專利名稱：可逆吸收式制冷的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及改善的制冷系統(tǒng)，更具體地涉及采用非絕熱蒸餾以利用低質廢熱的可逆吸收系統(tǒng)。
背景技術：
價格和電能可靠性以及基礎能源的近期變動性都提出需要可靠的能源生產方案。在以高價銷售電能的市場中，商業(yè)經營活動正在尋求有效利用廢熱以降低生產費用的途徑。當前利用廢熱的方法包括利用典型的氨或溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)(ARS)來實現制冷。
超級市場是將受益于高效ARS的最佳商業(yè)實例，因為它具有與儲存和陳設新鮮和冷凍產品有關的繁重制冷負荷。另一個實例是計算機服務器群，其中必須將幾乎不停運行的計算機所產生的熱通過可靠的空調設備來驅散。然而，商業(yè)總是對ARS持相反的觀點，因為這些系統(tǒng)與蒸汽壓縮循環(huán)相比，具有高基建成本和單位制冷容量的能耗更高的特點。此外，因為對現有ARS的性能限制，這些系統(tǒng)常常不能完全支持商業(yè)的制冷負荷。接著，利用這些系統(tǒng)的商業(yè)必須從電網購買電驅動壓縮，或者安裝額外的發(fā)電機容量。在電網不可靠的區(qū)域，額外的發(fā)電容量是唯一合理的解決方法。
現行辦法試圖回收傳質區(qū)(mass transfer zone)之外的熱能。大量的錢都已經花費在改進C.O.P的氨吸收式制冷系統(tǒng)上；該改進措施稱為“發(fā)生器-吸收器熱交換”(GAX)，其的確回收了吸收的一些熱。然而，這種嘗試是錯誤的。使用熱交換設備對具有稀溶液和氨蒸汽的混合物的濃溶液加熱，這在該設備的相對端、從稀溶液進入的地方引入了蒸汽?？赡娴陌敝评湎到y(tǒng)利用噴射器(ejector)將氨蒸汽流與冷卻的汽提塔(stripping colunm)底部液體混合。噴射器用作真空泵以使蒸汽與液體密切接觸。氨吸入水中將引起溫度上升，直到該混合物達到平衡。與任何現有的實踐方案相比，在噴射器后立即利用該混合物，(最有效利用吸收熱所產生的熱能)，這產生較高的C.O.P。
氨ARS的優(yōu)點在于它們能夠使用非常低質的熱能。此外，該系統(tǒng)本身是由最少的輕負載機械部件所組成的低維護、長使用壽命的機械。例如，公知的是氨ARS可以使用50年之久。
當前的氨ARS的一個缺陷是它們要求所有的熱能超過蒸餾法所需的最高溫度，一般大約是180℃。該約束條件限制了氨ARS的實用性。使氨濃度在底部升高是利用較低等級蒸汽的常用方法。然而，這將導致溶液泵的流率增加，這引起吸收器的物理尺寸問題，并且還增加了基建成本，這主要是由于需要增加傳熱面。
氨ARS的主要競爭者是溴化鋰ARS，該溴化鋰ARS具有較低的年運行成本。單效LiBr ARS與典型的氨系統(tǒng)相比，能夠使用更低質的廢熱。單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)具有比典型氨吸收式設計更低的COP(性能系數)。LiBr雙效具有1.2的COP(大于氨循環(huán))，但是需要與典型氨循環(huán)至少相同的溫度分布。所有的LiBr系統(tǒng)將致冷側限制到最低6℃，這使該系統(tǒng)不能用于食品保藏應用。此外，LiBr ARS易受到腐蝕，其具有最多大約15年的工作壽命。該系統(tǒng)還受到其僅僅能夠提供一個蒸發(fā)器的能力的限制，因此僅僅能在一個溫度下傳遞制冷作用，并且不能冷卻到6℃以下。相反，氨ARS可以提供多個蒸發(fā)器，因此可以在幾個溫度等級下傳遞制冷作用。
已經說明了工序以分析多級氨吸收式系統(tǒng)。這些中最突出的稱為袋鼠循環(huán)(kangaroo cycle)，典型的氨吸收式系統(tǒng)嵌套在另一個典型ARS的內部。預測基本的C.O.P增益；然而，現在公開的方法大大地增強了袋鼠概念以及典型氨吸收式系統(tǒng)的其它變化。
出于操作成本的考慮，氨ARS已經幾乎完全被LiBr系統(tǒng)代替。盡管如此，氨ARS具有幾個優(yōu)點并且潛在是高效的制冷系統(tǒng)。對于單級或者單效氨ARS，性能系數(C.O.P)通常標為實際最大值的0.7(0.7cold/1.0heat)。然而，C.O.P的這種限制是由工藝設計實踐引起的，而不是由基本熱力學過程的限制引起的。
任何混合物的理論分離功通常定義為將混合物中的每種成分從其在混合物中的分壓以等溫壓縮到混合物的總壓所需的可逆功，如方程式1所示。
Σi=1→nWrev,i=RT*ln(P2iP1i)]]>(方程式1)假定開始是50∶50的氨-水混合物，理論可逆功是42.3千卡/kg。氨蒸發(fā)的潛熱大約是287千卡/kg，因此6.78的理論最大C.O.P可以看作上限。這使得現行辦法的卡諾效率在10％的范圍內。根據其它開發(fā)較好的熱力學過程，例如卡諾效率在30％以上的固定式柴油機，C.O.P大于2應該是氨吸收式制冷系統(tǒng)的實際目標。
氨吸收式系統(tǒng)的關鍵部件是蒸餾級，在該蒸餾級中，從進料的混合物中除去氨。蒸餾系統(tǒng)通常配置為僅僅在底部加熱，而在塔頂提取熱。在隔熱、絕熱區(qū)進行傳質。這種傳熱和傳質的分離是蒸餾法中不可逆性的主要原因。尋找降低不可逆功量的方法可以增加系統(tǒng)的熱力學效率。
因此，本發(fā)明的目的是提供更有效地利用低質廢熱的制冷系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種更有效地利用熱能的非絕熱蒸餾法。

發(fā)明內容
已經開發(fā)出一種非絕熱蒸餾(NAD)法，其組合通過傳質分離混合物所需的傳熱和所需的傳質，產生更加可逆并由此更加節(jié)能的方法。在結合氨吸收式制冷系統(tǒng)使用時，該蒸餾法允許利用低質的廢熱切實可行并且成本有效地產生制冷。該NAD法的主要優(yōu)點是其能夠有效地利用在燃燒過程中所產生氣體中包含的顯熱。用溫度低到80℃的廢氣將熱能轉換為制冷。這是對需要溫度大約為180℃的熱能的傳統(tǒng)氨吸收式系統(tǒng)的重大改進。該NAD系統(tǒng)能夠利用低至提供給塔的氨-水進料的起泡點的熱能。


圖1是利用非絕熱蒸餾的氨ARS系統(tǒng)的一個實施例的工藝流程圖；圖2是利用非絕熱蒸餾和回收的吸收熱的氨ARS系統(tǒng)的一個實施例的工藝流程圖；圖3是非絕熱蒸餾塔的汽提段的內部結構示意圖。
具體實施例方式
改進氨ARS的能量效率的一般策略是著手于蒸餾成分中的熱力學不可逆性的原因。蒸餾法中的不可逆性的最大原因是傳熱和傳質成分的分離。在塔自身內部添加或減少熱量會降低由不可逆性引起的系統(tǒng)熱力學損失。系統(tǒng)性能的關鍵是在需要最高系統(tǒng)性能的情況下提供回收的熱能。
利用非絕熱蒸餾的氨ARS解決清除熱力學不可逆性的問題的第一步是從汽提段底部的幾乎純水中回收顯熱。底部和進料之間存在大約150的溫差(ΔT)，并且在傳質操作的范圍內部回收的這種熱能導致第一個主要的工藝改進。在適當的分餾設備中，用氨-水混合物以逆流熱交換冷卻液流，來回收熱的底部液體流的熱能。在塔的冷端5的合理ΔT可以驅動傳熱。這導致ARS結構每1,000BTU的熱能產生大約2,000BTU的冷卻。圖1是NAD氨ARS的第一實施例的工藝流程圖。
盡管氨是環(huán)保的，并且由于其在農業(yè)中的廣泛使用、便宜并且在任何地方都容易得到，但是存在許多可以得益于這種方法的其它混合物。例如，可以在水溶液中吸收最多的酸性氣體。通用電氣公司制造的早期美國家用冰箱使用二氧化硫作為工作流體。諸如丙烷和丁烷等碳氫化合物以及它們的鹵代烴同系物被吸收在更高分子量的碳氫化合物、酒精、乙醚及其它溶劑中。例如，這種流體可以用于石油化工廠中的制冷。
可逆吸收式制冷的參數實例通過問題陳述為任何系統(tǒng)設置限制在該情況下，是制冷系統(tǒng)、流體冷凝的溫度和它蒸發(fā)的溫度。由于制冷劑基本是純氨，因此該流體的蒸汽壓力曲線限定了所有其它系統(tǒng)的范圍。一旦已經選定冷凝和蒸發(fā)溫度(因此壓力)，就可以針對溶液濃度對任何工藝進行優(yōu)化。
存在非絕熱蒸餾方法證明在經濟上有價值的寬的操作參數組。例如，氨吸收式系統(tǒng)已經用于具有在-60的溫度下工作的蒸發(fā)器的工藝應用中。氨的蒸汽壓力與溫度的標準曲線示出在-28下氨的蒸汽壓下降到大氣壓以下，并且更低的蒸發(fā)器溫度將需要吸收器在真空條件下工作。盡管循環(huán)溶液中高得多的H2O含量會增加溶液的泵流量要求，但是其極大地簡化了吸收器元件的設計。此外，適度并且恒定的冷凝溫度以及恒定的蒸發(fā)器溫度將促成循環(huán)溶液中的高氨含量?？梢栽谳p石化分離(light petrochemical separations)的單元操作中發(fā)現幾個實例。
如另一個實例，允許熱的底部液體中的氨濃度升高，這具有降低可以利用廢熱流的最低溫度的作用。這具有增加所需溶液循環(huán)速率的副作用。該應用的工業(yè)工程評估將得到這些應用的最優(yōu)溶液構成。實例包括限制再循環(huán)回路中的最高溫度以保存產品完整性所需的食品和藥物處理工作。
可以根據本發(fā)明的預定應用限定將在特定系統(tǒng)中可能觀察到的構成，其中可用的散熱器(heat sink)溫度在很寬的操作條件范圍內改變。一個實例是在環(huán)境氣溫存在很大變化的環(huán)境中，使用空氣(空氣冷凝器)作為散熱器。在中等的日子中，蒸發(fā)器中所需的壓力相對較低，并且完成在汽提段中的氨-水混合物分離。在大熱天，冷凝器中所需壓力上升，并且二元混合物的分離變得更加困難。塔的汽提段的底部溫度將上升作為該塔壓力增加的結果，或者底部液體的氨濃度將增加。
如果期望系統(tǒng)產生恒定的制冷量(例如，電子冷卻應用)，系統(tǒng)溶液泵必須能夠增大濃液溶液的流率。具有變速驅動的回熱式渦輪機泵是實現該工藝目標的方法。
此外，通過利用與應用在雙效LiBr吸收循環(huán)中的相同邏輯來分級氨吸收式系統(tǒng)，可以得到熱力學增益。該分級乘以某一系數，即單級工藝環(huán)路的C.O.P，并增加了重復的機械裝置需求的費用。
1、吸收器和同流換熱器氨與水的摩爾比為大約50∶50的濃液210通過重力從吸收器110的底部流出。熱從吸收器經由散熱器310散掉。蒸發(fā)器130中所需的溫度決定吸收器工作的壓力。溶液泵112將濃液的壓力增大到大約156磅/平方英寸；然而，進料成分以及底部液體成分的變化改變了系統(tǒng)中的溫度分布和液體到蒸汽的流量比率。塔頂的氨蒸汽必須保持同樣非常低的水含量，從而避免水在蒸發(fā)器中結冰。由于熱力學第二定律禁止負的ΔT，所以選擇實用的折中方案。低溫系統(tǒng)常常使用1的設計作為實用的經濟值。進料混合物的實際絕對溫度隨大氣散熱器的溫度而改變。濃液210進入用作熱交換器的同流換熱器(recuperator)114，其中液體與熱的稀液234流成逆向流動。將濃液加熱到混合物的沸點，例如，對于50∶50的氨-水進料是大約635°R。
2、蒸餾塔的歧管和精餾段然后，將包含任選少量蒸汽的飽和濃液212導入歧管116，該歧管116控制液體214和蒸汽216流到分離塔122的精餾段118以及非絕熱汽提段120的方向。該塔的精餾段以類似于現有技術中的一般操作方式工作。該精餾段118用作局部冷凝器，使得混合物中的水蒸汽冷凝并通過重力回流到歧管116。蒸汽216的溫度高于大氣散熱器318的溫度，使得必要的傳熱可以通過自然對流實現。通過在210處的濃液流進入同流換熱器114之前對其進行加熱，可以正常地提供由在318的散熱器所提供的一部分冷卻。在需要時，額外的冷卻來自周圍環(huán)境散熱器。精餾段118的高度應該足夠大，使得離開塔頂的飽和氨蒸汽218基本上是純氨，例如按照體積其包含的水蒸汽小于0.1％。
3、蒸發(fā)器和冷凝器裝置蒸發(fā)器-冷凝器回路類似于典型現有技術ARS中所發(fā)現的蒸發(fā)器-冷凝器回路。飽和的氨蒸汽218被導向冷凝器124。比較純的氨在略高于543°R下開始冷凝。大氣散熱器324可以是任何合適的流體，該流體可用于降低冷凝器的溫度。濃液210流將至少提供散熱器324的部分功能。例如包括海洋或者河水、冷卻塔的水或者環(huán)境空氣。當散熱器324的溫度升高時，分離塔122的壓力和溫度分布將升高。該壓力必須足夠高，以至于散熱器324能夠使純氨冷凝。飽和的氨蒸汽218幾乎完全冷凝，作為優(yōu)選包含低于1％的蒸汽的液體220離開冷凝器124。
液態(tài)氨220進入過冷器126，在過冷器126中，液態(tài)氨220通過與從蒸發(fā)器130返回的飽和氨蒸汽224的逆流熱交換而被冷卻到其沸點以下。膨脹閥128降低經過冷后的液態(tài)氨222的壓力，使得其在工藝操作員所要求的溫度下蒸發(fā)。實際上，該溫度可以從500°R低到400°R。所選擇的溫度控制蒸發(fā)器130的工作壓力。例如，如果操作員選擇499°R的溫度，即儲存新鮮產品和插瓶花的典型溫度，則蒸發(fā)器將在大約70磅/平方英寸的壓力下工作。在蒸發(fā)器130中，大部分液態(tài)氨蒸發(fā)，產生熱負荷330所需的制冷。小部分(優(yōu)選大約1％的氨)作為液體通過蒸發(fā)器130以防止自由水在熱交換器中積聚。飽和的氨蒸汽224通向過冷器126，在該過冷器126中，通過與來自冷凝器124的液態(tài)氨220的逆流熱交換而將其加熱到大約541°R。
4、蒸餾塔的汽提段重要的工藝改進來自非絕熱汽提段120中的工序。將飽和氨-水液體混合物214通過歧管116引導到非絕熱汽提段120的分餾通道。液體混合物214向下在傳熱和傳質表面上流過，在該表面，其被鄰近管道中逆向流動的流體加熱。該傳熱和傳質區(qū)的表面設計所具有的結構可以與美國專利No.4,574,007的所述結構相同，此處通過引用并入此處。該表面可同時用于擴展傳熱表面和整裝填料(structuredpacking)。氨在連續(xù)級中不斷汽化，直到液體幾乎都是純水，優(yōu)選包含小于1％的氨并且在大約815°R的溫度下汽化。
從非絕熱汽提區(qū)中的水汽提氨所需的一部分熱能通過熱廢氣226的低壓流傳遞。這一般是低質的熱流，例如發(fā)電系統(tǒng)的廢氣。例如，效率可與柴油機相比的現代同流換熱微型渦輪機的廢氣提供大約960°R的熱廢氣流。熱廢氣226通過與從塔下落的液體的逆向流動而被冷卻。在優(yōu)選實施例中，將廢氣226冷卻到大約640°R?？梢詫⒗鋮s廢氣流238中所剩余的熱能導向單獨的熱回收單元340以進行進一步的能量回收。
通過推動熱的汽提器底部液體228與從塔下落的液體(與熱廢氣226的方向相同)的逆向流動，傳遞更多用于分離的熱能。在優(yōu)選實施例中，將底部液體冷卻到大約640°R。這兩種流，即熱廢氣226和熱的汽提器底部液體228提供驅動可逆氨ARS所需的熱能。
5、噴射器冷卻的汽提器底部液體230進入噴射器132，在該噴射器132中，壓力從汽提段120的壓力減少到蒸發(fā)器130的壓力。離開汽提段118的高速水流會產生適度的抽吸作用，將過熱的氨蒸汽232吸入噴射器132。液態(tài)水和氨蒸汽的混合使氨被吸收到該液體中，形成稀液234。
6、同流換熱器稀液234進入同流換熱器114，在該同流換熱器114中，其逆向流過吸收器110出來的濃液210。因為吸收的熱，稀液234將正好在進入同流換熱器114的濃液210的上面。所吸收的熱傳遞到濃液210，這進一步提高了該工藝的效率。
7、分相器和冷卻器作為蒸汽-液體混合物的稀液234被導向分相器134。可選擇地，分相器134是同流換熱器114的一部分。如果設計成這樣，則同流換熱器114的入口歧管可以執(zhí)行這種功能。一旦分離出蒸汽236，則在稀液冷卻器136中對稀液的液體部分238進一步冷卻，以助于完全吸收氨的過程。在該工藝的一些應用中，用于該步驟的散熱器336可以具有其它的用途。例如，散熱器可以用于生產熱水，這在諸如醫(yī)院或者旅館等大型機構中尤其有用。將稀液234供應到吸收器110的頂部，并且向下流過吸收器填料(packing)的上方。在塔的底部供應蒸汽236。冷卻盤管312連接到散熱器310以確保氨的完全吸收?？蛇x擇地，提供排出未冷凝的氣體的一些裝置。除了該系統(tǒng)對大氣開放并且添加新的制冷劑后，很少需要排氣。例如，在系統(tǒng)的初始啟動期間，必須排出在系統(tǒng)中裝入制冷劑混合物時意外引入的空氣。吸收器110的頂部是排氣孔338的優(yōu)選位置。
利用非絕熱蒸餾和回收的吸收熱的氨ARS下一級的改進來自處理吸收熱和發(fā)現使該熱有助于二元混合物蒸餾的裝置。在塔的汽提段中冷卻之后，將熱水導向噴射器，該噴射器吸入來自蒸發(fā)器的氨蒸汽。將最終得到的吸收熱傳遞到沿塔流下的液體混合物，由此有助于從該液體中汽提氨。對于每1,000BTU的熱能，最終得到的ARS結構產生大約3,000BTU的冷卻。
圖2是NAD氨ARS的第二實施例的基本工藝流程圖。該工序與第一實施例基本上相同；然而，第二實施例在精餾段118和汽提段120之間包含不同的部件。在圖1中，該部件是歧管116，該歧管116僅僅引導兩個塔部分之間的液體和蒸汽流動。在圖2中，該部件是包括歧管的分餾器/吸收器416，該分餾器/吸收器416控制液體和蒸汽流的方向。該分餾器/吸收器416包含傳質面，與沿塔流下的液體存在熱交換關系。裝置416有時稱為NAD塔板(tray)。將從稀液234吸收的熱傳遞到飽和濃液212，這導致通過歧管從沿塔傳送的液體中汽提部分氨。稀液234在高于飽和濃液210進料溫度的某個溫度達到平衡點，并且稀液234吸收在該溫度下可以吸收的最大數量的氨。在一個實施例中，該溫度大約是650°R。
非絕熱蒸餾的內部塔結構在兩個實施例中，塔的汽提段118都是熱回收的焦點。塔的內部配置為提供用于高效傳熱和傳質的表面。圖3是塔的汽提段118的適當內部結構的簡化示意圖。在該實施例中，該塔可以是一組或多組五通道500的組件。該汽提段的總體設計都具有熱力學目的和機械學目的。圖3示出的是二元蒸餾塔的汽提段中所使用的單個傳熱和傳質排列的幾何結構。塔由多層該特有的幾何排列組成。通常，在這種特有的排列結構中，熱量從熱的氣流傳遞到熱的底部液體，平衡這兩種流對該工藝的熱貢獻。這種排列還可以構成為同心圓柱狀管的結構?？蛇x擇的制冷劑，例如二氧化碳-水二成分可以在更高的壓力下工作，這使得同心圓柱結構是引入注目的選擇。
分餾通道560位于中心。進料的液體510向下流過分餾通道并作為加熱的底部液體530排出。在對進料蒸餾時，塔頂餾出的蒸汽流520向上流。
分餾通道560的兩側是底部液體的通道570。薄的隔板550或者平板分隔傳熱和傳質通道。底部液體530可以通過許多方式從分餾通道560取出，這些方式包括狹縫、穿孔或者其它令人滿意的換向(turnaround)方法。塔的底部不需要外部壓頭(external header)。然后，推動底部液體向上流，與下行的液體進料510逆向，并且作為冷卻液體流535排出。
在同樣由隔板隔離的底部液體通道570的另一側是熱氣管道580。與底部液體通道相比，這些的最大截面非常大，因為渦輪往往對它們的排出端上的壓力降落很敏感。該流的容許壓力降落越高，非絕熱分餾設備就變得越緊湊和越便宜。熱氣540也向上流，與液體進料510逆向，并且作為冷卻的氣體流545排出。該組件中最終得到的傳熱通路來自熱廢氣，通過底部液體，并且流入分餾通道560?？偟膫鳠崾菑臒岬牡撞恳后w和渦輪廢氣(或者任何其它的廢氣流)中得到的熱的總和。
該底部液體(主要是水)具有非常高的比熱以及高的密度。其在該裝置中冷卻時沒有經過相變。廢氣流常常來自外部設備，例如同流換熱渦輪?？刂葡到y(tǒng)和負荷變化將引起該流的瞬間溫度變化超出制冷系統(tǒng)的控制。當以圖3所示的方式設置時，分餾通道底部的熱回收也用作工藝調節(jié)器。在傳質通道中，熱傳遞性能將降低可能由熱廢氣流中的瞬間紊亂引起的工藝紊亂和內部窄點(pinch point)。
歧管中的液體/蒸汽分布在設計塔的內部結構和指定流率時，操作員應該考慮特定因素以確保優(yōu)良的系統(tǒng)性能，例如液體和蒸汽流的正確混合。另外，必須避免過大的蒸汽速度，因為這可能導致液體霧沫。當液體或者蒸汽速率超出實用的工作范圍時，一些混合物也將呈現起泡沫特性。
這兩個實施例中的歧管部件都必須如此配置，從而促進進料點處的適當液體分布。不僅液體進料點處的良好分布是重要的，而且分布機制應該能夠出于重新布置的目的而以最小的費用沿高的分餾設備的長度以適當的間隔進行布置。圖4示出一個適當的結構600，其允許制造小的液壓頭(liquid head)，并且以相當均勻的方式流過板610中的小開口630。允許液體可以上升到分配器開口630上面的任意高度。由于氣流的管620呈現更多的自由流動區(qū)，因此氣體不會試圖克服液壓頭并引起涌入上部分。然后，氣體可以通過該歧管并且通過開口640進入上部分。該管可以是允許均勻和穩(wěn)定流動的任何截面形狀或者尺寸，例如圓形或者正方形截面。
在一些操作中，圖4的結構可能會由于對隔離傳質通道和傳熱通道的平板施加的相對高的壓力而引起結構上的問題。為了防止這種結構上的問題，可以使用備用的結構。例如，穿孔片金屬通道可以層疊在密封棒上面，并且可以通過受拉構件提供平板支撐，而不會極大地干涉液體流或者蒸汽流。
多個蒸發(fā)器該制冷系統(tǒng)可以如此構建以提供多個蒸發(fā)器，由此可以在幾個不同的溫度下提供制冷。例如，ARS可以為空調系統(tǒng)提供必要的制冷，同時為陳設冷凍食品提供更低溫度的制冷。在人們可能工作或者可能儲存食物的場所，可以利用隔離流體或者級聯(lián)系統(tǒng)來隔離氨和封閉區(qū)域。例如，這種隔離液體可以是液態(tài)二氧化碳。液態(tài)CO2廣泛地用作冷凍和運輸食物的一次性制冷劑，并且在世界上的大部分地區(qū)都可以容易地獲得。當動力系統(tǒng)不工作時，級聯(lián)系統(tǒng)的液體儲存箱還可以在故障期間用作食品保藏的備用系統(tǒng)。
ARS系統(tǒng)的用途NAD比傳統(tǒng)的塔更適合用于燃氣渦輪的廢熱源。在具有大約270℃的廢氣溫度的同流換熱微型渦輪應用的情況下，典型的氨系統(tǒng)只能將90℃的ΔT的這種低質熱能轉換為制冷。該NAD方法將可轉換的ΔT提高到190℃。利用NAD的氨吸收式制冷系統(tǒng)產生比典型的氨吸收式系統(tǒng)高四倍的單位BTU熱輸入的制冷。在冷凝熱源的情況下，使用NAD的氨吸收式制冷系統(tǒng)產生比傳統(tǒng)系統(tǒng)高兩倍的制冷。
除渦輪廢氣之外，在180℃以上的溫度下可利用的任何熱能源都適合于所公開的NAD。例如，所述的任何發(fā)動機、工業(yè)爐、鑄造廠和精煉廠。
權利要求
1.一種用于具有兩種或多種成分的混合物的非絕熱蒸餾的塔，包括進料入口；汽提段，包括適合將該混合物的成分分離成汽化部分和底部液體部分的一個或多個分餾通道；一個或多個傳熱通道；和用于將底部液體從所述一個或多個分餾通道傳送到所述一個或多個傳熱通道的裝置；以及精餾段。
2.如權利要求1所述的塔，其中所述底部液體流過所述一個或多個傳熱通道。
3.如權利要求1所述的塔，其中熱氣流過所述一個或多個傳熱通道。
4.如權利要求1所述的塔，其中所述熱氣是低質的廢熱。
5.如權利要求1所述的塔，其中底部液體和熱氣分別流過所述一個或多個傳熱通道。
6.如權利要求4所述的塔，其中所述底部液體和熱氣與所述混合物逆向流動。
7.如權利要求1所述的塔，其中所述一個或多個分餾通道和所述一個或多個傳熱通道是同心的管道。
8.如權利要求6所述的塔，其中所述底部液體在圍繞所述一個或多個分餾通道的所述一個或多個傳熱通道中流動，并且所述熱氣在圍繞含有所述底部液體的所述一個或多個傳熱通道的一個或多個傳熱通道中流動。
9.如權利要求1所述的塔，其中所述分餾通道和所述傳熱通道由隔板隔開。
10.如權利要求1所述的塔，其中所述精餾段裝有冷凝器，其中該冷凝器將所述汽化部分冷凝成液體。
11.如權利要求1所述的塔，還包括分開所述精餾段和所述汽提段的歧管。
12.如權利要求10所述的塔，其中所述歧管位于進料入口處。
13.如權利要求10所述的塔，其中所述歧管還包括傳質面。
14.如權利要求12所述的塔，其中所述歧管還包括傳熱面。
15.一種用于由包括蒸汽和液體成分的合成物產生制冷的系統(tǒng)，包括吸收器；用于兩種或多種成分的混合物的非絕熱蒸餾的塔，包括進料入口；汽提段，包括適合將所述混合物的所述成分分離成汽化部分和底部液體部分的一個或多個分餾通道；一個或多個傳熱通道；和用于將所述底部液體從所述一個或多個分餾通道傳送到所述一個或多個傳熱通道的裝置；精餾段；和分開所述精餾段和所述汽提段的歧管；冷凝器；以及一個或多個蒸發(fā)器。
16.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述蒸汽成分是氨，而所述液體成分是水。
17.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述底部液體流過所述一個或多個傳熱通道。
18.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中熱氣流過所述一個或多個傳熱通道。
19.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述熱氣是低質的廢熱。
20.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中底部液體和熱氣分別流過所述一個或多個傳熱通道。
21.如權利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述底部液體和熱氣與所述混合物逆向流動。
22.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述一個或多個分餾通道和所述一個或多個傳熱通道是同心的管道。
23.如權利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述底部液體在圍繞所述一個或多個分餾通道的所述一個或多個傳熱通道中流動，并且所述熱氣在圍繞含有所述底部液體的所述一個或多個傳熱通道的一個或多個傳熱通道中流動。
24.如權利要求14所述的塔，其中所述分餾通道和所述傳熱通道由隔板隔開。
25.如權利要求14所述的系統(tǒng)，還包括隔離所述精餾段和所述汽提段的歧管。
26.如權利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述歧管位于所述進料入口處。
27.如權利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述歧管還包括傳質面。
28.如權利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述歧管還包括傳熱面。
29.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述冷凝器將所述混合物的所述汽化部分冷凝成液體。
30.如權利要求27所述的系統(tǒng)，還包括過冷器，其中所述過冷器冷卻所述液體以在指定溫度下產生過冷液體。
31.如權利要求28所述的系統(tǒng)，還包括膨脹閥，其中所述膨脹閥降低所述過冷液體的壓力。
32.如權利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述蒸發(fā)器蒸發(fā)所述過冷液體以形成飽和蒸汽。
33.如權利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述液體通過與所述飽和蒸汽的逆向流動而在所述過冷器中冷卻。
34.如權利要求31所述的系統(tǒng)，還包括噴射器。
35.如權利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述噴射器將所述汽提段中的所述一個或多個傳熱通道排出的底部液體與所述過冷器排出的過熱蒸汽混合，以產生液體-蒸汽混合物。
36.如權利要求33所述的系統(tǒng)，還包括同流換熱器，其中通過與來自所述噴射器的所述液體-蒸汽混合物的逆向流動而在所述同流換熱器中對所述塔的進料進行加熱。
37.如權利要求31所述的系統(tǒng)，其中來自所述噴射器的所述液體-蒸汽混合物用于在所述混合物流過所述歧管時對其加熱。
38.如權利要求32所述的系統(tǒng)，還包括同流換熱器，其中所述液體-蒸汽混合物還用于加熱進料流。
39.如權利要求30所述的系統(tǒng)，還包括分相器，其中所述分相器將該液體-蒸汽混合物分為液相和汽相。
40.如權利要求34所述的系統(tǒng)，還包括適于冷卻所述液相的液體冷卻器。
41.一種在蒸餾塔中使用的歧管，包括包括一個或多個孔的平板；和散布在所述一個或多個孔之間的一個或多個管；其中所述一個或多個管具有比所述一個或多個孔更大的橫截面積。
42.如權利要求39所述的歧管，其中該管具有圓形截面。
43.如權利要求39所述的歧管，其中該管具有正方形截面。
44.如權利要求39所述的歧管，其中所述橫截面積的比是0∶0。
45.一種用于具有兩種或多種成分的混合物的非絕熱蒸餾的方法，包括將所述混合物提供到蒸餾塔的歧管部分中；將蒸汽部分引導到該塔的精餾段；將液體部分引導到該塔的汽提段的一個或多個分餾通道；將所述底部液體從所述分餾通道傳送到一個或多個相鄰的傳熱通道；推動所述底部液體逆向流到所述液體進料；將熱氣提供到一個或多個相鄰的傳熱通道中，使得其與所述液體進料逆向流動；其中所述傳熱通路是從所述熱氣到所述底部液體再到所述分餾通道中的所述液體混合物。
全文摘要
已經開發(fā)出一種非絕熱蒸餾(NAD)法，其組合通過傳質分離混合物所需的傳熱和所需的傳質，產生更加可逆并由此更加節(jié)能的方法。在結合氨吸收式制冷系統(tǒng)使用時，該蒸餾法允許利用低質的廢熱切實可行并且成本有效地產生制冷。該NAD法的主要優(yōu)點是其能夠有效地利用在燃燒過程中所產生氣體中包含的顯熱。用溫度低到80℃的廢氣將熱能轉換為制冷。
文檔編號B01D3/10GK101018989SQ200580026880
公開日2007年8月15日 申請日期2005年6月29日 優(yōu)先權日2004年6月30日
發(fā)明者吉姆·耶爾魯特 申請人:能量資源集團有限責任公司