖组合。
本领域技术人员可以理解除了那些具体描述过的形式之外，本文所描述的发明也可进行多种变型和改进，应当说明的是本发明涵盖所有这些落在本发明精神和范围内的变型和改进型。
权利要求
1.一种在使进料的各组分中的一种进行至少部分汽化之前或同时将进料的两种或多种组分相分离的装置，所述装置包括至少一个用来输入所述含有两种以上组分的进料的入口；一个用来使进料产生第一运动的部件，由此使两种组分能彼此部分地分离；以及至少一个出口，用来排出分离后的组分，其中，从出口排出之前，至少有一种物质至少是部分地发生了汽化。
2.一种使进料中的一种组分和另一种组分相分离的方法，其包括下列步骤将含有所述组分的进料输送到所述装置中一个使进料产生第一运动的部件中，以使各种组分至少部分地相互分离，并增加其中的一种组分发生汽化的机会；使所述一种组分的至少一部分蒸发汽化；借助所述一种组分趋于在装置中保持蒸气状态，而另外的组分趋于或易于在装置中被冷凝成液体，而将所述一种组分和另外的组分分离开；以及，将所述一种组分和另外的组分从装置中排出，由此两种组分的分离基本得到保持。
3.根据前述权利要求所述的装置或方法，其特征在于所述进料是一种含水废料或一种有机溶剂基的废料。
4.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于所述进料是一种含有醇的含水废料。
5.根据权利要求4所述的装置或方法，其特征在于所述醇为甲醇、乙醇、丙醇等类似物质。
6.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于所述废料是一种含杂质水的果汁浆，其中需要将水从果汁浓缩物中分离出去。
7.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于当从用来使所述组分产生第一运动的部件中中出时，废料中的一种组分会发生闪蒸。
8.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于发生闪蒸的物质是两种物质中挥发性较强的那一种。
9.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于第一种组分在蒸发装置中持续地进行蒸发。
10.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于从所述进料中分离出来的组分中的至少一种组分受到Ranque-Hilsch涡旋管效应的作用。
11.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于用来产生第一运动的部件是液力旋流器头部单元或液力旋流器机体单元，其用来使进料产生一个涡旋运动。
12.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于所述液力旋流器是一单体液力旋流器或是多体液力旋流器，其在头部或机体中带有一条、两条、三条、四条或更多导管或通道。
13.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于所述液力旋流器是切向流液力旋流器。
14.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于所述液力旋流器是直排式旋流发生器。
15.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于进料流中各组分的流速通过流经液力旋流器机体或头部后而以增加。
16.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于所述直排式旋流发生器是在压力下工作的。
17.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于蒸发器腔室中至少应为部分真空状态，这样，当一种或多种组分从直排式旋流发生器的高压区涌入到蒸发器蒸发管中时，所述组分将会发生闪蒸，而这又进一步增加了这种组分或这些组分的流速。
18.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于其包括一个蒸发管。
19.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于其包括多个蒸发管。
20.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于用来使进料产生第一运动的部件是液力旋流器，并最好是直排式旋流发生器。
21.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于输送到装置中的所述废料是在压力作用下的。
22.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于其还包括排料喷嘴，该排料喷嘴用来在使进料产生第一运动时，能允许蒸气穿过所述发生部件从而装置中排出。
23.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于所述排料喷嘴位于直排式旋流发生器的下表面上
24.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于所述排料喷嘴与一个排料导管相通，排料导管从直排式旋流发生器机体的内部穿过，以便于蒸气能经直排式旋流发生器而从装置中排出。
25.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于在中心流路和径向外侧的流路中间还存在另一流路。
26.根据前述任一项权利要求所述的装置或方法，其特征在于蒸发管的侧壁被设计成平行面、阶梯面或锥缩面。
27.一种用来将进料分离成两种或多种组分的装置和方法，它们基本上如上文参照附图所描述的那样。
28.一种用来将进料分离成两种或多种组分的装置和方法，它们基本上如上文参照前述示例中的任一所描述的那样。
全文摘要
一种方法和一种装置,用来在对含有两种或多种组分的进料中的一种或多种组分进行蒸发的同时或在蒸发之前,将进料中的各组分进行分离。其中的装置包括至少一个用来将含有两种或多种组分的进料(10)输入到装置(2)中的入口(8),其中设置了一个用来使进料产生第一运动的部件,例如为直排式的旋流发生器(14),该发生器能使进料产生旋流,从而部分地将各组分分离为两螺旋旋流。从直排式旋流发生器(14)涌出的部分分离的物质进入到蒸发管(20)中,在此高挥发性的组分蒸发汽化,这将有助于将两种组分分离成一液态组分和一气态或蒸气组分。液态组分和气态相经同一出口(36)分两流从装置中排出。对该方法和装置的改型包括:(ⅰ)设置多个蒸发管(20),每个蒸发管都选装自己的直排式旋流发生器,以促进进料的分布和分离,以及(ⅱ)在发生器中设置一个排料喷嘴(40)和排料导管(42),以在发生器(14)中形成中间流并送入蒸发管(20)中时,使蒸气或气体可穿过直排式旋流发生器(14)流动。该方法和装置适于作为一整套分离设备的预处理措施。
文档编号B01D19/00GK1326374SQ99813278
公开日2001年12月12日 申请日期1999年9月30日 优先权日1998年9月30日
发明者内维尔·克拉克, 保罗·S·伍德利 申请人:阿尔科斯技术有限公司