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悬浮液液体提取装置和方法

来源：花匠小妙招时间：2025-08-12 23:02

专利名称：悬浮液液体提取装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于从悬浮液中移除液体的装置。更具体来说，本发明涉及利用真空压力、压缩空气和辐射热以促进水从悬浮液中提取出来，并且利用真空舱室中的气流移除蒸发物的过滤装置，该装置是过滤和干燥大量悬浮液中的固体以移除间隙结合和化学结合液体的成本有效和资源有效的手段，其产生多达100%的总固体量。
背景技术：
固液混合物，通称悬浮液，对于产生它们的工业来说存在昂贵的处置问题。由于含水量的规章，未处理的悬浮液通常不能用垃圾掩埋法处置。即使对于更宽容些的规章，运输和处置未处理的悬浮液也比仅仅运输和处置固体成分要昂贵得多，因为运输费和垃圾掩埋
费与重量相对应。另外，这种悬浮液的潜在使用范围常常由于从固体成分移除液体成分而得到实质性的增大。通常，干燥固体的价值产生于通过移除液体部分所引起的重量减少，这导致降低的处置成本和运输成本。另外，回收的干燥固体可以是有商业价值的，例如它们或许能用于其他的工业和市政用途(例如可再生燃料)或者可以在二级市场中出售，例如在悬浮液包含纸、纤维、煤泥或矿泥的情况下。不幸的是，有关悬浮液处置问题的工作成果通常都采用了缺乏环境可靠性的方法。例如，许多行业将悬浮液，例如工业废物倾倒到存放池，其通常为大型的混凝土或塑料衬里的人造池，需要大片的不动产。然后悬浮液静置在这些存放池中，同时固体物质仅借助于重力而随时间的经过沉淀在底部。除了这是一个缓慢的过程以外，存放池内衬失效或者产生对周围环境的污染的可能性使这种方法在效率和环境影响方面都是一种不那么可取的解决方案。工业的悬浮液池遭受了严重的实际困难。首先，存放池具有很差的所得生产率 (干燥固体的百分比含量)。作为被动的方式，与依靠主动分离的设备相比，对于给定量的悬浮液，将水与固体分离也要花费很长时间。与使用主动分离系统的情况相比，跟上任何给定的悬浮液流量的输出需要更大的场所。两种主动分离系统，离心处理机和压带机，各自都产生比悬浮液池更高的固体含量生产率，然而它们都缺乏利用热力学来获得60-100%干燥固体百分产率的能力。这些主动分离系统购买和操作起来都很昂贵，并且不易于按比例增高或降低以处理相应量的工业悬浮液流量。便携性的缺乏以及对在给定时间内可处理的材料量的限制也是显著的限制因素。因此，认识到了需要将水从悬浮液中主动分离出来并产生足够干燥以用于其他用途中的所得固体的快速且有效的方法和设备。

发明内容
从最广义的方面来说，本发明涉及将液体从固液混合物中分离出来的装置和方法，其基本上消除了由现有技术的限制和缺点而引起的一个或多个问题。本发明特别适合于在所有类型的悬浮液中将水或其他液体与固体分离，所述悬浮液包括废水(混合的水和废料)或浆料。在整篇申请中，固液混合物可以被称为悬浮液，其包括悬浮于或包含于显著量的水或任何其他液体中的颗粒物质(固体)的任何组合物。虽然预计本发明的主要用途是移除废水中的水分，但是可以设想本发明的设备将可同等地用于需要从任何固液混合物中移除液体的任何应用中。本发明涉及提供至少一个弧形容器以接收并至少暂时容纳悬浮液，该悬浮液可从悬浮液排出管或其他来源流到传送带上。容器可包含舱室或隔间，舱室或隔间由内部的弯曲侧壁组成边界，侧壁具有与过滤器相关联的多个有刻度的、拱形的管道。可以在容器上放置覆盖物，例如基本上气密的、优选非渗透性的柔韧薄膜，以在容器内形成气密的密封。利用一装置将容器进一步分隔成一系列的舱室，一旦传送带将悬浮液移到舱室中，该装置就锁定到合适位置。所述装置围绕传送带密封以在容器中产生多个单独的舱室。每个舱室都由容器密封件分隔开，容器密封件由非渗透性基底构造以产生隔离壁密封件。悬浮液将被直接从一个舱室输送到下一个舱室，同时对悬浮液进行某些液体移除处理。优选地，将悬浮液暂时储存在每个舱室中大约6分钟的时间，同时进行脱水处理。使用传送带将悬浮液从第一舱室移到第二舱室以及随后移到第三舱室。从下部支撑传送带以防止传送带在干燥处理过程中发生显著扭曲。在单个6英尺 (1. 83m)乘以12英尺(3. 66m)的舱室中达到23英寸汞柱(77. 9kPa)压力的真空条件可以产生从非渗透性薄膜到传送带上的1140001bs(51.2公吨)以上的力。支撑结构应当由能够承受住该力的材料制造，例如多孔金属结构或金属丝网，其装配在传送带下方，并且在管道上方。多孔金属结构或金属丝网进一步由连在侧壁上的一系列管道(优选为金属管道) 支撑。容器的盖子可以由薄膜构造，一旦施加真空，该薄膜也可以对悬浮液产生直接的力或压力。通过管道将真空施加到容器内的第一舱室，负压迫使悬浮液的液体成分强行通过过滤器和管道以便回收。由真空产生的负压作用于柔韧的非渗透性薄膜并且将薄膜朝真空拉伸，这又从上方将正压施加到悬浮液上，迫使悬浮液中的液体通过过滤器。为了将液体从容器中的产物中提取出来，在每个舱室中在薄膜两侧产生压力差从而对被朝真空拉伸的薄膜产生挤压力。侧壁和管道的刻度设计能够实现液体的均勻流量，该液体通过位于装置上部的过滤介质，而该装置的下部靠近排放口。这还导致基本相等的真空压力被施加到悬浮液下方过滤器的整个表面积上，和被施加到悬浮液上方的柔韧的非渗透性薄膜上，并且使捕获的 (滤过的)悬浮液中的固体均勻地散布在过滤介质中。柔韧的覆盖物起作用吸收所有真空压力的大部分。通过这样做，在干燥处理过程中真空的全部的力随时间通过柔韧的薄膜施加到悬浮液。该力产生负压或真空的舱室，在该舱室中，水在较低温度下蒸发。通过对舱室另外施加外部热，该装置可进一步有效降低悬浮液中的含水量。液体移除处理可发生在多个舱室上以获得容器中产物的固体成分的所需干燥水平。另外，可采用加热以加速分离过程，为此还可以混合或搅动产物。加热的压缩空气注入、辐射热、压力、微波和真空都可用来以快速方式将液体成分从产物或悬浮液的固体成分移除。传感器和自动释放阀可用来确保内部的真空压力不会达到不能接受的高水平。本发明的第一舱室可用来分离液体含量大于95%的悬浮液中的固体和液体。为了提高第一舱室移除大部分水分的效率，可以将密封的刚性罩放置于柔韧薄膜上。当对悬浮液施加真空时，真空产生的力可被过滤器捕获的固体部分吸收。在这种情况下，真空产生的力可能花去较长时间才能到达悬浮液上方的柔韧薄膜。在柔韧薄膜上使用刚性罩能够在只有很少能量消耗的情况下使压力从上方施加到柔韧薄膜上。一旦真空锁定到薄膜上，来自罩的压力帮助柔韧薄膜对悬浮液施压并且让压力作用实现。因此来自罩和来自真空的压力共同起作用将液体从悬浮液中挤压出来。例如，在23英寸汞柱或11. 3磅每平方英寸(“psi”)(77.9kPa)的真空度和6pSU41.4kPa)的来自罩的压力中，共计 17. 3psi (119. 3kPa)将被施加到悬浮液上。在6英尺(1. 83m)宽和12英尺(3. 66m)长的舱室中，17. 3psi(119. 3kPa)的力将对悬浮液产生1793661bs (81. 4公吨)的压力。在第二和第三舱室中，结合压缩和加热空气注入、加热和/或微波中的一种或多种来施加真空。类似于第一舱室，第二和第三舱室包括有刻度的侧壁，该侧壁有管道以收集从悬浮液中移除的液体。在这些舱室中，将压缩和加热空气注入到真空舱室中是为了水的蒸发和移除。将压缩和加热空气注入到包含至少一个由非渗透性薄膜构造的壁的舱室中。当在真空下将压缩和加热空气引入舱室中时，空气膨胀和/或流量增加，从其压缩状态例如IOOpsi (689kPa)经由大气压进入膨胀状态，例如23英寸汞柱(77. 9kPa)的真空压力。第二和另外的舱室包含第一舱室的过滤器和管道设计。通过结合过滤器提供间隙结合和化学结合液体的有效蒸发，第二和另外的舱室的真空和压缩和加热空气提供悬浮液的固液分离，其中过滤器允许液体和蒸汽通过但防止悬浮液组合物中的固体通过。当液体和蒸汽通过过滤器时，其被收集到管道中并单独储存。真空的主更好处在于，在23英寸汞柱(77.9kPa)的压力下，它将沸点降低到 146° F(63.3°C)。辐射热、微波辐射、和压缩的加热空气被施加到悬浮液以将悬浮液加热至沸点。压缩空气提供较低的空气流速以加热更大面积的悬浮液。当压缩空气膨胀经过大气压时，加热的空气散开以加热更广的面积。压缩空气被从上方连续注入。当悬浮液由于热作用于降低的沸点而开始沸腾时，压缩空气迫使水蒸汽通过过滤器并进入管道从而将液体和水蒸汽从悬浮液中移除。微波和辐射热加快了这个过程。二十三03)英寸汞柱(77.9kPa)的压力代表了这样的真空压力，在该真空压力下，需要最少量的热或潜热以从悬浮液内的沸水产生水蒸汽。在23英寸汞柱(77.9kPa)压力以外，需要更大量的热来产生水蒸汽。本发明开创了从悬浮液中移除水的最有效方式。所述装置的热力学分析显示了降低的沸点和压缩、加热空气与辐射热的利用对于间隙和化学结合液体的蒸发和移除的好处。优选实施例在大约300° F(148.9°C)的最低注入温度和约900标准立方英尺每小时(“SCFH”)的注入速率(在15. 56°C和101. 325kPa 条件下25. 5立方米每小时)以及IOOpsi (689kPa)每10平方英尺(0. 93m2)的过滤器表面积下使用压缩加热空气以增加系统的性能。将空气连续注入到悬浮液中并通过真空迅速移除水和水蒸汽，同时通过辐射加热器加入热。也可以利用另外的加热空气注入量和另外的辐射或微波热来降低悬浮液的处理(或干燥)时间。系统的热力学模型的第一定律可以写作
m空气· h空气+m水· h水+m固体· h固体+Q热=m空气· h空气+m水· h水+m固体· h固体在等式的左侧，三种流(水、夹带的固体和被加热的空气)的引入能量利用相应的质量乘以入口焓(h)进行计算，辐射热项是(K4kW乘以加热的持续时间)。在等式的右侧，系统的最终所得能量通过在沸点温度下的各种质量乘以焓而确定。使用装置的已执行的测试条件(各种成分的质量、空气流量和温度)，在大约146° F(63. 3°C )下使液体沸腾并移除液体所花的4到5分钟与上面的等式相一致。加热的空气的能量作用以及由辐射加热器提供的能量有效促进了在约19-23英寸汞柱(64. 3-77. 9kPa)舱室真空度的真空条件下的蒸发。下表针对加热的空气和辐射热显示了温度升高。使用微波辐射进一步改善了到达沸点的时间和装置的能量效率。
权利要求
1. 一种悬浮液液体提取装置，包括a.包括第一舱室的容器，所述第一舱室包括至少一个排放口和过滤器；b.能密封所述第一舱室的盖子，所述盖子包括支撑柔韧薄膜的刚性框架；c.用于通过所述至少一个排放口在所述第一舱室中产生真空的装置；d.其中所述过滤器位于所述柔韧薄膜和所述至少一个排放口之间；e.由此通过所述产生真空的装置产生的真空1.将负压应用于位于所述柔韧薄膜和所述过滤器之间的悬浮液，以使得所述负压迫使所述悬浮液的液体成分通过所述过滤器；和2.将负压应用于所述柔韧薄膜，以使得所述柔韧薄膜能对位于所述柔韧薄膜和所述过滤器之间的所述悬浮液施加正压，以使得所述正压迫使所述悬浮液的液体成分通过所述过1 ' O
2.如权利要求1所述的悬浮液液体提取装置，还包括传送带，其通过所述容器以使得所述传送带能将悬浮液输送通过所述容器并将悬浮液输送出所述容器。
3.如权利要求1所述的悬浮液液体提取装置，其中所述容器还包括包括至少一个排放口和过滤器的第二舱室；能密封所述第二舱室的盖子，所述盖子包括支撑柔韧薄膜的刚性框架；其中所述过滤器位于所述柔韧薄膜和所述至少一个排放口之间；和由此所述第二舱室连续地联接到所述第一舱室。
4.如权利要求3所述的悬浮液液体提取装置，其中所述第二舱室包括多个入口，由此被加热的压缩空气的气流通过所述多个入口进入所述第二舱室，所述气流的至少一部分通过悬浮液，并且所述气流通过所述至少一个排放口离开所述第二舱室。
5.如权利要求4所述的悬浮液液体提取装置，还包括与所述至少一个排放口流体连通的至少一个存放舱室，以使得所述气流从所述第二舱室通到所述至少一个存放箱，其中与所述气流相关联的水蒸汽或水的至少一部分存放在所述至少一个存放箱中。
6.如权利要求3所述的悬浮液液体提取装置，其中所述第二舱室还包括一个或多个能加热所述第二舱室中的悬浮液的辐射加热元件。
7.如权利要求3所述的悬浮液液体提取装置，其中所述第二舱室还包括能加热所述第二舱室中的悬浮液的微波辐射发射器。
8.如权利要求3所述的悬浮液液体提取装置，其中所述容器还包括包括至少一个排放口和过滤器的第三舱室；能密封所述第三舱室的盖子，所述盖子包括支撑柔韧薄膜的刚性框架；其中所述过滤器位于所述柔韧薄膜和所述至少一个排放口之间；和由此所述第三舱室连续地联接到所述第二舱室。
9.如权利要求1所述的悬浮液液体提取装置，其中所述容器包括弯曲的内侧壁，所述内侧壁具有多个形成于其中的管道，由此所述管道将所述容器中的液体引导到所述至少一个排放口。
10.如权利要求1所述的悬浮液液体提取装置，还包括刚性罩，所述刚性罩位于所述盖子上并能对所述柔韧薄膜施加压力，由此所述刚性罩增大所述柔韧薄膜能对位于所述柔韧薄膜和所述过滤器之间的悬浮液施加的压力。
11.一种悬浮液液体提取装置，包括a.弯曲的容器，所述容器包括1.至少一个排放口；2.限制固体通向所述至少一个排放口的过滤器；b.盖子，所述盖子包括1.刚性框架；2.由所述刚性框架支撑的柔韧薄膜；3.多个入口，由此被加热的压缩空气的气流通过所述多个入口进入所述容器，所述气流的至少一部分通过悬浮液，并且所述气流通过所述至少一个排放口离开所述容器；c.能密封所述容器并将所述容器分成一个或多个舱室的密封机构；d.能将悬浮液连续地输送通过所述一个或多个舱室中的每一个并将悬浮液输送出所述容器的传送带；e.产生真空的装置，所述装置与所述至少一个排放口流体连通；f.由此通过所述用于产生真空的装置所产生的真空1.将负压应用于在所述传送带上输送的悬浮液，以使得所述负压迫使所述悬浮液的液体成分通过所述过滤器；和2.将负压应用于所述柔韧薄膜，以使得所述柔韧薄膜能对在所述传送带上输送的所述悬浮液施加正压，以使得所述正压迫使所述悬浮液的液体成分通过所述过滤器；g.由此来自所述被加热的压缩空气的气流的热和来自所述真空的降低的压力能将悬浮液的液体成分转变成蒸汽相，并且所述被加热的压缩空气的所述气流的膨胀能通过所述至少一个排放口将所述蒸汽输送出所述容器。
12.一种从悬浮液提取液体的方法，包括a.将悬浮液输送到第一舱室中，所述第一舱室包括限制通向排放口的过滤器；b.用盖子密封所述第一舱室，所述盖子包括接触所述悬浮液的柔韧薄膜；c.通过所述排放口向所述第一舱室应用真空，由此所述真空1.将负压应用于所述悬浮液，以使得所述负压迫使所述悬浮液的液体成分通过所述过滤器；2.将负压应用于所述柔韧薄膜，以使得所述柔韧薄膜对所述悬浮液施加正压，以使得所述正压迫使所述悬浮液的液体成分通过所述过滤器。
13.如权利要求12所述的方法，还包括下列附加步骤d.在与所述悬浮液相反一侧上将刚性罩应用于所述柔韧薄膜，所述刚性罩对所述柔韧薄膜施加压力以使得所述柔韧薄膜对所述悬浮液施加的压力增大。
14.如权利要求12所述的方法，还包括下列附加步骤d.解除所述第一舱室的密封；e.将所述悬浮液输送到第二舱室中，所述第二舱室包括限制通向排放口的过滤器；f.用盖子密封所述第二舱室，所述盖子包括接触所述悬浮液的柔韧薄膜；g.通过所述排放口将真空应用于所述第二舱室，由此所述真空·1.将负压应用于所述悬浮液，以使得所述负压迫使所述悬浮液的液体成分通过所述过滤器；·2.将负压应用于所述柔韧薄膜，以使得所述柔韧薄膜对所述悬浮液施加正压，以使得所述正压迫使所述悬浮液的液体成分通过所述过滤器；h.将被加热的压缩空气的气流应用于所述悬浮液，由此所述气流的至少一部分通过所述悬浮液以使得来自所述气流的热和来自所述真空的降低的压力将所述悬浮液的液体成分转变成蒸汽相，并且所述气流的膨胀通过所述至少一个排放口将所述蒸汽输送出所述第二舱室。
15.如权利要求14所述的方法，其中在步骤g.中应用真空还包括向所述悬浮液应用微波加热。
16.如权利要求14所述的方法，其中在步骤a.中将所述悬浮液输送到第一舱室中还包括在所述第一舱室中向所述悬浮液应用辐射热，和其中在步骤e.中将所述悬浮液输送到第二舱室中还包括在所述第二舱室中向所述悬浮液应用辐射热。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述真空是大约19-23英寸汞柱(64.3-77. 9kPa) 的压力并且在步骤h中在应用气流的过程中保持所述真空。
18.如权利要求14所述的方法，其中通过多个间隔开的入口将所述被加热的压缩空气的气流应用于所述悬浮液。
19.如权利要求14所述的方法，其中螺线管使所述被加热的压缩空气的气流脉动通过歧管以使得不到全部的所述入口同时接收气流。
20.如权利要求14所述的方法，其中所述悬浮液达到至少146°F(66.3°C )的温度。
全文摘要
本发明涉及用于从悬浮液中移除液体的装置。更具体来说，本发明涉及使用真空压力、压缩空气和辐射热以促进水从悬浮液中提取出来，并且利用真空舱室中的气流移除蒸发物的过滤装置，该装置是过滤和干燥大量悬浮液中的固体以移除间隙结合和化学结合液体的成本有效和资源有效的方式，其产生多达100％的总固体量。
文档编号B01D1/28GK102227242SQ200980147595
公开日2011年10月26日申请日期2009年10月2日优先权日2008年10月2日
发明者J·迈克尔-詹姆斯·迪尔蒙德, 威廉·T·史密斯·格里芬申请人:格莱风环境有限公司