專(zhuān)利名稱(chēng):含水固體物料的置換脫水方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及含水固體物料的脫水方法及裝置,具體涉及含水固體物料的低能耗置
換脫水方法及裝置,可應(yīng)用于能源、輕工、環(huán)保、材料、化工等領(lǐng)域。
背景技術(shù):
工業(yè)生產(chǎn)中有很多原料、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品為高含水固體物質(zhì),其含水是造成進(jìn)一步處理過(guò)程高能耗、低效率、甚至處理困難的根本原因。因此,高水分物料脫水或干燥代表流程工業(yè)的共性技術(shù),是高耗能的工業(yè)單元過(guò)程。 以脫除物料水分的方式不同,含水物料的脫水方法可分為兩大類(lèi)以蒸汽形式脫除的蒸發(fā)型脫水和以液態(tài)水形式脫除的非蒸發(fā)型脫水。 蒸發(fā)型脫水通過(guò)水分蒸發(fā)而實(shí)現(xiàn)物料脫水,如通常所說(shuō)的熱力干燥就屬該類(lèi),是目前應(yīng)用最廣泛的脫水方法。干燥是傳統(tǒng)的工業(yè)過(guò)程,已存在許多含水固體物料的干燥技術(shù),如流化床干燥,回轉(zhuǎn)筒干燥,氣流干燥等。這些干燥技術(shù)已經(jīng)十分成熟,在冶金、煤炭、化工,輕工、醫(yī)學(xué)、食品、建材等行業(yè)得以了廣泛應(yīng)用。由于基于水分蒸發(fā),干燥過(guò)程能耗大。據(jù)統(tǒng)計(jì),工業(yè)干燥過(guò)程耗能約占全國(guó)總能耗的12%。同時(shí),蒸發(fā)型熱力干燥中物料受熱,容易粘結(jié),燒焦掛壁,一方面影響產(chǎn)品品質(zhì),另一方面致使熱力干燥方法不適合于熱敏性物質(zhì)。
非蒸發(fā)型脫水包括離心、壓慮等機(jī)械脫水方法和以溶劑置換為代表的非常規(guī)脫水方法。機(jī)械脫水通過(guò)離心、壓濾等機(jī)械力將水?dāng)D壓出物料、以液態(tài)水方式脫去。它在短時(shí)間可脫去大量含水,能耗低,操作簡(jiǎn)便,因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的預(yù)處理或中間處理。但機(jī)械方法只能實(shí)現(xiàn)初步脫水,脫水不徹底,對(duì)于高水分物料,如酒糟、醋糟、污泥而言,機(jī)械脫水只能使含水量降至50-60%,進(jìn)一步脫水必須采用其它深度脫水或干燥技術(shù)。
溶劑置換脫水是利用溶劑以物理方法將水從物料中置換出來(lái),首先通過(guò)溶劑與物料的混合和相互作用而使水分以溶解、吸收、交換等方式從物料向溶劑轉(zhuǎn)移,然后使物料與含水溶劑分離,獲得被脫水物料。與物料分離后的含水溶劑經(jīng)分層、蒸發(fā)等方式可實(shí)現(xiàn)溶劑回收和循環(huán)利用。 根據(jù)使用溶劑的不同,溶劑脫水可分為兩種。 一是利用強(qiáng)極性溶劑,如乙醇、丙酮等浸泡固體物料,通過(guò)對(duì)水分的萃取而實(shí)現(xiàn)脫水。由極性溶劑與水形成的混合溶液必須經(jīng)過(guò)蒸餾等方法才能回收溶劑。由于溶劑蒸發(fā)潛熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水的蒸發(fā)潛熱,溶劑回收過(guò)程的能耗可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直接水分蒸發(fā)過(guò)程耗能。但是,水分可能與溶劑形成共沸物,致使有的溶劑的完全回收存在難度。另一種是利用非極性溶劑直接置換固體物料水分,進(jìn)而通過(guò)分層、離心或蒸發(fā)等方式將水和溶劑分離。非極性溶劑在常溫常壓下對(duì)水的溶解度通常很小,因此可以選用合適的表面活性劑和非極性溶劑形成復(fù)合置換溶劑,并使水分置換過(guò)程操作于加壓條件下。 溶劑置換脫水能夠迅速地將物質(zhì)外部和內(nèi)部的水分同時(shí)脫除,是一種非熱力脫水方法,在置換脫水過(guò)程中只需克服水和固體物料間的吸附力和粘附力。某種程度上說(shuō),溶劑置換脫水實(shí)質(zhì)上將水分蒸發(fā)過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)槿軇┱舭l(fā)過(guò)程,而溶劑蒸發(fā)潛熱通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水的蒸發(fā)潛熱,而且沸點(diǎn)低,因此可明顯降低脫水過(guò)程能耗,同時(shí)通過(guò)操作在較低溫度下,克服熱力蒸發(fā)過(guò)程的燒焦、掛壁等問(wèn)題。溶劑置換脫水不會(huì)使被干燥物料/物件表面留下痕跡,如果溶劑回收程度高也不會(huì)對(duì)物料造成嚴(yán)重污染。因此,溶劑置換脫水廣泛應(yīng)用于精密器件的脫水干燥,但是對(duì)精密器件進(jìn)行脫水干燥時(shí),所采用的溶劑一般為成本較高、生產(chǎn)量較小、有毒副作用的非常規(guī)化工試劑,如氟碳試劑等,受此影響,其脫水干燥技術(shù)只能局限用于技術(shù)附加值較高、規(guī)模較小且對(duì)干燥技術(shù)要求較高的精密器件的干燥,而不適用于大宗固體物料的脫水干燥。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的目的在于,提供一種含水固體物料置換脫水方法。 本發(fā)明的另一目的在于,提供一種應(yīng)用于上述含水固體物料置換脫水方法的裝置。 本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 —方面,本發(fā)明提供了一種利用溶劑置換脫水來(lái)去除含水固體物料中的水分的方法,其包括以下步驟(A)將含水固體物料與置換溶劑混合得到混合物;(B)將所述混合物分離獲得被脫水固體物料和溶劑-水混合物;和(C)將所述溶劑_水混合物分離得到溶劑和水,并循環(huán)回用溶劑;其中所述的置換溶劑為在0-6(TC的溫度和0. l-3MPa的壓力下為液體的有機(jī)溶劑、所述有機(jī)溶劑的混合物或者所述有機(jī)溶劑與表面活性劑混合的復(fù)合置換溶劑。 優(yōu)選地,其中所述的置換溶劑為低沸點(diǎn)、低潛熱的有機(jī)溶劑,更優(yōu)選地,所述有機(jī)溶劑選自丙烷、2-氯丙烷、環(huán)氧乙烷、戊烷、二甲醚和甲硫醚中的一種或幾種;其中所述的表面活性劑為弱吸附性、低潛熱的表面活性劑,優(yōu)選地,所述表面活性劑為全氟辛酸。
優(yōu)選地,其中所述的溶劑置換脫水是在0-6(TC和0. l-3MPa條件下實(shí)施的。
優(yōu)選地,其中所述的溶劑_水混合物的分離是通過(guò)靜置分層或者減壓蒸發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)的,其中所述的有機(jī)溶劑在常溫常壓下為液體時(shí),如2-氯丙烷、環(huán)氧乙烷、戊烷或甲硫醚,溶劑_水混合物的分離采用靜置分層的方式;所述的有機(jī)溶劑在常溫常壓下為氣體時(shí),如丙烷和二甲醚,溶劑-水混合物的分離采用減壓蒸發(fā)的方式。 優(yōu)選地,其中所述的含水固體物料為發(fā)酵殘?jiān)恪⑹称窔堅(jiān)?、飲料殘?jiān)U水污泥、活性生物物料、褐煤或高含水農(nóng)產(chǎn)品等。 另一方面,本發(fā)明提供了用于上述方法的裝置,其包括以下設(shè)備溶劑輸入設(shè)備3,用于提供置換溶劑,其具有溶劑出口 a及進(jìn)口 g ;脫水設(shè)備4,用于混合含水固體物料和置換溶劑以進(jìn)行置換脫水,其具有溶劑進(jìn)口 b、出口及廢液排出口 c3,其中該溶劑進(jìn)口與上述溶劑輸入設(shè)備3的溶劑出口 a相連接;分離設(shè)備5,用于回收從脫水設(shè)備4輸出的液態(tài)溶劑-水混合物,其具有溶劑進(jìn)口 e、液態(tài)溶劑出口 fl、氣態(tài)溶劑出口 f2及排水口 f 3,其中該分離設(shè)備的溶劑進(jìn)口 e與上述脫水設(shè)備4的液態(tài)溶劑出口 cl相連接,液態(tài)溶劑出口 fl與上述溶劑輸入設(shè)備3的溶劑進(jìn)口 g相連接;冷凝回收設(shè)備6,用于回收上述脫水設(shè)備4及分離設(shè)備5輸出的氣態(tài)溶劑,其具有溶劑進(jìn)口 h及冷凝溶劑出口 i,其中溶劑進(jìn)口 h分別與上述脫水設(shè)備4的氣態(tài)溶劑出口 c2和上述分離設(shè)備5的氣態(tài)溶劑出口 f2相連接;供壓設(shè)備,用于向上述脫水設(shè)備4和回收設(shè)備提供高壓氣體。
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優(yōu)選地,其中所述的脫水設(shè)備4還具有溶劑循環(huán)進(jìn)口 d,該脫水設(shè)備4的溶劑出口分為液態(tài)溶劑出口 c 1和氣態(tài)溶劑出口 c2,其中該液態(tài)溶劑出口 cl與上述的溶劑循環(huán)進(jìn)口d相連接,構(gòu)成溶劑的循環(huán)流動(dòng)。 優(yōu)選地,其中所述的供壓設(shè)備包括惰性氣瓶l,通過(guò)空氣壓縮機(jī)21分別與上述脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5相連接,為其提供高壓氣體。 優(yōu)選地,所述的裝置還包括以下設(shè)備加熱夾套,位于溶劑輸入設(shè)備3外表面;熱水發(fā)生器7,通過(guò)熱水泵101與溶劑輸入設(shè)備3的加熱夾套首尾相連,為其提供循環(huán)熱水,用于加熱該溶劑輸入設(shè)備3內(nèi)的溶劑;溶劑輸液泵102、103,分別位于上述脫水設(shè)備4的溶劑出口 cl處以及上述分離設(shè)備5的溶劑出口 fl處;儲(chǔ)液罐8,用于儲(chǔ)存從所述冷凝回收設(shè)備6及分離設(shè)備5中輸出的溶劑,并為所述溶劑輸入設(shè)備3提供溶劑,其具有與所述冷凝回收設(shè)備6的冷凝溶劑出口 i相連接的進(jìn)口 j ,該儲(chǔ)液罐8還與所述溶劑輸入設(shè)備3的溶劑進(jìn)口g及分離設(shè)備5的液態(tài)溶劑出口 fl相連接。
本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案如下 本發(fā)明提供的高水分固體物料置換脫水方法用置換溶劑將濕物料充分浸漬,濕物料水分被置換到置換溶劑中,成為含水量較高的混合溶液;然后將該混合溶液內(nèi)的置換溶劑靜置分層或氣化,使置換溶劑和水分離,再通過(guò)冷卻或壓縮將置換溶劑液化,以回收循環(huán)利用。 在所述的置換過(guò)程中,形成的高壓液態(tài)溶劑與水形成互溶混合物,從而將水從高水分固體物中置換出來(lái),使水與固體分離。 在所述的分離過(guò)程中,若采用的溶劑在常溫常壓下為液體,可以通過(guò)靜置分層,使水相和有機(jī)溶劑相分層,分層后使水相和有機(jī)溶劑相分離;若采用的溶劑為常溫常壓下是氣體的高壓液體,可通過(guò)減壓氣化溶劑而使其與水相分離。 在所述的回收過(guò)程中,回收的有機(jī)溶劑在高壓下,形成高壓液態(tài)有機(jī)溶劑,循環(huán)利用。 本發(fā)明提供了一種高水分固體物料置換脫水裝置,包括提供高壓惰性氣體的惰性氣瓶,壓縮氣體的氣體壓縮機(jī),提供熱水的熱水發(fā)生器,預(yù)熱溶劑的溶劑輸入設(shè)備,傳輸溶劑的溶劑輸液泵,濕物料和溶劑充分浸漬進(jìn)行置換脫水的脫水設(shè)備,液化氣態(tài)溶劑的冷凝回收設(shè)備,分離溶劑和水的混合溶液的分離設(shè)備,儲(chǔ)存回收容器儲(chǔ)液罐,冷凝揮發(fā)出來(lái)的氣態(tài)溶劑的冷凝回收設(shè)備。 所述的惰性氣瓶出口與氣體壓縮機(jī)進(jìn)口相連,氣體壓縮機(jī)出口與脫水設(shè)備和分離設(shè)備進(jìn)口相連,為脫水設(shè)備和分離設(shè)備提過(guò)所需的高壓氣體; 所述的溶劑輸入設(shè)備加熱系統(tǒng)與熱水發(fā)生器相連,其溶劑進(jìn)口經(jīng)溶劑輸液泵與分離設(shè)備和儲(chǔ)液罐出液口相連,其溶劑出口與脫水設(shè)備溶劑進(jìn)口相連; 所述的脫水設(shè)備惰性氣體進(jìn)口與氣體壓縮機(jī)出口相連,其溶劑進(jìn)口與溶劑輸入設(shè)備溶劑出口相連,其溶劑循環(huán)出口經(jīng)溶劑輸液泵與其溶劑循環(huán)進(jìn)口及分離設(shè)備溶劑進(jìn)口相連;其下端廢液出口與廢水池相連,其氣態(tài)溶劑出口與冷凝回收設(shè)備氣態(tài)溶劑進(jìn)口相連;
所述的分離設(shè)備惰性氣體進(jìn)口與氣體壓縮機(jī)氣體出口相連,其溶劑進(jìn)口經(jīng)溶劑輸
液泵與脫水設(shè)備循環(huán)溶劑出口相連,其溶劑出口經(jīng)溶劑輸液泵與溶劑輸入設(shè)備溶劑進(jìn)口相連,其排水口與廢水池相連;
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所述的冷凝回收設(shè)備冷凝系統(tǒng)與供水系統(tǒng)相連,其氣態(tài)溶劑進(jìn)口與脫水設(shè)備和分離設(shè)備氣態(tài)溶劑出口相連,其溶劑出口與儲(chǔ)液罐相連; 所述的儲(chǔ)液罐進(jìn)口與冷凝回收設(shè)備溶劑出口相連,該出口經(jīng)溶劑輸液泵與溶劑輸入設(shè)備相連; 所述的熱水發(fā)生器進(jìn)口與供水系統(tǒng)及冷凝回收設(shè)備冷凝水出口相連;出口與溶劑輸入設(shè)備熱水進(jìn)口相連。 本發(fā)明所述方法的工作原理示于圖1。將高水分固體物質(zhì)放入到脫水設(shè)備后,從惰性氣瓶向整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)中通入惰性氣體進(jìn)行加壓;然后將預(yù)熱后的高壓液態(tài)溶劑經(jīng)溶劑輸液泵傳輸?shù)矫撍O(shè)備中,打開(kāi)脫水設(shè)備上的溶劑輸液泵使溶劑循環(huán)往復(fù)地通過(guò)高水分固體物質(zhì)中,使溶劑與高水分固體經(jīng)過(guò)充分接觸,進(jìn)行置換脫水;脫水后,得到溶劑和水的混合溶液,然后將此混合溶液加熱使溶劑氣化,從而將溶劑和水分離;將分離出的溶劑通入冷凝回收設(shè)備冷凝后循環(huán)進(jìn)入到原脫水系統(tǒng)。 該方法使用的置換溶劑為在0-6(TC、l-30個(gè)大氣壓下為液體的有機(jī)溶劑,如丙烷、甲硫醚、環(huán)氧乙烷、2-氯丙烷、二甲醚等一種或幾種,或者所述有機(jī)溶劑與弱吸附性、低潛熱表面活性劑混合而成的復(fù)合置換溶劑。該方法操作條件溫和,能耗低,適用于不同含水量固形物脫水。 由此可見(jiàn),本發(fā)明克服了溶劑置換脫水不適用于大宗固體物料脫水干燥的困難,提供了一種利用0-60°C、0. l-3MPa下為液體的低沸點(diǎn)、低潛熱有機(jī)溶劑對(duì)含水固體物料進(jìn)行置換脫水方法及實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方法的裝置。所述方法通過(guò)使用在一定溫度和壓力條件下為液體的低沸點(diǎn)、低潛熱溶劑將含水固體物料中水分在溶解、吸收、交換等的作用下轉(zhuǎn)移到溶劑相中而使物料脫水,進(jìn)而通過(guò)液固分離獲得被脫水物料,液液分離實(shí)現(xiàn)溶劑回收,所能達(dá)到的有益效果如下 首先,使用本發(fā)明對(duì)含水固體物料進(jìn)行置換脫水的方法,可使脫水率達(dá)60%以上,使固體物料含水量低于17%。 其次,本發(fā)明所使用低沸點(diǎn)低潛熱溶劑。由于溶劑潛熱遠(yuǎn)低于水的潛熱,其能耗很低,解決了能耗高的問(wèn)題。比如,現(xiàn)階段我國(guó)的脫水干燥技術(shù)的能耗一般為每蒸發(fā)脫水lkg水通常消耗1. 3-1. 8kg蒸汽(或3500-5000kJ),而采用本發(fā)明進(jìn)行干燥時(shí),可節(jié)約30-40%的能耗。同時(shí),操作在低溫下進(jìn)行,操作條件溫和,解決了傳統(tǒng)蒸發(fā)型脫水干燥過(guò)程的燒焦掛壁等問(wèn)題。 綜上所述,本發(fā)明所提出的含水固體物料的置換脫水方法及裝置,不僅可能達(dá)到較高的脫水效率,還能節(jié)約能源,適用于工業(yè)上不同含水量固體物料的脫水。
以下,結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案,其中 圖1為本發(fā)明的含水固體物料置換脫水方法的原理示意圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1含水固體物料置換脫水的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例2含水固體物料置換脫水的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖標(biāo)記與其對(duì)應(yīng)的部件說(shuō)明如下 1: 惰性氣瓶 21/22:氣體壓縮機(jī)
7
3 :5 :7 :9 :102/1033 :cl :c3 :6 :f 2 :g :i :
溶劑輸入設(shè)備
分離設(shè)備
熱水發(fā)生器
氣液分離罐
溶劑輸液泵
溶劑輸入設(shè)備溶劑出口
脫水設(shè)備液態(tài)溶劑出口
脫水設(shè)備廢液排出口
分離設(shè)備溶劑進(jìn)口
分離設(shè)備氣態(tài)溶劑出口溶劑輸入設(shè)備溶劑進(jìn)口
冷凝回收設(shè)備冷凝溶劑
出口
468101
b :c2 :
d :
f 1 :
f 3 :h :
脫水設(shè)備冷凝回收設(shè)備儲(chǔ)液罐熱水泵
脫水設(shè)備溶劑進(jìn)口脫水設(shè)備氣態(tài)溶劑出
脫水設(shè)備溶劑循環(huán)進(jìn)
分離設(shè)備液態(tài)溶劑出
分離設(shè)備排水口冷凝回收設(shè)備溶劑進(jìn)
儲(chǔ)液罐進(jìn)口
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所述方法的工作原理請(qǐng)參見(jiàn)圖1所示。將含水固體物料放入到脫水設(shè)備后,從惰性氣瓶向整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)中通入惰性氣體進(jìn)行加壓;然后將預(yù)熱后的高壓液態(tài)溶劑經(jīng)溶劑輸液泵傳輸?shù)矫撍O(shè)備中,打開(kāi)脫水設(shè)備上的溶劑輸液泵使溶劑循環(huán)往復(fù)地通過(guò)含水固體物料中,使溶劑與高水分固體經(jīng)過(guò)充分接觸,進(jìn)行置換脫水;脫水后,得到溶劑和水的混合溶液,然后將此混合溶液加熱使溶劑氣化或靜置分層,從而將溶劑和水分離;分離出的溶劑再循環(huán)進(jìn)入到原脫水系統(tǒng)。
實(shí)施例1 本實(shí)施例適用于常溫常壓下為液體的置換溶劑脫水,具體裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示,所述裝置包括惰性氣瓶1,氣體壓縮機(jī)21,溶劑輸入設(shè)備3,脫水設(shè)備4,分離設(shè)備5,冷凝回收設(shè)備6,熱水發(fā)生器7,儲(chǔ)液罐8,熱水泵101,溶劑輸液泵102,103。所述的惰性氣瓶1出口與氣體壓縮機(jī)21進(jìn)口相連,氣體壓縮機(jī)21出口與脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5進(jìn)口相連,為脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5提供所需高壓氣體;所述的溶劑輸入設(shè)備3的加熱系統(tǒng)與熱水發(fā)生器7相連,其溶劑進(jìn)口 g經(jīng)溶劑輸液泵102與分離設(shè)備5的液態(tài)溶劑出口 fl和儲(chǔ)液罐8相連,其溶劑出口 a與脫水設(shè)備4溶劑進(jìn)口 b相連;所述的脫水設(shè)備4惰性氣體進(jìn)口與氣體壓縮機(jī)21出口相連,其溶劑進(jìn)口 b與溶劑輸入設(shè)備3溶劑出口 a相連,其液態(tài)溶劑出口 cl經(jīng)溶劑輸液泵102與其溶劑循環(huán)進(jìn)口 d及分離設(shè)備5溶劑進(jìn)口 e相連,其下端廢液排出口 c3與廢水池相連,其氣態(tài)溶劑出口 c2與冷凝回收設(shè)備6溶劑進(jìn)口 h相連;所述的分離設(shè)備5惰性氣體進(jìn)口與氣體壓縮機(jī)21氣體出口相連,其溶劑進(jìn)口 e經(jīng)溶劑輸液泵102與脫水設(shè)備4液態(tài)溶劑出口 cl相連,其液態(tài)溶劑出口 fl經(jīng)溶劑輸液泵103與溶劑輸入設(shè)備3溶劑進(jìn)口 g相連,其排水口 f3與廢水池相連;所述的冷凝回收設(shè)備6冷凝系統(tǒng)與供水系統(tǒng)相連,其溶劑進(jìn)口 h與脫水設(shè)備4的氣態(tài)溶劑出口 c2和分離設(shè)備5的氣態(tài)溶劑出口 f2相連,其冷凝溶劑出口 i與儲(chǔ)液罐8的進(jìn)口 j相連;所述的儲(chǔ)液罐8進(jìn)口 j與冷凝回收設(shè)備6相連,其出口經(jīng)溶劑輸液泵103與溶劑輸入設(shè)備3相連;所述的熱水發(fā)生器7進(jìn)口與供水系統(tǒng)及冷凝回收設(shè)備6冷凝水出口相連,其出口與溶劑輸入設(shè)備3熱水進(jìn)口相連。
在本實(shí)施例中,所用的含水固體物料為酒糟,所用的置換溶劑為2-氯丙烷。按照前述高水分固體物料置換脫水方法原理,將酒糟均勻地?cái)偡旁诿撍O(shè)備4過(guò)濾板上;打開(kāi)惰性氣瓶1,并調(diào)節(jié)氣體壓縮機(jī)21,向整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)通入高壓氣體;然后,調(diào)節(jié)脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5上的閥門(mén),使其內(nèi)壓力為0. 8MPa,關(guān)閉所有的氣體和液體控制閥門(mén),使脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5內(nèi)的壓力保持恒定;打開(kāi)儲(chǔ)液罐8和溶劑輸液泵103間的閥門(mén)以及溶劑輸入設(shè)備3和脫水設(shè)備4間的閥門(mén),通過(guò)溶劑輸液泵103向脫水設(shè)備4中加入一定量2-氯丙烷,同時(shí),打開(kāi)熱水發(fā)生器7,生成熱水,并打開(kāi)、調(diào)節(jié)熱水泵101,向溶劑輸入設(shè)備3加熱系統(tǒng)中通入適量熱水,保持通過(guò)的2-氯丙烷溫度為40°C ,加完溶劑后,調(diào)節(jié)脫水設(shè)備4上的氣閥,使脫水設(shè)備4內(nèi)壓力恒定在0. 8MPa,關(guān)閉所有閥門(mén)和輸液泵;然后,打開(kāi)脫水設(shè)備4和溶劑輸液泵102間的閥門(mén),并通過(guò)溶劑輸液泵102使溶劑在脫水設(shè)備4內(nèi)循環(huán),使2-氯丙烷和酒糟充分混合,置換酒糟中的水,形成2-氯丙烷和水的混合物;置換完畢后,關(guān)閉溶劑輸液泵102和脫水設(shè)備4溶劑循環(huán)進(jìn)口間的閥門(mén),打開(kāi)溶劑輸液泵102和分離設(shè)備5溶劑進(jìn)口間的閥門(mén),使2-氯丙烷和水的混合液進(jìn)入到分離設(shè)備5中,停止溶劑輸液泵102,關(guān)閉閥門(mén);打開(kāi)脫水設(shè)備4和冷凝回收設(shè)備6間的閥門(mén),關(guān)閉脫水設(shè)備4上的其它閥門(mén),降低壓力,使2-氯丙烷充分揮發(fā)到冷凝回收設(shè)備6,即可得到脫水干燥的酒糟成品。將加入到分離設(shè)備5中混合液充分靜置,并減小氣壓,使2-氯丙烷在水中的溶解度降低,使混合液分層;打開(kāi)溶劑輸液泵103和分離設(shè)備5溶劑出口間的閥門(mén),通過(guò)溶劑輸液泵103使液態(tài)溶劑有機(jī)相進(jìn)入到儲(chǔ)液罐8回收,或者重新加入到脫水設(shè)備4中循環(huán)利用,然后關(guān)閉分離設(shè)備5上所有閥門(mén)和溶劑輸液泵103。打開(kāi)分離設(shè)備5和冷凝回收設(shè)備6間的閥門(mén),降低分離設(shè)備5中壓力,使2-氯丙烷液體氣化,并通入到冷凝回收設(shè)備6冷凝回收。揮發(fā)后,打開(kāi)廢水管上的閥門(mén),把廢水排出。從脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5揮發(fā)出的2-氯丙烷氣體經(jīng)過(guò)冷凝回收設(shè)備6冷凝,通入到儲(chǔ)液罐8回收利用。冷凝回收設(shè)備6所用冷凝水重新加入到熱水發(fā)生器7中,以回收水資源和能源。 含水量約為50-60%的酒糟,經(jīng)過(guò)上述置換脫水后,其含水量約為17%,脫水率達(dá)到70% 。由于2-氯丙烷在常溫常壓下為液體,無(wú)需壓縮,不耗費(fèi)壓縮動(dòng)力,故較為節(jié)能。
實(shí)施例2 本實(shí)施例適用于常溫常壓下為氣體的置換溶劑(高壓液體)脫水,具體裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示,所述裝置包括惰性氣瓶l,氣體壓縮機(jī)21,溶劑輸入設(shè)備3,脫水設(shè)備4,分離設(shè)備5,冷凝回收設(shè)備6,熱水發(fā)生器7,儲(chǔ)液罐8,氣液分離罐9,氣體壓縮機(jī)21、22,熱水泵IOI,溶劑輸液泵102, 103。所述的惰性氣瓶1出口與氣體壓縮機(jī)21進(jìn)口相連,氣體壓縮機(jī)21出口與脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5的進(jìn)口相連,為脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5提供所需的高壓氣體;所述的溶劑輸入設(shè)備3加熱系統(tǒng)與熱水發(fā)生器7相連,其溶劑進(jìn)口 g經(jīng)溶劑輸液泵102與分離設(shè)備5的液態(tài)溶劑出口 fl和儲(chǔ)液罐8相連,其溶劑出口 a與脫水設(shè)備4溶劑進(jìn)口 b相連;所述的脫水設(shè)備4惰性氣體進(jìn)口與氣體壓縮機(jī)21出口相連,其溶劑進(jìn)口b與溶劑輸入設(shè)備3溶劑出口 a相連,其液態(tài)溶劑出口 cl經(jīng)溶劑輸液泵102與其溶劑循環(huán)進(jìn)口 d及分離設(shè)備5溶劑進(jìn)口 e相連;其下端廢液排出口 c3與廢水池相連,其氣態(tài)溶劑出 口 c2與冷凝回收設(shè)備6溶劑進(jìn)口 h相連;所述的分離設(shè)備5惰性氣體進(jìn)口與氣體壓縮機(jī) 21氣體出口相連,其溶劑進(jìn)口 e經(jīng)溶劑輸液泵102與脫水設(shè)備4液態(tài)溶劑出口 cl相連,其 液態(tài)溶劑出口 fl經(jīng)溶劑輸液泵103與溶劑輸入設(shè)備3溶劑進(jìn)口 g相連,其排水口 f3與廢 水池相連;所述的冷凝回收設(shè)備6冷凝系統(tǒng)與供水系統(tǒng)相連;其溶劑進(jìn)口h與脫水設(shè)備4的 氣態(tài)溶劑出口 c2和分離設(shè)備5的氣態(tài)溶劑出口 f2相連,其冷凝溶劑出口 i與氣液分離罐 9進(jìn)口相連;所述的氣液分離罐9進(jìn)口與冷凝回收設(shè)備6相連,其出口經(jīng)氣體壓縮機(jī)22與 儲(chǔ)液罐8進(jìn)口 j相連,所述的儲(chǔ)液罐8經(jīng)氣體壓縮機(jī)22與氣液分離罐9相連,其出口經(jīng)溶 劑輸液泵103與溶劑輸入設(shè)備3相連;所述的熱水發(fā)生器7進(jìn)口與供水系統(tǒng)及冷凝回收設(shè) 備6冷凝水出口相連;出口與溶劑輸入設(shè)備3熱水進(jìn)口相連。 在本實(shí)施例中,所用的含水固體物料為酒糟,所用的溶劑為二甲醚。按照前述高水 分固體物料置換脫水方法原理,將酒糟均勻地?cái)偡旁诿撍O(shè)備4過(guò)濾板上;打開(kāi)惰性氣瓶 1,并調(diào)節(jié)氣體壓縮機(jī)21,向整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)通入高壓氣體;然后,調(diào)節(jié)脫水設(shè)備4和分離設(shè)備 5上的閥門(mén),使其內(nèi)壓力為0. 8MPa,關(guān)閉所有氣體和液體控制閥門(mén),使脫水設(shè)備4和分離設(shè) 備5內(nèi)的壓力保持恒定;打開(kāi)儲(chǔ)液罐8和溶劑輸液泵103間的閥門(mén)以及溶劑輸入設(shè)備3和 脫水設(shè)備4間的閥門(mén),通過(guò)溶劑輸液泵103向使脫水設(shè)備4中加入一定量二甲醚;同時(shí),打 開(kāi)熱水發(fā)生器7,生成熱水,并打開(kāi)、調(diào)節(jié)熱水泵101,向溶劑輸入設(shè)備3加熱系統(tǒng)中通入適 量熱水,保持通過(guò)的二甲醚溫度為40°C ,在充填溶劑過(guò)程中,調(diào)節(jié)脫水設(shè)備4上的氣閥,使 脫水設(shè)備4內(nèi)壓力恒定在O. 8MPa,最后關(guān)閉所有閥門(mén)和輸液泵。然后,打開(kāi)脫水設(shè)備4和溶 劑輸液泵102間的閥門(mén),并通過(guò)溶劑輸液泵102使溶劑在脫水設(shè)備4內(nèi)循環(huán),使液化二甲醚 和酒糟充分混合,置換酒糟中的水,形成二甲醚和水的混合液。置換完畢后,關(guān)閉溶劑輸液 泵102和脫水設(shè)備4溶劑循環(huán)進(jìn)口間的閥門(mén),打開(kāi)溶劑輸液泵102和分離設(shè)備5溶劑進(jìn)口 間的閥門(mén),輸送混合液到分離設(shè)備5中,輸送完后停止溶劑輸液泵102,關(guān)閉閥門(mén)。打開(kāi)脫 水設(shè)備4和冷凝回收設(shè)備6間的閥門(mén),關(guān)閉脫水設(shè)備4上的其它閥門(mén),降低壓力,使二甲醚 充分揮發(fā)到冷凝回收設(shè)備6,即可得到脫水干燥的酒糟成品。將加入到分離設(shè)備5中的混 合液減小氣壓,使高壓二甲醚液體氣化,并通入到冷凝回收設(shè)備6冷凝回收。揮發(fā)后,打開(kāi) 廢水管上閥門(mén),把廢水排出。從脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5揮發(fā)出的二甲醚氣體經(jīng)冷凝回收 設(shè)備6冷凝及氣液分離罐9分離,分離后的氣體經(jīng)氣體壓縮機(jī)22壓縮后成為高壓二甲醚液 體,并與氣液分離罐9分離出的液體一起通入到儲(chǔ)液罐8回收利用。冷凝回收設(shè)備6所用 冷凝水重新加入到熱水發(fā)生器7中,以回收水資源和能源。 含水量約為50-60%酒糟的經(jīng)過(guò)上述置換脫水后,含水量約為15% ,脫水率為75% 。 由于二甲醚在常溫常壓下為氣體,在脫水后,在減壓的情況下,溶劑很容易從固體酒糟和被脫 掉的水中脫除,分離容易,殘留量小,不容易對(duì)酒糟和水造成污染,并且溶劑回收率高。
實(shí)施例3 本實(shí)施例適用于液體有機(jī)溶劑與表面活性劑進(jìn)行混合作為置換溶劑,即混合溶劑 脫水,該溶劑與實(shí)施例1中溶劑狀態(tài)相似,可采用相同裝置,具體裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所 示,所述裝置包括惰性氣瓶1 ,氣體壓縮機(jī)21 ,溶劑輸入設(shè)備3,脫水設(shè)備4,分離設(shè)備5,冷 凝回收設(shè)備6,熱水發(fā)生器7,儲(chǔ)液罐8,熱水泵101 ,溶劑輸液泵102, 103。所述的惰性氣瓶1 出口與氣體壓縮機(jī)21進(jìn)口相連,氣體壓縮機(jī)21出口與脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5進(jìn)口相連,
10為脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5提供所需高壓氣體;所述的溶劑輸入設(shè)備3的加熱系統(tǒng)與熱水 發(fā)生器7相連,其溶劑進(jìn)口 g經(jīng)溶劑輸液泵102與分離設(shè)備5的液態(tài)溶劑出口 fl和儲(chǔ)液罐 8相連,其溶劑出口 a與脫水設(shè)備4溶劑進(jìn)口 b相連;所述的脫水設(shè)備4惰性氣體進(jìn)口與氣 體壓縮機(jī)21出口相連,其溶劑進(jìn)口 b與溶劑輸入設(shè)備3溶劑出口 a相連,其液態(tài)溶劑出口 cl經(jīng)溶劑輸液泵102與其溶劑循環(huán)進(jìn)口 d及分離設(shè)備5溶劑進(jìn)口 e相連,其下端廢液排出 口 c3與廢水池相連,其氣態(tài)溶劑出口 c2與冷凝回收設(shè)備6溶劑進(jìn)口 h相連;所述的分離設(shè) 備5惰性氣體進(jìn)口與氣體壓縮機(jī)21氣體出口相連,其溶劑進(jìn)口 e經(jīng)溶劑輸液泵102與脫水 設(shè)備4液態(tài)溶劑出口 cl相連,其液態(tài)溶劑出口 fl經(jīng)溶劑輸液泵103與溶劑輸入設(shè)備3溶 劑進(jìn)口 g相連,其排水口 f3與廢水池相連;所述的冷凝回收設(shè)備6冷凝系統(tǒng)與供水系統(tǒng)相 連,其溶劑進(jìn)口 h與脫水設(shè)備4的氣態(tài)溶劑出口 c2和分離設(shè)備5的氣態(tài)溶劑出口 f2相連, 其冷凝溶劑出口 i與儲(chǔ)液罐8的進(jìn)口 j相連;所述的儲(chǔ)液罐8進(jìn)口 j與冷凝回收設(shè)備6相 連,其出口經(jīng)溶劑輸液泵103與溶劑輸入設(shè)備3相連;所述的熱水發(fā)生器7進(jìn)口與供水系統(tǒng) 及冷凝回收設(shè)備6冷凝水出口相連,其出口與溶劑輸入設(shè)備3熱水進(jìn)口相連。
在本實(shí)施例中,所用的含水固體物料為酒糟,所用的置換溶劑為戊烷和全氟辛酸 組成的混合溶劑。按照前述高水分固體物料置換脫水方法原理,將酒糟均勻地?cái)偡旁诿撍?設(shè)備4過(guò)濾板上;打開(kāi)惰性氣瓶1,并調(diào)節(jié)氣體壓縮機(jī)21,向整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)通入高壓氣體; 然后,調(diào)節(jié)脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5上的閥門(mén),使其內(nèi)壓力為0. 8MPa,關(guān)閉所有的氣體和液 體控制閥門(mén),使脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5內(nèi)的壓力保持恒定;打開(kāi)儲(chǔ)液罐8和溶劑輸液泵 103間的閥門(mén)以及溶劑輸入設(shè)備3和脫水設(shè)備4間的閥門(mén),通過(guò)溶劑輸液泵103向脫水設(shè)備 4中加入一定量混合溶劑,同時(shí),打開(kāi)熱水發(fā)生器7,生成熱水,并打開(kāi)、調(diào)節(jié)熱水泵101,向 溶劑輸入設(shè)備3加熱系統(tǒng)中通入適量熱水,保持通過(guò)的混合溶劑溫度為4(TC,加完溶劑后, 調(diào)節(jié)脫水設(shè)備4上的氣閥,使脫水設(shè)備4內(nèi)壓力恒定在O. 8MPa,關(guān)閉所有閥門(mén)和輸液泵;然 后,打開(kāi)脫水設(shè)備4和溶劑輸液泵102間的閥門(mén),并通過(guò)溶劑輸液泵102使溶劑在脫水設(shè)備 4內(nèi)循環(huán),使混合溶劑和酒糟充分混合,置換酒糟中的水,形成混合溶劑和水的混合物;置 換完畢后,關(guān)閉溶劑輸液泵102和脫水設(shè)備4溶劑循環(huán)進(jìn)口間的閥門(mén),打開(kāi)溶劑輸液泵102 和分離設(shè)備5溶劑進(jìn)口間的閥門(mén),使混合溶劑和水的混合液進(jìn)入到分離設(shè)備5中,停止溶劑 輸液泵102,關(guān)閉閥門(mén);打開(kāi)脫水設(shè)備4和冷凝回收設(shè)備6間的閥門(mén),關(guān)閉脫水設(shè)備4上的其 它閥門(mén),降低壓力,使混合溶劑充分揮發(fā)到冷凝回收設(shè)備6,即可得到脫水干燥的酒糟成品。 將加入到分離設(shè)備5中混合液充分靜置,并減小壓力,使混合溶劑在水中的溶解度降低,使 混合液分層;打開(kāi)溶劑輸液泵103和分離設(shè)備5溶劑出口間的閥門(mén),通過(guò)溶劑輸液泵103使 液態(tài)溶劑有機(jī)相進(jìn)入到儲(chǔ)液罐8回收,或者重新加入到脫水設(shè)備4中循環(huán)利用,然后關(guān)閉分 離設(shè)備5上所有閥門(mén)和溶劑輸液泵103。打開(kāi)分離設(shè)備5和冷凝回收設(shè)備6間的閥門(mén),降低 分離設(shè)備5中壓力,使混合液態(tài)溶劑氣化,并通入到冷凝回收設(shè)備6冷凝回收。揮發(fā)后,打 開(kāi)廢水管上的閥門(mén),把廢水排出。從脫水設(shè)備4和分離設(shè)備5揮發(fā)出的混合氣態(tài)溶劑經(jīng)過(guò) 冷凝回收設(shè)備6冷凝后通入儲(chǔ)液罐8回收利用。冷凝回收設(shè)備6所用冷凝水重新加入到熱 水發(fā)生器7中,以回收水資源和能源。 含水量約為50-60%的酒糟,經(jīng)過(guò)上述置換脫水后,含水量約為13%,脫水率為 80%。由于混合溶劑含有表面活性劑,大大提高了置換溶劑在脫水時(shí)的攜帶水量,提高了脫 水效率。
權(quán)利要求
一種利用溶劑置換脫水來(lái)去除含水固體物料中的水分的方法,其包括以下步驟(A)將含水固體物料與置換溶劑混合得到混合物;(B)將所述混合物分離獲得被脫水固體物料和溶劑-水混合物;和(C)將所述溶劑-水混合物分離得到溶劑和水,并循環(huán)回用溶劑;其中所述的置換溶劑為在0-60℃的溫度和0.1-3MPa的壓力下為液體的有機(jī)溶劑、所述有機(jī)溶劑的混合物或者所述有機(jī)溶劑與表面活性劑的混合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述的置換溶劑為低沸點(diǎn)、低潛熱的有機(jī)溶劑, 優(yōu)選地,所述有機(jī)溶劑選自丙烷、2-氯丙烷、環(huán)氧乙烷、戊烷、二甲醚和甲硫醚中的一種或幾 種;其中所述的表面活性劑為弱吸附性、低潛熱的表面活性劑,優(yōu)選地,所述表面活性劑為 全氟辛酸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其中所述的溶劑置換脫水是在0-6(TC和0. l-3MPa 條件下實(shí)施的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的方法,其中所述的溶劑-水混合物的分離是通 過(guò)靜置分層或者減壓蒸發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其中所述的有機(jī)溶劑在常溫常壓下為液體時(shí),溶劑-水 混合物的分離采用靜置分層的方式;所述的有機(jī)溶劑在常溫常壓下為氣體時(shí),溶劑_水混 合物的分離采用減壓蒸發(fā)的方式。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其中所述在常溫常壓下為液體的有機(jī)溶劑選自2-氯 丙烷、環(huán)氧乙烷、戊烷和甲硫醚;其中所述在常溫常壓下為氣體的有機(jī)溶劑選自丙烷和二甲 醚。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的方法,其中所述的含水固體物料為發(fā)酵殘?jiān)恪?食品殘?jiān)嬃蠚堅(jiān)?、廢水污泥、活性生物物料、褐煤或高含水農(nóng)產(chǎn)品。
8. —種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述方法的裝置,其包括以下設(shè)備 溶劑輸入設(shè)備(3),用于提供置換溶劑,其具有溶劑出口 (a)及進(jìn)口 (g); 脫水設(shè)備(4),用于混合含水固體物料和置換溶劑以進(jìn)行置換脫水,其具有溶劑進(jìn)口(b)、出口及廢液排出口 (c3),其中該溶劑進(jìn)口 (b)與上述溶劑輸入設(shè)備(3)的溶劑出口 (a)相連接;優(yōu)選地,其還具有溶劑循環(huán)進(jìn)口 (d),所述出口分為液態(tài)溶劑出口 (cl)及氣態(tài) 溶劑出口 (c2),其中該液態(tài)溶劑出口 (cl)與上述的溶劑循環(huán)進(jìn)口 (d)相連接,構(gòu)成溶劑的 循環(huán)流動(dòng);分離設(shè)備(5),用于回收從脫水設(shè)備(4)輸出的液態(tài)溶劑-水混合物,其具有溶劑進(jìn)口 (e)、液態(tài)溶劑出口 (fl)、氣態(tài)溶劑出口 (f2)及排水口 (f3),其中該分離設(shè)備的溶劑進(jìn)口 (e)與上述脫水設(shè)備(4)的液態(tài)溶劑出口 (cl)相連接,液態(tài)溶劑出口 (fl)與上述溶劑輸入 設(shè)備(3)的溶劑進(jìn)口 (g)相連接;冷凝回收設(shè)備(6),用于回收上述脫水設(shè)備(4)及分離設(shè)備(5)輸出的氣態(tài)溶劑,其具 有溶劑進(jìn)口 (h)及冷凝溶劑出口 (i),其中溶劑進(jìn)口 (h)分別與上述脫水設(shè)備(4)的氣態(tài)溶 劑出口 (c2)和上述分離設(shè)備(5)的氣態(tài)溶劑出口 (f2)相連接。供壓設(shè)備,用于向上述脫水設(shè)備(4)和分離設(shè)備(5)提供高壓氣體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8中所述的裝置,其中所述的供壓設(shè)備包括惰性氣瓶(l),通過(guò)空氣壓 縮機(jī)(21)分別與上述脫水設(shè)備(4)和分離設(shè)備(5)相連接,為其提供高壓氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置,其還包括以下設(shè)備 加熱夾套,位于溶劑輸入設(shè)備(3)外表面;熱水發(fā)生器(7),通過(guò)熱水泵(101)與溶劑輸入設(shè)備(3)的加熱夾套首尾相連,為其提供循環(huán)熱水,用于加熱該溶劑輸入設(shè)備(3)內(nèi)的溶劑;溶劑輸液泵(102、103),分別位于上述脫水設(shè)備(4)的溶劑出口 (cl)處以及上述分離設(shè)備(5)的溶劑出口 (fl)處;儲(chǔ)液罐(8),用于儲(chǔ)存從所述冷凝回收設(shè)備(6)及分離設(shè)備(5)中輸出的溶劑,并為所 述溶劑輸入設(shè)備(3)提供溶劑,其具有與所述冷凝回收設(shè)備(6)的冷凝溶劑出口 (i)相連 接的進(jìn)口 (j),該儲(chǔ)液罐(8)還與所述溶劑輸入設(shè)備(3)的溶劑進(jìn)口 (g)及分離設(shè)備(5)的 液態(tài)溶劑出口 (fl)相連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種含水固體物料的置換脫水方法及裝置,所述方法為使用低沸點(diǎn)、低潛熱的有機(jī)溶劑,其在0-60℃和0.1-3MPa下為液體,如丙烷、2-氯丙烷、環(huán)氧乙烷、二甲醚、甲硫醚及其混合物或其與弱吸附性、低潛熱表面活性劑的混合物,通過(guò)在脫水設(shè)備中溶劑對(duì)含水固體物料水分的浸取、吸收、置換等作用和液固分離而實(shí)現(xiàn)物料脫水。含水溶劑通過(guò)在分離設(shè)備中溶劑蒸發(fā)并冷凝于冷凝回收設(shè)備中,或者溶劑與水的分層,而實(shí)現(xiàn)與水的分離和循環(huán)利用。由于溶劑的潛熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水的潛熱,所發(fā)明的溶劑置換脫水方法及其裝置可明顯降低脫水過(guò)程能耗,并通過(guò)低操作溫度克服燒焦、掛壁問(wèn)題,適用于不同含水量固體物料脫水。
文檔編號(hào)B01J12/00GK101780390SQ20091007674
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者余劍, 劉周恩, 岳君容, 汪印, 許光文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所