專利名稱:置換漿狀物中液體的方法和設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及漿狀物中的一種液體組分用另一種液體置換的方法及其設(shè)備。
有時常常需要，例如在化學(xué)工業(yè)中，將漿狀物中一種液體組分(第一種液體)用第二種液體所置換，例如當(dāng)一種固體已經(jīng)被制成一種液體的漿狀物，又需要用作或者進(jìn)一步處理成為另一種液體的漿狀物。通常的做法是先將固體由第一種液體中分離出來(如用離心法或過濾法)然后再重新合成漿狀物。本發(fā)明提供一種方法它把上述步驟同時進(jìn)行，只要漿狀物中固體的密度大于兩種液體或者第二種液體的密度介于固體和第一種液體之間就可以。
本發(fā)明包括通過一個加強(qiáng)的重力場轉(zhuǎn)動接觸含有第二種液體的區(qū)域的漿狀物而驅(qū)使含有第一種液體和固體的漿狀物中的固體組分，這種固體在漿狀物中的含量按體積比以10%至50%較好，最好是20%至40%，進(jìn)入與第一種液體可以是相溶和的，而且其中固體的密度要大于兩種液體或者第二種液體的密度要介于固體和第一種液體之間的第二種液體中。第二種液體轉(zhuǎn)動的角速度最好與漿狀物相接近，角速度相等則更好。
離心清洗機(jī)已為人們熟知，在其中形成一個固體床，并且在固體床或者來自該床的固體都將被清洗。但是各種固體的通道由漿狀物直接進(jìn)入第二種液體比經(jīng)過形成固體床給予更為徹底的清洗效果。
允許各種固體通過的一種屏障可以提供用以將含有第二種液體的區(qū)域與漿狀物隔離開，但經(jīng)常是通過控制漿狀物和第二種液體的流速使液體組分與漿狀物之間足以保持一個適當(dāng)?shù)牟钪?，而不帶所述屏障。在上述區(qū)域和漿狀物之間的兩種液體可能存在一個明顯的濃度梯度，這將可能在極端情況下，幾乎相當(dāng)于兩種液體的分離，但是，僅僅需要濃度梯度大到足以保證在被處理的漿狀物在排泄點(diǎn)上的液體置換達(dá)到合適的程度就行。
本發(fā)明還包括轉(zhuǎn)動含有第一種液體和一種固體的漿狀物與一個轉(zhuǎn)動的屏障的一邊相接觸(該屏障允許漿狀物中的固體通過)，與上述屏障的另一邊相接觸的是其密度介于干固體和第一種液體之間的第二種液體，并由此通過離心力把固體驅(qū)使通過屏障。在這種情況下各種液體可以是相溶和的或不相溶的。
屏障可以包括一個帶徑向葉片的葉輪組件;在其中各種固體流經(jīng)一個低湍流的區(qū)域。
在葉輪組件的內(nèi)部和/或者外部，在一般情況下存在一個高的徑向濃度梯度區(qū)域而且在它外部一般情況下產(chǎn)生一個高的湍流，因?yàn)楫?dāng)一種液體處于葉輪的外部以較低的速度推動葉輪轉(zhuǎn)動則將在接近這種液體的部位上存在發(fā)生湍流的趨勢。
此外，屏障可以包括一個可透氣的多孔的屏障，如用多孔金屬材料制成的商品其商標(biāo)為“Retimet”。
屏障可以看作對兩種液體流的原始流路的分離的連續(xù)處理過程。
最好是將通過屏障的液體流的流調(diào)整到保證大部分液體組分的變化發(fā)生在屏障以內(nèi)或附近。這上述情況發(fā)生在屏障之內(nèi)則各種液體的混合就會最少。假如希望脫離這種情況，以便進(jìn)一步增加除去的第一種液體或漿狀物的純度，可以按下述方法達(dá)到。
假如第一種液體泄漏到第二漿狀物中去是允許的，那么漿狀物的進(jìn)入流速就會由產(chǎn)生最小混合的流速而增加。假如第二種液體泄漏到回收的第一種液體是允許的，那么第一種漿狀物的進(jìn)入量就會由產(chǎn)生最小混合的流速而減低。
含有第二液體的區(qū)域是一個中央?yún)^(qū)域或是外層區(qū)域，其判定依據(jù)是旋轉(zhuǎn)軸線，按照固體比第一種液體的密度低或高分別予以判定。
本發(fā)明還提供一種設(shè)備，它包括由一個轉(zhuǎn)動的屏障(該屏障允許漿狀物中的固體通過)隔離開的兩個區(qū)域，其中一個區(qū)域位于屏障以內(nèi)，而另一個區(qū)域是在屏障的外面，一種用于將含有第一種液體和一種固體的漿狀物送入兩個區(qū)域之一(該區(qū)域適用于轉(zhuǎn)動漿狀物)，和將液體由上述區(qū)域中排出去的裝置，另外一個區(qū)域含有一種用于送入第二種液體(其密度介于固體密度第一種液體密度之間)并用于排出漿狀物的裝置。
本發(fā)明的方法更進(jìn)一步形式包括a)將含有第一種液體和一種固體組分(該固體組分的密度要高于第一種液體)的混合漿狀物送入轉(zhuǎn)動的允許漿狀物中的固體通過的屏障內(nèi)的區(qū)域中。
b)轉(zhuǎn)動處于屏障以內(nèi)的漿狀物。
c)送入第二種液體(其密度要大于第一種液體，而小于固體的密度)進(jìn)入一個區(qū)域，在該區(qū)域中液體轉(zhuǎn)動的角速度基本上與漿狀物相等，而且與屏障的一個外表面相接觸，并在離心力作用下驅(qū)使固體通過屏障由第一區(qū)域進(jìn)入第二區(qū)域。
本發(fā)明的設(shè)備更具體的結(jié)構(gòu)包括一個帶內(nèi)，外艙的轉(zhuǎn)子，其內(nèi)艙的一端適用于接受漿狀物并把它進(jìn)行徑向加速到達(dá)一個液體分離區(qū)域，內(nèi)艙還帶有一個通向外艙的開口，該開口在徑向的距離超過液體分離的區(qū)域，外艙適用于引導(dǎo)第二種液體在最好是接近轉(zhuǎn)子的角速度的條件下流向開口并經(jīng)開口排泄含有固體的漿狀物，而第二種液體則經(jīng)過一個窄的縫隙或若干個直徑大于上述開口的小孔。
窄縫或多小孔必須提供一個足以保證使兩個艙內(nèi)基本上充滿液體和漿狀物的背壓。由窄縫或多小孔中像切向流體一樣的排泄出來的漿狀物被收集起來。
在本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)形式中，漿狀物和第二種液體流被控制到使第一和第二種液體之間的主濃度梯度處于液體分離區(qū)域和上述開口之間的空間內(nèi)，如果需要它還可以包括一個多孔的屏障如可以購買市場出售的多孔金屬件其商標(biāo)名稱為“Retimet”。
固體與第一種液體的密度差值最好是至少為10%，而第二種液體與上述兩種的密度差值以至少1%較好，以至少為2%最好。各種液體最好是不相溶的，但本方法至于對各種溶和的液體的處理也是非常有效的。如本方法可以用于以水來置換對苯二(甲)酸在醋酸的漿狀物中的醋酸。本發(fā)明的方法可以在各種液體不用過分混合的情況下進(jìn)行置換。
假如固體的密度大于兩種液體的每一種，但第二種液體的密度小于第一種液體時，兩種液體的混合要比第二種液體密度大于第一種液體時更為顯著。但當(dāng)設(shè)備的設(shè)計(jì)，操作條件的控制都進(jìn)行仔細(xì)地選擇仍可以保證得到滿意的結(jié)果。
第一和第二種液體可以具有不同的成分，化學(xué)性質(zhì)和溫度。后一種情況可以獲得熱力效益，例如使用一種較冷的液體來置換一種含有重于液體的固體的漿狀物中的熱的液體，這樣則不用對液體進(jìn)行冷卻就可以獲得一種較冷的漿狀物。當(dāng)要求重新形成這樣一種固體在一種具有不同成份的冷態(tài)液體中的漿狀物時可以獲得特別的好處，例如一種更純的液體，因此，提純和熱力效益都可以得到。
現(xiàn)將本發(fā)明參照附圖進(jìn)行描述，其中圖1表示本發(fā)明的設(shè)備，上部顯示設(shè)備的剖面視圖，下部顯示其外形。
管子1是一個靜態(tài)管子，它的外端構(gòu)成一個送入進(jìn)口2。轉(zhuǎn)動軸3以其部分長度套裝著管子1，而以其另一部分長度套裝著管子12并由皮帶輪組件4驅(qū)動;密封圈5和13防止管子1和管子12分別與軸3的環(huán)形間隔之間的液體泄漏。軸承6和7允許軸3的轉(zhuǎn)動并在殼體8中將軸3支撐住。
軸3包括徑向設(shè)置的槽9，通過它的側(cè)壁和它的整個圓周并被擴(kuò)大形成一個側(cè)壁10。為便于維修，將軸3制成兩部分由螺栓11連接在一起。一個靜止的出口管子12為第一種液體設(shè)置的。
在側(cè)壁10內(nèi)，通過鍵方固定在軸3上的一個葉輪組件14，由中央檔圈15處徑向向外伸出。排泄噴嘴16設(shè)置在側(cè)壁10的周邊處。
用于第二種液體的進(jìn)口17和21設(shè)置在殼體8之內(nèi)并與槽9和22相連通，以此通向側(cè)壁10的內(nèi)部。該殼體8包括一個圍繞著側(cè)壁10的鼓筒18，由它的底部引導(dǎo)出一個漿狀物排泄管19。
外殼的設(shè)置是為通過管子19使?jié){狀物自己排放出去。
該設(shè)備的操作過程如下漿狀物包括固體和第一種液體，如醋酸中的對苯二(甲)酸在200℃的溫度下通過送進(jìn)口2送入，第二種液體(例如當(dāng)漿狀物是醋酸中加入對苯二(甲)酸，第二種液體可以是水，最好是處于較低的溫度以便增加其密度)通過進(jìn)口17和21送入。軸3通過皮帶輪組件4驅(qū)動轉(zhuǎn)動，襯套15和葉輪14與軸3一起轉(zhuǎn)動。
當(dāng)漿狀物由管子1冒出來時就被擋圈15所轉(zhuǎn)折并通過葉輪組件14帶動旋轉(zhuǎn)，這樣驅(qū)使固體顆粒通過側(cè)壁10外面的第二種液體中。借助限制16的大小通過操作使鼓筒18僅僅處于部分充滿狀態(tài)來加以確保一個足夠大的背壓。
一種在第二種液體中加入固體的漿狀物通過噴嘴排出并落到鼓筒18的底部，由此通過管子19排出去。第一種液體(如果它與第二種液體是相溶的話)經(jīng)常是連同一小部分第二種液體通過管子12被排出去。
圖1所示的設(shè)備的一種改型如圖2所示，圖中顯示是通過軸3的中央部分的替換結(jié)構(gòu)的軸線的剖面視圖，圖中葉輪14是伸出的，一個偏轉(zhuǎn)器擋板60設(shè)置在其中，以保證通過該裝置流動的漿狀物是沖向外面的。葉輪6(的殼體也是向外突出的以形成一個較窄的開口62用于使固體經(jīng)過這里進(jìn)入第二種液體中，一個長的倒施邊加于葉輪的63處以便減小葉尖部分的厚度從而減少湍流。
圖1所示設(shè)備的進(jìn)一步改型如圖3所示，圖中顯示出通過軸3的中央部分的替換結(jié)構(gòu)的軸線的剖面視圖，其中側(cè)壁70限定了一個環(huán)繞著內(nèi)艙72的外艙71。該內(nèi)艙由兩個碟形端部管子73和74所限定，其碟形端部相互面對面而其管形部分的一端都與軸3相配合。在內(nèi)艙72的內(nèi)部設(shè)有一個中央阻擋器75，支承葉輪76把內(nèi)艙分割成幾段，還有一個盤形件77垂直于并與軸3的軸線同心，且位于葉輪的中央部位。盤形件77將內(nèi)艙72分割成漿狀物的導(dǎo)入?yún)^(qū)域84和液體排出區(qū)域83。多孔金屬填充件78也可以使用，如圖中所示。
碟形端面的端部限定的開口81容納在一個導(dǎo)向著一個窄的環(huán)形開口80環(huán)形凹槽79內(nèi)。在一個更改的但效果不大的結(jié)構(gòu)中外艙的側(cè)壁70終止于以虛線Y所示的部位。
外艙與進(jìn)口17和21相連通，而且包含著將外艙分成幾段的徑向葉輪82。葉輪82是任選的，但最好是要有，假如一個正壓力施加在外殼體18和外艙71上時，則葉輪可以不要。
設(shè)備的操作過程如下例如一種將對苯二(甲)酸加于醋酸中的漿狀物導(dǎo)入內(nèi)艙的右邊這時軸3被驅(qū)動轉(zhuǎn)動。液體就從內(nèi)艙的左邊分離出來。漿狀物由葉輪72帶動轉(zhuǎn)動并通過盤形件77進(jìn)行偏轉(zhuǎn)到X所示的位置。軸3轉(zhuǎn)動的速度調(diào)整到使其在X點(diǎn)上的重力產(chǎn)生一個漿狀物的沉淀速度大于漿狀物中的液體在盤形件77的左邊向內(nèi)流動的速度。這樣則漿狀物中的固體向外遷移而同時大量的液體流經(jīng)盤形件77并由內(nèi)艙的左邊分離出來。
固體通過填充件78(如果設(shè)置時)并經(jīng)過開口81遷移出去。
第二種液，比如水，通過進(jìn)口17和21被導(dǎo)入外艙71，由葉輪82帶動轉(zhuǎn)動并流經(jīng)環(huán)形槽79。第二種液體和漿狀物之間的相對壓力最好是保持在使第二種液體少許地流入內(nèi)艙。由開口81冒出來的固體在環(huán)形槽79內(nèi)形成一種加入第二種液體的漿狀物并以較高的速度流經(jīng)開口80，這樣來保證在環(huán)形槽79內(nèi)幾乎不產(chǎn)生湍流。這種新的漿狀物通過漿狀物排泄管19排出去，(如上面所述參看圖1)。在殼體18和軸3的中央部分之間的空間內(nèi)通過作用于管子19上的背壓力而保持著充滿漿狀物。
如圖3所示的設(shè)備，其中盤形件77的半經(jīng)由軸線計(jì)為80毫米，開口81與軸線的距離為150毫米，開口的寬度(它構(gòu)成一個在管子73和74的兩碟形端面之間的連續(xù)的縫隙)是12毫米進(jìn)行試驗(yàn)如下含有不同固體含量(重量計(jì))的各種漿狀物如下表所示，通過管子12送入內(nèi)艙72中，內(nèi)，外艙72和71的轉(zhuǎn)動速度按表中所示。漿狀物通過盤形件77被偏轉(zhuǎn)到X的位置上，該處的重力值以G表示，在該點(diǎn)上液體流入內(nèi)艙的排出區(qū)域83而固體通向開口81。
在每一種情況下，所用的固體都是一種塑料(聚氯乙烯聚合物)以平均直徑為120微米的球粒形狀，其中70%(以重量計(jì))的顆粒的直徑在120±30微米范圍內(nèi)。該球粒的密度(是指制成球粒的材料的密度)是1360公斤/米3。液體的成分為在溫度為60℃的狀態(tài)的水(密度為983公斤/米3)。放入少量的有機(jī)染料作為液體的標(biāo)記。
在溫度為10℃左右的水(密度為1000公斤/米3)被送入外艙。
原漿狀物的送進(jìn)流量為4米3/小時，而水的送進(jìn)流量比含水的漿狀物的流量大15%。漿狀物的排出流量置于4米3/小時;實(shí)際上，所有的固體都以新的漿狀物而被排出來，在新漿狀物中的固體含量與原漿狀物中的固體含量相接近，而且以15/115的水送入內(nèi)艙連同原漿狀物中的水/染料含量一起進(jìn)行回收。
“固體回收”是指原漿狀物中的固體被回收到新的漿狀物中的百分比。
由原漿狀物中的液體導(dǎo)入新的漿狀物中的液體的“%”是通過分光光度測定法對各種液體分別含有的染料含量的計(jì)算來評定的。
轉(zhuǎn)動 在X點(diǎn)上的 原漿狀物中 固體 由原漿狀物中設(shè)備 (每分鐘 重力值G 固體含量% 回收 導(dǎo)入新漿狀物轉(zhuǎn)數(shù)) (米秒-2) (重量比) % 中的液體%基本的(不 1850 3000 16 89 11帶填充件)基本的(帶 2345 4830 17 98 8填充件基本的(帶 2345 4830 30 85 10填充件改型的(不 2345 4830 18 98 5帶填充件)改型的(帶 2345 4830 11 99 2填充件)改型的)帶 2345 4830 23 96 5填充件前三項(xiàng)結(jié)果是在一種裝置中獲得的，其中側(cè)壁70以Y線為終止部位，視為“基本的”設(shè)備，而后三項(xiàng)結(jié)果涉及如圖所示的帶有伸出的側(cè)壁70的裝置(即“改型的”設(shè)備)。所得結(jié)果表明，這種改型的好處是以減少將液體輸送到新的漿狀物的量為標(biāo)志的。上述結(jié)果也表明多孔填充件是具有減少將液體輸送入新的漿狀物的效果的。
從第一和第二項(xiàng)結(jié)果中可以看出，轉(zhuǎn)動速度的增加對固體的回收是有好處的。一般而言，一種高的固體含量的漿狀物與固體含量較低的相比更適于采用較高的轉(zhuǎn)動速度。
填充件是多孔金屬填充件，是以大孔形的剛性金屬多孔泡沫體的商品形式提供，商標(biāo)為“Retimet”。其額定的孔度為每英寸20個蜂窩孔，由金屬所占據(jù)的空間是非常小的;這樣孔的平均直徑為0.05英寸。
為便于制造，管子73和74的碟形部分端部具有中央部分為錐形而外部為平直的型面。應(yīng)當(dāng)能理解例如一個連續(xù)的曲面可以被采用而且當(dāng)型面變化時可以減少流動的不連續(xù)性。該型面可以制成使其保證內(nèi)艙的等直徑的每個單元是等體積的;這樣兩碟形端部的離開距離就會在較大的直徑部位成比例的減小。
如圖3所示的設(shè)備在與上面所述相似的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，但其中使用的是10℃的1，2-亞乙基二酸(密度為1120公斤/米，粘度為32.7分泊)而不是用10℃的水(密度為1000公斤/米，粘度為1.3分泊)送入外艙。
在其它條件相同的情況下，在上表中的第四項(xiàng)結(jié)果所得固體回收都是在98%的等值，但是由原漿將物中導(dǎo)入新漿狀物中液體的百分比為/20%至25%，這一結(jié)果可以表征為1，2-亞乙基二醇比水具有更高的粘度。
權(quán)利要求
1.一種方法包括將含有第一液體和固體的漿狀物中固體組分驅(qū)使到第二種液體中去，該第二種液體與第一種液體是可相溶的，而且其中固體的密度要大于上述兩種液體的密度或者其中第二種液體的密度介于固體和第一種液體的密度之間，這種對固體組分的驅(qū)使過程是通過一個加強(qiáng)的重力場通過漿狀物的轉(zhuǎn)動與含有第二種液體的一個區(qū)域相接觸而實(shí)現(xiàn)的。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中第二種液體的密度要介于固體和第一種液體的密度之間。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的方法中，漿狀物中含有體積比為10%至50%的固體。
4.如上述權(quán)利要求
的任何一項(xiàng)要求的方法中，固體通過一個將含有第二種液體的區(qū)域與漿狀物隔離開的屏障。
5.一種方法包括送入和轉(zhuǎn)動一種含有第一種液體和一種固體的漿狀物使其與一個轉(zhuǎn)動的屏障的一邊相接觸，該屏障可以允許漿狀物中的固體通過，該屏障的另一邊與其密度介于固體和第一種液體的密度之間的第二種液體相接觸，由此則通過離心力的作用驅(qū)使固體通過屏障;并由此形成一個將該固體加在第二種液體中的漿狀物。
6.如權(quán)利要求
5所述的方法，其中液體流動的速度要能保證大部的液體成份要在屏障內(nèi)或附近發(fā)生變化。
7.如權(quán)利要求
5或6所述的方法，其中所述的屏障包括一個可滲透的多孔材料件。
8.一種方法包括a)將含有第一種液體和一種其密度大于第一種液體的固體組分送入一個轉(zhuǎn)動的屏障內(nèi)的一個區(qū)域;該屏障允許漿狀物中的固體通過，b)轉(zhuǎn)動上述屏障以內(nèi)的漿狀物，c)將第二種液體(其密度大于第一種液體而小于固體)送入一個區(qū)域、在該區(qū)域內(nèi)以基本上等于漿狀物的角速度轉(zhuǎn)動，并與上述屏障的一個外表面相接觸，通過離心力將固體從第一區(qū)域通過屏障驅(qū)使到第二區(qū)域。
9.一種設(shè)備包括由一個轉(zhuǎn)動的屏障隔離開的兩個區(qū)域，(該屏障允許漿狀物中的固體通過)一個區(qū)域位于屏障以內(nèi)，而另一個是在它外面，一種將含有一種液體和一種固體的漿狀物送入兩個區(qū)域之一的裝置，該區(qū)域要適于轉(zhuǎn)動漿狀物并能從該區(qū)域?qū){狀物中的液體排出去，另一個區(qū)域含有一個送入第二種液體(其密度介于固體和第一種液體之間)并用于排出漿狀物的裝置，
10.用于處理漿狀物的設(shè)備，它包括一個帶內(nèi)、外艙的轉(zhuǎn)子，其內(nèi)艙適用于在其一端接受漿狀物并在徑向加速到一個液體排出區(qū)域，內(nèi)艙具有一個通向外艙的開口，該開口在直徑方向的距離要大體上超過液體排出的區(qū)域，其外艙適用于將第二種液體最好足以與轉(zhuǎn)子的角速度相接近的速度引導(dǎo)到上述開口，并通過此開口將含有固體的漿狀物排泄出去，而第二種液體通過一個窄縫或許多直徑大于上述開口的小孔。
11.如權(quán)利要求
至8所述的任何一項(xiàng)要求的方法，其中固體與第一種液體的密度的差值至少要有10%，第二種液體在這種處理方法的溫度下與上述固體和第一種液體的密度的差值至要有1%。
12.如權(quán)利要求
1至8或11的任何一個要求的方法，其中第一種和第二種液體都在化學(xué)(成分)方面是相同的而溫度有所不同。
專利摘要
通過一個加強(qiáng)的重力場，借助漿狀物的轉(zhuǎn)動與一個含有第二種液體的區(qū)域相接觸，把含有第一種液體的漿狀物中的固體組分驅(qū)使到第二種液體中去。兩種液體可以是相溶的。其生成物是固體加到第二種液體中的漿狀物。
文檔編號B01D12/00GK87102763SQ87102763
公開日1987年10月21日 申請日期1987年4月9日
發(fā)明者詹姆斯·威廉·威姆, 威廉·戴維·帕頓 申請人:帝國化學(xué)工業(yè)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan