工艺用水蒸馏系统和操作工艺用水蒸馏系统的方法与流程

本发明涉及工艺用水蒸馏系统和操作工艺用水蒸馏系统的方法。

背景技术：

1、通过真空蒸馏处理工业废水代表了一种有效且同时经济的净化污染液体的方法，所述污染液体例如作为在浸渍、喷洒和超声波清洁系统中的洗涤溶液、作为在表面精加工过程、如电镀、酸洗、阳极氧化、振动研磨、脱脂、磷化、抛光、粉末涂层或涂漆中的工艺溶液、或在钻孔、切割、研磨和绘图应用中以及在压铸中产生。这些流体可例如被溶剂、油、蜡、液压流体和/或冷却剂污染。

2、de 10 2005 049 923 b4公开了一种用于净化工业污染废水/工艺用水的蒸馏系统。该蒸馏系统包括具有蒸发器/冷凝器单元的容器以及蒸气压缩机，蒸气压缩机提供在该蒸馏系统中蒸发/冷凝所需的压力比。蒸发器单元用于蒸发供应给容器的污染液体，其中不期望的成分(例如硅酮、硅氧烷、二醇、蜡、油、胺、乳化剂、表面活性剂、盐等)收集在容器底部区域中的蒸发器贮槽中。另一方面，净化的水蒸气在容器中上升，并通过分雾器上方的蒸气压缩机提取，并输送至蒸发器/冷凝器单元。在蒸发器/冷凝器单元的冷凝器中，水蒸气冷凝为净化的蒸馏物，其最终供应至蒸馏物冷却器。蒸馏物冷却器也用作待分别供应到容器或蒸发器/冷凝器单元的蒸发器的污染液体的预热器。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种工艺用水蒸馏系统，该工艺用水蒸馏系统适用于净化含有高挥发性的可燃杂质(如溶剂)的废水。此外，本发明的目的是提供一种操作这种工艺用水蒸馏系统的方法。

2、一种工艺用水蒸馏系统包括蒸发器、冷凝器和压缩机。压缩机被构造成在工艺用水蒸馏系统的操作期间在工艺用水蒸馏系统的至少一个区域中产生期望的压力并且将蒸汽从蒸发器输送到冷凝器。此外，所述工艺用水蒸馏系统包括惰性气体源，所述惰性气体源被构造成将惰性气体供应到工艺用水蒸馏系统。优选地，惰性气体源连接到工艺用水蒸馏系统的在工艺用水蒸馏系统的操作期间被水蒸气填充的容器的一部分。例如，惰性气体源可以通过惰性气体供应管线直接连接到工艺用水蒸馏系统的容器。特别地，惰性气体供应管线可以通向容器的在工艺用水蒸馏系统的操作期间被水蒸气填充的区域。然而，可替代地，惰性气体供应管线也可以通向在工艺用水蒸馏系统的操作期间将待净化的工艺用水供应到蒸发器所经过的管线。

3、工艺用水蒸馏系统的控制装置被构造成以如下方式控制惰性气体从惰性气体源到工艺用水蒸馏系统的供应，即：至少在工艺用水蒸馏系统的一定操作阶段中，工艺用水蒸馏系统中的氧浓度不超过允许的最大值。被控制装置用作用于控制惰性气体源的控制参数的氧浓度的允许的最大值可以是预定的固定值，但也可以是取决于工艺用水蒸馏系统中的操作条件的变量。

4、在本文所述的工艺用水蒸馏系统中，由惰性气体源产生并供应到工艺用水蒸馏系统的惰性气体被用作非反应性的、不可燃的气体，以便从工艺用水蒸馏系统置换氧气、特别是大气中的氧气并从而将工艺用水蒸馏系统中的氧浓度降低到允许的最大值，或者以便在工艺用水蒸馏系统的操作期间将其维持在允许的最大值或允许的最大值以下。惰性气体因此用作惰性剂，其防止在工艺用水蒸馏系统的操作期间在工艺用水蒸发期间形成易燃和/或爆炸性的气体混合物。这使得可以将工艺用水蒸馏系统也用于处理含有高挥发性的可燃杂质(如溶剂)的废水，使得这样的工艺用水也可以通过蒸馏进行低成本、有效的净化。

5、在工艺用水蒸馏系统的优选实施方案中，惰性气体源是外部蒸汽发生器，该外部蒸汽发生器被构造成向工艺用水蒸馏系统供应水蒸气。用于惰性化的水蒸气无论如何都可以容易地与工艺用水蒸馏系统中产生的水蒸气一起进一步处理。这使得水蒸气特别适合于用作工艺用水蒸馏系统中的惰性气体。

6、工艺用水蒸馏系统中的氧浓度的允许的最大值可以是取决于待在工艺用水蒸馏系统中处理的工艺用水的极限氧浓度的值。该极限氧浓度是在含有易燃物质的混合物中不会发生爆炸的最大氧浓度。除了爆炸上限和爆炸下限以及闪点和点火温度之外，极限氧浓度是爆炸混合物的参数，并且可以根据需要对于待在工艺用水蒸馏系统中处理的各种工艺用水单独确定或估计。

7、例如，对于含有一定溶剂(例如乙醇、异丙醇、2-丁醇或丙酮)的待净化的工艺用水，可以单独确定极限氧浓度，并且可以根据所确定的极限氧浓度相应地单独设置氧浓度的允许的最大值。然而，也可以想到根据估计的极限氧浓度来设置氧浓度的允许的最大值，例如考虑到安全缓冲。如果待在工艺用水蒸馏系统中处理的工艺用水的组成不是或不是确切已知的，那么这种方法是特别有用的。

8、例如，氧浓度的允许的最大值可以设置为已知的、测量的或估计的极限氧浓度的大约50％或大约60％。例如，对于具有低比例的高挥发性的可燃杂质的工艺用水，可以假设8％的极限氧浓度。考虑到适当的安全缓冲，氧浓度的允许的最大值则可以设置为例如大约4％。

9、工艺用水蒸馏系统优选地进一步包括氧传感器，该氧传感器被构造成测量工艺用水蒸馏系统中的氧浓度并将代表工艺用水蒸馏系中的氧浓度的信号传输到控制装置。如果期望或必要，也可以设有多个氧传感器，这些氧传感器特别是可以安装在工艺用水蒸馏系统的不同区域中。控制装置优选地被构造成根据由至少一个氧传感器传输的信号来控制工艺用水蒸馏系统的操作。

10、氧传感器可用作监测装置，用于监测由惰性气体源提供的惰性气体对工艺用水蒸馏系统的惰性化。在这种情况下，控制装置可以例如被构造成，如果由氧传感器传输的信号指示工艺用水蒸馏系统的惰性化没有按计划进行并且工艺用水蒸馏系统中的氧浓度达到或超过允许的最大值，则将工艺用水蒸馏系控制到适当的紧急操作。

11、然而，由氧传感器供应给控制装置的信号也可以使工艺用水蒸馏系统中的氧浓度能够用作控制参数，以用于控制惰性气体从惰性气体源到工艺用水蒸馏系统的供应。控制装置然后特别是被构造成根据由至少一个氧传感器传输的信号来控制惰性气体从惰性气体源到工艺用水蒸馏系统的供应。

12、工艺用水蒸馏系统优选地进一步包括温度传感器，该温度传感器被构造成测量工艺用水蒸馏系统中的温度并将代表工艺用水蒸馏系中的温度的信号传输到控制装置。如果期望或必要，还可以设有多个温度传感器，这些温度传感器特别是可以安装在工艺用水蒸馏系统的不同区域中。此外，工艺用水蒸馏系统可以包括一个压力传感器或多个压力传感器，其特别是安装在工艺用水蒸馏系统的不同区域中，其被构造成测量工艺用水蒸馏系统中的压力并将代表工艺用水蒸馏系统中的压力的信号传输到控制装置。控制装置优选地被构造成根据由温度传感器和/或压力传感器传输的信号来控制工艺用水蒸馏系统的操作。

13、含有可燃物质的气体混合物的极限氧浓度通常随着压力的降低而增加。此外，大多数物质的极限氧浓度随着温度的升高而降低。因此，监测工艺用水蒸馏系统中的压力和/或温度允许得出关于这些操作参数对极限氧浓度的影响以及因此对工艺用水蒸馏系统中的氧浓度的允许的最大值的影响的结论。

14、类似于氧传感器，温度传感器和/或压力传感器可以用作(a)监测装置，以用于监测工艺用水蒸馏系统的操作。在这种情况下，控制装置可以例如被构造成，如果由温度传感器和/或压力传感器传输的信号指示工艺用水蒸馏系统的操作没有按计划进行并且例如工艺用水蒸馏系统中的温度和/或压力达到或超过允许的最大值，则将工艺用水蒸馏系统控制到适当的紧急操作。

15、然而，由温度传感器和/或压力传感器提供给控制装置的信号也可以实现使用温度和/或压力作为控制参数来控制惰性气体从惰性气体源到工艺用水蒸馏系统的供应。这使得在控制惰性气体从惰性气体源到工艺用水蒸馏系统的供应时，可以考虑到温度和压力取决于待在工艺用水蒸馏系统中处理的工艺用水的极限氧浓度，并因此考虑到温度和压力对工艺用水蒸馏系统中的氧浓度的允许的最大值的影响。

16、为了能够用惰性气体适当地淹没工艺用水蒸馏系统并因此从工艺用水蒸馏系统中置换大气中的氧气，特别是在工艺用水蒸馏系统的操作启动时，工艺用水蒸馏系统的不同操作模式是可以想到的。例如，控制装置可以被构造成以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：在供应步骤中，将惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统，直到在工艺用水蒸馏系中达到高于大气压的第一压力。第一压力可以是例如最大1.3巴。随后，在减压步骤中，在控制装置的控制下，工艺用水蒸馏系统中的压力可以降低到低于第一压力的第二压力。第二压力可以是例如大气压。可以重复供应步骤和减压步骤，直到工艺用水蒸馏系统中的氧浓度已达到允许的最大值。

17、可替代地或附加地，控制装置可以被构造成以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：在减压步骤中，将工艺用水蒸馏系统中的压力降低到低于大气压的第三压力。第三压力可以是例如大约500至700毫巴。随后，在供应步骤中，在控制装置的控制下，惰性气体可以从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统，直到在工艺用水蒸馏系统中达到高于第三压力的第四压力。第四压力可以是例如大气压。可以重复减压步骤和供应步骤，直到工艺用水蒸馏系统中的氧浓度已达到允许的最大值。

18、此外，控制装置还可以被构造成以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：将惰性气体经由入口从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统并且同时将气体经由出口从工艺用水蒸馏系统排放，直到工艺用水蒸馏系统中的氧浓度已达到允许的最大值。用于从惰性气体源向工艺用水蒸馏系统供应惰性气体的入口和用于从工艺用水蒸馏系统排放气体的出口应当彼此远离得足够远，以确保用惰性气体适当地淹没工艺用水蒸馏系统。

19、此外，根据工艺用水蒸馏系统的进一步设计，入口和出口的相对定位应考虑到一方面空气和另一方面惰性气体的不同分子量以及引起的不同密度。入口和出口应相对于彼此定位为，使得供应给工艺用水蒸馏系统的惰性气体可以将空气完全“推”出系统，以防止工艺用水蒸馏系统中残留的空气中的氧气导致临界操作条件的发展，例如当工艺用水蒸馏系统中由于惰性气体的供应而出现温度升高时。

20、此外，控制装置可以被构造成以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：在高于大气压的压力下、例如2巴或更大的压力下将惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统。此外，在控制装置的控制下，可以以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：以脉冲模式将惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统。为此目的，控制装置可以例如控制惰性气体排气阀，使得惰性气体排气阀以合适的频率打开和关闭。

21、控制装置可以被构造成仅根据上述操作模式的一个替代方案来控制工艺用水蒸馏系统。然而，控制装置也可以被构造成根据需要组合上述操作模式，以例如适应具有不同流动横截面和要流过的不同部件的工艺用水蒸馏系统的复杂几何设计。

22、哪种操作模式或操作模式的组合特别适合于使工艺用水蒸馏系统适当地且快速地惰性化，可能例如取决于用于将惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统的入口的位置、用于将气体从工艺用水蒸馏系统排放的出口的位置、在入口的区域中待供应到工艺用水蒸馏系统的水蒸气的压力和温度以及在入口的区域中水蒸气的流速。这些设计和操作参数可以由控制装置在控制惰性化过程时考虑到，从而可以选择适当的操作模式或操作模式的组合。

23、控制装置优选地被构造成以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：在工艺用水蒸馏系统的操作启动时，在第一步骤中，将惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统，直到工艺用水蒸馏系统中的氧浓度已达到允许的最大值。为此目的，例如，在控制装置的控制下关闭充气阀，同时打开用于控制惰性气体向工艺用水蒸馏系统的供应的惰性气体供应阀。惰性气体供应优选如上所述在高于大气压的、例如2巴的压力下并且以脉冲模式进行。在用惰性气体供应填充工艺用水蒸馏系统期间，系统压力最初增加，但随后由于冷凝过程而稳定在平衡处，导致工艺用水蒸馏系统中的空气流动停滞。然后，惰性气体脉冲在工艺用水蒸馏系统中引起轻微的压力变化，这再次引起空气的运动并因此从工艺用水蒸馏系统中置换空气。

24、这里结合工艺用水蒸馏系统的操作启动所描述的惰性化也可以在工艺用水蒸馏系统的清洁和/或漂洗之前进行。这可以确保在用清洁剂填充工艺用水蒸馏系统之前将残留在工艺用水蒸馏系统中的任何易燃和/或爆炸性气体安全地从工艺用水蒸馏系统中去除。

25、当工艺用水蒸馏系统中的氧浓度已达到允许的最大值时，在第二步骤中，可以例如通过关闭惰性气体供应阀来停止惰性气体供应。此外，工艺用水蒸馏系统中的压力可以降低到低于大气压的压力。为此目的，控制装置例如可以相应地控制压缩机。例如，工艺用水蒸馏系统中的压力可以降低到500至700毫巴的压力。

26、随后，在第三步骤中，可以将待净化的工艺用水供应到工艺用水蒸馏系统。特别地，将待净化的工艺用水供应至工艺用水蒸馏系统的蒸发器，其中此时在工艺用水蒸馏系统中存在的降低的压力可用于将工艺用水抽入工艺用水蒸馏系统中。特别地，工艺用水的供应以如下方式进行，即：在工艺用水的供应期间，将空气向工艺用水蒸馏系统的供应最小化。为了实现这一点，工艺用水应尽可能无涡流地供应到工艺用水蒸馏系统。附加地或可替代地，隔膜泵可用于将待净化的工艺用水输送到工艺用水蒸馏系统，而无需附加的空气吸入。此外，控制装置可以被构造成接收来自液位传感器的信号，并且如果来自液位传感器的信号指示含有待净化的工艺用水的储罐的液位过低而不能将工艺用水抽入水位以下并因此存在过多空气进入工艺用水蒸馏系统的风险，则停止向工艺用水蒸馏系统供应工艺用水。

27、如上所述，在操作期间，工艺用水蒸馏系统处于例如500至700毫巴的亚大气压下。控制装置因此优选进一步被构造成以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：在计划或非计划关断的情况下，将惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统，直到在工艺用水蒸馏系统中实现与大气压的压力平衡。这防止大量的空气进入工艺用水蒸馏系统。

28、通过惰性气体的供应可以实现压力平衡，例如通过在控制装置的控制下打开惰性气体供应阀，同时充气阀和空气可进入工艺用水蒸馏系统所通过的所有其他阀保持关闭。惰性气体供应优选以脉冲模式进行，直到达到高于大气压的150至200毫巴的低过压。由于冷凝过程，压力然后下降到大气压或轻微的负压，这对于向工艺用水蒸馏系统中的不期望的空气供应来说并不重要。

29、如果工艺用水蒸馏系统在非计划关断之后要重新启动，则新的操作启动优选如上所述进行。另一方面，在计划关断之后，浓缩物可以在压力平衡已发生之后从工艺用水蒸馏系统中排放。为了在该过程期间防止空气进入工艺用水蒸馏系统，控制装置优选进一步被构造成以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：在浓缩物从工艺用水蒸馏系统排放期间，惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统，直到工艺用水蒸馏系统完全排空。惰性气体的供应优选地再次以脉冲模式进行。此外，应以如下方式控制惰性气体的供应，即：所供应的惰性气体体积流量对应于从工艺用水蒸馏系统排放的浓缩物体积流量。这可以防止空气通过浓缩物排放管线以与浓缩物的流动方向相反的方向流入工艺用水蒸馏系统。

30、在惰性条件下关断和排放工艺用水蒸馏系统之后，也可以关断惰性气体源。控制装置然后优选地将工艺用水蒸馏系统的充气阀控制到其打开状态，以防止由于随后的冷凝过程而在工艺用水蒸馏系统中出现负压。然而，当工艺用水蒸馏系统处于静止状态时，系统中不存在惰性条件，即，在新的操作启动之前，必须首先如上所述使工艺用水蒸馏系统惰性化。

31、此外，描述了一种操作工艺用水蒸馏系统的方法，工艺用水蒸馏系统包括蒸发器；冷凝器；压缩机，该压缩机被构造成在工艺用水蒸馏系统的操作期间在工艺用水蒸馏系统的至少一个区域中产生期望的压力并且将蒸汽从蒸发器输送到冷凝器；以及惰性气体源，所述惰性气体源被构造成向工艺用水蒸馏系统供应惰性气体。控制装置以如下方式控制惰性气体从惰性气体源到工艺用水蒸馏系统的供应，即：至少在工艺用水蒸馏系统的一定操作阶段中，工艺用水蒸馏系统中的氧浓度不超过允许的最大值。

32、惰性气体源可以是外部蒸汽发生器，该外部蒸汽发生器被构造成向工艺用水蒸馏系统供应水蒸气。

33、工艺用水蒸馏系统中的氧浓度的允许的最大值可以是取决于待在工艺用水蒸馏系统中处理的工艺用水的极限氧浓度的值。

34、工艺用水蒸馏系统可以进一步包括氧传感器，该氧传感器被构造成将代表工艺用水蒸馏系统中的氧浓度的信号传输到控制装置。控制装置然后可以根据由氧传感器传输的信号来控制工艺用水蒸馏系统的操作。

35、工艺用水蒸馏系统还可以包括温度传感器和/或压力传感器，所述温度传感器被构造成将代表工艺用水蒸馏系统中的温度的信号传输到控制装置，所述压力传感器被构造成将代表工艺用水蒸馏系统中的压力的信号传输到控制装置。控制装置然后可以根据由温度传感器和/或压力传感器传输的信号来控制工艺用水蒸馏系统的操作。

36、控制装置可以以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：在供应步骤中，将惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统，直到在工艺用水蒸馏系中达到高于大气压的第一压力，随后，在减压步骤中，将工艺用水蒸馏系统中的压力降低到低于第一压力的第二压力，并且重复供应步骤和减压步骤，直到工艺用水蒸馏系统中的氧浓度已达到允许的最大值。

37、控制装置可以进一步以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：在减压步骤中，将工艺用水蒸馏系统中的压力降低到低于大气压的第三压力，随后，在供应步骤中，将惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统，直到在工艺用水蒸馏系统中达到高于第三压力的第四压力，并且重复减压步骤和供应步骤，直到工艺用水蒸馏系统中的氧浓度已达到允许的最大值。

38、控制装置还可以以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：将惰性气体经由入口从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统，同时将气体经由出口从工艺用水蒸馏系统排放，直到工艺用水蒸馏系统中的氧浓度已达到允许的最大值。

39、控制装置可以以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：在高于大气压的压力下将惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统。可替代地或附加地，控制装置可以以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：以脉冲模式将惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统。

40、控制装置可以以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：在工艺用水蒸馏系统的操作启动期间，在第一步骤中，将惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统，直到工艺用水蒸馏系统中的氧浓度已达到允许的最大值，随后，在第二步骤中，停止惰性气体从惰性气体源到工艺用水蒸馏系统的供应并将工艺用水蒸馏系统中的压力降低至低于大气压的压力，并且随后，在第三步骤中，将待净化的工艺用水供应至工艺用水蒸馏系统，其中，工艺用水的供应特别是以如下方式进行，即：在工艺用水的供应期间将空气向工艺用水蒸馏系统的供应最小化。

41、控制装置还可以以如下方式控制工艺用水蒸馏系统的操作，即：在工艺用水蒸馏系统的关断期间，将惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统，直到在工艺用水蒸馏系统中实现与大气压的压力平衡，和/或在浓缩物从工艺用水蒸馏系统的排放期间，将惰性气体从惰性气体源供应到工艺用水蒸馏系统，直到工艺用水蒸馏系统完全排空。