TW322427B - - Google Patents

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322427 A7 B7 五、發明説明（1 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 技術領域 本發明關於一種分離組份的系統。更特定言之，本發明 關於從冷凝表面移除液體而用以分離組份。 發明背景 冷凝在很多工業製程中是一種常見的分離機構。它—般 利用控溫的熱傳送表面來移除氣流中特+ 冷凝至這些表面時會形成—種㈣膜、小水= 合，此冷凝物由於重力的作用會流到表面的最低點且通常 =液滴的形式掉離表面。大部分的情況下，熱轉送表面都 遠離原始南濃度的蒸氣以避免生成的液滴又回到原製程内 。然而，將熱傳送表面離原始蒸氣來源—段距離，需要將 冷凝操作在較低蒸氣濃度下。這是非常沒有效率的，因爲 需要較低的操作溫度、更大的表面積或降低冷凝速率。 、，在一些製程中有使用主動性的系統來去除表面上的冷 液體。例如，一種附有刮刀的旋轉性表面，該刮刀可去 冷凝的液態膜。這些系統可以裝置在製程旁，因爲液體 由機械方法去除而不會回到製程中。然而，這些系統都很 複雜、筇貴，且對於特別的製程在設計上較不具彈性。 。。一個組份分離系統的例子爲在塗層基質上的傳統式乾燥 °。經由通入大量的氣體流於塗層表面可蒸發其上的液體 ’而以崧氣的形式去除。在很多情況下，因爲環保或經 的因素’需要在氣體排放到大氣前將裡面的蒸氣先去除 冷凝即是移除氣體流中之蒸氣常用的方法。 冷凝系统一般爲大型熱交換器或附有抹刀的冷卻滚軸 凝 經 濟

(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂 -泉 五、發明説明（2 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 這些系統裝置於遠離連結板的主氣體流中。典型的熱交換 器是置於主氣體流内，其表面溫度則降至蒸氣可凝結的溫 度，藉此從製程中移除冷凝物。 主氣體流内蒸氣的濃度必須保持在易燃濃度内，—般大 約爲氣體流的1-2%。爲了能在低濃度獲得可接受的回收效 率’該熱交換器的表面需非常的大且操作溫度大約爲〇 _ 〇°C。這是非常筇貴且很多製程上的問題會發生，例如 父換表面上會有冰的形成。爲了増加效率，很多顯著的 力都用來提高蒸氣濃度。一個例子即爲以鈍氣爲氣體流 這樣可以提高蒸氣的濃度，因爲易燃的限制已經去除了 然而這些方法仍舊很貴，而且更製造額外製程上的問題 限制其在工業上的使用。蒸氣濃度在塗層或氣液相界面 非常的高’但在表面下數公分則很快速的下降。 '理想的狀況下，我們可將熱交換表面置於氣液相界面 公分的範圍之内而得到最大的回收效率。但是冷凝表面 常無法放的這麼靠近，因爲冷凝液體會因重力的作用而 流到塗層表面。主動式的系統如附有刮刀的旋轉滚相可 置於離製程很近的位置，但是它們的形狀和具平面特性 移動介質不符’而且它們相對上來講也比較昂貴和複雜 因此，一種從組份分離系統的冷凝表面中移除液體之系 是必須的。 ' 本發明概沭 本發明爲一種從混合物中分離组份的方法及裝置，其 冷凝表面置於蒸發的液體來源上之高蒸氣濃度的區域。、 熱努 上 數通 回 以的 中 這 I-------7~ 裝-------訂------7 Λ (請先閲请背面之注意事項再填寫本頁) -5- M民張尺度適用中函國家標準（CNS ) A4規格（2lOX29Ui7 ^22427 A7 B7 五、發明説明（3 經濟部中央榡準局員工消費合作杜印製 蒸發的液體在冷凝表面上凝結，並在該表面上以液體的形 式移除，而這種移除大體上只有毛細作用力。 及方法和裝置也包括從混合物蒸發液體，和從混合物中 移除所回收及收集的任何液體。 逞種組份分離系統的冷凝機構包括：接受從混合物蒸發 出來液w：的冷凝表面以及冷凝表面上之多條開放凹槽。這 些凹槽將在冷凝表面上形成的冷凝液料離混合物，該冷 凝表面可以有小於2公尺的長度。 這種凹槽可以是符合c〇ncus_Finn不等式的毛細凹槽，並 且爲互相平行。而冷凝表面的形狀可根據組份分離程序的 不同而有所選擇。 一種和冷凝表面接觸的邊緣平板可以用來幫助移除冷凝 表面上之冷凝液體。 '返種冷凝裝置可以是—種冷凝平板，也可以包括接受 交換流體的通道。 簡要圖形的敛述 圖1是本發明之裝置的全視圖。 圖2是前視圖，爲圖】裝置的部份剖面圖。 圖3是圖1裝置中平板的部份内視圖。 詳細説明 本發明是一種可用於不同程序（包括組份分離）的方法 裝置。例如，乾燥塗層時溶劑的回收即可用此系统來6 ，蒸餾和液體分離則爲其他可應用此系統的操作。此$ 是用來從氣體混合物中分離組份的，然而此系统也可以 熱 和 成 「裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 泉 6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

五、發明説明（4 322427 氣體或非氣體的混人私 ΰ物中分離液體組份，只要先將該液體 m ^ ^ 彤式。廷種万法和裝置可以利用毛細作 i.1，將冷凝表面所生成的液體排離該表面。 、t'l統1除白知冷凝組份分離方法之缺點，它使用簡單 、被動、具毛細阳认圭 0表面來移除冷凝表面的液體並避免 S液=回机至製程中。這種毛細表面可以設計來符合各種 因f程上所需要的任何外型，而有非常大的彈性。這允許 熱又換表面可置於接近高濃度蒸氣來源的地方，而達到最 高的效率。此系统在_個給定的表面積及溫度差下，提供 種被動性、彈性且便宜的方法來改進製程中冷凝的速率 〇 任何型態的冷凝構造都可以拿來使用，例如不論平不平 坦工任何形狀的平板、鰭狀板管狀或其他的構造。如同 本申請案所描述的平板狀構造，包括固定或移動的平板或 颌似的》又计。圖1至3顯示一種使用一塊平板的裝置。此 平板有片用來冷凝及移除液趙的表面，其位置則接近要 分離組份之混合物的蒸氣來源處。 此裝置可以用在不同的混合物。這些混合物可以是一種 塗層爲液體的基質、—種混合组份的流體浴或任何組份的 组合（其中任一種液體或氣體組份是可以被分離的）。 如圖1和2所示，裝置10包含一個具有冷凝表面14的冷凝 平板12 °冷凝表面可以置於離混合物16任何距離的地方， 此混合物由一個容器17裝著，而這代表製程中蒸氣的來源 。這裡有個蒸發表面18，液體於此表面蒸發而與混合物中 -7 良紙張尺度適用中_家標牟（CNS ) M規格（：似297公瘦 7—裝----*--訂------^泉 < < * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本育) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（5 ) 之其他組份分離。混合物16蒸發出來的蒸氣移動到冷凝表 面14而凝結。這冷凝表面可以置於高蒸氣濃度的區域，例 如在蒸發表面1公尺内。 冷凝平板12 (可以是固定或移動式的）裝置在接近混合物 16的上方《此冷凝平板12可以朝任何方向。此冷凝平板 1 2可以置於混合物16的上方或該混合物之下方β只要在 混合物所允許的方向下’此系統可以是垂直或成任何角度 操作》 此圖例中位於蒸發表面18上的冷凝表面j4是平坦的，然 而此冷凝表面14可以依照製程的需要而有不同的形狀，而 此冷凝表面14也可以置於離混合物16外的任何距離，其中 蒸氣會從混合物16移動到冷凝表面14而凝結。 如圖所示，冷凝表面14爲一個毛細表面，其爲平坦的但 疋並不光滑。該冷凝表面有開放式的毛細通道或凹槽用 來將冷凝的液體側向的排到平板12的兩個側邊緣。如圖i 所示’逢緣平板22位於的冷凝表面14的兩侧。此邊緣平板 22在這裡是垂直於冷凝表面14，雖然它們可以是任何角度 。邊緣平板22可以是平滑的表面、毛細表面、多孔性介質 或其它形式的表面。 可以用任何形式的熱源來蒸發混合物16的液體，例如用 一個置於混合物另一側（相對於冷凝平板）的加熱器。從混 合物16蒸發出來的液體經過蒸發表面18和冷凝平板12間的 空隙24而凝結在冷凝平板12的冷凝表面14上。位於冷凝表 面14上的凹槽20則利用毛細作用力將冷凝液體排至邊緣平 本紙G度適用中國國家標準（冗）A4規格（2ι〇χ·-297-------- — 「裝-- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 泉 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（6 板22°或者’其他的毛細現象機構也可以用來將冷凝液體 從冷凝平板12中的冷凝表面14移除，以避免該液體回流至 混合物16内》此外，冷凝液體並不需要完全從冷凝平板上 移除，只要將冷凝表面14上的冷凝液體移除以避免該液體 回流至混合物16即可。 當液體泥至凹槽20的尾端時，其會和另外一個毛細表面 父叉’該毛細表面是由邊緣平板22和凹槽2〇夾一個角度所 形成的。在此界面重力克服了毛細作用力，而使得液體以 薄膜或液滴26的形式順著邊緣平板22的表面流下。從邊緣 平板22表面所流下的液滴26可以用任何形式的收集器具將 其收集，而此收集器可以置於整個裝置的裡面或外面，只 要不讓其中之液體回流至混合物即可。例如，一種槽溝狀 的導管28可以裝置於邊緣平板22的底端，將液體引導至容 器内。 冷凝平板12可以包含内通道，例如管道。熱交換流體即 可經外料置加熱或冷卻而在4凝平板12的内通道裡面循 環。 平板的寬度是沒有限制的，但毛細凹槽2〇的有效傳輸速 率卻有。毛細凹槽20可以設計成毛細表面。毛細表面的定 義爲一種滿足Concus-Finn不等式的特定幾何表面，其中 Concus-Finn不等式可以表示成α+θ < 甘丄 何角落之夹角的一半，匕是氣體/液；/固體的靜態 。靜態接觸角是由氣體在給定表面材料中之液體的 力所控制。毛細表面在Tulsa大學L〇De7 η Ώ p z de Ramos，A. L.的 表纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21 OX297公整 I 裝-------訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) S22427 a? 五、發明説明（7 ~ ~ --- 博士响文「一氧化碳在多孔性介質中因毛細作用而增強的 擴散現象」中有詳細的討論。 2用毛細表面來移除冷凝液體使得冷凝表面14可以更靠 近瘵發表面18上高蒸氣濃度的區域。蒸發的液體在冷凝表 面上凝結，而不會因重力的作用回流到製程中，這樣可以 被動式地將液體自製程中移除。本發明爲一種經濟的方法 來達到高操作效率、高操作溫度、較小的表面積及較高的 冷凝速率。 I - —— — — — ——--I n n n τ----------- Λ (請先閲坎背面之注意事項再填寫本莧) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消费合作社印装 322427 ab! C8 - D8 六、申請專利範圍 1. 一種自混合物16分離組份的方法，其包括： 提供蒸發液體的來源17 ; 將冷凝表面14置於蒸發液體來源17之上； 令蒸發的液體凝結於冷凝表面14上；以及 幾乎只利用毛細作用力將冷凝液體以液態的形式自冷 凝表面14移除。 2. 根據申請專利範園第1項之方法，其更包括從混合物16 .中蒸發液體的步驟。 3. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中移除冷凝液體的 步驟包括任何從混合物16移除之液體的回收及收集。 4_根據申請專利範圍第1項之方法，其中冷凝表面14放置 的步骤包括將該平面置於蒸發液體來源的蒸發表面18 i 公尺之内。 5:—種用於組份分離系統之冷凝機構，其可由混合物丨6 ( 此混合物爲蒸發液體的來源）中分離一種或多種組份， 該冷凝機構包括： 一種置於蒸發液體來源上之高蒸氣濃度區域的冷凝表 面14’其可接收從混合物而來的蒸發液體；以及 在冷凝表面14上形成之多數的開放式凹槽2〇,其可將 冷凝表面上的冷凝液體導離混合物16。 6. 根據申請專利範圍第5項之冷凝機構，其中凹槽2〇爲平 行的毛細凹槽，並且滿足Concus-Finn不等式。 7. —種從混合物分離組份的裝置，其包括： 根據申請專利範圍第5項之冷凝機構； -11 - 本紙張尺度逋财關家標準（CNS )八4祕（210X297公董) ---------- (請先聞讀背面乏注意事項再填寫本頁) -裝· f-·— 一一 線 322427 A8 B8 C8 D8 6、申請專利範圍 於冷凝表面14上將來自混合物16之蒸發液體凝結的器 具，·以及 將冷凝液體以液態的形式自冷凝表面14移除的器具。 8.根據申請專利範圍第7項之裝置，其中冷凝表面14的長 度小於2公尺’並且滿足c〇ncus_Finn不等式。 9-根據申請專利範圍第7項之裝置，其中移除冷凝液體的 器具包括至少一個與冷凝表面14接觸的邊緣平板22。 10.根據申請專利範圍第7項之裝置，其中更包括—種冷凝 平板12 ’其包括用來容納熱交換流體且位於混合物16上 方的内通道，其中冷凝表面14爲冷凝平板12的一部分。 ---------1-- (請先®背面乏注意事項再填寫本頁) 訂 旅 經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210X 297公釐）