採用丙烯醛水溶液對壓載水進行處理的裝置的製作方法
2023-07-28 21:28:06 2
專利名稱：採用丙烯醛水溶液對壓載水進行處理的裝置的製作方法
採用丙烯醛水溶液對壓載水進行處理的裝置
背景技術：
已經知道可以使用丙烯醛對船舶上的壓載水消毒。
在International Marine Organisation, London (國際海事組織，倫 敦)出版的文獻"Ballast Water Treatment R&D Directory (壓載7夂處 理研究發展目錄)"(第二版，2004年11月)的第61頁上描述了 如何藉助於向壓載水添加lppm至15卯m的丙烯醛來可靠地抑制細 菌、藻類、斑馬紋貽貝和其他浮遊生物從一個港口遷移到另一個港口。
添加丙烯醛的優點是尤其對斑馬紋貽貝具有持續的作用，並且 丙烯醛在幾天以後會自動分解，這意味著在將壓載水排出到目的地港 口時該生物滅殺劑不會對港池造成新的負擔。
一方面，上述優點己經得到證實，但是另一方面，存在如下問 題不能實現在船舶上搬運、運輸和存儲純丙烯醛，因為丙烯醛是具 有催淚毒氣效果的劇毒液體，並且船舶上的船員僅在受到NBC (NBC^核、生物和化學)防護服完全保護並同時使用防毒面具之後 才能執行該生物滅殺劑的搬運。
丙烯醛的水溶液是無毒的並且可以安全地進行搬運。然而，該 溶液僅在幾天內是穩定的，因此，由於物流問題而不能在船舶上使用。
己經做出了許多努力來克服上述困難，因此使用了危險程度更 低的丙烯醛衍生物來代替丙烯醛。
US-A-5,183,944提出在使用地點利用酸的水溶液將無毒的乙醯 丙烯醛(代替丙烯醛)水溶液分解，然後藉助於惰性氣體流從反應混 合物中移出由乙醯丙烯醛生成的丙烯醛。然後，將包含惰性氣體流的 丙烯醛用於進行水處理。為了在船舶上使用該方法，需要為該劇毒性 丙烯醛氣體混合物安裝絕對可靠的帶重壁的管道。
一旦將包含氣體的丙烯醛引入到壓載水艙中，惰性氣體就從壓 載水艙的排氣管道排出，並且該氣體仍然包含一定量的殘餘丙烯醛，從而會由於催淚毒氣效果而使人不能在甲板上工作，並且操作條件是
危險的。此外，在根據US-A-5,183,944的方法中會產生包含殘餘產 物的水，在船上處置該產物是困難的。
US-A-5,560，833提出利用乙醯丙烯醛的醇溶液和酸的裂解在使 用地點形成丙烯醛溶液。溶解於異丙醇的乙醯丙烯醛和稀釋的10% 無機酸在壓力下在蛇形管中進行混合以形成均勻的反應溶液。然後， 使該混合物以層流的方式緩慢地通過儲罐直到完全完成乙醯丙烯醛 的脫乙醯處理為止。
在專利US-A-5,560，833的另一個實施例中，將採用管形式的循-環混合器用作儲罐來代替儲罐本身，該混合器不具有高內部湍流而具 有移動緩慢的多個攪拌單元。在該實例中，用於混合乙醯醇溶液和稀 釋的無機酸的蛇形管布置為與管形攪拌混合器同軸的內部裝置。
執行在船舶上製造丙烯醛的該方法的前提是異丙醇與乙醯的預 混合物以及濃縮無機酸與水的預混合物必須在現場製成。根據 US-A-5,560,833的專利教導，必須將這兩種預混合物的每一種轉移到 壓力容器中以備使用。
對於這兩種操作，在海船上都沒有這種專門人才。此外，在無
保護性氣體的情況下搬運易揮發的可燃性Cl至C3醇存在發生火災
的危險。通過實施US-A-5，560,833的方法，已經發現，該專利所提
出的裝置在不是由玻璃製成而像通常情況一樣由耐酸高級鋼製成時 僅具有短的使用壽命並隨後變得不能使用。
在根據US-A-5,560，833的裝置經過較短操作時期後，在與液體
接觸的由高級鋼形成的儲罐的壁上並且在與液體接觸的管形攪拌混
合器上形成由二丙烯醛和丙烯醛的其它縮合產物形成的像樹脂一樣
的覆層。該不利效果尤其在具有層流並且湍流程度相當低的位置上出現。
由於上述缺點，不能使用根據US-A-5,183,944和US-A-5,560,833 所述的裝置在船舶上利用丙烯醛對壓載水進行處理。
發明內容
5本發明旨在提供一種容易安裝的裝置，採用該裝置可以在船舶 上利用丙烯醛對壓載水進行處理，並且在較長的操作時期之後也能保 證裝置的操作，不會遇到危險的操作狀態並且/或者不需製成預混合 物。
為了實現該目的，本發明裝置的特徵在於藉助於升壓泵將壓 載水泵吸通過水噴射泵，並且所述水噴射泵的負壓區經由控制閥與非 圓形反應容器液力連接，所述反應容器不容納任何靜止的內部裝置， 而是僅包括偏心設置的強力攪拌單元以及用於從外部供應乙醯丙烯 醛、酸和水解水的獨立供應口。儘管該構造簡單，但是以有利的方式 實現了利用稀釋的丙烯醛水溶液對壓載水執行極其可靠和無故障的 處理。
另一個優點在於在裝置的任何位置上都不存在純丙烯醛，這 意味著防止發生危險操作狀態的附加的安全性。在改變或中斷壓載水 的供應之後，也能保證裝置的安全操作。因為執行脫乙醯處理所在的 非圓形反應容器總是被完全填充的，所以即使在視覺條件差的情況下 裝置的無故障功能也不會受到不利的影響。
強力攪拌單元的偏心布置方式具有如下效果即使在攪拌能量 的輸入較高的情況下也不會在非圓形反應容器中形成血栓狀攪拌形 式，從而消除了在裝置的金屬壁上形成像樹脂一樣的覆層的主要原因 之一。
上述採用丙烯醛對壓載水進行處理的緊湊裝置提供大量重要的 技術優點。採用本發明的裝置可以直接使用乙醯丙烯醛，而不需使用 與溶劑混合的預混合物。對於用作催化劑的酸也是如此，可以在供應 時將該酸投入到裝置中而不需要預先用水進行稀釋。對於根據本發明 裝置的布置方式而言，尤其有利的是，已有的船上供水系統可以用於 供應水解水，從而不需要另外的配料泵和控制裝置。具體地說，與操 作狀態無關地將水以固定的供應率供應到裝置中是避免意外操作或 者防止水流供應發生故障的附加安全措施。
在採用丙烯醛處理壓載水的本發明裝置中，非圓形反應容器與 水噴射泵的負壓區之間的連接水路中的單個控制閥控制丙烯醛水溶
6液的供應。根據本發明的有利實施例，該控制閥是這樣的安全閥其 具有可調節的開啟壓力，從而保證僅在升壓泵工作的情況下才使丙烯 醛溶液流入負壓區。
根據本發明的有利實施例，非圓形反應容器具有封閉箱的形狀。 箱的高度大約對應於箱的寬度，而箱的長度與高度的比等於1.2。
根據本發明的有利實施例，強力攪拌器具有渦輪攪拌器的形式， 其中每立方米箱體積的攪拌能量輸入大於500瓦。渦輪攪拌器的直徑 大約等於箱寬度的0.3倍。
根據本發明的有利實施例，強力攪拌器相對於箱的長度偏心地
布置在箱的內部空間中。相對於箱的長度的偏心比為大約0.1至0.2。
強力攪拌器距箱的底部的距離大約等於渦輪攪拌器的直徑。 此外，用於製備丙烯醛水溶液的本發明箱的特徵在於用於乙醯
丙烯醛、催化劑酸和水解水的三個供應口。
根據本發明的有利實施例，乙醯丙烯醛和催化劑酸的供應口是
被焊接到箱的遮蓋件上的導管部分。在這兩個導管部分上分別安裝防
止丙烯醛水溶液流出箱進入到乙醯丙烯醛和催化劑酸的供應管線中
的止回閥。
根據本發明的有利實施例，用於將水解水供應到箱中的供應口 是位於攪拌器軸與攪拌器軸的開口之間的環形間隙，其中該開口位於 箱的遮蓋件中。水解水經由攪拌器軸的密封輪軸處的管道部分進入環 形間隙中，並由此形成防止丙烯醛水溶液從箱中流出的抑制水流。
根據本發明的有利實施例，箱包括具有用於冷卻水的供應口和
排出口的外部冷卻護套，從而使箱內的反應溶液維持35'C以下的溫 度。
根據本發明的有利實施例，強力攪拌器由電動機來驅動，該電 動機的轉速適於用變頻器來調整。
根據本發明的有利實施例，該裝置包括電氣或氣動控制單元， 該控制單元在水噴射泵的負壓區中的壓力超出預定值的情況下中斷 向箱內供應乙醯丙烯醛和催化劑酸。
根據本發明的有利實施例，該裝置包括電氣或氣動控制單元，該控制單元在水解水的供應被中斷的情況下中斷向箱內供應乙醯丙 烯醛和催化劑酸。
根據本發明的有利實施例，該裝置包括電氣或氣動控制單元， 該控制單元在攪拌器軸的驅動電動機停止的情況下中斷向箱內供應
乙醯丙烯醛和催化劑酸。
根據本發明的有利實施例，受變頻器控制的電動機用作升壓泵 的驅動裝置，從而實現對水噴射泵中的輸入壓力進行有效控制，並且 可以藉助於模擬或數字計算機系統以簡單的方式實施對本發明裝置 的控制。 —
根據本發明的有利實施例，設置一種控制單元，該控制單元被 構造為根據採用丙烯醛對壓載水進行處理的裝置的工藝參數來控制 升壓泵的轉速。
根據本發明的有利實施例，工藝參數是供應到水噴射泵中的供 應液與從水噴射泵流出的排出液之間的壓力差。
根據本發明的有利實施例，基於壓力差的控制單元包括至少兩 個壓力傳感器和測量轉換器，該測量轉換器構造為利用壓力傳感器的 測量值確定壓力差，在標稱值與實際值之間進行比較並且將所得控制 信號輸出到電動機的轉速控制單元中。
下面參考附圖描述本發明的實施例，其中
圖1示意性地示出採用封閉箱形狀的在內部偏心地布置強力攪 拌器的非圓形反應容器；
圖2示意性地示出本發明裝置的各個流路，該裝置採用丙烯醛 對壓載水進行處理；以及
圖3示意性地示出將水解水供應到箱中。
具體實施例方式
從圖l可以看出，非圓形反應容器具有封閉箱K的形狀。箱K 的高度為A、寬度為B、長度為C並且不包括靜止的內部裝置。強力攪拌元件T與攪拌器軸S固定地連接。攪拌器軸S穿過箱的遮蓋件
中的開口 o延伸。攪拌器軸s偏心地布置成距箱的長度c的中心的
距離為E，因此攪拌元件T也如此布置。攪拌元件的直徑為D並且 該攪拌元件定位於距箱的底部的距離為F處。作為另一種選擇(未 示出)，可以在箱K的內部布置多個強力攪拌元件。
攪拌元件T的旋轉速度是可變的，從而可以產生至少500瓦每 立方米箱體積的機械攪拌功率。箱K被反應液體完全填充，箱K由 於強湍流而不會容納任何具有血栓狀形式的液體，並且因不存在靜止 的內部裝置而不會由所產生的丙烯醛水溶液形成樹脂。
可以從圖2看出本發明裝置的細節。從圖2可以看出，待用丙 烯醛處理的壓載水的流量VE (體積/單位時間)流過管道L7進入升 壓泵VP的流入導管中。壓載水流過壓力管道L8進入水噴射泵Z， 並且與經由控制閥SV被抽吸到負壓區的丙烯醛水溶液混合。經過丙 烯醛處理的壓載水經由管道L9作為流VO (體積/單位時間)從本發 明的裝置中排出。
升壓泵VP的轉速是可變的。例如，驅動電動機MP可以是由變 頻器FC控制轉速的三相電動機。該變頻器與主千線AC連接並且從 圖2中標記為AP的控制單元並從測量轉換器獲得控制信號，該控制 信號為例如4mA-20mA的信號電流(或為0V-5V的信號電壓)。
控制單元AP與兩個壓力傳感器Pl和P3連接。控制單元AP的 測量轉換器從壓力傳感器Pl和P3的輸入信號計算壓力差，並將該 壓力差與預定標稱值進行比較。標稱值與實際值之間的偏差被作為控 制信號傳送到變頻器FC中。藉助於該控制電路，保證在壓載水的供 應發生變化的情況下水噴射泵Z的負壓區中的壓力P2也不會超出最 小值，並且連續不間斷地向壓載水供應丙烯醛水溶液。
從圖2可以看出，藉助於控制閥SV將水噴射泵Z的負壓區液 力連接至焊接到箱K上的排水管道L6。由於箱K內部的低超壓(over pressure )與水噴射泵Z的負壓區中的負壓P2之間的壓力差，使得反 應溶液從箱K流入管道L6並進入水噴射泵Z。
由於本發明裝置的該有利布置方式，不需要為稀釋的丙烯醛水
9溶液設置獨立的給水泵，因此顯著提高了裝置的操作安全性。
箱K包括外部冷卻護套KM，該外部冷卻護套具有用於冷卻劑 流KWE的供應導管部分L4、以及用於排出冷卻劑流KWO的冷卻劑 排出導管部分L5。可以使用水或其它常用的冷卻劑作為冷卻手段。
可以看出，箱K不包括任何靜止的內部裝置，而僅包括相對於 箱的縱軸偏心地布置的攪拌單元，攪拌單元包括示出為攪拌渦輪的攪 拌元件T、以及與驅動電動機MR連接的攪拌器軸S。
採用O來表示位於箱的上遮蓋件中的用於攪拌器軸S的開口， 並且該開口 O具有比攪拌器軸S本身稍大的開口直徑。攪拌器軸被 調整為相對於開口 O在軸向上位於中心。乙醯丙烯酸水解所需要的 水解水W流過開口 O與軸S之間的環形間隙。內部中空的密封輪軸 BU以液密的關係旋接到箱的遮蓋件上。在輪軸BU的上端，藉助於 填料函(packing case)或相密封件(phase seal)將輪軸BU與攪拌 器軸S之間密封以避免水或反應溶液從箱K中漏出。
用於連續供應水解水W的供應管道L3旋接到密封輪軸BU上。
藉助於本發明的該有利實施例，水解水W同時還用作將攪拌器 軸S與箱K之間進行機械密封的堵水(blocking water)。
可以看出，箱的遮蓋件還包括儘可能遠離排出管道L6布置的兩 個供應口 。供應管道L2將乙醯丙烯醛裂解所需的酸HX連續地供應 到箱K中。供應管道L1將乙醯丙烯醛連續地供應到箱K中。為了阻 止液體從箱K進入供應管道L1和L2中，為這些管道設置止回閥RV1 禾P RV2。
實際上，用於水解水W的供應管線L3中的壓力達到幾巴(bar)， 因此，在該供應管線中不需要布置止回閥。
當本發明的裝置開啟時並且在用丙烯醛水溶液對壓載水進行處 理期間，固定地調整水解水的每單位時間的供應量。從而保證了箱K 和管道L6初始完全被水填充。然後，開啟攪拌單元MR。 一旦升壓 泵VP被控制達到其標準操作並且負壓P2到達了預定值，則開始經 由供應管線L2將酸HX連續供應到箱K中。可以使用US-A-5,183,944 中所述的酸作為用於脫乙醯處理的酸。在開始供應酸幾分鐘之後，開啟乙醯丙烯醛AC的供應泵，並且經由供應管線L1將乙醯丙烯醛泵
吸到箱K中。
在完成對壓載水的處理之後，以相反的順序切斷乙醯丙烯酸
AC、酸HX和水解水W的供應流，從而保證最終將裝置再次充滿水。
在對壓載水進行處理期間發生幹擾的情況下(例如，泵VP發生 故障)並且在由此使負壓P2超出預定值的情況下，藉助於安全電路 (未示出)切斷供應到箱K中的乙醯丙烯醛AC和酸HX的供應流。
從圖3可以看出，切斷水路的細節以及將水解水W供應到本發 明裝置的箱K中的細節。-
- 從該圖可以看出，輪軸BU將箱K密封並且形成為中空筒體。 在輪軸BU的上端布置攪拌器軸S的機械密封件GD。密封件GD可 以為具有填料環的填料函、或有利地為相密封件。
輪軸BU包括螺紋開口或法蘭接頭，用於流體密封地安裝水解 水W的供應管線L3。
水解水W在壓力下經由管線L3和止回閥RV3從一側被引入輪 軸BU中，沿著環形間隙的方向圍繞攪拌器軸S流動並向下流進箱K 內部，環形間隙由箱的遮蓋件中的開口 O以及在開口 O中軸向上位 於中心的攪拌器軸形成。
藉助於環形間隙中的受迫流動條件，使反應溶液不能從箱K內 部進入輪軸BU內部。
在密封件GD發生故障的情況下，水解水W將流出本發明的裝 置，但是反應溶液不會流出。
權利要求
1.一種採用丙烯醛水溶液對壓載水進行處理的裝置，其特徵在於，藉助於升壓泵(VP)將壓載水泵吸通過水噴射泵(Z)，並且所述水噴射泵的負壓區經由控制閥(SV)與封閉的非圓形反應容器液力連接，所述反應容器包括偏心設置的強力攪拌單元(T)以及用於從外部供應乙醯丙烯醛(AC)、酸(HX)和水解水(W)的獨立供應口。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於， 所述強力攪拌單元(T)是渦輪攪拌器。
3. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於， 所述非圓形反應容器具有封閉箱(K)的形式。
4. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於， 機械地輸入到所述箱中的攪拌能量大於0.5千瓦每立方米箱體積。
5. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述箱(K)的高度(A)、長度(C)與寬度(B)之間的尺寸 比值關係為大約1:1.2:1。
6. 根據權利要求1至3中任一項所述的裝置，其特徵在於， 所述箱的寬度(B)與所述渦輪攪拌器的直徑(D)之間的比值關係為大約3，並且所述渦輪攪拌器的直徑(D)與距底部的距離(F) 的比值關係為大約1。
7. 根據權利要求1至5中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述攪拌器軸的偏心比(E)為所述箱的長度(C)的大約0.1 倍至0.2倍。
8. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於， 所述水解水的供應口是位於所述攪拌器軸(S)與所述攪拌器軸的開口 (O)之間的環形間隙，所述開口 (0)位於所述箱的遮蓋件 中。
9. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於， 所述箱(K)完全被液體填充。
10. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於， 所述箱(K)包括外部冷卻護套(KM)。
11. 根據權利要求l所述的裝置，其特徵在於， 在所述箱(K)的內部布置多個強力攪拌元件。
12. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，受變頻器(FC)控制的電動機(MP)用作升壓泵(VP)的驅 動器。
13. 根據權利要求1或11所述的裝置，其特徵在於， 控制單元(AP)執行如下操作通過測量從所述升壓泵排出的壓載水(Pl)與從所述裝置排出的壓載水(P3)之間的壓力差，將 標稱值和實際值進行比較並且將所得控制信號輸出到所述升壓泵 (VP)的變頻器(FC)中。
全文摘要
一種採用丙烯醛水溶液對壓載水進行處理的裝置，其特徵在於，藉助於升壓泵(VP)將壓載水泵吸通過水噴射泵(Z)，並且水噴射泵的負壓區經由控制閥(SV)與封閉的非圓形反應容器液力連接，反應容器包括偏心設置的強力攪拌單元(T)、以及用於從外部供應乙醯丙烯醛(AC)、酸(HX)和水解水(W)的獨立供應口。
文檔編號B01F7/00GK101663085SQ200780052501
公開日2010年3月3日 申請日期2007年11月28日 優先權日2007年4月3日
發明者霍爾格·布盧姆 申請人:霍爾格·布盧姆