專利名稱:液-固接觸裝置和方法
發(fā)明的領(lǐng)域
本發(fā)明涉及液-固接觸設(shè)備和通過(guò)液固接觸作用而進(jìn)行的物理化學(xué)過(guò)程的方法。
發(fā)明的背景
離子交換和與離子交換相類似的裝置，幾乎毫無(wú)例外都是以固定床或半連續(xù)床作用的。固定床的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)是一個(gè)垂直的圓筒形容器。圓筒的底部裝有一種樹(shù)脂承載的液體收集系統(tǒng)，在樹(shù)脂水平以上則裝有一種分配系統(tǒng)。
因?yàn)橐后w在樹(shù)脂床的整個(gè)表面上必須均勻地輸送，而不能用向下的噴注，向下的噴注將擾動(dòng)床層的位面，而離開(kāi)樹(shù)脂底層的液體必須在整個(gè)床層上被均勻地收集，所以分配和收集系統(tǒng)在這類設(shè)計(jì)中是十分重要的。
雖然固定床系統(tǒng)用得最為廣泛，但它們?nèi)源嬖趲追N明顯的弊病。一種是離子交換反應(yīng)僅僅發(fā)生在交換區(qū)的樹(shù)脂部分，因此交換區(qū)以上的樹(shù)脂是不起作用的，而交換區(qū)以下的樹(shù)脂甚至沒(méi)有使用，因此并不奇怪，在固定床交換柱里的樹(shù)脂總量大大地大于任何時(shí)候的需要量，另外，因?yàn)樵诮粨Q柱里的樹(shù)脂必須周期地清洗和再生，所以要浪費(fèi)大量的無(wú)用的停工時(shí)間。最后，因?yàn)榘l(fā)生交換過(guò)程的流體，當(dāng)它沿著交換柱流下時(shí)，能與樹(shù)脂交換的離子濃度逐漸降低，所以濃度梯度也隨之降低，從而離子交換反應(yīng)的效率也相應(yīng)降低。
雖然通過(guò)平行連接幾個(gè)固定床交換柱可以使固定床離子交換過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，這時(shí)，讓再生在一個(gè)交換柱中進(jìn)行，而離子交換反應(yīng)則在另外的一個(gè)或幾個(gè)柱中進(jìn)行。但是這樣的交換系統(tǒng)仍不能令人滿意。具體地說(shuō)，這種由多個(gè)固定床交換柱組成的系統(tǒng)仍然具有單個(gè)固定床交換柱所固有的許多弊病，例如，實(shí)際交換區(qū)的容積有限。樹(shù)脂的用量比任何時(shí)候?qū)嶋H的需要量多得多。另外，盡管通過(guò)組合兩個(gè)或兩個(gè)以上固定床交換柱可以把濃度梯度降低的問(wèn)題減輕到一定程度(以新鮮離子交換液輸入這些交換柱中的每個(gè)交換柱中)，但是，由于前面提到的交換柱中的樹(shù)脂用量比任何時(shí)候?qū)嶋H需要的樹(shù)脂量要多得多，在每一個(gè)單個(gè)交換柱內(nèi)的反應(yīng)動(dòng)力仍是大大降低。
傳統(tǒng)的固定床樹(shù)脂交換系統(tǒng)另外一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是這些系統(tǒng)比較難以適應(yīng)復(fù)雜的離子交換過(guò)程。具體地說(shuō)，交換要在已有的一組交換柱系統(tǒng)中加進(jìn)那怕一個(gè)交換柱也要安裝相當(dāng)復(fù)雜的閥門裝置，
這些閥門裝置要能夠使輸入料適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行混合。而輸入料可以是從系統(tǒng)外面來(lái)的新鮮料，一個(gè)或多個(gè)已經(jīng)在系統(tǒng)中的交換柱的排出液，新鮮和循環(huán)料的混合物或者甚至根本一點(diǎn)輸入料也沒(méi)有。
同樣，在交換柱的出料端，也必須裝上閥門，這樣才能夠從系統(tǒng)中清除交換柱的排出液，直接把排出液循環(huán)返回到一個(gè)或多個(gè)別的交換柱中去，把它和一種或多種別的輸入液或循環(huán)流混合而進(jìn)入另外一個(gè)交換柱?；蛘呤且陨喜僮鞯娜魏谓M合。熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人馬上就可以理解，一個(gè)由10個(gè)交換柱組成的、它們中的每一個(gè)與其余的交換柱都有一個(gè)特定的進(jìn)料和出料的關(guān)系的系統(tǒng)需要一種極其錯(cuò)綜復(fù)雜的閥門系統(tǒng)。同樣不言而喻的是，在有10個(gè)交換柱的過(guò)程中，操作條件的任何微子的改變也可能要求對(duì)閥的安排作艱巨的處理。
人們研制的一種連續(xù)接觸器或?qū)嶋H上的半連續(xù)接觸器解決了上面指出的某些問(wèn)題。在這些系統(tǒng)中，樹(shù)脂和溶液是相互逆向通過(guò)的，可以按需要為排出、再生和所要求的中間清洗建立穩(wěn)態(tài)區(qū)，因此樹(shù)脂的用量可以減少到等于工作容積加上互相連接的樹(shù)脂傳遞系統(tǒng)的容積之和。但是，即使用了這種經(jīng)過(guò)改良的方法，液流還是必須周期地中斷而得不到真正的連續(xù)輸料和出料，即還是不能得到一個(gè)真正的穩(wěn)態(tài)斷面。
連續(xù)接觸器一般采取脈沖柱或流化床形式。在脈沖柱中，借助于真空或施加周期性的壓力，樹(shù)脂通過(guò)接觸區(qū)時(shí)作向上或向下的運(yùn)動(dòng)。溶液在脈沖之間流過(guò)樹(shù)脂。在流化床系統(tǒng)中，與非束縛樹(shù)脂發(fā)生交換。樹(shù)脂可以逆著上行流而在一阻流柱中落下或者在攪拌室內(nèi)發(fā)生交換，或者在攪拌的水槽器發(fā)生交換。在此水槽里或攪拌室內(nèi)，樹(shù)脂被機(jī)械力驅(qū)動(dòng)逆著溶液的流向而向前運(yùn)動(dòng)。
連續(xù)接觸器具有許多超過(guò)固定床型的優(yōu)點(diǎn)，其中比較明顯的一種是比較有效地利用了樹(shù)脂，此外，在連續(xù)接觸器里能夠處理很濃的溶液，且它所能處理的體積也比固定床反應(yīng)器所能處理的體積多得多。保持進(jìn)入連續(xù)接觸器的固定溶液的均勻分布以及從連續(xù)接觸器收集產(chǎn)出的溶液的必要性是這類系統(tǒng)一種潛在的主要缺點(diǎn)。而當(dāng)運(yùn)用脈沖床系統(tǒng)時(shí)，樹(shù)脂的機(jī)械破碎和需要大量機(jī)械閥又往往成為問(wèn)題。
盡管通過(guò)連續(xù)接觸系統(tǒng)能夠達(dá)到樹(shù)脂的較有效的利用，但是效率不高的本質(zhì)缺點(diǎn)仍然存在，具體地說(shuō)，例如脈沖床里的增量其大小必然是有限的，所以任一增量中的反應(yīng)平衡并不總是有利的。這種化學(xué)效率的損失部分是由于樹(shù)脂在每個(gè)脈沖期間局部地重新分級(jí)。當(dāng)然增量太小也是不太切合實(shí)際的。
發(fā)明的目的和概要
鑒于上述工藝和設(shè)備的局限性、缺點(diǎn)以及上面沒(méi)有專門提到的其他不定之外，很明顯，在技術(shù)上仍然需要一種能以最少量的襯底材料達(dá)到高程度的化學(xué)反應(yīng)效率的連續(xù)接觸器。因此本發(fā)明主要目的是提供一種連續(xù)接觸器工藝和設(shè)備，來(lái)滿足這種需要。這種連續(xù)設(shè)備把靜止輸入流流入一系列的旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器里來(lái)模擬樹(shù)脂系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的另外一種目的是提供固-液接觸方法和設(shè)備，不需要復(fù)雜的閥門裝置，不中斷輸入、排出、再生和洗滌液流的流動(dòng)而能夠達(dá)到連續(xù)操作。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供固液接觸設(shè)備和方法不用過(guò)多的拆卸或改裝設(shè)備就能夠比較容易地用來(lái)進(jìn)行多種工藝過(guò)程。
本發(fā)明還有另外一種目的，那就是提供一種固液接觸方法和設(shè)備，在其中溶液對(duì)新鮮樹(shù)脂的接觸面達(dá)到最大化。而溶液對(duì)用過(guò)樹(shù)脂的接觸面達(dá)到最小化。
本發(fā)明另外一種目的是提供一種液固接觸方法和設(shè)備，在其中與柱襯底相互作用的新鮮液體可以在中間階段引入。
本發(fā)明另一目的是提供一種離子交換或吸附系統(tǒng)，在其中出料轉(zhuǎn)移反應(yīng)是最佳化的。
根據(jù)本發(fā)明的一種最佳實(shí)施范例，使用液固接觸設(shè)備來(lái)完成這些目的。這種液固接觸設(shè)備包括安裝得可以圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)的多元容器。這些容器適合于容納固體粒狀材料，如一種離子交換樹(shù)脂。液體是通過(guò)容器上面與閥門裝置相連接的導(dǎo)管分別地加到這些容器的頂部。類似地，容器下面，有導(dǎo)管連接每個(gè)室的下端，所用閥門裝置也與上面的相似。這些閥門裝置包括具有槽的可移動(dòng)平板。當(dāng)平板與旋轉(zhuǎn)體一道旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些槽復(fù)蓋或不復(fù)蓋進(jìn)口，通過(guò)變化平板上槽的大小和槽的位置，可以以預(yù)定的方式控制從供應(yīng)導(dǎo)管到容器和從容器到排出導(dǎo)管的流體的流動(dòng)。液體流入和流出容器時(shí)間的長(zhǎng)短是容器圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)。
對(duì)于進(jìn)行連續(xù)處理多種液流的方法也具有相類似的特征，其工藝步驟包括通過(guò)容器的旋轉(zhuǎn)以預(yù)定的方式使液體流輸入和輸出一只只容器。因此，可以處理多種液流，而一個(gè)個(gè)工藝步驟也得以連續(xù)地進(jìn)行。

現(xiàn)以附圖來(lái)說(shuō)明和闡述本發(fā)明的最佳實(shí)施范例，其中
圖1是液-固接觸設(shè)備第一個(gè)實(shí)施范例的投影圖。
圖2所示是圖1中的設(shè)備零件分解圖。
圖3是為進(jìn)行設(shè)想的工藝過(guò)程而設(shè)計(jì)的一種改進(jìn)設(shè)備的示意圖。
圖4是本發(fā)明設(shè)備第三種實(shí)施范例的部分截面?zhèn)纫晥D。
圖5是圖4中設(shè)備部分截面放大的側(cè)視圖。
圖6是圖4中設(shè)備俯視平面圖。
圖7是圖4中設(shè)備入口閥門裝置局部剖視放大正視圖。
圖8是圖7中沿著線8-8的圖4中設(shè)備的俯視圖。
圖9是在圖7中沿著線9-9的圖4中設(shè)備的閥門裝置的俯視圖。
這里所有的圖都僅僅是用作說(shuō)明的，顯而易見(jiàn)，根據(jù)本發(fā)明的基本概念，作出各種各樣的改變和修改完全是可能的，因此都是屬于本發(fā)明的基本范圍之內(nèi)的。
最佳實(shí)施范例的詳細(xì)說(shuō)明
現(xiàn)根據(jù)3個(gè)最佳實(shí)施范例，即在圖1，圖2和圖4-9中所示的設(shè)備來(lái)描述本發(fā)明。用圖3的示意圖來(lái)敘述一個(gè)可以使用本發(fā)明的裝置的典型工藝。盡管本發(fā)明的第一種實(shí)施范例在此通稱為一種先進(jìn)的分離器，但它有比分離器更為廣泛的應(yīng)用。不過(guò)，為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，還是把本最佳實(shí)施范例稱為先進(jìn)的分離器，圖1中標(biāo)有數(shù)字10的地方就是這種先進(jìn)分離器。
驅(qū)動(dòng)馬達(dá)12和減速器14使先進(jìn)的分離器10或者至少它的部分按箭頭方向A轉(zhuǎn)動(dòng)。馬達(dá)12通過(guò)傳動(dòng)軸16聯(lián)接到減速器14，驅(qū)動(dòng)輸出傳動(dòng)軸18從減速器14伸出。圖1還示出了驅(qū)動(dòng)輸出傳動(dòng)軸18是通過(guò)聯(lián)軸裝置22與主驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸20聯(lián)接的。不言而喻，采用其它方法也是可以使分離器10轉(zhuǎn)動(dòng)的。例如，人們可以選擇圓周傳動(dòng)，或齒輪傳動(dòng)而不用本實(shí)施范例中的傳動(dòng)軸型傳動(dòng)。不論傳動(dòng)裝置采用何種專門的結(jié)構(gòu)都仍然屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。另外，旋轉(zhuǎn)的方向可以是順時(shí)針?lè)较蛞部梢允悄鏁r(shí)針?lè)较?，取決于具體的操作要求。
仍請(qǐng)參考圖1，可以看出本發(fā)明的先進(jìn)的分離器包括一個(gè)進(jìn)料箱24。進(jìn)料箱具有固定在它的下流側(cè)的一個(gè)上定時(shí)冠26，一個(gè)上分配冠28是可以活動(dòng)的，它就緊挨著放在上定時(shí)冠26的下面，并固定在分配箱30的頂上。安裝在分配箱30的下流的是分離器主體32。分離器32通過(guò)多個(gè)上導(dǎo)管34與分配箱30形成流體連通關(guān)系(相連接)。分離器主體32的下流是多個(gè)下導(dǎo)管36。下導(dǎo)管36把分離器主體32與收集箱38連接起來(lái)形成流體連通關(guān)系。下分配冠40固定在收集箱38的下流側(cè)，與下定時(shí)冠42緊挨在一起。下分配冠40是可以活動(dòng)的。固定地連接在下定時(shí)冠42的下流側(cè)的是出料箱44。
從圖中可以看出，多個(gè)夾緊裝置46是用來(lái)保持上定時(shí)冠26與上分配冠28及下分配冠40與下定時(shí)冠42的相對(duì)位置的。不言而喻，夾緊裝置46也可以用其他等效的機(jī)械方法如實(shí)心環(huán)裝置等。本發(fā)明的范圍，在這方面是不受限制的。重要的是夾緊裝置46或它們的等效機(jī)械方法如實(shí)心環(huán)裝置等。本發(fā)明的范圍，在這方面是不受限制的。重要的是夾緊裝置46或它們的等效機(jī)械裝置能保持構(gòu)件26和28以及40和42的相對(duì)位置，同時(shí)又允許上分配冠28和下分配冠40及放入其間的所有構(gòu)件相對(duì)于分離器10的其余構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢钥闯觯瑢?duì)上定時(shí)冠26和上分配冠28的對(duì)接面以及下分配冠40和下定時(shí)冠42那些相應(yīng)的對(duì)接面提供減少摩擦和耐磨損的措施也是需要的。例如這些對(duì)接面可以涂上聚合化合物象聚丙稀，或者提供減少磨損的耐磨密封。另外，平板之一可以完全由聚合物材料構(gòu)成，而與聚合物平板接觸的另一塊平板可以由硬質(zhì)材料構(gòu)成，如不銹鋼或其他金屬材料。然而由于上分配冠28，下分配冠40和所有它們之間的結(jié)構(gòu)構(gòu)件要旋轉(zhuǎn)，所以這些構(gòu)件與驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸20就需要通過(guò)合適的機(jī)械裝置配備成傳動(dòng)關(guān)系，這個(gè)合適的機(jī)械裝置對(duì)于有這方面的技術(shù)知識(shí)的人是不用再詳細(xì)敘述的。相似地，由于進(jìn)料箱24、上定時(shí)冠26、下定時(shí)冠42和出料箱44是靜止的，所以它們與主驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸20不是以傳動(dòng)關(guān)系連接的。顯然，對(duì)于先進(jìn)分離器10需要一種支撐結(jié)構(gòu)或支架，但是這里不加說(shuō)明，因?yàn)橹谓Y(jié)構(gòu)本身并不屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
最后，再看一看圖1，從圖1中可以看出，有多個(gè)輸入口導(dǎo)管48裝配在輸料箱24的頂部以便讓流體進(jìn)入分離器10進(jìn)行處理。而為了排去處理過(guò)的流體，有相應(yīng)的輸出口導(dǎo)管50裝配在出料箱的底部。正如后面將詳細(xì)指出的那樣，雖然作為說(shuō)明用的分離器10上只有4根輸入導(dǎo)管48和4根輸出導(dǎo)管50，本發(fā)明的范圍并不限于只是4個(gè)輸入液流和4個(gè)輸出液流，實(shí)際上可以有許多輸入液流和輸出液流，這些都屬于本發(fā)明的范圍。在對(duì)分離器10陳述了它的最佳基本結(jié)構(gòu)之后，為了進(jìn)一步詳細(xì)敘述各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，現(xiàn)在請(qǐng)參看部件分解圖圖2。
輸入料箱24為圓筒形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部劃分為4個(gè)料箱室52、54、56和58。這些料箱室52-58是由輸入料箱24的壁和料箱間壁60形成的，進(jìn)口螺紋接套62與每個(gè)料箱室之間形成液體連通關(guān)系，而每個(gè)料箱室底部是敞開(kāi)的。圖1中的輸入導(dǎo)管48分別與對(duì)應(yīng)的進(jìn)口螺紋接套62相連接。
固定在進(jìn)料箱24底部的是上定時(shí)冠26。從圖2中可以清楚地看出，上定時(shí)冠包括輸料槽64、66、68和70分別與料箱室52、54、56和58形成對(duì)應(yīng)的流體連通關(guān)系。
裝配在上定時(shí)冠26下流的是上分配冠28，它是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的。如本實(shí)施范例所指出的那樣，上分配冠28包括多個(gè)上分配槽72。因?yàn)樯戏峙涔?8是固定在旋轉(zhuǎn)的主驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸20上，所以能夠看出上分配槽72中至少有一個(gè)與輸料槽64、66、68和70中的至少一個(gè)進(jìn)入流體連通關(guān)系。分配箱30是固定在分配冠28的下流側(cè)而且分隔成許多分配室74，其中每個(gè)室與對(duì)應(yīng)的上分配槽72構(gòu)成流體連通關(guān)系。與料箱結(jié)構(gòu)24的方式相似，分配室74也是由分配箱的間隔76分隔而成的。流出螺紋接套78從分配箱30下流側(cè)伸出來(lái)并與每個(gè)分配室構(gòu)成流體連通關(guān)系。不言而喻，也能用其他合適的方法來(lái)收集從分配槽72來(lái)的流體，并把它傳送到分離器的下一部分。
分離器的主體32，一般也是圓筒形而且分隔成許多工作室80，每個(gè)工作室與分配室74是一一對(duì)應(yīng)的。工作室80部分由分離器主體間隔82間隔而成。有許多接收螺紋接套84裝配在分離器主體32的頂部使接收螺紋接套84中的每一個(gè)與對(duì)應(yīng)的工作室80之一構(gòu)成流體連通關(guān)系。對(duì)應(yīng)的出料螺紋接套86則裝配在分離器主體32的底部。至此應(yīng)指出上導(dǎo)管34是配備在對(duì)應(yīng)的接收螺紋接套84和輸出螺紋接套78的一對(duì)對(duì)之間以便將從分配箱30來(lái)的流體輸送到分離器主體32中。雖然圖中分離器主體32是具有許多間隔82的圓筒形容器，不言而喻，也可以用圓筒用來(lái)代替每個(gè)間隔部分，或者在分離器區(qū)域中也可以使用一個(gè)個(gè)三角形室。
裝配在分離器主體32下流的是收集箱38，它的結(jié)構(gòu)基本上是分配箱30的一種鏡象結(jié)構(gòu)。收集箱38內(nèi)分成許多收集室88，收集室的每一個(gè)至少部分地由收集箱間隔90所形成。多個(gè)收集螺紋接套92裝配在收集箱38的頂上，每個(gè)螺紋接套92與對(duì)應(yīng)的收集室88之一形成流體連通關(guān)系。如圖1示，出料螺紋接套86與對(duì)應(yīng)的收集螺紋接套92中之一通過(guò)下導(dǎo)管36形成流體連通關(guān)系。
與收集箱38是分配箱30的鏡象一樣，下分配冠40、下定時(shí)冠42和出料箱44也分別是上分配冠28、上定時(shí)冠26和輸入料箱24的鏡象。下分配冠40是固定在收集箱38的下流端的，它并具有多個(gè)下分配槽94。上述下分配槽94的每一個(gè)與對(duì)應(yīng)的收集室88之一形成流體連通關(guān)系。相似地，下定時(shí)冠42也具有下出料槽96、98、100和102，在上述出料槽96、98、100和102中，至少有一個(gè)與上述下分配槽94中的至少一個(gè)形成流體連通關(guān)系。
出料箱44是固定在下定時(shí)冠42的下流側(cè)，并且被分成出料室104、106、108和110，這些室由出料箱的壁和出料箱間隔所形成。最后，每個(gè)出料室104、106、108和110裝配有出料螺紋接套114，從這里，處理過(guò)的流體可以通過(guò)圖1中所示的輸出導(dǎo)管排出。
在上定時(shí)冠26和上分配冠28以及下分配冠40和下定時(shí)冠42之間的密封可以用碳質(zhì)、聚丙烯或另外一些物質(zhì)的O型環(huán)或帶組成，究竟用哪一種材料取決于加工流體的性質(zhì)。分離器主體32的工作室80為了要進(jìn)行所要求的分離或過(guò)濾，充有離子交換樹(shù)脂或別的合適的介質(zhì)。通常，在每個(gè)工作室80的頂部和底部設(shè)置著多孔板。過(guò)濾布或過(guò)濾網(wǎng)以防止分離器介質(zhì)溢出來(lái)。其他材料如玻璃珠可以用來(lái)進(jìn)一步支承樹(shù)脂。
兩端分別以上分配冠28和下分配冠40為界的分離器10的那些構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)，其作用是分配輸入溶液，漿或氣體使依次進(jìn)入分離器主體32的各工作室80。分離器10的旋轉(zhuǎn)速度將由加工流體的性質(zhì)，裝在分離器主體32內(nèi)的分離介質(zhì)和通過(guò)分離器的壓力降來(lái)決定。使用較高的增壓將會(huì)加速流體的流動(dòng)，而且能允許分離器10以較高的速度旋轉(zhuǎn)(相對(duì)于低的或環(huán)境增壓而言)。原來(lái)的設(shè)想是先進(jìn)的分離器10將以每小時(shí)1～30轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，但旋轉(zhuǎn)速度的范圍還可以擴(kuò)大，這取決于工藝過(guò)程的條件。因此可以清楚地看出，本發(fā)明的先進(jìn)分離器10提供了一種真正的連續(xù)分離操作，因?yàn)樗械募庸ち黧w和洗滌流體都可以連續(xù)地輸入和取出。
圖1的設(shè)備，通過(guò)改變輸入導(dǎo)管48和輸出導(dǎo)管50之間的外部連接和提供合適的上定時(shí)冠26和上分配冠28以及下分配冠40和下定時(shí)冠42，可以允許進(jìn)行多種加工工藝。
如上面所指出的那樣，根據(jù)具體的加工工藝要求，分離器主體32內(nèi)的工作室的數(shù)量是能夠增加和減少的。為了解釋本發(fā)明的新的概念，在圖3中提出了一種設(shè)想的工藝系統(tǒng)。圖3中的設(shè)備包括10個(gè)固定的輸入料口和14個(gè)離子交換室。設(shè)想先進(jìn)的分離器系統(tǒng)(ASD系統(tǒng))概念時(shí)，忽視旋轉(zhuǎn)的單獨(dú)的離子交換室而把分離器主體看作為一種無(wú)限的離子交換樹(shù)脂源是有幫助的。從加工工藝的角度看，分析是以于固定的輸入料口和出料口為基礎(chǔ)的。把注意力集中在固定口上，并且認(rèn)為運(yùn)動(dòng)的樹(shù)脂室是新吸附劑的無(wú)限源，這樣加工工藝過(guò)程的概念化就得以簡(jiǎn)化了。
參考圖3，含有化合物“A”的一種溶液在“3T”(頂)的位置輸入料箱。這個(gè)例子的目的是從原料溶液中除去“A”，而以“B”來(lái)代替。
原料液通過(guò)輸入料箱再經(jīng)過(guò)定時(shí)冠和分配冠(26及28)界面而進(jìn)入分配箱。溶液在分離器主體內(nèi)穿過(guò)樹(shù)脂，分離器主體是從加料位置“3T”接收流體的，此時(shí)就發(fā)生化合物“A”與事先加到樹(shù)脂上的化合物“B”的交換。為了能盡可能簡(jiǎn)單地說(shuō)明它對(duì)工藝過(guò)程的通用性，采用的是一種逆流方法。溶液離開(kāi)此接觸級(jí)后通過(guò)出口3B(底部)作為液流2流出。在這樣的系統(tǒng)中，為了加大推動(dòng)力可以使用逆流方法。液流2能夠輸入到位置“4T”，在4T處，它將與進(jìn)來(lái)的新鮮樹(shù)脂或再生樹(shù)脂接觸。很顯然這樣的接觸方法能夠用來(lái)增強(qiáng)其它工藝過(guò)程所不及的離子交換熱動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)。
溶液從位置“4T”穿過(guò)分離器主體后作為處理過(guò)的溶液-液流3從位置“4B”流出。這種處理過(guò)的溶液現(xiàn)在含有化合物“B”和很少的化合物“A”，化合物“A”現(xiàn)在主要在樹(shù)脂上。
在典型系統(tǒng)中，原料液用水洗法回收。液流4可以用來(lái)“推出”任何剩余的原料液。這種殘存原料液是當(dāng)原料液在原料箱系統(tǒng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)被帶在樹(shù)脂里的。洗滌水通過(guò)5加到逆流液流中或者可對(duì)洗滌水單獨(dú)地進(jìn)行處理。
當(dāng)分離器主體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，所涉及的樹(shù)脂室在位置“1”的下面時(shí)，洗滌水允許排出返回到洗滌水系統(tǒng)(液流6)。
分離器主體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，一給定數(shù)量的樹(shù)脂進(jìn)入再生系統(tǒng)。這些樹(shù)脂在此地與再生流體液流7接觸，再生流體中含有化合物“B”。這種化合物將被用來(lái)代替樹(shù)脂上的化合物“A”。這樣就完成了離子交換過(guò)程。液流7通過(guò)位置“8T”進(jìn)入，并且以逆流方式穿過(guò)用過(guò)的樹(shù)脂。三級(jí)逆流接觸(三級(jí)僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的目的)表明，用ASD系統(tǒng)可以達(dá)到多方面的適用性。另外，洗滌液流(液流10)可用來(lái)回收任何再生的流體。
在此例中，再生流體料室的出料液流8與排出物和洗滌水液流9和11混合在一起以逆流形式作為液流12向前加入到加料位置“9T”，從這個(gè)接觸步驟出來(lái)的流體從出口“9B”排出后作為液流13再次向前加到位置“10T”。這最后一步接觸確保了最大動(dòng)力使用過(guò)的再生流體14中含有非常少的化合物“B”。
由于分離器主體是由周密考慮的離子交換樹(shù)脂室組成，而且因?yàn)樗械牧鲃?dòng)是真正連續(xù)的，所有的樹(shù)脂在所有情況下都起到了某種工藝作用，即“沒(méi)有起作用”的樹(shù)脂是非常少的。樹(shù)脂被進(jìn)行了洗滌、再生、加載或排出等。因此對(duì)先進(jìn)分離器系統(tǒng)ASD來(lái)說(shuō)，總樹(shù)脂需要量比脈沖床或固定床系統(tǒng)所需要的樹(shù)脂量為少。
具有這方面的技術(shù)知識(shí)的人將會(huì)懂得，上面對(duì)工藝過(guò)程概念的描述僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的目的。用先進(jìn)分離器系統(tǒng)能夠設(shè)計(jì)出極其復(fù)雜的交換工藝過(guò)程，并且可以以非常簡(jiǎn)捷的方式來(lái)進(jìn)行操作。
因此先進(jìn)分離系統(tǒng)工藝方法的一個(gè)重要的方面是，系統(tǒng)的復(fù)雜程度不再是對(duì)離子交換過(guò)程的一種限制因素。由于基本過(guò)程的操作是連續(xù)的，增加過(guò)程的復(fù)雜性只不過(guò)增加一些泵和一些管道而已。
同固定床或脈沖床系統(tǒng)的方法相比，這是一種根本不同的方法。在固定床或脈沖床系統(tǒng)中，當(dāng)工藝過(guò)程變得比較復(fù)雜時(shí)，設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜性也大大增加。而且實(shí)際上設(shè)備復(fù)雜性的增加不是線性的。因此，在傳統(tǒng)的固定床或脈沖床系統(tǒng)中，工藝過(guò)程的復(fù)雜性加一倍，將會(huì)造成實(shí)際的設(shè)備系統(tǒng)的復(fù)雜性不止增加一倍的情況，而這種情況在ASD系統(tǒng)中是沒(méi)有的。
本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例在圖4-9中表示出來(lái)。如圖4、5和6所示，本設(shè)備包括支承垂直驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸146的矩形框架144，旋轉(zhuǎn)體148裝在傳動(dòng)軸上可以繞軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)體固定在傳動(dòng)軸上，而軸是由裝在框架144上的馬達(dá)150驅(qū)動(dòng)的。多個(gè)圓筒形容器152是垂直裝配在旋轉(zhuǎn)體148上的。如圖6所示，容器是以交錯(cuò)關(guān)系圍繞旋轉(zhuǎn)體圓圍而排列的。在此實(shí)施范例中，有30個(gè)容器，應(yīng)該注意，除了圓筒形室以外，其他的幾何形狀例如三角形的，不規(guī)則四邊形的等等，也能夠用來(lái)裝盛吸附劑，究竟用哪種幾何形狀取決于尺寸的大小等考慮。根據(jù)要進(jìn)行的具體的工藝過(guò)程，每個(gè)容器用樹(shù)脂或另外合適的固體材料填充在內(nèi)。如圖5左邊所示的剖面，固體材料154是填充到容器高度的大約一半。在每個(gè)容器上都裝配有通過(guò)容器頂加進(jìn)和移去固體料的裝置。分別在每個(gè)容器152的頂部和底部裝有管接頭156和158。在驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸146上裝配有上閥門體166和下閥門體162。導(dǎo)管164和166把閥門體160和162與各自的上下管接頭156和158相連接，供應(yīng)導(dǎo)管168是裝配在框架144的上部，從閥門體160朝上伸出來(lái)，類似地，出料導(dǎo)管170，從下閥門體162向下伸向框架144。
如圖4所示，導(dǎo)管168和170以傳統(tǒng)方式相互連接，以便依次提供所希望的流體。在圖4中，171表示裝配的泵。這些泵與圖3所示的泵125相對(duì)應(yīng)。要處理的溶液，稱為溶液A，是從圖4示意圖中的源來(lái)供給的，而用于再生處理材料的溶液稱為溶液B，由圖4示意圖所示的另一個(gè)源供給的，如果必要可以裝配一些合適控制閥，這些閥門，圖中沒(méi)有表示出來(lái)。
參考圖7，上閥門體160包括一個(gè)扁環(huán)形的靜止(固定)頭172，它是和傳動(dòng)軸146為同心的。固定頭172是支撐在裝配支架174上的(支架174由框架144向下伸出)而且通過(guò)軸承176與傳動(dòng)軸146銜接。管接頭177以等距離的空間位置，環(huán)繞固定頭172周邊裝配。對(duì)應(yīng)于圖2的上定時(shí)冠26并且最好以合適的塑料如聚丙烯制成的可拆卸的耐磨損平板178是固定在固定頭172的下面。如圖8所示，耐磨損板有開(kāi)孔199，這些開(kāi)孔與固定頭172上的管接頭177匹配。一個(gè)內(nèi)定位器法蘭180和一個(gè)外定位器法蘭182通螺栓184固定在固定頭上。
旋轉(zhuǎn)頭186，對(duì)應(yīng)圖2的上分配箱28是通過(guò)滾珠軸承188支承在定位環(huán)之間的。旋轉(zhuǎn)頭包括一根管接頭190，管接頭上裝有導(dǎo)管164。這導(dǎo)管把液體輸送到容器152中之一的容器中。旋轉(zhuǎn)是通過(guò)傳動(dòng)軸192傳給旋轉(zhuǎn)頭186的。傳動(dòng)軸把旋轉(zhuǎn)頭與傳動(dòng)平板194連接在一起。驅(qū)動(dòng)平板194則固定在驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸146上，并與傳動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。放入旋轉(zhuǎn)頭186和平板178之間的是閥封閉板196。閥封閉板196固定在旋轉(zhuǎn)頭186上，以便它與旋轉(zhuǎn)頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)。閥封閉板196上有開(kāi)孔198，根據(jù)要進(jìn)行的具體的工藝過(guò)程，通過(guò)閥封板把液體從靜止供應(yīng)導(dǎo)管168供給容器152，開(kāi)孔198根據(jù)需要排列成一定的式樣。
在圖8和9中分別畫出了一種典型的耐磨損板178和閥封閉板196的式樣。從中可知，在工藝過(guò)程中保持靜止的耐磨損平板178上有20個(gè)相同的開(kāi)孔和窗口198，它們與表示在圖6中的固定供應(yīng)的導(dǎo)管168之一相對(duì)應(yīng)。當(dāng)然，多一些窗口或較少一些窗口數(shù)，這取決于要進(jìn)行的工藝過(guò)程的特定要求，當(dāng)在部分循環(huán)期間要求充有樹(shù)脂的樹(shù)脂室可以排出時(shí)，窗口198的一個(gè)或多個(gè)沒(méi)有流體供應(yīng)也是可能的。
圖9所示的旋轉(zhuǎn)閥封閉平板196配有30個(gè)槽190，它們的每一個(gè)與一特定的樹(shù)脂填充室152相對(duì)應(yīng)。由于僅有20個(gè)可以供給輸入料的窗口198，所以，很顯然液體流過(guò)每個(gè)窗口是不間斷的，即，在任何規(guī)定的時(shí)間在窗口下總是有一個(gè)或一個(gè)以上槽(從而也是室)起作用。另外，從槽190和窗口198的相對(duì)配位來(lái)看，很顯然，每個(gè)槽與窗口成流體連通關(guān)系，其時(shí)間為2個(gè)時(shí)間增量;繼之以脫出液體連通關(guān)系的一個(gè)時(shí)間增量。只要閥封閉板196的旋轉(zhuǎn)速度保持恒定，這種規(guī)范模式反復(fù)出現(xiàn)在ASD分離器整個(gè)操作過(guò)程中。
當(dāng)然，在任何時(shí)間內(nèi)都沒(méi)有必要要求許多室與供應(yīng)導(dǎo)管不成流體連通關(guān)系。因此，在圖3和前面敘述的A/B離子交換過(guò)程中，在任何一段時(shí)間里，由于裝配了10個(gè)料箱1T-10T，所以14個(gè)充有樹(shù)脂的樹(shù)脂室32中的10個(gè)是起作用的。另外，有一點(diǎn)也是很明顯的，窗口的相對(duì)尺寸不是一定要固定的，各窗口大小是可以不同的，這取決于工藝過(guò)程的要求。窗口、溝槽和室的尺寸大小和數(shù)量當(dāng)然取決于具體的工藝過(guò)程。另外，流體流到每個(gè)窗口的速度也是可以不同的。這樣的裝置相當(dāng)于變換直徑的交換柱。
為了防止液體在固定頭172和耐磨損平板之間漏出，配備了一種合適的襯墊材料。類似地，在定位法蘭180，182和固定耐磨損平板178之間也配備了一種襯墊材料。在旋轉(zhuǎn)閥平板196和耐磨損平板178之間，也可以配備一種合適的密封裝置。除掉傳統(tǒng)的密封以外，還在固定頭172里安排了一些真空口200(或者干脆不用傳統(tǒng)的密封)。這些口與真空源202(圖4)連通，以便抽出有可能漏入旋轉(zhuǎn)閥平板和靜止耐磨損平板之間的交會(huì)處的任何液體。
如上所述，除了下分配閥門組件162和圖6所示的方向顛倒以及它具有位于旋轉(zhuǎn)頭下面的靜止頭以外，它和上閥門組件160的結(jié)構(gòu)是相同的。在其它所有方面，下閥門組件與圖6中所示的閥門組件具有相同的結(jié)構(gòu)。然而，一般來(lái)說(shuō)，底閥門組件的相對(duì)角位置與上閥門組件稍微有一些偏移，這是考慮到樹(shù)脂室的旋轉(zhuǎn)和在上述樹(shù)脂室中的流體略有滯留的緣故。
在操作過(guò)程中，圖4-8的設(shè)備具有各自輸入供應(yīng)管168，這些管子根據(jù)要進(jìn)行的具體的工藝過(guò)程，與合適的洗滌溶液和試劑溶液源相連接。與此類似，按工藝過(guò)程的要求，出料導(dǎo)管170，與排出或循環(huán)通道相連接。啟動(dòng)馬達(dá)150使旋轉(zhuǎn)體148轉(zhuǎn)動(dòng)。
盡管以上只對(duì)最佳實(shí)施范例作了專門的說(shuō)明和描述，但是不言而喻，根據(jù)以上的資料對(duì)本發(fā)明作出許多各種各樣的改進(jìn)和改變完全是可能的。只要不偏離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍，都應(yīng)歸于本發(fā)明的權(quán)利要求
范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種連續(xù)不斷地把流體輸送過(guò)離子交換室內(nèi)的離子交換介質(zhì)的流體接觸裝置，此裝置具有控制通過(guò)上述離子交換室的流體的閥門裝置。此閥門裝置也能控制上述離子交換室的離子交換介質(zhì)的再生。本發(fā)明的特征是把許多離子交換室裝配在一起圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)；同時(shí)裝配有與離子交換室的數(shù)目相對(duì)應(yīng)的許多收集口和分配口。分配口和收集口裝配得與離子交換室一起圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)并且和各離子交換室單獨(dú)地(分別地)形成流體接通關(guān)系；裝配有許多靜止輸料口和許多靜止的出料口，當(dāng)離子交換室圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們以預(yù)定的程序控制進(jìn)入離子交換室的供給流體和從離子交換室流出的流體。
2、按照權(quán)利要求
1中的流體接觸裝置，其中所述的靜止輸料和出料口是分別由輸料箱和上定時(shí)冠以及出料箱和下定時(shí)冠確定劃分成的。定時(shí)冠在所述的眾多靜止口和所述的眾多旋轉(zhuǎn)口之間形成一個(gè)界面。
3、根據(jù)權(quán)利要求
2的流體接觸裝置，其中所述輸入箱和出料箱各自由分隔成多個(gè)縱向室的一個(gè)圓筒所組成，這些圓筒各自有一端具有與上述縱向室形成接通關(guān)系的許多輸入或出料導(dǎo)管，而另一端與上述定時(shí)冠重疊，該定時(shí)冠上有與輸入箱或出料箱室形成對(duì)應(yīng)的流體接通關(guān)系的許多輸入或出料槽。
4、根據(jù)權(quán)項(xiàng)2的流體接觸裝置，其中所述的分配箱和收集箱各自由分隔成許多縱向室的圓筒組成。圓筒各自有一端具有與上述縱向室形成對(duì)應(yīng)的流體接通關(guān)系的許多分配導(dǎo)管或收集導(dǎo)管，而另一端與該上或下分配冠重疊，該分配冠上各自有與該收集箱室或分配箱室形成對(duì)應(yīng)流體連通關(guān)系的許多分配槽。
5、根據(jù)權(quán)項(xiàng)2到4(包括2和4)的流體接觸裝置，其中所述的眾多旋轉(zhuǎn)室由一圓柱形容器組成，圓柱形容器分隔成對(duì)應(yīng)于分配箱和收集箱室的眾多縱向室。該圓柱形容器有一、二兩端，具有與離子交換室形成對(duì)應(yīng)流體連通關(guān)系的眾多導(dǎo)管，該一、二兩端的這些導(dǎo)管分別與上述分配箱和收集箱的導(dǎo)管形成對(duì)應(yīng)的流體連通關(guān)系。
6、根據(jù)權(quán)項(xiàng)1到5(包括1和5)的流體接觸裝置，其中所述的靜止輸入口是由下列構(gòu)件來(lái)形成的
(a)眾多的供應(yīng)導(dǎo)管。
(b)具有與上述供應(yīng)導(dǎo)管形成對(duì)應(yīng)流體連通關(guān)系的許多開(kāi)孔的固定(靜止)頭。
(c)具有與上述開(kāi)孔形成對(duì)應(yīng)的流體連通關(guān)系許多容器的一種靜止耐磨損平板;該靜止耐磨損平板在所述許多靜止口和所述許多旋轉(zhuǎn)口之間形成一個(gè)界面。
7、根據(jù)權(quán)項(xiàng)1到6(包括1和6)的流體接觸裝置，其中所述的許多旋轉(zhuǎn)分配口由以下構(gòu)件來(lái)形成。
(a)許多旋轉(zhuǎn)分配導(dǎo)管。
(b)具有許多開(kāi)孔的一種旋轉(zhuǎn)頭，開(kāi)孔與上述導(dǎo)管形成對(duì)應(yīng)的流體連通關(guān)系，該旋轉(zhuǎn)頭與上述分配導(dǎo)管同步旋轉(zhuǎn)。
(c)具有許多槽的一種旋轉(zhuǎn)的閥密封平板，這些槽與上述旋轉(zhuǎn)頭里的許多開(kāi)孔形成對(duì)應(yīng)的流體連通關(guān)系。該閥密封平板與上述分配導(dǎo)管和旋轉(zhuǎn)頭同步旋轉(zhuǎn)。
8、流體與固體顆粒狀材料連續(xù)接觸的工藝過(guò)程由如下幾步組成
(a)把固體顆粒狀材料放進(jìn)多元離子交換室。
(b)使上述多元離子交換室沿著連續(xù)路徑以均勻速度運(yùn)動(dòng)。
(c)在相等的時(shí)間周期內(nèi)以預(yù)定的程序至少提供一處理流體，再生流體和洗滌流體到上述離子交換室的分開(kāi)的交換室中。
(d)通過(guò)上述處理流體，再生流體和洗滌流體與上述離子交換室里的固體顆粒狀材料的相互作用，產(chǎn)生了產(chǎn)品流體，從上述離子交換室在相等的周期里以預(yù)定程序卸出這些產(chǎn)品流體。
9、根據(jù)權(quán)項(xiàng)8的工藝過(guò)程，其中所述的工藝過(guò)程包括獨(dú)立地供應(yīng)處理流體、再生流體和洗滌流體到各輸入站，并包括隨著上述離子交換室沿著連續(xù)路徑的運(yùn)動(dòng)速度控制上述流體對(duì)上述離子交換室的供應(yīng)。
10、按照權(quán)項(xiàng)8的工藝過(guò)程，其中所述的工藝過(guò)程包括隨著上述離子交換室沿著連續(xù)路徑運(yùn)動(dòng)的速度控制上述產(chǎn)出的流體(產(chǎn)品流體)從上述交換室卸出。
11、根據(jù)權(quán)項(xiàng)8的工藝過(guò)程，其中至少兩種流體同時(shí)輸送到上述離子交換室的分開(kāi)的交換室內(nèi)，輸送的速度彼此不相同。
12、根據(jù)權(quán)項(xiàng)8，9，10或11的工藝過(guò)程，其中，所述的路徑是圓路徑。
專利摘要
本發(fā)明描述了一種連續(xù)接觸器，其中液流可以與顆粒狀交換材料接觸。這種接觸器包括多個(gè)充填顆粒狀材料的旋轉(zhuǎn)室。液流是通過(guò)多個(gè)輸入口各自單獨(dú)地傳送到這些旋轉(zhuǎn)室中的，這些輸入口與每個(gè)旋轉(zhuǎn)室周期性地形成流體接通關(guān)系。同時(shí)還裝配有同樣地與每個(gè)旋轉(zhuǎn)室成周期性流體接觸關(guān)系的多個(gè)出料口。對(duì)流體與固體顆粒連續(xù)接觸的工藝過(guò)程也作了描述。
文檔編號(hào)B01J47/02GK85103972SQ85103972
公開(kāi)日1986年11月12日 申請(qǐng)日期1985年5月17日
發(fā)明者W·韋思伯愛(ài)瑞, 雷·安·斯切麥達(dá), 荷莉·斯·克別納 申請(qǐng)人:前進(jìn)企業(yè)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan