Способ удаления льда из ледсодержащего материала при использовании сжиженного вещества

Способ удаления льда из ледсодержащего материала при использовании сжиженного вещества

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Данное изобретение относится к способу удаления льда из ледсодержащего материала при использовании сжиженного вещества и, более конкретно, относится к способу удаления льда и устройству для удаления льда, посредством которых лед может быть эффективно удален при температуре, близкой к температуре наружного воздуха, и при низкой потребности в энергии. Данные способ и устройство применимы к ледсодержащим материалам в разных областях, независимо от содержания льда и вида объекта применения.

В качестве возможных способов удаления льда, содержащегося в материале, могут быть применимы способ нагревания и обтирания, способ сублимационной сушки, а также способ физического разрушения льда, если лед находится на поверхности вещества.

Однако при использовании вышеуказанных способов требуется рабочая сила, а также возможно повреждение материала. Нагревание неприменимо к некоторым материалам и в случае обработки таких материалов используется сублимационная сушка. При обработке сублимационной сушкой лед сублимируется при пониженном давлении и такая обработка требует много энергии и затрат. Поэтому сублимационная сушка ограничивается использованием для производства продуктов высокой ценности, таких как фармацевтические продукты, продукты питания и пористые тела с высокой пористостью. Таким образом, удаление льда является чрезвычайно трудной задачей.

Данное изобретение сделано с учетом таких обычных проблем и его задачей является создание способа удаления льда и устройства для удаления льда, которые применимы для разных ледсодержащих материалов и могут эффективно удалять лед при высокой степени извлечения за короткий промежуток времени, независимо от формы содержащегося льда и его содержания.

В результате обширных исследований, предпринятых для достижения вышеуказанной задачи, было обнаружено, что отделение с высокой эффективностью льда от замороженной измельченной древесины без ее повреждения возможно посредством использования преимуществ явлений сжижения и испарения сжиженного вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении. Кроме того, было подтвердено, что эта стратегия применима на практике к различным ледсодержащим материалам и составляет данное изобретение.

Данное изобретение предоставляет следующее.

[1] Способ удаления льда в ледсодержащем материале при использовании сжиженного вещества, включающий:

стадию (1) приведения сжиженного вещества, при этом указанное сжиженное вещество представляет собой вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, в соприкосновение с указанным ледсодержащим материалом таким образом, что указанный лед в указанном ледсодержащем материале растворяется в указанном сжиженном веществе для образования сжиженного вещества с высоким содержанием воды, и

стадию (2) испарения указанного вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении, в сжиженном веществе с высоким содержанием воды для отделения указанного вещества в виде газа от воды.

[2] Способ удаления льда в соответствии с [1] также включает:

стадию (3) извлечения указанного вещества в виде газа, которое является газом при нормальных температуре и давлении и которое испарено и отделено на указанной стадии (2), и сжижения указанного газа для получения сжиженного вещества,

при этом указанное сжиженное вещество, полученное на стадии (3), используется повторно на указанной стадии (1).

[3] Способ удаления льда в соответствии с [1] или [2], в котором указанное вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, представляет собой вещество, которое является газом при 25°C и 1 атм.

[4] Способ удаления льда в соответствии с любым пунктом с [1] по [3], в котором указанное вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, представляет собой одно вещество или смесь нескольких веществ из диметилового эфира, этилметилового эфира, формальдегида, кетена и уксусного альдегида.

[5] Способ удаления льда в соответствии с любым пунктом с [1] по [4], в котором указанный ледсодержащий материал представляет собой уголь, продукт питания, пористый материал, организм, биомассу или лекарственное соединение.

[6] Способ удаления льда в соответствии с любым пунктом с [1] по [5], в котором указанное соприкосновение на указанной стадии (1) выполняется таким образом, что указанное сжиженное вещество и указанный ледсодержащий материал соприкасаются при противотоке.

[7] Способ удаления льда в соответствии с любым пунктом с [1] по [6], в котором количество указанного сжиженного вещества, приводимого в соприкосновение с указанным ледсодержащим материалом на указанной стадии (1) составляет от 0,1 л до 1000 л на 1 кг льда, в расчете на воду, содержащегося в указанном ледсодержащем материале.

[8] Способ удаления льда в соответствии с любым пунктом с [1] по [7], в котором последовательность операций для удаления указанного льда выполняется в температурном интервале от -50°C до 25°C.

[9] Вещество, образованное способом удаления льда в соответствии с любым пунктом с [1] по [8], из которого удален указанный лед.

[10] Устройство для удаления льда из ледсодержащего материала, содержащее соединенные последовательно:

компрессор для приложения давления к веществу в виде газа, которое является газом при нормальных температуре и давлении,

конденсатор для конденсации указанного сжатого газа для получения сжиженного вещества,

водоотделитель для приведения указанного сжиженного вещества в соприкосновение с указанным ледсодержащим материалом таким образом, что указанный лед в указанном ледсодержащем материале растворяется, чтобы образовать сжиженное вещество с высоким содержанием воды,

испаритель для испарения указанного вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении, в указанном сжиженном веществе с высоким содержанием воды, и

сепаратор для отделения указанного газа от указанной воды в указанном испаренном веществе.

[11] Устройство для удаления льда в соответствии с [10], в котором указанный конденсатор и указанный испаритель соединены через теплообменник.

[12] Устройство для удаления льда в соответствии с [10] или [11], также содержащее детандер для расширения указанного газа, который представляет собой указанное испаренное вещество, являющееся газом при нормальных температуре и давлении, в котором указанный детандер расположен в последовательном соединении с указанным компрессором так, что работа, переданная указанным детандером наружу, возвращается, и указанная работа используется в качестве части энергии для указанного компрессора.

[13] Устройство для удаления льда в соответствии с любым пунктом с [10] по [12], в котором указанные компрессор, конденсатор, водоотделитель, испаритель и детандер образуют контур, так что указанное вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, циркулирует в указанном контуре.

[14] Устройство для удаления льда в соответствии с любым пунктом с [10] по [13], содержащее дегазирующую колонну для дегазации и извлечения указанного вещества в виде газа, которое является газом при нормальных температуре и давлении, отделенного в указанном сепараторе, в котором указанная колонна соединена с указанным сепаратором таким образом, чтобы указанный газ от указанной дегазации извлекался и возвращался в указанный контур.

[15] Устройство для удаления льда в соответствии с любым пунктом с [10] по [14], в котором указанный водоотделитель приводит указанный сжиженный материал в соприкосновение с указанным ледсодержащим материалом при противотоке.

Данное изобретение предоставляет способ удаления льда, который применим для разных ледсодержащих материалов и может эффективно удалять лед, независимо от вида ледсодержащего материала и содержания в нем льда, способствует повторному использованию и размещению ледсодержащего материала и тем самым полезен для экономии ресурсов, а также устройство для удаления льда, предназначенное для выполнения эффективным образом вышеуказанного способа.

В способе удаления льда по данному изобретению в качестве среды для удаления льда используется сжиженное вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, т.е. вещество, которое имеет высокую взаимную растворимость со льдом и становится газом при атмосферном давлении и при температуре, близкой к температуре наружного воздуха.

Поэтому отсутствует необходимость в жестких условиях при соприкосновении со льдом и отделении от льда, и лед может быть удален при температуре, близкой к температуре наружного воздуха. Когда лед и сжиженное вещество разделяются, то отсутствует необходимость в испарении льда. Поэтому полностью отсутствует необходимость в рекуперации скрытой теплоты испарения и соответственно лед может быть удален при меньшем расходе энергии.

Кроме того, для извлечения вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении, обычно удобно, когда данное вещество находится в виде газа, отделенного от воды, которая образована изо льда. Извлеченный газ может быть использован повторно посредством его сжижения, и соответственно данный способ также чрезвычайно эффективен в отношении использования энергии. Сжиженное вещество может быть легко удалено посредством дегазации отделенных сточных вод, что снижает нагрузку на окружающую среду.

Кроме того, в соответствии с устройством для удаления льда по данному изобретению возможно эффективным образом способствовать удалению льда при использовании вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении.

Скрытая теплота испарения может быть извлечена и использована эффективным образом посредством соединения с теплообменником. Кроме того, дополнительное сохранение энергии может быть выполнено посредством утилизации работы, которая выполнена расширением в детандере.

Поэтому данное изобретение может быть широким образом использовано в обработках для удаления льда из вещества. Например, данное изобретение может быть использовано на практике для процесса, в котором вещество, склонное к повреждению под действием горячего воздуха, такое как продукты питания, сушится при температуре, поддерживаемой вблизи 0°C или ниже; для процесса извлечения вещества, удерживаемого в массе льда, без нагревания; для процесса извлечения вещества, удерживаемого в вечномерзлом грунте, при температуре, поддерживаемой вблизи 0°C или ниже; и для процесса, в котором соединения, составы и белки, например, фармацевтические продукты, которые чувствительны к нагреванию и не могут быть высушены при нагревании, замораживаются и затем дегидратируются при температуре, поддерживаемой вблизи 0°C или ниже. В частности, ожидается, что данное изобретение будет использовано в качестве альтернативной технологии для сублимационной сушки. Данное изобретение применимо к запасам биомассы, посредством чего облегчается ее повторное использование, и также облегчается ее размещение, поскольку удаление льда уменьшает количество материалов. Соответственно, ожидается, что такое применение будет предпочтительно в отношении охраны окружающей среды. Как раскрыто в JP 2004-307294-A, данное изобретение является предпочтительным в качестве процедуры для удаления льда как альтернатива сублимационной сушки в процессе производства пористого материала, такого как силикагель.

Сущность изобретения поясняется на чертежах,

где фиг.1 представляет собой схематическое изображение, показывающее пример структуры устройства для удаления льда по данному изобретению;

фиг.2 представляет собой схематическое изображение, показывающее условия температуры и давления в примере устройства для удаления льда по данному изобретению;

фиг.3 представляет собой схематическое изображение, показывающее пример структуры устройства для удаления льда по данному изобретению.

ПОЯСНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1, 1' Компрессор

2 Конденсатор

3 Водоотделитель

4 Испаритель

4' Охладитель

4'' Редукционный клапан

5 Теплообменник

6 Сепаратор

7 Детандер

8 Дегазирующая колонна

8' Клапан поддержки давления

8a Контейнер для нагревания

9 Электродвигатель

10 Увлажнитель

21 Контейнер из нержавеющей стали

22 Герметичный контейнер

23 Водоотделитель

24 Ванна из этанола

Данное изобретение относится к удалению льда из ледсодержащего материала, и наиболее важной его особенностью является то, что растворимость льда значительно изменяется посредством использования преимущества явления фазового перехода газ-жидкость для вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении. А именно, к веществу, которое является газом при нормальных температуре и давлении, применяется обработка, например, приложение давления и охлаждение, так что данное вещество переходит в сжиженное состояние. В полученном сжиженном веществе растворяется лед в ледсодержащем материале. Затем температура и давление немного изменяются для осуществления избирательного испарения растворителя и отделения простым образом воды от растворителя в газообразном состоянии.

Ледсодержащий материал, относящийся к данному изобретению, не ограничивается особым образом, при условии, что он содержит лед.

«Лед» означает замерзшую воду или замерзший водный раствор, независимо от его состава и происхождения. Включаются также и кристаллы льда, такие как снег.

«Содержащий» означает, что вышеуказанный лед включен в поверхность и/или внутрь материала некоторого вида. Как размер, так и ингредиенты такого материала не ограничиваются особым образом, однако для ледсодержащего материала предпочтительно твердотельное состояние или состояние в виде полужидкой смеси.

В отношении вида нахождения льда в ледсодержащем материале отсутствуют ограничения. Лед может быть включен внутрь или присутствовать на внешней поверхности между твердыми частицами или в некоторых случаях в тонких порах внутри твердых частиц. Содержание льда в ледсодержащем материале не ограничивается особым образом.

Частные примеры такого ледсодержащего материала могут включать уголь разного вида, продукты питания, пористые тела, организмы, исходную биомассу разного вида (измельченную древесину и т.п.) и соединения, составы и белки для фармацевтических продуктов.

Среди этих материалов данное изобретение может быть применено даже к тем веществам, к которым не может быть применена простым образом термическая сушка, поскольку они становятся хрупкими при высокой температуре. Уголь после добычи может быть сразу, как есть, обработан непосредственным образом в соответствии с данным изобретением. В качестве варианта, уголь после дегидратации (например, способом улучшения в масле, см. JP 2000-290673-A) или дегидратации с использованием сухого инертного газа (см. JP Хэйсэй-10-338653-A) также может быть обработан в соответствии с данным изобретением. Виды угля могут включать слабобитуминозный уголь, бурый уголь, лигнит в брикетах и торф в брикетах.

Способ удаления льда и устройство для удаления льда по данному изобретению будут теперь описаны ниже.

A. Способ удаления льда по данному изобретению

Способ данного изобретения для удаления льда из ледсодержащего материала при использовании сжиженного вещества отличается тем, что включает стадию (1) приведения сжиженного вещества, при этом данное сжиженное вещество представляет собой вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, в соприкосновение с ледсодержащим материалом таким образом, что лед в ледсодержащем материале растворяется в данном сжиженном веществе для образования сжиженного вещества с высоким содержанием воды, и стадию (2) испарения вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении, в сжиженном веществе с высоким содержанием воды для отделения данного вещества в виде газа от воды. Стадии (1) и (2) будут описаны здесь ниже.

Вначале, на стадии (1), сжиженное вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, приводится в соприкосновение с ледсодержащим материалом, и лед в ледсодержащем материале растворяется в сжиженном веществе с образованием сжиженного вещества с высоким содержанием воды.

Вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, означает вещество, которое находится в газообразном состоянии по меньшей мере при определенных температуре и давлении, находящихся в пределах нормальных температуры и давления. А именно, если вещество находится в газообразном состоянии при определенной температуре A и давлении В, находящихся в пределах нормальных температуры и давления, то вещество не должно находиться в газообразном состоянии при температурах и давлениях, иных, чем температура A и давление В, находящиеся в пределах нормальных температуры и давления.

Нормальная температура, на которую здесь дается ссылка, означает температуру, близкую к температуре наружного воздуха в холодном регионе, и обычно означает интервал от -50°C до 25°C, в частности от -25°C до 10°C. Нормальное давление означает давление, близкое к атмосферному давлению, и обычно означает интервал вблизи 1 атм.

Частный пример вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении, предпочтительно включает вещество, которое является газом при 25°C и 1 атм, или вещество, которое является газом при 0°C и 1 атм. В частности, вещество, которое является газом при 25°C и 1 атм, а также при 0°C и 1 атм, наиболее предпочтительно.

Для вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении, предпочтительно, чтобы его температура кипения находилась вблизи нормальной температуры или ниже, исходя из требования обеспечения удаления льда при низких затратах энергии. В частности, температура кипения предпочтительно составляет 25°C или ниже, более предпочтительно 10°C или ниже и особенно предпочтительно -5°C или ниже. Использование вещества с температурой кипения выше нормальной температуры нежелательно, поскольку такое вещество требует источника энергии для обеспечения высокой температуры и испарения вещества на стадии (2), описанной далее, что вызвало бы увеличение энергии, затрачиваемой для удаления льда. Вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, предпочтительно не содержит в своей молекулярной структуре серы, которая является веществом, создающим нагрузку на окружающую среду и вызывающим кислотные дожди.

Примеры вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении, могут, конкретно, включать диметиловый эфир, этилметиловый эфир, формальдегид, кетен, уксусный альдегид, бутан и пропан. Каждый из них может быть использован по отдельности и также в виде смесей двух или более таких веществ. Среди них предпочтительными являются диметиловый эфир, используемый в чистом виде, и смеси диметилового эфира с любым другим веществом из указанных выше в качестве других конкретных примеров.

Диметиловый эфир имеет температуру кипения -24,8°C при 1 атм и является газом в интервале от -10°C до 50°C и при атмосферном давлении. Способы и устройства для получения диметилового эфира с высокой эффективностью описаны в JP Хэйсэй-11-130714-A, JP Хэйсэй-10-195009-A, JP Хэйсэй-10-195008-A, JP Хэйсэй-10-182527-A по JP Хэйсэй-10-182535-A, JP Хэйсэй-09-309850-A по JP Хэйсэй-09-309852-A, JP Хэйсэй-09-286754-A, JP Хэйсэй-09-173863-A, JP Хэйсэй-09-173848-A и JP Хэйсэй-09-173845-A, и диметиловый эфир может быть легко получен в соответствии с раскрытыми в них технологиями.

В то же время, сжиженное вещество в данном изобретении означает жидкость, полученную из газа сжижением, которое будет описано ниже. То есть, в данном изобретении вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, используется в жидком состоянии.

На данной стадии (1) сжиженное вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, приводится в соприкосновение с ледсодержащим материалом, и лед в ледсодержащем материале растворяется в сжиженном веществе с образованием сжиженного вещества с высоким содержанием воды. А именно, сжиженное вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, приводится в соприкосновение со льдом, содержащимся в ледсодержащем материале, т.е. льдом, находящимся на внешней поверхности или внутри ледсодержащего материала, посредством чего лед в ледсодержащем материале растворяется в виде жидкости в сжиженном веществе с образованием сжиженного вещества, содержащего лед в высокой концентрации.

Для приведения сжиженного вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении, в соприкосновение с ледсодержащим материалом необходимо поддерживать данное вещество в жидком состоянии. Способ поддержания жидкого состояния не ограничивается особым образом, однако желательно поддерживать сжиженное вещество при давлении насыщенного пара. В частности, желательно, чтобы температура на стадии (1) устанавливалась соответственно в интервале от -50°C до 25°C, в частности от -25°C до 10°C.

Также соответствующим образом могут быть установлены иные, чем температура и давление, условия, такие как метод приведения в соприкосновение сжиженного вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении, с ледсодержащим материалом, количество сжиженного вещества, приводимого в соприкосновение, и время соприкосновения, с тем, чтобы лед в ледсодержащем материале растворялся в сжиженном веществе.

Способ приведения в соприкосновение может представлять собой любой из способов, обычно используемых для удаления льда, такой как погружение ледсодержащего материала в сжиженное вещество или пропускание сжиженного вещества через ледсодержащий материал. Желательно использовать приведение в соприкосновение при противотоке. А именно, предпочтительно, чтобы соприкосновение вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении, с ледсодержащим материалом выполнялось при использовании противотока. Также возможно выполнение приведения в соприкосновение при противотоке в комбинации с любыми другими процессами приведения в соприкосновение. Например, после приведения в соприкосновение при противотоке ледсодержащий материал может быть погружен в сжиженное вещество перед выполнением другого приведения в соприкосновение при противотоке.

Количество сжиженного вещества, приводимого в соприкосновение с ледсодержащим материалом, может быть определено соответствующим образом. В данном изобретении поставленная задача может быть достигнута, даже если количество сжиженного вещества, приводимого в соприкосновение, по отношению к количеству льда, содержащегося в ледсодержащем материале, представляет собой небольшое количество, например количество, равное теоретическому количеству сжиженного вещества или превышающее его, в частности, если данное количество равно теоретическому количеству или превышает его и равно двукратному теоретическому количеству или меньше его, и особенно, если данное количество равно теоретическому количеству или превышает его и равно величине, составляющей 1,5 от теоретического количества или меньше ее. Однако при практической обработке желательно устанавливать данное количество таким образом, чтобы сжиженного вещества было достаточно для приведения в соприкосновение со льдом в ледсодержащем материале. Обычно количество сжиженного вещества может быть установлено в интервале от 0,1 л/кг до 1000 л/кг, предпочтительно от 0,5 л/кг до 900 л/кг и более предпочтительно от 1,0 л/кг до 800 л/кг льда (количество воды, образуемой, когда лед расплавлен и становится водой), содержащегося в ледсодержащем материале.

Теоретическое количество сжиженного вещества означает минимальное теоретическое количество, требуемое для растворения льда в ледсодержащем материале для образования сжиженного вещества с высоким содержанием воды. А именно, теоретическое количество означает минимальное количество сжиженного вещества, требуемое для растворения льда, соответствующего 1 г воды при температуре, при которой сжиженное вещество приводится в соприкосновение с ледсодержащим материалом, и может быть представлено обратной величиной давления насыщенного пара сжиженного вещества при данной температуре. Например, когда диметиловый эфир используется в качестве вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении, и лед изготовлен замораживанием 1 г воды, теоретическое количество сжиженного диметилового эфира, требующееся для растворения льда, соответствующего 1 г воды, составляет 19,6 г, поскольку давление насыщенного пара диметилового эфира (DME) при -10°C составляет 0,18 МПа и предельная растворимость воды в сжиженном DME при -10°C составляет 5,1% по массе.

Время соприкосновения (время удаления льда) зависит от вида и количества ледсодержащего материала и сжиженного вещества, а также от метода приведения в соприкосновение, и его трудно определить однозначно. Однако данное время может быть соответствующим образом установлено так, чтобы лед в ледсодержащем материале был в достаточное мере растворен в сжиженном веществе.

В качестве обычных условий в случае приведения в соприкосновение при противотоке, расход сжиженного вещества может составлять 10 л/час или более, предпочтительно 30 л/час или более и более предпочтительно 50 л/час или более, и его верхний предел может обычно составлять 400 л/час или менее и предпочтительно 100 л/час или менее. Время соприкосновения может составлять 5 минут или более, предпочтительно 8 минут или более и более предпочтительно от 10 минут до 5 часов.

В качестве обычных условий в случае приведения в соприкосновение погружением 10 л сжиженного вещества может быть приведено в соприкосновение с 85 г ледсодержащего материала в течение промежутка времени от 1 до 3 часов.

Таким образом, на стадии (1), сжиженное вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, приводится в соприкосновение с ледсодержащим материалом, и лед в ледсодержащем материале растворяется в сжиженном веществе с образованием сжиженного вещества с высоким содержанием воды, при этом лед в ледсодержащем материале удаляется.

Затем, на стадии (2), вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, содержащееся в сжиженном веществе с высоким содержанием воды, образованным на вышеописанной стадии (1), отделяется в виде газа от воды, образованной из льда, посредством испарения данного вещества. А именно, сжиженное вещество с высоким содержанием воды, образованное на вышеописанной стадии (1), представляет собой смесь вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении, и воды, образованной из ледсодержащего материала, и сжиженное вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, может быть отделено от воды, образованной из ледсодержащего материала, посредством селективного испарения одного лишь данного сжиженного вещества.

Испарение означает изменение фазового состояния из жидкого (сжиженное вещество) в газообразное. Вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, в сжиженном веществе с высоким содержанием воды может быть испарено повышением температуры и/или давления до уровней, которые выше температуры и/или давления на стадии (1).

Когда температура повышается, то предпочтительно увеличивать ее до температуры выше температуры кипения вещества, которое является газом при нормальных температуре и давлении. Поскольку в данном изобретении используется вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, то оно может быть обычно испарено при температуре вблизи нормальной температуры, т.е. близкой к температуре наружного воздуха. Таким образом, возможно выполнение испарения посредством лишь возврата от охлажденного состояния на стадии (1) к состоянию с нормальной температурой, а не нагреванием. Температура при испарении зависит от используемого сжиженного вещества и применяемого давления, однако предпочтительной является нормальная температура, от -50°C до 25°C и, в частности, от -25°C до 10°C. Когда давление на стадии (2) уменьшается, то оно становится ниже давления насыщенного пара и может быть соответствующим образом определено в зависимости от используемой температуры.

Таким образом, на стадии (2) вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, может быть простым образом испарено и преобразовано из жидкости (сжиженного вещества) в газ без подвергания воздействию жестких условий. В то же время этот газ может быть легко отделен ото льда или воды, образованной из ледсодержащего материала.

Как описано выше, в способе удаления льда по данному изобретению лед может быть удален из ледсодержащего материала на вышеуказанных стадиях (1) и (2). Кроме того, способ может включать стадию (3) извлечения указанного вещества в виде газа, которое является газом при нормальных температуре и давлении и которое испарено и отделено на указанной стадии (2), и последующего сжижения данного вещества в виде газа для получения сжиженного вещества.

Сжижение означает, что вещество в виде газа, которое является газом при нормальных температуре и давлении, преобразуется в жидкость. Вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, сжижается приложением давления и/или охлаждением, т.е. применением давления или охлаждения или же применением как давления, так и охлаждения. Конкретные условия могут быть соответствующим образом выбраны из благоприятных условий, принимая во внимание стандартную температуру кипения используемого вещества. В частности, когда используется охлаждение, то температура охлаждения предпочтительно составляет вплоть до стандартной температуры кипения, и предпочтительно, с точки зрения простоты удаления льда, устанавливать температуру в интервале нормальной температуры, т.е. температуры наружного воздуха, например, от -50°C до 25°C, в частности от -25°C до 10°C.

Когда используется вещество с температурой кипения выше 0°C при 1 атм, то предпочтительно сжижение охлаждением при температуре, равной температуре кипения или выше. Это обусловлено тем, что при температуре, равной стандартной температуре кипения или ниже ее, давление насыщенного пара данного вещества меньше 1 атм, и это приводит к тому, что внутреннее давление устройства меньше 1 атм, и соответственно стоимость изготовления устройства увеличивается и затрудняется обращение с ним.

Сделать общее заключение в отношении условий применения давления трудно, однако предпочтительно условия устанавливаются таким образом, чтобы температура кипения при приложенном давлении оставалась в интервале нормальной температуры, т.е. температуре наружного воздуха, например, от -50°C до 25°C в частности, от -25°C до 10°C. Когда такие условия используются в комбинации с охлаждением, то данные условия могут быть определены в зависимости от температуры охлаждения.

Сжиженное вещество, извлеченное на стадии (3) таким образом, может быть использовано повторно на вышеуказанной стадии (1) для уменьшения количества DME, подлежащего добавлению в способе удаления льда по данному изобретению, и соответственно количества отходов. Это предпочтительно с точки зрения экономии ресурсов.

В случае таких веществ, как продукты питания и соединения, которым могут быть легко нанесен ущерб сушкой с нагреванием и из которых лед должен быть удален в замороженном состоянии, предпочтительно, чтобы температура на стадиях (1) и (2) и опциональной стадии (3) составляла 0°C или ниже и, в частности, составляла от -25°C до 0°C. Посредством обработки при температуре в таком интервале возможно осаждение результирующих сточных вод, образованных изо льда, в виде льда.

В способе удаления льда по данному изобретению жидкость используется в качестве среды для удаления льда. Соответственно, разность между предельной растворимостью льда в сжиженном веществе и концентрацией льда в сжиженном веществе может являться движущей силой для удаления льда. Теоретическое максимальное количество льда, которое может быть растворено в сжиженном веществе, пропорционально предельной растворимости льда и массе сжиженного вещества. По сравнению с теоретическим максимальным количеством льда, которое может быть испарено в сухом инертном газе, обычно используемом для удаления льда в угле, предельная растворимость льда составляет примерно 5,1% при примерно -10°C, что много выше парциального давления насыщенного пара (примерно 0,26%) для паров воды в воздухе при той же самой температуре. Такое чрезвычайно высокое соотношение невозможно в газах, и именно оно представляет собой отличительное свойство для использования жидкости в качестве среды для удаления льда. Плотность льда много больше плотности водяного пара. Соответственно, становится возможным удаление льда с помощью небольшого количества сжиженного вещества.

Когда лед удаляется сублимационной сушкой, то лед сублимируется при снижении давления ниже давления насыщенного пара льда. Поскольку давление насыщенного пара льда чрезвычайно низкое, то плотность скрытой теплоты испарения паров воды становится малой и трудно извлечь для повторного использования скрытую теплоту испарения.

В противоположность этому, когда жидкость используется в качестве среды для удаления льда как в способе удаления льда по данному изобретению, лед может быть удален без испарения льда, что делает излишним извлечение для повторного использования скрытой теплоты испарения. Поскольку в качестве жидкости используется сжиженное вещество, которое является газом при нормальных температуре и давлении, т.е. при условиях наружного воздуха, то последовательность операций по удалению льда может быть выполнена при условиях наружного воздуха, т.е. при температуре примерно от -50 до 25°C, простым регулированием, при необходимости, давления вблизи 1 атм. Соответственно, лед может быть удален при экономии энергии.

Вещество, из которого лед удаляется способом удаления льда по данному изобретению, может быть повторно использован в качестве исходного материала. Соответственно предполагается, что данный способ будет использован в качестве технологии, альтернативной сублимационной сушке. Например, данный способ может быть использован на практике для выполнения процесса сушки вещества, которое склонно к повреждению при сушке горячим воздухом, такого как продукты питания, при поддержании его температуры при 0°C или ниже; процесса извлечения вещества, заделанного в массу льда без его нагревания; процесса извлечения вещества, погруженного в вечномерзлый грунт при поддержании его температуры при 0°C или ниже; и процесса удаления влаги из замороженных соединений, композиций и белков, таких как те, что используются для фармацевтических продуктов, которые чувствительны к нагреванию и непригодны для термической сушки, при их поддержании при температуре 0°C или ниже.

Посредством применения данного способа к запасам биомассы облегчается их повторное использование, и количество материала уменьшается посредством удаления из него льда, что облегчает его размещение. Соответственно предполагается, что данный способ будет предпочтителен в отношении охраны окружающей среды. В частности, предполагается, что данный способ будет использован в качестве технологии, альтернативной сублимационной сушке.

В. Устройство для удаления льда по данному изобретению

Данное изобретение предоставляет устройство для удаления льда при использовании сжиженного вещества.

Устройство для удаления льда по данному изобретению отличается тем, что данное устройство содержит соединенные последовательным образом компрессор для приложения давления к веществу в виде газа, которое является газом при нормальных температуре и давлении; конденсатор для конденсации сжатого газа и получения сжиженного вещества; водоотделитель для приведения сжиженного вещества в соприкосновение с ледсодержащим материалом таким образом, чтобы лед в ледсодержащем материале был растворен с образованием сжиженного вещества с высоким содержанием воды; испаритель для испарения вещест