专利名称：组合型蒸发/吹脱吸收模块的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及流体分离的领域。
背景技术：
在流体分离的领域中，已知利用例如LiBr的卤水用于加工蒸汽和由此产生的热量的吸收。同样已知利用泵来驱动载热流体环绕热交换电路以将由吸收器产生的热量传递至蒸发器或锅炉以产生所述的加工蒸汽。
发明内容
用于将液体混合物流通过蒸发分离为蒸汽流和液体的耗尽流的方法构成了本发明的一个方面。所述的方法包括蒸发步骤，其中蒸发所述液体混合物流的一部分以产生所述的蒸汽流和所述的液体的耗尽流；吸收步骤，其中(i)所述的蒸汽流被引入适于从所述的蒸汽中放热吸收一种或多种组分的卤水流中和(ii)排出热量以至少产生热流和富含所述的一种或多种组分的卤水流；以及传热步骤，其中在所述的吸收步骤中的排出热量被转移以驱动所述的蒸发步骤中的蒸发。驱动蒸发的传热与工作液体的从气态至液态的相变有关。所述的吸收步骤中的排出热量涉及工作液体的从液态至气态的相变。在液态，工作液体仅仅通过重力，对流和毛细作用中的一种或多种发生流动。在气态，工作液体仅仅通过扩散和对流中的一种或多种发生流动。设备构成了本发明的另一个方面。所述的设备用于将液体混合物流通过蒸发分离为蒸汽流和液体的耗尽流。所述的设备包括这样的结构，所述的结构在使用时·限定第一体积，在此所述的液体混合物被接收并被分离为所述的蒸汽流和所述的液体的耗尽流；·限定第一液体通道，通过所述的第一液体通道从所述的第一体积排出所述的耗尽流；·限定蒸汽通道，通过所述的蒸汽通道从所述的第一体积排出所述的蒸汽流；·限定第二体积，蒸汽通道通向所述的第二体积； 包括至少部分被设置于第二体积中的传热设备和传质设备，所述的传热设备和传质设备(i)接收适于从所述的蒸汽中放热吸收一种或多种组分的卤水流；(ii)将所述的卤水流引入所述的蒸汽；和(iii)从第二体积排出热量以至少产生热流和富含所述的一种或多种组分的卤水流；·限定第二液体通道，通过所述的第二液体通道从所述的第二体积排出富含所述的一种或多种组分的卤水流；以及 包括用于将热流传递至所述的第一体积以提供所述的分离的热运动设备。在所述的设备中，使用时，进入所述的第一体积的传热与工作液体的从气态至液态的相变有关；从所述的第二体积的排出热量涉及工作液体的从液态至气态的相变；在液态，工作液体仅仅通过重力，对流和毛细作用中的一种或多种发生流动；并且在气态，工作液体仅仅通过扩散和对流中的一种或多种发生流动。根据本发明的另一个方面，热运动设备以及部分传热设备和传质设备能够通过一个或多个热管进行限定，所述的一个或多个热管中的每一个具有被设置于第二体积中的热接收部件和被设置于第一体积中的热传递部件以提供所述的传热。根据本发明的另一个方面，一个或多个热管可以被堆叠使得设置于第一体积中的部分热管在运行中作为填充蒸发柱并且设置于第二体积中的部分热管在运行中作为填充吸收柱。根据本发明的另一个方面，使用时，从第一体积排出的蒸汽可以与进入第一体积的液体混合物基本蒸汽-液体平衡。根据本发明的另一个方面，使用时，从第一体积排出的液体的耗尽流的温度可以低于进入第一体积的液体混合物的温度。根据本发明的另一个方面，使用时，第一体积中的压力和进入第一体积的液体混合物的温度可以使得传递进入第一体积的全部热量实现液体混合物的蒸发。根据本发明的另一个方面所述的结构可以进一步限定从第二体积引出的通风孔；并且使用时，至少大部分蒸汽可以在第二体积中被吸收，并通过所述的通风孔从所述的第二体积排出剩余蒸汽。根据本发明的另一个方面，所述的设备可以进一步包括用于接收由所述的传热设备和传质设备产生的卤水流的解吸附设备并产生适于从所述的蒸汽中放热吸收所述的一种或多种组分的卤水流；以及产品流。根据本发明的另一个方面，所述的设备可以进一步包括二级吸收器，使用时 (i)接收剩余蒸汽；和(ii)将剩余蒸汽引入适于放热吸收一种或多种组分的二次卤水流以产生稀释的卤水。根据本发明的另一个方面，解吸附设备可以进一步接收所述的稀释的卤水并进一步产生二次卤水流。根据本发明的另一个方面，使用时同大气压相比，第一体积和第二体积中的压力可以被减小；至少大量蒸汽可以在第二体积中被吸收；并且真空泵可以提供至少要被从所述的设备中排出的非冷凝性的蒸汽。根据本发明的另一个方面，第一体积可以通过一个或多个第一空间限定并且第二体积可以通过一个或多个第二空间限定。根据本发明的另一个方面，一个或多个第一空间中的每一个和一个或多个第二空间中的每一个可以通过各自的容器限定；并且管道可以限定所述的蒸汽通道。根据本发明的另一个方面，所述的一个或多个第一空间中的每一个和所述的一个或多个第二空间中的每一个可以被限定在容器中。根据本发明的另一个方面，所述容器外部的管道可以限定蒸汽通道。根据本发明的另一个方面所述的容器可以通过隔离壁划分以限定一个或多个第一空间以及一个或多个第二空间；在所述隔离壁上限定的一个或多个孔可以限定蒸汽通道。所述的设备可以构成生物产品生产设施的一部分，其构成本发明的一个方面。除了所述的设备之外，所述的设施包括设置，其中，使用时，在所述的设置中连续进行发酵液的分解代谢。连接至所述的设置的设备以连续排出发酵液流；从排出的发酵液中去除代谢抑制剂以产生含有抑制剂的流和剩余物流；并将所述的剩余物流返回至所述的设置。根据本发明的另一个方面，所述的分解代谢可以是发酵并且所述的抑制剂可以是酒精。根据本发明的另一个方面，所述的含有抑制剂的流可以具有高于发酵液中含有的抑制剂的浓度。根据本发明的另一个方面，使用时，发酵液的污水排出流可以被排出以避免毒素积聚；所述的污水排出流可以分批被发酵；并且所述的设施可以进一步包括用于接收一批发酵产品的设备并产生(i)乙醇已经被基本去除的酒糟流以及(ii)被送入所述解吸附设备并被分离的富含乙醇的卤水。根据本发明的另一个方面，使用时从所述设置中排出的发酵液可以具有大约的温度和大约4-10%的乙醇浓度；剩余物流可以具有低于排出流大约2-4°C的温
度并具有低于排出流大约2-6%的乙醇浓度；并且第一体积中的压力可以是大约30-100 托。根据本发明的另一个方面，使用时从所述设置中排出的发酵液可以具有大约 30°C的温度和大约7%的乙醇浓度；剩余物流可以具有大约的温度并具有大约2%的乙醇浓度；并且第一体积中的压力可以是大约30托。根据本发明的另一个方面，热管可以相对于公共轴线平行排列并且所述的结构可以适于相对于所述的公共轴线垂直定向的水平轴线枢轴运动。根据本发明的另一个方面，本发明的设备构成了包括设置的生物产品生产设施的一部分，其中，使用时，在所述设置中分批进行发酵液的分解代谢。在这一设施中，设备被连接至设置中排出发酵液流；从排出的发酵液流中去除代谢抑制剂以产生含有抑制剂的流和剩余物流；并将剩余物流返回至所述的设置。随着考虑下列的详细的说明书和所附的附图，本发明的其它优点，特点和特征将变得更加清楚，下面将简要地描述，应该理解在全部附图中，相同的标号表示相同的结构。
图1是根据本发明的示例性实施例的吹脱/吸收模块的示意图；图2是图1的模块在示例性使用时的示意图；图3是类似于图2的，图1的结构在另一种示例性使用时的示意图；图4是显示图1的结构的另一种示例性使用时的另一种示意图；图5是使用根据图1的两种模块的乙醇生产设施的示意图；图6是图5的乙醇生产设施与图4结构的简化图结合的简化示意图；图7是图1模块的另一个实施例的示意图；图8是图1模块的又一个实施例的示意图；和图9是图1模块的又一个实施例的剖视图。
具体实施例以示意方式在图1中显示了吹脱/吸收模块(SAM)被指定为标号20。
这一模块包括容器21，一对隔离壁22，24，多个热管洸以及一对分配器沘，30。容器21是坚固耐用的容器适于例如30托的减压运行。一对隔离壁包括第一隔离壁22和第二隔离壁24。第一隔离壁22从容器底部向上延伸并终止于容器顶部的下方。第二隔离壁M与第一隔离壁以隔开的关系设置，其从容器顶部向下延伸并终止于容器底部的上方。通过这种设置，第一空间32和第二空间34被限定于容器的内部，它们通过隔离壁22，M之间的距离限定的管道35彼此连接。容器通过多个端口 36-44加强，较低的端口 36，38位于每个空间的底部，较高的端口 40，42接近每个空间的顶部并且一个最高的端口 44最接近第二空间34的顶部。多个热管沈从第一空间32延伸至第二空间34并且用于从第二空间34向第一空间32传递热量。热管沈是现有的结构并且因此在此不详细说明了。一对分配器28，30从第一空间32和第二空间；34的较高的端口 40，42延伸并适于湿润热管26。由此，应该理解所示的SAM的主要功能特点是·第一空间 32 ； 第二空间；34 ；·连接第一空间和第二空间的管道35 ； 较低的端口 36，38; 较高的端口 40，42; 最高的端口 44; 热管洸；禾口 分配器沘，30用于将液体混合流通过蒸发分离为蒸汽流和液体的耗尽流的示例性分离器设备的示例性实施例的图2显示了使用时这些主要的功能特点运行的方式。在此，可以看到模块20与二级吸收器46和解吸附设备48 —起显示。首先参看模块20，应该理解的是第一空间32构成了第一体积。这是液体混合流被接收并部分被蒸发为上述的蒸汽流和液体的耗尽流的地点。蒸发进行的方式将在下面关于热管的说明中进行描述。第一体积的底部的较低的端口 42限定了第一液体通道，通过所述的通道从第一体积32排出所述的液体的耗尽流。管道35限定了蒸汽通道，通过所述的通道从第一体积32排出所述的蒸汽流。第二空间34限定了第二体积，蒸汽通道35通向所述的第二体积。最高的端口 44限定了通风孔。分配器观，30和热管沈一起限定了传热设备和传质设备以及热运动设备。传热设备和传质设备(i)接收适于从蒸汽中放热吸收一种或多种组分的卤水流；(ii)将卤水流引入蒸汽(即卤水被喷射或滴下进入热管26上方的第二体积34)；和(iii)从第二体积排出热量以至少产生热流和富含一种或多种组分的卤水流。热运动设备将热流传递至第一体积32以提供所述的分离，并且因此热管沈的每一个具有设置于第二体积中的热接收部件和被设置于第一体积中的热传递部件。 卤水可以是例如具有40 %至70 %，优选45 %至65 %的溴化锂质量浓度的LiBr溶液。但是，本领域中已知的任何吸收剂流体将是适合的。位于第二体积34的底部的较低的端口 38限定了第二液体通道，通过所述的通道从第二体积；34排出富含一种或多种组分的卤水流。由于热管的使用，应该理解的是进入第一体积的传热与工作液体的从气态至液态的相变有关，在这个例子中，工作液体是水；从第二体积的排出热量涉及从液态至气态的工作液体的蒸发；在液态，工作液体仅仅通过重力和毛细作用中的一种或多种发生流动； 并且在气态，工作液体仅仅通过扩散和对流中的一种或多种发生流动。除了水之外，根据应用，可以使用的工作液体可以是氨水和商业制冷剂流体，但这只是两个例子。工作液体的选择是本领域的技术人员的常规选择并因此在此不进行说明。热管沈被堆叠使得设置于第一体积32中的部分热管在运行中作为填充蒸发柱并且设置于第二体积34中的部分热管在运行中作为填充吸收柱。因此·从第一体积32排出的蒸汽可以与进入第一体积32的液体混合物基本蒸汽-液体平衡； 至少大部分蒸汽可以在第二体积34被吸收，通过通风孔44从所述的第二体积排出剩余蒸汽。二级吸收器46 :(i)接收剩余蒸汽，即，部分在SAM中未被吸收的；和(ii)将剩余蒸汽引入适于放热吸收一种或多种组分的二次卤水流。这产生了稀释的卤水并且还产生了包括不能吸收的气体和任何不能被吸收的可吸收物的气体流，后者沿着箭头50从二级吸收器中被排出。解吸附设备48，即锅炉或蒸馏设备，其接收由传热设备和传质设备产生的卤水流和由二级吸收器46产生的稀释的卤水并产生·适于从蒸汽中放热吸收一种或多种组分的卤水流52 ；和二次卤水流M ；以及 产品流 56。图3显示了图2结构的变体，用于同大气压相比，在第一体积和第二体积中压力减少的情况。在这种应用中，至少大量的富集蒸汽可以在第二体积中被吸收并且真空泵58可以提供要被从所述的设备中排出的非冷凝性的和任何不被吸收的冷凝气体。现在参看图4，同样将被理解的是图4显示了可以用于浓缩苹果汁的工厂的示意图的形式。这个工厂基本类似于图3的结构，即其中它包括SAM20，二级吸收器46和真空泵 58，但是解吸附设备48具有两级解吸附器[由于这一应用的目的不是为了分馏混合液体而仅仅是为了浓缩果汁]，所以不是蒸馏装置。所述的两级解吸附器包括多个节能器60以有利地将热量在所述的方法的各个部件之间传递，例如在一对锅炉62和多个泵64之间传递。 根据这个系统的运行进行预测，数值在下表1中列出。表 权利要求
1.用于将液体混合物流通过蒸发分离为蒸汽流和液体的耗尽流的方法，所述的方法包括蒸发步骤，其中蒸发所述液体混合物流的一部分以产生所述的蒸汽流和所述的液体的耗尽流；吸收步骤，其中(i)所述的蒸汽流被引入适于从所述的蒸汽中放热吸收一种或多种组分的卤水流中和(ii)排出热量以至少产生热流和富含所述的一种或多种组分的卤水流； 以及传热步骤，其中在所述的吸收步骤中的排出热量被转移以驱动所述的蒸发步骤中的蒸发，其中，驱动所述的蒸发的传热与工作液体的从气态至液态的相变有关； 在所述的吸收步骤中的排出热量涉及工作液体的从液态至气态的相变； 在液态，工作液体仅仅通过重力，对流和毛细作用中的一种或多种发生流动；以及在气态，工作液体仅仅通过扩散和对流中的一种或多种发生流动。
2.用于将液体混合物流通过蒸发分离为蒸汽流和液体的耗尽流的设备，所述的设备包括这样的结构，所述的结构在使用时限定第一体积，在此所述的液体混合物被接收并被分离为所述的蒸汽流和所述的液体的耗尽流；限定第一液体通道，通过所述的第一液体通道从所述的第一体积排出所述的耗尽流； 限定蒸汽通道，通过所述的蒸汽通道从所述的第一体积排出所述的蒸汽流； 限定第二体积，所述的蒸汽通道通向所述的第二体积；包括至少部分被设置于所述的第二体积中的传热设备和传质设备，所述的传热设备和传质设备(i)接收适于从所述的蒸汽中放热吸收一种或多种组分的卤水流；(ii)将所述的卤水流引入所述的蒸汽；和(iii)从所述的第二体积排出热量以至少产生热流和富含所述的一种或多种组分的卤水流；限定第二液体通道，通过所述的第二液体通道从所述的第二体积排出富含所述的一种或多种组分的卤水流；以及包括用于将热流传递至所述的第一体积以提供所述的分离的热运动设备， 其中进入所述的第一体积的传热与工作液体的从气态至液态的相变有关；从所述的第二体积中的排出热量涉及工作液体的从液态至气态的相变；在液态，工作液体仅仅通过重力，对流和毛细作用中的一种或多种发生流动；以及在气态，工作液体仅仅通过扩散和对流中的一种或多种发生流动。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述的热运动设备以及部分传热设备和传质设备通过一个或多个热管进行限定，所述的一个或多个热管中的每一个具有被设置于第二体积中的热接收部件和被设置于第一体积中的热传递部件以提供所述的传热。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述的一个或多个热管被堆叠使得被设置于第一体积中的部分热管在运行中作为填充蒸发柱并且设置于第二体积中的部分热管在运行中作为填充吸收柱。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的设备，其中，使用时，从第一体积排出的蒸汽与进入第一体积的液体混合物基本蒸汽-液体平衡。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的设备，其中，使用时，从第一体积排出的液体的耗尽流的温度低于进入第一体积的液体混合物的温度。
7.根据权利要求2至6中的任一项所述的设备，其中，使用时，第一体积中的压力和进入第一体积的液体混合物的温度使得传递进入第一体积的全部热量实现液体混合物的蒸发。
8.根据权利要求2至7中的任一项所述的设备，其中所述的结构进一步限定了从第二体积引出的通风孔；并且使用时，至少大部分蒸汽在第二体积中被吸收并且通过所述的通风孔从所述的第二体积排出剩余蒸汽。
9.根据权利要求8所述的设备，还包括用于接收由所述传热设备和传质设备产生的卤水流的解吸附设备并产生适于从所述蒸汽中放热吸收所述的一种或多种组分的卤水流；以及广品流。
10.根据权利要求9所述的设备，所述的设备还包括二级吸收器，它在使用时(i)接收剩余蒸汽；和(ii)将剩余蒸汽引入适于放热吸收一种或多种组分的二次卤水流以产生稀释的卤水。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述的解吸附设备进一步接收所述的稀释的卤水并进一步产生二次卤水流。
12.根据权利要求2至10中的任一项所述的设备，其中，使用时同大气压相比，第一体积和第二体积中的压力被减小；至少大量蒸汽在第二体积中被吸收；并且真空泵提供至少要被从所述的设备中排出的非冷凝性的蒸汽。
13.根据权利要求2至12中的任一项所述的设备，其中所述的第一体积通过一个或多个第一空间限定并且第二体积通过一个或多个第二空间限定。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述一个或多个第一空间中的每一个和第二空间中的每一个通过各自的容器限定；并且管道限定所述蒸汽通道。
15.根据权利要求13所述的设备，其中所述的一个或多个第一空间中的每一个和所述一个或多个第二空间中的每一个被限定在容器中。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述容器外部的管道限定蒸汽通道。
17.根据权利要求16所述的设备，其中(i)所述的容器通过隔离壁划分以限定一个或多个第一空间以及一个或多个第二空间并且(ii)在所述隔离壁上限定的一个或多个孔限定蒸汽通道。
18.生物产品生产设施，所述的设施包括设置，使用时，在所述的设置中连续进行发酵液的分解代谢；并且连接至所述的设置的根据权利要求9至11中的任一项所述的设备以连续排出发酵液流；从排出的发酵液中去除代谢抑制剂以产生含有抑制剂的流和剩余物流；并且将所述的剩余物流返回至所述的设置。
19.根据权利要求18所述的设施，其中所述的分解代谢是发酵并且所述的抑制剂是酒 ρ； Ib ο
20.根据权利要求19所述的设施，其中所述的含有抑制剂的流具有高于发酵液中含有的抑制剂的浓度。
21.根据权利要求20所述的设施，其中，使用时，发酵液的污水排出流被排出以避免毒素积聚；并且所述的污水排出流分批被发酵；并且所述的设施还包括根据权利要求2至10中的任一项所述的用于接收一批发酵产品的设备并产生(i)乙醇已经被基本去除的酒糟流以及(ii)被送入所述解吸附设备并被分离的富含乙醇的卤水。
22.根据权利要求19至21中的任一项所述的设施，其中，使用时从所述设置中排出的发酵液具有大约的温度和大约4-10%的乙醇浓度；剩余物流具有低于排出流大约2-4°C的温度并具有低于排出流大约2-6%的乙醇浓度；并且第一体积中的压力是大约 30-100 托。
23.根据权利要求22所述的设施，其中，使用时从所述设置中排出的发酵液具有大约 30°C的温度和大约7%的乙醇浓度；剩余物流具有大约的温度并具有大约2%的乙醇浓度；并且第一体积中的压力是大约30托。
24.根据权利要求3所述的设备，其中所述的热管相对于公共轴线平行排列并且所述的结构适于相对于所述的公共轴线垂直定向的水平轴线枢轴运动。
25.生物产品生产设施，所述的设施包括设置，使用时，在所述设置中分批进行发酵液的分解代谢；连接至所述的设置的根据权利要求1至17中的任一项所述的设备以排出发酵液流；从排出的发酵液流中去除代谢抑制剂以产生含有抑制剂的流和剩余物流；并且将所述的剩余物流返回至所述的设置。
全文摘要
本发明涉及蒸发一部分液体混合物流以产生蒸汽和液体的耗尽流的方法。所述的蒸汽被引入适于从所述的蒸汽中放热吸收一种或多种组分的卤水中并排出热量以至少产生热流和富含所述的一种或多种组分的卤水流。之前排出的热量被转移以驱动蒸发。这种传热与工作液体的从气态至液态的相变有关。排出的热量涉及工作液体的从液态至气态的相变。在液态，工作液体仅仅通过重力，对流和毛细作用中的一种或多种发生流动。在气态，工作液体仅仅通过扩散和对流中的一种或多种发生流动。
文档编号B01D3/04GK102405083SQ201080017508
公开日2012年4月4日 申请日期2010年4月16日 优先权日2009年4月20日
发明者伊恩·R.·麦格雷戈, 克里斯多夫·H.·贝尔彻斯 申请人:德赖斯蒂尔股份有限公司