專利名稱：蒸汽收集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明要求提交于2000年9月24日的美國臨時申請Serial No.60/235,214、提交于2000年9月24日的No.60/235,221、以及提交于2001年3月7日的No.60/274,050的優(yōu)先權(quán)，將它們的全部內(nèi)容參考結(jié)合于此。本發(fā)明涉及蒸汽收集方法，更具體地說，涉及能收集基本上沒有稀釋的氣相組分的方法。
背景技術(shù)：
在干燥涂層材料的過程中除去和回收組分的常規(guī)方法通常利用干燥設備或烘爐。收集罩或口用于閉合及開口的干燥系統(tǒng)，以收集從基底或材料發(fā)出的溶劑蒸汽。常規(guī)的開口蒸汽收集系統(tǒng)通常利用空氣處理系統(tǒng)，它們不可能僅選擇性地吸出所需的氣相組分而不吸出環(huán)境氣氛。閉合的蒸汽收集系統(tǒng)一般引入惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)以有助于清掃封閉容積的蒸汽。在任一系統(tǒng)中，環(huán)境氣氛或惰性氣體的引入稀釋了氣相組分的濃度。這樣就使隨后的從稀釋的蒸汽流中分離蒸汽變得困難和低效。
此外，與常規(guī)蒸汽收集系統(tǒng)有關(guān)的熱力學通常允許在基底或材料或者接近它們之處有不需要的蒸汽冷凝。然后，冷凝物落在基底或材料上，對材料的外觀或性能方面產(chǎn)生不利的影響。在工業(yè)裝置中，環(huán)繞該方法和處理裝置的環(huán)境條件可包括外來雜質(zhì)。在大容積的干燥設備中，外來雜質(zhì)可通過常規(guī)干燥系統(tǒng)的大容積流量帶入收集系統(tǒng)中。
理想的是收集基本上沒有用環(huán)境氣氛或惰性氣體稀釋的氣相組分。此外，在工業(yè)裝置中于較低容積流量中收集氣相組分是有利的，這樣可以防止夾雜外來雜質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了輸送及捕集基本上沒有稀釋的氣相組分的方法。該方法和設備利用靠近基底表面的氣室以能夠收集接近基底表面的氣相組分。
在本發(fā)明方法中，提供至少一種具有至少一個鄰近氣相的主表面的材料。然后，將氣室設置在靠近材料表面之處以規(guī)定氣室與材料之間的間隙。該間隙最好不超過3cm。氣室與材料表面之間的鄰近氣相規(guī)定了具有一定量物質(zhì)的區(qū)域。至少一部分來自鄰近氣相的物質(zhì)由經(jīng)過區(qū)域的誘導流輸送通過氣室。該氣相的流量由下式表示M1+M2+M3＝M4(方程式I)式中，M1是由壓力梯度引起的通過間隙進入?yún)^(qū)域并通過氣室的上述物質(zhì)的每單位寬度的總凈平均時間質(zhì)量流量，M2是從材料的至少一個主表面進入所述區(qū)域并通過氣室的上述物質(zhì)的每單位寬度平均時間質(zhì)量流量，M3是由材料運動引起的通過間隙進入?yún)^(qū)域并通過氣室的上述物質(zhì)的每單位寬度的總凈平均時間質(zhì)量流量，M4是從氣室出口離開所述區(qū)域的上述物質(zhì)的每單位寬度的平均時間質(zhì)量流量。為本發(fā)明的目的規(guī)定寬度的尺寸是在與材料運動方向垂直的方向上以及在材料平面上的間隙的長度。
本發(fā)明方法和設備設計為大量減少輸送通過氣室的稀釋氣體的量。使用靠近材料表面的氣室和小的負壓力梯度可明顯減少稀釋氣體，即M1。壓力梯度Δp定義為氣室底部周邊的壓力pc與氣室外部的壓力po之差，其中Δp＝pc-po。M1的值通常大于0但不超過0.25kg/秒/米，較好是大于0但不超過0.1kg/秒/米，最好是大于0但不超過0.01kg/秒/米。
在另一個表達方式中，得自M1的平均速度可用來表示進入氣室的稀釋氣相組分的流量。使用靠近材料表面的氣室和小的負壓力梯度可明顯減小通過間隙的總凈平均氣相速度(v)。對本發(fā)明而言，(v)的值通常大于0但不超過0.5米/秒。
本發(fā)明方法的目的是通過大量減少方程式I中的M1來顯著地減小鄰近氣相中氣相組分的稀釋。M1表示由壓力梯度導致的進入?yún)^(qū)域中的總凈氣相稀釋流量。鄰近氣相中物質(zhì)的稀釋會對氣相收集系統(tǒng)的效率和隨后的分離操作產(chǎn)生不利的影響。對本發(fā)明方法而言，M1大于0但不超過0.25kg/秒/米。此外，由于氣室與材料表面之間的間隙較小，由誘導流導致的通過間隙的氣相組分的容積流速通常不超過0.5米/秒。
本方法較好地適用于需要以有效的方式理想地收集蒸汽組分的應用。有機和無機溶劑是經(jīng)常用作載體以使所需的組合物沉積在基底或材料上的組分的例子。這些組分通常通過提供足夠的能量使溶劑蒸發(fā)來從基底或材料上除去。通常為了符合健康、安全和環(huán)境需要的原因，要求在它們從基底或材料上除去之后回收蒸汽組分。本發(fā)明能收集和輸送蒸汽組分而不需要引入大容積的稀釋流。
在一個較佳實施方式中，本發(fā)明方法包括使用含有至少一種蒸發(fā)組分的材料。氣室設置在緊鄰材料表面之處。然后，對材料施加能量從而蒸發(fā)至少一種蒸發(fā)組分以形成蒸汽組分。至少一部分蒸汽組分被捕集在氣室中。蒸汽組分通常在高濃度下被捕集，使隨后的處理，如分離變得更有效。
本發(fā)明的裝置包括用來支承材料的支承機構(gòu)。該材料具有至少一個有鄰近氣相的主表面。氣室位于靠近材料的表面處以規(guī)定表面與收集氣室之間的間隙。氣室與材料之間的鄰近氣相規(guī)定了含有一定量物質(zhì)的區(qū)域。與氣室連接的機構(gòu)導致鄰近氣相中至少一部分物質(zhì)輸送通過區(qū)域。物質(zhì)通過區(qū)域輸送入氣室的流量由方程式I表示。氣室中的蒸汽可隨意地輸送到分離機構(gòu)中另行處理。
本發(fā)明的方法和設備較好地適用于從運動的織物中輸送和收集溶劑。在操作中，氣室置于連續(xù)運動的織物上面以收集高濃度的蒸汽。蒸汽的低容積流量和高濃度提高了溶劑回收的效率并基本上消除了使用常規(guī)組分收集裝置時產(chǎn)生的污染問題。
本發(fā)明的方法和設備最好與常規(guī)的間隙干燥系統(tǒng)結(jié)合使用。間隙干燥系統(tǒng)一般通過熱板與冷凝板之間狹小的間隙輸送材料，用以蒸發(fā)和隨后冷凝材料中的蒸發(fā)組分。本裝置的結(jié)構(gòu)，能使間隙干燥系統(tǒng)的各個位置進一步捕集在進入間隙干燥設備之前或者離開時通常存在于材料表面上的鄰近氣相中的氣相組分。
為達到本發(fā)明的目的，本申請中使用的以下術(shù)語定義如下“平均時間質(zhì)量流量”由方程式MI=1t∫0tmidt]]>表示，式中，MI是平均時間質(zhì)量流量(kg/秒)，t是時間(秒)，mi是瞬時質(zhì)量流量(kg/秒)；“壓力梯度”是指氣室與外部環(huán)境之間的壓力差；“誘導流”是指通常由壓力梯度產(chǎn)生的流量。
其它特征和優(yōu)點將從對以下實施方式和權(quán)利要求的描述中更清楚。


參照附圖，從以下詳細的描述中，本發(fā)明的上述以及其它優(yōu)點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將更加清楚圖1是本發(fā)明的示意圖；圖2是本發(fā)明的氣相收集裝置的一個較佳實施方式的示意圖；圖3是本發(fā)明的氣相收集裝置的一個較佳實施方式的截面示意圖；圖4是本發(fā)明的氣相收集裝置的一個較佳實施方式的等角圖；圖5a是與間隙干燥系統(tǒng)結(jié)合的本發(fā)明的一個較佳實施方式的示意圖；圖5b是與任選的機械密封結(jié)合的一個較佳實施方式的示意圖；圖6是與任選的可收縮的機械密封結(jié)合的一個較佳實施方式的示意圖；圖7是本文中提供的實施例所述的氣相收集系統(tǒng)和裝置的另一個較佳實施方式的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的方法和設備10概括地描述于圖1。該方法包括提供具有至少一個有鄰近氣相(未示出)的主表面14的材料12。具有排氣口18的氣室16位于靠近處以規(guī)定氣室16的底部周邊19與材料12的表面14之間的間隙。間隙的高度H最好是3cm或更小。氣室16的底部周邊19與材料12的表面14之間的鄰近氣相規(guī)定了具有一定量的物質(zhì)的區(qū)域。該區(qū)域中的物質(zhì)通常呈氣相?？墒牵绢I(lǐng)域的技術(shù)人員認為該區(qū)域還可含有呈液相或固相的物質(zhì)，或者所有三種相態(tài)組合的物質(zhì)。
至少一部分來自該區(qū)域的物質(zhì)被誘導流輸送通過氣室16。流體可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員通常已知常規(guī)機構(gòu)引入。進入并通過氣室的每單位寬度的質(zhì)量流量由以下方程式I表示M1+M2+M3＝M4(方程式I)圖1描述了在實施本發(fā)明方法時所遇到的各種流體流。M1是由壓力梯度引起的通過間隙進入?yún)^(qū)域以及通過氣室的每單位寬度的總凈平均時間質(zhì)量流量。為達到本發(fā)明的目的，M1實質(zhì)上表示稀釋流。M2是從材料的至少一個主表面進入所述區(qū)域并通過氣室的上述物質(zhì)的每單位寬度平均時間質(zhì)量流量。M3是由材料運動引起的通過間隙進入?yún)^(qū)域以及通過氣室的上述物質(zhì)的每單位寬度的總凈平均時間質(zhì)量流量。M3通常被認作機械牽引物和覆蓋物，它包括通過氣室下材料的運動牽引的物質(zhì)，以及隨著材料通過從氣室下引出的物質(zhì)。在材料在氣室下靜止的情況下，M3將為0。在間隙H是均勻的(即，氣室的入口和出口的間隙相等)情況下，M3為0。當入口與出口的間隙不均勻(即不相等)時，M3不為0。M4是從氣室出口離開所述區(qū)域的上述物質(zhì)的每單位寬度輸送物質(zhì)的平均時間質(zhì)量流量。已知物質(zhì)可通過間隙輸送進入?yún)^(qū)域中而不是通過氣室輸送。這些流量不包括在方程式I中包括的總凈流量中。為本發(fā)明的目的規(guī)定寬度的尺寸是在與材料運動方向垂直以及在材料平面上的間隙長度。
本發(fā)明方法和設備設計為大量減少通過氣室輸送的稀釋氣體的量。使用靠近材料表面的氣室和極小的負壓力梯度可明顯減少稀釋氣體，即M1。壓力梯度Δp定義為氣室底部周邊的壓力pc與氣室外部的壓力po之差，其中Δp＝pc-po。M1的值通常大于0但不超過0.25kg/秒/米。較佳地，M1大于0但不超過0.1kg/秒/米，最好是大于0但不超過0.01kg/秒/米。
在另一個表達方式中，得自M1的平均速度可用來表示通過氣室的稀釋氣相組分的流速?？拷牧媳砻娴臍馐液托〉呢搲毫μ荻瓤擅黠@減小通過間隙的總凈平均氣相速度(v)。得自M1的平均氣相速度定義為(v)＝M1/ρA。式中，M1如上述，ρ是氣流密度(kg/m3)，A是流體進入的區(qū)域的截面積(m2)。式中，A＝H(2w+2l)，其中H如上述，w是在與材料的運動方向垂直的方向上的間隙的長度，l是在材料運動方向上的間隙的長度。對本發(fā)明而言，(v)的值通常大于0但不超過0.5米/秒。
靠近表面的氣室和較小的壓力梯度使得在鄰近的氣相中的物質(zhì)以最小的稀釋輸送通過氣室。這樣，可在較高濃度下以較低流速進行輸送和收集。本方法還適用于輸送和收集較少量的位于鄰近氣相中的物質(zhì)。間隙高度通常為3cm或更低，較好是1.5cm或更低，最好是0.75cm或更低。此外，在一個較佳實施方式中，圍繞氣室周邊的間隙基本上是均勻的。但是，間隙可改變，或者對于特殊的用途，間隙可以是不均勻的。在一個較佳實施方式中，氣室的周邊要比材料，或者在氣室下輸送的織物寬。在這種情況下，該氣室可設計為密封各邊以進一步減少來自壓力梯度的每單位寬度的平均時間質(zhì)量流量(M1)。該氣室還可設計為適合不同形狀的材料表面。例如，該氣室可具有切成圓弧的底部周邊以適合圓柱體的表面。
使用的材料可包括能置于靠近氣室之處的任何材料。較佳的材料是織物?？椢锟砂ㄒ粚踊蚨鄬邮┘釉诨咨系牟牧匣蛲苛?。
適當?shù)貙馐叶ǔ叽绾筒僮饕蕴峁┰诨旧喜幌♂尩那闆r下對氣相組分的充分收集，或者沒有氣相組分的過大損耗以至于不能將它們吸入氣室中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能設計和操作該氣室以提供給定材料的蒸發(fā)速率和所需的流體流速用于適當?shù)鼗厥諝庀嘟M分。對可燃性氣相組分而言，為安全起見，較佳的是在濃度高于可燃性上限時捕集蒸汽。此外，間隙可保持在織物的主要部分上。一些氣室還可置于沿織物通過的路徑的各點上操作。各個單獨的氣室可對各種過程和不同材料在不同的壓力、溫度和間隙下操作。
物質(zhì)從區(qū)域通過氣室的輸送通過引入壓力梯度來完成。壓力梯度通常由機械裝置，例如泵、鼓風機和風扇產(chǎn)生。引入壓力梯度的機械裝置與氣室接觸。因此，壓力梯度將引起質(zhì)量流量通過氣室和氣室中的排氣口。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還認為壓力梯度還可得自氣相組分的密度梯度。
氣室還可包括一個或多個機構(gòu)以控制輸送通過氣室的物質(zhì)的相，由此控制物質(zhì)中組分的相變。例如，可將常規(guī)的溫度控制裝置裝入氣室中以防止在氣室的內(nèi)部上形成冷凝。常規(guī)的溫度控制裝置的非限制性例子包括加熱盤管、電加熱器和外部熱源。加熱盤管在氣室中提供了足夠的熱量以防止蒸汽組分的冷凝。常規(guī)的加熱盤管和傳熱流體適用于本發(fā)明。
根據(jù)具體的氣相組合物，該氣室可隨意地包括滅火器。置于氣室內(nèi)部的滅火裝置允許氣體通過但是阻擋了火焰以防止火災或爆炸?；鹧媸亲园l(fā)地發(fā)生持續(xù)放熱(產(chǎn)生熱)的化學反應的氣體的容積。當操作環(huán)境包括氧氣、高溫和以適當?shù)谋壤旌狭搜鯕庖陨梢兹蓟旌衔锏目扇夹詺怏w時，通常需要滅火裝置。滅火裝置通過除去一種所述成分來起作用。在一個較佳實施方式中，氣相組分通過與熱吸收材料毗鄰的狹小間隙。間隙和材料的尺寸依具體的蒸汽組合物而定。例如，該氣室可充填膨脹的金屬吸熱材料，例如鋁，它用依照“國家消防協(xié)會標準”的網(wǎng)孔尺寸的細網(wǎng)格金屬篩裝在底部。
用于本發(fā)明的任選的分離裝置和輸送設備還可包括滅火器。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的常規(guī)技術(shù)適用于本發(fā)明。滅火裝置用于氣室和隨后的加工設備中而不需要引入惰性氣體。這樣，蒸汽流的濃度通?？杀３钟行У剡M行分離操作。
本方法適用于連續(xù)地收集氣相組合物。該氣相組合物最好是沒有稀釋，通常從氣室流入隨后的操作步驟中。隨后的操作步驟可包括以下任選的步驟，例如分離或消毀氣相中的一種或多種組分。分離操作可受控地發(fā)生在氣室內(nèi)部，或者它可以發(fā)生在外部。較佳地，蒸汽流使用常規(guī)分離方法，例如吸收、吸附、膜分離或冷凝來分離。蒸汽組合物的高濃度和低容積流量增強了常規(guī)分離操作的總效率。最好是至少一部分蒸汽組分在濃度高到足以允許隨后的蒸汽組分的分離在0℃或更高的溫度下進行時捕集。該溫度防止了在具有設備和方法優(yōu)勢的分離過程中結(jié)霜。
來自氣室的蒸汽流可含有蒸汽、或者蒸汽和液體的混合物。蒸汽流還可包括在分離過程前濾去的顆粒材料。適宜的分離方法可包括，例如常規(guī)的分離方法如濃縮氣流中的蒸汽組合物；氣流中稀釋的蒸汽組合物的直接冷凝；氣流中濃縮的蒸汽組合物的直接冷凝；兩段直接冷凝；使用活性碳或合成的吸附介質(zhì)吸附氣流中稀釋的蒸汽組合物；使用活性碳或合成的吸附介質(zhì)吸附氣流中濃縮的蒸汽組合物；使用具有高吸附性能的介質(zhì)吸附氣流中稀釋的蒸汽相組分；以及使用具有高吸附性能的介質(zhì)吸附氣流中濃縮的蒸汽相組分。消毀裝置包括常規(guī)的裝置，如熱氧化裝置。根據(jù)氣相組分的組成，氣流可隨意地排出或濾出以及在離開氣室之后放空。
本發(fā)明的一個較佳的實施方式描述在圖2-4中。本發(fā)明的裝置20包括通過在加熱部件24與氣室26之間的織物輸送系統(tǒng)(未示出)輸送的織物22?？椢?2包括含有至少一種蒸發(fā)組分(未示出)的材料。氣室26包括底部周邊28。氣室26位于靠近織物22處以使得氣室26的底部周邊28規(guī)定了氣室與織物22之間的間隙H。氣室26任選地包括加熱盤管30、滅火部件32和滅火部件32上的頂部空間39。歧管34提供了與壓力控制機構(gòu)(未示出)的連接。歧管34最終提供了出口36以將蒸汽輸送到隨后的處理步驟中。
在操作過程中，加熱部件24主要向織物22的底部提供了傳導熱能以蒸發(fā)織物中的蒸發(fā)組分。氣室26用壓力梯度操作，使得蒸汽從織物22上放出時，其中至少一部分蒸汽通過垂直間隙H輸送入氣室26中。吸入氣室26中的蒸汽輸送通過歧管34和出口36用于進一步的處理。間隙H和壓力梯度允許在基本上沒有稀釋的情況下把蒸汽捕集在氣室26中。
該較佳實施方式涉及輸送和收集材料中的蒸發(fā)組分。蒸發(fā)組分可處于材料內(nèi)、材料表面上、或者鄰近氣相中。這些材料包括，例如涂布的基片、聚合物、顏料、陶瓷、糊料、織物、非織造物、纖維、粉末、紙、食品、藥品或者它們的組合。較佳地，提供織物作為材料。然后，也可利用材料的分離部分或材料的板材。
該材料包括至少一種蒸發(fā)組分。蒸發(fā)組分是可從材料中蒸發(fā)和分離的任何液體或固體組合物。非限制性例子包括有機化合物和無機化合物或者它們的組合，如水或乙醇。一般來說，蒸發(fā)組分起初可用作開始制取該材料的溶劑。本發(fā)明較好地適用于隨后溶劑的除去。
根據(jù)本發(fā)明，向該材料施加足夠的能量以蒸發(fā)至少一種蒸發(fā)組分。需要用來蒸發(fā)蒸發(fā)組分的能量可通過輻射、傳導、對流或它們的組合來施加。例如，熱傳導可包括將材料通過靠近的平面加熱板、曲面加熱板，或部分地將材料包覆在加熱圓柱體的周圍。熱對流的例子可包括通過噴嘴、噴口或壓力通風系統(tǒng)向材料導入熱空氣。電磁輻射如射頻、微波能量或紅外能可導向材料并被材料吸收，引起材料的內(nèi)部加熱。能量可施加在材料的任意或者全部表面上。此外，可向該材料提供足夠的內(nèi)部能量，例如發(fā)生在材料中的預加熱或放熱化學反應。能量施加技術(shù)可單獨使用或組合使用。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已知用于加熱的能量可由常規(guī)的源提供。例如，足夠的能量可通過電、燃料的燃燒、或者其它熱源來提供。能量可在應用點直接轉(zhuǎn)化成熱，或者間接通過加熱液體如水或油、加熱氣體如空氣或惰性氣體、或者加熱蒸汽如氣流或常規(guī)傳熱流體。
本發(fā)明的氣室位于靠近材料之處以在氣室的底部周邊與材料之間形成間隙。該間隙最好是在材料表面與氣室的底部之間的基本上均勻的空間距離。間隙距離較好是3cm以下，更好是1.5cm以下，最好是0.75cm以下。該氣室在壓力梯度下操作使得蒸汽吸入氣室中。在蒸汽吸入氣室時，靠近材料的氣室將蒸汽的稀釋程度減至最小。除了間隙以外，蒸汽組分的稀釋還可通過使用附加在氣室中機械組件，如圖2-4中的延伸部分35、37減至最小。當延伸超過織物并與熱壓板24接觸時，延伸部分還提供側(cè)邊的密封。
根據(jù)本發(fā)明，較佳的是選擇總質(zhì)量流量以緊密地匹配材料中氣相組分的產(chǎn)生速率。這將有助于防止蒸汽組分的稀釋或損失。氣室中的總?cè)莘e流量最好至少是蒸汽組分的容積流量的100％。此外，本發(fā)明能在穿過氣室的進口表面實現(xiàn)基本上均勻的流量。在氣室中的一層多孔介質(zhì)上存在頂部空間時可實現(xiàn)。在所述情況中，在頂部空間中側(cè)面的壓力降可與通過多孔介質(zhì)的壓力降一起忽略。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道，可調(diào)節(jié)頂部空間和多孔介質(zhì)的孔徑以調(diào)節(jié)通過氣室的進口表面的流速。
在另一個較佳實施方式中，本發(fā)明的氣室可配置有常規(guī)的間隙干燥系統(tǒng)。間隙干燥系統(tǒng)使用直接的溶劑冷凝與熱傳導為主的傳熱的組合，因此不需要施加強制的對流以蒸發(fā)和帶走溶劑蒸發(fā)物。間隙干燥器由被小間隙隔開的熱板和冷板構(gòu)成。熱板鄰近織物的未涂布側(cè)，提供能量以蒸發(fā)涂層溶劑。冷板鄰近涂布側(cè)，提供冷凝的驅(qū)動力和溶劑蒸發(fā)物輸送穿過間隙。提供具有表面形狀的冷板，它防止了液體滴落回涂布的表面上。隨著涂布的基底輸送通過兩塊板之間的間隙，干燥和溶劑的回收同時進行。間隙干燥系統(tǒng)充分地描述在美國專利No.6,047,151、4,980,697、5,813,133、5,694,701、6,134,808和5,581,905中，將它們?nèi)繀⒖冀Y(jié)合于此。
氣室可位于間隙干燥系統(tǒng)中若干任選的點上。例如，氣室可置于間隙干燥器的相對的末端、間隙干燥器內(nèi)部或者它們的組合中。圖5a示出了位于間隙干燥系統(tǒng)42的后緣44上的氣室40。
在常規(guī)的間隙干燥型配置中，某些氣相組分通過從運動的織物中吸出來后輸送。在織物與頂板之間的間隙中的氣相組分可能是至關(guān)重要的，因為它通?？捎谜舭l(fā)組分飽和。該組分(溶劑或其它組分)可能是至關(guān)重要的，這時因為從環(huán)境、健康或安全方面考慮的原因。當該間隙足夠小時，該排氣流量Q的容積可易于從織物速度V織物、最大間隙高度hu和膜/織物寬度W計算得出Q＝(1/2)(V織物)(W)(hu)例如，對于0.508米/秒的織物速度，寬度為1.53m，間隙為0.0492cm，這意味著流量為0.00123m3/秒。這是一個較小的并被認為是比用其它常規(guī)的干燥方法(氣相流量比本發(fā)明高出若干個數(shù)量級)更易控制的流量。
這樣，本發(fā)明的氣室適于在織物的鄰近氣相中輸送和收集較小容積的物質(zhì)。其基本的實施方式示于圖5a。間隙干燥系統(tǒng)42包括位于冷凝板48與熱板50之間的織物46。間距為H的間隙形成在織物46的上表面與冷凝板48之間。冷凝板48包括毛細管表面52以從冷凝表面54上輸送冷凝的材料。氣室40配置在織物46離開間隙之處以收集離開間隙干燥系統(tǒng)42的氣相組分。
向氣室的后緣施加密封可有助于質(zhì)量流量通過該氣室。該密封起清掃作用以防止氣體從氣室的后緣離開，這樣就迫使其進入氣室中。該密封可包括受迫氣體或機械密封。圖5a描述了沿氣室的外面部分41上的向下的箭頭方向的任選的受迫空氣流F。受迫氣體阻擋了由運動的織物46承載的任何氣相組分。該氣體可以是清潔的空氣、氮氣、二氧化碳或其它惰性氣體系統(tǒng)。
機械密封還可用來迫使氣相組分進入氣室中。圖5b示出了在氣室40的外部41使用撓性密封部件56以減少輸送通過氣室40的稀釋氣體的量。撓性密封56可拖曳在織物46上或置于到織物46的小的間隙處。在這種情況下，間隙是不均勻的，在接近密封的出口處H近似為0。
機械密封還可包含圖6所示的可收縮的密封機構(gòu)。圖中顯示，為保證正常的連續(xù)操作，配置可收縮的密封機構(gòu)76連同氣室60和間隙干燥系統(tǒng)62，還包括冷凝板68和熱板70。在該配置中，可收縮的密封機構(gòu)76可設置在比其它形式的機械密封到織物66的表面的更小間隙處。該較小的間隙更有效地用于從運動的織物66上除去邊界層的氣相組分而在捕集氣相組分時不會劃傷或損壞涂層或織物表面。到織物66表面的間隙可以為0.00508-0.0508cm或更大。間隙越小，除去邊界層的氣相組分的效率越高。可收縮的密封機構(gòu)76的效率通過增加密封的厚度來改善，同時要維護在密封點上與織物對應的密封表面78。使用圖6所示的空轉(zhuǎn)輥80，則可收縮的密封機構(gòu)76具有與空轉(zhuǎn)輥80的半徑對應的切成圓弧的形狀?？墒湛s密封機構(gòu)的厚度可以是1.5cm至大于3cm。板越厚，密封面積越大，這樣就更有效。實際的厚度根據(jù)以下因素，如空轉(zhuǎn)輥半徑和空轉(zhuǎn)輥包角來確定。密封可通過使用促動器82或其它機械裝置移向收縮的位置。豎起的配置防止了對密封機構(gòu)76的污染和對織物66的破壞，并允許超厚涂層通過，或者允許拼接物或其它加厚物通過。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知可收縮密封機構(gòu)76的收縮可自動化并可對已知的加厚物，如拼接的或超厚涂層進行控制，或者對加厚物而言，甚至可與傳感器(如尖頭棒、激光檢測裝置等)(未示出)連接以允許遇到不曾預料到情況的收縮。
本發(fā)明的設備利用了用來將材料固定在靠近氣室之處的材料支承機構(gòu)以確保適宜的間隙。常規(guī)的材料處理系統(tǒng)和裝置適用于本發(fā)明。
該設備包括如上所述的氣室，將其置于材料上以規(guī)定材料表面與氣室的底部周邊之間的間隙。該氣室由常規(guī)材料構(gòu)成并可設計為滿足特殊的使用標準。該氣室可作為獨立的裝置存在或者可將其置于封閉的環(huán)境，例如烘爐包圍中。另外，任選地置于氣室中的滅火裝置和加熱盤管可包括常規(guī)已知的裝置和材料。
上述能源用來向該材料提供足夠的能量以蒸發(fā)材料中的至少一種蒸發(fā)組分。本領(lǐng)域內(nèi)通常已知的加熱和傳熱裝置適用于本發(fā)明。
收集在氣室中的濃縮的蒸汽流可用通常所述的常規(guī)的分離裝置和方法，如吸收、吸附、膜分離或冷凝來進一步分離。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能基于蒸汽組合物和所需的分離效率來選擇具體的分離操作和裝置。
在操作過程中，本發(fā)明基本上無需稀釋，也無需使蒸汽組分冷凝，就能在干燥系統(tǒng)中捕集至少一部分蒸汽組分。在高濃度下收集蒸汽組分能有效地回收材料。在干燥系統(tǒng)中無需冷凝就減少了冷凝物落在產(chǎn)物上等的產(chǎn)品質(zhì)量問題。本發(fā)明還使用較低的空氣流速，它顯著地減少了外來材料進入干燥系統(tǒng)，這樣就防止了制成品的產(chǎn)品質(zhì)量問題。
實施例實施例1參照圖7，具有直接火焰加熱器箱102的烘爐100用于本發(fā)明中。烘爐100配置了具有多個高速噴嘴106的供氣壓力通風系統(tǒng)104。這些高速對流噴嘴106置于離基底材料1082.5cm內(nèi)。該材料108是具有涂布在表面上的半剛性乙烯基分散體的塑料膜的織物。高速噴嘴106向材料108提供高熱量。在烘爐溫度下，噴嘴出口排出的氣體速度為20-30米/秒。加熱器箱具有循環(huán)風機110和調(diào)制直接火焰燃燒器112。加熱器箱混合循環(huán)空氣114和新鮮補給的空氣116，并使它們通過加熱器箱102。直接火焰燃燒器112調(diào)制為控制排出空氣的溫度為150-200℃。烘爐所需的操作壓力通過控制烘爐排氣118和補給空氣116來保持。氣室120是由不銹鋼制得的10cm×10cm×200cm長的結(jié)構(gòu)。多重氣室(未示出)安裝在距貫穿烘爐100的材料108的1.5cm以內(nèi)。各個氣室120的頂上具有三個1.2cm的出口。這三個出口在直徑為2cm的歧管122中接合。歧管122的直徑為2cm，并且穿過烘爐的外殼到烘爐100的外部。烘爐體外部的歧管與冷凝器124連接。冷凝器124是內(nèi)有管結(jié)構(gòu)的管，由不銹鋼制得。內(nèi)管的直徑為2cm，外管的直徑為3.5cm。冷凝器124具有直徑為2cm的裝置冷卻水進口126和直徑為2cm的冷卻水出口128。在冷卻水進口126的裝置冷卻水為5-10℃。得自材料108的蒸汽組分收集在氣室120內(nèi)，隨后在冷凝器124中冷凝，再收集在分離器130中。得自分離器130的清潔氣體流通過直徑為2cm的PVC管去往真空泵132?？刂普婵毡?32以將氣室120的壓力保持在與烘爐操作壓力相關(guān)的壓力梯度下。真空泵132的排出物返回到烘爐體。該方法基本上無需稀釋就從材料108上收集大量的蒸發(fā)的組分。在操作了4000小時后，在烘爐100的內(nèi)部區(qū)域觀察到產(chǎn)生的材料。這與常規(guī)系統(tǒng)相比改善了大約100％。
實施例2-5下述對照表1提供了在具體的裝置結(jié)構(gòu)和操作條件下不同系統(tǒng)的計算的例子。M1、M2、M3和M4的定義如上。M5表示向氣室提供的任何附加的稀釋流的每單位寬度的平均時間質(zhì)量流量(例如，在對流爐中補給空氣流)(單位kg/秒/米)。該材料的寬度(“w”)(單位cm)是在與該材料的運動方向垂直的方向上的間隙的測定值。平均時間氣相速度(v)如上述定義，單位為米/秒。壓力差(“ΔP”)是氣室的底部周邊與氣室外部之間的壓力梯度(單位Pa)。材料的速度(“V”)以米/秒測定。
通過間隙的氣相組分的平均速度(v)可使用速度計如熱線風速計，用所知的系統(tǒng)間隙截面積從方程式1來計算測定，或者使用下式來估測(v)=1.288|Δp|]]>(方程式2)容積流量Q與質(zhì)量流量M之間的關(guān)系為M＝ρQ，式中，ρ是氣相組分的密度(單位kg/m3)。氣相溫度關(guān)系式可用理想氣體定律替入，表示為M=(MWpRT)Q]]>(方程式3)式中，MW是氣相的分子量，p是壓力，R是氣體常數(shù)，T是氣相溫度。如果只有稀釋流量M1未知，可使用方程式1計算稀釋流量M1，或者用下式計算M1＝ρH(v)(方程式4)比較例2一個典型的空氣對流干燥系統(tǒng)由一個配置有高速對流噴嘴的巨大的封閉箱構(gòu)成。呈織物形式的材料通過寬76.2cm、高10.2cm的進口間隙進入。該材料通過與進口間隙尺寸相同的出口間隙排出。該材料以約1米/秒的速度輸送通過間隙的中心。該材料由具有有機溶劑系涂料的聚酯織物構(gòu)成，并在其經(jīng)過該封閉箱時干燥。干燥器系統(tǒng)的操作條件如下。氣室中的總循環(huán)流量為18.6kg/秒/米，封閉箱(氣室)的壓力設定為-5Pa。通過氣室的排氣流量M4為7.43kg/秒/米。由-5Pa的壓力梯度引起的、通過進口和出口間隙并進入氣室中的流量M1為0.71kg/秒/米。M1用方程式4來計算。由涂布液的溶劑的蒸發(fā)(即干燥)引起的流量M2為0.022kg/秒/米。M2的值的計算是假定由流體流M4，對具有1.5體積溶劑濃度％的LFL的溶劑而言，保持在20％的較低可燃性限制(LFL)。由材料運動通過氣室引起的進入間隙的凈流量M3為0。進入氣室中的補給空氣的流量M5為6.7kg/秒/米。通過間隙的總凈平均氣相速度用方程式2計算，(v)為2.9m/sec。計算的值通過使用熱線風速計的測定值來驗證。
比較例3一個典型的惰性氣體對流干燥系統(tǒng)由一個配置有高速對流噴嘴的巨大的封閉箱構(gòu)成。材料通過寬76.2cm、高2.54cm的進口間隙進入。該材料通過與進口間隙尺寸相同的出口間隙排出。該材料以約1米/秒的速度輸送通過間隙的中心。該材料由具有有機溶劑系涂料的聚酯織物構(gòu)成，并在其經(jīng)過該封閉箱時干燥。干燥器系統(tǒng)的操作條件如下。氣室中的總循環(huán)流量為5.66kg/秒/米，封閉箱的壓力設定為2.5Pa。通過氣室的排氣流量M4為1.48kg/秒/米。由+2.5Pa的壓力梯度引起的、通過氣室的進口和出口間隙的流量M1為0.12kg/秒/米。M1用方程式4來計算。由涂布液的溶劑的蒸發(fā)(即干燥)引起的流量M2為0.03kg/秒/米。M2的值由返回干燥器之前2體積％的從M4回收的作為稀釋流量M5的一部分的溶劑(在分離裝置中)來確定。由材料運動通過氣室引起的進入間隙的凈流量M3為0。額外的稀釋流量M5為1.57kg/秒/米。M5是由從分離裝置返回的流量和惰性氣體補給的流量構(gòu)成的。通過間隙的總凈平均氣相速度用方程式2計算，(v)為2m/sec。
實施例4在本實施例中，蒸汽收集裝置與常規(guī)的間隙干燥系統(tǒng)結(jié)合來捕集和收集離開間隙干燥器的氣相組分?？椢镉奢斔拖到y(tǒng)輸送通過本發(fā)明的裝置。該織物由涂布了分散在乙醇和水中的無機材料的聚酯膜構(gòu)成。該織物通過寬度w為30.5cm、高度H為0.32cm的進口間隙進入。該材料通過與進口間隙尺寸相同的出口間隙排出。該織物以0.015米/秒的速度輸送通過間隙和氣室的下面。測得排氣流M4為0.0066kg/秒/米。由引入的壓力梯度引起的通過氣室的進口和出口間隙的流量M1與M4近似相等，為0.0066kg/秒/米。M1用方程式1來計算。一切為實用的目的，織物和涂料在離開間隙干燥器時是干的，這樣M2為0。這可使用標準二次干燥測定來證明，其中，當織物和涂料試樣在高溫下再干燥時，最終沒有顯示出重量損失。由材料運動通過氣室引起的進入間隙的凈流量M3為0，沒有額外的稀釋流量M5。通過間隙的平均氣相速度由方程式1和4計算，(v)＝0.086m/sec。用方程式2計算得壓力梯度為0.0045Pa。
實施例5在本實施例中，織物由輸送系統(tǒng)輸送通過基本上與圖2-4所示相似的裝置。該織物包含涂布了由甲苯中的10％苯乙烯-丁二烯共聚物溶液構(gòu)成的材料的聚酯膜。該織物通過氣室的下面，由此在氣室的底部周邊與材料的暴露表面之間形成間隙。該間隙的寬度w為15cm、高度H為0.32cm。該材料從氣室下面與進口間隙尺寸相同的間隙處離開。該織物以0.0254米/秒的速度輸送通過間隙和氣室的下面。干燥器系統(tǒng)的操作條件如下。加熱部件保持在87C，氣室保持在50C。測得排氣流M4為0.00155kg/秒/米。由引入的壓力梯度引起的通過進口和出口間隙離開氣室的流量M1為0.00094kg/秒/米。M1用方程式1來計算。由甲苯的蒸發(fā)引起的流量M2為0.00061kg/秒/米。由材料運動通過氣室引起的進入間隙的凈流量M3為0。沒有額外的稀釋流量M5。通過間隙的總凈氣相平均速度由方程式1、3和4計算，(v)＝0123m/sec。
表1

從以上公開的本發(fā)明的基本原理和前面的詳細描述中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解對本發(fā)明允許進行各種修改。因此，本發(fā)明的范圍應該不僅僅局限于以下權(quán)利要求及其等價的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽收集方法，它包括(a)提供至少一種具有至少一個鄰近氣相的主表面的材料；(b)將氣室設置在靠近所述材料的表面處，規(guī)定所述氣室與表面之間的間隙，其中，所述氣室與表面之間的鄰近氣相規(guī)定了具有一定量物質(zhì)的區(qū)域；(c)促使至少一部分來自所述區(qū)域的物質(zhì)輸送通過氣室，其中，M1是指由壓力梯度引起的通過所述間隙進入所述區(qū)域的上述物質(zhì)的總凈平均時間質(zhì)量流量，M2是指從所述材料的至少一個主表面進入所述區(qū)域的上述物質(zhì)的平均時間質(zhì)量流量，M3是指由所述材料的運動引起的通過間隙進入所述區(qū)域的上述物質(zhì)的總凈平均時間質(zhì)量流量，M4是指從氣室出口離開所述區(qū)域的上述物質(zhì)的平均時間質(zhì)量流量，M1+M2+M3＝M4；M1的總凈平均速度不大于0.5米/秒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氣室中的溫度受控制，防止所述物質(zhì)中組分的相變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述材料是織物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于它還包括從輸送通過所述氣室的物質(zhì)中分離蒸汽組分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述分離方法包括吸收、吸附、膜分離或冷凝。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述蒸汽組分的溫度受控制，防止蒸汽在分離之前冷凝。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述間隙為3cm或更小。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氣室包括至少一種滅火裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述材料包括至少一種蒸發(fā)組分，并且提供能量來蒸發(fā)所述至少一種蒸發(fā)組分，從而在鄰近的氣相的物質(zhì)中形成蒸汽組分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述一個或多個氣室用于捕集至少一部分所述蒸汽組分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述一個或多個氣室各自獨立地受到控制。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述氣室處于封閉的環(huán)境中。
全文摘要
本發(fā)明涉及能收集基本上沒有稀釋的氣相組分的方法，提供了一種蒸汽收集方法，它包括(a)提供至少一種具有至少一個鄰近氣相的主表面的材料；(b)將氣室設置在靠近所述材料的表面處，規(guī)定所述氣室與表面之間的間隙，其中，所述氣室與表面之間的鄰近氣相規(guī)定了具有一定量物質(zhì)的區(qū)域；(c)促使至少一部分來自所述區(qū)域的物質(zhì)輸送通過氣室。
文檔編號F26B25/00GK1702416SQ20051007948
公開日2005年11月30日 申請日期2001年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月24日
發(fā)明者N·K·賈殷, P·T·本森, J·L·卡普斯, W·B·科爾布, E·E·萊特納, R·A·雅培爾, N·L·羅杰斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司