受控梯度、加速蒸汽再壓縮裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種加速蒸汽再壓縮裝置(10)，所述裝置通過(guò)形成保持包含溶解的固體的液體(23)的儲(chǔ)罐(30)內(nèi)的濃度分布(146)而將進(jìn)入流(35a)轉(zhuǎn)變?yōu)闈饪s物(35c)。所述分層液體(23)諸如鹽水(23)或其他材料(23)的所得飽和溫度曲線(160)偏離對(duì)應(yīng)于充分混合條件的曲線(162)。在來(lái)自加熱器(70)或壓縮機(jī)(50)的能量未增加的情況下，飽和溫度的所述偏移(174，180)導(dǎo)致沸騰增加。本發(fā)明提供了一種控制所述系統(tǒng)的方法(90，200)，所述方法在不同的控制層次(92，94，96，98)下提供干預(yù)(203，204，205，206)，所述干預(yù)從質(zhì)量流量(35)到壓縮機(jī)(50)的功、來(lái)自加熱器(70)的熱量以及對(duì)用于在算法上控制命令(216)的反饋(217)的預(yù)測(cè)處理(215)。
【專利說(shuō)明】受控梯度、加速蒸汽再壓縮裝置和方法
[0001]1.相關(guān)專利申請(qǐng)
[0002]本專利申請(qǐng)要求題為“受控梯度、加速蒸汽再壓縮裝置和方法”的、共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.13 / 372，182的權(quán)益，該共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)要求題為“受控梯度蒸汽再壓縮系統(tǒng)”的、于2011年2月15日提交的共同待審的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61 / 443，245的權(quán)益，并且這兩項(xiàng)專利申請(qǐng)全文均以引用方式并入本文。
2.【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及熱傳遞，更具體地講，涉及蒸汽再壓縮的新型系統(tǒng)和方法。
3.【背景技術(shù)】
[0004]熱回收是熱電聯(lián)產(chǎn)電廠的基礎(chǔ)。同樣，許多食品和飲料工藝為了節(jié)約成本而要求熱回收。同時(shí)，海水淡化裝置、糖加工、蒸餾系統(tǒng)等等依靠潛熱的回收，使凈能量需求最小化。熱量可通過(guò)重加熱、預(yù)熱或者以其他方式通過(guò)熱交換器系統(tǒng)將出口氣流的熱量交換到進(jìn)入氣流中來(lái)回收。
[0005]作為熱回收的一種方法，蒸汽再壓縮以多種形式使用。例如，在食品加工、工業(yè)廢料處理、采油鹽水處理等中，蒸汽再壓縮依靠常規(guī)熱交換器和技術(shù)來(lái)交換熱、蒸發(fā)液體并冷凝餾出物。溶解物質(zhì)(特別是溶 解固體)的化學(xué)組成以及各種離子等等會(huì)造成能量損失并損害加工設(shè)備的能量交換。
[0006]例如，石油開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)多的水泵送到表面。該水通常包含一定量的烴、鹽、甲烷、氨、微量元素或它們的組合。因此該水不能未經(jīng)處理就排放到其他水流中。同時(shí)，通過(guò)輸運(yùn)、再回注、或經(jīng)塘或鍋爐蒸發(fā)進(jìn)行處置較昂貴。
[0007]工業(yè)廢料處理、食品與飲料工業(yè)中的蒸餾過(guò)程等等有類似(如果不總是那么嚴(yán)重的話)的問(wèn)題。即使最新的方法例如蒸汽再壓縮和多效蒸餾，面臨腐蝕、積垢、結(jié)垢，如此等等的問(wèn)題時(shí)，在效率、能量收支和設(shè)備維護(hù)方面也是舉步維艱。需要更好的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行熱回收和再利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]考慮到上述情形，根據(jù)本文具體體現(xiàn)和寬泛描述的本發(fā)明，一種方法和裝置在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中公開(kāi)為包括受控的材料梯度，例如在沸騰液柱例如鹽水中的總?cè)芙夤腆w(TDS)。相鄰柱包含在增大的壓力下的冷凝蒸汽。通過(guò)控制質(zhì)量流量、功、熱量等等，以及基于平衡質(zhì)量、功、能量及其變化率預(yù)測(cè)性地感測(cè)和控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)液體的高熱傳遞系數(shù)和有效分層稠化，所述變化率包括變化率的變化率(值的二階導(dǎo)數(shù))。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)可通過(guò)提供進(jìn)料并且以池的形式容納進(jìn)料進(jìn)行操作，所述進(jìn)料包含 含有第一物質(zhì)的液體，所述第一物質(zhì)不同于所述液體并溶解于其中。至少部分地浸入池中的芯可以與其熱量互通，并且被密封而不與其直接流體連通。
[0010]可以通過(guò)將池中產(chǎn)生的蒸汽回收成芯內(nèi)的冷凝物來(lái)建立濃度分布，從而反映第一物質(zhì)在池中池頂和池底液位之間的濃度變化。通常，容納進(jìn)料的容器選自塘、儲(chǔ)罐、河口和器皿，并且池相對(duì)于進(jìn)料是不活動(dòng)的。
[0011]所述芯還可包括與池?zé)崃炕ネā⑴c其間接流體連通、以及被密封而不與其直接流體連通的封閉通道，所述通道可以被取向成使蒸汽和冷凝物沿垂直方向流動(dòng)?？赏ㄟ^(guò)選擇芯在操作中的姿態(tài)，控制含有第一物質(zhì)的組合物的累積。
[0012]芯內(nèi)的池部分可參與有限空間內(nèi)沸騰，并且通過(guò)建立熱量從芯到池中的交換而產(chǎn)生分布(其可以被看作梯度，但不必是單調(diào)的或線性的)。芯內(nèi)液體的相的變化通過(guò)限制于其中，使液體在從芯的熱傳遞過(guò)程中蒸發(fā)。 [0013]可通過(guò)設(shè)置多個(gè)隔板并選擇用于在其間在至少兩個(gè)維度封閉池的一部分的其間的間距，進(jìn)行濃度分布優(yōu)化。例如，這可包括設(shè)置多個(gè)隔板并選擇用于在其間在至少兩個(gè)維度封閉池的一部分的其間的間距。間距可基于進(jìn)料的特性。
[0014]所述方法可包括基于進(jìn)料的特性選擇以下各項(xiàng)中的至少一者:多個(gè)隔板的隔板之間的間距、芯中的隔板的數(shù)量、隔板的尺寸、芯的材料、芯的姿態(tài)、隔板的其他特性、芯在池中的位置、以及它們的組合。
[0015]系統(tǒng)和方法的操作建立了鄰近芯并且含有濃度分布中絕大部分變化的活動(dòng)區(qū)，并建立了活動(dòng)區(qū)下方的捕集區(qū)，該捕集區(qū)基本上被排除將液體交換進(jìn)活動(dòng)區(qū)內(nèi)。
[0016]可通過(guò)將芯完全浸入池，并改變濃度分布來(lái)控制或改變芯的有效核態(tài)沸騰區(qū)，從而進(jìn)行熱傳遞優(yōu)化。改變池中的溫度分布可通過(guò)增加與池上壓力變化相對(duì)應(yīng)的熱量來(lái)進(jìn)行，并且可與壓縮機(jī)所做的功平衡，從而在一組所需條件下獲得穩(wěn)定性。
[0017]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)程可包括通過(guò)基于第一區(qū)域上的壓力的變化增加熱量，從而改變第一區(qū)域中的溫度分布。改變芯的沸騰區(qū)可通過(guò)改變濃度分布來(lái)進(jìn)行，改變濃度分布可用于改變液體的有效飽和溫度、壓力或這兩者。池可相對(duì)于進(jìn)料靜止，這意味著流速通常相對(duì)較慢，僅局部而非總體出現(xiàn)湍流。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例，可包括適于接納進(jìn)料的容納裝置，所述進(jìn)料包含含有第一物質(zhì)的液體，所述第一物質(zhì)不同于所述液體并溶解于其中。容納裝置可被構(gòu)成為以具有液位和底位的池形式容納一批進(jìn)料。芯可以至少部分地浸入池中以與其熱量互通，并且被密封而不與其直接流體連通。
[0019]用于處理池的裝置可產(chǎn)生濃度分布，反映池中第一物質(zhì)在液位和底部之間的濃度變化。該處理裝置還可包括將池中產(chǎn)生的蒸汽回收成芯內(nèi)的冷凝物的壓縮裝置，并且可包括用于增加熱能進(jìn)池的加熱裝置(例如加熱器)。處理裝置可包括壓縮機(jī)，其為用于將池中產(chǎn)生的蒸汽回收成芯內(nèi)的冷凝物的回收裝置的一個(gè)實(shí)施例。
[0020]容納裝置可選自塘、儲(chǔ)罐、河口、器皿等等。芯可包括與池?zé)崃炕ネ?、與其間接流體連通(如以便接納蒸汽)、及被密封而不與其直接流體連通的封閉通道。芯是可移動(dòng)的，用于相對(duì)于容納裝置移動(dòng)。當(dāng)芯參與有限空間內(nèi)沸騰時(shí)，可采用移動(dòng)來(lái)調(diào)整芯的隔板之間的間距。移動(dòng)芯可包括改變其取向、改變封閉通道之間的間距等等。
[0021 ] 在根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例中，在被構(gòu)成為適用于配置為流體的介質(zhì)的熱交換器時(shí)，熱交換器可包括入口、出口和表面。表面可包括外表面和內(nèi)表面，它們限定與入口和出口流體連通的內(nèi)部體積。
[0022] 所述表面可由選擇為具有耐熱性的材料構(gòu)成，以便優(yōu)化從內(nèi)部體積到介質(zhì)(流體)的熱傳遞。所考慮的材料性質(zhì)可包括有效保持表面的幾何結(jié)構(gòu)完整性、在包含介質(zhì)的環(huán)境中有效穩(wěn)定、在介質(zhì)沸騰過(guò)程中有效對(duì)其核化最小化或具有上述有效性之組合的熱膨脹系數(shù)。
[0023]入口可將緊貼外表面產(chǎn)生的回收蒸汽傳導(dǎo)到內(nèi)部體積中，外表面在與介質(zhì)接觸時(shí)將熱量從內(nèi)部體積傳導(dǎo)到由外表面形成的界面層中。例如，材料可選自金屬、聚合物、復(fù)合物以及它們的組合。一種合適的聚合物為碳氟聚合物，例如四氟乙烯(如，聚四氟乙烯)。
[0024]材料可選擇為相對(duì)于介質(zhì)具有化學(xué)惰性且非反應(yīng)性的。其還可選擇為使介質(zhì)中產(chǎn)生的化合物的累積最小化。
[0025]用于改善蒸汽再壓縮過(guò)程的方法可包括選擇一個(gè)包括可組合為子單元來(lái)實(shí)施該過(guò)程的多個(gè)操作的過(guò)程。測(cè)定溶解于蒸汽源中的材料的濃度分布可與測(cè)定對(duì)濃度分布的影響結(jié)合進(jìn)行。這可通過(guò)評(píng)估具有一組操作參數(shù)的多個(gè)操作中的至少一個(gè)操作來(lái)進(jìn)行。
[0026]從多個(gè)操作中選擇目標(biāo)操作可基于該評(píng)估。若選擇了用于控制目標(biāo)操作的控制參數(shù)，則通過(guò)修改控制參數(shù)便可以開(kāi)始操縱濃度分布。對(duì)于某些實(shí)施例，控制參數(shù)可選自質(zhì)量流量、機(jī)械功、熱能、熱慣性、其變化率以及它們的組合。在其他實(shí)施例中，可考慮更大的群組。
[0027]評(píng)估可包括依次評(píng)估在過(guò)程中移動(dòng)液體的泵、壓縮來(lái)自源的蒸汽的壓縮機(jī)、以及對(duì)源加熱的加熱器。不必包括比那些措施更多的措施，但可包括評(píng)估源的響應(yīng)時(shí)間(如，熱慣性)。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，評(píng)估還 可為順序地并按照首先，用于在過(guò)程中移動(dòng)液體的泵、第二為用于壓縮來(lái)自源的蒸汽的壓縮機(jī)、第三，用于對(duì)源加熱的加熱器的次序進(jìn)行。這些可在實(shí)際移動(dòng)液體、壓縮來(lái)自源的蒸汽和對(duì)源加熱時(shí)進(jìn)行評(píng)估。
[0029]所述方法可包括對(duì)于進(jìn)料分析其中的組分、組分的時(shí)間變化、供應(yīng)源、遞送機(jī)制等中的至少一者。所述方法可包括修改與泵、壓縮機(jī)、加熱器及它們的組合中的至少一者相對(duì)應(yīng)的控制。其還可包括設(shè)置傳感器檢測(cè)與過(guò)程內(nèi)的操作相對(duì)應(yīng)的溫度、壓力、流量、功率和濃度中的至少一者。其可有利地包括測(cè)定選自壓力、溫度、風(fēng)、濕度及它們的組合的環(huán)境條件。
[0030]評(píng)估可包括測(cè)定基本上所有(或所有)進(jìn)入過(guò)程的能量輸入和來(lái)自過(guò)程的能量輸出。因此所述方法可包括平衡基本上所有進(jìn)入過(guò)程的能量輸入和來(lái)自過(guò)程的能量輸出。其可增加能量回收操作，對(duì)于至少一個(gè)操作提供能量傳遞。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]根據(jù)結(jié)合附圖作出的下列說(shuō)明和所附權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的上述和其他目標(biāo)與特征將變得更充分明顯。應(yīng)理解這些附圖僅描繪了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制，本發(fā)明將通過(guò)利用附圖以附加特征和細(xì)節(jié)進(jìn)行描述，其中:
[0032]圖1為根據(jù)本發(fā)明的受控梯度、蒸汽再壓縮系統(tǒng)的示意性框圖；
[0033]圖2A為圖1的系統(tǒng)的實(shí)施用于關(guān)鍵裝置的操作以及參數(shù)的傳感器和控制器的示意性框圖；
[0034]圖2B為控制系統(tǒng)的示意性框圖，示出了最內(nèi)和最外的控制層次；
[0035]圖2C為用于根據(jù)本發(fā)明檢測(cè)儲(chǔ)罐中液位而不會(huì)受到來(lái)自湍流表面活動(dòng)的干擾的機(jī)構(gòu)的不意圖；
[0036]圖3為圖1-2的系統(tǒng)的部件選擇配置的多種實(shí)施例的示意圖；
[0037]圖4為根據(jù)圖1的裝置和方法的儲(chǔ)罐內(nèi)的芯的示意圖，示出了熱量與鹽水對(duì)流過(guò)程的活動(dòng)；
[0038]圖5為圖表，示出了儲(chǔ)罐的液位與出口位之間的圖1的系統(tǒng)的儲(chǔ)罐中的總?cè)芙夤腆w之間的關(guān)系；
[0039]圖6為曲線圖表，示出了在圖1的系統(tǒng)中圖5的以儲(chǔ)罐的濃度梯度或密度梯度表示的歸一化總?cè)芙夤腆w增加；
[0040]圖7A為隨圖5的儲(chǔ)罐中的高度而變化的溫度圖表，所述儲(chǔ)罐在圖1的系統(tǒng)中配備有圖4的芯；
[0041]圖7B為支配不純液體例如生產(chǎn)鹽水的飽和溫度的拉烏爾定律的說(shuō)明；
[0042]圖7C為克勞修斯-克拉佩龍方程的說(shuō)明，該方程描述了隨著對(duì)蒸汽的壓力增加，在整個(gè)壓縮機(jī)中該蒸汽的溫度變化；
[0043]圖7D為含有多種氣體的器皿中的道爾頓分壓定律的說(shuō)明；
[0044]圖7E為亨利定律的說(shuō)明，該定律支配吸收的不凝性氣體的濃度隨處于平衡的液體上的那些氣體的壓力貢獻(xiàn)的變化；
[0045]圖8為根據(jù)圖1-7的裝置的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；
[0046]圖9為表示實(shí)驗(yàn)中的輸入變量的表，其中在根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法中，鹽水從初始給水濃度濃縮到輸出鹽水濃度。
[0047]圖10為圖表，示出了表示圖9概括并在圖8的系統(tǒng)中執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)中濃度或密度梯度變化的曲線，圖中顯示隨圖1-9的系統(tǒng)的儲(chǔ)罐中的液位而變化的歸一化總?cè)芙夤腆w增加。
[0048]圖11為圖表，示出了圖9-10的實(shí)驗(yàn)中的飽和溫度，并與常規(guī)的充分混合型熱交換系統(tǒng)的預(yù)期性能進(jìn)行比較；以及
[0049]圖12為根據(jù)圖2A-2B中所示控制層次，控制圖1_11的系統(tǒng)的方法的示意性框圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0050]易于理解的是，如本文附圖中總體描述和示出的本發(fā)明的組件可以按照多種多樣的不同配置進(jìn)行布置和設(shè)計(jì)。因此，以下如附圖所表示的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例的更詳細(xì)描述并非意圖限制本發(fā)明的范圍，而是僅代表本發(fā)明的多種實(shí)施例。通過(guò)參考附圖將最好地理解本發(fā)明的所示實(shí)施例，其中類似的部件通篇用類似的數(shù)字標(biāo)明。
[0051]如本文所用，術(shù)語(yǔ)應(yīng)廣義地理解和解釋。然`而，替代形式的專用術(shù)語(yǔ)可以舉例的方式使用，但應(yīng)解釋為意思是更廣義的術(shù)語(yǔ)。例如，溶劑或液體以水示例，但可解釋為任何溶劑、液體、材料、介質(zhì)、載體等等。相似地，多種材料可以溶質(zhì)的形式溶解于這種載體中。溶質(zhì)可稱為其中的污染物；污染物僅僅是指要分離出的物質(zhì)，即使該物質(zhì)是蒸餾中的所需材料。溶劑或液體可以被視為要通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的分離過(guò)程處理的任何流體。
[0052]溶質(zhì)可以為溶解于溶劑或載體中的液體、固體、離子、合成材料、天然材料、礦物材料、動(dòng)物材料、植物材料或其他材料。因此，術(shù)語(yǔ)TDS為代表通常溶解于作為其溶劑的載體中的溶質(zhì)的例子。溶質(zhì)和溶劑可出現(xiàn)于食品加工、工業(yè)過(guò)程流體或廢水、釀酒廠、糖加工、石油鉆井或產(chǎn)液、飲用水處理、采礦廢水或尾礦處理、核冷卻劑或廢液處理、徑流或其他收集池處理等等。鹽水代表溶劑中含溶質(zhì)的任何溶液，即使其是通常適用于水中溶解固體和離子的示例性術(shù)語(yǔ)。
[0053]芯材料可以為任何合適的材料，其范圍涵蓋金屬、合金、不銹鋼、聚合物、彈性體、其他材料、復(fù)合物或它們的組合。芯可以有用以改變隔板之間的間距的波紋管結(jié)構(gòu)，或支持定位、樞轉(zhuǎn)、傾斜(如，繞任何軸線的橫滾、俯仰或左右偏離的姿態(tài))、滑動(dòng)或以其他方式通過(guò)定位優(yōu)化芯隔板配置的其他變型。這可以在一些過(guò)程中有用，例如蒸汽再壓縮、蒸發(fā)器蒸餾系統(tǒng)、多效蒸發(fā)器、和其他處理系統(tǒng)，即便在某些工業(yè)情形中以其他方式存在困難。 [0054]出于若干原因，本文所述的芯不是如同汽車用途的“散熱器”。例如，穿過(guò)這種散熱器的空氣流與所容納的被冷卻液體完全無(wú)關(guān)。與此相反，蒸汽再壓縮使液相蒸發(fā)的蒸汽相通過(guò)壓縮機(jī)并返回，從而緊貼那個(gè)容納沸騰物的壁的外側(cè)冷凝。
[0055]流之間是相對(duì)靜止的，這并不意味著完全不流動(dòng)或運(yùn)動(dòng)，而是比與之相比的流和用于該功能的常規(guī)流的運(yùn)動(dòng)要緩慢得多。核態(tài)沸騰不限于表面成核點(diǎn)處引發(fā)的沸騰，還包括由于超出蒸汽壓而引起的沸騰。有限空間內(nèi)沸騰是熱傳遞領(lǐng)域的專門(mén)術(shù)語(yǔ)，并且以其在該領(lǐng)域中的通常含義使用。還應(yīng)理解，說(shuō)的是在至少一個(gè)維度受限的空間內(nèi)的核態(tài)沸騰。
[0056]同樣，流體包括所有氣體、蒸汽、液體和液態(tài)流。處于熱量互通或流體連通狀態(tài)的系統(tǒng)或裝置是指所述系統(tǒng)能夠分別交換熱量或流體。流體的容納裝置可包括從塘、湖、河和其他河口到襯層塘、儲(chǔ)罐、容器、管子、導(dǎo)管等等的任何天然或人造物。
[0057]所謂梯度，意思是分布(一個(gè)變量如溫度或濃度相對(duì)于另一個(gè)變量如空間或時(shí)間的變化)。其不必是線性的或單調(diào)的(始終沿單一方向變化)。分布通常趨向于在一個(gè)方向上，且由于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)而具有局域變化。通常，分布變化在活動(dòng)區(qū)(在活動(dòng)區(qū)熱傳輸、質(zhì)量傳輸、或這兩者在流之間主動(dòng)發(fā)生，而不只是通過(guò)某容納裝置從一處流到另一處)中更顯著。動(dòng)態(tài)梯度或動(dòng)態(tài)分布是通過(guò)本發(fā)明操作建立的并受制于局部變化、隨時(shí)間或條件的變化或這兩類變化的組合的分布。
[0058]參見(jiàn)圖1，同時(shí)總體上參照?qǐng)D1-12，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)10可以被設(shè)置在永久性設(shè)施中，或可以為裝箱方式。系統(tǒng)10的基本單元可包括儲(chǔ)罐30。
[0059]在圖示實(shí)施例中，儲(chǔ)罐30包含已在其中建立溶解固體的濃度梯度的鹽水23。最初由進(jìn)料儲(chǔ)罐32經(jīng)管線33進(jìn)料至儲(chǔ)罐30。通常，在本文中，通過(guò)附圖標(biāo)號(hào)對(duì)項(xiàng)目的任何提及包括帶有此數(shù)字的此類項(xiàng)目的廣義包含。附圖標(biāo)號(hào)后跟一個(gè)字母表示用附圖標(biāo)號(hào)標(biāo)明的項(xiàng)目的特例。因此，系統(tǒng)10包括多條管線33，所述管線包括例如管線33a、33b、33c，如此等
坐寸ο
[0060]進(jìn)料儲(chǔ)罐32通過(guò)管線33到分離器34形成流35。流35通常在分離器34中進(jìn)行預(yù)處理。在一個(gè)實(shí)施例中，分離器34可被構(gòu)成為用于移除例如揮發(fā)性物質(zhì)的預(yù)處理系統(tǒng)。
[0061]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10可通過(guò)將非濃縮狀態(tài)的鹽水23引入進(jìn)料儲(chǔ)罐32中來(lái)使用。這可以直接來(lái)自井口，或者可從各種采油設(shè)施輸運(yùn)到特定位置。在圖示實(shí)施例中，進(jìn)料儲(chǔ)罐32可進(jìn)而將鹽水經(jīng)管線33運(yùn)輸?shù)筋A(yù)處理系統(tǒng)34，該系統(tǒng)通常用作揮發(fā)物分離器34。預(yù)處理系統(tǒng)34的其他過(guò)程可包括添加多種化學(xué)物質(zhì)以減少積垢、結(jié)垢、腐蝕等等。
[0062]例如，進(jìn)料儲(chǔ)罐32中接納的鹽水可包括許多材料。分散的石油產(chǎn)品通常為加熱時(shí)蒸發(fā)的揮發(fā)物。這些可包括從C6到蠟、焦油、石蠟以及石蠟可溶性有機(jī)化合物范圍內(nèi)的原油餾分?？砂ㄉ倭科秃筒裼头秶挠袡C(jī)烴。同樣，可包括多種芳烴，例如多環(huán)芳烴化合物。BTEX化合物并不罕見(jiàn)。同樣，可相似地包括甲醇、酚和甲烷。
[0063]不僅可包括那些有機(jī)烴，同樣也包括多種形式的硫，包括硫化氫(H2S)。這些可能尤其成問(wèn)題，因?yàn)榱蛩猁}有可能永久性地在固體表面外結(jié)垢。為了減少硫酸鹽引起的結(jié)垢，必須將阻垢劑引入鹽水23中以保持干凈的進(jìn)料儲(chǔ)罐30。這些操作不是必需的，但對(duì)于含有硫的化合物的鹽水23而言強(qiáng)烈建議進(jìn)行這些操作。
[0064]相似地，可包括大量或少量的、溶解或不溶解的硅石、粘土和其他無(wú)機(jī)材料。通常，硅石和粘土是不溶解的，并且可能會(huì)形成顆粒。多種鹽同樣如此。鹽可包括陽(yáng)離子，其范圍涵蓋鎂、鈣、鈉和鉀?？蓪?duì)應(yīng)于上述陽(yáng)離子的陰離子可包括氯離子、硫酸根、碳酸根、硝酸根等等。通常，不存在高濃度的硝酸根。然而，通常在鹽水23中接納到相對(duì)較大或更大量的碳酸根。
[0065]添加到預(yù)處理系統(tǒng)34中的處理化學(xué)物質(zhì)可包括例如銨、氮的多種化合物、凝膠、發(fā)泡材料等等。相似地，另外的尚子可包括銀、萊、鉛、絡(luò)、砸、鐵、鎖，如此等等?？砂ǘ喾N天然存在的放射性物質(zhì)，例如鈾、鐳等等。硼并不那么罕見(jiàn)。
[0066]在一些實(shí)施例中，可設(shè)置多種類型的分離器34以移除其他夾帶材料，不論其是固體、氣體、液體，或其他類似物。在預(yù)處理生產(chǎn)鹽水的科學(xué)領(lǐng)域，此類預(yù)處理系統(tǒng)34眾多且無(wú)所不在。
[0067]例如，Sears在提交于1999年10月19日且名稱為“Vapor CompressionDistillation System an d Method”(蒸汽壓縮蒸懼系統(tǒng)和方法)的美國(guó)專利N0.5，968，321 (其以引用方式并入本文中)中，公開(kāi)了包括預(yù)處理過(guò)程和裝置的蒸餾系統(tǒng)。相似地，Kresnyak等人在提交于2002年3月12日且名稱為“Distillation Process withReduced Fouling”(使積垢減少的蒸懼過(guò)程)的美國(guó)專利N0.6，355，145B1 (其以引用方式并入本文中)中，同樣討論了多種預(yù)處理過(guò)程。
[0068]從預(yù)處理系統(tǒng)34或分離器34離開(kāi)后，流35首先通過(guò)稱為鹽水熱交換器的熱交換器36。鹽水熱交換器的功能是從離開(kāi)儲(chǔ)罐30的鹽水23移除熱量，并將該熱量回收到進(jìn)入儲(chǔ)罐30的流35中。
[0069]最后，由鹽水熱交換器36從中提取了熱量的濃縮鹽水被處置進(jìn)鹽水儲(chǔ)罐38中?？赏ㄟ^(guò)下列方法清空鹽水儲(chǔ)罐38:運(yùn)走鹽水，將鹽水通入蒸發(fā)塘，進(jìn)一步處理鹽水的礦物質(zhì)，加熱或以其他方式干燥鹽水或其他處置方法。
[0070]在圖示實(shí)施例中，餾出物處理系統(tǒng)40在鹽水熱交換器36和鹽水儲(chǔ)罐38的對(duì)面操作。即，例如，餾出物處理系統(tǒng)接納蒸餾水，蒸餾水為來(lái)自其被蒸發(fā)的部位即系統(tǒng)10特別是儲(chǔ)罐30的輸出。餾出物處理系統(tǒng)40可包括蒸汽捕集器41。蒸汽捕集器41可為簡(jiǎn)單的或復(fù)雜的并且通常操作方式類似于液體捕集器(如，P型捕集器)，其中液柱容納于管線33內(nèi)，該管線既向下又反向朝上以保持液柱，該液柱不能被進(jìn)入蒸汽的壓力克服。
[0071]餾出物儲(chǔ)罐42用來(lái)收集從芯20的封閉通道24冷凝的所有餾出物。然而，實(shí)際情況是，特別是在考慮控制問(wèn)題時(shí)，餾出物貯存器43可首先從蒸汽捕集器41接納餾出物。因此，餾出物貯存器43可用于測(cè)試餾出物的產(chǎn)生水平或產(chǎn)生率。
[0072]收集到餾出物貯存器43中之后，餾出物可接著通入熱交換器44，該熱交換器被構(gòu)成為可從餾出物提取熱量，并將該熱量通入進(jìn)料輸入管線33a，進(jìn)料至儲(chǔ)罐30中。在圖示實(shí)施例中，餾出物熱交換器可以在兩個(gè)方向都以固定流速操作。
[0073]例如，從進(jìn)料儲(chǔ)罐32的鹽水進(jìn)給可分成通過(guò)餾出物熱交換器44的進(jìn)料Fl和通過(guò)鹽水熱交換器36的F2。因此，F(xiàn)l從餾出物接收熱量，從而盡可能接近合理地預(yù)熱到儲(chǔ)罐30中的鹽水23的溫度。同樣，從進(jìn)料儲(chǔ)罐32通過(guò)鹽水熱交換器36的進(jìn)料將熱量從以最高濃度離開(kāi)儲(chǔ)罐的鹽水朝鹽水儲(chǔ)罐38提取。Fl和F2的預(yù)熱可升高進(jìn)料溫度，并回收熱量，否則熱量會(huì)分別排放到餾出物儲(chǔ)罐42和鹽水儲(chǔ)罐38中。
[0074]在圖示實(shí)施例中，餾出物處理系統(tǒng)40包括液位控制器45。液位控制器45通過(guò)感測(cè)貯存器43中的餾出物液位來(lái)操作。根據(jù)液位控制器45的輸出，系統(tǒng)10可以對(duì)某些操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以保持恒定的餾出物流速。
[0075]在舉例說(shuō)明的實(shí)施例中，可以設(shè)想從餾出物處理系統(tǒng)40經(jīng)餾出物熱回收系統(tǒng)47流出到餾出物儲(chǔ)罐42的餾出物將以固定速率運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法的一個(gè)有益效果是餾出物的輸出率可被固定。同樣，進(jìn)入鹽水質(zhì)量流率在分成流F1、F2的流35中可被固定，不論從進(jìn)料儲(chǔ)罐32進(jìn)入的鹽水濃度如何，也不論排放到鹽水儲(chǔ)罐38中的鹽水濃度如何。
[0076]可以實(shí)現(xiàn)液位控制器45的多個(gè)實(shí)施例。例如，下文圖2C描述了一種液位控制機(jī)構(gòu)，其適用于在儲(chǔ)罐內(nèi)的蒸汽室和液體室或蒸汽區(qū)和液體區(qū)之間操作，同時(shí)仍然提供準(zhǔn)確、可重復(fù)、可靠的讀數(shù)，無(wú)需計(jì)量器蒸汽側(cè)的排氣孔和其他冷凝物移除系統(tǒng)。
[0077]用于儲(chǔ)罐30中鹽水23的蒸發(fā)的能量源來(lái)自多種來(lái)源。實(shí)際情況是，輔助熱源46提供供給鹽水23的熱量以使儲(chǔ)罐30內(nèi)的溫度升至適當(dāng)水平。同時(shí)，鹽水熱交換器36和餾出物熱交換器44從出口液流回收熱量以分別升高進(jìn)入儲(chǔ)罐30的F2和Fl的溫度。
[0078]因此，餾 出物熱回收系統(tǒng)47為被回收進(jìn)管線33a中的熱量的來(lái)源，因?yàn)辂}水熱回收系統(tǒng)80為被回收進(jìn)管線33a的流35c中的熱量的來(lái)源。還可以采用其他熱回收系統(tǒng)例如發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收。熱量的實(shí)際來(lái)源通常僅包括由輔助源46提供熱量的加熱器70，該輔助源僅為了克服系統(tǒng)中的損失而工作。
[0079]儲(chǔ)罐30可包括液位控制器48，其可以與餾出物貯存器43上的液位控制器45相似或者完全不同。這些液位控制器45、48各自基本上獨(dú)立于系統(tǒng)10的其余部分工作。然而，在某些實(shí)施例中，液位控制器45、48可直接操作控制通過(guò)管線33a的進(jìn)料35a，以根據(jù)質(zhì)量守恒定律匹配質(zhì)量流率。
[0080]系統(tǒng)10中適當(dāng)位置處的輔助選件可以為蒸餾柱49。已發(fā)現(xiàn)可用于在一些生產(chǎn)水源實(shí)施蒸餾柱49以便在汽提段移除較重物質(zhì)，例如蒸餾水，同時(shí)在其頂部的精餾段分離出較輕組分，例如甲醇等等。因此，蒸餾柱49為可以包括或可以不包括的可選單元，具體取決于系統(tǒng)10使用的特定場(chǎng)所。
[0081]壓縮機(jī)50壓縮蒸汽27，蒸汽27源于儲(chǔ)罐30的鹽水23中，并收集在鹽水23之上。根據(jù)使溫度上升與壓力上升相關(guān)聯(lián)的克勞修斯-克拉佩龍方程，壓縮機(jī)50導(dǎo)致蒸汽27壓力的升高。因此，蒸汽27通過(guò)壓縮機(jī)50并回送進(jìn)芯20的歧管19。
[0082]壓縮機(jī)50下游的壓力在導(dǎo)管18、歧管19a和封閉通道24處基本上相同。壓縮機(jī)50上游側(cè)與其下游側(cè)之間的壓力差引起與更高飽和溫度相對(duì)應(yīng)的飽和壓力。
[0083]由于壓縮蒸汽的封閉通道24與鹽水23中的開(kāi)放通道22之間的溫度差，熱量發(fā)生傳遞。熱量從封閉通道24中的冷凝飽和蒸汽27傳遞進(jìn)鹽水23。
[0084]在一些實(shí)施例中，蒸汽處理系統(tǒng)52可以安裝在儲(chǔ)罐30頂部或其附近。在圖示實(shí)施例中，蒸汽處理系統(tǒng)52可包括例如除霧器54。通常，除霧器54負(fù)責(zé)從蒸汽27中移除水的液滴，水的液滴可夾帶鹽水23的液滴，同時(shí)帶來(lái)將被溶解固體攜帶到壓縮機(jī)50的風(fēng)險(xiǎn)。
[0085]可考慮蒸汽處理系統(tǒng)52的多個(gè)實(shí)施例。除了除霧器54之外，還可以包括例如除氣器56作為蒸汽處理系統(tǒng)52的一部分。此工位的除氣器不必過(guò)大，也不必排放大量蒸汽27。
[0086]例如，在為實(shí)驗(yàn)構(gòu)造的每天在餾出物儲(chǔ)罐42中產(chǎn)生大約100桶餾出物的一種裝置和方法中，除氣器56的尺寸根據(jù)常規(guī)化學(xué)工程原理設(shè)計(jì)。與液體內(nèi)不凝物或其他蒸汽的濃度相關(guān)的亨利定律，根據(jù)如下文所述的分壓和物理常數(shù)，需要約二十升的貯存器。因此，除氣器56僅需要約五升以便在操作過(guò)程中每天排放大約一次。
[0087]通常，儲(chǔ)罐30中的鹽水23上的充氣室58的尺寸可被設(shè)計(jì)為提供蒸汽27的駐留時(shí)間或累積時(shí)間以增強(qiáng)除霧。許多制造商生產(chǎn)恒位移、正位移等等的壓縮機(jī)。例如，英格索蘭(Ingersoll Rand)、德萊賽(Dresser)和其他公司生產(chǎn)適合應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)10的壓縮機(jī)50。同樣，充氣室58的尺寸可根據(jù)壓縮機(jī)50的額定值來(lái)確定。
[0088]最后，通過(guò)將鹽水23煮沸并蒸發(fā)為蒸汽27來(lái)濃縮鹽水23。當(dāng)蒸汽27以氣泡形式離開(kāi)鹽水23并進(jìn)入充氣室58時(shí)，鹽水23內(nèi)的殘余溶解固體在蒸發(fā)氣泡周圍的區(qū)域中增加。在該周圍鹽水23中溶解固體的這種增加導(dǎo)致更高密度且產(chǎn)生該更濃鹽水23的凈向下流動(dòng)。
[0089]最后，儲(chǔ)罐30建立了濃度分布或梯度，其中最低濃度的鹽水23存在于鹽水23與蒸汽27之間的界面處。因此，最重或最濃的鹽水23建立在儲(chǔ)罐30的輸出液位處。系統(tǒng)10的功能是將鹽水23從進(jìn)料儲(chǔ)罐32中存在的任何濃度濃縮至大得多的濃度。
[0090]當(dāng)鹽水23喪失的水變成收集到充氣室58中的蒸汽27時(shí)，在形成的每個(gè)氣泡周圍發(fā)生局部濃縮過(guò)程。這些局部濃縮`導(dǎo)致較重鹽水23相對(duì)于較輕鹽水出現(xiàn)局部下降。
[0091]例如，與鹽水儲(chǔ)罐38中的鹽水相比，進(jìn)料儲(chǔ)罐32中的鹽水23每立方英寸或立方厘米具有更少的溶解固體并且更輕。在氣泡附近，在已蒸發(fā)的氣泡旁形成密度差。氣泡留下的那份溶解固體被鹽水23中的相鄰液體水分子吸收。最后，隨著由于從封閉通道24傳遞的熱量而在開(kāi)放通道22內(nèi)發(fā)生持續(xù)的加熱和蒸發(fā)過(guò)程，在每個(gè)開(kāi)放通道22內(nèi)發(fā)生持續(xù)的濃縮過(guò)程。
[0092]直接結(jié)果是，更重、更濃的鹽水23向下流動(dòng)，在同等攪拌的沸騰或接近沸騰的鄰近鹽水之間尋求密度平衡。因此，處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，最大濃度的溶解固體存在于儲(chǔ)罐30的出口處，并且溶解固體的最小密度和最小濃度存在于鹽水23與充氣室27之間的界面處。這已在實(shí)驗(yàn)中證明。
[0093]濃縮液處理系統(tǒng)60負(fù)責(zé)處理離開(kāi)儲(chǔ)罐30的濃縮鹽水23。在圖示實(shí)施例中，濃縮液處理系統(tǒng)60包括漿液處理系統(tǒng)62。漿液處理系統(tǒng)62負(fù)責(zé)處理諸如可形成污泥的高密度沉淀物或液體中其他高濃度的懸浮固體之類的物質(zhì)。因此，此類材料可從儲(chǔ)罐30的鹽水23分離并被引導(dǎo)以與鹽水儲(chǔ)罐38中的鹽水不同的方式處置。
[0094]相似地，貯存器64可充當(dāng)沉降槽64以及濃縮器64。實(shí)際情況是，具有或造成最大分層的濃度在發(fā)現(xiàn)濃縮活動(dòng)例如沸騰蒸發(fā)的區(qū)域出現(xiàn)。在圖示實(shí)施例中，該區(qū)域?yàn)殚_(kāi)放通道22內(nèi)的區(qū)域。相比之下，缺少任何加熱或蒸發(fā)機(jī)構(gòu)濃縮物的貯存器64可以用作為沉降區(qū)，并且通常不會(huì)進(jìn)一步大幅濃縮。
[0095]同樣，鹽水濃縮系統(tǒng)60可包括漿液處理系統(tǒng)62內(nèi)的多種機(jī)構(gòu)以幫助從多種部件的壁、底等移除沉淀和其他固體。
[0096]固體移除設(shè)備是本領(lǐng)域已知的并且可包括振動(dòng)系統(tǒng)、刮除系統(tǒng)、螺旋輸送器、它們的組合等等。最后，漿液保持系統(tǒng)66可實(shí)際上通過(guò)閥門(mén)與漿液處理系統(tǒng)62分離，并且僅將固相流的短暫和周期性排放接納到漿液保持系統(tǒng)66中。此類系統(tǒng)可為手動(dòng)的、自動(dòng)的。
[0097]通過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)34之后，鹽水23可通過(guò)分流器74，例如將來(lái)自進(jìn)料儲(chǔ)罐32的管線33中的所有流分成Fl和F2(以通過(guò)管線33a的進(jìn)料35a說(shuō)明)的閥門(mén)或閥門(mén)系統(tǒng)。分流器74負(fù)責(zé)保持餾出物熱回收系統(tǒng)47中的恒流和鹽水熱交換器36中的變流。這些流的相對(duì)比例的控制將在下文討論。
[0098]在圖示實(shí)施例中，通過(guò)管線33a的流35a代表兩條流。通過(guò)餾出物熱交換器44的固定速率與通過(guò)餾出物熱交換器44的餾出物的固定流速相匹配。
[0099]與之相反，來(lái)自進(jìn)料儲(chǔ)罐32的通過(guò)鹽水熱交換器36的新鮮鹽水是可調(diào)節(jié)的，并與離開(kāi)儲(chǔ)罐30通過(guò)管線33c進(jìn)入鹽水熱交換器36的鹽水濃縮液流相稱。在所有情況下，通常被固定排量泵76控制的計(jì)量泵可被設(shè)置在管線33中，以控制進(jìn)入和離開(kāi)儲(chǔ)罐30的流35的速率。例如，進(jìn)料泵76a可控制從進(jìn)料儲(chǔ)罐32通過(guò)餾出物熱交換器44的鹽水的流速。
[0100]同樣，泵76b控制從鹽水熱交換器36通入儲(chǔ)罐30的擴(kuò)散器68中的F2或流35a。相似地，鹽水泵76d可控制從儲(chǔ)罐30通過(guò)鹽水熱交換器36的濃縮鹽水的進(jìn)給。泵76c可控制進(jìn)入餾出物熱交換器44中的餾出物流，并且可以為鹽水泵76a的質(zhì)量流量所匹配。
[0101]繼續(xù)參見(jiàn)圖1，同時(shí)總體上參照?qǐng)D1-12，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)10通常將預(yù)熱鹽水23通過(guò)管線33a進(jìn)料至擴(kuò)散器68中。擴(kuò)散器68在圖3的多個(gè)選件中描述。無(wú)論選擇何種機(jī)構(gòu)，擴(kuò)散器68都具有以一定方式分布鹽水33a的效果，從而允許鹽水23從管線33a分布到芯20的最大范圍。
[0102]例如，儲(chǔ)罐30中的芯20的橫截面積或占位面積代表所關(guān)注的特定面積。該面積表示所有開(kāi)放通道22的底部開(kāi)口。因此，擴(kuò)散器68可以導(dǎo)致在芯20內(nèi)分布管線33a的流35a。如果所有的流35a通入單個(gè)開(kāi)放通道22中，則芯27的效率將會(huì)不同于在芯20的所有開(kāi)放通道22都具有合理的均等機(jī)會(huì)接納流35a的一部分時(shí)所實(shí)現(xiàn)的效率。
[0103]輔助加熱器70可導(dǎo)致增加從熱源46或輔助熱源46接收的熱量。在圖示實(shí)施例中，輔助加熱器70設(shè)置在芯20的底部之下。
[0104]在某些 實(shí)施例中，輔助加熱器70可被設(shè)置在儲(chǔ)罐的壁31上，而不是儲(chǔ)罐30的內(nèi)部。同樣，輔助加熱器70可相對(duì)于擴(kuò)散器68分別設(shè)置，使得輔助熱源46將熱量直接輸送進(jìn)儲(chǔ)罐70底部的濃縮鹽水中，而不是輸送進(jìn)流入擴(kuò)散器68的進(jìn)入鹽水35a中。
[0105]在一些實(shí)施例中，可能不需要擴(kuò)散器68。在其他方面，可在如下兩者之間作出設(shè)計(jì)選擇:用輔助加熱器70加熱進(jìn)入鹽水35a和在不受益于任何熱量攜帶的情況下使進(jìn)入鹽水流35a僅僅由于芯20頂部鹽水對(duì)流(TDS含量對(duì)流)而升溫。
[0106]在圖1中，擴(kuò)散器68設(shè)置在輔助加熱器70以下的層面上。因此，從擴(kuò)散器排出的來(lái)自輸入管線33a的流35a通過(guò)由輔助加熱器70產(chǎn)生的被加熱鹽水的層。這提供了用于加熱儲(chǔ)罐鹽水23的熱傳遞機(jī)制。在一些實(shí)施例中，輔助加熱器實(shí)際上可位于擴(kuò)散器中。在其他實(shí)施例中，輔助加熱器70可附裝在儲(chǔ)罐30的壁31的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。在其他實(shí)施例中，輔助加熱器70可實(shí)際上位于向儲(chǔ)罐30內(nèi)供料的管線33a中。
[0107]為了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10并隨后控制該系統(tǒng)的操作，可在系統(tǒng)10中安裝傳感器72。傳感器72可包括用以監(jiān)測(cè)溶解固體的壓力、溫度、濃度以及它們的組合等的傳感器72。在系統(tǒng)10中，借助甚小的濃度差，濃度就能有效改善熱傳遞和質(zhì)量傳遞(例如，蒸發(fā)和冷凝)。因此，溫度、壓力和濃度量值作為鹽水23和蒸汽27中的控制參數(shù)是有意義的。系統(tǒng)10的控制可需要多種多樣的這些傳感器72。
[0108]然而，對(duì)于諸如壓縮機(jī)50、管線33、導(dǎo)管18和其他固定裝置之類的物品而言，壓力可能在整個(gè)系統(tǒng)10發(fā)生變化。同時(shí)，由于系統(tǒng)10在大致飽和的壓力和溫度下運(yùn)行，溫度是壓力的指標(biāo)，反之亦然。因此，可以各自被感測(cè)，并可采取措施根據(jù)建立的函數(shù)關(guān)系施加(assert)主動(dòng)控制。 [0109]在儲(chǔ)罐30的鹽水23內(nèi)建立溶解固體的濃度分布(可稱為梯度)，從而可通過(guò)那些濃度推測(cè)局部密度。因此，密度變化、海拔高度變化連同充氣室58內(nèi)的任何壓力變化可以加到一起來(lái)提供整個(gè)儲(chǔ)罐30中各位點(diǎn)的與混合儲(chǔ)罐30相比相對(duì)更多種多樣的壓力和飽和溫度變化。因此，監(jiān)測(cè)器和控制系統(tǒng)可位于適當(dāng)位置以讀取傳感器72并將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)街?br> 動(dòng)裝置。
[0110]在圖示實(shí)施例中，傳感器72a設(shè)置在暴露于儲(chǔ)罐30的自由流或體積中的開(kāi)放通道22內(nèi)。傳感器72b位于封閉通道27內(nèi)。傳感器72c檢測(cè)壁31附近的儲(chǔ)罐30內(nèi)的條件。傳感器72c可以被設(shè)置在壁的部位，但更通常地被與壁31隔開(kāi)設(shè)于鹽水23中，但被安裝在壁31上。傳感器72d存在于充氣室58中以檢測(cè)其中的狀況。
[0111]同樣，蒸汽處理系統(tǒng)52中的傳感器72e檢測(cè)其中的狀況，而傳感器72f監(jiān)測(cè)濃縮在儲(chǔ)罐30底部的最重鹽水23。容納傳感器72f的區(qū)域不具有在其中活動(dòng)的芯20的任何部分，但在系統(tǒng)10的控制方面可能是重要的。
[0112]壓縮機(jī)50可通過(guò)其上游或入口側(cè)上的傳感器72g及其下游或出口側(cè)上的傳感器72h監(jiān)測(cè)。環(huán)境條件可通過(guò)位于環(huán)境中的儲(chǔ)罐30外部的傳感器72 j感測(cè)環(huán)境和大氣條件來(lái)監(jiān)測(cè)。
[0113]導(dǎo)管18將蒸汽27從充氣室58輸送進(jìn)壓縮機(jī)50中，并從壓縮機(jī)50輸送進(jìn)封閉隔板24或封閉通道24的充氣室19a中。封閉通道24內(nèi)的蒸汽27最后在封閉通道24的底部中冷凝形成冷凝物25。最后，封閉通道24的下充氣室19b可完全充滿液體。
[0114]然而，可能的情況是一些蒸汽27可循環(huán)通過(guò)封閉通道24的底部的餾出物25或冷凝物25。因此，從封閉通道24進(jìn)入蒸汽捕集器41的流可包含氣相和液相的冷凝物25。
[0115]同時(shí)，液位控制器45監(jiān)測(cè)貯存器43中冷凝物25的液位。最后，由泵76c控制的貯存器43使餾出物通過(guò)餾出物熱交換器44并到達(dá)餾出物儲(chǔ)罐42上。
[0116]參見(jiàn)圖2A，同時(shí)繼續(xù)總體上參照?qǐng)D1-12，系統(tǒng)10可包括控制器84。通常，控制器84包括至少一個(gè)處理器以及計(jì)算機(jī)一般具有的完整的輸入系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)、處理設(shè)備、存儲(chǔ)器等等?？刂破?4可接收數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如此等等。控制器84負(fù)責(zé)接收來(lái)自整個(gè)系統(tǒng)10的傳感器72的輸入。
[0117]特別地，控制器84將從以上針對(duì)系統(tǒng)10描述的多種組件接收其形式為與溫度、壓力、濃度等以及流速等相關(guān)的數(shù)據(jù)的信息。在圖示實(shí)施例中，控制器84示出了多次，其可為基于單處理器的系統(tǒng)或多處理器?？刂破?4可為整合式、分布式或任何其他構(gòu)成方式。控制器84可為單控制器、多控制器或控制器的系統(tǒng)84。
[0118]同時(shí)，控制器84還負(fù)責(zé)將指令信號(hào)發(fā)送回多種泵76，并發(fā)送回輔助熱源46、輔助加熱器70或這兩者?？刂破?4可控制從輔助熱源46的熱量輸入，以及對(duì)壓縮機(jī)50的功率輸入。
[0119]通常，控制器84命令86或發(fā)送輸出86作為對(duì)系統(tǒng)10內(nèi)的多種裝置和組件的指令86，并從那些和其他組件接收輸入88或讀取88輸入88。在圖示實(shí)施例中，控制器同樣從諸如液位控制器48和液位控制器45之類的組件接收輸入。然而，通常液位控制器45、48在其本體內(nèi)動(dòng)作，以按照本領(lǐng)域中被充分理解的方式直接控制液位。
[0120]參見(jiàn)圖2b，控制策略90確定了四個(gè)控制層次。在零層次92，控制系統(tǒng)90或控制策略90用來(lái)控制液 體質(zhì)量。因此，零層次92也可以稱為液體質(zhì)量控制層次92。同樣，零層次之上的第一控制層次為蒸汽質(zhì)量控制層次94。液體質(zhì)量控制可完全獨(dú)立于任何其他控制系統(tǒng)操作，但作為策略90中控制的基礎(chǔ)層次即零層次被包括在內(nèi)。
[0121]同樣，第一層次94即蒸汽質(zhì)量控制層次94處理充氣室58中、通過(guò)壓縮機(jī)50并進(jìn)入芯20的封閉通道24中的蒸汽27。這些取決于將壓縮機(jī)50所做的功與通過(guò)壓縮機(jī)50的蒸汽27內(nèi)的壓力和溫度關(guān)聯(lián)的公式。因此，零層次系統(tǒng)只需跟蹤并控制液位的值，然而蒸汽質(zhì)量控制94具有更復(fù)雜的功能。其必須跟蹤液位控制器45、48中的液位，并且還根據(jù)這些液位操作壓縮機(jī)50以對(duì)系統(tǒng)10的理論能量輸入(principle energy input)、壓縮機(jī)50的值(worth)施加控制。
[0122]第二層次控制96即能量控制96負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的能量輸入變化率，例如進(jìn)入輔助加熱器70的熱量。因此，能量控制96必須基于公式、算法、計(jì)算機(jī)程序根據(jù)儲(chǔ)罐30和系統(tǒng)10的其他組件內(nèi)的溫度、壓力、濃度等條件進(jìn)行，并對(duì)通過(guò)加熱器70的熱量的調(diào)節(jié)施加控制，作為系統(tǒng)10的能量控制的一部分。
[0123]能量控制操作上的重大問(wèn)題在于事實(shí)上儲(chǔ)罐30的響應(yīng)時(shí)間是以小時(shí)為單位的，有時(shí)是以數(shù)小時(shí)為單位的。相比之下，充氣室中的傳感器72g、72h報(bào)告的壓力可促使壓縮機(jī)在數(shù)秒內(nèi)作出響應(yīng)。因此，可調(diào)整壓縮機(jī)50的最大電流，進(jìn)而調(diào)整速度或速率。因此，可幾乎立即調(diào)整體積流量。相比之下，通過(guò)能量控制系統(tǒng)96增加能量在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)將不明顯。
[0124]相比之下，可在測(cè)壓計(jì)或計(jì)量器中通過(guò)視覺(jué)觀察液位。然而，通常不能實(shí)際觀察到能量流，系統(tǒng)10內(nèi)的變化率和關(guān)系既不明顯，也不直觀。
[0125]控制的第三層次98即系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制98在其實(shí)施中具有嚴(yán)格的算法和計(jì)算性。所需的復(fù)雜性較高。多個(gè)參數(shù)、多個(gè)傳感器、熱力學(xué)考慮因素、材料性質(zhì)等等全部用于通過(guò)系統(tǒng)10的關(guān)于正在何處操作和應(yīng)在何處操作的系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制98來(lái)算法測(cè)定。
[0126]例如，系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)98負(fù)責(zé)從所有來(lái)源(包括系統(tǒng)10的操作歷史)查看控制器84中的所有數(shù)據(jù)。系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制98可內(nèi)插、外推或使用其他數(shù)值方法解決方案來(lái)求解與變量任何值、變化率或變化率的變化率的偏微分相關(guān)的復(fù)雜方程，以精確且充分地預(yù)測(cè)控制設(shè)定點(diǎn)。其可對(duì)加熱器70、壓縮機(jī)50、液位控制器45、48、泵和其他體積流量施加控制。
[0127]系統(tǒng)10足夠穩(wěn)固、甚至有彈性,可適應(yīng)輸入的大幅變化。例如,從大約10，OOOppm的總?cè)芙夤腆w直到大于150，OOOppm的總?cè)芙夤腆w的鹽水濃度比率可提供作為系統(tǒng)10的輸入。同樣，可適應(yīng)基本上任何輸出濃度，從此類值到大于200，OOOppm0
[0128]該預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)98通過(guò)計(jì)算經(jīng)由指令86發(fā)送到組件的控制參數(shù)的最佳設(shè)定點(diǎn)，可使系統(tǒng)10具備實(shí)質(zhì)性優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)10可因此獲得最佳的能量效率、獲得餾出物25的鹽水23通過(guò)量，如此等等。
[0129]參見(jiàn)圖2c，沸騰區(qū)例如鹽水23與蒸汽27之間的儲(chǔ)罐30的蒸汽-液體界面100的常見(jiàn)問(wèn)題為液位的多變性質(zhì)。計(jì)量表93的配置克服了該問(wèn)題。這對(duì)于控制策略90可能是重要的。
[0130]在系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例中，充氣室58可為計(jì)量表93提供壓力源。計(jì)量表93可檢測(cè)壓力差，從而通過(guò)控制器84或通過(guò)嵌入式處理，提供儲(chǔ)罐30中的液位100的處理。相似地，這種計(jì)量表93可被嵌裝或附裝作為液位控制器45或48。
[0131]在圖示實(shí)施例中，來(lái)自蒸汽區(qū)(此例中為充氣室58)的管線95將充滿蒸汽27，蒸汽27將冷凝并填充管線95。同時(shí)，儲(chǔ)罐30內(nèi)的鹽水23可通過(guò)管線97進(jìn)給。兩條管線95、97因此在任何配置的計(jì)量器93例如測(cè)壓計(jì)的兩側(cè)進(jìn)料。這種儀表可以為測(cè)壓計(jì)、計(jì)量器、計(jì)量表等等。同樣，管線97可用作系統(tǒng)其他位置的其他計(jì)量器93的共同參考。[0132]參見(jiàn)圖3，在根據(jù)本發(fā)明的裝置10的一個(gè)實(shí)施例中，儲(chǔ)罐30可將輸入流35a接納到擴(kuò)散器68中。那些輸入流35a從進(jìn)料儲(chǔ)罐32接納，并可通過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)34。在一個(gè)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)鹽水熱交換器36的鹽水流35a從離開(kāi)儲(chǔ)罐30通過(guò)管線33c的鹽水23(如由泵76d控制和驅(qū)動(dòng)的)接收熱量。在這種實(shí)施例中，熱交換器36可以按若干可供選擇的配置中的任何一者設(shè)置。
[0133]在一個(gè)實(shí)施例中，熱交換器36可配置為單個(gè)熱交換器，其中進(jìn)入鹽水的流35a沿著來(lái)自儲(chǔ)罐30的底部在管線33c中流動(dòng)的出口鹽水流35c的方向相反的方向逆向流動(dòng)。在這種配置中，駐留時(shí)間、熱傳遞系數(shù)、可用表面積等等可全部為固定的，受限于熱交換器36不能被重新構(gòu)造。
[0134]然而，在大多數(shù)本發(fā)明設(shè)想的實(shí)施例中，流量35a及其對(duì)應(yīng)流量35c可用作控制變量。如圖2B所示，能量的控制通常包括對(duì)被熱交換器36預(yù)熱的進(jìn)入鹽水23的熱量增加的控制。同時(shí)，圖2B中的零層次94包括液位控制。那些液位控制器48中的一個(gè)控制儲(chǔ)罐30中的鹽水23的液位100。因此，進(jìn)入儲(chǔ)罐30中的流35a可用作控制變量。
[0135]如所闡釋的，通過(guò)餾出物熱交換器44的流量35a與通過(guò)餾出物熱交換器44的餾出物25的對(duì)應(yīng)輸出流可以為固定的并且彼此匹配。用于調(diào)整儲(chǔ)罐30中的鹽水23的液位的質(zhì)量流率可以為通過(guò)液位控制器48改變通過(guò)泵76b和熱交換器36的F2的流速的控制。
[0136]因此，在通過(guò)鹽水熱交換器36的進(jìn)入流35a相對(duì)較低的條件下，F(xiàn)2可減少到小于通過(guò)餾出物熱交換器44的流的三分之一。在這種實(shí)施例中，需要相對(duì)較小的熱交換表面積。因此，簡(jiǎn)化為單個(gè)熱交換器36可為適當(dāng)?shù)摹?br> [0137]在其中與餾出物熱交換器44從Fl中接納的相比，鹽水熱交換器36接納更大比例的F2中的流的情況下，與帶有其控制泵76a的熱交換器44相比，而鹽水熱交換器36可載運(yùn)進(jìn)入流35a的體積流量的兩倍或更多倍。
[0138]因此，可取的是:在與餾出物熱交換器44相比有更大流量(相對(duì)的)通過(guò)鹽水熱交換器36時(shí)的狀態(tài)期間，提供更長(zhǎng)駐留時(shí)間、更大表面積或這兩者。同樣，當(dāng)流變動(dòng)時(shí)，熱交換器的數(shù)量、可用的面積、駐留時(shí)間或它們的某種組合可以改變。
[0139]再次參見(jiàn)圖3，多個(gè)熱交換器36可以串行或并行配置，可設(shè)置閥門(mén)系統(tǒng)以接合并行配置的一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)熱交換器36。這樣，可接合所需的熱交換器的數(shù)量，而不必使流35a或流35c流經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離而因此要克服通過(guò)泵76b、76d的附加流體動(dòng)力學(xué)阻力。
[0140]相比之下，通過(guò)將熱交換器布置為串行配置，可降低流速，增加駐留時(shí)間，同時(shí)還增加可用的表面積。在串行配置中，壓力損失可相對(duì)較大。另外，閥門(mén)不能用于引導(dǎo)熱交換器36之間的流，因?yàn)樗辛魍ㄟ^(guò)所有熱交換器36。
[0141]取決于可影響系統(tǒng)10的操作參數(shù)范圍，可在管線33a、33c中配置單個(gè)、多個(gè)、串行或并行布置的熱交換器36以適應(yīng)流35a、35c之間的熱傳遞。
[0142]作為參考，在根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)鹽水熱交換器36的流量的六倍變化必然改變流速和流分布。正因如此，流可為部分層流和部分湍流。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，此類變化影響凈駐留時(shí)間(在此期間可發(fā)生熱傳遞)、熱交換器36中的流35a、35c之間存在的對(duì)數(shù)平均溫差等等。
[0143]因此，餾出物熱交換器44可針對(duì)適于使系統(tǒng)連續(xù)操作的流量輸出設(shè)計(jì)。相比之下，必須讓鹽水熱交換器36負(fù)責(zé)如下的控制過(guò)程:根據(jù)進(jìn)入與流出鹽水23的鹽水濃度比率來(lái)匹配通過(guò)系統(tǒng)的凈流。
[0144]繼續(xù)具體地參見(jiàn)圖3，同時(shí)總體上參照?qǐng)D1-12，根據(jù)本發(fā)明的裝置10中的擴(kuò)散器68可導(dǎo)致將流35a引入儲(chǔ)罐30中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可考慮若干配置，它們各具有稍微不同的效應(yīng)。
[0145]這是因?yàn)閮?chǔ)罐30建立了從儲(chǔ)罐30液位頂部的最低濃度的總?cè)芙夤腆w到儲(chǔ)罐30底部的最高濃度的溶解固體的濃度梯度。兩種機(jī)制往往會(huì)運(yùn)行成交換進(jìn)入流35a與儲(chǔ)罐30自身中的鹽水23之間的熱量和質(zhì)量。`
[0146]借助流35a引入儲(chǔ)罐30中的初速度，在進(jìn)入流35a與儲(chǔ)罐30中基本上靜止的鹽水23之間進(jìn)行動(dòng)量傳遞。因此，質(zhì)量可在射流及其隨后的羽流和儲(chǔ)罐30中的鹽水23之間交換。當(dāng)射流與周圍鹽水23相互作用時(shí)發(fā)生動(dòng)量傳遞，從而在與儲(chǔ)罐30中的鹽水23混合時(shí)混合、擴(kuò)大和增加射流中的濃度。
[0147]同樣，在其驅(qū)動(dòng)力和能量方面與此完全不同的另一種機(jī)制為鹽水的密度羽流。儲(chǔ)罐30中密度較大的鹽水23與來(lái)自進(jìn)料儲(chǔ)罐32的密度較小的引入鹽水流35a之間的浮力差使進(jìn)入鹽水流35a產(chǎn)生浮力。因此，鹽水流35a往往會(huì)上升為靜止儲(chǔ)罐30的較重鹽水23內(nèi)的較輕流體35a。
[0148]該上升還使得進(jìn)入鹽水流35a的速度上升，產(chǎn)生具有射流狀行為形態(tài)的羽流。例如，上升的較輕的流35a上升通過(guò)儲(chǔ)罐30中較重的靜止鹽水23，與之混合，擴(kuò)大羽流，夾帶周圍鹽水23，并導(dǎo)致動(dòng)量以及含量(溶解固體)的交換。
[0149]擴(kuò)散器68的功能是根據(jù)流35a的進(jìn)入速度來(lái)減小基于速度的動(dòng)量射流的效應(yīng)。然而，在某些實(shí)施例中，擴(kuò)散器68可以簡(jiǎn)單地用射流取代。
[0150]在圖3中，管線33可連接至擴(kuò)散器68，其中管線和擴(kuò)散器68的橫截面均為圓形。例如，圖示最上方實(shí)施例中所示的擴(kuò)散器示出了將直徑從管線33直徑擴(kuò)大為鐘狀物，例如喇叭上的鐘狀物。
[0151]因此，有效橫截面積逐漸增加，導(dǎo)致擴(kuò)散器68引入的流35a的速度相應(yīng)降低。在圖示實(shí)施例中，壁31被穿透，以便安裝擴(kuò)散器68。因此，擴(kuò)散器68通過(guò)壁31引入流35a。
[0152]在圖1的示意圖中，擴(kuò)散器68示于芯20下方。每個(gè)可能位置都有益處。
[0153]擴(kuò)散器68沒(méi)有水平表面。其事實(shí)上未提供來(lái)自儲(chǔ)罐30的濃縮鹽水23的沉降物質(zhì)可積聚于其上的可及表面。
[0154]圖3中間所示的擴(kuò)散器68的實(shí)施例被構(gòu)成得更為扇形，其中管線33的凈面積在擴(kuò)散器68處增大，但不具有圓形橫截面。此處，可選擇扇狀擴(kuò)散器68的厚度和寬度以提供所需的流35a的流速。
[0155]在一個(gè)實(shí)施例中，此類擴(kuò)散器68可被取向成在芯20的下方沿垂直方向排放流35a。在另一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)散器68的出口的矩形橫截面可配置為正方形，并且可覆蓋芯下面的相對(duì)較大比率的面積。然而，在圖示實(shí)施例中，擴(kuò)散器68將流35a直接通過(guò)壁31排放，在儲(chǔ)罐30自身內(nèi)不存在其任何結(jié)構(gòu)。
[0156]圖3中的擴(kuò)散器68的下部配置可構(gòu)造為若干布置中的任何一種。圖示實(shí)施例示出了管線33，該管線被端接成直接通過(guò)壁31，產(chǎn)生進(jìn)入儲(chǔ)罐30中的噴射流35a。當(dāng)然，可選擇從管線33至擴(kuò)散器68輸出的橫截面積的任何程度變化并且可以是適當(dāng)?shù)?。正如其他?shí)施例可被布置成使流35a通過(guò)壁31或者從芯20下方徑直向上進(jìn)入芯20中，該實(shí)施例可以任何此類方式進(jìn)行布置。
[0157]事實(shí)上，流35a可相對(duì)于芯20的底部可以為徑直的、水平的、垂直的或傾斜的。在一些實(shí)施例中，流35a可被引入通過(guò)具有小孔的板、通過(guò)多條管線33、通過(guò)多個(gè)擴(kuò)散器68、通過(guò)一排擴(kuò)散器等等。然而，在圖3所示的實(shí)施例中，擴(kuò)散器68保持在壁31的外側(cè)。就此而言，它們能夠進(jìn)一步減輕組件受到濃縮鹽水化學(xué)物質(zhì)的破壞力的影響。它們還減小了結(jié)垢、積垢、沉淀劑積聚等等的趨勢(shì)。
[0158]參見(jiàn)圖4，同時(shí)繼續(xù)總體上參照?qǐng)D1-12，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)10可包括通道22，這些通道對(duì)儲(chǔ)罐周圍敞開(kāi)，從儲(chǔ)罐30中的頂部液位100到最低出口位101。同時(shí)，每個(gè)封閉通道24周圍的每個(gè)隔板102在封閉通道24內(nèi)的蒸汽27和冷凝物25與開(kāi)放通道22中的鹽水23 (其是儲(chǔ)罐30的有效內(nèi)容物)之間形成機(jī)械屏障。
[0159]每個(gè)隔板102存在與開(kāi)放通道22中的鹽水23接觸的外表面104。壁26的內(nèi)表面106與內(nèi)通道即封閉通道24中的蒸汽27或冷凝物25接觸。熱量從封閉通道24中具有更高飽和壓力和更高飽和溫度的高壓區(qū)傳遞。如針對(duì)圖1所述的，壓縮機(jī)50將來(lái)自充氣室58的蒸汽27壓縮至更高壓力及根據(jù)圖7C所示的克勞修斯-克拉佩龍方程的對(duì)應(yīng)溫度。更低壓力和溫度的區(qū)域以儲(chǔ)罐30中的充氣室58和開(kāi)放通道22為代表。
[0160]因此，從封閉通道24傳遞的熱量通過(guò)壁26，其受到壁26的內(nèi)表面106和外表面104上的熱傳遞系數(shù)的管制。最后，可出現(xiàn)由于熱對(duì)流產(chǎn)生的對(duì)流單體。熱對(duì)流是浮力作用(即受熱的流體與其周圍且相對(duì)較冷的鄰近流體相比密度降低)的結(jié)果。
[0161]例如，就儲(chǔ)罐30所代表的已分層鹽水23來(lái)說(shuō)，響應(yīng)鹽水密度差而產(chǎn)生的分層要比由于溫度差造成的浮力差的作用顯著若干倍。因此，較熱的鹽水23可仍然保持在儲(chǔ)罐內(nèi)的低位或較低液位，原因在于事實(shí)上其溶解固體含量阻止其響應(yīng)于熱浮力效應(yīng)而上升。
[0162]然而，由于熱量增加造成的浮力差使較熱的材料具有較低密度而更輕，這可形成貝納爾單體108或貝納爾對(duì)流單體108。然而，這些將僅局部存在于具有相對(duì)于溶解固體的相同密度的材料內(nèi)。該單體108往往會(huì)將熱量從壁26移至開(kāi)放通道22中的鹽水23的本體中。
[0163]由溶解固體濃度隨儲(chǔ)罐30和開(kāi)放通道22內(nèi)的深度而增加所形成的分布(如，鹽水濃度梯度或密度隨深度的變化)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是事實(shí)上并非沿壁26立即上升，而是被加熱鹽水23可保持在局部，因此有助于以較低的程度升溫。
[0164]這樣，可將熱量連續(xù)從壁26轉(zhuǎn)移到開(kāi)放通道22的鹽水23中，即使封閉通道24中的蒸汽27之間的溫度差可接近開(kāi)放通道22中的鄰近鹽水23的溫度。熱傳遞仍然繼續(xù)，因?yàn)閷?duì)流單體108不一定成為大致沿著隔板102的整個(gè)高度116。更確切地說(shuō)，能量被“泵送”離開(kāi)壁104。
[0165]換句話說(shuō)，開(kāi)放通道22中特定液位的鹽水23仍可繼續(xù)接收熱量，并且可導(dǎo)致在壁26的外表面104處產(chǎn)生氣泡100，在其他情況下這可能不會(huì)發(fā)生。與圖示實(shí)施例和根據(jù)本發(fā)明的處于自由對(duì)流的裝置相比，如果儲(chǔ)罐30充滿干凈水，則在存在相對(duì)較冷液體的情況下受熱液體將始終上升。因此，所有最熱液體將上升至頂部。
[0166]相比之下，對(duì)于分層鹽水，熱液體可能存在并保持在底部。事實(shí)上，顛倒的溫度梯度(其中最熱的溫度位于隔板102的下端)是完全可能的，具體取決于系統(tǒng)10的熱傳遞動(dòng)力學(xué)。
[0167]通常，無(wú)論何時(shí)局部鹽水23實(shí)現(xiàn)對(duì)于其局部壓力的飽和溫度，都可在隔板102的壁26的外表面104處產(chǎn)生氣泡110。壓力隨鹽水深度和密度以及充氣室58內(nèi)的塔頂壓力而變化。因此，在開(kāi)放通道22的下部，可預(yù)期觀察到較高壓力。
[0168]此外，由于密度分布(例如梯度分布)或濃度分布(例如梯度分布)，飽和壓力和溫度更進(jìn)一步上升。然而，由于封閉通道24內(nèi)的溫度高于開(kāi)放通道22中的溫度，在壁26的兩側(cè)仍可發(fā)生熱傳遞，并且可在隔板102的下端產(chǎn)生氣泡。
[0169]該現(xiàn)象已在實(shí)踐中在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到。例如，在與封閉通道24內(nèi)的冷凝蒸汽27的自由對(duì)流中，其中外通道22即開(kāi)放通道22不含鹽水(saline)梯度，僅在隔板的高度116的頂部5%內(nèi)出現(xiàn)氣泡100的形成。相比之下，當(dāng)開(kāi)放通道22包含分層鹽水23時(shí)，在底部開(kāi)放通道22的20%內(nèi)觀察到氣泡形成。
[0170]當(dāng)每個(gè)氣泡100形成時(shí)，其將通常在隔板102的壁26的外表面104上的部位成核。然而，當(dāng)氣泡長(zhǎng)大時(shí)其將迅速分離，并從氣泡IOOa所示的位置移至氣泡IOOb所示的開(kāi)放通道22的自由流中的位置。
[0171]已觀察到，當(dāng)由于熱量增加、質(zhì)量增加，甚至由于反映周圍壓力降低的單純的海拔高度升高，氣泡100長(zhǎng)大時(shí)，觀察到氣泡100從隔板102的表面104剝離界面層。這就引起了氣泡云的產(chǎn)生，如圖4的氣泡IOOd所示。這些氣泡IOOd同樣看起來(lái)能夠長(zhǎng)大并上升。然而，它們不一定在壁26處成核，但可通過(guò)熱量注入由于熱和流體界面層的破壞而產(chǎn)生，如熱傳遞領(lǐng)域內(nèi)所理解的。
[0172]當(dāng)氣泡100繼續(xù)上升時(shí)，它們往往會(huì)增大,并往往會(huì)彼此聚結(jié)。它們開(kāi)始形成較大的氣泡，并往往會(huì)朝向開(kāi)放通道22中的鹽水23并離開(kāi)壁26。事實(shí)上，實(shí)際情況是當(dāng)氣泡流112上升時(shí)，鹽水遷移，并且出現(xiàn)周圍鹽水的對(duì)應(yīng)的向下流動(dòng)114。簡(jiǎn)單的質(zhì)量或體積分析說(shuō)明，當(dāng)開(kāi)放通道22中的質(zhì)量上升時(shí)，一定量的質(zhì)量一定會(huì)下沉并占據(jù)其位置。這就產(chǎn)生了每個(gè)氣泡100周圍的流動(dòng)114，如圖所示。
[0173]每個(gè)氣泡100形成的結(jié)果是，蒸汽27離開(kāi)鹽水23。鹽、上文列出的可包含于鹽水中的化學(xué)物質(zhì)等等可為揮發(fā)性的和非揮發(fā)性的。諸如甲醇之類的污染物可蒸發(fā)為蒸汽27。然而，鹽、溶解固體等等必然會(huì)保留下來(lái)并且不蒸發(fā)。
[0174]因此，在氣泡100形成時(shí)每個(gè)氣泡100周圍的流動(dòng)114必然接納不能蒸發(fā)的溶解固體。對(duì)根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了較重鹽水的向下流動(dòng)114，從而形成在液體頂部表面100或液位100具有最低濃度的溶解固體并且在儲(chǔ)罐30的底部具有最高濃度的溶解固體的凈梯度。
[0175]通常，隔板102的高度116可以被選擇成可優(yōu)化熱傳遞。同樣，跨越壁26的距離即厚度118可考慮結(jié)構(gòu)和熱學(xué)因素作出選擇。相似地，開(kāi)放通道22的寬度120可被選擇成使得聚結(jié)在一起的氣泡IOOc不會(huì)阻塞通道22，也不會(huì)干燥隔板102的外表面104。表面104的這種干燥會(huì)導(dǎo)致更多結(jié)垢，并且已觀察到加重了壁26的腐蝕。
[0176]可選擇封閉通道124的寬度122或厚度122以優(yōu)化熱傳遞并允許通過(guò)自然對(duì)流流動(dòng)，從而限制或消除了常規(guī)熱交換的需要，在常規(guī)熱交換中使用泵能量來(lái)驅(qū)動(dòng)所有流動(dòng)。相比之下，在圖示實(shí)施例中，開(kāi)放通道22通過(guò)與鹽水(brine)的鹽水(saline)對(duì)流或溶解固體對(duì)流而運(yùn)行。這基于在鹽水23的各種流動(dòng)和區(qū)域之間的浮力差。相似地，封閉通道24內(nèi)的蒸汽27在其冷凝于隔板102的內(nèi)表面106上時(shí)最終形成收集于其底部并離開(kāi)液體的充氣室19b的冷凝物25。
[0177]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是隔板102頂部與液位100之間的高度124或距離124可為正數(shù)。在一些實(shí)施例中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是熱傳遞速率可受到鄰近隔板102頂部的氣泡IOOc的劇烈沸騰影響。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是在本發(fā)明設(shè)想的實(shí)施例中能最有效保持隔板102頂部之上的液位100，如實(shí)驗(yàn)所證實(shí)的。
[0178]芯20將通常與儲(chǔ)罐30的出口位102間隔距離126。通常，液位100之上的充氣室58中的大量體積往往提供壓縮機(jī)50可對(duì)其進(jìn)行抽取的體積。相似地，與本文示意性示出的相比，與儲(chǔ)罐出口位101之間更大的深度126是需要的。
[0179]高度126由切割線示出，表明可在其中增加任何附加距離。雖然未在圖示中示出，這種增加提供了從開(kāi)放通道22朝向儲(chǔ)罐30的出口位101底部的最高密度鹽水23增多的可能性。
[0180]然而，儲(chǔ)罐30內(nèi)的活動(dòng)卻不是這樣，特別是當(dāng)開(kāi)放通道22的鹽水23的溶解固體的濃度稠化或增加時(shí)。已經(jīng)總體上發(fā)現(xiàn)的是濃縮過(guò)程活動(dòng)的高度116所示的區(qū)域?yàn)橛^察到密度分布最大變化的區(qū)域。因此，隔板102之下的區(qū)域的高度126內(nèi)的密度未顯示具有陡峻梯度的強(qiáng)度。
[0181]因?yàn)槌錃馐?9a、19b載運(yùn)不同密度，它們具有不同尺寸。事實(shí)上，上充氣室19a可以被簡(jiǎn)單看作歧管19a，其將相對(duì)較大比容、較低比密度的蒸汽送進(jìn)封閉通道24中。相似地，冷凝物25的密度幾乎為蒸汽27密度的1，000倍，相當(dāng)于比容為蒸汽27的體積的約千分之一。因此，從封閉隔板27接納冷凝物25的歧管19b即充氣室19b不需要具有與上歧管19a相同的容量。
[0182]通常，液滴130緊貼隔板102中的壁26的內(nèi)表面106形成。液滴130往往會(huì)朝下遷移并且可同樣地聚結(jié)成液流或細(xì)流流動(dòng)到收集在隔板102的底部的冷凝物25中，導(dǎo)致冷凝物液位128在隔板102中累積。封閉通道24的壁26的內(nèi)表面106上的冷凝蒸汽27導(dǎo)致非常高的熱傳遞速率，大約是穿過(guò)固體表面的液體之間的熱傳遞速率的20倍。[0183]因此，例如，當(dāng)僅僅導(dǎo)致熱傳遞進(jìn)液體鹽水22中時(shí)，從壁26的外表面104到鹽水22中的熱傳遞速率較低。相比之下，當(dāng)核態(tài)沸騰且氣泡100形成時(shí)，熱傳遞速率進(jìn)而熱傳遞系數(shù)為相較該速率的大約20倍，并且對(duì)應(yīng)于包圍封閉通道24的隔板102中的壁26的內(nèi)表面106上的冷凝熱傳遞速率。
[0184]參見(jiàn)圖5，圖表134示出了軸線136、138。高度軸線136示出了從儲(chǔ)罐的出口位101到高于液位100 (包括充氣室58)的高度。同時(shí)，TDS軸線即總?cè)芙夤腆w軸線138示出了儲(chǔ)罐內(nèi)的總?cè)芙夤腆w的濃度。
[0185]曲線140為濃度或密度的梯度或分布。在圖5的圖示中，芯20的位置以虛線示出，儲(chǔ)罐30的外部形狀也是如此。儲(chǔ)罐30的外部液位連同芯20的外部液位一起示出，以顯示密度分布140沿高度軸線136對(duì)海拔高度或高度136的響應(yīng)。
[0186]在圖5的圖表134中，曲線140表示濃度，所述濃度從與TDS軸線138上與垂直軸線136即高度軸線136交點(diǎn)處的最小值處的值對(duì)應(yīng)的最小量開(kāi)始變化。同時(shí)，在液位100處，儲(chǔ)罐20中的鹽水23的濃度因而密度處于根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法中的溶解固體的最小值處。 [0187]然而，在混合環(huán)境中，儲(chǔ)罐30中的鹽水23充分混合的環(huán)境中，分布140縮減為一條垂直線，從液位100至出口位101全部具有恒定濃度和恒定密度。因此，液位100處的濃度與出口濃度142相同。
[0188]在可理想地建立梯度分布的環(huán)境中，可根據(jù)曲線140b建立靜態(tài)線性密度分布。在這種情況下，濃度從液位100處的最小值開(kāi)始變化并增加到出口位102處的最大出口濃度142。
[0189]為了建立分布140b所示的理想梯度，有必要在出口位101和液位100之間的基本上每個(gè)高度處保持濃度連續(xù)且等量地變化。這將需要極強(qiáng)的控制，雖然其也可提供儲(chǔ)罐30中可預(yù)測(cè)、可用且一致的梯度。
[0190]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)際裝置10的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以動(dòng)態(tài)密度梯度分布140c示出。在該分布140c中，觀察到了與芯下方的區(qū)域中所示的變化相比，芯區(qū)域內(nèi)的密度梯度的變化。在液位、芯20的底部與出口位101之間，歸一化的濃度差從液位處的最低濃度連續(xù)增加至出口位 101。
[0191]因此，分布140b和140c兩者的出口濃度142開(kāi)始并結(jié)束于相等的值。然而，相比之下，圖中顯示密度梯度曲線140c以不同形狀穩(wěn)定，其中大部分濃度增加發(fā)生于芯20的海拔高度內(nèi)，并且很少變化發(fā)生于芯部以下。因此，芯20下方的儲(chǔ)罐30的區(qū)域可以仍然保持梯度。
[0192]然而，在這些實(shí)驗(yàn)中，觀察到總體差異遠(yuǎn)不如芯20內(nèi)獲得的那樣顯著。這可以視為指示若干事實(shí)，包括這樣的事實(shí):芯20為開(kāi)放通道22通過(guò)蒸發(fā)掉蒸汽27而濃縮鹽水23的區(qū)域。在芯的下方?jīng)]有發(fā)生顯著的蒸發(fā)，濃度差異大大減小。
[0193]在根據(jù)圖4中所示現(xiàn)象查看圖5的圖表134中，可以確定開(kāi)放通道22內(nèi)發(fā)生的混合程度，這與儲(chǔ)罐30中其他部位形成對(duì)比。另外，如果圖1-3的擴(kuò)散器68位于芯20的下方，將發(fā)生鹽水對(duì)流或鹽水密度浮力對(duì)流。
[0194]同樣,例如,進(jìn)入輸入流35a中的鹽水23輕于儲(chǔ)罐30內(nèi)的任何鹽水23。因此,不論流35a以何種速度引入儲(chǔ)罐30中，它將立即開(kāi)始上升通過(guò)芯20，或其所引入的儲(chǔ)罐30內(nèi)的任何其他地方。
[0195]因此，入口鹽水流35a形成的鹽水浮力羽流將朝向液位100上升，與其通過(guò)的周圍鹽水23交換動(dòng)量、質(zhì)量密度和熱量。動(dòng)態(tài)密度梯度分布140c因而表明儲(chǔ)罐30內(nèi)的濃度或密度的實(shí)際值既不是理想的靜態(tài)線性密度分布140b，也不是混合非梯度140a。[0196]因此，動(dòng)態(tài)密度分布140c (梯度140c)在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)10的控制和穩(wěn)定方面很有用。當(dāng)然，理想的靜態(tài)線性密度梯度140b也很有用，但難以實(shí)現(xiàn)、保持或這兩者都難。然而，就此做的一些實(shí)驗(yàn)證實(shí)遠(yuǎn)離曲線140a中所示的混合、非梯度條件可以實(shí)現(xiàn)、容易保持并提供很有用的結(jié)果。
[0197]參見(jiàn)圖6，圖表145示出了總?cè)芙夤腆w(TDS)隨其進(jìn)料濃度而增加的曲線146。公式148說(shuō)明了由每條曲線146所表示的歸一化總?cè)芙夤腆w增加。曲線146a表示在使用根據(jù)本發(fā)明的裝置10的實(shí)驗(yàn)中，在溶解固體相對(duì)最小的進(jìn)料濃度條件下儲(chǔ)罐30中鹽水23中的總?cè)芙夤腆w的增加。
[0198]相比之下，曲線146e說(shuō)明了在實(shí)驗(yàn)中，在溶解固體相對(duì)最高的輸入濃度的條件下儲(chǔ)罐30的鹽水23中的歸一化總?cè)芙夤腆w含量的增加。如圖5中那樣，高度軸線136仍然從儲(chǔ)罐30中的或儲(chǔ)罐30的出口位101直到高于液位100測(cè)量。
[0199]液位100為最大高度，在此處液體鹽水23的總量存在于儲(chǔ)罐30中。因此，僅有容納蒸汽27的充氣室58緊鄰液位100之上存在。因此，溶解固體含量在液位100處具有值150。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)10中，最低濃度的溶解固體出現(xiàn)于液位100處。因此，所有沿軸線138測(cè)得的值對(duì)于溶解固體的最小濃度150歸一化。
[0200]曲線146的形狀反映出濃度增加率隨著朝向出口位101的深度的變化。因此，曲線146b、146c、146d反映了曲線族146內(nèi)的中間輸入TDS曲線。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包含于曲線146a、146e中。然而，通過(guò)多個(gè)實(shí)驗(yàn)獲得的一致曲率表明儲(chǔ)罐30內(nèi)的濃度分布和梯度與輸出TDS無(wú)關(guān)。
[0201]例如，曲線146a對(duì)應(yīng)于50，OOOppm的輸入進(jìn)料濃度以及100，OOOppm的進(jìn)料濃度。同樣，曲線146e表示100，OOOppm的儲(chǔ)罐濃度和200，OOOppm輸出鹽水濃度。然而，輸入溶解固體濃度146在接近溶解固體的出口濃度時(shí)，似乎對(duì)混合的作用較小。
[0202]同樣，入口流35a與出口鹽水流35c之間的濃度差異越大，越表明:儲(chǔ)罐30中更濃縮的鹽水快速抑制進(jìn)入流35a的濃縮作用的趨勢(shì)。因此，當(dāng)輸入TDS增加時(shí)，曲線146從曲線146a朝向曲線146e移動(dòng)。
[0203]同時(shí)，溶解固體的最小和最大輸出濃度均形成曲線146a。因此，歸一化的TDS增加與儲(chǔ)罐30中的出口位101處的總?cè)芙夤腆w的輸出濃度152無(wú)關(guān)。
[0204]曲線146a對(duì)應(yīng)于四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及在50，OOOppm鹽水輸入到儲(chǔ)罐30中時(shí)根據(jù)本發(fā)明的裝置中的蒸汽再壓縮。在一對(duì)實(shí)驗(yàn)中，輸出鹽水濃度接近或處于200，000ppm，其他為100，OOOppm。同時(shí)，曲線146e對(duì)應(yīng)于兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中輸出TDS濃度為200，000ppm。在這些實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)中輸入進(jìn)料速率為100，OOOppm，并且輸出分別為180, OOOppm 和 200, OOOppm。
[0205]參見(jiàn)圖7A，圖表154示出了沿軸線156測(cè)得的溫度對(duì)于沿軸線136測(cè)得的高度的分布。在圖表154中，在多個(gè)位置處示出了平均儲(chǔ)罐溫度158，包括線158a標(biāo)識(shí)的Tl或第一溫度的值，以及線158b處的第二溫度或T2。此處，曲線160反映了儲(chǔ)罐30的分層濃度分布中的飽和溫度。
[0206]曲線162示出了儲(chǔ)罐30中的混合鹽水23的飽和溫度。這些曲線160與162之間的差異反映了根據(jù)圖示182中所示的拉烏爾定律，隨相對(duì)于充分混合鹽水的分層鹽水濃度變化的飽和溫度差異。兩者均說(shuō)明了飽和壓力隨深度和密度的變化。因此，曲線160、162適應(yīng)儲(chǔ)罐30內(nèi)不同位置處的深度差異。
[0207]參照?qǐng)D7A-7E時(shí)，將它們放在一起最便于理解。圖7A為圖表154，示出了分層儲(chǔ)罐中飽和溫度之間的飽和溫度差(曲線160)，其不是直線，而是非線性曲線；飽和溫度曲線162描述了充分混合的儲(chǔ)罐30。因此，這兩條曲線160、162分別對(duì)應(yīng)于圖5的動(dòng)態(tài)密度分布曲線140c和圖5的混合非梯度曲線140a。
[0208]通過(guò)參考圖7B所述的拉烏爾定律182，將最好地理解兩條曲線160、162之間的差異。此處，方程說(shuō)明了鹽水內(nèi)的飽和溫度變化等于以下兩者的乘積:與組成鹽水的化學(xué)組分相對(duì)應(yīng)的離子常數(shù)，和與攝氏度乘以千克除以水的摩爾數(shù)的單位相對(duì)應(yīng)的沸點(diǎn)升高常數(shù)。
[0209]相似地，克勞修斯-克拉佩龍方程184描述了(根據(jù)汽化潛熱除以溫度和比容(每單位質(zhì)量的體積)變化的因變量)壓力隨溫度的變化率。該方程可以多種形式書(shū)寫(xiě)，包括指示壓力變化等于體相流體內(nèi)的壓力乘以自然對(duì)數(shù)次冪的形式。在這個(gè)最后實(shí)施例中，系數(shù)“m”最多分離為圖7C中的低版本的方程184。
[0210]因此，拉烏爾定律支配由于液體內(nèi)的雜質(zhì)所引起的飽和溫度的變化?？藙谛匏?克拉佩龍方程對(duì)應(yīng)于由于蒸汽壓縮造成的壓力隨溫度的變化。
[0211]圖7D示出了道爾 頓定律186，有時(shí)稱為道爾頓分壓定律186。此處，任何體積內(nèi)的壓力等于任何特定蒸氣(通常為理想氣體)所占據(jù)的體積的比率乘以該氣體的蒸氣壓。因此，充氣室58中的壓力為存在于其中的所有被蒸發(fā)蒸氣27的分壓的組合。
[0212]參見(jiàn)圖7E，亨利定律188描述了溶解于溶劑中的溶質(zhì)(溶解氣體)的濃度之間的關(guān)系。因此，小寫(xiě)字母“i”表示的特定物質(zhì)的濃度為體積中該組分的分壓或蒸氣壓除以亨利定律常數(shù)的函數(shù)。
[0213]因此，亨利定律188描述了根據(jù)推測(cè)實(shí)際吸收了多少不凝性氣體。亨利定律也適用于其他可凝性氣體。
[0214]因此，當(dāng)考慮圖7A時(shí)，儲(chǔ)罐30內(nèi)的飽和溫度對(duì)應(yīng)于儲(chǔ)罐30內(nèi)任何位點(diǎn)(深度)處的飽和壓力。然而，根據(jù)上述方程，飽和壓力隨溶解于鹽水中的組分、其揮發(fā)性離子以及觀察溫度、壓力等等時(shí)的深度而變化。
[0215]仍然參見(jiàn)圖7A，同時(shí)繼續(xù)總體上參照?qǐng)D1-12，Tl和T2平均儲(chǔ)罐溫度158a和158b僅僅用作參考點(diǎn)。曲線160、162的效應(yīng)適用于儲(chǔ)罐30內(nèi)的任何特定位置或深度。因此，儲(chǔ)罐溫度158對(duì)于在通道22中使液體沸騰成為蒸汽27所需的飽和溫度的局部效應(yīng)是顯著的。因此，溫度158a、158b的顯著性實(shí)際上為其與局部飽和溫度的關(guān)系，如曲線160和162所給定的。
[0216]實(shí)際上，曲線162為與充分混合儲(chǔ)罐30中的鹽水23的飽和溫度相對(duì)應(yīng)的計(jì)算值。因此，與曲線162相對(duì)應(yīng)的鹽水23被充分混合并對(duì)應(yīng)于如圖5所示的分布140a并示出了分布或梯度的缺失。
[0217]在儲(chǔ)罐溫度158a處，飽和溫度162對(duì)應(yīng)于沸騰液位100或沸騰表面點(diǎn)164。保持在混合條件中并且從液位100向下朝向出口位101下降時(shí)，飽和溫度162上升至最大的156。該上升是由于沿曲線162的任何特定位置之上的液柱的端頭液位或高度。
[0218]此例中，表面沸騰點(diǎn)164恰好位于表面，因?yàn)闆](méi)有浸沒(méi)于液位100之下，因此根據(jù)飽和溫度的定義飽和溫度162出現(xiàn)于沸騰表面164。此例中，飽和溫度曲線162考慮了拉烏爾定律182及其對(duì)沸騰溫度162的效應(yīng)。
[0219]如果儲(chǔ)罐溫度從值158a升高到更高溫度158b，則由液位100強(qiáng)制于同一頂部高度。因此，新沸騰點(diǎn)166對(duì)應(yīng)于在溫度值158b處經(jīng)鹽水進(jìn)入充氣室58的表面沸騰。因此，如果溫度分布162或溫度曲線162右移(對(duì)應(yīng)于增加的溫度158b)，則當(dāng)充氣室58中的飽和壓力也上升至適當(dāng)飽和壓力時(shí)，曲線162會(huì)僅通過(guò)位點(diǎn)166。
[0220]如果充氣室58中的飽和壓力未上升，則對(duì)應(yīng)于位點(diǎn)166的液位100和對(duì)應(yīng)于位點(diǎn)168的沿軸線136的高度之間的區(qū)域?qū)⑷糠序v。換句話講，芯核態(tài)沸騰會(huì)發(fā)生在上部芯區(qū)176。
[0221]然而，又如，可以想到儲(chǔ)罐30處于平均溫度158b并且讓壓縮機(jī)50將蒸汽27引入充氣室58中。這會(huì)導(dǎo)致飽和壓力下降。因此，讓充氣室58處于對(duì)應(yīng)曲線162的飽和壓力，當(dāng)平均儲(chǔ)罐溫度處于158b時(shí)，表面點(diǎn)166與曲線162上的位點(diǎn)168之間的芯區(qū)176通常全部沸騰。
[0222]曲線160表示儲(chǔ)罐30中動(dòng)態(tài)密度分布或梯度140c中存在的飽和溫度。曲線160在位點(diǎn)170處與儲(chǔ)罐平均溫度158a相交，該條件下儲(chǔ)罐30內(nèi)的飽和溫度160恰好處于儲(chǔ)罐平均溫度。同樣，位點(diǎn)172對(duì)應(yīng)于飽和溫度曲線160與升高的儲(chǔ)罐平均溫度158b的交點(diǎn)。
[0223]這兩個(gè)儲(chǔ)罐溫度158a、158b在整個(gè)儲(chǔ)罐30海拔高度中以常數(shù)示出，并且僅以舉例的方式使用。由于具有動(dòng)態(tài)密度分布140c (參見(jiàn)圖5)，儲(chǔ)罐30內(nèi)的分層可形成多種溫度分布中的任何一種。還可以在儲(chǔ)罐30的整個(gè)高度具有非恒定的溫度。在其他實(shí)施例中，可以具有顛倒的梯度，其中最熱的溫度處于儲(chǔ)罐的底部。
[0224]另外，無(wú)論何時(shí)局部飽和溫度160或162低于局部溫度158a、158b等，該位置的儲(chǔ)罐中的鹽水23都將處于沸騰形態(tài)。
[0225]在圖7A中，假定在以下討論通篇中充氣室58中的壓力始終為相同的恒定值。在圖表154中，可以選擇儲(chǔ)罐30內(nèi)的溫度158a。
[0226]現(xiàn)在考慮伴隨出現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的梯度的飽和溫度曲線160，所述梯度表示圖5的由于儲(chǔ)罐30中的鹽水23分層引起的動(dòng)態(tài)密度分布140c。該曲線160的交點(diǎn)不在位點(diǎn)164處，而是在軸線156上的溫度下方的某點(diǎn)處與表面100相交。根據(jù)上述討論，沸騰現(xiàn)在開(kāi)始于低至位點(diǎn)170處，在該點(diǎn)處儲(chǔ)罐溫度158a與鹽水梯度140c的飽和壓力160相交。
[0227]考慮到該條件存在于位點(diǎn)170處，高于位點(diǎn)170的全部區(qū)域174處于完全沸騰條件，無(wú)需引入附加能量。在圖表154所表示的配置中，將充分混合的飽和溫度162設(shè)置為在表面100處沸騰。相比之下，在相同的儲(chǔ)罐溫度158a處，分層鹽水在高于位點(diǎn)170的整個(gè)區(qū)域中沸騰。因此，與充分混合的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的相比，更多的芯參與高熱傳遞核態(tài)沸騰。
[0228]當(dāng)然，如果升高溫度以使更多的芯20參與沸騰(如對(duì)應(yīng)于將儲(chǔ)罐溫度升高至值158b)，則位點(diǎn)166為儲(chǔ)罐中所需的溫度值158b。
[0229]然而，在對(duì)應(yīng)于曲線160的分層條件中，位點(diǎn)172反映了這樣的位點(diǎn)，在該位點(diǎn)之上在儲(chǔ)罐30的整個(gè)芯20中會(huì)發(fā)生完全核態(tài)沸騰。因此，區(qū)域180代表附加有益效果，或者芯20的附加區(qū)域，其中完全核態(tài)沸騰普遍處于如區(qū)域178給定的芯20中。[0230]正如位點(diǎn)170之上的區(qū)域174代表當(dāng)儲(chǔ)罐平均溫度對(duì)應(yīng)于值158a時(shí)處于完全核態(tài)沸騰的芯20的部分，該增加的有益效果得以在沿曲線160的所有位點(diǎn)持續(xù)。不論區(qū)域176的深度如何，在對(duì)應(yīng)于飽和溫度曲線162的充分混合儲(chǔ)罐中，分層飽和溫度曲線160始終提供區(qū)域174、180或兩條曲線160、162之間其他對(duì)應(yīng)差異代表的改善性能。
[0231]該有益效果可以若干可供選擇的方式中的一種實(shí)現(xiàn)，例如在降低的溫度下運(yùn)行系統(tǒng)10獲得相同性能的能力。或者，可降低壓縮機(jī)50所做的功，因?yàn)閷?duì)液位100之上的充氣室58中的飽和壓力的需求降低。
[0232]參見(jiàn)圖8,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)10配置有帶電動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的殼體12。最后,還包括依賴于線路功率的輔助加熱器。設(shè)置儲(chǔ)罐30，使其中放置的芯20連接到上方的蒸汽歧管19a和下方的液體冷凝物歧管1%。芯20包括與儲(chǔ)罐30的周圍區(qū)域保持液體相通的開(kāi)放通道26，而封閉通道24被密封而隔離儲(chǔ)罐鹽水23。
[0233]芯20之上的充氣室58累積從芯20的開(kāi)放通道22沸騰的蒸汽。除霧器54 (未在圖8中示出)設(shè)置在充氣室58內(nèi)。同時(shí)，安裝了熱交換器15，但不在圖3-7E報(bào)告的實(shí)驗(yàn)中使用。導(dǎo)管18將蒸汽從充氣室58引導(dǎo)至壓縮機(jī)50，進(jìn)而在增大的壓力下使這些蒸汽通入蒸汽充氣室19a或歧管19a中。
[0234]歧管19a將蒸汽27分配到隔板102的封閉通道24中進(jìn)行冷凝。冷凝物25以冷凝物形式通過(guò)底部歧管1%離開(kāi)封閉通道24。最后，在容納于貯存器43后，最終將來(lái)自封閉通道24的懼出物或冷凝物25傳遞到懼出物儲(chǔ)罐中。
[0235]在芯20上設(shè)置了充氣室58并容納除霧器54。在通過(guò)除霧器之后，使充氣室58中的蒸汽27通過(guò)熱交換器15，該熱交換器在圖4-7E中報(bào)告的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未工作。相反，蒸汽27傳遞進(jìn)導(dǎo)管18送往壓縮機(jī)50。壓縮機(jī)50增大了蒸汽的壓力和溫度，使在該增大的飽和溫度和壓力下的蒸汽返回到芯20頂部的歧管19a中。
[0236]歧管19a將蒸汽通入隔板102的封閉通道24中，在該處通過(guò)將汽化潛熱釋放到儲(chǔ)罐30的開(kāi)放通道22中的周圍鹽水23中，而將蒸汽冷凝。
[0237]冷凝物25然后被從封閉通道24送入芯20底部的歧管19b，最后通過(guò)貯存器43排放到熱回收系統(tǒng)47 (如圖1所示)再到餾出物儲(chǔ)罐42 (其未在圖8中示出)。
[0238]同時(shí)，系統(tǒng)在芯20的中心布局附近裝有傳感器72。加熱器沿儲(chǔ)罐30的壁31設(shè)置。驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)50的電機(jī)17由控制系統(tǒng)控制，所述控制系統(tǒng)可改變流入電機(jī)17的電流，從而改變壓縮機(jī)50的速度、通過(guò)量和體積流量。
[0239]傳感器72被放置在芯20中心的開(kāi)放通道22中。同樣，傳感器72如圖中所示沿壁放置，在圖1中示意性地分布。傳感器72被配置成可檢測(cè)芯中及壁31附近的儲(chǔ)罐20的鹽水23內(nèi)的溫度和濃度。其他溫度和壓力在充氣室58、壓縮機(jī)50上游側(cè)和下游側(cè)上的導(dǎo)管18等中檢測(cè)。在建立圖6的數(shù)據(jù)的過(guò)程中，在圖8的裝置10上進(jìn)行了多種實(shí)驗(yàn)。
[0240]參見(jiàn)圖9，質(zhì)量平衡反映了引入儲(chǔ)罐20中的流量35a的輸入和離開(kāi)鹽水熱交換器36的輸出流35c，以及大量的餾出物25或冷凝物25通過(guò)餾出物熱交換器44到達(dá)餾出物儲(chǔ)罐42。
[0241]得到圖5和6的圖表134、145的實(shí)驗(yàn)分別對(duì)應(yīng)于在實(shí)驗(yàn)條件194a和194b、位置194c和194d的條件以及194e、194f的條件下獲得的數(shù)據(jù)。條件194a、194b對(duì)應(yīng)于50，OOOppm的輸入進(jìn)料。輸出對(duì)應(yīng)于離開(kāi)儲(chǔ)罐30的總?cè)芙夤腆w中100，OOOppm的鹽水濃度。[0242]同時(shí)，條件194c和194d對(duì)應(yīng)于50，OOOppm的輸入鹽水濃度和200，OOOppm的輸出濃度。同樣，條件194e和194f對(duì)應(yīng)于100，OOOppm的輸入濃度以及分別為180，OOOppm和200，OOOppm的輸出濃度。
[0243]圖9的表190的數(shù)據(jù)條件對(duì)應(yīng)于每天100桶(168升)的餾出物25的恒定輸出。盡管如此，條件194e和194f的輸出鹽水濃度不僅設(shè)為200，000，實(shí)驗(yàn)的條件194e被設(shè)為180，OOOppm的輸出鹽水濃度。
[0244]參見(jiàn)圖10，在圖8的系統(tǒng)10中實(shí)施與圖9的條件194相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。圖10的圖表根據(jù)其上所示的公式148通過(guò)六個(gè)實(shí)驗(yàn)194或六組實(shí)驗(yàn)條件194，繪制了總?cè)芙夤腆w的歸
一化增加。 [0245]溶解固體的歸一化濃度在TDS軸線138上示出，并且對(duì)從儲(chǔ)罐30中的出口位101直到液位100的高度繪制。液線100或液位100之上的區(qū)域?qū)?yīng)于正好位于芯20的上方的位置，芯20完全浸入鹽水23中。
[0246]對(duì)于所有流，鹽水23頂部或液位100處的總?cè)芙夤腆w值150被歸一化，或用作歸一化值。因此，總?cè)芙夤腆w的歸一化增加表示成超過(guò)液位100處濃度值的比率。
[0247]如可從圖10的圖表中看出，曲線195、196、197反映了對(duì)所獲得數(shù)據(jù)的擬合。曲線195對(duì)應(yīng)于對(duì)實(shí)驗(yàn)194a和實(shí)驗(yàn)194b的數(shù)據(jù)的擬合。曲線196為對(duì)于根據(jù)條件194c和194d的實(shí)驗(yàn)的擬合。同樣，曲線197為對(duì)與條件194e和194f相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)的擬合。
[0248]曲線195、196、197對(duì)應(yīng)于圖6的曲線186。同時(shí)，F(xiàn)135a和F235a以其沿高度軸線136的相對(duì)高度示出?？梢宰⒁獾剑}水浮力羽流效應(yīng)能顯著改變儲(chǔ)罐30中的梯度內(nèi)的總?cè)芙夤腆w。還可從與圖10中的實(shí)驗(yàn)194相對(duì)應(yīng)的原始數(shù)據(jù)圖表獲得附加信息。
[0249]例如，在進(jìn)料流35a引入實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)罐30的位置處，沒(méi)有可用的擴(kuò)散器68。因此，流35作為若干管線引入，每個(gè)管線從進(jìn)料儲(chǔ)罐32注入輸入進(jìn)料鹽水35a的水平射流。水平方向的動(dòng)量和垂直方向的浮力都影響了進(jìn)入儲(chǔ)罐30的鹽水23的輸入流35a的整合。
[0250]此外，實(shí)驗(yàn)條件194c和194d旨在對(duì)應(yīng)于200，OOOppm的輸出鹽水濃度。相比之下，條件194a、194b旨在對(duì)應(yīng)于100，OOOppm的輸出鹽水濃度。輸入流35a中的鹽水濃度的效應(yīng)是顯著的。當(dāng)儲(chǔ)罐30中的鹽水濃度為進(jìn)入鹽水流35a的濃度的四倍時(shí)，儲(chǔ)罐鹽水23非常迅速地調(diào)整進(jìn)入流35a的濃度。在進(jìn)料35a的位置之上，曲線195、196、197與原始數(shù)據(jù)的匹配度非常接近。
[0251]然而，在進(jìn)入流35a附近，從濃度下降到曲線195、196、197之下可以看出混合的破壞性效應(yīng)。這表明系統(tǒng)10非常穩(wěn)固。例如，曲線195、196、197高度依賴于進(jìn)入流35a的進(jìn)入濃度，并且表現(xiàn)出幾乎不依賴于輸出濃度。
[0252]因此，可依靠為曲線146 (參見(jiàn)圖6)所詳細(xì)說(shuō)明的動(dòng)態(tài)密度分布140c (參見(jiàn)圖5)來(lái)為系統(tǒng)10提供穩(wěn)定、可預(yù)測(cè)的輸出條件?？烧{(diào)整壓縮機(jī)50中的熱輸入和功以適應(yīng)進(jìn)入進(jìn)料流35a，從而達(dá)到輸出期望。值得注意的是，輸出結(jié)果沒(méi)有實(shí)質(zhì)問(wèn)題。
[0253]圖10的數(shù)據(jù)還證實(shí)了在面對(duì)進(jìn)入鹽水濃度有很大差異時(shí)儲(chǔ)罐30中的梯度的穩(wěn)固性能和彈性。這在實(shí)際生產(chǎn)設(shè)施中尤其明顯，其中進(jìn)入鹽水流35a可隨裂隙水、生產(chǎn)鹽水等而變化。這些數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)10的輸出和控制不必受此類隨意輸入的制約。
[0254]參見(jiàn)圖11，圖表198示出了在軸線136上所示的各個(gè)深度處，對(duì)沿溫度軸線150的溫度的效應(yīng)。未將溫度歸一化為與其他圖一樣的無(wú)量綱形式。此處，飽和溫度曲線160、162對(duì)應(yīng)于圖7A的那些。這些值反映了從對(duì)應(yīng)于圖9-10的實(shí)驗(yàn)194得出的實(shí)際數(shù)據(jù)。圖中，位點(diǎn)199表示儲(chǔ)罐30的表面100或液位100處的飽和溫度。位點(diǎn)199處的條件造成了充分混合儲(chǔ)罐的液位100處的飽和溫度。這對(duì)應(yīng)于曲線162的條件。
[0255]相似地，位點(diǎn)200表示液位100之上的充氣室58中的壓力處的飽和溫度。沿曲線162的液位100處的飽和條件同樣如此，對(duì)于圖9-10的動(dòng)態(tài)梯度配置，位點(diǎn)200對(duì)應(yīng)于充氣室58中壓力下存在的飽和溫度的曲線160。
[0256]圖11的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)了相對(duì)于圖7A討論的操作特性。例如，區(qū)域176對(duì)應(yīng)于相對(duì)于圖7A對(duì)區(qū)域176的描述。區(qū)域178同樣如此。相似地，圖7A的區(qū)域180為區(qū)域176與區(qū)域178的深度之間的差值。
[0257]這體現(xiàn)了熱傳遞區(qū)域中的優(yōu)勢(shì)所在，及芯中核態(tài)沸騰的區(qū)域中大大增加的熱傳遞系數(shù)。芯20以虛線示 出，所述虛線圍繞反映實(shí)驗(yàn)194過(guò)程中儲(chǔ)罐30中的芯20的實(shí)際深度和位置的區(qū)域。
[0258]參見(jiàn)圖12，同時(shí)繼續(xù)總體上參照?qǐng)D1-12，用于控制根據(jù)本發(fā)明的裝置10的過(guò)程202可以有若干控制層次。例如，零層次203表示通過(guò)跟蹤和調(diào)整儲(chǔ)罐30中和餾出物貯存器48中液位的連續(xù)過(guò)程來(lái)平衡質(zhì)量。通過(guò)常規(guī)測(cè)量和控制技術(shù)，這些可及時(shí)地直接進(jìn)行觀察和調(diào)整。
[0259]同時(shí)，示出了第一層次控制204以及第二層次控制205和第三層次控制206。第一層次控制204涉及對(duì)壓縮機(jī)50所做的功的控制。在所示過(guò)程202中，第一層次在系統(tǒng)10中操作的過(guò)程202的操作中以干預(yù)204示出。
[0260]主要控制機(jī)理是降低211或以其它方式改變211壓縮機(jī)50在從充氣室58移除蒸汽27時(shí)所做的功。通常，降低211操作對(duì)應(yīng)于控制干預(yù)204，該控制干預(yù)隨著含有餾出物的貯存器43的液位的非期望上升而引發(fā)。對(duì)壓縮機(jī)50所做的功的改變211引起系統(tǒng)10中的響應(yīng)212。例如，降低211壓縮機(jī)50所做的功引起充氣室58中壓力上升。同樣，在壓縮機(jī)中和充氣室58之外將出現(xiàn)減小的質(zhì)量流率。這有點(diǎn)違背常理。
[0261]例如，減小211或降低211壓縮機(jī)所做的功使充氣室58中的壓力增大，造成芯沸騰減少，并且餾出物溫度和飽和壓力減小。這些系統(tǒng)響應(yīng)212導(dǎo)致系統(tǒng)10的操作點(diǎn)的重新調(diào)整。具體地講，這改變了充氣室58中的壓力，從而迫使鹽水23中的飽和壓力和飽和溫度的重新調(diào)整。
[0262]實(shí)際情況是，圖12所示的過(guò)程202是控制系統(tǒng)10的一個(gè)例子。因此，用于控制裝置10或系統(tǒng)10的操作的最具響應(yīng)性的要素是第一層次控制204。
[0263]第二層次控制205、或第二層次控制方案中的干預(yù)205，涉及調(diào)節(jié)213輔助加熱器70提供的輔助熱量。此例中，調(diào)節(jié)213體現(xiàn)于降低由輔助加熱器70輸出的輔助熱量。這可以通過(guò)控制加熱器70或輔助熱源46來(lái)完成。
[0264]通過(guò)降低213輔助熱量，干預(yù)205在更快速且更具響應(yīng)性211的干預(yù)204之后進(jìn)行。然而，在第二層次控制的干預(yù)205中，輔助熱量的降低213導(dǎo)致系統(tǒng)慢得多的響應(yīng)。這包括降低儲(chǔ)罐中的溫度，降低餾出物25的質(zhì)量流率，以及減少芯沸騰。
[0265]在圖11中，溫度158a左移。然而，通常將隨系統(tǒng)響應(yīng)212而發(fā)生從曲線162偏離。通過(guò)降低213輔助熱量，溫度線158a左移，這與儲(chǔ)罐30的凈冷卻相對(duì)應(yīng)。線158a左移的結(jié)果是區(qū)域176減小以及區(qū)域176、178之間的區(qū)域180增加。[0266]或許，移動(dòng)溫度或降低213熱量連同其對(duì)應(yīng)的溫度158a降低的最明顯效應(yīng)是通過(guò)移動(dòng)溫度線158a與曲線160相交的交點(diǎn)172的位置減小了區(qū)域178。因此，更少的芯20參與沸騰。因此，根據(jù)圖12，降低質(zhì)量流率和降低芯沸騰將隨系統(tǒng)響應(yīng)214而發(fā)生。
[0267]如參考圖2B所述的第三層次控制處的干預(yù)206可涉及計(jì)算機(jī)處理器的處理215以便提供對(duì)其他控制層次的預(yù)測(cè)修正。因此，控制器84可從任何一種或全部傳感器72接受信號(hào)。該控制器可提供指示，命令216對(duì)系統(tǒng)中的功、熱量或任選的質(zhì)量流率進(jìn)行修改。
[0268]命令216改變這些控制自變量可導(dǎo)致因變量變化。因此，將數(shù)據(jù)饋送217回或提供217壓力、溫度、質(zhì)量流率、濃度等值的反饋將反映出由功和熱量等自變量在進(jìn)行控制的因變量。
[0269]在根據(jù)本發(fā)明的裝置的某些實(shí)施例和根據(jù)其的方法202中，在第三層次控制的干預(yù)206可涉及數(shù)值方法，通過(guò)實(shí)施所述方法來(lái)預(yù)測(cè)并穩(wěn)步推進(jìn)命令216至設(shè)定點(diǎn)，所述設(shè)定點(diǎn)經(jīng)預(yù)計(jì)、計(jì)劃、預(yù)測(cè)或以其它方式計(jì)算以固定系統(tǒng)10內(nèi)任何特定位點(diǎn)處的壓力、溫度、質(zhì)量流率和濃度的因變量的適當(dāng)值。
[0270]干預(yù)206之后，系統(tǒng)(具體而言是控制器84)可對(duì)系統(tǒng)10是否穩(wěn)定作出判定207。如果系統(tǒng)10穩(wěn)定，則第三層次控制的繼續(xù)干預(yù)206可涉及以預(yù)測(cè)方式修正任何必要的自變量。然而，如果判定207為系統(tǒng)10不表現(xiàn)為完全穩(wěn)定，則過(guò)程202可進(jìn)行到檢測(cè)209對(duì)此負(fù)有責(zé)任的事件208。
[0271]例如，如果系統(tǒng)10顯得不穩(wěn)定，將發(fā)生某些事件208，其可能是大氣壓、進(jìn)入流35a的濃度變化等效應(yīng)。偏離干預(yù)206的預(yù)測(cè)修正控制的系統(tǒng)10的任何漂移，通常將是改變系統(tǒng)10的條件的事件208的結(jié)果 。
[0272]因此，對(duì)結(jié)果的檢測(cè)209通常將會(huì)涉及來(lái)自壓力、溫度、質(zhì)量流率、濃度、其組合或其間的關(guān)系的傳感器的反饋217。例如，系統(tǒng)可能遭遇大氣壓下降。同樣，系統(tǒng)10可檢測(cè)到餾出物質(zhì)量流率增大。此例中，傳感器72將檢測(cè)到這些變化并作為反映事件208結(jié)果的數(shù)據(jù)輸入報(bào)告回控制器84。
[0273]在檢測(cè)209這些結(jié)果之后，適當(dāng)?shù)牟僮魇峭ㄟ^(guò)控制器84來(lái)啟動(dòng)210控制。出于說(shuō)明目的，零層次控制203被排除在過(guò)程202的控制回路之外。零層次控制涉及對(duì)那些容易觀察、控制且立即被影響的參數(shù)的控制。通過(guò)調(diào)整流過(guò)泵76b的流速來(lái)增加液體將導(dǎo)致進(jìn)入儲(chǔ)罐30中的流35a增加。同樣，通過(guò)使泵76d的控制受制于體積流量、速度、電流或泵76b的其他控制機(jī)制，泵76d的速度可增加。
[0274]相比之下，準(zhǔn)確地測(cè)定應(yīng)將多少熱量加到輔助加熱器70不必是直觀的方法，也一定不是可直接觀察的或手動(dòng)或通過(guò)簡(jiǎn)單的反饋傳感器可控制的。對(duì)芯20或儲(chǔ)罐30中的溫度響應(yīng)的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)(例如4.6小時(shí))，并且壓縮機(jī)50的響應(yīng)性相當(dāng)快(數(shù)秒)以致充氣室58中的傳感器72d上的測(cè)量值不一定能提供第一層次的干預(yù)204或第二層次的干預(yù)205的明顯方向。
[0275]零層次控制還可通過(guò)第三層次的干預(yù)206進(jìn)行修正?？蓪?duì)損耗、誤算、校準(zhǔn)等等作出輕微調(diào)整。然而，實(shí)際情況是，零層次控制不需要包括在過(guò)程202的控制回路中。
[0276]考慮第三層次控制的干預(yù)206的一種方法可以說(shuō)是基于系統(tǒng)需要移至哪里的算法預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)應(yīng)調(diào)整什么控制參數(shù)和它們應(yīng)在什么方向調(diào)整。因此，預(yù)測(cè)修正控制干預(yù)206不是簡(jiǎn)單地跟蹤因變量并調(diào)整單個(gè)自變量，而是非常復(fù)雜的函數(shù)，反映了系統(tǒng)10內(nèi)和其多種組件中的熱量與質(zhì)量傳輸之間的復(fù)雜相互關(guān)系。
[0277]考慮控制過(guò)程202的另一種方式是根據(jù)熱力學(xué)第一定律用零層次的控制203保持質(zhì)量平衡。系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)量必為流入質(zhì)量減去流出質(zhì)量。
[0278]同樣，第一層次控制處的干預(yù)204表現(xiàn)為能量平衡。也就是說(shuō)，將正在被輸入的功修改211為系統(tǒng)10運(yùn)行中的主要能量源。也就是說(shuō)，來(lái)自輔助加熱器70的熱量并不操作系統(tǒng)10。系統(tǒng)10由壓縮機(jī)50的功率或功操作，并補(bǔ)足其熱力學(xué)循環(huán)所需的損耗能量。
[0279]第二層次控制處的干預(yù)205實(shí)際上不是系統(tǒng)10的原理控制。相反，通過(guò)調(diào)節(jié)213輔助熱量進(jìn)行的干預(yù)205是用于根據(jù)外部效應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)10的操作參數(shù)的機(jī)制。
[0280]例如，如果風(fēng)暴前沿席卷而來(lái)，則大氣壓將下降。由于儲(chǔ)罐30未被密封成壓力容器，充氣室58中的壓力可能跟隨環(huán)境或大氣壓力。充氣室58中的壓降很可能會(huì)大于充氣室58大氣之上控制的溫差的效應(yīng)。
[0281]因此，在第二層次的干預(yù)205涉及調(diào)整儲(chǔ)罐鹽水23的溫度以便使系統(tǒng)10的整體運(yùn)行適應(yīng)改變的外部條件。在第二層次的干預(yù)205可以重新設(shè)置系統(tǒng)以適應(yīng)在其環(huán)境內(nèi)新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。環(huán)境不受系統(tǒng)控制。相反，系統(tǒng)10必須適應(yīng)于其環(huán)境并通過(guò)干預(yù)205來(lái)適應(yīng)。因此，就由于第一層次處的干預(yù)204而引發(fā)的干預(yù)而言，干預(yù)205是預(yù)期的。然而，其可能仍然涉及重新調(diào)整系統(tǒng)10的參數(shù)，使得系統(tǒng)10可及時(shí)到達(dá)新的和將來(lái)的平衡和穩(wěn)態(tài)條件。
[0282]因此，在第三層次控制的干預(yù)206幾乎完全可預(yù)測(cè)?？紤]所有較低層次的控制并對(duì)操作特性建模以便確定非顯而易見(jiàn)的設(shè)定點(diǎn)(自變量必須被設(shè)定的設(shè)定點(diǎn))。因變量從而以最有效和及時(shí)的方式到達(dá)其穩(wěn)態(tài)和適當(dāng)條件。
[0283]因此，各個(gè)層次(包括零層次的干預(yù)203、第一層次的干預(yù)204、第二層次的干預(yù)205和第三層次的干預(yù)206)分離出控制器84的控`制?？刂茝目蓽y(cè)量參數(shù)的直接值更進(jìn)一步并且離開(kāi)對(duì)當(dāng)前條件的直接響應(yīng)。
[0284]考慮該控制過(guò)程202的另一種方式是讓零層次直接有效地獨(dú)立于對(duì)質(zhì)量平衡的閉環(huán)控制，直接控制該值。第一層次的干預(yù)204通過(guò)功的變化直接對(duì)自變量施加控制并間接對(duì)因變量施加控制。
[0285]同時(shí)，第二層次的干預(yù)205涉及處理影響變化率和變化方向而不是影響自身觀察到的變量的參數(shù)。最后，第三層次的干預(yù)206涉及預(yù)測(cè)受到控制的參數(shù)的變化率的變化率。
[0286]本發(fā)明在不脫離其基本的功能或基本特征的情況下可以以其他具體形式來(lái)體現(xiàn)。所描述的實(shí)施例在其所有方面應(yīng)被認(rèn)為僅是說(shuō)明性的，而不是限制性的。示意性實(shí)施例的等同物的含義和范圍內(nèi)的所有改變?cè)谄浞秶畠?nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于改善蒸汽再壓縮過(guò)程的方法，所述方法包括: 選擇一種過(guò)程，所述過(guò)程包括可組合為子單元來(lái)實(shí)施所述過(guò)程的多個(gè)操作； 測(cè)定溶解于所述蒸汽源中的材料的濃度分布； 通過(guò)評(píng)估具有一組操作參數(shù)的所述多個(gè)操作中的至少一個(gè)操作來(lái)確定對(duì)所述濃度分布的影響； 基于所述評(píng)估，從所述多個(gè)操作中選擇目標(biāo)操作； 選擇用于控制所述目標(biāo)操作的控制參數(shù)；以及 通過(guò)修改所述控制參數(shù)操縱所述濃度分布，其中所述控制參數(shù)選自質(zhì)量流量、機(jī)械功、熱能、熱慣性、其變化率以及它們的組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述評(píng)估包括依次評(píng)估在所述過(guò)程中移動(dòng)液體的泵、壓縮來(lái)自所述源的所述蒸汽的壓縮機(jī)以及對(duì)所述源加熱的加熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 所述評(píng)估包括依次評(píng)估在所述過(guò)程中移動(dòng)液體的泵、壓縮來(lái)自所述源的所述蒸汽的壓縮機(jī)、對(duì)所述源加熱的加熱器以及所述源的所述響應(yīng)時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述評(píng)估包括依次循序評(píng)估: 首先，用于在所述過(guò)程中移動(dòng)液體的泵； 其次，用于壓縮來(lái)自所述源的所述蒸汽的壓縮機(jī)；以及 第三，用于對(duì)所述源加熱的加熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述評(píng)估包括依次循序評(píng)估: 首先，在所述過(guò)程中移動(dòng)液體的泵； 其次，壓縮來(lái)自所述源的所述蒸汽的壓縮機(jī)；以及 第三，對(duì)所述源加熱的加熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述依次循序評(píng)估還包括第四步:評(píng)估所述移動(dòng)、所述壓縮和所述增加中的至少一者的變化率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括分析所述進(jìn)料的其中至少一種組分、所述組分的時(shí)間變化、供應(yīng)源和遞送機(jī)制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括修改與泵、壓縮機(jī)、加熱器及它們的組合中的至少一者相對(duì)應(yīng)的控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括設(shè)置傳感器，以檢測(cè)與所述過(guò)程內(nèi)的一種操作對(duì)應(yīng)的溫度、壓力、流量、功率和濃度中的至少一者。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括測(cè)定選自壓力、溫度、風(fēng)、濕度及它們的組合的環(huán)境條件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述評(píng)估還包括測(cè)定基本上所有進(jìn)入所述過(guò)程的能量輸入和來(lái)自所述過(guò)程的能量輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括平衡基本上所有進(jìn)入所述過(guò)程的能量輸入和來(lái)自所述過(guò)程的能量輸出。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括增加能量回收操作，所述能量回收操作提供相對(duì)于至少一個(gè)所述操作的能量傳遞。
14.一種用于改善蒸汽再壓縮過(guò)程的方法，所述方法包括:選擇一種過(guò)程，所述過(guò)程包括用于實(shí)施所述過(guò)程的多個(gè)操作； 測(cè)定所述蒸汽源中的組分的濃度分布； 通過(guò)評(píng)估具有一組操作參數(shù)的所述多個(gè)操作中的至少一個(gè)操作來(lái)確定對(duì)所述濃度分布的影響； 基于所述評(píng)估，從所述多個(gè)操作中選擇目標(biāo)操作； 選擇用于控制所述目標(biāo)操作的控制參數(shù)；以及 通過(guò)修改所述控制參數(shù)操縱所述濃度分布，其中所述控制參數(shù)表征與質(zhì)量流量、機(jī)械功、熱能、熱慣性以及它們的組合中的至少一者相對(duì)應(yīng)的值、所述值的變化率或所述值的變化率的變化率。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中: 所述評(píng)估還包括依次評(píng)估在所述過(guò)程中移動(dòng)液體的泵、壓縮來(lái)自所述源的所述蒸汽的壓縮機(jī)、對(duì)所述源加熱的加熱器以及所述源的響應(yīng)時(shí)間。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述評(píng)估依次包括評(píng)估在所述過(guò)程中移動(dòng)液體的泵、壓縮來(lái)自所述源的所述蒸汽的壓縮機(jī)以及對(duì)所述源加熱的加熱器。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述評(píng)估包括依次循序評(píng)估: 首先，用于在所述過(guò)程中移動(dòng)液體的泵； 其次，用于壓縮來(lái)自所述源的所述蒸汽的壓縮機(jī)；以及 第三，用于對(duì)所述源加熱的加熱器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述依次循序評(píng)估還包括第四步:評(píng)估所述移動(dòng)、所述壓縮和所述增加中的至少一者的變化率。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括分析所述進(jìn)料的至少一種所述組分、所述組分的時(shí)間變化、供應(yīng)源和遞送機(jī)制。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括修改與泵、壓縮機(jī)、加熱器及它們的組合中的至少一者相對(duì)應(yīng)的控制。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括設(shè)置傳感器，以檢測(cè)與所述過(guò)程內(nèi)的一種操作對(duì)應(yīng)的溫度、壓力、流量、功率和濃度中的至少一者。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括測(cè)定選自壓力、溫度、風(fēng)、濕度及它們的組合的環(huán)境條件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述評(píng)估還包括測(cè)定基本上所有進(jìn)入所述過(guò)程的能量輸入和來(lái)自所述過(guò)程的能量輸出。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括平衡基本上所有進(jìn)入所述過(guò)程的能量輸入和來(lái)自所述過(guò)程的能量輸出。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，還包括增加能量回收操作，所述能量回收操作提供相對(duì)于至少一個(gè)所述操作的能量傳遞。
【文檔編號(hào)】B01D1/22GK103748042SQ201280018672
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月15日
【發(fā)明者】尼爾·W·理查森, J·克萊爾·巴蒂, 大衛(wèi)·A·貝爾, 克里斯托夫·M·米勒 申請(qǐng)人:普爾斯蒂姆服務(wù)有限公司