PL190692B1

PL190692B1 - Sposób usuwania substancji zanieczyszczających zestrumienia zasilajacego

Info

Publication number: PL190692B1
Application number: PL98334682A
Authority: PL
Inventors: Steve Kresnyak; Minoo Razzaghi; Robert Spiering
Original assignee: Aqua Pure Ventures Inc
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 2005-12-30
Also published as: NO993285L; EP0963225B1; AU741195B2; SK284946B6; SK95499A3; NO320596B1; JP3526582B2; NZ336165A; DE69824154D1; ID23815A; PT963225E; CZ252699A3; CA2274258A1; WO1998031445A1; PL334682A1; BR9806849A; CN1142808C; DK0963225T3; CN1243449A; JP2001501868A

Abstract

1 . Sposób usuwania substancji zanieczyszczajacych ze stru- mienia zasilajacego, zawierajacego substancje zanieczyszczajace, przy wykorzystaniu ogrzewanego separatora 1 wymiennika ciepla, znamienny tym, ze obejmuje etapy zgodnie z którymi (a) wytwarza sie frakcje pary z ogrzewanego separatora zasadniczo pozbawiona substancji zanieczyszczajacych 1 oddzielna frakcje zawierajaca stezone substancje zanie- czyszczajace, (b) poddaje sie sprezaniu frakcje pary dla zwiekszenia tem- peratury tej frakcji pary powyzej temperatury ogrzewanego separatora, (c) doprowadza sie frakcje pary sprezonej do kontaktu z wymiennikiem ciepla dla utworzenia destylatu skondensowa- nego, oraz (d) utrzymuje sie powierzchnie grzejne ogrzewanego sepa- ratora i wymiennika ciepla co najmniej w kontakcie z frakcja zawierajaca stezone substancje zanieczyszczajace poprzez cyr- kulacje ciagla frakcji zawierajacej stezone substancje zanie- czyszczajace przez ogrzewany separator i wymiennik ciepla, przy stosunku masy cyrkulujacej zawierajacej stezone substan- cje zanieczyszczajace do masy pary zawartej w tej masie cyrku- lujacej, od okolo 300 do w przyblizeniu 2, przy czym masa pary jest równa masie destylatu odzyskanego z frakcji pary sprezo- nej, a nastepnie (e) usuwa sie czesc frakcji zawierajacej stezone substancje zanieczyszczajace z ogrzewanego separatora Fig. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania substancji zanieczyszczających ze strumienia zasilającego, przeznaczony zwłaszcza do procesu destylacji wody o wysokiej wydajności, który minimalizuje zanieczyszczenia i osadzanie się kamienia kotłowego w urządzeniach pracujących przez długi okres czasu.

Ogólnie mówiąc, destylacja wody jest wysoce wydajnym sposobem odparowywania czystego destylatu wody i odzyskiwania stężonej cieczy, zawierającej dużą ilość składników nielotnych. Ten sposób prowadzenia procesu może być wydajnym środkiem do odzyskiwania czystej wody z zanieczyszczonych źródeł. Jednak, procesy destylacji wody zwykle związane są z szeregiem problemów, z których wcale nie najmniej ważnym może być zanieczyszczanie lub osadzanie się kamienia kotłowego w urządzeniu, minerałami lub innymi składnikami z destylowanego płynu. Typowe związki w osadzającym się kamieniu kotłowym składają się z wapnia, magnezu i krzemu. Zanieczyszczenia, lub w większym zakresie, osadzanie się kamienia kotłowego na powierzchniach wymiany ciepła szkodliwie wpływają na wydajność elementów, przez które przenika ciepło powodując, że zwykły proces destylacji przestaje działać.

Innym powszechnym problemem w typowych procesach destylacji wody jest konieczność dostarczenia dużej ilości energii. Bez środków do efektywnego odzyskiwania dostarczonej energii, wymagana energia równa jest ciepłu utajonemu odparowywania wody dla danego ciśnienia/temperatury. W tych warunkach destylacja wody z przeznaczeniem jej do celów leczniczych nie jest opłacalna handlowo.

Metodologia rozwiązań ze stanu techniki w odniesieniu do niniejszej techniki przedstawiona została w amerykańskim opisie patentowym US 4,566,947 oraz we francuskim opisie patentowym nr 2,482,979. Te opisy stanowią ogólne odniesienie w zakresie usuwania substancji zanieczyszczających przez destylację lub inne techniki oczyszczania i nie dotyczą zagadnień, które rozwiązane zostały przez niniejszy wynalazek.

Dla przezwyciężenia problemów związanych z konwencjonalnymi sposobami destylacji pod uwagę musi być wziętych szereg zmiennych. Poniższe trzy równania opisują podstawowe zależności wymiany ciepła zachodzące w instalacji destylacji wody:

Q(calkowite) = U · A · LMTD

Q(ciepłojawne) = ta · Cp · (Tl - T2)

Q(ciepło utajone) ~ m L gdzie:

Q = lhśść ciei^a wymienionego (W)

U = całkowity WIpółczynnik wymaany αι^· lub zdolność i^anaccj i do przenoszenia ciepła (W-m²·)’)

A = obszar powierzchniooy' wymiany ciepja (mi²)

LMTD = średnia iogarytmiczna różnica iempejalur hib napęd iermiczny mstataei i (Pi) m = masowe natężane przepływu· pymu w sanie ce^kłymi b^b pay (kg-s'¹)

Cp = ciepio wtaściwe cieczy JJ · kg’ · Kfi)

T1, T2 = nim^p^t^i^anira cieczy o/ptywającej kbi ovyptnoocljąccj z ir^atalo^c^ii i(K)

L =· ciepio utajone parowania tob skraptama JJ-kg')

Aby otrzymać wydajną instalację destylacyjną, ilość ciepła wymienicaegd i odzyskiwanego, Q, wyrażona przez wyżej przedstawione równania, musi być zwiększona do maksimum, przy jedaoczesaym przestrzeganiu praktycznych granic dla pozostałych zmiennych i zapobieganiu przed zanieczyszczeniami i osadzaniem się kamienia kotłowego. Dla danego płynu i dynamiki płynu w danym urządzeniu do wymiany ciepła, zmienne U, Cp i L pozostają jako stosunkowo niezmienne. Dlatego, szczególna uwaga musi być zwrócona na zmienne A, QA’’, LMTD, m oraz T1 i T2, w celu pokonania problemów związanych z destylacją zanieczyszczkneC wody.

(1) (2) (?)

190 692

W celu całkowitego przezwyciężenia problemów związanych z destylacją zanieczyszczonej wody i dla wyeliminowania osadzania się kamienia kotłowego, poza podstawowymi równaniami przedstawionymi powyżej, muszą być rozpatrzone inne zasadnicze czynniki:

• szybkość z jaką ciepło wymieniane jest w instalacji destylacyjnej, znane jako strumień ciepła lub QA_ (W-m'²), • poziom substancji zanieczyszczających w koncentracie, • końcowa temperatura wrzenia koncentratu w stosunku do temperatury nasycenia strumienia pary, • stopech pzeesycenia i poziom sr^c^c^ćmm się koncentrato, oaz • poziom odparowania strumienia odparowującego.

Aż do chwili pojawienia się niniejszego wynalazku, przez długi okres czasu nie można było zrealizować zwiększenia do maksimum ilości ciepła wymienianego i odzyskiwanego w procesie destylacji wody, bez tendencji do zanieczyszczenia lub osadzania się kamienia kotłowego.

W rezultacie opracowano proces, który jest zarówno efektywny energetycznie jak i eliminuje problemy osadzania się kamienia kotłowego napotykane przy destylacji wody zanieczyszczonej, między innymi, zanieczyszczeniami organicznymi, nieorganicznymi, metalami.

Niniejszy wynalazek znajduje zastosowanie w dziedzinie destylacji. Wynalazek powstał z połączenia dwóch różnych koncepcji, które były wcześniej indywidualnie przedstawione w rozwiązaniach ze stanu techniki, ale które nie były skonfigurowane w unikalny sposób z efektem ich współdziałania, jak to wynika z niniejszego wynalazku. Stwierdzono, że przez zastosowanie konwencjonalnego obwodu dekompresji pary wraz z unikalnie skonfigurowanym obwodem odzyskiwania i wymiany ciepła z wymuszoną konwekcją, uzyskuje się bardzo pożądane wyniki w warunkach maksymalnego zwiększenia wymiany ciepła i utrzymywania żądanego obwodu nie przewodzącego z wymuszoną konwekcją dla osadzania się kamienia kotłowego w wymiennikach, co jest zwykle spotykane przy stosowaniu standardowych sposobów destylacji.

Jednym celem niniejszego wynalazku jest zapewnienie ulepszonego i wydajnego procesu destylacji wody zawierającej zanieczyszczające związki organiczne, nieorganiczne, metale lub inne, którego rezultatem jest uzyskanie frakcji czystej wody bez substancji zanieczyszczających, a który dodatkowo nie pociąga za sobą żadnego osadzania się kamienia kotłowego w urządzeniu destylacyjnym.

Stwierdzono, że przez dokładną kontrolę stosunku cyrkulującej masy do masy frakcji pary sprężonej w zakresie od mniej niż 300 do blisko 2, można osiągnąć szereg pożądanych korzyści, a mianowicie:

1. Koncentrat cyrkulujący przez stronę odparowywania rebojlera zawiera dokładnie kontrolowaną frakcję pary od blisko 1% do 50% masy cyrkulującego koncentratu,

2. Przez dokładne kontrolowanie tej frakcji pary, wzrost temperatury cyrkulującego koncentratu pozostaje bardzo mały (około 1,81 K), a zimne powierzchnie wymiany ciepła pozostają wilgotne, w temperaturze bliskiej temperaturze płynu cyrkulującego, co zmniejsza niebezpieczeństwo zanieczyszczenia tych powierzchni,

3. Przy zachowaniu kontroli niskiej frakcji pary, stężony płyn wewnątrz wymiennika poddany jest dodatkowemu lokalnemu współczynnikowi stężenia niniejszego od 1,1, unikając miejscowego wytrącenia się związków kamienia kotłowego,

4. Gdy zwiększa się frakcja pary i gdy ulega zwiększeniu współczynnik stężenia podczas przepływu przez rebojler, to zwiększają się znacznie prędkości strumienia, zmniejszając przez to ryzyko zanieczyszczenia,

5. Dzięki możliwości kontroli frakcji pary w odparowywanym płynie, można osiągnąć znaczącą wymianę ciepła dzięki ciepłu utajonemu, bez osadzania się kamienia kotłowego,

6. Ponieważ utrzymywany jest bardzo mały wzrost temperatury po stronie odparowy wania rebojlera, utrzymywana jest LMTD (średnia logarytmiczna różnica temperatur) rebojlera, przez co zachowuje się bardzo niską energię sprężania,

7. Przez dostosowanie strumienia ciepła, temperatury wilgotnych powierzchni do kondensacji i odparowywania utrzymywane są w temperaturze bliskiej temperatury od190 692 powiadającej warunkom nasycenia pary. Rodzaj realizowanego wrzenia mieści się w zakresie od początkowo wymuszonej konwekcji do stabilnego wrzenia pęcherzykowego na wilgotnych powierzchniach.

Celem mniejszego wynalazku jest zapewnienie sposobu usuwania substancji zanieczyszczających ze strumienia zasilającego zawierającego substancje zanieczyszczające, przy wykorzystaniu ogrzewanego separatora i wymiennika ciepła, i zapobiegania zanieczyszczeniu i tworzeniu się kamienia kotłowego w separatorze i wymienniku ciepła.

Zgodnie z wynalazkiem sposób ten charakteryzuje się tym, że:

(a) wytwarza się frakcję pary z ogrzewanego separatora zasadniczo pozbawioną substancji zanieczyszczających i oddzielną frakcję zawierającą stężone substancje zanieczyszczające, (b) poddaje się sprężaniu frakcję pary dla zwiększenia temperatury tej frakcji pary powyżej temperatury ogrzewanego separatora, (c) doprowadza się frakcję pary sprężonej do kontaktu z wymiennikiem ciepła dla utworzenia destylatu skondensowanego, oraz (d) utrzymuje się powierzchnie grzejne ogrzewanego separatora i wymiennika ciepła co najmniej w kontakcie z frakcją zawierającą stężone substancje zanieczyszczające poprzez cyrkulację ciągłą frakcji zawierającej stężone substancje zanieczyszczające przez ogrzewany separator i wymiennik ciepła, przy stosunku masy cyrkulującej zawierającej stężone substancje zanieczyszczające do masy pary zawartej w tej masie cyrkulującej, od około 300 do w przybliżeniu 2, przy czym masa pary jest równa masie destylatu odzyskanego z frakcji pary sprężonej, a następnie

e) usuwa się część frakcji zawierającej stężone substancje zanieczyszczające z ogrzewanego separatora.

Korzystnie, sposób ten ponadto obejmuje etapy, w których podgrzewa się strumień zasilający przed wytworzeniem frakcji pary w etapie (a), przy czym wymiennik ciepła jest rebojlerem, a w etapie (b) ponadto utrzymuje się strefy stabilnego wrzenia pęcherzykowego na powierzchniach grzejnych rebojlera z utrzymaniem powierzchni wilgotnej wewnątrz tego rebojlera, a następnie zbiera się destylat skondensowany zasadniczo pozbawiony substancji zanieczyszczających, po etapie (d).

Korzystnie, w następstwie utrzymania stref stabilnego wrzenia pęcherzykowego, sposób ten obejmuje ponadto etapy, w których (i) poddaje się przesycaniu frakcję zawierającą stężone substancje zanieczyszczające, z wytrąceniem co najmniej jednego wybranego ciała stałego, (ii) filtruje się te stężone substancje zanieczyszczające, a następnie (iii) odzyskuje się co najmniej jedno wybrane ciało stałe.

Jest także korzystne jeśli, strumień zasilający przed ogrzewaniem poddaje się etapowi obróbki wstępnej, i jeśli w trakcie etapu obróbki wstępnej przeprowadza się co najmniej jedną z operacji, takich jak filtracja, wymiana jonowa, destylacja, wytrącanie i odparowanie.

Korzystnie, sposób ten ponadto obejmuje etap, w którym ponownie do obiegu wprowadza się frakcję zawierającą stężone substancje zanieczyszczające, odzyskaną w etapie filtrowania (ii), i w którym poddaje się zmianie natężenie cyrkulacji stężonych substancji zanieczyszczających.

Korzystnie, natężenie cyrkulacji stężonych substancji zanieczyszczających ustawia się tak, że stężone substancje zanieczyszczające stanowią od około 1% do około 50% masy pary, a korzystniej jeśli masa pary cyrkulującej wynosi około 10%.

Ponadto korzystnie jest, jeśli sposób obejmuje etapy, w których:

(f) przepuszcza się frakcję pary pochodzącej z etapu (a) przez jedną kolumnę frakcjonującą, gdy jest ona w kontakcie z refluksem destylacyjnym destylatu skondensowanego, oraz (g) recyrkuluje się część tego destylatu skondensowanego do kolumny frakcjonującej jako refluks destylacyjny.

Ogólnie, w jednym możliwym przykładzie wykonania, woda destylowana zostaje odparowywana i przechodzi przez wkładkę siatkową dla usunięcia jakichkolwiek porywanych cząsteczek wody przed przedostaniem się do sprężarki. Sprężarka podnosi ciśnienie i temperaturę strumienia pary powyżej ciśnienia i temperatury w ogrzewanym separatorze, aby umożliwić wydajną wymianę ciepła w poprzek rebojlera. Następnie strumień pary wchodzi do rebojlera,

190 692 w którym jest „schładzany” i kondensowany jako destylat. Energia cieplna przekazywana jest do cyrkulującego koncentratu z ogrzewanego separatora, w którym, poprzez regulację stosunku masy cyrkulującego koncentratu do masy strumienia pary, w zakresie od mniej niż 300 do blisko 2, mniej niż 50% pary, a dokładniej mniej niż 10% pary wytwarzanej jest w strumieniu cyrkulującego koncentratu. Ta faza pary absorbuje ciepło przekazywane przez ciepło utajone odparowywania, jednocześnie nie pozwalając na wzrost temperatury w cyrkulującym koncentracie więcej niż około 1,81 K. Czysta woda destylowana o kondensacyjnej temperaturze i ciśnieniu przechodzi przez ogrzewacz wstępny dla odzyskania wyczuwalnej części ciepła z instalacji do wchodzącego strumienia zasilającego. Jednocześnie, część strumienia koncentratu usuwana jest z ogrzewanego separatora w celu skontrolowania żądanego stężenia substancji zanieczyszczających. Ten spuszczany strumień koncentratu o temperaturze i pod ciśnieniem jak w ogrzewanym separatorze, przepuszczany jest przez dodatkowy podgrzewacz dla przekazania pozostałej wyczuwalnej energii cieplnej do strumienia zasilającego. Dodatkowo zastosować można techniki przed- i po-obróbcze jako sposoby procesu okresowego lub ciągłego w zakresie usuwania lub zawierania substancji zanieczyszczających podczas procesu destylacji, przy czym można też wykorzystać sposoby kontroli pH dla jonizacji składników lotnych lub zmieniać warunki rozpuszczalności w koncentracie dla dalszego wzmożenia przedmiotowego procesu destylacji.

Odzyskana woda destylowana może być kontrolowana w odniesieniu do stopnia czystości i poziomu temperatury co pozwala, że może być ona ponownie użyta jako woda przemysłowa, ponownie wykorzystana jako woda destylowana, albo uwolniona do wylewanej wody naturalnej, spełniając lub przewyższając w rzeczywistości wszystkie standardy jakościowe przewidziane dla środowiska wodnego. W przypadku rozszerzenia tego procesu, to samo można łatwo zastosować do oczyszczenia wody z procesów przemysłowych, takich jak pochodzących z rafinacji, z procesów petrochemicznych, z celulozowni i papierni, z przemysłu spożywczego, z kopalni, przemysłu samochodowego/transportowego i z procesów produkcyjnych. Dodatkowo przewidziane są zastosowania dla wód wypływających z zasypanych wgłębień terenu, przy odsalaniu, ulepszaniu wód gruntowych, oczyszczaniu wód studziennych, ulepszaniu stawów do przetrzymywania ścieków, odzyskiwaniu wody ze ścieków naftowych, jak również przy wytwarzaniu jakiejkolwiek postaci wód zasilających kotły, i zagęszczaniu cennych składników z rozcieńczonych strumieni. Lista ta nie stanowi pełnego wykazu, lecz wskazuje tylko na przykłady możliwych zastosowań.

Sposób według wynalazku zostanie wyjaśniony przykładowo w odniesieniu do załączonego rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie cały proces według jednego przykładu wykonania wynalazku, fig. 2 przedstawia alternatywny przykład wykonania wynalazku z fig. 1, fig. 3 przedstawia dalszy alternatywny przykład wynalazku wykonania z fig. 1, fig. 4 przedstawia schematycznie typowe warunki ciśnienia i temperatury panujące dokoła odparowujących elementów składowych, fig. 5 przedstawia krzywą kondensacji i krzywą odparowywania dla rebojlera w instalacji, fig. 6 przedstawia schematycznie schemat przepływu płyta rebojlera/płytowy wymiennik ciepła, fig. 7 przedstawia wykres ilustrujący poziom parowania w rebojlerze występujący w cyrkulującym płynie, poprzez podanie zawartości procentowej pary w rebojlerze w odniesieniu do stosunku przepływu cyrkulującej masy koncentratu do przepływu masy pary, fig. 8 przedstawia wykres ilustrujący uzyskany miejscowy efekt zagęszczania w rebojlerze przy zmieniających się frakcjach pary, poprzez podanie zależności współczynnika stężenia od zawartości procentowej pary w płynie cyrkulującym, a fig. 9 przedstawia wykres pokazujący dane z testu uzyskane z pilotowego urządzenia destylacyjnego.

Na fig. 1 przedstawiono przykład jednego wykonania niniejszego wynalazku.

Strumień zasilający zanieczyszczonej wody, ogólnie oznaczony oznacznikiem 10, wprowadzany jest do etapu obróbki wstępnej, ogólnie wskazanego oznacznikiem 12, dla usuwania związków nierozpuszczalnych, składników lotnych i/lub dla realizacji etapów z innym pH lub kondycjonowania dla przygotowania strumienia zasilającego 10. Składniki lotne wypuszczane są ze strumienia zasilającego 10 przewodem 14, podczas gdy pozostałe składniki lotne usuwane są ze strumienia zasilającego 10 przewodem 16. Wstępnie obrobiony strumień zasilający 10 opuszczający etapu obróbki wstępnej 12 jest następnie wprowadzany do podgrzewacza 18 dla podniesienia temperatury strumienia zasilającego celem wzmocnienia wyczuwalnego odzy190 692 skiwania ciepła przed wprowadzeniem do ogrzewanego separatora 20. Strumień zasilający 10 może być podzielony na wiele strumieni i przepuszczony przez inne wtórne, wyczuwające ciepło, podgrzewacze odzyskujące ciepło w celu maksymalnego zwiększenia pełnego potencjału odzyskiwania urządzenia. Taki układ jest zrozumiały dla specjalistów z tej dziedziny. Szereg podgrzewaczy może być skonfigurowanych jako pojedynczy wielofunkcyjny podgrzewacz 18 i 26, lub jako oddzielne zespoły. Oddzielne strumienie zasilające zostają ponownie połączone i podgrzewane do temperatury bliskiej temperatury ogrzewanego separatora, przed wprowadzeniem ich do ogrzewanego separatora 20. Jeśli jest to pożądane, strumień zasilający 10 może być również wprowadzony do strumienia o wymuszonej cyrkulacji dla wywołania efektu miejscowego rozcieńczenia w rebojlerze. Ogrzewany separator 20 może zawierać zespół wielokrotnej separacji, taki jak cyklon. Dolna sekcja 22 tego separatora wykazuje działanie cyklonowe dla zawieszenia materiałów stałych w koncentracie i dla spustu tego, co dalej określane jest mianem „odmuliny” lub koncentrat. Prędkość spustu odmulin przewodem 24, ciągłego lub okresowego, reguluje stężenie składników w ogrzewanym separatorze 20, regulując przez to stopień nasycenia koncentratu, stopień przesycenia, następne strącanie ciał stałych i temperaturę wrzenia w ogrzewanym separatorze 20. Odmuliny z przewodu 24, o temperaturze ogrzewanego separatora 20, przepuszczane są przez wtórny podgrzewacz 26 dla odzyskiwania ciepła do strumienia zasilającego poprzez przewód 28. Strumień odmulin w przewodzie 24 zredukowany jest do temperatury około 257,65 K (bezwzględnej), przy różnicy temperatur 5,4 K, dla dojścia do strumienia zasilającego we wtórnym podgrzewaczu 26.

Sekcja górna ogrzewanego separatora 20, zawierająca głównie nasyconą parę wodną, przeznaczona jest do oddzielania pary/płynu i może zawierać takie elementy jak wkładkę siatkową (nie pokazaną) dla koalescencji kropelek płynu z pary wodnej. Para opuszczająca ogrzewany separator 20 przewodem ssawnym 30 stanowi destylat o jakości odpowiadającej wymogom ochrony środowiska i w zależności od składników występujących w strumieniu zasilającym może zawierać wodę pitną lub wodę o jakości odpowiedniej do zasilania kotła. Para przenoszona jest do sprężarki 32 dla podniesienia ciśnienia i temperatury strumienia pary powyżej tych w ogrzewanym separatorze 20. Strumień pary może opuścić ogrzewany separator 20 przy każdym ciśnieniu, w tym także przy podciśnieniu. Para jest najpierw wstępnie nasycana w warunkach ogrzewanego separatora 20, jednak może stać się ona przesycona jeśli koncentrat zawiera składniki o stężeniu wystarczaj ącym do podwyższenia temperatury wrzenia pary.

Pojęcie to znane jest jako wzrost temperatury wrzenia (BPR - boiling point rise), co należy rozumieć tak, że sprężanie może zostać odpowiednio skompensowane. Dodatkowa energia przekazana do strumienia pary ustala wymaganą LMTD (średnia logarytmiczna różnica temperatur) lub napęd termiczny konieczny do uzyskania wymiany ciepła w rebojlerze 34.

Sprężarka 32 może być jakimkolwiek znanym specjalistom urządzeniem (kompresor, dmuchawa), które może wywoływać ciśnienie od wartości około 2-10⁴ do 6,8-10⁴ Pa w parze i przepływ żądanego poziomu masy pary. Rzeczywiste ciśnienie wymagane ze sprężarki 32 jest ściśle określone dla każdego urządzenia przez warunki parowania w ogrzewanym separatorze 20 i żądana LMTD (średnia logarytmiczna różnica temperatur) dla rebojlera 34. Para opuszczająca sprężarkę 32 jest początkowo parą przegrzaną. Stopień przegrzania zależny jest od ciśnienia wylotowego oraz od sprawności sprężarki 32.

Funkcją rebojlera jest skraplanie sprężonej pary otrzymywanej ze sprężarki 32 w destylat odprowadzany z rebojlera 34 przez zbiornik 36 kondensatu. W etapie tym wychwytuje się ciepło przegrzania i ciepło utajone strumienia pary i odbiera się je poprzez napęd termiczny w strumieniu koncentratu cyrkulującym w przewodzie 38. Destylat zebrany w zbiorniku 36 jest ogólnie nasyconym płynem o określonych warunkach temperatury i ciśnienia. Dodatkowe wyczuwalne ciepło zawarte w destylacie odzyskiwane jest przez przepuszczenie gorącego destylatu przy użyciu pompy 40 z powrotem przez podgrzewacz 18, w którym wypływający strumień chłodzony jest do około 256,91 K w obrębie wpływającego strumienia zasilającego z etapu obróbki wstępnej 12.

Zauważono, że stosując pompę 42 cyrkulacji koncentratu dla cyrkulacji określonej ilości koncentratu z ogrzewanego separatora 20, poprzez rebojler 34, mogą być uzyskane znaczące

190 692 wyniki bez ryzyka zanieczyszczenia lub osadzania się kamienia kotłowego na powierzchniach wymiennika. Ilość cyrkulującej masy koncentratu jest ściśle dobrana tak, że stosunek masy cyrkulującej zawierającej stężone substancje zanieczyszczające do masy pary zawartej w tej masie cyrkulującej znajduje się w zakresie od poniżej 300 do blisko 2, tym samym dokładnie wytwarzając frakcję pary od blisko 1%o do mniej niż 50% w strumieniu koncentratu cyrkulującym w przewodzie 38 opuszczającym rebojler 34. Ten przepływ masy może ulegać zmianie i być ustawiony na żądanym poziomie przez zastosowanie urządzenia regulującego 44. Ściślej, żądany cel dla frakcji pary w wypływającym strumieniu koncentratu cyrkulującym w przewodzie 38, uwzględniając bardzo zanieczyszczone strumienie zasilające, jest mniejszy niż 10% frakcji pary. Para wytworzona w strumieniu koncentratu cyrkulującym w przewodzie 38 odpowiada masowo ilości pary przepływającej przez sprężarkę i odzyskiwanej jako destylat w przewodzie 46. Para wytworzona w rebojlerze 34 nawet, gdy jest to bardzo mała frakcja masy (od około 1 do 10% cyrkulującej masy), absorbuje większość ciepła przekazywanego od strony kondensacji rebojlera 34. Dobór frakcji pary i ilości cyrkulującego koncentratu jest ważnym parametrem w redukcji zanieczyszczeń i osadzania się kamienia kotłowego. W większym zakresie parametr ten jest najważniejszy dla ustalenia bardzo niskiego wzrostu temperatury w płynie cyrkulującego koncentratu dla trzymania efektywnej LMTD (średnia logarytmiczna różnica temperatur) bez przekraczania temperatury w rebojlerze 34. Każdy wzrost temperatury szybko eliminuje LMTD i wymiana ciepła zostanie zatrzymana. Przykładowo, jeśli ciśnienie cyrkulującego koncentratu zwiększy się w rebojlerze tak, że płyn nie będzie mógł wytworzyć pary, temperatura będzie wzrastać przez absorpcję ciepła jawnego, aż do momentu, gdy LMTD (średnia logarytmiczna różnica temperatur) nie będzie istnieć, przez co to przekazywanie ciepła ulegnie zanikowi. Ciśnienie zwrotne w instalacji cyrkulującego koncentratu składające się z statycznego spadku ciśnienia i spadku ciśnienia wynikającego z tarcia, jest tak zaprojektowane, aby było minimalne. W rzeczywistości, ciśnienie zwrotne jest wstępnie równe statycznemu spadkowi ciśnienia w wymienniku pionowym, gdy zminimalizowany zostaje spadek ciśnienia dynamicznego w wymienniku. Strumień cyrkulującego koncentratu jest wtedy tak dobrany, aby osiągnąć od blisko 1% do 10% frakcji pary w strumieniu koncentratu cyrkulującym w przewodzie 38. Uzyskany wzrost temperatury jest bardzo niski i LMTD (średnia logarytmiczna różnica temperatur) pozostaje na poziomie swojej zaprojektowanej wartości.

Na fig. 2 przedstawiono alternatywny schemat procesu, który umożliwia wyregulowanie spustu odmulin przeprowadzanego przewodem 24 z ogrzewanego separatora 20, dopóki całkowity efekt stężenia lub współczynnik stężenia (CF) w instalacji nie utworzy przesyconego koncentratu w odniesieniu do jednego lub wielu komponentów dla spowodowania ich wytrącania się. Gdy części stałe tworzą się i powstają w ogrzewanym separatorze 20, odmuliny z przewodu 24 przepuszczane są przez urządzenie rozdzielające 50 do oddzielania części stałych od cieczy dla usunięcia części stałych lub szlamu. W odmianie wykonania, urządzenie rozdzielające 50 do oddzielania części stałych od cieczy może być umieszczone pomiędzy pompą 42 rebojlera i rebojlerem 34, w układzie przepływu „zaśmigłowego” lub całkowitego. Odzyskiwana ciecz jest następnie zawracana do ogrzewanego separatora 20 przewodem 52 i część odpowiadająca ilości odmulin przepuszczana jest dalej przez podgrzewacz 26 dla odzyskania ciepła i zostaje schłodzona do około 257,65 K. Urządzenie rozdzielające 50 do oddzielania części stałych od cieczy może być w każdej postaci, może nim być hydrocyklon, osadnik odśrodkowy, osadnik grawitacyjny, wirówka, separator dekantacyjny, które to urządzenia znane są specjalistom z tej dziedziny. Proces ten jest szczególnie korzystny, gdy głównym celem jest odzyskanie składników takich jak części stałe, lub gdy dany składnik ma istotną wartość rynkową.

Na fig. 3 przedstawiono dalszą odmianę procesu, w którym strumień pary może zawierać część ze szczególną substancją zanieczyszczającą pochodzącą ze strumienia zasilającego. Ogrzewany separator 20 wyposażony jest w kolumnę frakcjonującą 54 umieszczoną przed sprężarką 32 i przewodem ssawnym 30 sprężarki. Kolumna frakcjonująca 54 używana jest do frakcjonowania i przemywania substancji zanieczyszczającej stosując wiele etapów w połączeniu z refluksem czystej wody zimnej, przepływającym przewodem 56. Refluks może być pobierany przed lub za podgrzewaczem 18 lub w kombinacji, w zależności od żądanej tempe190 692 ratury tego refluksu. Ta odmiana procesu jest korzystna, gdy para zasilająca zawiera, na przykład, składniki lotne takie jak węglowodory, glikole, amoniak, itd.

Figura 4 przedstawia typową zależność pomiędzy ciśnieniem i temperaturą różnych strumieni dla części procesu odparowywania. Do omówienia tego wykonania posłużono się odnośnikami liczbowymi z fig. 1 do 3. Chociaż określone parametry procesu przedstawione są jako przykładowe, to mogą one być tak zmodyfikowane, aby nadawały się do każdego szczególnego zastosowania w zakresie destylacji. Przedstawiony schemat pokazuje warunki bazując na cieczy bez wzrostu temperatury wrzenia i ogrzewany separator 20 pracujący nieznacznie powyżej ciśnienia atmosferycznego, 1,1 -10⁵ Pa i 373,47 K. Wzrost temperatury cyrkulującego koncentratu jest mniejszy od 1,818 K dla spadku ciśnienia w rebojlerze o wartość 17,12375-10³ Pa. Frakcja pary w cyrkulującym strumieniu wynosi około 10%. Warunki wokół rebojlera 34 mogą być przedstawione na krzywej kondensacji/odparowania, jak to uwidoczniono na fig. 5. Po stronie kondensacji wymiennika, przegrzana para wchodzi w punkcie C przy temperaturze około 394,26 K i ciśnieniu 1,48-10^rPa i jest kondensowana przy ciśnieniu nasycenia pary w punkcie C', przy około 383,71 K i 1,-476-10⁵ Pa. Strefa ta oznaczana jest zwykle jako strefa schładzania pary przegrzanej i składa się z około 2% pola powierzchni wymiennika, gdzie pozostała strefa jest obszarem, na którym ciepło utajone z kondensacji zostaje uwolnione. Lekki spadek ciśnienia i temperatury pojawia się w rebojlerze 34 z powodu samoistnego spadku ciśnienia w tym wymienniku ciepła. Warunki na wylocie wynoszą wtedy około 383,97 K i 1,-4756-105 Pa. Temperatura powierzchni, po stronie kondensacji, jest niższa niż temperatura nasycenia wchodzącej pary, skutkiem tego tworząc warstewkę kondensatu na powierzchni wymiennika ciepła.

Wymiana ciepła następuje więc w warunkach wilgotnych ścian utrzymując efektywną temperaturę warstewki w temperaturze nasycania pary. Destylat odprowadzany jest z wymiennika do zbiornika 36 kondensatu w punkcie D, utrzymując rebojler wolny od cieczy i odsłaniając całą powierzchnię wymiennika ciepła dla procesu kondensacji.

Po stronie odparowania, koncentrat wchodzi do wymiennika przeciwprądowo od góry w punkcie A przy około 373,47 K i 1,28-105 Pa w miejscu za pompą 42. Prędkość cyrkulacji reguluje się tak, aby stosunek masy koncentratu był co najmniej 10-krotnie większy od ilości pary. Temperatura cieczy koncentratu zaczyna wzrastać do punktu A', do poziomu około 378,71 K, gdy osiągnie punkt B, w którym spadek ciśnienia statycznego zostanie przezwycięzony, a ciśnienie zmniejszy się do 1,11-105 Pa. Podczas, gdy koncentrat podnosi się, w rebojlerze 34 zaczyna tworzyć się para dzięki wymuszonej konwekcji, absorbując przekazywane ciepło utajone. Przez zwiększenie masy płynu po stronie odparowania, aż do chwili, gdy stosunek masy cyrkulującej do masy pary znajdzie się w żądanym przedziale, efekt wrzenia kontrolowany jest w zakresie wymuszonej konwekcji i trwałych obszarów wrzenia. Z uwagi na wysoki przepływ masy cieczy, powierzchnia wymiany ciepła pozostaje wilgotna w temperaturze odpowiadającej temperaturze nasycenia nowo utworzonej pary-. Przez dalsze zapewnienie współczynnika przepływu (QA_) dla wymiennika poniżej około 18927,55 W-m'², wzrost temperatury po stronie odparowania może być utrzymywany poniżej 1,8 K i utrzymywana jest też warstewka zwilżająca powierzchnię, eliminując przez to ryzyko osadzania się-kamienia kotłowego. Jeśli prędkość przepływu jest zbyt wysoka, chwilowy spadek ciśnienia akceleracji pary tymczasowo przekracza dostępne ciśnienie statyczne, powodując niestabilny chwilowy zwrotny strumień i możliwość uszkodzenia zwilżonej powierzchni wymiany ciepła. Może to spowodować zanieczyszczenie powierzchni wymiany ciepła. Gdy strumienie ciepła mają wartość poniżej 18927,55 W-m² i stosunek masy cyrkulującego koncentratu do masy pary poniżej 300, to występuje obszar, w którym ciecz i para mogą współistnieć w warunkach pracy stabilnej i utrzymywać w całości zwilzoną powierzchnię wymiany ciepła po stronie odparowania rebojlera, bez ryzyka zanieczyszczenia lub osadzania się kamienia kotłowego.

Odniesienie do punktów A do D można również znaleźć na fig. 6.

Figura 6 przedstawia widok z góry wymiennika ciepła 58 o wysokiej wydajności, znanego specjalistom jako płytowy i ramowy wymiennik ciepła, w którym szereg pionowo ułożonych, uszczelnionych płyt 60 rozmieszczonych jest pomiędzy dwoma stałymi ramami 62 i 64. Urządzenia takie są dobrze znane ze względu na ich zwartość i zdolność do osiągania wysokich wartości U lub całkowitych współczynników wymiany ciepła. Tego rodzaju wymię10

190 692 nnik w układzie jednokrotnego przejścia, przeciwprądowo do przepływu, jest odpowiedni dla niniejszego wynalazku i szczególnie wykazuje następujące korzyści:

1. Wymiennik ciepła typu płytowego daje niskie, stałe ciśnienie statyczne i bardzo mały spadek ciśnienia w płynie cyrkulującego koncentratu lub po stronie odparowania, zapewniając stosunkowo wysoki współczynnik wymiany ciepła,

2. Strumień ciepła może być łatwo wyregulowany przez zwiększenie pola powierzchni lub płyt w danej ramie,

3. Strona kondensacji konstrukcji płytowo-ramowej jest swobodnie odwadniana i wykazuje mały spadek ciśnienia, utrzymując stosunkowo wysoki współczynnik wymiany ciepła,

4. Wysoce efektywny współczynnik wymiany ciepła sprawia, że temperatury powierzchni są bardzo bliskie obu temperaturom strumienia cieczy, zmniejszając ryzyko zanieczyszczenia,

5. Wysokie turbulencje i odpowiadające im wysokie prędkości cieczy powodują mniejsze zanieczyszczanie i utrzymują części stałe w jednorodnej zawiesinie, gdy przepływają one przez wymiennik,

6. Brak naturalnych gorących lub zimnych plam i obszarów bez przepływu w konstrukcji płyta-rama, co zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia lub osadzania się kamienia kotłowego,

7. Płyty są gładkie i dobrze wykończone, co redukuje ryzyko zanieczyszczenia,

8. Krótki czas przebywania płynu redukuje ryzyko wytrącania się, ponieważ nie jest to czas wystarczający dla osiągnięcia równowagi i wytworzenia zanieczyszczeń powodujących osadzanie się kamienia kotłowego.

Ogólniej, wymiennik ciepła typu płytowego jest bardzo zwarty i może być zaopatrzony w niedrogie płyty z niekonwencjonalnych stopów dla przeciwstawienia się korozji i pękaniu wywołanemu korozją naprężeniową, co jest typowe do zastosowań w procesach odsalania. Inne rodzaje wymienników, płaszcz i rura, podwójna rura, rura żebrowana, typu spiralnego również mogą być brane pod uwagę przez specjalistów z tej dziedziny, pod warunkiem jednak, że zachowane zostaną szczególne wymogi podane w wynalazku.

Figura 7 jest wykresem przedstawiającym korzystny zakres obliczeniowy 66 dla stosunku masowego natężenia przepływu cyrkulującego koncentratu w odniesieniu do masowego natężenia przepływu pary. Pożądany zakres wynosi od około 10 do 100, co w rezultacie daje frakcję pary od mniej niż 10% do blisko 1%.

Figura 8 jest wykresem obrazującym uzyskany miejscowy efekt zagęszczania w rebojlerze przy zmieniających się frakcjach pary i zalezność współczynnika stężenia CFwynhennika od zawartości procentowej pary w płynie cyrkulującym.

Ogólnie współczynnik stężenia w instalacji może być przedstawiony następująco: CFcałkowite = CFodmulin · CFwymiennika

Stężenie, które osiąga stan ustalony w ogrzewanym separatorze wynika z ustalonego usuwania pary w równowadze z ciągłym spustem odmulin z ogrzewanego separatora. Wartość CFcAŁKOWiTE leży zwykle w zakresie od mniej niż 5 do około 20, w zależności od poziomu i rodzaju substancji zanieczyszczających w strumieniu zasilającym. Również w zależności od poziomu masy pary opuszczającej rebojler, określona jest wartość CFodmuun (pomiędzy 1,0 i 1,1) i ilość odmulin ustawiona tak, że w rebojlerze nie są przekroczone żądane poziomy stężenia. Typowy przykład może być przedstawiony następująco:

• Strumień zasilający zawiera 20000 TDS, i pożądane jest, aby nie przekraczał 100000 TDS w koncentracie [gdzie TDS (Total Dissolved Solids) - całkowicie rozpuszczone części stałe].

• Określono, że najbardziej efektywnym stosunkieM mas będzie 20, co daje w rezultacie 5% frakcję pary, z fig. 7.

• CF^YMiENNiKA z fig. - 8 ustalony jest do wartości około 1,07; CFcAŁKOwiTE wyliczono na (100000/20000) = 5.

• CFspustu wyliczono na (5/1,07) = 4,7.

• Stąd skorygowana wielkość spustu wynosi (1/4,7) = 21% strumienia zasilające go na wlocie.

Stosownie do tego, przez użycie procesu dekompresji pary w połączeniu z instalacją do wymiany ciepła przez wymuszoną konwekcją, i przez kolejne etapy obejmujące dokładny dobór stosunku przepływu cyrkulującej masy koncentratu do przepływu masy pary tak, aby wynosił on od mniej niż 300 do około 2, a dokładniej, aby współczynnik ten wynosił od około

190 692 do 100, dobór strumienia ciepła mniejszego niż 18927,55 W-m' , i kierowanie strumienia odmulin dla osiągnięcia żądanego współczynnika stężenia (CF), otrzymuje się bardzo wydajne urządzenie do destylacji wody, które nie dopuszcza do zanieczyszczenia lub do osadzania się kamienia kotłowego przez długie okresy czasu pracy urządzenia. Połączenie dwóch znanych schematów procesów z unikalną konfiguracją wymiany ciepła, zwłaszcza zaprojektowanych z określonym współczynnikiem cyrkulacji koncentratu wcześniej nie podanego w stanie techniki, pozwala rozwiązaniu według niniejszego wynalazku zapewnić wydajny sposób destylacji wody wolnej od substancji zanieczyszczających, bez ryzyka zanieczyszczenia lub osadzania kamienia kotłowego. Poniżej podano przykłady, które stanowią ilustrację wynalazku.

Przykład 1

Podane przykładowe wyliczenie jest środkiem dla przedstawienia bilansu ciepła dokoła rebojlera. Przykład ten przedstawia podstawę do zaprojektowania urządzenia do destylacji przeznaczonego do odzyskiwania 200,61 m³ czystego destylatu z zanieczyszczonego źródła.

Dane dotyczące wymiennika ciepła
Pole powierzchni	297,28 m²
Rodzaj	uszczelniona płyta-rama
U	3077,62 W -nUK
Skorygowana LMTD	261,73 K (bezwzgl.); ΔΤ = 5,7 K
Wyliczona praca urządzenia w warunkach eksploatacyjnych	(297,28) x (3077,62) x (5,71) = 5,25 x 10⁶ W
Wyliczony strumień ciepła	(5,25 x 106) / (297,28) = 1,77 x 10⁴ W-m2

Strona kondensacji
Warunki na wlocie	394,14 K przy 1,48 x 10⁵ Pa
Warunki na wylocie	383,9 K przy 1,48 x 10⁵ Pa
Temperatura nasycenia kondensacji	384,1 K przy 1,48 x 105 Pa
Ciepło utajone kondensacji	618,76 J-kg¹ przy 1,48 x 105 Pa
Przepływ pary	2,3 kg s¹
QscHŁADZANiA	97887,5 W
QκONDENSACyl	(5,25 x 106-97887,5) = 5,15 x 106 w
Wyliczony przepływ	2,3 kg-s-1

Strona odparowywania
Warunki na wlocie	373,4 K przy 1,28 x 105 Pa
Warunki na wylocie	373,8 K przy 1,1 x 105 Pa
Ciepło utajone odparowywania	283,9 W przy 1,1 x 105 P_a
Stosunek masy cyrkulującej do masy odparowanej 10
Szybkość cyrkulacji koncentratu	23,26 kg-s-1
Przepływ pary	2,3 kg-s-1
Zawartość procentowa pary	(2,3 / 23,:26)= 10%
Qpakowania	5,21 x 106 W
Qwyczuwalne	37937,5 W
Qogólem	5,25 x 106 W

190 692

Przykład ten ilustruje, że 10% frakcji odparowanej wytworzonej w płynie cyrkulującym przechwytuje 99% ciepła przekazywanego po stronie skraplania i zwiększa temperaturę płynu cyrkulującego mniej niż o 1,818 K nawet, gdy jest 10 razy więcej masy cyrkulującej cieczy.

Przykład 2

Wyprodukowano prototypowe urządzenie zaprojektowane dla odzyskania 37,9 m czystego destylatu z zasypanego stawu do przetrzymywania ścieków z ługowania. Urządzenie było sprawdzane przez dłuższy okres czasu i przez ten okres czasu zebrano szczegółowe dane z prowadzonego procesu. Urządzenie pilotowe pracowało z powodzeniem przez okres 4 miesięcy i po sprawdzeniu okazało się, że zanieczyszczenia są pomijalnie małe w rebojlerze i ogrzewanym separatorze. Użyty sprzęt w tym teście doświadczalnym zawierał dmuchawęsprężarkę Model GF36204E firmy Spencer™ zapewniający różnicę ciśnień 2,1-104 Pa. Podczas testu użyto standardowych jedno-przepustowych wymienników ciepła płyta-rama.

Charakterystyki zasilającego ługu, skoncentrowanych odmulin i obrobionego odcieku są następujące:

Parametr	Jednostki	Ług zasilający®	Odmuliny około '0%®	Obrobiony odciek®
BOD	mg 1''	26	88	< '0
COD	mg I⁴	277	U207	''
TOĆ	mg 1’¹	59	549	6
TSS	mg I-'	33	'45	<2
VSS	mg I⁴	'5	29	<2
TDS	mg I-'	5,473	53,000	<50
Wapń	mg I⁴	96	435	<0,05
Magnez	mg I-'	228	',990	<0,05
Sód	mg I-'	550	4,650	<2
Żelazo	mg I-'	5	469	0,6
Ogółem P	mg I-'	b5	',5	< 0,01
Amoniak jako N	mg I-'	53	'24	0,38®
Ogółem zasadowe jako CaCO3	mgl -	2,353	2,930	1
Chlorki	mg I-'	2'7	784	0,2
Siarczany	mg 1-'	350	20,000	<2
Ogółem fenole	mg '-'	0,08	0,45	0,0'7
Ogółem Coli	Coli /'00 cm3	673	<3	0
Barwa	TCU	'66	800	<5
Zmętnienie	NTU	'3'	220	0,1

BOD (Biochemical Oxygen Demand) - biochemiczne zapotrzebowanie tlenu,

COD (Chemical Oxygen Demand) - chemiczne zapotrzebowanie tlenu,

TOC (Total Organie Carbon) - całkowity węgiel organiczny,

TSS (Total Solid Suspended) - całkowita zawartość części stałych w zawiesinie,

VSS (Volatile Solids Suspended) - zawiesiny lotne,

TDS (Total Dissolved Solids) - całkowicie rozpuszczone części stałe Uwaga (1) ustalenie pH obróbki wstępnej dla kontroli amoniaku,

Uwaga (2) zaznaczone wartości występująjako wartości średnie z całego okresu testu.

Odciek jest takiej jakości, że może być odprowadzony do wód powierzchniowych przewyższając wszystkie wytyczne. Pobór mocy przez sprężarkę był zmierzony i zanotowany w wielu miejscach podczas eksploatacji, obejmując odcięcie sprężarki i warunki recyklingu.

190 692

Zmierzony pobór mocy został naniesiony na fig. 9 jako pobór mocy na 3,785 m³, dla różnych przepływów destylatu. Krzywa danych doświadczalnych została skorygowana przez wzgląd na mechaniczną niesprawność sprężarki powyżej zakresu przepływów i wyprowadzono stałą wartość poboru mocy równą 50 kWh/3,785 m³. Uwzględniając, że sprawność standardowej sprężarki wynosi około 77%, pożądany pobór mocy przez urządzenie destylacyjne o wysokiej wydajności wynosi około 65 kWh/3,785 m3. Strumień odmulin wynoszący średnio 10% strumienia zasilającego przez cały czas okresu testu, daje w rezultacie 4 współczynniki średniego stężenia (CF) z 10. Przeprowadzono kontrolę wzrokową po teście, która wykazała brak oznak osadzania się kamienia kotłowego w ogrzewanym separatorze i wyposażeniu rebojlera.

W przypadku użycia podanego urządzenia w instalacji, specjaliści z tej dziedziny mogą łatwo stwierdzić jakie ogrzewane separatory, podgrzewacze, rebojlery, pompy, kompresory lub dmuchawy będą najbardziej pożądane. Inne modyfikacje są również możliwe, a ich wprowadzenie nie powoduje odstępstwa od określonego zakresu ochrony według wynalazku.

Fig. 2

190 692

Fig. 3

190 692

Fig. 4

Fig. 5

190 692

Fig. 6

190 692

Fig. 8 s

>

u <

I-S

O >

U a

z >

J

a.

ί $

Z w

Q §

u ‘CZ3 s

os i

N

190 692

Fig.9 <5 «*>

ε

Ρ s

u >

H

CZ5

W

O

190 692

Fig.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób usuwania substancji zanieczyszczających ze strumienia zasilającego, zawierającego substancje zanieczyszczające, przy wykorzystaniu ogrzewanego separatora i wymiennika ciepła, znamienny tym, że obejmuje etapy zgodnie z którymi:

(a) wytwarza się frakcję pary z ogrzewanego separatora zasadniczo pozbawioną substancji zanieczyszczających i oddzielną frakcję zawierającą stężone substancje zanieczyszczające, (b) poddaje się sprężaniu frakcję pary dla zwiększenia temperatury tej frakcji pary powyżej temperatury ogrzewanego separatora, (c) doprowadza się frakcję pary sprężonej do kontaktu z wymiennikiem ciepła dla utworzenia destylatu skondensowanego, oraz (d) utrzymuje się powierzchnie grzejne ogrzewanego separatora i wymiennika ciepła co najmniej w kontakcie z frakcją zawierającą stężone substancje zanieczyszczające poprzez cyrkulację ciągłą frakcji zawierającej stężone substancje zanieczyszczające przez ogrzewany separator i wymiennik ciepła, przy stosunku masy cyrkulującej zawierającej stężone substancje zanieczyszczające do masy pary zawartej w tej masie cyrkulującej, od około 300 do w przybliżeniu 2, przy czym masa pary jest równa masie destylatu odzyskanego z frakcji pary sprężonej, a następnie (e) usuwa się część frakcji zawierającej stężone substancje zanieczyszczające z ogrzewanego separatora.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto obejmuje etapy, w których podgrzewa się strumień zasilający przed wytworzeniem frakcji pary w etapie (a), przy czym wymiennik ciepła jest rebojlerem, a w etapie (b) ponadto utrzymuje się strefy stabilnego wrzenia pęcherzykowego na powierzchniach grzejnych rebojlera, z utrzymaniem powierzchni wilgotnej wewnątrz tego rebojlera, a następnie zbiera się skondensowany destylat zasadniczo pozbawiony substancji zanieczyszczających.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że w następstwie utrzymania stref stabilnego wrzenia pęcherzykowego, ponadto obejmuje etapy, w których:

(i) poddaje się przesycaniu frakcję zawierającą stężone substancje zanieczyszczające, z wytrąceniem co najmniej jednego wybranego ciała stałego, (ii) filtruje się te stężone substancje zanieczyszczające, a następnie (iii) odzyskuje się co najmniej jedno wybrane ciało stałe.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że strumień zasilający przed ogrzewaniem poddaje się etapowi obróbki wstępnej.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że w trakcie etapu obróbki wstępnej przeprowadza się co najmniej jedną z operacji, takich jak filtracja, wymiana jonowa, destylacja, wytrącanie i odparowanie.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że ponadto obejmuje etap, w którym ponownie do obiegu wprowadza się frakcję zawierającą stężone substancje zanieczyszczające, odzyskaną w etapie filtrowania (ii).
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że ponadto obejmuje etap, w którym poddaje się zmianie natężenie cyrkulacji stężonych substancji zanieczyszczających.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że natężenie cyrkulacji stężonych substancji zanieczyszczających ustawia się tak, że stężone substancje zanieczyszczające stanowią od około 1% do około 50% masy pary.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że masa paty cyrkulującej wynosi około 10%.
10. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że ponadto obejmuje etapy, w których:

(f) przepuszcza się frakcję pary pochodzącej z etapu (a) przez jedną kolumnę frakcjonującą, gdy jest ona w kontakcie z refluksem destylacyjnym destylatu skondensowanego, oraz

190 692 (g) recyrkuluje się część tego destylatu skondensowanego do kolumny frakcjonującej jako refluks destylacyjny.