CN105805978B - 利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统，包括溶液热交换器、提馏段、压缩机、精馏段、全冷凝器、过冷器、节流阀、再沸器、热耦合换热器、溶液泵、吸收器和蒸发器，其中精馏塔的提馏段和精馏段作为两个塔体耦合在一起，两个塔体内部通过热耦合作用分别产生下降的液体和上升的蒸汽。本发明对热源的温度要求较低，能够充分利用工业生产中的大量余热、废热及太阳能等低品位热源，实现氨水吸收式制冷循环，在氨水吸收式制冷利用低温热源方向会有很好的应用前景。

Description

利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统
技术领域
本发明涉及一种热交换系统，具体涉及一种利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统。
背景技术
氨水吸收式制冷系统是以热能为驱动的循环系统，能利用工业生产中的大量余热、废热和太阳能等，减少能量浪费，降低环境污染。然而，这些热源的温度较低，作为氨水吸收式制冷的驱动热源，会使得系统放气范围减小，溶液循环倍率变大，最终导致系统热力系数降低。而且，当热源温度过低时，只有通过两级吸收才能完成制冷循环，但是两级吸收的热力系数较单级吸收更低。因此，如何更好的利用工业生产中大量的低品位废热、废气，节约能源和余热，成为氨水吸收式制冷循环的研究难点之一。
对于氨水混合物工质，由于制冷剂氨与吸收剂水的标准沸点相差不大(约133℃)，在发生过程中产生的蒸汽含有一部分水蒸气。而这部分水蒸气的存在将会对氨水吸收式制冷系统的COP性能产生很大的影响。因此，在氨水吸收式制冷系统中将需要采用精馏的方法来提纯氨蒸汽，从而提升该系统运行的性能。精馏是石油化工过程中的主要耗能单元，很久以来人们就致力于精馏设备的改进研究。对于氨水吸收式制冷精馏塔，目前最常用的还是传统的精馏塔结构，然而该系统对于热源温度的降低较为有限，因此需要寻找一种方法，能够充分利用低品位热源。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统，包括溶液循环和制冷剂循环：
吸收器的进气口与过冷器的热端气体制冷剂出口相连接，吸收器的浓溶液出口通过管道与溶液泵的进口连接，溶液泵的出口与溶液热交换器的冷端进口连接，溶液热交换器的热端出口与提馏段进料口连接，提馏段顶端出口与压缩机进口连接，压缩机出口与精馏段底端进口连接，精馏段顶端出口与全冷凝器进口连接，全冷凝器出口一端与精馏段塔顶回流液进口连接，另一端与过冷器热端进口连接，精馏段底端出口通过节流阀与提馏段顶端进口连接，提馏段底端出口与再沸器进口连接，再沸器出口一端与提馏段底端上升气体进口连接，另一端与溶液热交换器热端进口连接，形成氨水吸收式制冷系统的溶液循环；
过冷器热端出口与吸收器气体制冷剂进气口连接，过冷器的冷端进口与蒸发器出口连接，蒸发器进口通过节流阀与过冷器的冷端出口连接，过冷器的热端入口与全冷凝器的氨液出口连接，如此完成氨水吸收式制冷系统的制冷剂循环。
作为优选，所述精馏段和提馏段之间设有用于调节两塔压力的压缩机，精馏段和提馏段之间通过换热器形成热耦合。
作为优选，所述提馏段的降液管之间设置有隔板，所述隔板用于将下降的液体从塔中引出。
作为优选，所述精馏段相邻塔板之间设置有隔板，所述隔板用于将上升的气体从塔中引出。
作为优选，所述液体和气体在热耦合换热结构处逆向流动并进行换热。
发明原理：内部热耦合精馏塔将精馏段和提馏段分为了两个独立的塔，分别称为精馏段和提馏段。精馏段和提馏段之间设有压缩机和节流阀来调节两塔压力，精馏段和提馏段之间还设置了换热器进行热耦合。由于从提馏段进入精馏段的气相经过压缩机加压，所以精馏段压力大于提馏段，最终使精馏段温度高于提馏段温度，从精馏段底部出来的液体则经过节流阀减压后进入提馏段项部。这样通过两段间的热耦合，可以在精馏段和提馏段的内部分别产生下降的液体和上升的蒸汽，使再沸器和冷凝器的负荷减少，降低了全塔的能耗。
有益效果：本发明利用内部热耦合精馏塔对氨水溶液进行分离，以达到充分利用低品位热源的目的。
内部热耦合精馏塔是近年来国际上研究活跃的一种新型精馏设备，它是借助于精馏段和提馏段之间的温度差逐板进行热交换，从而提高热力学效率的蒸馏过程。将此类型精馏塔用于氨水吸收式制冷，对于充分利用低品位热源有很大的帮助。
内部热耦合精馏塔组件中，精馏段和提馏段之间设有压缩机来调节两塔压力，精馏段和提馏段之间还设置了换热器进行热耦合。这样在提馏段有一个较低的操作压力，对于氨水精馏塔来讲，压力越低，越有利于氨水的分离；而且由于两塔段之间有温度差，两塔段之间产生热量的传递，精馏段放出热量，提馏段吸收热量，降低了再沸器和冷凝器的热负荷，对于利用温度较低的低品位热源，实现氨水吸收式制冷循环，具有积极的意义。
除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明实施例的结构组成和流程图；
图2是图1中内部热耦合精馏塔的结构示意和流程图；
图中：溶液热交换器1、提馏段2、压缩机3、精馏段4、全冷凝器5、过冷器6、节流阀7、再沸器8、热耦合换热器9、溶液泵10、吸收器11、节流阀12、蒸发器13、节流阀14，隔板15。
具体实施方式
实施例：
如图1所示，本实施例的装置包括溶液热交换器1、提馏段2、压缩机3、精馏段4、全冷凝器5、过冷器6、节流阀7、再沸器8、热耦合换热器9、溶液泵10、吸收器11、节流阀12、蒸发器13、节流阀14。
氨水吸收式制冷循环包括由溶液循环和制冷剂循环。
溶液循环：吸收器11的进气口与过冷器6的热端气体制冷剂出口相连接，吸收器11的浓溶液出口通过管道与溶液泵10的进口连接，溶液泵10的出口与溶液热交换器1的冷端进口连接，溶液热交换器1的热端出口与提馏段2进料口连接，提馏段2顶端出口与压缩机3进口连接，压缩机3出口与精馏段4底端进口连接，精馏段4顶端出口与全冷凝器5进口连接，全冷凝器5出口一端与精馏段4塔顶回流液进口连接，另一端与过冷器6热端进口连接，精馏段4底端出口通过节流阀7与提馏段2顶端进口连接，提馏段2底端出口与再沸器8进口连接，再沸器8出口一端与提馏段2底端上升气体进口连接，另一端与溶液热交换器1热端进口连接，如此完成氨水吸收式制冷系统的溶液循环。
制冷剂循环：过冷器6热端出口与吸收器11气体制冷剂进气口连接，过冷器6的冷端进口与蒸发器13出口连接，蒸发器13进口通过节流阀14与过冷器6的冷端出口连接，过冷器6的热端入口与全冷凝器5的氨液出口连接，如此完成氨水吸收式制冷系统的制冷剂循环。
如图2所示，提馏段2降液管中间和精馏段4相邻塔板间分别设置有隔板15，其中提馏段2中的隔板15用于把下降的液体引流出来，精馏段4中的隔板5用于把上升的气体引流出来。
使用时，本系统的工作原理如下：吸收器11出口浓溶液经溶液泵10升压后进入溶液热交换器1，在溶液热交换器1中被预热到一定温度，溶液热交换器1热端出口浓溶液从提馏段2上端进料口进入提馏段2，在提馏段2与上升气体进行热质交换，提馏段2塔底氨水溶液进入再沸器8，氨水溶液在再沸器中被热源加热后，气体部分重新进入提馏段2，稀溶液进入溶液热交换器1被冷却到一定温度，溶液热交换器1冷端出口稀溶液经节流阀12降压后进入吸收器11，提馏段2顶端出口气体被经压缩机3升至一定压力，升压后的高温气体进入精馏段4底部，上升过程中不断与回流液进行热质交换，使气体中氨的浓度上升，精馏段4顶端气体进入全冷凝器5被冷却至液体状态，一部分液体作为回流液进入精馏段4顶部，另一部分液体进入过冷器6，精馏塔4底部氨水溶液经节流阀7降至一定压力后进入提馏段2顶部，提馏段2降液管和精馏段4相邻塔板间设置有隔板15，提馏段2中下降的液体和精馏段4中上升的气体分别从塔中引出，在热耦合换热结构9处逆向流动进行换热，然后分别返回提馏段2和精馏段4沿流程方向继续流动。
过冷器6冷端出口制冷剂液体经节流阀14节流为气、液混合物，气、液混合物进入蒸发器13后不断吸收热量至过热蒸汽，过热蒸汽被过冷器6加热后进入吸收器11被稀溶液吸收为浓溶液。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统，其特征在于包括溶液循环和制冷剂循环：
吸收器的进气口与过冷器的热端气体制冷剂出口相连接，吸收器的浓溶液出口通过管道与溶液泵的进口连接，溶液泵的出口与溶液热交换器的冷端进口连接，溶液热交换器的热端出口与提馏段进料口连接，提馏段顶端出口与压缩机进口连接，压缩机出口与精馏段底端进口连接，精馏段顶端出口与全冷凝器进口连接，全冷凝器出口一端与精馏段塔顶回流液进口连接，另一端与过冷器热端进口连接，精馏段底端出口通过节流阀与提馏段顶端进口连接，提馏段底端出口与再沸器进口连接，再沸器出口一端与提馏段底端上升气体进口连接，另一端与溶液热交换器热端进口连接，形成氨水吸收式制冷系统的溶液循环；
过冷器热端出口与吸收器气体制冷剂进气口连接，过冷器的冷端进口与蒸发器出口连接，蒸发器进口通过节流阀与过冷器的冷端出口连接，过冷器的热端入口与全冷凝器的氨液出口连接，如此完成氨水吸收式制冷系统的制冷剂循环；
所述精馏段和提馏段之间设有用于调节两塔压力的压缩机，精馏段和提馏段之间通过换热器形成热耦合。
2.根据权利要求1所述的利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统，其特征在于：所述提馏段的降液管之间设置有隔板，所述隔板用于将下降的液体从塔中引出。
3.根据权利要求2所述的利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统，其特征在于：所述精馏段相邻塔板之间设置有隔板，所述隔板用于将上升的气体从塔中引出。
4.根据权利要求3所述的利用内部热耦合精馏塔的氨水吸收式制冷循环系统，其特征在于：所述液体和气体在热耦合换热结构处逆向流动并进行换热。
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