[发明专利]液体流蒸发的工艺过程和设备

说明书

本发明涉及一种液体蒸发的工艺过程和设备。更具体地说，它是适用于液体蒸发的一种工艺过程，是通过低温蒸馏分离气体混合物的过程的一部分，例如空气蒸馏过程。

通过与一种气体流进行潜热交换(气体流因此而冷凝)来蒸发一种液体流是我们经常所需要做的。本发明涉及到的情况是两种流体至少由两种组份组成。如果所用的液体流比气体流含有较高的挥发性差的组份，那么温度T下的气体流的冷凝压力将会比温度(T－△T)下的液体流的蒸发压力高。

例如，如果不纯净的液氧(95％氧，5％氮)流在5×10⁵Pa的压力下，在与冷凝空气流反向流动过程中被蒸发，那么13×10⁵Pa的空气压力是完全确定的，因为空气具有固定的组成(21％的氧和79％的氮)。这里空气被看作双组份混合物，以便于比较。

同理，如果空气压力保持不变还是13×10⁵Pa，那么纯氮流将在低于14×10⁵Pa数量级的压力下蒸发。

在很多情况下，人们希望降低被冷凝的空气流压力或者升高被蒸发的液体流的压力，但是压力的最小值或最大值是由流体本身的组成所决定的。例如在空气蒸馏过程中，人们希望能尽可能地降低原料空气的压力。

总之，本发明的主体在于通过与要冷凝的气体流进行热交换蒸发液体流的工艺过程，两种流体至少由两种组份组成，并有以下特征：

i)在与气体流进行热交换而实现蒸发之后，液体流富集挥发性差的组份；和/或

ii)在与液体流进行热交换而冷凝之前，气体流富集挥发性差的组份。

根据本发明的其它特点和优点：

-挥发性较差的组份是氧，另一种挥发性较强的组份为氮；

-通过将其输送到一种混合塔的容腔内气体流和/或被蒸发的液体流来富集挥发性差的组份，这种混合塔从顶部注入了一种比被富集的混合物含较多挥发性差的组份的液体。

-气体流在混合塔容腔内的一个交换器中冷凝。

本发明的另一主体涉及到通过与气体流热交换进行液体流蒸发的一种设备，两种流体至少由两种组份组成，含有能使气体流和液体流之间进行热交换的装置，其特征为含有一个可富集挥发差的组份的装置：

i)被蒸发的液体流流向进行热交换的装置的下面；

ii)气体流流向能进行热交换的装置的上面。

根据其它特征：

-这种富集流体(某种组份)的装置包括一个混合塔，混合塔内注入了一种比被富集流体含有较高挥发性差的组份的液体。

-这种能进行热交换的装置包含一个位于混合塔容腔内的交换器，或者一个位于低压塔容腔内的交换器。

下述工艺过程是同样可行的，其中通过与气体流(被冷凝)进行热交换来实现液体流的蒸发，两种流体至少由两种组份组成，液体流比气体液含有较高的挥发性差的组份，并具有以下特点：

i)在与气体流进行热交换而实现蒸发之后，液体流富集挥发性高的组份；

ii)在与液体流进行热交换而实现蒸发之前，气体流富集挥发性高的组份。

这使得在特殊条件下，可以增加被蒸发液体流的压力。

并且人们可以依此设计工艺过程和设备，来改变在此种混合物被蒸发之后和/或被冷凝之前某种混合物中一系列成份的含量。所以，对于一种三元混合物，其中的两种挥发性差的组份可以被富集。

本发明的另一主体涉及通过与气体流热交换进行液体流蒸发的设备，两种流体至少由两种组份组成，液体流比气体流含有较高的挥发性差的组份，设备含有可使气、液体流之间进行热交换的装置，其特征是含有一种可富集挥发性差的组份的装置：

i)被蒸发液体流流向进行热交换的装置下面；

ii)气体流流向进行热交换的装置上面。

根据设备的其它特点：

-富集流体的装置包含一种混合塔，此塔中注入了比被富集流体含有更高挥发性差的组份的液体；

-使热交换成为可能的此种装置包含一个位于混合塔容腔内的交换器，或者一个位于低压塔容腔内的交换器。

本发明的最后一项主体涉及到通过蒸馏来分离气体混合物的整套设备，其中包含上述装置，并且液体流为分离产品，而气体流是被分离的气体混合物。

本发明对低温蒸馏特别有用。

参照附图，下面介绍本发明的两个实施例：

-图1是已知技术中的蒸发设备图；

-图2和图3分别是根据本发明的第一种和第二种选择形式的蒸发设备图；

-图4和图6分别是已知技术中的蒸馏过程装配图；