【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及使用多个蒸馏塔分离溶质和溶剂的领域。更具 体地，本专利技术涉及海水淡化，微咸水淡化，废水净化，受污染水补救 (remediation),渗透热机(0HE)，或者需要分离水溶液中的溶质和水 的任何其它应用。
技术介绍
海水和微咸水淡化技术对于减轻世界上干旱和人口稠密地区的缺 水问题是很大的希望。人口的日益增长和全球气候变暖已经造成了在 可靠的淡水源的供需之间的更大的不均衡。在一些例子中，在共享的 水资源方面的冲突加剧了相邻国家之间的已经很严重的紧张关系。甚至在具有充足水供应的地区，不稳定且通常不佳的水质是促成 疾病和疾苦的因素，如果充分的水处理可更广泛地获得的话所述疾病和疾苦将少得多。对减轻缺水和确保好的水质的需要对于下世纪的科 学家和工程师来说是一个主要的挑战。人们已经进行了大量的工作， 以改进现有的水处理技术，特别是在提高膜处理方法的效率和降低其成本方面。在膜处理方法中，使用半渗透膜，例如膀胱的细胞壁，所 述半渗透膜对它允许通过的物质是选择性的，通常允许小分子(例如水) 容易地通过，但防止许多其它的化合物通过。在存在在隔膜两侧的、 各自含有不同浓度的溶解化合物的两种溶液的情况下，水通常从更稀 溶液的一侧移动至更浓的溶液中。最终，渗透压恰好对抗扩散过程， 并且形成平衡。一种膜处理方法被称为反渗透(RO)，该方法已经被脱盐领域的技 术人员充分了解。R0过程促使来自其中存在较大浓度的化合物的水溶 液的水分子的净流通过半渗透膜并且进入具有较低浓度的溶解化合物 的溶液。利用来源侧的高水压逆转自然或者正向渗透过程。尽管在降低能量需求，从而降低R...
【技术保护点】
一种用于从提取溶液中分离提取溶液溶质和产物溶剂的装置，其中所述装置包括： 第一蒸馏塔，其包括： 第一入口，其连接到提取溶液源以将所述提取溶液引入所述第一蒸馏塔的第一端； 第一传热装置，其连接到所述第一蒸馏塔的第二端，所述第 一传热装置具有：连接到热能源的入口；和出口，其与所述第一蒸馏塔连接以将热能引入所述第一蒸馏塔中，以使所述第一蒸馏塔中的所述提取溶液的至少一部分蒸发； 第一出口，其用于从所述第一蒸馏塔移除所述提取溶液的蒸发的部分；以及 至少第二蒸 馏塔，其包括： 第一入口，其连接到所述提取溶液源以将所述提取溶液引入所述第二蒸馏塔的第一端； 第二传热装置，其连接到所述第二蒸馏塔的第二端，所述第二传热装置具有：入口，其连接到所述第一蒸馏塔的所述第一出口以提供用于所述第二蒸馏塔 的热能源；和出口，其与所述第二蒸馏塔连接以将热能引入所述第二蒸馏塔中，以使第二蒸馏室中的所述提取溶液的至少一部分蒸发。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-6-8 60/812,383书指明。为此， 一般而言并且根据第一个实施方案，本发明涉及一种装置，所述装置包括第一蒸馏塔，其包括第一入口，其连接到提取溶液源以将所述提取溶液引入所述 第一蒸馏塔的第一端；第一传热装置，其连接到所述第一蒸馏塔的第二端，所述第一传热装置具有连接到热能源的入口；和出口，其与所述第一蒸馏 塔连接以将热能引入所述第 一蒸馏塔中，以使所述第 一蒸馏塔中的所 述提取溶液的至少一部分蒸发；第一出口，其用于从所述第一蒸馏塔移除所述提取溶液的蒸发的部分；以及至少第二蒸馏塔，其包括笫一入口 ，其连接到所述提取溶液源以将所述提取溶液引入 所述第二蒸馏塔的第一端；第二传热装置，其连接到所迷第二蒸馏塔的笫二端，所述第二传 热装置具有入口，其连接到所述第一蒸馏塔的所述第一出口以提供 用于所述第二蒸馏塔的热能源；和出口，其与所述第二蒸馏塔连接以 将热能引入所述第二蒸馏塔中，以使第二蒸馏室中的所述提取溶液的 至少一部分蒸发。本发明的另一个目的是提供一种用于从F0脱盐方法中的提取溶 液中分离提取溶液溶质和产物溶剂以提高热量利用效率的方法。为此，又一般而言，在另一个优选实施方案中，本发明还涉及一 种方法，该方法包括下列步骤将提取溶液引入到至少第一蒸馏塔和至少第二蒸馏塔的每一个中；将来自热能源的热能施加于所述第 一蒸馏塔的第 一传热装置，以 蒸发所述第一蒸馏塔中的所述提取溶液的至少一部分；将来自所述第一蒸馏塔的所述提取溶液的蒸发的部分引导至所述 第二蒸馏塔的第二传热装置，使得来自所述第一蒸馏塔的所述提取溶液的蒸发的部分作为用于所述第二蒸馏塔的热能源，以蒸发所迷笫二蒸馏塔中的所述提取溶液的至少一部分；由此分离在至少第一和第二蒸馏塔中的所述提取溶液中所含的提 取溶液溶质和产物溶剂。考虑到下面的详细描述、附图和权利要求书，本发明的另外的特 征、优点和实施方案可以得到说明，或者是显而易见的。而且，应理 解，上面的发明概述和下面的详细描述都是示例性的，并且意在提供 进一步的解释，而不限制所要求保护的本发明的范围。附图简要说明为了更完全理解本发明，应参考结合附图做出的以下描述，在附 图中图1是根据现有技术的氨-二氧化碳FO脱盐方法的示意图。 图2是同样根据现有技术的单一真空蒸馏塔的示意图。 图3是本发明的一个实施方案的示意图。 图4是本发明的另一个实施方案的示意图。图5是供给到F0回收/分离方法的热量的温度和从提取溶液中分 离提取溶液溶质和产物溶剂所需的能量的量-G0R之间的关系的图示。 G0R是热脱盐系统效率的经常采用的量度，G0R值越高表示热效率越 高。图6是F0脱盐方法的当量功的图示。图7是稀提取溶液浓度和作为GOR的热负荷之间的关系的图示。 图8是稀提取溶液浓度和当量功之间的关系的图示。 而且，尽管在每一个图中并没有标记全部单元，但是具有相同的 附图标记的全部单元表示类似或相同的部分。优选实施方案的描述ii本发明人已经发现，将多个蒸馏塔用于从提取溶液中分离/回收提 取溶液溶质和产物溶剂具有优点，特别是当较高温度的热源可以以有 利于它们的使用的成本得到或者主要的设计标准是以固定量的热量获 得最大的水输出量时。(MED)热脱盐方法，即本领域技术人员充分了解的方法中所使用的原理 类似的原理。在MSF和MED方法中，能量和物料流都串联地通过递减 压力的多个级，这些级是各种设计的闪蒸或蒸发室。在MSF/MED方 法中，将热量引入单一蒸馏塔的顶部级以蒸发一部分进料水，并且 这样产生的蒸气在与第二级(在更低的温度和压力下)接触的传热表面 上冷凝，从而引起另外的进料水等的蒸发。该过程重复进行，而级的 数目由在顶部和底部级之间的温度范围和在每一级之间的温差决定。 级数越高，通过该设计所实现的能量效率越大。在MSF和MED方法中， 能量和物料流都串联地通过递减压力的多个级，这些级是各种设计的 闪蒸或蒸发室。本发明用多个蒸馏塔代替F0中的溶质移除的单一蒸馏塔装置，相 对于单一闪蒸室实现了与MSF/MED的那些类似的效率收益。在一个实 施方案中，本发明涉及一种用于从提取溶液中分离提取溶液溶质和产 物溶剂的装置，其中所述装置包括第一蒸馏塔，其包括第 一入口 ，其连接到提取溶液源以将所述提取溶液引入所述第一蒸馏塔的第一端；第一传热装置，其连接到所述第一蒸馏塔的第二端，所述第 一传热装置具有连接到热能源的入口；和出口，其与所述第一蒸馏 塔连接以将热能引入所述笫一蒸馏塔中，以使所述第一蒸馏塔中的所述提取溶液的至少一部分蒸发；第一出口，其用于从所述第一蒸馏塔移除所述提取溶液的蒸发的部分；以及^少第二蒸馏塔，其包括12第一入口 ，其连接到所述提取溶液源以将所述提取溶液引入所述第二蒸馏塔的第一端；第二传热装置，其连接到所述第二蒸馏塔的第二端，所述第二传 热装置具有入口，其连接到所述第一蒸馏塔的所述第一出口以提供 用于所述第二蒸馏塔的热能源；和出口，其与所述第二蒸馏塔连接以 将热能引入所迷第二蒸馏塔中，以使第二蒸馏室中的所述提取溶液的 至少一部分蒸发。在描述了第一蒸馏塔(a)和第二蒸馏塔(b)的图3中阐明了该装置 的各个单元。每个蒸馏塔与稀提取溶液流(2)、 (3)连接，所述稀提取 溶液流(2)、 (3)与来自F0工艺的膜系统或前端的稀提取溶液源(27) 连接。从所述稀提取溶液源分出所迷提取溶液流，并且将其平行引入 两个蒸馏塔(a)和(b)的每一个中。将来自外部来源(5)的热或热能施加 于蒸馏塔(a)的传热装置，在这里为再沸器(l)的外部热交换表面，由 此传递用作用于蒸馏塔(a)的热能源的潜热。所述热能使蒸馏塔(a)中 的提取溶液的一部分蒸发，从而允许从蒸馏塔(a)中的提取溶液分离提 取溶液溶质和产物水。将来自蒸馏塔(a)的提取溶液的蒸发的部分(6) 与蒸馏塔(b)的传热装置(在这里为再沸器(7))连接 这种布置允许 来自蒸馏塔(a)的提取溶液的蒸发的部分在蒸馏塔(b)的再沸器C7)的 外部热交换表面上冷凝，由此传递潜热，用作用于蒸馏塔(b)的热能源。 所述热量/热能使蒸馏塔(b)中的提取溶液的一部分蒸发，从而允许从 蒸馏塔(b)中的提取溶液分离提取溶液溶质和产物水。因此，能量被串 联地引导至蒸馏塔中。应指出，用作用于蒸馏塔(b)的热能源的蒸发的 提取溶液(6)与经由入口 (3)引入蒸馏塔(b)的提取溶液是完全分开的。 将来自蒸馏塔(b)再沸器的冷凝的提取溶液蒸发部分(8)连接回F0工 艺的膜系统或前端，在此将其加入到浓的提取溶液中。将来自蒸馏塔 (b)中的提取溶液的回收/分离的溶质经由蒸馏塔(b)的出口 (9)引入回 浓的提取溶液中。从蒸馏塔(a)和蒸馏塔(b)的每一个分别经由出口 (4) 和(10)收集产物水。设计所述的塔，使得它们在它们的操作压力和温 度方面不同，蒸馏塔(a)具有最高的温度和压力，而蒸馏塔(b)具有比蒸馏塔(a)的温度和压力低的温度和压力。图3中所示的装置本质上是示例性的，而并不意图是限制性的。 如果可从外部热源得到的热源的温度(典型地也称为热能品位)较高， 本发明可以采用多于2个蒸馏塔来从FO工艺的提取溶液分离提取溶液 溶质和产物水。蒸馏塔的具体数量还取决于提取溶液的浓度和环境温 度。图4是包括6个蒸馏塔(a)至(f)的这样一种本发明实施方案的图。 每一个塔接收从稀提取溶液源(27)分出的独立的平行的稀提取溶液流 (2)， (3)， (11), (12)， (13)， (14)并且从中分离溶质和产物水。设 计所述的塔，使得它们在操作压力和温度方面不同，蒸馏塔(a)具有最 高的温度和压力，并且其余的蒸馏塔的每一个在比它前面的蒸馏塔低 的温度和压力下操作。应指出，任何给定的蒸馏塔的操作压力取决于 该蒸馏塔的操作温度。还应指出，任何给定的蒸馏室的操作温度取决 于由外部热源所供给的热能的温度以及外部热源的温度和环境温度间 的差。在这种布置中，将分别来自蒸馏塔(a)至(f)的提取溶液的蒸发 的部分(5), (6)， (15)， (16), (17), (18)连接至下一个蒸馏塔的传 热装置。提取溶液的蒸发的部分在下一个蒸馏塔的再沸器的外部热交 换表面上冷凝，由此传递被用于从蒸馏塔中的提取溶液分离提取溶液 溶质(8)， (19)， (20)， (21)， (22)和产物水(4)， (10)， (23)， (24)， (25)， (26)的潜热。将来自蒸馏塔(b)至(f)的再沸器的、冷凝的提取 溶液蒸发部分(8)， (19)， (20)， (21)， (22)分别连接回FO工艺的膜 系统或前端，在此将其加入到浓的提取溶液中。以这种方式-平行引 导物料流和串联引导能量流-与单独使用单一塔相比，可以实现显著 的效率方面的收益。图4本质上也是示例性的，并且不意图是限制性 的。本发明的另 一个实施方案提供了用于从提取溶液分离提取溶液溶 质和产物溶剂的方法，该方法包括下列步骤将提取溶液引入到至少第一蒸馏塔和至少第二蒸馏塔的每一个中；将来自热能源的热能施加于所述第 一蒸，馏^^的第 一传热装置，以蒸发所述第一蒸馏塔中的所述提取溶液的至少一部分；将来自所述第一蒸馏塔的所述提取溶液的蒸发的部分引导至所述 第二蒸馏塔的第二传热装置，使得来自所述第一蒸馏塔的所述提取溶液的蒸发的部分作为用于所述第二蒸馏塔的热能源，以蒸发所迷第二 蒸馏塔中的所述提取溶液的至少一部分；由此分离在至少第一和第二蒸馏塔中的所述提取溶液中所含的提 取溶液溶质和产物溶剂。本发明的另一个实施方案提供了用于从提取溶液中分离提取溶液 溶质和产物溶剂的方法，该方法包括下列步骤将提取溶液引入到至少第一蒸馏塔、至少第二蒸馏塔和至少第三蒸馏塔的每一个中；将来自热能源的热能施加于第一蒸馏塔的第一传热装置，以蒸发 第一蒸馏塔中的提取溶液的至少一部分；将来自第一蒸馏塔的提取溶液的蒸发的部分引导至第二蒸馏塔的 第二传热装置，使得来自第一蒸馏塔的提取溶液的蒸发的部分作为用 于第二蒸馏塔的热能源，以蒸发第二蒸馏塔中的提取溶液的至少 一部分；将来自第二蒸馏塔的提取溶液的蒸发的部分引导至第三蒸馏塔的 第三传热装置，使得来自第二蒸馏室的提取溶液的蒸发的部分作为用 于第三蒸馏室的热能源，以蒸发第三蒸馏塔中的提取溶液的至少一部分；由此分离在至少第一、第二和第三蒸馏塔中的提取溶液中所含的 提取溶液溶/t和产物溶剂。在一个优选实施方案中，如这里所述将提取溶液平行引入到每一 个蒸馏塔中。换言之，将提取溶液从单一来源引入到每一个蒸馏塔中，如上面所讨论的，该单一来源通常是来自F0工艺的膜系统或前端的稀 提取溶液源。再换言之，不将来自提取溶液源的提取溶液连续引入每 一个上述蒸馏塔中。而且，将用作用于每一个后续蒸馏塔的热能源的 i发的提取溶液与由稀提取溶液源引入每一个lt馏塔的提取溶液分15开，并且在整个工艺中保持这样。用于从本发明F0方法中的提取溶液分离提取溶液溶质和产物水 的蒸馏塔的数量，由第一(即外部热能源)和最后的蒸馏塔(即环境温 度)之间的温度范围以及每一个蒸馏塔之间的温差决定。这可以通过使 用商业化学工艺模拟软件(Hysys， Cambridge, MA...
【专利技术属性】
技术研发人员：RL麦克金尼斯，M埃里梅勒奇，
申请(专利权)人：耶鲁大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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