用于分离液体混合物组分的工艺和装置制造方法及图纸

用于分离液体混合物的具有不同沸点的组分的工艺和装置，其特征在于，由运载气体在所述液体混合物中形成气泡，其中一种或多种易挥发组分变得富集在所述气泡中，然后所述气泡离开液相之后，包含在所述气泡中的所释放的蒸汽被收集并被冷凝，并且所获得的富集较易挥发组分的液体与所述运载气体分离。

Process and apparatus for separating components of a liquid mixture

Process and device for the group with different boiling point of the liquid mixture separation point, which is characterized in that the air bubbles formed in the liquid mixture by carrier gas, one or more volatile components become enriched in the bubble, and the bubble from liquid phase, including steam release the bubble is collected and condensed, and the enrichment of more volatile components of liquid and the carrier gas separation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分离液体混合物组分的工艺和装置本专利技术涉及一种用于分离和浓缩具有不同沸点的液体的装置和工艺。现有技术分馏几十年来已被用于工业中以分离不同沸点的物质。从水中分离乙醇，或获得沸点的矿物油产品是众所周知的例子。在这两个例子中，待分离组分的沸点间的差异是很大的，达到几十摄氏度（℃），因而通过分馏的分离是相对简单和经济的——这种方式生成的乙醇、石油衍生物每年被制造和使用大约百万吨显示了这一点。更大的挑战是具有轻微差异（0.5-2℃的差异）沸点并因而具有低分离常数的物质的分离。这种原料只能在非常高的（理论或实际）塔板数的柱中以相当大的能量消耗被分离。包含稳定同位素的组合物的分离就是这种艰巨的任务。本专利技术主要是一种用于分离和浓缩包含氢的稳定同位素的水分子（H2O、HDO、D2O）的装置、以及一种操作所述装置的工艺。生产低氘水（DDW）的技术是存在的，且该技术基于利用H2O和HDO（0.5℃）、H2O和D2O（1.5℃）沸点差异的经典分馏。分离本质上意味着在平衡状态下较低沸点的产物（这里为H2O）将被最低限度（在100℃下，低至1.2%）浓缩在气相。现今使用的分馏柱被建造以提供用于稳定水-水蒸汽平衡的实际或理论“塔板”，在那，从塔板到塔板升起的水蒸汽逐渐失去较高沸点的组分（这里指HDO、D2O），并且在柱顶部通过冷凝蒸汽能够获得DDW。用于分离普通水和重水的塔板数越高，产物中氘水平越低。分离效率由若干参数决定。关键因素为柱中流动的蒸汽量、所提供的用于水-水蒸汽平衡的面积、以及分馏（浓缩）常数（fractionation(concentration)constant）（分离温度越低导致分馏常数越高）。分馏常数定义为在给定温度下更易挥发的组分在水蒸汽中比在液相中更易浓缩至多少百分比。对于H2O和HDO，下表中给出了从0到100℃以5℃间隔的分馏常数。温度（℃）分馏常数（%）变量（ppm）010.215.659.514.25108.913.35158.312.45207.811.7257.310.95306.810.2356.39.45405.98.85455.58.25505.27.8554.87.2604.56.75654.26.3704.06.0753.75.55803.55.25853.24.8903.04.5952.84.21002.63.9当然，DDW的产生与流经柱的水蒸汽的量成比例（而D的浓度在底部的水中增加）。需要指明的一点是，尽管在越低温度下分馏常数越高，但相应部分蒸汽压也越低，因而在低温下水蒸汽携带的水量很低，这将会限制生产率。此外，应该注意的是，沸点的最小差异要求产物中只有1/15到1/18的部分被释放（ledoff），以维持柱中的平衡。因此，实际上，每小时使用一吨水蒸汽只能够制造55-65升DDW。分离效率高度依赖于水-水蒸汽接触面积的大小，以在给定温度下尽可能快的获得水-水蒸汽平衡。过去几十年来已经研发了几种方法以增加接触面积。已知的经典解决方案使用了泡罩。在这个例子中，柱中的每块塔板均被几厘米的水层覆盖，从较低塔板升起的水蒸汽通过泡罩的使用被迫起泡穿过每块塔板。在这个工艺中，水蒸汽只以最短的时间在水相中存在，接触面积主要由柱的直径和塔板上水层的面积决定。在直径为1m的柱中，这个面积为0.785m2。另一种增加接触面积的方式为使用在小体积内产生大面积的多孔材料来填充柱。如果该面积被水充分湿润，上升的水蒸汽与整个长度的固体表面上的水层之间的平衡将会增加，并且分离效率将接近于理论最大值。柱填料的通常使用形式是拉西环（Raschigring），该拉西环的多孔陶瓷表面提供了用于分离具有不同沸点的物质的面积。使用所谓的有序填料，可以达到每单位体积更好的分离，在有序填料中，通过细金属丝制成的精确弯曲的网状结构给出了每单位体积的最大表面。在制造DDW或重水的情况下，会引起额外成本，因为不锈钢不能很好地被水润湿因而填料必须经过磷青铜抛光。在所有这些过程中，分离基本上发生在液体和水蒸汽的接触表面上，一些固体“脚手架”被使用以创造这种液体表面。在泡罩的情况下，托盘本身提供了固体部分，在填充柱中，它为陶瓷填料、有序填料或一些其他固体物质。制造DDW的现有方法具有如下缺点：1、一个蒸馏柱即使在输入高能量的情况下仍具有低容量；2、在100℃下操作该柱，分馏常数低，迫使用于获得理论最大D水平的高塔板数降低，导致投资成本提升；3、在较低温度下通过真空蒸馏可获得较高的分馏常数，但控制系统会更复杂，且由于较低温度下蒸汽相中存在较少的水，因此容量会降低；4、蒸馏柱代表了高投资成本，该成本被辅助设备（高通量锅炉、用于柱的高层建筑、大的冷凝容量）进一步增加。
技术实现思路
本专利技术的主要对象是一种装置，能够比目前可用的方法更有效地分离不同沸点的组分。本专利技术基于通过在要被分离成各组分的液体中产生气泡，液体-水蒸汽相界面面积能够被大大增加的认知。该面积将足以允许气泡的空气空间中的较易挥发组分快速浓缩，并且给定温度下将相对快速地达到液体-水蒸汽平衡。与现有过程（使用托盘、拉西环或有序填料）相比，本专利技术能够在液相自身内创造表面，在该表面上，不同沸点的组分根据它们的分馏常数相分离。当气泡一到达液体表面就破灭时，它们的气体成分、连同富集在较易挥发组分中的水蒸汽一起到达液体上方的空间。进一步地，由于较小的（微型）气泡在液相中停留时间较长，给予足够的时间使液体-水蒸汽达到平衡。因此本专利技术主要涉及这样一种用于具有不同沸点的液体组分的分离的工艺，其中通过运载气体在液相中产生气泡，液体的一种或多种较易挥发组分浓缩在所述气泡中；并且当富集有较易挥发组分的气泡离开液相时，释放的蒸汽被收集并冷凝，产生的富集有一种或多种易挥发组分的液体与运载气体分离。进一步地，有利的是根据上述所述的工艺，其中所述气泡的直径为5-5000μm。进一步地，有利的是根据上述所述的工艺，其中至少70%的所述气泡具有5-200μm的直径。进一步地，有利的是根据上述所述的工艺，其中在5分钟之后70%的所述气泡仍然在所述液相中。进一步地，有利的是根据上述所述的工艺，其中至少70%的所述气泡具有500-5000μm的直径，或者甚至更有利地具有750-3000μm的直径。进一步地，有利的是根据上述所述的工艺，其中用于产生气泡的所述运载气体是一种或多种低沸点气体的混合物；实用的，为空气。进一步地，有利的是根据上述所述的工艺，其中待分离的不同沸点的液体为H2O、HDO和D2O）（正如在自然水体中发现的它们的混合物），并且所述工艺的浓缩步骤在5-100℃下执行，优选地在40-70℃下。进一步地，有利的是根据上述所述的工艺，其中通过将所述液体散布在固体表面上来促进气体混合物从所述气泡的释放。本专利技术的另一个对象是一种设立用于实现所述工艺的装置。因此本专利技术也涉及一种用于具有不同沸点的液体组分的分离的装置，所述装置包括：至少一个液体罐（1），所述液体罐具有至少一个液体入口（2）、至少一个液体出口（3）和至少一个气体介质出口（4）；至少一条供给路线（6），所述供给路线将所述液体罐（1）经由所述液体入口（2）与液体源（5）连接；冷凝器单元（9），所述冷凝器单元经由所述气体介质出口（4）和连接管（8）与所述液体本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于具有不同沸点的液体混合物的组分的分离的工艺，其中，由运载气体在所述液体混合物中生成气泡，所述气泡变得富集含一种或多种易挥发组分，并且当所述气泡离开液相时，从所述气泡释放的蒸汽被收集并被冷凝以将获得的易挥发组分与所应用的运载气体分离，其特征在于，至少70％的所述气泡具有5‑200μm的直径，其中，待分离的具有不同沸点的液体混合物为H

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.12 HU P11004351.用于具有不同沸点的液体混合物的组分的分离的工艺，其中，由运载气体在所述液体混合物中生成气泡，所述气泡变得富集含一种或多种易挥发组分，并且当所述气泡离开液相时，从所述气泡释放的蒸汽被收集并被冷凝以将获得的易挥发组分与所应用的运载气体分离，其特征在于，至少70％的所述气泡具有5-200μm的直径，其中，待分离的具有不同沸点的液体混合物为H2O、HDO和D2O。2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，在5分钟之后70％的所述气泡仍然存在于所述液相中。3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，空气作为一种或多种用于气泡发生器的低沸点的运载气体被应用。4.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述工艺的浓缩步骤在5到100℃下执行，方便地在40到70℃下。5.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，通过将所述液体散布在固体表面上来促进气体混合物从所述气泡的释放。6.用于分离液体混合物的具有不同沸点的组分的装置，包括：至少一个液体罐(1)，所述液体罐具有至少一个液体入口(2)、至少一个液体出口(3)和至少一个气体介质出口(4)；至少一条供给路线(6)，所述供给路线将所述液体罐(1)经由所述液体入口(2)与液体源(5)连接；冷凝器单元(9)，所述冷凝器单元经由所述气体介质出口(4)和连接管(8)与所述液体罐(1)的内部空间(7)流经接触；收集罐(11)，所述收集罐经由管道(30)连接到所述冷凝器单元(9)的出口(10)；其特征在于：在液体源(5)与液体入口(2)之间的供给路线(6)上，包括液体泵(12)和连接到所述液体泵的出口的气泡发生器(13)；所述气泡发生器(13)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：佳伯·索姆利艾，
申请(专利权)人：HYD癌症研究和药物开发有限公司，
类型：发明
国别省市：匈牙利,HU