專利名稱：多效率吸收冷凍方法及其所使用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的方法和裝置，用于吸收冷凍系統(tǒng)中，它使用揮發(fā)性溶劑，如水，及非揮發(fā)性溶質(zhì)，如溴化鋰、氯化鋰及氯化鈣，以便能達(dá)到高水平冷凍效率。
傳統(tǒng)的吸收冷凍系統(tǒng)利用溴化鋰水溶液進(jìn)行單一步驟的蒸氣吸收，而其溫度的上升度是有限的。本發(fā)明的系統(tǒng)則利用多重吸收蒸氣步驟來(lái)使溫度大為上升。
本發(fā)明的系統(tǒng)可使用低等級(jí)的熱源(如廢熱)來(lái)達(dá)到高度升溫效果。多效率吸收冷凍系統(tǒng)可認(rèn)為一種多效率蒸發(fā)系統(tǒng)的逆系統(tǒng)。
此種方法及裝置，可用于下列系統(tǒng)(1)執(zhí)行固-液-氣(S/L/V)多相轉(zhuǎn)換程序，如真空冷凍程序，蒸餾冷凍程序及真空冷凍共融程序。
(2)執(zhí)行兩相部分結(jié)晶程序，如潤(rùn)滑油和結(jié)晶塔的去臘作用。
(3)化學(xué)程序處理，如氣體的凝結(jié)成分回收，或天然氣中的凝結(jié)碳?xì)浠衔锘厥铡?br> (4)執(zhí)行冷凍干燥的系統(tǒng)。
(5)冰或冰淇淋的制造系統(tǒng)。
(6)冷度(熱度)儲(chǔ)存系統(tǒng)。
(7)肉類(lèi)等制品的冷藏系統(tǒng)。
(8)果汁、啤酒或酒等液體的冷藏系統(tǒng)。
一商業(yè)化吸收冷凍單元具有(a)蒸發(fā)區(qū)，(b)吸收區(qū)，(c)再生區(qū)，(d)凝結(jié)區(qū)。
吸收冷凍單元在高度真空下以水為冷凍劑。其操作原理很簡(jiǎn)單，即在相當(dāng)?shù)蛪?真空)下，水在低溫下氣化并帶走熱量。例如，在0.25in.Hg的絕對(duì)壓力下，水在40°F沸騰并氣化，帶走熱量，并使另一液體(通常是水)被冷卻。冷卻后的水乃可用于其它的冷卻操作。此種操作在單元的蒸發(fā)區(qū)內(nèi)進(jìn)行。
為使冷卻程序持續(xù)進(jìn)行，被氣化的冷凍劑(水)被吸收液所吸收，而此吸收液通常是溴化鋰溶液。冷凍劑蒸氣被吸收，使蒸發(fā)區(qū)的壓力保持相當(dāng)?shù)?，從而使蒸發(fā)步驟能持續(xù)進(jìn)行。吸收所釋放的熱量由熱交換管路內(nèi)的冷水帶走，吸收液因而被稀釋。此操作是在單元的吸收區(qū)進(jìn)行的。
被稀釋的吸收液送至再生區(qū)中，在此區(qū)中，水分在壓力略高于蒸發(fā)區(qū)壓力的狀況下氣化，以產(chǎn)生高壓水蒸氣及濃縮吸收液。此操作在單元的產(chǎn)生區(qū)進(jìn)行。濃縮后的吸收液稀釋吸收液，進(jìn)行熱交換后回流到吸收區(qū)。
高壓蒸氣冷卻水進(jìn)行熱交換而凝結(jié)成液體，而此液體可再回流至蒸發(fā)區(qū)。
根據(jù)這種傳統(tǒng)的單效率吸收冷凍法所制造的冷卻水，溫度限制在40°F。該限制是由于使用冷卻水及溴化鋰結(jié)晶的緣故。
在本發(fā)明的方法中，第一水蒸氣是在第一壓力下被吸收液吸收的，而此吸收液含有水以及其它非揮發(fā)性溶質(zhì)，如溴化鋰，氯化鋰或氯化鈣，其壓力實(shí)質(zhì)上相同，但溫度略高于純水的飽和溫度。在吸收操作過(guò)程中所釋放的熱量被傳送到純水，從而在第二壓力下產(chǎn)生第二蒸氣，其壓力高于第一蒸氣的壓力。吸收操作后，吸收液被稀釋。第一蒸氣的吸收，第二蒸氣的產(chǎn)生及吸收液的稀釋，可統(tǒng)稱為根據(jù)吸收液稀釋所造成的蒸氣加壓操作。該蒸氣加壓?jiǎn)卧袃煞N形式，即A式單元及B式單元。本發(fā)明的方法及裝置，也可進(jìn)行非水溶液溶劑的蒸氣加壓。
在A式系統(tǒng)中，蒸氣的加壓是依靠垂直熱交換板兩側(cè)的液膜而形成的。一側(cè)(第一區(qū))的液膜由吸收液形成，而另一側(cè)(第2區(qū))的液膜為純水。當(dāng)?shù)谝徽魵庠诘谝粔毫Φ牟僮鳁l件下與第一區(qū)的吸收液相接觸時(shí)，第一蒸氣被吸收液吸收，而其吸收溫度是純水在吸收壓力時(shí)的飽和溫度。吸收操作所釋放出的熱經(jīng)垂直熱交換板傳送到純水所形成的液膜，以氣化純水，而在第二壓力下產(chǎn)生第二蒸氣，且該第二壓力高于第一壓力。因此，第二蒸氣的純水飽和溫度高于第一蒸氣的純水飽和溫度。結(jié)果，第一蒸氣被吸收液所吸收，而吸收液則被稀釋，產(chǎn)生壓力比第一蒸氣高的第二蒸氣。A式單元可稱為雙重液膜單元。
B式系統(tǒng)具有第一程序區(qū)(第1區(qū))及第二程序區(qū)(第2區(qū))。熱交換線圈置于第一區(qū)中，而另一熱交換線圈則置于第二區(qū)中。第一蒸氣是在第1區(qū)中被吸收，在第2區(qū)中產(chǎn)生第二蒸氣。兩熱交換線圈相互連接而構(gòu)成一回路。而一泵用于在兩線圈中循環(huán)流動(dòng)熱交換介質(zhì)。此介質(zhì)帶走吸收的熱而釋放熱量以氣化純水。B式系統(tǒng)可稱為回路線圈單元。
在本發(fā)明的多效率吸收冷凍系統(tǒng)中，有多重的蒸氣加壓?jiǎn)卧?。第一蒸氣是在第一區(qū)中被第一吸收液所吸收，第一壓力則轉(zhuǎn)換成第二壓力;第二蒸氣在第二增壓?jiǎn)卧?，通過(guò)第二吸收液加壓成為第三蒸氣壓。如此進(jìn)行下去，可達(dá)到很高的溫度，從而可避免由于單效率吸收冷凍所升溫度所造成吸收液濃度過(guò)濃，并有結(jié)晶產(chǎn)生的情形。因此，該冷凍系統(tǒng)可執(zhí)行低溫操作，如真空冷凍操作、蒸餾冷凍操作、制冰、結(jié)晶塔、共融冷凍以及低溫凝結(jié)操作等。注意，該多效率吸收冷凍操作，可使用低級(jí)的熱源。
本發(fā)明是一種蒸氣加壓新方法，通過(guò)稀釋吸收液的操作來(lái)達(dá)到增壓的效果。此種系統(tǒng)有A式增壓?jiǎn)卧虰式增壓?jiǎn)卧?。A式增壓?jiǎn)卧鶊?zhí)行的操作稱為A式增壓操作;B式增壓?jiǎn)卧鶊?zhí)行的操作稱為B式增壓操作。


圖1是執(zhí)行蒸氣加壓操作的A式單元。由圖可知，吸收液與溶劑分別在直立的熱交換板的兩側(cè)形成液膜。第一蒸氣，由吸收液的液膜所吸收，而在溶劑液膜產(chǎn)生第二蒸氣。圖2為溴化鋰-水系統(tǒng)的平衡相圖。蒸氣加壓的操作條件由圖2表示。
圖3為蒸氣加壓操作的B式系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括第一程序區(qū)Z-1，其中，第一吸收液吸收第一蒸氣而形成為第二吸收液，第二蒸氣產(chǎn)生在第二程序區(qū)Z-2中。一循環(huán)熱交換介質(zhì)在兩程序區(qū)間循環(huán)，以便帶走吸收操作所釋放的熱量和供給氣化操作所需要的熱量。B式操作的操作條件則表示在圖4中。
圖5為傳統(tǒng)的吸收冷凍系統(tǒng)，其吸收液由水與非揮發(fā)溶質(zhì)如溴化鋰溶液構(gòu)成。圖6為其操作條件。該圖可用來(lái)表示傳統(tǒng)系統(tǒng)的性能極限。
圖7及圖9為A式蒸氣加壓操作的組合系統(tǒng)。此系統(tǒng)中，第一蒸氣經(jīng)A式增壓操作成為第二蒸氣，第二蒸氣被第二吸收液所吸收，且釋放的熱由一冷卻介質(zhì)，如水，在適當(dāng)溫度帶走。稀釋后的吸收液被再生，經(jīng)熱交換后回流，以便重復(fù)使用。兩吸收液可串聯(lián)、并聯(lián)或單獨(dú)使用。圖7系統(tǒng)是以串聯(lián)方式來(lái)使用;圖9系統(tǒng)為并聯(lián)方式。圖8及圖10為溴化鋰水溶液的相圖。圖7及圖9的操作條件分別表示在圖8和圖10中。
圖11是另一種A式系統(tǒng)，它有兩次蒸氣加壓操作，而稀釋后的吸收液分別被再生。此系統(tǒng)中，第一蒸氣經(jīng)第一次A式操作，產(chǎn)生第二蒸氣，第二蒸氣經(jīng)第二次A式操作后產(chǎn)生第三蒸氣。第三蒸氣的壓力相當(dāng)高，使其能直接冷凝成液體。此系統(tǒng)的操作條件表示在圖12中。
圖13為B式組合系統(tǒng)，第一蒸氣經(jīng)B式操作由第一吸收液所吸收，以便產(chǎn)生第二蒸氣。第二蒸氣再被第二吸收液所吸收。吸收操作所釋放的熱由適當(dāng)溫度的冷卻介質(zhì)所帶走。稀釋后的吸收液再生后可回流(循環(huán))使用。
圖14為一包含蒸氣吸收及結(jié)晶融解操作的多相轉(zhuǎn)換程序。在此系統(tǒng)中，由固-液-氣多相轉(zhuǎn)換操作所形成的第一蒸氣，經(jīng)A式蒸氣加壓操作，由第一吸收液所吸收后產(chǎn)生第二蒸氣。其壓力高于固相溶劑結(jié)晶的三相點(diǎn)壓力。第二蒸氣直接與溶劑結(jié)晶相接觸，使第二蒸氣凝結(jié)，而溶劑結(jié)晶融解成為液體。在此系統(tǒng)中為了維持操作，需要輔助冷卻系統(tǒng)。該輔助系統(tǒng)通過(guò)吸收一部分第二蒸氣成為(到)第二吸收液來(lái)完成的，而吸收釋放的熱量可由適當(dāng)溫度的冷卻介質(zhì)帶走。第一吸收液和第二吸收液可為相同的溶液。
(實(shí)施例)本發(fā)明所提供的方法是將低壓的第一蒸氣由吸收液所吸收后產(chǎn)生等量的高壓第二蒸氣，而操作時(shí)造成吸收液的稀釋。此增壓系統(tǒng)有兩種形式單元即A式單元和B式單元。A式單元可稱為雙液膜單元;B式單元可稱為回路線圈單元。A式單元所執(zhí)行的操作稱為A式增壓操作;B式單元所執(zhí)行的操作稱為B式增壓操作。
圖1為執(zhí)行A式操作的A式單元。此單元包括真空槽1，分隔板區(qū)2，它由多重垂直熱交換板所構(gòu)成，以使分隔成第一程序區(qū)3(第1區(qū))與第二程序區(qū)4(第2區(qū))。此單元有一組第一噴霧器5，它以噴霧方式使吸收液在垂直板的一側(cè)形成液膜6;此單元也含有一組第二噴霧器7，它以噴霧方式在第2區(qū)垂直板上形成水膜8。吸收液J01進(jìn)入噴霧器5，在P1壓力下吸收第一蒸氣，其溫度高于純水的飽和溫度。稀釋后的吸收液被排放為J10。水液L02被噴到垂直板上。吸收所釋放的熱量經(jīng)垂直板傳遞到水膜，以產(chǎn)生第二蒸氣V20，其壓力為P2。過(guò)量的水L20與L02匯流后，回流于單元中。第二蒸氣的壓力P2高于第一壓力P1。因此，此操作為A式蒸氣加壓操作。
圖2為溴化鋰溶液在不同濃度溫度下的蒸氣壓。不同壓力下的純水飽和溫度表示在Y軸上。圖上也顯示無(wú)水溴化鋰及含水溴化鋰的飽和線。
A式蒸氣加壓操作況狀況也表示在圖2上。第一蒸氣在第一壓力P1下進(jìn)入(上述單元)，如水平線9所示。吸收液J01的起始濃度及起始溫度為點(diǎn)10。當(dāng)吸收操作(過(guò)程)進(jìn)行時(shí)，吸收液的濃度降低。最后吸收液J10的濃度及溫度為點(diǎn)11。兩液膜有溫度差以便熱量傳遞。因此，水膜的溫度點(diǎn)12表示。第二蒸氣由點(diǎn)13表示。由圖可知，點(diǎn)13所示的第二蒸氣壓力P2高于點(diǎn)9所述代表的第一蒸氣壓力。此增壓操作可稱為蒸氣加壓操作，并伴隨著吸收液的稀釋來(lái)完成。
圖3為B式增壓?jiǎn)卧ㄕ婵詹?4，垂直分隔區(qū)15以及分割單元為第一程序區(qū)16(第1區(qū))及第二程序區(qū)17(第2區(qū))。第一噴霧裝置18將吸收液J01噴成霧狀，第二噴霧裝置19將水L02噴成霧狀。兩程序區(qū)間用熱交換回路線圈相連接，由泵20循環(huán)線圈內(nèi)的熱傳介質(zhì)。熱傳介質(zhì)M21進(jìn)入第一區(qū)后吸收其熱量而離開(kāi)此區(qū)作為M12。M12進(jìn)入第二區(qū)后釋放熱量以產(chǎn)生壓力為P2的第二蒸氣V20。M12冷卻成M21。一部分水乃進(jìn)入第二區(qū)，氣化成第二蒸氣;其余部分L20與補(bǔ)充水匯流后成為L(zhǎng)02可再使用。
圖4為溴化鋰水溶液的相圖，用來(lái)顯示B式增壓操作的操作狀況。第一蒸氣V01在第一壓力下進(jìn)入水平線21。起始吸收狀況是點(diǎn)22。吸收液被稀釋而吸收溫度降低。因此，最后狀況為點(diǎn)23。因?yàn)闊醾鹘橘|(zhì)在第1區(qū)中被加熱，而在第2區(qū)中溫度被降低，故所產(chǎn)生的第二蒸氣其溫度24低于最終吸收溫度23。注意，在B式系統(tǒng)中，23與24間的溫度差大于A式系統(tǒng)中11與12間的溫度差。因此，第二蒸氣壓25低于A式單元中的點(diǎn)13，雖然其進(jìn)料狀況相同。注意，B式單元的某些部分可由已商業(yè)化的傳統(tǒng)吸收冷凍系統(tǒng)獲得。
圖5為傳統(tǒng)的單效率吸收冷凍系統(tǒng)，而圖6為其操作狀況。此系統(tǒng)包括第一真空槽26和第二真空槽27。第一真空槽內(nèi)含有分隔板28，將該槽分成第一程序區(qū)29(第1區(qū))及第二程序區(qū)30(第2區(qū))。在此二區(qū)內(nèi)有熱交換線圈31、32以及兩噴霧器33、34。第二真空槽內(nèi)含有分隔板，將槽內(nèi)分成為第三程序區(qū)37和第四程序區(qū)36。此二區(qū)也有熱交換線圈39、38。第二區(qū)的線圈32和第四區(qū)的線圈36互相連接成一回路。
第1區(qū)為蒸氣區(qū)，在此區(qū)中水L11及L41被噴霧而快速氣化以形成第一蒸氣V12，并冷卻線圈31。在一般的操作中，線圈內(nèi)的熱交換介質(zhì)M通常是約60°F的水，經(jīng)線圈冷卻成40°F的冷水。第2區(qū)為吸收區(qū)。第一蒸氣由噴霧的吸收液J32吸收。吸收操作所放出的熱由熱交換介質(zhì)M02帶走。被加熱的介質(zhì)M34離開(kāi)此區(qū)。稀釋吸收液J23，由泵40送到第3區(qū)以便再生。加熱介質(zhì)H03供給吸收液再生所需的熱量后，被冷卻成H30而離開(kāi)。在此步驟中，產(chǎn)生蒸氣V34和原始高濃度的吸收液。濃縮液與稀釋吸收液進(jìn)行熱交換(未示出)，并由泵40A送回到第2區(qū)，成為J32。蒸氣V34由冷卻介質(zhì)凝結(jié)。凝結(jié)液體L41被泵41A送回至第1區(qū)。冷卻介質(zhì)M02帶走第2區(qū)的吸收熱后變成M34，再被用來(lái)吸收第4區(qū)的凝結(jié)熱，并被排放出系統(tǒng)M40。在第1區(qū)所噴出的一部分水被氣化。其余的水分L11由泵41循環(huán)(回流)到第1區(qū)。第一蒸氣V12的壓力為圖6中的水平線42。第2區(qū)的起始吸收條件和最終吸收條件分別由點(diǎn)43和44所示。稀釋吸收液經(jīng)熱交換后，進(jìn)入再生區(qū)(第3區(qū))。再生區(qū)的起始及最終操作條件分別由點(diǎn)45和點(diǎn)46所示。
單效率吸收冷凍的升溫度有限是因其受溴化鋰結(jié)晶及冷卻水的限制。為能將熱量排放到90°F的冷凍水中，吸收溫度必須約為110°F。然而，為能在1.81torrs下吸收第一蒸氣，吸收溫度必須小于60°F，以避免水合溴化鋰結(jié)晶的產(chǎn)生。使用本發(fā)明的多效率吸收冷凍系統(tǒng)，即可避免此種問(wèn)題。
圖7為A式增壓的雙效率吸收冷凍系統(tǒng)。由圖1，5，7可知，圖7的系統(tǒng)為圖1的A式增壓裝置與圖5的傳統(tǒng)吸收冷凍系統(tǒng)的結(jié)合。此系統(tǒng)包括第一真空槽47及第二真空槽48。在第一空槽內(nèi)，有兩個(gè)主垂直分隔板49、50以及多重垂直分隔板51，并有第一程序區(qū)52、第二程序區(qū)53、第三程序區(qū)54以及第四程序區(qū)55。第1區(qū)是第一蒸氣產(chǎn)生區(qū);第2區(qū)為吸收第一蒸氣的第一吸收區(qū);第3區(qū)為第二蒸氣產(chǎn)生區(qū);第4區(qū)為吸收第二蒸氣的第二吸收區(qū)。在第二真空槽中，有主分隔板56，將槽分成第五程序區(qū)57(第5區(qū))和第六程序區(qū)58(第6區(qū));第五區(qū)為產(chǎn)生區(qū);第六區(qū)為凝結(jié)區(qū)。在第2區(qū)中有第一噴霧裝置59，第3區(qū)中有第二噴霧裝置60，第四區(qū)中有第三噴霧裝置61。熱交換線圈62、63及64分別安置在第4區(qū)、第5區(qū)及第6區(qū)。泵65、66、67、68、69及70則用來(lái)循環(huán)各種流體。第2區(qū)有窄垂直分隔區(qū)71，而第3區(qū)也有窄垂直分隔區(qū)72。
第2區(qū)和第4區(qū)中有兩(種)吸收操作。因此，在此系統(tǒng)中的升溫度比傳統(tǒng)的單效率系統(tǒng)高出很多。操作時(shí)，進(jìn)料溶液L01進(jìn)入管第1區(qū)中，經(jīng)固-液-氣多相轉(zhuǎn)換操作而在第一壓力P1下產(chǎn)生第一蒸氣V12和固-液混合液K10。第一蒸氣被吸收液J42所吸收，而所釋放的熱量用來(lái)加熱水流L63+L33，并在第二壓力P2下產(chǎn)生第二水蒸氣。此增壓操作即為A式增壓操作。第二蒸氣V34被吸收液J54所吸收，而所釋放的熱由熱傳介質(zhì)M04帶走。稀釋后的吸收液73(J25)由泵65送到再生區(qū)(第5區(qū))，該溶液經(jīng)過(guò)加熱介質(zhì)H05蒸發(fā)后產(chǎn)生濃縮吸收液77(J54)，它與溶液J25進(jìn)行熱交換后由泵66送至第4區(qū)。稀釋吸收液76(J42)由泵67送至第2區(qū)。水液L63+L33的一部分氣化成第二蒸氣V34，其余的液體L33由泵68循環(huán)(送回)至第3區(qū)。再生器所產(chǎn)生的蒸氣V56被冷凝;凝結(jié)液L60的一部分由泵69排放出系統(tǒng)。其余的凝結(jié)液L63由泵70送回到第3區(qū)。
在此系統(tǒng)中有兩個(gè)吸收操作，且吸收液稀釋后經(jīng)過(guò)再生而濃縮。圖7為該串聯(lián)裝置，濃縮吸收液J54進(jìn)入第4區(qū)，由吸收第二蒸氣V34稀釋為J42，再進(jìn)入第2區(qū)吸收第一蒸氣V12，再被稀釋成J25，然后進(jìn)入再生區(qū)中以便再生。
兩次吸收操作和再生操作的操作狀況如圖8所示。第一蒸氣V12的壓力為水平線81。第2區(qū)內(nèi)起始和最終吸收狀況分別由點(diǎn)82和83所表示。第二蒸氣在83A溫度下產(chǎn)生，而第二蒸氣的狀況由點(diǎn)84所示。第二蒸氣在第二吸收操作吸收。第二吸收操作的起始及最終吸收狀況，由點(diǎn)85及86所表示。二度稀釋的吸收液83經(jīng)過(guò)熱交換后在再生區(qū)中再生。其起始及最終操作狀況由點(diǎn)87及88所表示。吸收液的操作狀況，是由再生區(qū)的點(diǎn)87到88的第一步、在第4區(qū)85到86的吸收操作的第二步、以及在第2區(qū)82到83的吸收操作的第三步構(gòu)成一回路。
圖9的系統(tǒng)與圖7相似，它也包括兩槽47和48。圖上相對(duì)應(yīng)的部分用相同數(shù)字表示。因此，圖9的操作程序可參照?qǐng)D7，其中唯一的差別為吸收液流程的安排。圖9的系統(tǒng)中吸收液為并聯(lián)操作。濃縮后的吸收液分成J54和J52，它們分別進(jìn)入第4區(qū)和第2區(qū)。稀釋吸收液J45和J25經(jīng)熱交換后循環(huán)(回流)到再生區(qū)以便再濃縮。
圖9的兩吸收操作及濃縮操作狀況，如圖10所示。第一蒸氣的壓力為水平線89。第2區(qū)吸收操作的起始及最終狀況由點(diǎn)90和91所表示。第二蒸氣在溫度點(diǎn)91A產(chǎn)生。第二蒸氣的狀況如點(diǎn)92所示。第4區(qū)中的起始及最終吸收狀況由點(diǎn)93及94所表示。稀釋的吸收液91及94被回流到再生區(qū)。再生區(qū)的起始及最終狀況由點(diǎn)95及96所表示。
注意，在并聯(lián)裝置中，吸收液回流到再生區(qū)，則此串聯(lián)裝置的操作為低(濃度)的。因此，并聯(lián)裝置中的再生區(qū)的操作負(fù)荷較為溫和。人們可使用多效率蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)再濃縮該吸收液。
圖11表示兩A式增壓?jiǎn)卧到y(tǒng)，它也具有兩吸收區(qū)。兩稀釋吸收液在各個(gè)再生區(qū)被濃縮。此系統(tǒng)包括第一槽97、第二槽98及第三槽99。第一槽內(nèi)有產(chǎn)生第一蒸氣的第一程序區(qū)100(Z-1)，吸收第一蒸氣的第二程序區(qū)101(Z-2)，產(chǎn)生第二蒸氣的第三區(qū)102(Z-3)，吸收第二蒸氣的第四區(qū)103(Z-4)，產(chǎn)生第三蒸氣的第五區(qū)104(Z-5)，以及第三蒸氣凝結(jié)區(qū)105(Z-6)。第二槽內(nèi)有產(chǎn)生第一蒸氣的第七區(qū)106(Z-7)和第一蒸氣凝結(jié)區(qū)107(Z-8)。第三槽內(nèi)有產(chǎn)生第二蒸氣的第九區(qū)108(-9)和第二蒸氣凝結(jié)區(qū)(Z-10)。
操作時(shí)，第一蒸氣V12產(chǎn)生于第1區(qū)中;第一蒸氣經(jīng)第一次A式增壓操作，產(chǎn)生第二蒸氣V34;第二蒸氣經(jīng)第二次A式增壓操作，產(chǎn)生第三蒸氣V56;第三蒸氣由冷卻水在第6區(qū)冷凝。第一稀釋吸收液J27在第7區(qū)再生，并表示為J72;稀釋的第二吸收液J49在第9區(qū)再生并表示為J94。再生區(qū)所產(chǎn)生的蒸氣V78及V91。分別在第8區(qū)及第10區(qū)被凝結(jié)。
蒸氣的產(chǎn)生、吸收操作、以及吸收液的再生操作的操作狀況，表示在圖12。第一蒸氣V12的壓力為水平線110;第二區(qū)的起始和最終吸收操作狀況為點(diǎn)111和112;第二蒸氣的產(chǎn)生溫度為點(diǎn)113;第二蒸氣的狀況為點(diǎn)114;第四區(qū)的起始和最終吸收狀況分別為點(diǎn)115點(diǎn)116;第三蒸氣的產(chǎn)生溫度為117;第三蒸氣的狀況為118。第一稀釋吸收液的起始和最終再生狀況分別為點(diǎn)119和120;第二稀釋吸收液的起始和最終操作狀況分別為121和122。
圖13為B式增壓系統(tǒng)。此系統(tǒng)與圖7相似，只是將其A式操作改為B式操作，而其操作相類(lèi)似。
此系統(tǒng)具有第一槽123及第二槽124。第一槽包括第一區(qū)125(Z-1)以產(chǎn)生第一蒸氣，第二區(qū)126(Z-2)以吸收第一蒸氣，第三區(qū)127以產(chǎn)生第二蒸氣，第四區(qū)128以吸收第二蒸氣。第二槽內(nèi)有第五區(qū)130，是一再生區(qū)，第六區(qū)129為一凝結(jié)區(qū)在第2區(qū)、第3區(qū)以及第4區(qū)內(nèi)，分別有噴霧器131、132、133;此區(qū)域內(nèi)也有熱交換線圈134、135、136、137及138。泵139、140、141、142及143，且還流(循環(huán))其中的流體。由于此系統(tǒng)操作與圖七系統(tǒng)相類(lèi)似，故不再對(duì)其作詳細(xì)說(shuō)明。
圖14為伴隨有蒸氣吸收和結(jié)晶融解操作的多相轉(zhuǎn)換程序。系統(tǒng)中，由固-液-氣多相轉(zhuǎn)換操作所形成的第一蒸氣，經(jīng)A式蒸氣加壓操作，并由第一吸收液吸收而產(chǎn)生第二蒸氣，其壓力高于溶劑結(jié)晶的三相點(diǎn)壓力。第二蒸氣乃直接與固相溶劑結(jié)晶相接觸而凝結(jié)，同時(shí)結(jié)晶融解。此系統(tǒng)尚需要輔助冷凍系統(tǒng)，以吸收未完全凝結(jié)的第二蒸氣。此第二吸收液可與第一吸收液的溶液相同。
此系統(tǒng)包括第一槽145、第二槽146、以及第三槽147。第一槽為A式蒸氣加壓裝置，它含有產(chǎn)生第一蒸氣的第一區(qū)148(Z-1)、垂直板分隔區(qū)149、吸收第一蒸氣的第二區(qū)150(Z-2)、產(chǎn)生第二蒸氣的第三區(qū)151(Z-3)、結(jié)晶融解的第四區(qū)152(Z-4)以及吸收過(guò)量第二蒸氣的第五區(qū)153。第二槽包括吸收液再生的第六區(qū)154以及蒸氣凝結(jié)的第七區(qū)155。第三槽為清洗結(jié)晶的第八區(qū)(Z-8)。
此系統(tǒng)可執(zhí)行固-液-氣多相轉(zhuǎn)換程序。進(jìn)料溶液L01進(jìn)入第一區(qū)后，經(jīng)多相轉(zhuǎn)換操作而產(chǎn)生第一蒸氣V12以及固-液混合液K18。第一蒸氣經(jīng)A式增壓后，產(chǎn)生第二蒸氣V34。固-液混合液K18的結(jié)晶在第八區(qū)中清洗，而形成較濃的清洗溶液L80以及化的固-液混合物K84。第二蒸氣及K84在第四區(qū)中相接觸而凝結(jié)，同時(shí)結(jié)晶也融解以形成純化產(chǎn)物L(fēng)40。由于系統(tǒng)絕熱的不完全或熱交換的不完全，所產(chǎn)生的第二蒸氣常無(wú)法凝結(jié)。因此，過(guò)量的第二蒸氣V45必須由第二吸收液加以吸收，由冷卻介質(zhì)M05帶走所釋放的熱量，它用M05及M50標(biāo)示。稀釋的吸收液J26及由第五區(qū)所排放的吸收液J56在第六區(qū)中加熱介質(zhì)H06加熱再生，并用H06及H60表示。濃縮后的再生液分成兩部分J62及J65，分別進(jìn)入第2區(qū)及第5區(qū)以使再使用。蒸氣V67離開(kāi)再生區(qū)后，進(jìn)入第7區(qū)而由冷卻介質(zhì)冷凝，表示為M07及M70。
綜合，可如下結(jié)論
(1)吸收熱或凝結(jié)熱必須由冷卻介質(zhì)所移去。重要的是內(nèi)部冷卻介質(zhì)與外部冷卻介質(zhì)有差別。內(nèi)部冷卻介質(zhì)在系統(tǒng)中再生并循環(huán)使用。例如，圖7中的L63及L33，吸收第2區(qū)的吸收熱而氣化，產(chǎn)生的第二蒸氣在第4區(qū)被吸收后，在第5區(qū)被再生，在第六區(qū)凝結(jié)而回流(循環(huán))使用。外部冷卻介質(zhì)經(jīng)使用后不經(jīng)再生而回流排出系統(tǒng)之外，如(a)周?chē)諝猓?b)井水、湖水及河水，(c)從冷卻塔所循環(huán)的冷卻水等，它們的熱被排放到周?chē)諝庵小?br> (3)外部冷卻介質(zhì)可使用的溫度約在80°F至90°F之間，甚至可從，110°F至120°F。
(4)傳統(tǒng)的吸收冷凍系統(tǒng)可在40°F吸收熱量，而產(chǎn)生40°F的冷水，但無(wú)法制冰。本發(fā)明的系統(tǒng)可達(dá)到更低的溫度，因此，可制冰。
(5)“多效率”或“單效率”操作可同時(shí)蒸氣吸收操作和蒸氣加壓操作。圖3及圖1為單效率增壓操作。圖7及圖9為單效率增壓，但為雙效率蒸氣吸收。圖11的系統(tǒng)為雙效率增壓和雙效率蒸氣吸收操作。圖13為單效率增壓和雙效率蒸氣吸收操作。
權(quán)利要求
1.一種多效率吸收冷凍方法，其特征在于將溶劑蒸氣在第一壓力P1(具有對(duì)應(yīng)第一純?nèi)軇╋柡蜏囟萒1)下，通過(guò)溫度為T(mén)M的外冷卻介質(zhì)轉(zhuǎn)換成液體，而溫度TM高于第一蒸氣飽和溫度T1，且通過(guò)第一蒸氣的單效率或多效率增壓操作來(lái)達(dá)到，最終效率稱為N一次效率，一般效率稱為n一次效率，而離開(kāi)最終增壓操作的蒸氣被外冷卻介質(zhì)冷卻成液體，進(jìn)入以及離開(kāi)n一次效率的蒸氣稱為n一次蒸氣及(n+1)一次蒸氣，而n一次效率增壓操作所執(zhí)行的操作包括(a)第一步由含有溶劑及一種或多種低揮發(fā)性溶質(zhì)的吸收液，在(Ta)n的溫度下，以吸收壓力Pn、飽和溫度Tn的n一次蒸氣予以吸收，而(Ta)n實(shí)質(zhì)上高于n一次飽和溫度Tn。(b)第二步將n一次程序區(qū)的吸收操作所釋放的熱量傳送至(n+1)一次程序區(qū)，以產(chǎn)生壓力為Pn+1的(n+1)一次蒸氣，而Pn+1實(shí)質(zhì)上高于Pn壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中n-次效率的增壓操作是進(jìn)行在n-次程序區(qū)及(n+1)-次程序區(qū)內(nèi)，而此二區(qū)由垂直熱傳分隔板隔開(kāi)，其分隔板一側(cè)的n-次吸收液液膜吸收n-次蒸氣，而在另一側(cè)的溶劑液膜上產(chǎn)生(n+1)-次蒸氣。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中n-次效率的增壓操作是發(fā)生在n-次程序區(qū)及(n+1)-次程序區(qū)內(nèi)，而n-次程序區(qū)內(nèi)，有熱傳線圈，而(n+1)-次程序區(qū)內(nèi)也含有另一熱傳線圈，而這兩線圈相連接成一回路，而內(nèi)部熱傳介質(zhì)在其內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)，并將n-次區(qū)吸收n-次蒸氣所釋放的熱量傳送到(n+1)一次區(qū)者。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將最終效率(N一次效率)所產(chǎn)生的(N+1)-次蒸氣轉(zhuǎn)換成液體溶劑，而其步驟包括用N-次吸收液吸收(N+1)-次蒸氣，吸收熱釋放給外冷卻介質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將其最終效率(N-次效率)所產(chǎn)生的(N+1)-次蒸氣直接進(jìn)行冷凝操作，凝結(jié)成液體溶劑，而冷凝釋放的熱量由外冷卻介質(zhì)吸收。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該溶劑為水。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該溶劑為水。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該溶劑為水。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該溶劑為水，而增壓次數(shù)(N)為一。
全文摘要
本發(fā)明的方法中，第一水蒸氣被含有水及非揮發(fā)性溶質(zhì)(如溴化鋰)，的溶液所吸收，而吸收液的溫度高于同壓力下的純水飽和溫度。由吸收所放出的熱量，傳遞到純水以產(chǎn)生第二蒸氣，而其第二壓力高于第一蒸氣壓，由此稀釋該吸收液。第一蒸氣的吸收，第二蒸氣的產(chǎn)生及吸收液的稀釋，可統(tǒng)認(rèn)為稀釋吸收液所達(dá)到的蒸氣壓補(bǔ)強(qiáng)操作。本發(fā)明的方法及裝置也可以執(zhí)行非水溶液溶劑的蒸氣加壓。
文檔編號(hào)B01D9/04GK1056564SQ91102888
公開(kāi)日1991年11月27日 申請(qǐng)日期1991年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月1日
發(fā)明者鄭建炎 申請(qǐng)人:鄭建炎