工業產品和副產品濃縮系統的製作方法

2023-06-03 09:32:11 1

工業產品和副產品濃縮系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及用於濃縮含有至少兩種混合成份的源液中的至少一種成份的系統，該系統包括由層疊的亞單元組成的塔架，最上面的亞單元作為蒸汽室；中間的亞單元作為加熱室運行；和最下面的亞單元作為沉澱室；一個部分地將蒸汽室和加熱室分離的壁；至少一個加熱單元；至少一個位於沉澱室上方的中間亞單元的底部的百葉窗，以將沉澱物排放到沉澱室；一個用於存儲與大氣具有平衡壓力的液體的中間存儲器；一個通過泵送的方式重新充滿中間亞單元的入口；和一個將處理後的液體從最上面的蒸汽室排放到外部容器的出口。
【專利說明】工業產品和副產品濃縮系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於蒸餾、提存或脫鹽源液的系統。
【背景技術】
[0002]地球上的水含量豐富，但是可用的優質、無汙染的水在持續減少。除了家庭、農業和工業用水的增加，可用水持續地被自然地或人為地汙染，因此既影響到可用水的數量，又影響到可用水的質量。在全球越來越多的國家，實施各種獲得優質水的方法變得十分必要。本發明提出了一種利用多種現存的可用能源從各種源液中提取優質水的方案。此外，各種液體混合物可以通過下述的系統的處理，濃縮原液體的一種或幾種的成份，同時在一些應用中，可以從該混合物中分離某種成份，以供進一步使用。

【發明內容】

[0003]本發明的實施例提供了用於濃縮含有至少兩種混合成份的源液中的至少一種成份的系統，該系統包括由層疊的亞單元組成的塔架，最上面的亞單元作為蒸汽室；中間的亞單元作為加熱室運行；和最下面的亞單元作為沉澱室。該系統進一步包括一個部分地將蒸汽室和加熱室分離的壁；至少一個加熱單元；至少一個位於沉澱室上方的中間亞單元的底部的百葉窗，以將沉澱物排放到沉澱室；一個用於存儲與大氣具有平衡壓力的液體的中間存儲器；一個通過泵送的方式重新充滿中間亞單元的入口 ；和一個將處理後的液體從最上面的蒸汽室排放到外部容器的出口。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1是示出了本發明的整個流程中的輸入和輸出之間的關係的示意圖；
[0005]圖2是示出了本發明的整個流程中發生的主要事件的示意圖；
[0006]圖3是本發明的系統的一個具體實施例的外部等比例示意圖，其示出了所含的各分隔室；
[0007]圖4是本發明系統的外部等比例示意圖，其示出了所含的各分隔室和沉澱排出Π ；
[0008]圖5是本發明的截面圖，其示出了所含的蒸汽室和加熱室之間的結構關係；
[0009]圖6是本發明的截面圖，其示出了蒸汽室和加熱室之間的結構關係及所含的各出Π ；
[0010]圖7是從功能性方面的示出本發明系統的過濾元件位置的框圖；
[0011]圖8是本發明系統內部的示意圖，其示出了各分隔室之間發生的物質流動；
[0012]圖9是本發明系統的示意圖，其示出了液體和沉澱的流動路線以及受到的各種約束；
[0013]圖10是本發明系統的示意圖，其示出了物質從系統內部流出和從外部流入系統；
[0014]圖1lA是本發明的一個廣義的系統內部的能量/熱流動路線的示意圖；[0015]圖1lB是本發明的系統從熱源獲得熱量時其內部的能量/熱流動路線的示意圖；
[0016]圖12是本發明的安裝有排出物淨化器的煙囪頂部的截面圖。
【具體實施方式】
[0017]總的來說，參考圖1，正在進行根據本發明的流程的源液20提供了兩種產品:處理的液體，例如水22和殘餘物24。根據本發明，通過處理源液，使其汽相蒸汽通過半真空情況下的包含氣體也可能同時包含有蒸汽的分隔室，並在另一個容器中收集處理後的液體，同時利用排出室收集汙染物，可以清潔或淨化包含可溶的物質和/或可分解的物質源液，例如水。在這種情況下，半真空條件下的氣體成份作為半滲透膜，其完全過濾或者部分過濾所述源液中的成份。選擇過濾器和半真空在實踐中的不同體現在所述液體需要被汽化以選擇性地濃縮一種或多種成份。另外，半真空沒有被保持或者取代，例如物理過濾器。
[0018]圖2更詳細地描述了源液通過的各分隔室和流程。在本發明中，術語源液同樣涉及各種自然資源中含水的液體，例如被人類汙染的和未汙染的海水、鹽水、地下水、湖水以及河水等等。此外，該術語同樣涉及含水的或不含水的來自人工製品的液體源，例如各種工廠排放的汙水、工業的、國內的或處理的水。
[0019]圖2示出了使用本發明的系統的主要執行步驟。在步驟40，源液被送到壓力平衡池或容器，暴露於周圍空氣，並且在該步驟可以通過粒子沉澱進行淨化。步驟42中，液體被從平衡池泵送到加熱室，蒸汽從液體表面升起並充滿位於步驟44中的加熱室(後文中將單獨地詳細描述)上方的蒸汽室的空間。在蒸汽室中，熱蒸汽在步驟46中擴散並充滿可用的空間。在步驟48，部分蒸汽被壓縮成液體並排出以製造高質量產品，例如蒸餾水。在汽化的同時，步驟50中加熱室內可能形成殘餘物。該殘餘物為鹽晶或分散的物質形式，並因加熱和濃縮汙染物的增多而被排出。但是，所述殘餘物通過重力作用運動進入位於加熱室正下方的排出室，在步驟52排出室內的殘餘物累積並形成濃縮物。
[0020]接下來將討論本發明系統所實行的裝置的結構的顯著特徵。蒸汽室是一個容器，在加熱室中從液體表面升起的蒸汽在蒸汽室中被壓縮。為解釋該重要性，首先需要參考圖
3。在本發明系統的處理裝置的蒸汽室56中安裝有液體出口 58，該出口將處理後的液體排出蒸汽室底座。在蒸汽室的正下方，加熱室60中容納有預處理的液體。入口 62將加熱室60重新充滿預處理的液體，並保證加熱室60內的預處理液面處於一個適宜的水平。沉澱室64是該液體處理裝置的一部分，在沉澱室64中來自源液(預處理液體)的殘餘物被排出。圖4中，從下面的沉澱室64和沉澱排出口 66仰視該液體處理裝置。
[0021 ] 圖5示出了上述系統(未示出所述沉澱室)的截面圖。一個兩層的間隔裝置通過分隔壁68部分地隔開蒸汽室56和加熱室60。所述分隔壁是殘缺的，中央孔70有利於蒸汽在較低層形成，例如加熱室60到上面的分隔室，又如蒸汽室56。因此，加熱室內的壓力等於蒸汽室內的壓力。壓縮液體大部分在分隔壁68上累積，其形狀使得所述液體的一部分主體被累積並且可以通過管道排出到另外的存儲地點。
[0022]為描述所述液體流形成時的路徑，需要參考圖6。由於壓縮流程發生在壓縮室中，累積的壓縮液體72停留在蒸汽室56的底部。所述液體的主體可達到系統內部的環74，系統保證沒有液體可以到達中央孔70，以免液體落入較低的分隔室。出口 58是在傳遞給使用制之前將該壓縮液體從壓縮室底部傳遞到依次的存儲器的裝置。[0023]操作原理
[0024]半真空式的過濾器將源液和處理後的液體分開。如圖7中所示，典型的大氣壓力下的源液84通過過濾器86並形成蒸餾液88。沉澱90沒有通過該過濾器，但是由於本發明的另一個不同的流程，可溶物和其他汙染物要麼分離並沉澱下來，要麼形成鹽水，後文將詳細討論。為了將該液體與所含的分散的/溶解的物質分離，需要提供能量以驅動該流程。該能量從能量模塊獲得，該能量模塊為加熱室內的液體提供能量，並將部分源液變成蒸汽。可以概要地從圖8中看出，能量98被提供給加熱室60，並引起大量液體100轉變成蒸汽，並運動到蒸汽室56，在蒸汽室56能量102排出，並且該蒸汽或者至少一部分蒸汽被壓縮。
[0025]當該源液被加熱並且部分汽化時，部分分散的或溶解的汙染物聚集、凝固並濃縮，例如水中的礦物僅僅由於加熱的作用可能形成殘渣。但是，在加熱室中從給定量的源液或最終逐漸濃縮的液體中排出液體蒸汽使大量或者至少一部分汙染物104從液體中分離出，因此比所述液體輕的汙染物最終沉入沉澱室64。
[0026]裝載和卸載系統
[0027]在本發明系統的一個實施例中，參考圖9，源液，例如海水，首先被泵送到中間容器122，如箭頭124所示，水被從水源位置泵送到中間容器122。在容器122中，水壓等於大氣壓，通過將沉澱物沉澱到該容器的地板上可以啟動主清潔步驟。來自容器122的液體與典型地與分隔室60中的液體形成真空。液面126可以被保持在與分隔室60內的液體平衡的位置，以保證液體上表面100在特定水平，在容器122的液面126。液面126越高，液體上表面110越高，確定的液面高度的不同取決於其他因素，例如分隔室56內的真空。處理後的液體，例如優質液或蒸餾液在分隔室56的底部累積，並通過分隔壁68與分隔室60內的液體分離。分隔壁68的確切結構決定了具體多少處理後的液體可以在經由管道58運送到容器134之前被存儲於分隔室56。
[0028]圖10概括地描述了本發明的系統。塔架138包括三級連續的層疊的亞單元，這些亞單元在某種程度上是分離的。蒸汽室56位於最上部，加熱室60位於其下方，最低層為沉澱室64。進入和排出該系統的物質由箭頭指示如下:箭頭142代表進入系統的源液，箭頭144代表處理後的離開該系統的優質液體，箭頭146代表離開系統的沉澱物，後文將詳細描述。
[0029]由於加熱或失去進入上層分隔室的較輕的成份，沉澱物或鹽水或其他濃縮固體或液體可能形成於加熱室60內，並且典型地重於源液，因此應沉入或落入分隔室60的底部，如箭頭148指示方向。在分隔室60的底部，當上部的百葉窗152打開時允許沉澱物和鹽水落入分隔室64。在適當的時候，下部的百葉窗154打開同時上部的百葉窗153關閉，以便在主流程在上部的分隔室內繼續的同時卸載沉澱物/鹽水。
[0030]能量流以及熱量方面的考慮
[0031]為了控制本發明系統的產量和可持續性，需要考慮一系列參數。加熱/蒸汽室內的真空可以降低源液的沸點，但是保持真空消耗能量。在實施本發明時，有兩種方法可以形成所需的真空。第一種是通過託裡析裡真空的方法，其中所述液體被泵送到封閉管道系統的一定高度，液體的重力拉動部分液體在液柱的上表面形成半真空。在另一種方法中，真空泵被連接到蒸汽室。為了如圖9所示在蒸汽室內形成半真空，加熱元件158被置於加熱室內源液的上表面110附近。為了冷卻蒸汽室內的蒸汽以實現濃縮，需要在蒸汽室內添加熱交換器形式的主動設備。被動的散熱設備，例如冷卻風扇可以外部地連接到蒸汽室，以促進加熱的蒸汽室內產生的熱量流動到環境中。
[0032]保持沸點低的一個原因是為了阻止或者降低與加熱室內的熱量有關的位於該系統各種部件上的感應氧化皮形成的熱量。建議保持沸點較低，其有利於液體中的沉澱的形成，而不是連接到熱交換元件的氧化層或其他熱固體的形成。
[0033]現在參考圖11A-B，其描述了本發明系統的熱傳遞。首先，通常在圖1lA中，為了將液體從液相轉變為汽相，能量源180提供能量，例如電流以在加熱室60內產生熱量。潛熱與所述蒸汽一起傳遞，如果箭頭184所示。在蒸汽室56內，該熱量經由熱泵被泵送到散熱器190。在本發明的一個使用的具體實施例中，用於提升加熱室內液體(典型地，該液體為水)的溫度的能量源來自煙囪的底座中存在的熱量。該熱量經由環繞煙囪底部的金屬軟管收集。對該實施例中整個過程的描述可參考圖11B。熱量從熱量源(在本實施中為煙囪)中被吸出，其中的一部分被傳遞給加熱室60內的液體。隨後，該熱量以潛熱的形式通過蒸汽室56並通過蒸汽濃縮在該處被釋放。熱泵釋放該熱量，典型地釋放到周圍空氣194中。
[0034]加熱室內液面的控制
[0035]有很多動態的物理因素決定了加熱室內的液面。例如，作用在敞口容器內的液體上的大氣壓，加熱室內液體的密度，和蒸汽室內的實際氣壓。計算加熱室內的液面將是一項複雜任務，並且依賴於從多個傳感器獲得的數據。因此，通過液面傳感器和能將液面設定，典型地為預設定在特定水平的電子閉環控制器實踐對加熱室內的液面進行直接的自動控制是非常有益的。可以使用液面傳感器，例如超聲液面監測器或能夠耐受分隔室內的溼度和溫度的其他任何可用的儀器。此外如果有需要的話，在提供專用的照明裝置的同時提供一個觀察孔或觀察窗以觀察所述分隔室(加熱室和蒸汽室)內的成份和狀態。
[0036]實施本發明的環境效益
[0037]如上所述，用於將液體從液相轉化到汽相的能量需要從常規的能源，例如通過電線傳遞或通過發電機在當地產生的電能。在一種更環境友好的方式中，熱量可以從現有的能量源處獲得，例如煙?、工業應用中的熱交換器、地熱能、太陽能、風能，並用於加熱加熱室內的源液。
[0038]應用本發明系統生產固定產品
[0039]液體，或者通常來自自然或工業源的液體通常包含不同量的可溶的或者懸浮的物質。將加熱室注滿源液，同時蒸發溶劑(例如，水、鹽水或油)以獲得濃縮的產品，另一方面如上所述，可以形成落入沉澱室的沉澱。在合適的時機，沉澱可以從沉澱室收集出來並用於進一步加工和包裝。
[0040]應用本發明系統收集煙囪排出物
[0041]本發明的另一個工業用途與收集煙囪排出物有關。如圖12所示，該收集以某種方式實行。典型地，煙囪頂280的井筒包括縮喉282。此外，井筒寬度的內襯形成了一個漏鬥形結構。箭頭286指示了排出物通過煙囪的方向。錐形塞288和煙囪井筒的內襯之間存在窄間隙290。傾斜壁292具有內部觀察面294，其內層覆蓋著一層水蒸汽。同樣優選地，塞288的面也同樣覆蓋著一層水蒸汽。來自傾斜壁292的和來自塞288的面的水滴或蒸汽在槽298處收集，並通過導管302排出。這些導管的數量、尺寸和傾斜角度是實際性問題。收集到的和流經導管302的液體被泵送到容器，例如圖9中的容器122。如上所述，該水包括從煙囪頂部收集的可溶的和散布的物質，該水可以被分離成水和所述的沉澱，參考圖5、6、7、8和9，因此當該水被淨化時，從煙囪排出物中排出的散布的物質可以被廢物利用。淨化後的水可以被再次使用於煙?頂部以直線流動或圍繞塞或傾斜壁內層螺旋運動。舉例而言，對於燃燒硫磺汙染的燃料的發電站而言，由於燃燒產生的二氧化硫在散布到煙囪頂部的水中時轉化成硫酸。應用本發明系統到該裝置，濃縮的效果可用於通過沉澱室接收比煙?頂部獲得的硫酸更濃縮的硫酸。該濃縮功能在多個工業領域都非常有用。
[0042]在食品行業的應用
[0043]水果和蔬菜汁是典型地以可溶成份低濃縮形式從植物中提取的。為了提高濃縮度，可應用上述系統。例如，新收穫的柑橘類水果的果汁被注入圖9所示裝置的加熱室。加工過程中緩慢地加熱可保持該產品中某些成份。
【權利要求】
1.一種用於濃縮含有至少兩種混合成份的源液中的至少一種成份的系統，該系統包括由層疊的亞單元組成的塔架，最上面的亞單元作為蒸汽室；中間的亞單元作為加熱室運行；和最下面的亞單元作為沉澱室；一個部分地將蒸汽室和加熱室分離的壁；至少一個加熱單元；至少一個位於沉澱室上方的中間亞單元的底部的百葉窗，以將沉澱物排放到沉澱室；一個用於存儲與大氣具有平衡壓力的液體的中間存儲器；一個通過泵送的方式重新充滿中間亞單元的入口 ；和一個將處理後的液體從最上面的蒸汽室排放到外部容器的出口。
2.根據權利要求1所述的系統，其中源液是果汁，並且濃縮的一種產品為濃縮物。
3.根據權利要求1所述的系統，其中最上面的分隔室內的壓力與中間的亞單元內的壓力大致相等。
4.根據權利要求1所述的系統，其中最上面的和中間的亞單元內的氣體成分在半真空的條件下用作半滲透膜。
5.根據權利要求1所述的系統，其中最下面的亞單元既包含沉澱又包含源液的濃縮物。
【文檔編號】A23L2/08GK103717095SQ201280034130
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年5月16日 優先權日:2011年5月17日
【發明者】肖恩·雅克拜 申請人:微球公司