低揮發(fā)性液體真空脫水方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示的工藝與設(shè)備適合低揮發(fā)性液體的真空脫水，特別是汽輪機(jī)油、齒輪油、液壓油等潤(rùn)滑油的真空脫水。本發(fā)明的方案是對(duì)現(xiàn)有的液體真空脫水工藝作以下改進(jìn)：采用一種可同時(shí)抽液體和氣體的排液真空泵，在真空罐的底部或中下部將氣體與液體同時(shí)抽出真空罐，在真空罐的上部設(shè)置冷凝器將水蒸氣冷凝成水或冰，由排水裝置排出真空罐。
【專利說(shuō)明】低揮發(fā)性液體真空脫水方法與裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明申請(qǐng)屬于液體的脫水脫氣凈化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于低揮發(fā)性液體的真空脫水方法與裝置，特別適用于汽輪機(jī)油、齒輪油、液壓油等潤(rùn)滑油的真空脫水，也適用于其他類似的低揮發(fā)性液體的真空脫水。

【背景技術(shù)】
[0002]本文所述的低揮發(fā)性液體，是指在正常的真空脫水工作條件下，液體中的水分能較多地蒸發(fā)成為水蒸氣，而需要真空脫水的液體揮發(fā)得較少，在實(shí)用性方面可以忽略液體揮發(fā)性的情況。
[0003]現(xiàn)有的低揮發(fā)性液體真空脫水方法如圖1所示，一般是將液體從進(jìn)液口 2引入一個(gè)真空罐I中，在真空條件下液體中的水蒸氣等氣體揮發(fā)變成氣體形成氣液混合物，在重力分離作用下，液體聚集在真空罐底部，經(jīng)真空罐出口 3用液體抽送泵8抽出真空罐I ;氣體聚集在真空罐上部，用真空泵6從真空罐頂部出氣口 4抽出氣體以維持真空罐的負(fù)壓。通常在真空罐I至真空泵6之間還設(shè)有冷凝器5和排水裝置7，將水蒸氣冷凝成水或冰，冰間斷地融化成水，由排水裝置7排出真空系統(tǒng)。冷凝器5 —方面可以減少水蒸氣對(duì)真空泵工作的不良影響，另一方面也可以減小真空泵抽氣體的體積流量。
[0004]冷凝器和排水裝置有很多種形式，常見的有冷水冷卻、壓縮機(jī)制冷、半導(dǎo)體制冷，排水裝置可以采用微型泵或采用閥門組的不同時(shí)開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)排水。
[0005]上述低揮發(fā)性液體的真空脫水工藝，較常見的應(yīng)用例子是潤(rùn)滑油的真空脫水處理，相應(yīng)的設(shè)備稱為真空凈油機(jī)。
[0006]現(xiàn)有真空凈油機(jī)處理含水量少的變壓器油時(shí)，因?yàn)樗趾康?真空罐內(nèi)產(chǎn)生的泡沫較少，有較好的效果和可操作性。但是對(duì)于大多數(shù)汽輪機(jī)油、齒輪油、液壓油來(lái)說(shuō)，由于通常含水量較大，大量水蒸氣的快速析出往往在真空罐內(nèi)產(chǎn)生大量的泡沫，這些泡沫容易充滿整個(gè)真空罐，并從真空罐頂部進(jìn)入真空系統(tǒng)，最后從真空泵6排出而發(fā)生“跑油”現(xiàn)象，不僅可能造成油的損失、真空泵的損壞，而且跑油可能造成油的大量流失而造成重大事故。
[0007]為了防止泡沫狀的油從真空系統(tǒng)抽出，常見的技術(shù)方案有在真空室設(shè)置泡沫液位檢測(cè)探頭、真空罐進(jìn)氣、降低工作真空度、降低進(jìn)油流量等方法。其缺點(diǎn)是真空脫水設(shè)備更加復(fù)雜化，操作麻煩，體積、重量增大，而整體脫水效率、可靠性也降低了。
[0008]現(xiàn)有真空濾油機(jī)的一個(gè)常見問題是，由于真空罐內(nèi)的負(fù)壓作用，真空罐底部的油泵工作在容易產(chǎn)生氣蝕的條件下，且油中含有氣泡，因此油泵的出油流量往往不夠，特別是油泵損傷后，可能抽力減小甚至抽不出油，這時(shí)油也有可能進(jìn)入真空系統(tǒng)，出現(xiàn)跑油現(xiàn)象。在處理高粘度、高水分的齒輪油時(shí)，泡沫狀油向真空罐底部流動(dòng)更慢，存在排油難的問題。
[0009]總之，采用現(xiàn)有真空脫水技術(shù)的真空凈油機(jī)在處理含水量大的油時(shí)，存在泡沫油從真空系統(tǒng)跑出的風(fēng)險(xiǎn)、系統(tǒng)較復(fù)雜、體積重量大、易發(fā)生跑油故障等問題，且很難處理含水較多的高粘度油。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的低揮發(fā)性液體真空脫水方法如真空凈油機(jī)存在如泡沫油跑油風(fēng)險(xiǎn)問題、高粘度的液體如齒輪油的脫水難題、以及真空脫水設(shè)備體積大、系統(tǒng)復(fù)雜等多方面的技術(shù)問題。本發(fā)明揭示的方法與裝置適合低揮發(fā)性液體的真空脫水，特別是汽輪機(jī)油、齒輪油、液壓油等潤(rùn)滑油的真空脫水。
[0011 ] 本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的液體真空脫水方法的改進(jìn)如圖2所示，將低揮發(fā)性液體從進(jìn)液口2注入真空罐1，液體中的水蒸氣和其他氣體揮發(fā)形成氣液混合物，在重力作用下氣液混合物部分分離，在真空罐內(nèi)形成氣液混合物的混合空間21和其上部的氣相空間20，采用一種可抽氣液混合物的抽送泵22，從氣液混合物的混合空間21即真空罐的底部或中下部將氣體與液體同時(shí)抽出真空罐1，在氣相空間設(shè)置冷凝器5，將水蒸氣冷凝成水或冰(冰需要間斷性地融化成水)，通過(guò)排水裝置7將水排出真空罐I ;視情況再對(duì)氣液混合物的抽送泵22排出的液體進(jìn)行氣液分離、過(guò)濾等處理。如果需要處理的液體流量較大，可以將氣液混合物的抽出口設(shè)在混合空間21的中部，同時(shí)在真空罐底部設(shè)置抽液泵8將液體抽出，如圖3所
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[0012]本項(xiàng)技術(shù)的原理是:由于在真空罐I內(nèi)壓力最低的地方是氣液混合物的抽送泵22進(jìn)口附近的位置，因此真空罐內(nèi)從進(jìn)液口出來(lái)的液體與氣體優(yōu)先向真空罐的出口 3運(yùn)動(dòng)，氣液混合物容易排出，粘度高一些的液體也可以較順暢地排出，而分配器上方由于不是最低壓力位置，泡沫狀氣液混合物無(wú)上升的推動(dòng)力，因此在真空罐內(nèi)一定高度的位置可形成無(wú)泡沫的空間，即氣相空間20。在真空罐內(nèi)，氣體比重很輕，可以自然地或在風(fēng)扇的作用下上升到冷凝器5附近，氣體中的水蒸氣可以被冷凝成水或冰，冰通常采用間斷性化霜過(guò)程融化成水，由排水裝置7收集排出真空罐I。
[0013]本技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是:可較好地解決類似現(xiàn)有真空凈油機(jī)的泡沫跑出問題、高粘度液體難排出真空罐的問題；由于采用氣液混合物的抽送泵，將油泵與真空泵合二為一，真空脫水設(shè)備的體積與重量大大減小，小型真空脫水裝置的優(yōu)勢(shì)更明顯；本技術(shù)對(duì)自動(dòng)控制的要求也簡(jiǎn)單，可靠性高，使用操作簡(jiǎn)便。
[0014]本技術(shù)的不足之處是對(duì)液體中的水分以外的溶解氣體去除率較低。但是實(shí)際應(yīng)用中，除變壓器油需要脫水脫氣外，一般的潤(rùn)滑油需要脫水而對(duì)脫氣沒有嚴(yán)格的要求，因此本技術(shù)適用于大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合。除了潤(rùn)滑油之外，其他低揮發(fā)性的液體如果需要脫水，也可以采用本技術(shù)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]編號(hào)說(shuō)明:
I真空罐2真空罐進(jìn)液口
3真空罐出口4真空罐頂部出氣口
5冷凝器6真空泵
7排水裝置8液體抽送泵
20真空罐氣相空間21氣液混合物的混合空間
22氣液混合物的抽送泵23風(fēng)機(jī)
圖1為現(xiàn)有的一種常見的真空脫氣裝置的示意圖?，F(xiàn)有技術(shù)均采用真空罐頂部出氣口4抽出氣體、底部真空罐出口 3抽出液體的方式工作。如果水蒸氣含量不高，其中的冷凝器5與排水裝置7可以省掉，即直接用真空泵6將水蒸氣等氣體抽走。
[0016]圖2為采用本技術(shù)的一種小流量的真空脫氣裝置的示意圖。液體經(jīng)進(jìn)液口 2進(jìn)入真空罐I中后，液體中的氣體揮發(fā)形成氣液混合物，在重力作用下得到部分分離，在真空罐I的中下部成為一個(gè)氣液混合物的空間21，其中的氣體與液體均由真空罐底部的出口 3經(jīng)氣液混合物的抽送泵22排出，氣體可上升到真空罐上部，氣體聚集形成氣相空間20，用冷凝器5將氣體中的水蒸氣冷凝成水或冰，由排水裝置7排出真空罐。本工藝適合包括潤(rùn)滑油在內(nèi)的低揮發(fā)性液體的脫水處理，對(duì)不易被冷凝的氣體去除率較低。
[0017]圖3為采用本技術(shù)的一種較大流量的真空凈油機(jī)的工藝流程圖。由于增加了排油泵8，可減小氣液混合物的抽送泵22的液體流量，因此有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，適合液體流量較大的場(chǎng)合。
[0018]圖4為采用本技術(shù)的一種冷凝器5安裝在真空罐I外的真空凈油機(jī)的工藝流程圖。該方案采用真空管道系統(tǒng)將氣相空間20擴(kuò)展到真空罐I外，一般需要設(shè)置風(fēng)機(jī)23來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體的快速循環(huán)。

【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施本技術(shù)涉及到兩個(gè)新部件:一個(gè)是安裝在真空罐氣相空間的冷凝器5(通常包含排水裝置7)，一個(gè)是排液真空泵22。
[0020]本項(xiàng)技術(shù)采用的冷凝器應(yīng)該具有以下性能:1、冷凝器的溫度應(yīng)該比油的溫度低一些，溫差越大，脫水效果越好，但如果結(jié)冰則需要間斷化霜排水；2、冷凝下來(lái)的水需收集在一起；3、冷凝器帶有的排水裝置可以將水排出到真空罐外；4、最好帶有風(fēng)機(jī)，促進(jìn)水蒸汽等氣體快速地流動(dòng)到冷凝器的冷卻表面，提高脫水速度；5、冷凝部分適合在真空罐內(nèi)的真空環(huán)境下工作。為了滿足以上條件，采用冷水冷卻、壓縮機(jī)制冷、半導(dǎo)體制冷等工藝中的一種或多種組合，推薦使用壓縮機(jī)制冷或半導(dǎo)體制冷，與用冷卻水直接冷卻相比，可以獲得較大的溫差。在某些情況下，可以用需要脫水處理的液體帶走制冷設(shè)備的熱量。
[0021]排水裝置7與冷凝器5關(guān)系密切，也可以把它看作是冷凝器的一部分，可以采用微型水泵抽送或閥門組不同時(shí)間地開關(guān)切換等方法，只要選型合理，結(jié)構(gòu)合適，這些技術(shù)都可以滿足使用要求。冷凝器5安裝在氣相空間20內(nèi)，具體位置可以在真空罐I內(nèi)，也可以安裝在真空罐外面，如圖4所示，由管路系統(tǒng)與真空罐I相連，即用管道系統(tǒng)擴(kuò)展了氣相空間20，通常需加風(fēng)機(jī)23以促進(jìn)氣體循環(huán)。
[0022]圖4所示的外置冷凝器5的未冷凝的氣體返回真空罐I的位置可以有多種變化，效果也略有不同，可根據(jù)具體應(yīng)用條件優(yōu)選。除了用管道系統(tǒng)擴(kuò)展氣相空間外，在真空罐內(nèi)設(shè)置隔板，也可以形成更有效的氣體循環(huán)回路，達(dá)到類似的效果。
[0023]適合本項(xiàng)技術(shù)的氣液混合物的抽送泵22，可在現(xiàn)有有油真空泵的基礎(chǔ)上，通過(guò)結(jié)構(gòu)與參數(shù)的改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。理論上說(shuō)，包括旋片真空泵、螺桿真空泵、羅茨真空泵、爪式、液環(huán)真空泵在內(nèi)的大多數(shù)使用油甚至不用油的真空泵，都可以抽送少量的液體，對(duì)本項(xiàng)技術(shù)來(lái)說(shuō)都是可用的，但具體的型式、參數(shù)與結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)具體應(yīng)用條件進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以滿足抽真空與抽液體同步進(jìn)行、且長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的要求。如果需要脫水的是低粘度的液體，采用液環(huán)真空泵基本可滿足使用要求。另外，一些容積式油泵，如齒輪泵、轉(zhuǎn)子泵、葉片泵、螺桿泵等，經(jīng)過(guò)一定的改進(jìn)或參數(shù)優(yōu)選，也可以滿足同時(shí)抽一定量的氣體的需要。
[0024]本技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，一些工作參數(shù)如真空罐內(nèi)的壓力、溫度、進(jìn)液流量，氣體循環(huán)流量等，在實(shí)用時(shí)往往需要采用自動(dòng)控制裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，才能取得比較理想的脫水效果。
[0025]本技術(shù)實(shí)用時(shí)還需要一些其他的部件才能構(gòu)成完整的脫水處理系統(tǒng)，如監(jiān)測(cè)儀表、管道閥門、過(guò)濾器、加熱器、自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)、機(jī)器框架與外殼等，由于與現(xiàn)有的普通技術(shù)沒有明顯的區(qū)別，且這些部件的種類、型式與結(jié)構(gòu)非常多，可形成多種組合，在這里不作列舉與討論。
[0026]以下進(jìn)一步以采用本技術(shù)的真空濾油機(jī)進(jìn)行舉例說(shuō)明。
[0027]一臺(tái)在線工作的真空濾油機(jī)，用于處理容積為500L的46號(hào)潤(rùn)滑油，運(yùn)行油溫度一般在50°C左右，需要的油處理流量為5L/min，因溫度已經(jīng)比較合適，無(wú)需設(shè)置加熱器，其工藝流程為:從待處理油箱來(lái)的油經(jīng)過(guò)閥門管道進(jìn)入一個(gè)粗過(guò)濾器，然后進(jìn)入真空罐。真空罐底部用氣液混合物的抽送泵22抽出，進(jìn)入一個(gè)上部有一定容積空間的過(guò)濾器。過(guò)濾器內(nèi)的氣體又溶解到油中，油經(jīng)過(guò)濾后由管道與閥門返回待處理油箱。
[0028]由于本例中需要處理的油流量較小，在真空罐上部設(shè)置冷凝器，其中的冷凝器采用半導(dǎo)體制冷片，由控制器自動(dòng)控溫，使冷凝表面維持在0-10攝氏度。排水裝置采用雙閥門切換操作。
[0029]采用改進(jìn)的液環(huán)真空泵作為氣液混合物的抽送泵22，電機(jī)功率1.5kff,重約25kg。
[0030]其他部分，包括粗過(guò)濾器、真空罐、精細(xì)過(guò)濾器、管道系統(tǒng)、控制箱、機(jī)架，合計(jì)為60kg，重量比市場(chǎng)上最輕便的真空濾油機(jī)還輕。測(cè)試期間，實(shí)際脫水速度與進(jìn)油含水量有較大關(guān)系，可達(dá)到20g/h。
[0031]歸納起來(lái)，本發(fā)明提供一種低揮發(fā)性液體的真空脫水方法，包括下列步驟:
(a)將低揮發(fā)性液體注入真空罐I,液體中的水蒸氣和其他氣體揮發(fā)形成氣液混合物，在重力作用下氣液混合物部分分離，真空罐I由此分為一個(gè)所述氣液混合物的混合空間21和一個(gè)與該混合空間21相連通的氣相空間20 ；
(b)將所述氣相空間20內(nèi)的水蒸汽冷凝成:
液態(tài)水，間斷或連續(xù)地從真空罐內(nèi)排出；和/或固態(tài)冰，間斷地將冰融化后從真空罐內(nèi)排出；
(c)將所述的氣液混合物從混合空間抽到真空罐外，并由此維持真空罐內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)，有時(shí)需要自動(dòng)控制裝置來(lái)保持適宜的真空度。
[0032]更好，在步驟(b)中還增加一個(gè)氣體循環(huán)回路，使水蒸氣快速向冷凝器流動(dòng)。
[0033]可選地，所述的氣體循環(huán)回路使用一條與真空罐氣相空間相連通的真空管道，通過(guò)對(duì)氣流的合理導(dǎo)流加速水蒸氣向冷凝器的流動(dòng)，提高脫水速度。
[0034]更好，在步驟(b)中使用一個(gè)風(fēng)機(jī)，通過(guò)增強(qiáng)氣相空間的內(nèi)氣體流動(dòng)來(lái)提高脫水速度。
[0035]可選地，在步驟(b)中使用的冷凝器在制冷時(shí)產(chǎn)生的熱量由所述的低揮發(fā)性液體帶走。
[0036]更好，從混合空間將一部分液體用泵抽出，以提高對(duì)低揮發(fā)性液體的處理流量。
[0037]顯然，采用儀表與自動(dòng)控制系統(tǒng)控制運(yùn)行參數(shù)在合適的范圍，可提高脫水速度。
【權(quán)利要求】
1.一種低揮發(fā)性液體的真空脫水裝置，由真空罐、冷凝器、排水裝置、氣液混合物的抽送泵組成，其特征是，其中的真空罐設(shè)有進(jìn)液口、連接氣液混合物的抽送泵的出口，真空罐內(nèi)有一個(gè)液體進(jìn)入真空罐后形成的氣液混合物的混合空間和一個(gè)在該混合空間上部且相通的氣相空間，氣液混合物經(jīng)真空罐的出口由氣液混合物的抽送泵排出，部分氣體進(jìn)入氣相空間，氣相空間中的水蒸氣被設(shè)置在氣相空間的冷凝器冷卻成液體或固體后，間斷或連續(xù)地由排水裝置排出真空罐。
2.如權(quán)利要求1所述的低揮發(fā)性液體的真空脫水裝置，其特征是，在真空罐的底部還連有一個(gè)液體抽出泵。
3.如權(quán)利要求1或2所述的低揮發(fā)性液體的真空脫水裝置，其特征是，所述氣相空間還包括一條與真空罐相連通的能產(chǎn)生氣體循環(huán)的真空氣體回路，所述的冷凝器位于真空氣體回路內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的低揮發(fā)性液體的真空脫水裝置，其特征是，在所述氣相空間中設(shè)有風(fēng)機(jī)，用于提高所述真空罐內(nèi)氣體交換的速度。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的低揮發(fā)性液體的真空脫水裝置，其特征是，所述的冷凝器采用冷水冷卻、壓縮機(jī)制冷、半導(dǎo)體制冷中的一種或多種組合，所述冷凝器制冷時(shí)產(chǎn)生的熱量由所述的低揮發(fā)性液體帶走。
6.一種低揮發(fā)性液體的真空脫水方法，包括下列步驟: (a)將低揮發(fā)性液體注入真空罐，液體中的水蒸氣和其他氣體揮發(fā)形成氣液混合物,在重力作用下氣液混合物部分分離，真空罐由此分為一個(gè)所述氣液混合物的混合空間和一個(gè)與該混合空間相連通的氣相空間； (b)將所述氣相空間內(nèi)的水蒸汽冷凝成: 液態(tài)水，間斷或連續(xù)地從真空罐內(nèi)排出；和/或 固態(tài)冰，間斷地將冰融化后從真空罐內(nèi)排出； (C)將所述的氣液混合物從混合空間抽到真空罐外，并由此維持真空罐內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的低揮發(fā)性液體的真空脫水方法，其特征是，在步驟(b)中還增加一個(gè)氣體循環(huán)回路，使水蒸氣快速向冷凝器流動(dòng)。
8.如權(quán)利要求7所述的低揮發(fā)性液體的真空脫水方法，其特征是，所述的氣體循環(huán)回路使用一條與真空罐氣相空間相連通的真空管道，通過(guò)對(duì)氣流的合理導(dǎo)流加速水蒸氣向冷凝器的流動(dòng)，提高脫水速度。
9.如權(quán)利要求6、7或8所述的低揮發(fā)性液體的真空脫水方法，其特征是，在步驟(b)中使用一個(gè)風(fēng)機(jī)，通過(guò)增強(qiáng)氣相空間的內(nèi)氣體流動(dòng)來(lái)提高脫水速度。
10.如權(quán)利要求6至9任一項(xiàng)所述的低揮發(fā)性液體的真空脫水方法，其特征是，在步驟(b)中使用的冷凝器在制冷時(shí)產(chǎn)生的熱量由所述的低揮發(fā)性液體帶走。
11.如權(quán)利要求6至11任一項(xiàng)所述的低揮發(fā)性液體的真空脫水方法，其特征是，從混合空間將一部分液體用泵抽出，以提高對(duì)低揮發(fā)性液體的處理流量。
【文檔編號(hào)】C10M177/00GK104069652SQ201310106167
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月29日
【發(fā)明者】王文兵 申請(qǐng)人:王文兵