CN102614820A - 单一介质多温度冷却加热系统 - Google Patents
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Abstract
单一介质多温度冷却加热系统，包括用户端、低温冷源端、中温冷源端、常温冷源端、高温热源端，所述用户端包括反应釜和控制反应釜温度的用户端控制器，所述反应釜的夹套底部与第一集管连通，所述第一集管上接有多根进液管，所述进液管分别与低温冷源端、中温冷源端、常温冷源端、高温热源端连接；所述反应釜的夹套顶部与第二集管连通，所述第二集管上接有多根出液管，所述出液管分别与低温冷源端、中温冷源端、常温冷源端、高温热源端连接，所述进液管与出液管上均设有电磁阀，所述电磁阀与控制其开闭的用户端控制器连接；所述低温冷源端、中温冷源端、常温冷源端、高温热源端采用同一载冷热介质。
Description
技术领域
本发明涉及一种单一介质多温度冷却加热系统。
背景技术
反应釜是化工行业中最常见的一种设备，生产中用它来完成各种工艺过程。在各种工艺过程中常常需要加热或冷却，采用夹套反应釜，在需要加热时在夹套中通入热介质，在需要冷却时在夹套中通入冷介质，是生产中最常见的做法。
化工厂最常用的热介质是饱和蒸汽（0.2~0.8MPa），最常用的冷介质是循环冷却水(+35℃)、循环冷冻水(+5℃)和循环低温盐水(-20℃)。以某个反应釜为例，某时刻需要加热时，就将饱和蒸汽（0.2~0.8MPa）通入夹套，某时刻需要冷却时，就将循环冷却水(+35℃)通入夹套，某时刻需要较低温度时，则将循环冷冻水(+5℃)通入夹套，而某时刻需要更低温度时，则将循环低温盐水(-20℃)通入夹套。这种冷却（加热）系统我们称之为多介质冷却（加热）系统。
多介质冷却（加热）系统带来的影响是，四种介质交替进入夹套，引起相互之间的混淆污染，对四种介质都造成很大的影响，具体表现在：
1. 加热用的蒸汽因为被盐水污染而无法回收，造成能量的浪费；
2. 冷却水中含盐大量增加，使得冷却水系统的管路和设备腐蚀严重；
3. 冷冻水中含盐大量增加，使得冷冻水系统的管路和设备腐蚀严重；
4. 冷冻盐水的浓度不断降低，为防止结冰，需要不断补充盐分，造成费用的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种不存在介质污染、密闭性好、节能环保、使用寿命长、能提高产品质量的单一介质多温度冷却加热系统。
为达到发明目的本发明采用的技术方案是：
单一介质多温度冷却加热系统，包括用户端、低温冷源端、中温冷源端、常温冷源端、高温热源端，其特征在于：所述用户端包括反应釜和控制反应釜温度的用户端控制器，所述反应釜的夹套底部与第一集管连通，所述第一集管上接有多根进液管，所述进液管分别与低温冷源端、中温冷源端、常温冷源端、高温热源端连接；所述反应釜的夹套顶部与第二集管连通，所述第二集管上接有多根出液管，所述出液管分别与低温冷源端、中温冷源端、常温冷源端、高温热源端连接，所述进液管与出液管上均设有电磁阀，所述电磁阀与控制其开闭的用户端控制器连接；
所述低温冷源端包括与出液管连接的低温储液器，所述低温储液器上依次连接有低温循环泵、低温制冷机，所述低温制冷机的输出端与进液管连接，所述低温循环泵与低温制冷机均与低温冷源端控制器连接；
所述中温冷源端包括与出液管连接的中温储液器，所述中温储液器上依次连接有中温循环泵、中温制冷机，所述中温制冷机的输出端与进液管连接，所述中温循环泵与中温制冷机均与中温冷源端控制器连接；
所述常温冷源端包括与出液管连接的常温储液器，所述常温储液器上依次连接有常温循环泵、闭式冷却塔，所述闭式冷却塔的输出端与进液管连接，所述常温循环泵与闭式冷却塔均与常温冷源端控制器连接；
所述高温热源端包括与出液管连接的高温储液器，所述高温储液器上依次连接有高温循环泵、汽水换热器，所述汽水换热器的输出端与进液管连接，所述高温循环泵与汽水换热器均与高温冷源端控制器连接；
所述低温储液器、中温储液器、常温储液器、高温储液器内均存储有同一载冷热介质。
进一步，所述载冷热介质是质量浓度为40%~53%的乙二醇水溶液。
进一步，所述低温储液器、中温储液器、常温储液器、高温储液器的位置高度均高于反应釜的位置高度。
进一步，所述低温储液器、中温储液器、常温储液器、高温储液器均采用氮封隔绝空气，所述氮封压力为400~600Pa。
进一步，所述反应釜内安装有温度传感器，所述温度传感器与用户端控制器连接。
进一步，所述第一集管与各出液管之间均连接有压回管，所述压回管上也设有由用户端控制器控制开闭的电磁阀。
进一步，所述第一集管上连接有氮气接管、放空管，所述氮气接管上也设有由用户端控制器控制开闭的电磁阀。
本发明采用质量浓度为40%~53%的乙二醇水溶液，作为载冷热介质，该介质的凝固点为-27.5℃，沸点为106.7℃，可在-20~95℃的温度范围保持液态。本发明通过设置低温冷源端、中温冷源端、常温冷源端、高温热源端与用户端连接，可实现单一介质对反应釜的多温度冷却加热控制。
本发明的低温冷源端由低温储液器、低温循环泵、低温制冷机和低温冷源端控制器组成。低温储液器设置在高于反应釜的位置，采用氮封隔绝空气，氮封压力400~600Pa。工作流程为：低温循环泵从低温储液器中吸取乙二醇溶液，输送至低温制冷机，冷却到低温，再送至用户端。低温循环泵的启停、低温制冷机冷却能力控制、出水温度控制、出水压力控制等均由低温冷源端控制器完成。
中温冷源端由中温储液器、中温循环泵、中温制冷机和中温冷源端控制器组成。中温储液器设置在高于反应釜的位置，采用氮封隔绝空气，氮封压力400~600Pa。工作流程为：中温循环泵从中温储液器中吸取乙二醇溶液，输送至中温制冷机，冷却到中温，再送至用户端。中温循环泵的启停、中温制冷机冷却能力控制、出水温度控制、出水压力控制等均由中温冷源端控制器完成。
常温冷源端由常温储液器、常温循环泵、闭式冷却塔和常温冷源端控制器组成。常温储液器设置在高于反应釜的位置，采用氮封隔绝空气，氮封压力400~600Pa。工作流程为：常温循环泵从常温储液器中吸取乙二醇溶液，输送至闭式冷却塔，冷却到常温，再送至用户端。常温循环泵的启停、闭式冷却塔冷却能力控制、出水温度控制、出水压力控制等均由常温冷源端控制器完成。
高温热源端由高温储液器、高温循环泵、汽水换热器和高温热源端控制器组成。高温储液器设置在高于反应釜的位置，采用氮封隔绝空气，氮封压力400~600Pa。工作流程为：高温循环泵从高温储液器中吸取乙二醇溶液，输送至汽水换热器，加热到高温，再送至用户端。高温循环泵的启停、汽水换热器加热能力控制、出水温度控制、出水压力控制等均由高温热源端控制器完成。
用户端由进液管、出液管、压回管、第一集管、第二集管和用户端控制器组成。进液管、压回管接入第一集管；出液管、氮气接管、放空管接入第二集管；第一集管底部留一根管与反应釜夹套底部连通，第二集管底部留一根管与反应釜夹套顶部连通。工作流程为：由反应釜内的温度传感器控制各电磁阀的启闭，达到准确控制反应釜内温度的目的。具体描述如下：
当反应釜需要加热时，打开与高温热源端连接的进液管、出液管上的电磁阀，其余电磁阀均关闭，高温介质进入反应釜夹套，不断传送热量给反应釜。当反应釜内的温度升高到设定的温度时，关闭与高温热源端连接的进液管、出液管上的电磁阀。
加热结束，需要切换成常温介质时，打开氮气接管上的电磁阀及连接在与高温热源端连接的出液管上的压回管上的电磁阀，其余电磁阀均关闭，高压氮气从氮气接管进入反应釜夹套，将夹套中的高温介质通过连接在与高温热源端连接的出液管上的压回管压回高温储液器。然后打开常温冷源端连接的进液管、出液管上的电磁阀，其余电磁阀均关闭，常温介质进入反应釜夹套，不断传送冷量给反应釜。当反应釜内的温度降低到设定的温度时，关闭常温冷源端连接的进液管、出液管上的电磁阀。
需要进行再冷却，切换成中温介质时，打开氮气接管上的电磁阀及连接在与常温冷源端连接的出液管上的压回管上的电磁阀，其余电磁阀均关闭，高压氮气从氮气接管进入反应釜夹套，将夹套中的常温介质通过连接在与常温冷源端连接的出液管上的压回管压回常温储液器。然后打开中温冷源端连接的进液管、出液管上的电磁阀，其余电磁阀均关闭，中温介质进入反应釜夹套，不断传送冷量给反应釜。当反应釜内的温度降低到设定的温度时，关闭中温冷源端连接的进液管、出液管上的电磁阀。
需要冷却至低温，切换成低温介质时，打开氮气接管上的电磁阀及连接在与中温冷源端连接的出液管上的压回管上的电磁阀，其余电磁阀均关闭，高压氮气从氮气接管进入反应釜夹套，将夹套中的中温介质通过连接在与中温冷源端连接的出液管上的压回管压回中温储液器。然后打开低温冷源端连接的进液管、出液管上的电磁阀，其余电磁阀均关闭，低温介质进入反应釜夹套，不断传送冷量给反应釜。当反应釜内的温度降低到设定的温度时，关闭低温冷源端连接的进液管、出液管上的电磁阀。
本发明可方便地实现任何两种温度的介质的切换，从而实现对反应釜温度的精确控制。
本发明的优点：
1. 由于使用的是单一介质，因此彻底解决了多种介质之间的相互混淆污染带来的问题；
2. 该系统密闭性好，不与室外空气接触，腐蚀性大为减小，设备、管路、阀门的寿命大为延长；
3. 该系统可实现从冷热源到用户的全程自动控制。由于介质单一，因此可通过控制进入反应釜夹套的冷热介质的流量，实现对反应釜内温度的精确控制。这对于控制反应速度，提高产品质量作用重大；
4. 由于采用汽水换热器，蒸汽不会被污染，蒸汽的冷凝水可以回收至锅炉房再次利用，因此节能效益显著。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
参照图1，单一介质多温度冷却加热系统，包括用户端5、低温冷源端4、中温冷源端3、常温冷源端2、高温热源端1，所述用户端5包括反应釜51和控制反应釜温度的用户端控制器52，所述反应釜51的夹套底部与第一集管53连通，所述第一集管53上接有多根进液管55，所述进液管55分别与低温冷源端4、中温冷源端3、常温冷源端2、高温热源端1连接；所述反应釜51的夹套顶部与第二集管54连通，所述第二集管54上接有多根出液管56，所述出液管56分别与低温冷源端4、中温冷源端3、常温冷源端2、高温热源端1连接，所述进液管55与出液管56上均设有电磁阀，所述电磁阀与控制其开闭的用户端控制器52连接；
所述低温冷源端4包括与出液管56连接的低温储液器41，所述低温储液器41上依次连接有低温循环泵42、低温制冷机43，所述低温制冷机43的输出端与进液管55连接，所述低温循环泵42与低温制冷机43均与低温冷源端控制器44连接；
所述中温冷源端3包括与出液管56连接的中温储液器31，所述中温储液器31上依次连接有中温循环泵32、中温制冷机33，所述中温制冷机33的输出端与进液管55连接，所述中温循环泵32与中温制冷机33均与中温冷源端控制器34连接；
所述常温冷源端2包括与出液管56连接的常温储液器21，所述常温储液器21上依次连接有常温循环泵22、闭式冷却塔23，所述闭式冷却塔23的输出端与进液管55连接，所述常温循环泵22与闭式冷却塔23均与常温冷源端控制器24连接；
所述高温热源端1包括与出液管56连接的高温储液器11，所述高温储液器11上依次连接有高温循环泵12、汽水换热器13，所述汽水换热器13的输出端与进液管55连接，所述高温循环泵12与汽水换热器13均与高温冷源端控制器14连接；
所述低温储液器41、中温储液器31、常温储液器21、高温储液器11内均存储有同一载冷热介质。
所述载冷热介质是乙二醇水溶液，其质量浓度为40%~53%。
所述低温储液器41、中温储液器31、常温储液器21、高温储液器11的位置高度均高于反应釜51的位置高度。
所述低温储液器41、中温储液器31、常温储液器21、高温储液器11均采用氮封隔绝空气，所述氮封压力为400~600Pa。
所述反应釜51内安装有温度传感器，所述温度传感器与用户端控制器52连接。
所述第一集管53与各出液管55之间均连接有压回管57，所述压回管57上也设有由用户端控制器52控制开闭的电磁阀。
所述第一集管53上连接有氮气接管58、放空管59，所述氮气接管58上也设有由用户端控制器52控制开闭的电磁阀。
本发明采用质量浓度为45%的乙二醇水溶液，作为载冷热介质，该介质的凝固点为-27.5℃，沸点为106.7℃，可在-20~95℃的温度范围保持液态。本发明通过设置低温冷源端4、中温冷源端3、常温冷源端2、高温热源端1与用户端5连接，可实现单一介质对反应釜51的多温度冷却加热控制。
本发明的低温冷源端4由低温储液器41、低温循环泵42、低温制冷机43和低温冷源端控制器44组成。低温储液器41设置在高于反应釜51的位置，采用氮封隔绝空气，氮封压力400~600Pa。工作流程为：低温循环泵42从低温储液器41中吸取乙二醇溶液，输送至低温制冷机43，冷却到低温，再送至用户端5。低温循环泵42的启停、低温制冷机43冷却能力控制、出水温度控制、出水压力控制等均由低温冷源端控制器44完成。本实施例中的低温制冷机是-20℃制冷机。
中温冷源端3由中温储液器31、中温循环泵32、中温制冷机33和中温冷源端控制器34组成。中温储液器31设置在高于反应釜51的位置，采用氮封隔绝空气，氮封压力400~600Pa。工作流程为：中温循环泵32从中温储液器31中吸取乙二醇溶液，输送至中温制冷机33，冷却到中温，再送至用户端5。中温循环泵32的启停、中温制冷机33冷却能力控制、出水温度控制、出水压力控制等均由中温冷源端控制器34完成。本实施例中的中温制冷机是+5℃制冷机。
常温冷源端2由常温储液器21、常温循环泵22、闭式冷却塔23和常温冷源端控制器24组成。常温储液器21设置在高于反应釜51的位置，采用氮封隔绝空气，氮封压力400~600Pa。工作流程为：常温循环泵22从常温储液器21中吸取乙二醇溶液，输送至闭式冷却塔23，冷却到常温，再送至用户端5。常温循环泵22的启停、闭式冷却塔23冷却能力控制、出水温度控制、出水压力控制等均由常温冷源端控制器24完成。本实施例中的常温冷源端是+35℃常温冷源端，闭式冷却塔可以将介质冷却至+35℃。
高温热源端1由高温储液器11、高温循环泵12、汽水换热器13和高温热源端控制器14组成。高温储液器11设置在高于反应釜51的位置，采用氮封隔绝空气，氮封压力400~600Pa。工作流程为：高温循环泵12从高温储液器11中吸取乙二醇溶液，输送至汽水换热器13，加热到高温，再送至用户端5。高温循环泵12的启停、汽水换热器13加热能力控制、出水温度控制、出水压力控制等均由高温热源端控制器14完成。本实施例中的高温热源端是+95℃高温热源端，汽水换热器可以将介质加热至+95℃。
用户端5由进液管55、出液管56、压回管57、第一集管53、第二集管54和用户端控制器52组成。进液管55、压回管57接入第一集管53；出液管56、氮气接管58、放空管59接入第二集管54；第一集管53底部留一根管与反应釜51夹套底部连通，第二集管54底部留一根管与反应釜51夹套顶部连通。工作流程为：由反应釜51内的温度传感器控制各电磁阀的启闭，达到准确控制反应釜内温度的目的。具体描述如下：
当反应釜51需要加热时，打开与高温热源端1连接的进液管55、出液管56上的电磁阀F11、F13，其余电磁阀均关闭，高温介质进入反应釜51夹套，不断传送热量给反应釜51。当反应釜51内的温度升高到设定的温度时，关闭与高温热源端1连接的进液管55、出液管56上的电磁阀F11、F13。
加热结束，需要切换成常温介质时，打开氮气接管58上的电磁阀F5及连接在与高温热源端1连接的出液管56上的压回管57上的电磁阀F12，其余电磁阀均关闭，高压氮气从氮气接管58进入反应釜51夹套，将夹套中的高温介质通过连接在与高温热源端1连接的出液管56上的压回管57压回高温储液器11。然后打开常温冷源端2连接的进液管55、出液管56上的电磁阀F21、F23，其余电磁阀均关闭，常温介质进入反应釜51夹套，不断传送冷量给反应釜51。当反应釜51内的温度降低到设定的温度时，关闭常温冷源端2连接的进液管55、出液管56上的电磁阀F21、F23。
需要进行再冷却，切换成中温介质时，打开氮气接管58上的电磁阀F5及连接在与常温冷源端2连接的出液管56上的压回管57上的电磁阀F22，其余电磁阀均关闭，高压氮气从氮气接管58进入反应釜51夹套，将夹套中的常温介质通过连接在与常温冷源端2连接的出液管56上的压回管57压回常温储液器21。然后打开中温冷源端3连接的进液管55、出液管56上的电磁阀F31、F33，其余电磁阀均关闭，中温介质进入反应釜51夹套，不断传送冷量给反应釜51。当反应釜51内的温度降低到设定的温度时，关闭中温冷源端3连接的进液管55、出液管56上的电磁阀F31、F33。
需要冷却至低温，切换成低温介质时，打开氮气接管58上的电磁阀F5及连接在与中温冷源端3连接的出液管56上的压回管57上的电磁阀F32，其余电磁阀均关闭，高压氮气从氮气接管58进入反应釜51夹套，将夹套中的中温介质通过连接在与中温冷源端3连接的出液管56上的压回管57压回中温储液器31。然后打开低温冷源端4连接的进液管55、出液管56上的电磁阀F41、F43，其余电磁阀均关闭，低温介质进入反应釜51夹套，不断传送冷量给反应釜51。当反应釜51内的温度降低到设定的温度时，关闭低温冷源端4连接的进液管55、出液管56上的电磁阀F41、F43。
本发明可方便地实现任何两种温度的介质的切换，从而实现对反应釜温度的精确控制。
本发明的低温制冷机还可以采用-10℃制冷机即可得到-10℃的介质，中温制冷机也可以使用+15℃制冷机即可得到+15℃的介质，可将汽水换热器的出水温度设定为50~95℃的任意温度，即可得到该设定温度的介质。
Claims (7)
1. 单一介质多温度冷却加热系统，包括用户端、低温冷源端、中温冷源端、常温冷源端、高温热源端，其特征在于：所述用户端包括反应釜和控制反应釜温度的用户端控制器，所述反应釜的夹套底部与第一集管连通，所述第一集管上接有多根进液管，所述进液管分别与低温冷源端、中温冷源端、常温冷源端、高温热源端连接；所述反应釜的夹套顶部与第二集管连通，所述第二集管上接有多根出液管，所述出液管分别与低温冷源端、中温冷源端、常温冷源端、高温热源端连接，所述进液管与出液管上均设有电磁阀，所述电磁阀与控制其开闭的用户端控制器连接；
所述低温冷源端包括与出液管连接的低温储液器，所述低温储液器上依次连接有低温循环泵、低温制冷机，所述低温制冷机的输出端与进液管连接，所述低温循环泵与低温制冷机均与低温冷源端控制器连接；
所述中温冷源端包括与出液管连接的中温储液器，所述中温储液器上依次连接有中温循环泵、中温制冷机，所述中温制冷机的输出端与进液管连接，所述中温循环泵与中温制冷机均与中温冷源端控制器连接；
所述常温冷源端包括与出液管连接的常温储液器，所述常温储液器上依次连接有常温循环泵、闭式冷却塔，所述闭式冷却塔的输出端与进液管连接，所述常温循环泵与闭式冷却塔均与常温冷源端控制器连接；
所述高温热源端包括与出液管连接的高温储液器，所述高温储液器上依次连接有高温循环泵、汽水换热器，所述汽水换热器的输出端与进液管连接，所述高温循环泵与汽水换热器均与高温冷源端控制器连接；
所述低温储液器、中温储液器、常温储液器、高温储液器内均存储有同一载冷热介质。
2. 根据权利要求1所述的单一介质多温度冷却加热系统，其特征在于：所述载冷热介质是质量浓度为40%~53%的乙二醇水溶液。
3. 根据权利要求1或2所述的单一介质多温度冷却加热系统，其特征在于：所述低温储液器、中温储液器、常温储液器、高温储液器的位置高度均高于反应釜的位置高度。
4. 根据权利要求3所述的单一介质多温度冷却加热系统，其特征在于：所述低温储液器、中温储液器、常温储液器、高温储液器均采用氮封隔绝空气，所述氮封压力为400~600Pa。
5. 根据权利要求4所述的单一介质多温度冷却加热系统，其特征在于：所述反应釜内安装有温度传感器，所述温度传感器与用户端控制器连接。
6. 根据权利要求5所述的单一介质多温度冷却加热系统，其特征在于：所述第一集管与各出液管之间均连接有压回管，所述压回管上也设有由用户端控制器控制开闭的电磁阀。
7. 根据权利要求6所述的单一介质多温度冷却加热系统，其特征在于：所述第一集管上连接有氮气接管、放空管，所述氮气接管上也设有由用户端控制器控制开闭的电磁阀。
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