CA1137768A - Etape de desorption des pompes a chaleur et machines frigorifiques a absorption - Google Patents

Abstract

: Procédé perfectionné de désorption et d'échange de chaleur, utilisable dans les pompes à chaleur et machines frigorifiques à absorption, comportant une étape d'absorption d'une phase gazeuse de fluide de trabail (soluté) dans une phase liquide de solvant, fournissant une solution S, et une étape de désorption au moins partielle dudit soluté de la solution S par vaporisation, fournissant une phase gazeuse de soluté et une phase liquide de solvant, cette vaporisation s'effectuant avec apport de chaleur par échange indirect avec un fluide de chauffage extérieur, caractérisé en ce qu'une partie S1 de la solution S est vaporisée au moins partiellement, sur un intervalle de température croissant, par échange indirect de chaleur avec ledit fluide extérieur, dans une zone d'échange de chaleur, en ce que l'on sépare la vapeur résultante V' du liquide non-vaporisé L', en ce que l'on décharge ce dernier, en ce qu'on met en contact direct ladite vapeur V' à contrecourant avec une autre partie S2 de la solution S, pour désorber celle ci, en ce que l'on décharge séparément la phase vapeur V et la phase liquide L" résultant de ce contact à contre-courant, la phase vapeur V constituant la phase gazeuse désorbée de soluté et les phases liquides L' et L" déchargées constituant la phase liquide désorbée, et en ce qu'on envoie la phase liquide désorbée vers la zone d'absorption.

Description

1~1.377~k~

L'objet de la présente invention consiste à améliorer le fonctionnement des installations fonctionnant selon un cycle tritherme à absorption. De telles installations opèrent en fournissant de la chaleur a un milieu extérieur dans un inter-valle de température A, en prélevant de la chaleur d'un milieu extérieur dans un intervalle de température B et en échangeant de la chaleur avec un milieu extérieur dans un intervalle de température C. On peut distinguer deux cas.
Dans le premier cas (appelé par la suite cas 1) l'intervalle de température B se situe au moins en partie au dessus de l'intervalle de température A et le dispositif prélève de la chaleur dans l'intervalle de température C qui se situe au moins en partie au dessous des intervalles de tempé- !
rature A et B: un tel dispositif peut fonctionner soit en machine frigorifique si l'intervalle de température C est situé
au dessous de la température ambiante soit en pompe à chaleur si l'intervalle de température C se situe au niveau ambiant ou au dessus. Dans ce cas on fournit dans l'intervalle de tempé-rature A une quantité de chaleur Q2 supérieure à la quantité
de chaleur Ql reçue dans l'intervalle de température B en pré-levant une quantité de chaleur Q2 ~ Ql dans l'intervalle de température C. Dans le deuxième cas (appelé par la suite cas

2) l'intervalle de température B se situe au dessous de l'in-tervalle de température A et le système cède de la chaleur dans l'intervalle de température C qui se situe au dessous des intervalles de température A et B: c'est le cas du thermo-transformateur faisant l'objet du brevet français 2321098 d~ l'Institut Fra~çais du P~txole, demande le 28!09~78(EN
7525598). Dans ce cas on.fournit dans l'intervalle de tem-pérature A ùne quan.tité de chaleu~ Q2 inférieure à la quantité :
de chaleur.Ql reçue dans i'intervalle ~e température B en cédant une quantité de chaleur Q2-Ql dans l'intervalle de température C.

C

1~3~8 Dans la suite on désignera par pompe à chaleur ~
absorption tout dispositif ne prélevant de la chaleur qu'au dessus de la température ambiante et répondant à la définition générale précèdente que ce soit dans le cas 1 ou dans le cas 2.
Dans les deux cas, cas 1 et cas 2, le cycle comprend au moins une étape d'absorption au cours de laquelle une phase gazeuse d'un fluide de travail qui joue le rôle de soluté est mise en contact avec une phase liquide utilisée comme solvant et une étape de désorption au cours de laquelle la solution obtenue au cours de l'étape d'absorption redonne une phase liquide appauvrie en soluté et une phase gazeuse riche en soluté.
Relativement aux dessins qui illustre l'invention:
Les figures la et lb représentent deux modes connus de réalisation d'une etape de desorption.
La figure lc représente un mode de desorption conforme à l'invention.
Les figures 2 et 3 représentent chacune un schéma complet de~mise en fonctionnement d'une machine thermique, incluant le mode de désorption nouveau de l'invention.
L'étape de désorption est réalisée habituellement en faisant arriver la solution S obtenue au cours de l'etape d'absorption dans une enceinte chauffée par échange à contact indlrect avec un fluide extérieur en obtenant une phase liquide L appauvrie en soluté et une phase vapeur V enrichie en soluté
selon la disposition représentée sur la figure la. Lorsque la phase solvant utilisée est elle-même volatile, il est courant dans les machines frigorifiques à absorption de recti-fier la phase vapeur V en la condensant au moins en partie, - en renvoyant a titre de reflux une partie de la phase liquide condensée et en réalisant un contact à contre-courant entre la phase vapeur V et le reflux, par exemple dans une colonne à plateaux.

-3-- 1~3776~

Pour reduire les entrainements de phase solvant dans la vapeur V il est possible d'operer selon la disposition re-presentee sur la figure lb. La solution S est introduite au haut d'une zone de contact à contre courant et on génère une phase vapeur V' en fond de cette zone de contact par vaporisation d'une partie de la phase liquide L"' soutirée du bas de ladite zone. Cette dernière est constituee par exemple par des plateaux tels que ceux utilisés couramment en distillation ou en absorption. En contactant la solution S dans cette zone à
contre courant, la vapeur s'enrichit en solute et s'appauvrit en solvant tandis que la solution s'appauvrit en soluté et s'enrichit en solvant. La phase liquide appauvrie en soluté L
est soutirée du vaporiseur W. Le problème apparaît clairement en considérant la désorption d'une solution ammoniacale.
Si l'on opère selon la disposition représentée sur la figure la, en se plaçant ~ une pression de 8 kg/cm et pour une solution contenant 50 % en poids de NH3, on observe l'évo-lution suivante des concentrations en phase liquide L et en phase vapeur V en fonction de la température.

Température C 54,2 71,3 85,7 102,8 142,4 Fraction poids NH3 0,5 0,4 0,25 0,25 0,09 en phase liquide Fraction poids N~3 0,99 0,97 0,94 0,88 0,5 en phase vapeur On constate qu'en augmentant la température on obtient une phase ]iquide contenant de moins en moins d'ammoniac mais que la quantité d'eau entrainée en phase vapeur augmente rapi-dement. En particulier à 142,4 C la solution va se vaporiser entlèrement~
Au contraire, en operant selon la disposition repré-sentee sur la figure lb il est possible de maintenir la vapeur -3a-.~ ~

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V sortant de la zone de contact a contre-courant a une concen-tration proche de celle qui correspond a l'équilibre avec la solution initiale c'est-~-dire 99 % d'ammoniac en fraction poids pour une pression de 8 kg/cm et une solution contenant 50 % en poids de NH3, tout en obtenant une phase liquide L dont la concentration en ammoniac correspond à la temperature de chauf-fage en fond de la zone de contre-courant ce qui permet une désorption poussée. Une telle disposition est décrite en par-ticulier dans le brevet français precite.
Toutefois cette disposition necessite de fournir toute la chaleur nécessaire à une température voisine de la température de saturation de la phase liquide L quittant la zone de contact à contre-courant, température d'autant plus élevée que la desorption est poussée.
En générale, la présente invention propose un procédé
perfectionné pour faire fonctionner une pompe à chaleur à
absorption ou un réfrigérateur à absorption comportant les étapes suivantes:
(a) on réalise dans une zone d'absorption un contact direct entre une phase vapeur de soluté V"
résultant de l'étape (e) et une phase liquide renfermant une phase liquide L" résultant de l'étape (c) et éventuellement une phase liquide L' resultant de l'etape (b), ladite phase liquide constituant un solvant pour la phase vapeur de soluté V" , en obtenant une solution S, (b) on divise la solution S en une premiere fraction Sl et une deuxieme fraction S2 et on envoie la première fraction Sl de la solution S à une zone de chauffage indirect dans laquelle la premiere fraction Sl est vaporisée par echange de chaleur indirect avec un fluide de chauffage -3b-B

~3~76~t91 extérieur, en obtenant une phase vapeur V' et éventuellement une phase liquide residuelle L', que l'on sépare, la phase liquide L' étan-t renvoyée à l'étape (a ?, (c) on réalise un contact direct a contre-courant entre la phase vapeur V' resultant de l'étape (b) et la deuxième fraction S2 de la solution S
dans une zone de désorption et on recueille séparément une phase vapeur V et une phase liquide L" , la phase liquide L" é-tant renvoyée à
l'etape (a), (d) on envoie la phase vapeur v résultant de l'é-tape (c) à une zone de condensation à refroidissement exterieur, dans laquelle la phase vapeur V est condensee en cedant de la chaleur à un fluide de refroidissement exterieur, en obtenant ~ne phase C de condensation, (e) on envoie la phase C de condensation à une zone de vaporisation à chaufEage exterieur dans laquelle la phase C de condensation est vaporisee au moins partiellement en prelevant et en obtenant une phase vapeur V" , la phase vapeur V" étant renvoyée a l'etape (a?, et le reliquat non-vaporisé éventuel de la phase C de condensation~
étant envoyé au moins en partie a l'etape (b) et/ou à l~étape (c).
Selon la présente invention, il est possible de malntenir une concelltration en ammoni~c elevée en phase vapeur tout ~l3 7~i8 en fournissant la chaleur nécessaire dans un intervalle de temperature beaucoup plus large que dans le cas de la disposition schématisée sur la figure 1b, ce qui permet d'utiliser pour le chauffage de l'installation des rejets thermiques c~nsdes cas pour lesquels celà serait impossible selon la disposition de la figure lb.
Le perfectionnement selon l'invention à l'étape de désorption des pompes à chaleur et machines frigorifiques à absorption, illustré par la figure lc, com-prend l'envoi d'une première fraction S1 de la solution S soumise à l'étape de désorption à une zone de chauffage et de vaporisation E dans laquelle la solution S1 est chauffée et vaporisée progressivement suivant un intervalle de température ~ entre une température initiale Ti et une température finale Tf par échange de chaleur avec un fluide extérieur à la zone de désorption en produisant une phasevapeur V' et éventuellement une phase liquide L' que l'on sépare l'une de l'autre et l'envoi d'une deuxième fraction S2 de la solution S à une zone de désorption D
dans laquelle on réalise un contact entre la fraction S2 et la phase vapeur V' en obtenant une phase liquide L", les phases L' et L~ formant la phase L quL est recy-clée à l'étape d'absorption.
La solution S1 peut être complètement vaporisée~L' n'existe alors pas) et, dans ce cas la phase L est entièrement recueillie à la sortie de la zone D.
Bien que l'on préfère, comme illustré par la figure 1c, que S1 et S2 soient deux fractions, de composition identique, de la solution s soumise à l'éta?e de désorption, on peut aussi introduire la totalite de la solution S à la par~iesupérieure de la zone D (S2 = S) et former la solution Sl par prélèvement p~rtiel de phase liquide Sl à un niveau intermédiaire de la zone D ~51 = S1)- Cette der-nière disposition est toutefois, dans la plupart des cas, d'autant moins avanta-geuse que le prél~vement est effectué à un point plus bas de ladite zone D.
La solution soumise à l'étape de désorption est généralement constituée par au moins une partie de la solution obtenue au cours de l'étape d'absorption,ce qui ne signifie pas qu'elle ne puisse comprendre d'autres fractions liquides.C'est ainsi, par exemple, que lorsque la vapeur sortant de la zone de désorption est condensée à une pression voisine de la pression de la zone de désorption,éventuellement après mélange avec une fraction liquide, et que la s~uti~
ainsi obtenue est partiellement vaporisée à une pression voisine de la pression de la zone d'absorption pour constituer la phase vap~ur qui est envoyée à la zone d'absor~tion, la phase liquide résiduelle provenant de la dite vaporisation peut atre en partie ou en totalité envoyée à la zone de désorptio~ pour former une par~
tie de la solution S.
Par fluide extérieur à la zone de désorption, on entend soit un fluide extérieur ~ la machine frigorifique ou pompe à chaleur comorenant l'étape d~ désorp-tion perfectionnée selon l'invention et cédant de la chaleur, ~oit un fluide circu-lant au cours d'une autre étape dans la même machine frigorifique ou pompe ~ chaler 1~3~7~8 par exemple au cours de l'étape d'absorption.
Lorsque la solution S1 arrive à une température inférieure ou égale ~ satempérature de bulle elle commence à se vaporiser à la température de bulle. L'in-tervalle de vaporisation peut être choisi en fonction de la température d'arrivée du fluide extérieur de chauffage. Lorsque cet intervalle augmente, la fraction va-porisée augmente. Le plus large intervalle correspond à une vaporisation complète, la température de fin de vaporisation étant alors égale à la température de rosée de la vapeur ayant la même composition que la solution initiale.
C'est ainsi qu'en considérant à titre d'exemple le cas d'une solution ammoniacale contenant SO ~ en poids de NH3 à une pression de 8 kg/cm2, l'intervalle ~ sera compris entre une température initiale Ti de 54,2 C et une température finale Tf comprise entre 54,2 et 142,4 C.
Il est donc possible de fournir la chaleur nécessaire sur un intervalle de température très large alors que dans le cas de la disposition représentée sur la figure 1b, pour obtenir une phase liquide et une phase vapeur ~ des compositions semblables à celles qui sont obtenues par le procédé selon l'invention, toute lachaleur doit être fournie à une température voisine de la température Tf.
Le procédé selon l'invention permet ainsi de valoriser de la chaleur dis-ponible sur un large intervalle de température ou encore de réaliser la fourniture ZO de chaleur avec un écart de température moyen plus important et une surface d'é-change de chaleur plus réduite.
Lorsque la zone de désorption fonctionne à une pression inférieure ~ la pression de la zone d'absorption, la solution S1 est détendue avant son passage dans la zone de chauffage E et si sa température avant détente est supérieure ~ la température de bulle après détente, il est avantageux de sous-refr~r ~ solution S1 avant détente de manière à bénéficier de l'intervalle de vaporisation le pluslarge possihle. Pour sous-refroidir la solution S2, il est possible, par exemple, d'effectuer avant détente un échange thermique avec une fraction de cette meme solution se vaporisant après détente. Une telle disposition est présentée dans l'exemple 2 illustré par la figure 3.
En opérant selon la disposition illustrée par la figure 1c, il est pos-sible d'atteindre en fin de vaporisation une température correspondant à la tempé-rature de rosée d'une vapeur ayant meme composition que la solution initiale. Ilen résulte un niveau de concentration en soluté correspondant au liquide saturé en équilibre avec une telle vapeur, qui représente la limite inférieure que peut at-t~indre la concentration en solutë dans la phase L.
La modification de l'étape de désorption et d'échange de chaleur décrite ci-dessus ne modifie pas les autres étapes du procédé et peut s'insérer dans tout dispositif de pompe à chaleur et machine frigorifique à absorption. En particulier l'étape d'absorption peut mettre en jeu les différcnts modes de contact connus 1~37'7t~t'3 entre la phase vapeu~ formant le s~ute et la Phasç liquide formant le solv~nt et notamme~t le mode de contact décri~ dans le brevet français n 2.437.588 de l'Institut de P~troie (i.e.
la demande de brevet français 7828170 du 29 septem~re 1978), cons~stant a réaliser dans la zone d'absorption un contact a contre-courant entre ia phase vapeur ~ormant le solute et une partie de la phase liquide formant le solvant, llautre partie étant mélangée avec la phase vapeur sortant de la zone d'fichange à contre-courant.
Les principales étapes du procéde, correspon-dant à la disposition représentée sur la figure lc, sont donc de préférence les suivantes:
(a) on réalise dans une zone d'absorption un contact entre une phase gazeuse constituant le soluté et une phase liquide constituant le solvant, en obtenant une solution S, (b) on envoie une premiere fraction Sl de la solution S a une zone de chauffage dans laquelle elle est vaporisée au moins par-tiellement par échange de chaleur avec un fluide extérieur a la zone de désorption, (c) on réalise un contact fi contre-courant entre la phase vapeur résultant de l'étape (b) et une deuxiame franction S2 de la solution S, (d) on condense la phase vapeur résultant de l'étape (c) en cédank de la chaleur a un fluide extérieur, (e) on vaporise au moins partiellement la solution résultant de l~étape (d) en prélevant de la chaleur sur un fluide extérieur et (f) on recycle a la zone d'absorption la phase vapeur résultant de l'étape (e) et la phase liquide résult~nt des étapes (b) et (c).
Il est généralement avantageux, pour valoriser au mieux les calories servant a effectuer la vaporisation de la solution ~1~ de réaliser l'échange de chaleur correspondant suivant un mode de contact aussi proche que possible du contre-courant.

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Les niyeaux the~miques des fluides extérieurs ave~ lesq~els s'effectuent ~es éc~n,ge~ t4e~iques So~t di~fexents dans les cas 1 et 2 ment~onnes précedemment.
Dans le cas 1, lléta~e dlabsorption e~t réalisée a une pression au plus égale ~ la pression de la zone de desorp-t~o~ en f~u~nissant de la c~aleur ~ un ~luide exterieur dans un intervalle de temperature ~ et en obtenant une solution S qui est déso~bée en prélevant de la chAleur ~ un ~luide extéx~eur dans un intervalle de température B et en produisant une phase vapeur ~ui est condensée au moins partiellement a une pression voisine de la pression de la zone de désorption en fournissant de la c,haleur ~ un fluide extér~eur dans un ~ntervalle de température A, revaporisée au moins par~iel~ement a une pression voisine de la pression de la zone d~absorption en prélevant de la chaleur Q un ~lui~e ex~érieur dans un intervalle de température C~et recyclée ~ la zone d'absorption.
' Une disposition préférée coxrespondant ~ ce cas consiste (1) a détendre e* ~ vaporiser à un premier nl~eau de pression au molns une partie du fluide frigorlg~ne liquide ,' ~ormant le soluté, dans un éc~angeur, en prélevant ~

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113~ 8 de la chaleu~ sur un fluide extérieur, et 3 échanger de la chaleur entre la phase vapeur formée par ledit fluide frigorigéne vaporisé et la phase liquide formée par ledit fluide frigorigène avant détente, (2~ 3 absorber ce fluide frigorigène dans une phase liquide formée par la solu-tion pauvre provenant de la zone de désorption, la cha~eur d'absorption étant transmise à un fluide extérieur tel que l'eau ou l'air dans un échangeur, (3~ à pomper la solution riche ainsi obtenue pour l'amener 3 un second niveau de pression voisin de la pression existant dans la zone de désorption, 3 échanger de la chaleur entre ladite solution riche et la solution pauvre provenant de la zone de désorption, (4~ à partager ladite æolution riche en deux fractions 51 et SZ, 3 érhanger de la chaleur entre la fraction 5 l et la solution pauvre provenant de la zone de désorption, (5~ 3 vaporiser au moins partiellement la fraction 51 dans un échanger en prélevant de la chaleur sur un fluide extérieur, (6~ 3 envoyer le mélange liquide-vapeur ainsi obtenu dans le fond de la zone de désorption, (7) à envoyer la fraction 52 dans la zone de désorption en un point de celle-ci situ5 au-dessus d'une ~one de stripping dans laquelle le fluide frigorigène contEnu en solution dans la fraction 52 est au moins partiellemant désorbé par la phase vapeur provenant du fond de la zone de désorption par contact direct 3 contre courant, (3) à rectifier la phase vapeur sortant de ladite zone de stripping dans une zone de rectification située au-dessus du point d'introduction de la fraction 52, en réalisant un contact direct 3 contre courant entre la phase vapeur et un reflux liquide, (9~ 3 condenser la phase vapeur sortant de la zone de rectification en transmettant la chaleur de condensation, dans un échangeur, à un fluide extérieur tel que l'eau ou l'air, (10~ à renvoyer une partie de la phase liquide ainsi obtenue 3 l'étape 9, en tant que reflux, la fraction restant étant recyclée à l'étape (l), et (11~ à soutirer de la ~one de désorption une solution pauvre et à la renvoyer à l'étape (2~.
Dans le cas 2 l'etape d'a~sorpti.on est réalisée ~ une pression au moins égale à la pression de la zone de d~sorption en fournissant de la chaleur ~ un nuide extérieur dans un intervalle de température A et en obtenant une solution qui est désorbée en prélevant de la chaleur à un-fluide extérieur dans un inter-.

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valle de temp~rature B e~ en produisant une phase vapeur qui est condens~e au ! ~ins partiellement ~ une pression voisine de la pression de la zone de désorp-tion en fournissant de la chaleur ~ un fluide extérieur dans un intervalle de te~pérature C, revaporisée au moins partiellement à une pression voisine de la presqion de la zone d'absorption en prelevant de la chaleur ~ un fluide extérieur ~ un ni~eau de température B et recyclée à la zone d'absorpti~n.
Une disposition préférée correspondant à ce cas consiste t1~ ~ condenser la phase vapeur provenant d'une zone de désorption en présence d'un appoint liquide en cédant de la chaleur 3 un fluide extérieur tel que eau ou air dans un échangeur à un premier niveau de presgion après avoir échangé de . la chaleur avec la phase liquide provenant dudit échangeur, ; (2~ à pomper ladite phase liquide pour l'amener à un deuxième niveau de pression voisin de la pr:ession existant dans la zone d'absorption, (3~ à vaporiser 3U moins partiellement ladite phase liquide en prélevant de la chaleur sur un fluide extérieur après avoir échangé de la chaleur comme indiqué
au cours de l'étripe (1~,

(4) à séparer la phase vapeur et la phase liquide,

(5) à envoyer à l'étape (1) une partie de la phase liquide provenant de l'étspe (4~, aprr~s détente, comme appoint liquide 3 la phase vapeur provenant de la zone de désorption,

(6) à mélanger la fraction restante avec la solution riche provenant de l'étape d'absorption, : (7) ~ prérefroidir le mélange ainsi obtenu par échange de chaleur avec une première fraction dudit mélange qui est détendue et vaporis~e au moins part.ielle-ment, (8) à partager le mélange provenant de l'étape (7) en trois fractions F1, F2 et F3 dont la première F1 permet par vaporisation d'effectuer le prérefroidissement comme décrit au cours de l'étape (7~, le mélange liquide vapeur obtenu étant envoyé
en fond de la zone de désorption, dont la seconde F2 forme la fraction 52 qui est détendue et envoyée en tête de la zone de désorption et dont la troisi~me F3 forme la fraction 51 qui est détendue et vaporisée au moins partiellement en prélevant de la chaleur sur un fluide extérieur, le mélange liquide-vapeur obtenu , étant envoyé en fond de la zone de désorption, (9) à realiser dans la zone de désorption un contact direct à contre-courant entre la phase liquide et la phase vapeur en recueillant en fond de la ,.one de désorption une solution pauvre, ; - 8 -.

- 1~37~

(10) à effectuer une étape d'absorption En msttant en contact la solution pauvreprovenant dP l'étape (9) et la phass vapeur provenant de l'étape (4) et en obte~ant une solution riohe, et (11) à recycler la solution riche provenant de l'étape (10) ~ l'étape (6).
L'étape d'absorption peut être réalisée en mélangeant directement la phase vapeur provenant de l'étape (4) avec la solution pauvre provenant de l'étape (9) et en cédant la chaleur d'ab~orption à un fluide extérieur tel que eau ou air. Il est ~galement possible d'effectuer cette étape d'absorption en effectuant un contact à contre-courant entre une premi~re ~raction de la phase liquide résultant de l'étape de désorption, en mélangeant la phase vapeur résul-tant dudit contact à contre-courant avec une deuxième fraction de ladite phese liquide, sn cundensant le mélange liquide vapeur ainsi obtenu et en fournissant eu cours de la condensation dudit mélange de la chaleur 3 un flulde extérieur Il est bien évident que chacun des échanges de chaleur précedemment dé-finis peut 8tre effectué en une ou plusieurs étapes, chacun des échanges s'effec-tuant soit avec un fluide extérieur unique soit avec plusieurs fluides. De même les échanges thermiques peuvent s'effectuer à différents niveaux de température se situant dans un même intervalle. Par exemple dans lescas 1 et 2 les deux ~changes s'effectuant dans l'intervalle B ne mettent pas forcément en jeu des tem-p~ratures égales.
Dans certains cas, et notamment certains cas de production de froid, il~st nécessaire de disposer à la sortie de la zone de d~sorption d'une phase vapeur pratiquement pure en constituant formant le soluté au cours de l'étape d'absorption Dans ce cas il est nécessaire de prévoir au-dessus de la zone de désorption une 20ne de rectification, la rectification étant réalisée par contact à contre-courant.
par exemple dans une colonne à plateaux, entre la phase vapeur sortant de la zone de désorption et une partie de la phase liquide résultant de la condensation de la vapeur sortant de ladite zone de rectification.
L'invention s'applique tout particulièrement au cas où le soluté est de l'ammoniac et le solvant de l'eau. Toutefois d'autres solutés et d'autres solvants peuvent être utilisés purs ou en mélange.
Le solvant peut également être un solvant organique tel que la diméthyl-formamide, le diméthylsulfoxyde, la N-méthylpyrrolidone, le tétraéthylène glycoldiméthyl éther, le tributyl phosphate, l'éthylène glycol, le diéthylène glycol, l'alcool benzylique ou l'~niline ou encore un hydrocarbure choisi par exemple p8rmi les hydrocarbLres paraffiniques.

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1~377fi~

Le solut~ (dont la temperature d'ébullition ou de sublimation est infé-rieure à celle du solvant) peut être, outre l'ammoniac, un hydrocarbure tel que propane, butane, pentane ou un hydrocarbure halogéné tel que le difluorochloromé-thane, le fluorodichloromethane ou le difluorodichlorométhane, à condition d'ê~re soluble dans le solvant, la dissolution se faisant avec dégagement de chaleur.
De manière générale tout couple soluté solvant peut convenir à condition que les produits utilisés soient stables chimiquement dans les conditions de tem-pérature et de pression auxquelles on opère, que le soluté et le solvant puissent être vaporisés purs ou en mélange dans les conditions de température et de press~n lo auxquelles on opere, la volatilité du soluté étant toutefois supérieure ~ ceIe du solvant,et que le soluté se dissolve dans le solvant avec dégagement de chaleur.
La pression de la zone ~e désorption sera de préférence comprise entre 1 et 20 bars.
La fraction de solution S1 représente avantageusement 10 ~ 90 ~0 et de préférence 10 ~ 70 ~ de la solution S, le complément constituant la fraction S2.La température du fluide extérieur ~ la zone de désorption,qui fournit la chaleur nécessaire ~ la vaporisation de la solution S1,se situe dans un inter-valle de température compris entre 0 et 200 C et de préférence entre 50 et 1500c.
Les étapes d'absorption et de désorption sont menées de préférence dans des colonnes du type de celles qui sont le plus fréquemment utilisées en génie chimique pour mener ce genre d'opérations mais d'autres dispositifs, en particu-lier des dispositifs comportant une agitation mécanique, peuvent être utilisés.
Les mélanges effectués entre une phase gazeuse et une phase liquide peu-vent être réalisés soit par simple mélange en ligne, soit dans une enceinte compor-tant une agitation mécanique, soit encore dans une zone de contact du type ~ ruis-sellement,~ plateaux ou ~ garnissage. Lesdits mélanges et la fourniture de cha-leur par condensation au moins partielle des dits mélanges peuvent être opérés soit ~uccessivement, la zone de méla~ge étant distincte de l'échangeur dans lequel 1~ chaleur est fournie à l'extérieur, soit simultanément, par exemple en réalisa~
le mélange dans un ballon pourw d'un échangeur de refroidissement.
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Des modes de réalisation de l'invention sont illustrés par les iigures2 et 3. Les exemples 1 et ~ illustrent l'invention. Par mesure de simplification les figures 2 et 3 sont décrites en relation avec les exemples 1 et 2 mais leur portee demeure générale et ne doit pas être interprétée comme limi~ée aux valeurs préci-sées dans lesdits exemples.

-- 1 o --~l3~7~8 emple 1 L'exemple est illustré par la figure 2. Il s'agit d'un dispositif corres-pondant au cas désigné précédemment comme étant le cas 1.
Par le conduit 1 on fait arriver dans la colonne à plateaux C1 un débit de 9 T/h d'un mélange liquide vapeur dont la composition est la suivante en frac-tions poids :
~ = 47 40 53 ~ qui En fond de colonne C1 la fraction liquide et la fraction vapeur,~repré-sente 4,2 T/h,se séparent. La fraction liquide se mélange avec le liquide sortantdu premier plateau situé au-dessus du fond de la colonne et la fraction vapeur est envoyée aux plateaux.
La colonne C1 comporte 11 plateaux et fonctionne à ùne pression de tête de 14 kg/cm2.
En tête on recueille une vapeur d'ammoniac dont la pureté est superieure à 99 ~. Cette vapeur est condens~e dans l'échangeur E101 par refroidissement jus-qu'a une température de 35 C ~ l'aide d'eau de refroidissement (dans l'in~ervalle de température A de la définition générale). Par l'échangeur E101 on évacue 1,16 x lo6 Kcal/h.
Le condensat est recueilli dans le ballon B1 et un débit de condensat représentant 10 ~ du condensat recueilli à la sortie de l'échangeur E101 est renvoyé par la pompe P2 et le conduit 3 à titre de reflux dans la colonne C1.
La fraction restante est envoyée par le conduit 4 à l'échangeur E103, d'o~ elle ressort par le conduit 5. Elle est alors détendue à travers la vanne V1 jusqu'à
une pression de 4 kg/om et se vaporise dans l'échangeur E107 à une température de - 3 C en refroidissant un fluide extérieur dans l'intervalle de température C de la définition générale. On évacue ainsi 1 x 106 Kcal/h. La vapeur d'ammoniac-est envoy~e par le conduit 6 à l'échangeur E103 d'où elle ressort par le conduit 7.
En mélangeant ,cette vapeur avec la solution arrivant par le conduit 8, on obtient un mélange d'eau et d'ammoniac contenant 47 ~0 en fraction poids d'ammo-niac. Ce mélange est condensé dans l'échangeur E102 par refroidissement jusqu'à
35 C à l'aide d'eau de refroidissement dans l'intervalle de température A de ladéfinition générale.
La solution obtenue sort de l'échangeur E102 par le conduit 9, est recueill~e dans le ballon B2, est reprise par la pompe P1, est envoyée ~ chan-geur E104 d'o~ elle ressort liquide par le conduit 10 à une température de 80 C.

_ 1 1 1~l3~ 3 ``

Vn débit de 9,45 T/h est envoyé par le conduit 11 ~ la colonne C1 au-dessus du cinquième plateau à partir du fond. La fraction restante est envoyée par le con-duit 12 à l'échangeur E105 d'où elle ressort par le conduit 13 à une temperaturede 100 C. Elle est alors envoyée à l'échangeur E106, dans lequel elle est progres-sivement vaporisée entre 100 et 140 C en récupérant de la chaleur sur un fluideextérieur qui-arrive par le conduit 14 à 150 C et repart par le conduit 15 à
110 C (Intervalle de température B de la définition générale). On fou~lit ainsiau dispositif 1,6 x 106 Kcal/h. En fond de colonne ~1 on récupère une phase liq~lide contenant 23 ~ en fraction poids de NH3,qui est envoyée par le conduit 16 A l'échan-geur E105,d'où elle ressort par le conduit 17,puis à l'échangeur ~104 d'où elle est envoyée par le'conduit 18 à la vanne de détente V2._emple 2 L'exemple est illustré par la figure 3.Il s'agit d'un dispositif corre~
pondant au cas désigné précédemment comme étant le cas ~.
Dans la colonne C6 on fait arriver par le conduit 68 un débit vapeur de 5,75 T/h dont la composition est la suivante en fractions poids :
: 80 ~0 H20 : 20 ~
La colonne C6 comporte 6 plateaux et fonctionne à une pression de tete de 20 kglcm . La phase vapeur arrivant par le conduit 68 est mise en contact dans la coloMe C6 avec une solution arrivant par le conduit 60 et conten.mt 4 ~ en fraction poids d'ammoniac.
Par le condui~ 62 on recueille une phase vapeur qui est mélangée avec un débit de 7,03 T/h (conduit 61) de composition identique à celle de la phase liquide arrivant par le conduit 60. Le mélange liquide vapeur est envoyé dans l'échangeur E116 dans lequel il se condense en cédant 2,04 x 106 Kcal/h ~ un d~bit d'eau qui se vaporise ~ 150 C (Intervalle de temperature A de la définition géné-rale).
Le mélange eau ammoniac sort condensé de l'échangeur E116 par le conduit 64 et la solution obtenue est mélangée avec la solution sortant de la colonne ~6par le conduit 67. Le mélange des deux solutions est envoyé dans le conduit 96 et rejoint un débit liquide de 1,1 T/h (conduit 95) provenant du ballon B5. La solu-tion ainsi obtenue est envoyée par le conduit 97 à l'échangéur E117.
Dans l'échangeur E117 la solution arrivant par le conduit 97 es~ refroi-die de 155 à 115 C par échange avec un débit de 4,15 T/h qui est pr~leve sur lasolution sortant de l'échangeur E117, par le conduit 98, détendu à travers ~ vanne ~10 et partiellement vaporisé entre 105 et 145 C.

_ 12 -113776~3 La fraction de la solution arrivant par le conduit 9~ qui n'est pas en-voy~e à l'échangeur E117, passe dans la vanne V9 et est partiellement vaporisée dans l'échangeur E118 de 105 à 145 C. On prélève ainsi 2,403 x 106 Kcal/h sur un fluide extérieur qui est une coupe pétrolière provenant d'une colonne de distil-lation, qui arrive à 160 C et repart à 119 C (Intervalle de température B de la définition générale). Le mélange liquide vapeur sortant de l'échangeur E118 parle conduit 91 rejoint le mélange liquide vapeur sortant de l'échangeur E117 par le conduit 93 et le mélange liquide vapeur résultant est envoyé par le conduit 8~ àla colonne C7. Au fond de la colonne C7 la fraction liquide et la fraction vapeur se séparent. La fraction vapeur est mise en contact avec la phase liquide ani~2nt par le conduit 94 et détendue à travers la vanne V11. La colonne C7 comporte 12 plateaux et onctionne à une pression de tête de 6 atm. La vapeur sortant en tete par le conduit 72 est mélangée avec la solution arrivant par le conduit 74 et lemélange liquide vapeur est envoyé par le conduit 73 à l'échangeur E119. A la sort~
de l'échangeur E119, le mélange liquide vapeur est envoyé au condenseur E120 dans lequel il est refroidi jusqu'à 30 C par un débit d'eau ~Intervalle de température C de la définition générale). La solution obtenue contient 55 ~ d'ammoniac en poids. Elle est recueillie dans le ballon B6 et envoyée par la pompe P7 à l'échan-geur E119 d'où elle ressort à une température de 105 ~C puis elle est envoyce par le conduit ~5 à l'échangeur E121. Dans l'échangeur E121 elle est progressivement vaporisée jusqu'à 145 C. On prélève ainsi 1,604 x 106 Kcal sur un flui~ e~én~
qui est une deuxième coupe pétrolière provenant de la même colonne de dist~ n que la coupe pétrolière qui est envoyée à l'échangeur E118. Ce fluide extérieur arrive ~ 160 C et repart à 116 C (Intervalle de température B de la définitiongénérale). Le mélange liquide vapeur sortant de l'échangeur E121 est recueilli dans le ballon B5. La phase liquide repart par le conduit 92. Elle est séparee en deux fractions qui partent par les conduits 95 et 75.
Ainsi qu'il apparait dans cet exemple, la solution envoyée à l'étape de désorption peut être partagée en plus de deux fractions, romprenant nécessairement 1 30 51 et 52. C'est ainsi qu'une fraotion de la solution allant à l'étape de désorption, distincte de Sl et 52, peut être vaporisée séparément (E 117), dans le but de refroidir ladite solution.

, ~' i i ~ .

Claims (14)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé perfectionné pour faire fonctionner une pompe à chaleur à absorption ou un réfrigérateur à absorption comportant les étapes suivantes:
(a) on réalise dans une zone d'absorption un contact direct entre une phase vapeur de soluté V"
résultant de l'étape (e) et une phase liquide renfermant une phase liquide L" résultant de l'étape (c) et éventuellement une phase liquide L' résultant de l'étape (b), ladite phase liquide constituant un solvant pour la phase vapeur de soluté V" , en obtenant une solution S, (b) on divise la solution S en une première fraction S1 et une deuxième fraction S2 et on envoie la première fraction S1 de la solution S à une zone de chauffage indirect dans laquelle la première fraction S1 est vaporisée par échange de chaleur indirect avec un fluide de chauffage extérieur, en obtenant une phase vapeur V' et éventuellement une phase liquide résiduelle L', que l'on sépare, la phase liquide L' étant renvoyée à l'étape (a), (c) on réalise un contact direct à contre-courant entre la phase vapeur V' résultant de l'étape (b) et la deuxième fraction S2 de la solution S
dans une zone de désorption et on recueille séparément une phase vapeur V et une phase liquide L" , la phase liquide L" étant renvoyée à
l'étape (a), (d) on envoie la phase vapeur V résultant de l'étape c) à une zone de condensation à refroidissement extérieur, dans laquelle la phase vapeur V
est condensée en cédant de la chaleur à un fluide de refroidissement extérieur, en obtenant une phase C de condensation, e) on envoie la phase C de condensation à une zone de vaporisation à chauffage extérieur dans laquelle la phase C de condensation est vaporisée au moins partiellement en prélevant de la chaleur sur un fluide de chauffage extérieur et en obtenant une phase vapeur V'', la phase vapeur V'' étant renvoyé à l'étape(a) et le reli-quat non-vaporisé éventuel de la phase C de condensation étant envoyé au moins en partie à l'étape (b) et/ou à l'étape (c).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le fluide de chauffage extérieur est une source de chaleur extérieure à l'ensemble constitué par la pompe à chaleur ou le réfrigérateur.

3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la solution S1 est vaporisé par un échange de chaleur effectué à contre-courant avec le fluide extérieur.

4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le soluté est l'ammoniac et le solvant est l'eau.

5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le soluté est un hydrocarbure et le solvant un solvant organique.

6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le soluté est un hydrocarbure halogéné et le solvant un solvant organique.

7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la fraction de solution S1 représente 10 à 90% de la solution S, le complément constituant la fraction S2.

8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pression dans la zone de désorption de l'étape (c) est de 1 à 20 bars.

9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la température du fluide de chauffage extérieur de l'étape (b) se situe dans une intervalle de température compris entre 0°C et 200°C.

10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pression utilisée à l'étape (a) est au plus égale à la pression de l'étape(c), les pressions des étapes(b) et (d) sont voisines de la pression de l'étape(c), et la pression de l'étape (e) est voisine de la pression de l'étape (a).

11. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on rectifie la phase vapeur V de l'étape(c) par contact à contre-courant avec une partie de la phase C de condensation de l'étape(d), on recueille séparément une phase vapeur V recti-fiée et une phase liquide de lavage, la phase vapeur V rectifié
étant utilisée à l'étape (d) comme la phase vapeur V et on réali-se un contact entre la phase liquide de lavage et la phase vapeur V' de l'étape(c).

12. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pression de l'étape(a) est au moins égale à la pression de l'étape(c), les pressions des étapes(b) et (d) sont voisines de la pression de l'étape(c) et la pression de l'étape(e) est voisine de la pression de l'étape(a).

13. Procédé selon la revendication 1 compre-nant en outre les étapes suivantes:
(f) on décharge de la zone d'absorption de l'étape (a) une phase vapeur résiduelle V''' non absorbée, (g) on mélange la phase vapeur résiduelle V''' de l'étape (f) avec une fraction de la phase liquide L'' de l'étape(c) et/ou éventuellement de la phase liquide L' de l'étape(b) (h) on envoie le mélange liquide-vapeur obtenu de l'étape (g) à une zone de refroidissement dans laquelle ledit mélande est refroidi en cédant de la chaleur à un fluide de refroi-dissement extérieur et on recueille une phase liquide refroidie que l'on mélange avec la solution S.

14. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réalise un contact à contre-courant entre la solution S de l'étape (a) avec la phase vapeur V obtenu de l'étape (c) avant de diviser la solution S en une première fraction S1 et une deuxième fraction S2, recueillant une phase vapeur résiduelle que l'on envoie à l'étape (d) comme ladite phase vapeur V.