DD161077A3

DD161077A3 - Verfahren zur waermerueckgewinnung und kuehlwassereinsparung bei stoffaustauschprozessen

Info

Publication number: DD161077A3
Application number: DD80220268A
Authority: DD
Inventors: Hans Foerster
Original assignee: Schwermasch Liebknecht Veb K
Priority date: 1980-04-08
Filing date: 1980-04-08
Publication date: 1984-09-19
Also published as: CS182681A1; DE3101856A1; FR2481432B1; RO85237A; RO85237B; FR2481432A1; SU1255826A1; CS237765B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Waermedruckgewinnung bei gleichzeitiger Reduzierung des Kuehlwasserbedarfes bei d. Absorption von gasfoermigen Arbeitsmitteln in fluessigen Absorptionsmitteln unter Freisetzung von Absorptionswaerme. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die zugefuehrte arme Loesung in zwei Teilstroeme aufgeteilt wird. Diese Teilstroeme der armen Loesung werden einem Absorber und einem parallelgeschalteten Teilstromabsorber zugeleitet und in beiden Apparaten in bekannte Weise mit dem Arbeitsmittel angereichert. Die aus beiden Absorbern austretende reiche Loesung wird zusammengefuehrt und wird anschliessend als Kuehlmittel fuer den Teilstromabsorber eingesetzt. Der Absorber wird in bekannter Weise mit Kuehlwasser gekuehlt. Die Kuehlung von Absorber und Teilstromabsorber wird im Gegenstrom durchgefuehrt. Die Anwendung der Erfindung kann beiAbsorptionskaelteanlagen erfolgen. Weiterhin ist die Anwendung bei anderen Kreisprozessen zur Waermetransformation (z.B.Sorptionswaermepumpe) sowie bei Kreisprozessen zur Energieerzeugung aus Abwaerme gegeben.

Description

-Sj-

Tifeel der Erfindung

V₁ erfahren zur Wärmerückgewinnung und Kühlwassereinsparung bei Stoffaustauschprozessen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnun bei gleichzeitiger Reduzierung des Kühlwasserbedarfes bei der Absorption von gasförmigen Arbeitsmitteln in flüssigen. Ab Sorptionsmitteln unter Freisetzung von Absorptionswärme »

Charakteristik der bekannten technischen Sösungen

Bei Absorptionskälteanlagen ist unter dem Begriff ^uLösungsrückführung" ein Verfahren für das St off paar HH₅ - "H^O be-* kannt geworden, das darauf beruht, daJ3 bei der Absorption bestimmter Gase oder Dämpfe in flüssigen Absorptionsmitteln Absorptionswärme frei wird, wobei das Absorptionsgleichge— wicht bei gleichem Druck und zunehmender Konzentration der Lösung eine Erniedrigung der Absorptionstemperaturen erfordert» Deshalb ist im Unterschied zur Kondensation von Dämpfen bei der Absorption eine strenge Gegenstromführung von Lösung und Kühlmittel erforderlich* Stehende sogenannte "$urmabsorber" erfüllen diese Bedingung nicht» Der beiderseitig erzeugte Rieselfilm von Lösung und Kühlwasser bedeutet Gleichstromführung der Stoffströme und eine untragbar niedrige femperaturdifferenz zwischen Kühlwassereintritt und -austritt ("Kühlbandbreite")· Deshalb haben sich liegende Absorber durchgesetzt, bei denen der Gegenstrom

von Lösung und Kühlwasser durch tJbereinanderbau mehrerer Einheiten angenähert wird, wobei das Kühlwasser durch die Rohre geführt wird und dieser Rohrinnenraum für die Reinigung gut zugänglich ist (Hütte II B, 28. Auflage, S* 249 - 251)· Durch Gegenstromführung der flüssigen Stoffströme nimmt" die Lösung mithin eine so niedrige Temperatur am Schluß des Absorptionsvorganges (reiche Lösung) an, dajß sie selbst infolge der Temperaturspreizung zwischen Anfangs- und Endtemperatur des Absorptionsvorganges als Kühlmittel geeignet ist, wenn sie vorher auf einen höheren Druck, ζ·Β· auf Desorberdruck gebracht wird. Dabei kann die reiche Lösung nur fühlbare Wärme aufnehmen, während beim Absorptionsvorgang latente Wärme frei wird (Kondensationsund Absorptionswärme). Dadurch kann nur ein Teil der frei werdenden Wärme durch die "Lösungsrückführung'¹ zurückgewonnen werden* (Zeitschrift gesamte Kälteindustrie - Bd» 20 (1$13), S. 1-9, 114-119, 150-161; Bd. 21 (1914·), S. 7-14, 21-24). '

Zur Durchführung eines mehrstufigen derartigen "Lösungsrückführungsverfahrens" ist ein stehender Absorber in Form einer Rohrkolonne mit drei übereinander angeordneten Rohrregistern bekannt. Dabei wird das untere Kühlregister mit Kühlwasser auf der Mantelseite gekühlt« In einem mittleren Kühlregister wird die reiche Lösung im Gleichstrom zur Fließrichtung des Gases bis zur Siedetemperatur erwärmt (1, Stufe der Lösungsrückführung) und in einem oberen Kühlregister wird ein Teilstrom der reichen Lösung als Kühlmedium über die Siedetemperatur hinaus erwärmt, so daß das Arbeitsmittel (Kältemittel) bereits vor Erreichen des Desorbers teilweise ausgast. (2· Stufe der Lösungsrückführung) (SU-PS 276 977).

Diese Ausführung hat eine Reihe schwerwiegender Nachteile_? die einer praktischen Uutzung der Erfindung entgegenstehen:

1. Die Fließgeschwindigkeiten der Kühlmedien im mittleren und im oberen Kühlregister sind außerordentlich gering und es ergeben sich als Folge davon entsprechend schlechte Wärmeübergangsverhältnisse* Im mittleren Kühlregister (1. Lö-

sungsrückführung) ist die Menge der reichen Lösung, die als Kühlmittel durchfließen kann, gegeben und nicht korrigierbar· Im unteren Kühlregister könnte die Menge des Kühlmediums erhöht werden, wodurch sich dann aber der zusätzliche U&chbeil ergibt, daß die Kühlbandbreite noch geringer wird und die Kühlwassermenge dabei enorm hoch wird«

2„ Die Verwendung des Mantelraumes von Rohrbündelapparaten zum Kühlen mittels Kühlwasser (unteres Rohrregister) ist wegen der unvermeidlich auftretenden Verschmutzung und der fehlenden Eeinigungsmoglichkeit praktisch auszuschliessen.

3· Die Erwärmung der reichen Lösung bis zum Siedepunkt in der 1· Lösungsrückführung (mittleres Rohrregister) setzt sehr" hohe Absorptionsanfangstejnperatüren voraus.» Dadurch ergeben sich aber andererseits nur sehr kleine Entg^sungsbreiten (Konzentrationsunterschied zwischen reicher und armer Lösung) und das setzt praktisch den Verzicht auf Wärmeaustausch zwischen armer und reicher Lösung voraus.

4, Durch Vorausgasung des Arbeitsmittels (Kältemittel) in der 2. Lösungsrückführung verringert sich die Konzentration der reichen Lösung und des mit dieser im Gleichgewicht stehenden Arbeitsmitteldampfes. Damit wird der Kühlmittelbedarf zur Rücklauferzeugung in der Verstärkungssäule des Desorbers erhöht bzw, die Reinheit des Arbeitsmittels erniedrigt. Vom Standpunkt der Reinheit des Arbeitsmittels ist aber ein unterkühlter flüssiger Zulauf der reichen Lösung zum Desorber und eine maximale Konzentration der reichen Lösung und damit eine hohe Entgasungsbreite anzustreben. Gerade diese Faktoren werden aber mit der bekannten Einrichtung verhindert. Mit liegenden Absorbern, die in der beschriebenen Weise in mehreren Elementen übereinandergebaut werden, wäre es natürlich möglich, im Bereich hoher Absorptionstemperatur (geringer Lösungskonzentration), also im obersten Absorber die reiche Lösung als Kühlmedium

zu verwenden und so,..das Verfahren der Lösungsrückführung zu verwirklichen ( DS-PS 354 592, VDI-Zeitschrift Bd. 84 (1940), ITr. 3, S, 41-47).

Daß diese Möglichkeit; praktisch nicht; realisiert; wurde, liegt in der Erniedrigung der Kühlbandbrsite des Kühlwassers, da zwar ein Teil der Absorptionswärme zurückgewonnen aber gleichzeitig das Temperaturniveau für den wassergekühlten Absorberteil erniedrigt wird und deshalb eine Verminderung des Wasserverbrauches nicht erreicht werden kann*

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, den nutzbaren leil der bei einer Absorption von gas- oder dampfförmigen Stoffen in flüssigen Absorptionsmittel freiwerdenden Absorptionswärme so weit wie möglich zurückzugewinnen, den dazu erforderlichen Kühlwasserbedarf zu senken und große Kühlbandbreiten des Kühlwassers zu ermöglichen· Dabei sollen die Nachteile des bekannten Standes der Technik, wie Einschränkungen zur Entgasungsbreite und zu geringe Nutzung des verfügbaren Wärmeangebotes vermieden werden«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem das bekannte Prinzip der Lösungsrückführung zur Bückgewinnung von Absorptionswärme ohne Einschränkung der Kühlbandbreite des Kühlwassers und ohne Beeinträchtigung der Entgasungsbreite der Lösung durch Vorausgasung des absorbierten Arbeitsmittels außerhalb des Desorbers bei minimalem Kühlwasserverbrauch anwendbar wird*

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Beibehaltung des Bieselprinzips die mit einem Arbeitsmittel anzureichernde arme Lösung in zwei Teilströme aufgeteilt wird, die parallel zueinander als Hauptstrom einen Absorber und als Teilstrom einen Teilstromabsorber durchströmen. Dabei wird die aazme Lösung in beiden Absorbern in bekannter Weise mit dem Arbeitsmittel angereichert» Der aus dem Teil-

sbromabsorber ausbrebende Teilsbrom reicher Lösung wird dem Haupbsbrom im Bereich erhöhter Konzentration wieder au.gemis.chb und der Gesambsbrom-der reichen Lösung wird anschließend dem Te ilsbromabsorber als Eühlmibbel aage— führb and durchsbrömb diesen. Beide Absorber werden dabei in an sich bekannter Weise im Gegensbrom oder im angenäherten Gegensbrom bebrieben«

In einer vorbeilhafben Ausführung des erfindongsgemäßen Verfahrens isb vorgesehen daß der den Teilsbromabsorber verlassende Teilsbrom reicher Lösung dem Haapbsbrom vor dem lebzben Absorberelemenb im Absorber wieder zugemischb wird·

Aasführungsbeispiel

Das erfindangsgemäße Verfahren soll nachsbehend an einem Aasführungsbeispiel näher erläaberb werden» Dabei werden vorbeilhafberweise die einzelnen Verfahrensschribbe anhand der Prinzipschalbung einer enbsprechenden Anlage dargesbellb.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen;

Fig, 1 i Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem liegenden Absorber und einem liegenden Teilsbromabsorber.

Fig. 2 ι Anlage gemäß Pig· 1, aber mib einem stehenden Teilsbromabsorber.

Nach Pig» 1 und 2 wird die von einem nichb dargesbellben Desorber kommende arme Lösung 1 in einem Wärmeübertrager zunächsb gekühlb and anschließend von einer Verbeileinrichtung 7 In zwei Teilströme aufgeteilt. Dabei wird der Hauptstrom der armen Lösung 1 einem Absorber 3 zugeleitet, während ein Teilstrom der armen Lösung 1 einem Teilstromabsorber 2 nach Maßgabe der von der reichen Lösung 5 aufnehmbaren Wärme zugeführt wird* Der Absorber 3 besbehb beispielsweise aus vier liegenden Absorberelementen 3/1 bis 3/4 (Absorberbündel)j während der Teilstromabsorber 2 sich aus drei liegenden Absorberelementen 2/1 bis 2/3 (Teilsbromab-*

sorberbündel) zusammensetzt (Fig· 1) oder von einer stehenden Absorbereinheit gebildet wird (Fig, 2). Die in den Absorber 3 und den Teilstromabsorber 2 aufgegebenen Teilströme der armen Lösung 1 rieseln nun parallel zueinander in beiden Apparaten unter Aufnahme eines zugeführten Arbeitsmittels 6 in einer Filmströmung von oben nach unten, wobei sich die arme Lösung 1 mit dem zugeführten Arbeitsmittel 6 von Stufe zu Stufe stärker anreichert.

Der aus dem letzten Teilstromabsorberelement 2/3·bzw» aus dem stehenden Teilstromabsorber 2 austretende Teilstrοία reicher Lösung 3 wird vor dem letzten Absorberelement 3/4 des Absorbers 3 wieder mit dem Hauptstrom der angereicherten Lösung vereinigt· Diese Vereinigung der beiden Teil— ströme angereicherter Lösung vor dem Absorberelement 3/4 erfolgt zur Erreichung einer maximal möglichen Konzentration der reichen Lösung 5 Jj& untersten (kältesten) Teil des Absorbers 3· Der Gesamtstrom der reichen Lösung 5 tritt nach dem Absorberelement 3/4- aus dem Absorber 3 aus. Die Kühlung des Absorbers 3 erfolgt durch Zuführung kalten Kühlwassers am Kühlwassereingang 8, einer Gegenstromführung durch die Absorberelemente 3/4, 3/3» 3/2 und 3/1 uad dem Abfluß des erwärmten Kühlwassers am Kühlwasserausgang 9»

Die reiche Lösung 3 wird über einen Lösungssammler 4 einer Lösungspompe 11 zugeführt; auf einen höheren Druck gebracht und dem Teilstromab sorber 2 als Kühlmittel zugeleitet· Als Kühlmittel durchströmt die reiche Lösung 3 ini Gegenstrom die einzelnen Teilstromabsorberelemente 2/3» 2/2 und 2/1 bzw, den stehenden Teilstromabsorber 2 und nimmt dabei Absorp— tionswärme auf· Nach dem Austritt der als Kühlmittel verwendeten reichen Lösung 5 aus dem Teilstromabsorber 2 und der weiteren Wärmeaufnahme im Wärmeübertrager 10 kann die reiche Lösung 5 i& einen Desorber zurückgeführt werden.

Der Teilstromabsorber 2 kann gemäß Fig* 2 deshalb als stehender Apparat mit Sieseiströmung der anzureichernden armen Lösung 1 in den Rohren ausgeführt werden, weil die Lösung im geschlossenen Kreislauf zirkuliert und keine Verschmutz ZUiSg" des Mantelraumes durch die als Kühlmittel im Teilstromabsorber 2 eingesetzte reiche Lösung 3 eintreten kann,

Claims

Erf indungsanspruch

1· Verfahren zur Wärmerückgewinnung und Kühlwassereinsparung bei der Absorption leicht absorbierbarer Gase bzw« Dämpfe durch eine Flüssigkeit unter Freisetzung von Absorptionswärme bei regenerativer Nutzung eines möglichst großen Teils der entstehenden Absorptionswärme unter Verwendung von Hie— selabsorbern, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Arbeitsmittel (6) anzureichernde arme Lösung (1) in zwei !einströme aufgeteilt wird, die parallel" zueinander einen Absorber (3) und einen Teilstromabsorber (2) durchströmen, dabei in bekannter Weise mit dem Arbeitsmittel (6) angereichert werden und der aus dem Teilstromabsorber (2) austretende Teil strom der Lösung dem Hauptstrom bei höherer Konzentration wie der zugemischt wird und der Gesambstrom der reichen Lösung (5 anschließend dem Teilstromabsorber (2) als kühlmittel zugeführt wird und diesen durchströmt, wobei in' an sich bekannter Weise beide Absorber (3> 2) im Gegenstrom oder im angenäherten Gegenstrom betrieben werden·

2» Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Teilstromabsorber (2) verlassende Teilstrom reicher Lösung dem Hauptstrom vor dem letzten Absorberelement (3/4) im Absorber (3) wieder zugemischt wird»

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