DE2948772C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Vervollkommnung der Austreibung und zum
Wärmeaustausch bei Wärmepumpen und Kältemaschinen auf
Absorptionsbasis, das eine Absorptionsstufe für einen
Arbeitsmitteldampf (gelöster Stoff) in einer flüssigen
Lösungsmittelphase umfaßt und eine Lösung (S)
liefert,
und eine Stufe für die wenigstens teilweise Austreibung
des vorgenannten gelösten Stoffes aus der Lösung (S)
durch Verdampfung,
wobei eine gasförmige Phase des Arbeitsmittels und eine
flüssige Phase des Lösungsmittels geliefert wird und
sich die vorgenannte Verdampfung unter Wärmezufuhr
durch indirekten Austausch mit einer äußeren Heizflüssigkeit
abspielt.
Die DE-OS 26 35 557 beschreibt ein
Verfahren zur Erzeugung von Wärme von einer Temperatur
A auf der Grundlage von innerhalb eines Temperaturbereichs
B zur Verfügung gestellter Wärme, wobei die
Temperatur A oberhalb des Temperaturbereichs B liegt,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) man eine gasförmige Fraktion eines Arbeitsfluids in Kontakt mit einer flüssigen Phase bringt, die als Lösungsmittel benützt wird, um mindestens einen Teil der gasförmigen Phase in der flüssigen Phase zu lösen, indem Wärme der Temperatur A abgegeben wird,
- b) die gemäß Schritt a) erhaltene Lösung wird mit einem Strom eines Transportgases in Kontakt gebracht, dergestalt, um mindestens zum Teil die genannte gasförmige Arbeits-Fluid- Fraktion zu desorbieren und um eine gasförmige Mischung der Arbeits-Fluid-Fraktion und des Transportgases zu erhalten, wobei die Desorptionswärme dem Bereich der Temperatur B entnommen wird,
- c) die so erhaltene gasförmige Mischung wird einer Fraktionierung durch mindestens teilweise Verflüssigung, Phasentrennung und Verdampfung unterworfen, um mindestens zwei unterschiedliche, gasförmige Fraktionen G und H zu erhalten, wobei die Verdampfung durch Entnahme der Wärme aus dem Temperaturbereich B bewerkstelligt wird und
- d) die gasförmige Fraktion G wird zur Stufe a) als gasförmige Arbeits-Fluid-Fraktion und die gasförmige Fraktion H wird zur Stufe b) als Transportgasstrom zurückgeschickt.
Die Literaturstelle "Gesundheits-Ingenieur",
76. Jahrgang, 1955, Heft 9/10, Seite 129 bis 137,
beschreibt Absorptionsanlagen als Wärmepumpen und
Wärmetransformationsanlagen.
Die Verfahren und Vorrichtungen gemäß dem Stand der
Technik sind nur in einem begrenzten Temperaturbereich
anwendbar und haben einen unzureichenden thermodynamischen
Wirkungsgrad.
Demgegenüber liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zu liefern, das in einem weiten
Temperaturbereich anwendbar ist, das einen hohen
thermodynamischen Wirkungsgrad aufweist und das mit
geringen Wärmeaustauschoberflächen auskommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren
der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst,
daß
- a) ein Teil (S₁) der Lösung (S) wenigstens teilweise über einem zunehmenden Temperaturintervall durch indirekten Wärmeaustausch mit der vorgenannten äußeren Flüssigkeit in einer Wärmeaustauschstufe verdampft wird und
- b) man den resultierenden Dampf (V′) von der nicht verdampften Flüssigkeit (L′) trennt und
- c) man diese letztere entnimmt und
- d) man den Dampf (V′) in direkten Kontakt im Gegenstrom mit einem anderen Teil (S₂) der Lösung (S) bringt, um diese auszutreiben, und
- e) man getrennt die Dampfphase (V) und die flüssige Phase (L′′), die diesem Gegenstromkontakt entspringt, entnimmt, wobei die Dampfphase (V) die ausgetriebene gasförmige Phase des gelösten Stoffes (Arbeitsmittel) bildet und die flüssigen Phasen (L′) und (L′′), die entnommen worden sind, die flüssige ausgetriebene Phase bilden, und
- f) daß man die ausgetriebene flüssige Phase der Absorptionszone zuführt.
Besondere Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Heizflüssigkeit eine äußere Wärmequelle für die Gesamtheit ist, die von der Wärmepumpe oder der Kältemaschine gebildet wird,
daß die Lösung (S₁) durch Wärmeaustausch, der im Gegenstrom mit der äußeren Flüssigkeit bewirkt wird, verdampft wird, die wenigstens einen Teil der Verdampfungswärme liefert,
daß der gelöste Stoff (Kälte- bzw. Arbeitsmittel) Ammoniak und das Lösungsmittel Wasser ist,
daß der gelöste Stoff (Kälte- bzw. Arbeitsmittel) ein Kohlenwasserstoff und das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel ist,
daß der gelöste Stoff (Kälte- bzw. Arbeitsmittel) ein halogenierter Kohlenwasserstoff ist und das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel.
daß die äußere Heizflüssigkeit eine äußere Wärmequelle für die Gesamtheit ist, die von der Wärmepumpe oder der Kältemaschine gebildet wird,
daß die Lösung (S₁) durch Wärmeaustausch, der im Gegenstrom mit der äußeren Flüssigkeit bewirkt wird, verdampft wird, die wenigstens einen Teil der Verdampfungswärme liefert,
daß der gelöste Stoff (Kälte- bzw. Arbeitsmittel) Ammoniak und das Lösungsmittel Wasser ist,
daß der gelöste Stoff (Kälte- bzw. Arbeitsmittel) ein Kohlenwasserstoff und das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel ist,
daß der gelöste Stoff (Kälte- bzw. Arbeitsmittel) ein halogenierter Kohlenwasserstoff ist und das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel.
Weitere besondere Ausführungsformen sind dadurch
gekennzeichnet,
daß die Fraktion der Lösung (S₁) 10 bis 90% der Lösung (S) darstellt und der Rest die Fraktion (S₂),
daß der Druck in der Austreibungsstufe von 1 bis 20 bar beträgt,
daß die Temperatur der äußeren Flüssigkeit bei der Austreibungszone die die Wärme liefert, die zur Verdampfung der Lösung (S₁) notwendig ist, sich in einem Temperaturintervall von 0°C bis 200°C befindet,
daß der Dampf, der aus der Austreibungszone austritt, durch Kontakt im Gegenstrom mit einem Teil der flüssigen Phase rektifiziert wird, die von der Kondensation des vorgenannten Dampfes hervorgerufen wird.
daß die Fraktion der Lösung (S₁) 10 bis 90% der Lösung (S) darstellt und der Rest die Fraktion (S₂),
daß der Druck in der Austreibungsstufe von 1 bis 20 bar beträgt,
daß die Temperatur der äußeren Flüssigkeit bei der Austreibungszone die die Wärme liefert, die zur Verdampfung der Lösung (S₁) notwendig ist, sich in einem Temperaturintervall von 0°C bis 200°C befindet,
daß der Dampf, der aus der Austreibungszone austritt, durch Kontakt im Gegenstrom mit einem Teil der flüssigen Phase rektifiziert wird, die von der Kondensation des vorgenannten Dampfes hervorgerufen wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit, die Arbeitsweise
von Einrichtungen zu verbessern, die gemäß einem
dreithermischen Absorptionszyklus arbeiten. Solche
Einrichtungen arbeiten, indem sie Wärme einem äußeren
Medium bei einem Temperaturintervall A liefern, indem
sie Wärme eines äußeren Mediums in einem Temperaturintervall
B entnehmen und Wärme mit einem äußeren
Medium bei einem Temperaturintervall C austauschen.
Man kann zwei Fälle unterscheiden.
Im ersten Fall (im folgenden Fall 1 genannt) befindet
sich das Temperaturintervall B wenigstens teilweise
über dem Temperaturintervall A, und die Vorrichtung
entnimmt Wärme im Temperaturintervall C, die sich wenigstens
teilweise unterhalb der Temperaturintervalle
A und B befindet: Eine solche Vorrichtung kann entweder
als Kältemaschine arbeiten, wenn das Temperaturintervall
C unterhalb der Umgebungstemperatur liegt,
oder als Wärmepumpe, wenn das Temperaturintervall C
sich auf dem Niveau der Umgebungstemperatur oder darüber
befindet. In diesem Falle liefert man im Temperaturintervall
A eine Wärmemenge Q₂, die größer ist,
als die Wärmemenge Q₁, die im Temperaturintervall B
erhalten wird, indem man eine Wärmemenge Q₂-Q₁ im
Temperaturintervall C entnimmt. Im zweiten Fall (im
folgenden Fall 2 genannt) befindet sich das Temperaturintervall
B unter dem Temperaturintervall A und
das System gibt Wärme im Temperaturintervall C ab,
das sich unter den Temperaturintervallen A und B befindet:
Dies ist der Fall des Thermotransformators,
der Gegenstand der FR-PS 23 21 098, die der DE-OS 26 35 557
entspricht, ist. In diesem Falle liefert man im
Temperaturintervall A eine Wärmemenge Q₂, die kleiner
ist als die Wärmemenge Q₁, die im Temperaturintervall
B erhalten wird, indem eine Wärmemenge Q₂-Q₁ im Temperaturintervall
C abgegeben wird.
Im folgenden will man als Wärmepumpe auf Absorptionsbasis
jede Vorrichtung nennen, die Wärme nur über der
Umgebungstemperatur entnimmt und der allgemeinen,
vorangegangenen Definition entspricht, sei es im Falle
1 oder im Falle 2.
In beiden Fällen, Fall 1 und Fall 2, umfaßt der Zyklus
wenigstens eine Absorptionsstufe, in deren Verlauf eine
gasförmige Phase einer Arbeitsflüssigkeit, die die
Rolle des gelösten Stoffes hat, mit einer flüssigen
Phase in Kontakt gebracht wird, die als Lösungsmittel
benutzt wird, und eine Desorptionsstufe (Austreibungsstufe) in deren Verlauf
die erhaltene Lösung im Verlauf der Absorptionsstufe
eine flüssige Phase zurückgibt, die an gelöstem
Stoff verarmt ist, und eine gasförmige Phase, die
reich an gelöstem Stoff ist.
Die Austreibungsstufe wird gewöhnlich dadurch verwirklicht,
daß man eine Lösung S, die im Verlaufe
der Absorptionsstufe erhalten wurde, in einem Gefäß
ankommen läßt, das durch indirekten Austauschkontakt
mit einer äußeren Flüssigkeit beheizt wird, wobei man
eine flüssige Phase L erhält, die an gelöstem Stoff
verarmt ist, und eine Dampfphase V, die an gelöstem
Stoff angereichert ist, gemäß der Vorrichtung, wie
sie in der Fig. 1A dargestellt ist. Während die
verwendete Lösungsmittelphase selbst flüchtig ist,
ist es üblich, in den Kältemaschinen auf Absorptionsbasis
die Dampfphase V durch wenigstens teilweise
Kondensation zu läutern, wobei als Rückfluß ein Teil
der flüssigen, kondensierten Phase eingesetzt wird
und wobei ein Gegenstromkontakt zwischen der Dampfphase
V und dem Rückfluß hergestellt wird, zum Beispiel
in einer Bodenkolonne.
Um Mitführungen der Lösungsmittelphase in den Dampf
V zu vermindern, ist es möglich, gemäß einer Vorrichtung
zu arbeiten, die in der Fig. 1B dargestellt
ist. Die Lösung S wird von oben in die Kontaktzone
im Gegenstrom eingeführt, und man erzeugt eine Dampfphase
V′ am Boden dieser Kontaktzone durch Verdampfung
eines Teiles der flüssigen Phase L′′′, die unten von
der vorgenannten Zone entnommen wird. Diese letztere
wird zum Beispiel von solchen Böden gebildet, die üblicherweise
zur Destillation oder bei der Absorption
verwendet werden. Indem man die Lösung S in dieser
Zone im Gegenstrom kontaktiert, kann sich der Dampf
mit gelöstem Stoff anreichern und sich an Lösungsmitteln
verarmen, während sich die Lösung an gelöstem
Stoff verarmt und an Lösungsmittel anreichert.
Die flüssige Phase, die von gelöstem Stoff L verarmt
ist, wird unten von dem Verdampfer W entnommen. Das
Problem erscheint deutlich, wenn man die Austreibung
einer Ammoniaklösung betrachtet.
Wenn man gemäß der in der Fig. 1A dargestellten Vorrichtung
verfährt, wobei man einen Druck von 7,85 bar
und als Lösung eine solche, die 50 Gew.-% an NH₃ enthält,
verwendet, beobachtet man folgende Entwicklung
der Konzentrationen in der flüssigen Phase L und in
der Dampfphase V als Funktion der Temperatur.
Man stellt fest, daß man mit zunehmender Temperatur
eine flüssige Phase erhält, die zunehmend weniger
Ammoniak enthält, aber daß die Menge des in der
Dampfphase mitgeführten Wassers rasch zunimmt. Insbesondere
bei 142,4°C verdampft die Lösung vollständig.
Im Gegensatz dazu ist es möglich, wenn man gemäß der
Vorrichtung, die in der Fig. 1B dargestellt ist,
arbeitet, den Dampf V, der aus der Kontaktzone im
Gegenstrom austritt, in einer Konzentration zu halten,
die nahe derjenigen ist, die dem Gleichgewicht
mit der Anfangslösung ist, d. h., 99% Gewichtsanteil
Ammoniak bei einem Druck von 7,85 bar und eine Lösung,
die 50 Gew.-% NH₃ enthält, wobei man durchaus eine
flüssige Phase L erhält, deren Ammoniakkonzentration
der Beheizungstemperatur am Boden der Zone des
Gegenstromes entspricht, was eine verstärkte Austreibung
gestattet. Eine solche Vorrichtung ist im
einzelnen in dem vorgenannten französischen Patent
beschrieben.
Jedoch macht es diese Vorrichtung notwendig, die gesamte
benötigte Wärme bei einer Temperatur zur Verfügung
zu stellen, die nahe der Sättigungstemperatur
der flüssigen Phase L ist, die die Gegenstromzone
verläßt, eine Temperatur, die um so höher ist, als
die Austreibung vorangeschritten ist.
Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, eine erhöhte
Ammoniakkonzentration in der Dampfphase aufrecht
zu erhalten, wobei dennoch die notwendige
Wärme in einem Temperaturintervall zur Verfügung gestellt
wird, das viel größer ist, als das der Fall
bei der in der Fig. 1B schematisch dargestellten
Vorrichtung ist, was es ermöglicht, für die Beheizung
der Einrichtung Wärmeabfuhren einzusetzen, in
den Fällen, wenn dies gemäß der Vorrichtung in der
Fig. 1B nicht mehr möglich sein wird.
Die Vervollkommnung gemäß der Erfindung bei der Austreibungsstufe
der Wärmepumpen und Kältemaschinen
auf Absorptionsbasis, dargestellt in Fig. 1C, umfaßt
(1) die Zuführung einer ersten Fraktion S₁ der Lösung
S, die der Austreibungsstufe bei einer Beheizungszone
unterworfen wird, einer Beheizungs- und Verdampfungszone
E, in welcher die Lösung S₁ geheizt und zunehmend
verdampft wird und das in einem Temperaturintervall Δ
zwishen der Anfangstemperatur T i und der Erdtemperatur
T f infolge Wärmeaustausches mit einer äußeren
Flüssigkeit bei der Austreibungszone, wobei man
eine Dampfphase V′ und gegebenenfalls eine flüssige
Phase L′, die man voneinander trennt, herstellt und
(2) die Zuführung einer zweiten Fraktion S₂ der Lösung
S einer Austreibungszone D, in der man einen Kontakt
zwischen der Fraktion S₂ und der Dampfphase V′ herstellt,
wobei man eine flüssige Phase L′′ erhält,
wobei die Phasen L′ und L′′ die Phase L bilden, die
der Absorptionsstufe zurückgeführt wird.
Die Lösung S₁ kann vollständig verdampfen (L′ existiert
jetzt nicht mehr), und in diesem Falle wird
die Phase L vollständig am Ausgang der Zone D aufgefangen.
Obgleich man, wie in der Fig. 1C dargestellt, bevorzugt,
daß S₁und S₂ zwei Fraktionen von gleicher
Zusammensetzung der Lösung S sind, die der Austreibungsstufe
unterworfen ist, kann man ebenso die Gesamtheit
der Lösung S dem oberen Teil der Zone D
(S₂ = S) zuführen und die Lösung S₁ dadurch bilden,
daß man die flüssige Phase S′₁ teilweise auf einem
Zwischenniveau der Zone D (S₁ = S′₁) entnimmt. Diese
letztere Vorrichtung ist jedenfalls in den meisten
Fällen um so weniger bevorzugt, je tiefer der Entnahmepunkt
der vorgenannten Zone D liegt.
Die Lösung, die der Austreibungsstufe unterworfen ist,
wird im allgemeinen wenigstens zum Teil von der Lösung
gebildet, die im Verlauf der Absorptionsstufe
erhalten wird, was nicht heißt, daß sie nicht andere
flüssige Fraktionen beinhalten kann.
Somit, zum Beispiel, wenn der Dampf, der aus der Austreibungszone
entweicht, bei einem Druck kondensiert wird, der
in der Nähe des Druckes der Austreibungszone liegt, gegebenenfalls
nach Mischung mit einer flüssigen Fraktion,
und wenn die so erhaltene Lösung bei einem Druck
teilweise verdampft wird, der dem Druck der Absorptionszone
benachbart ist, um die Dampfphase zu bilden, die
der Absorptionszone zugeführt wird, kann die restliche
flüssige Phase, die der vorgenannten Verdampfung entströmt,
zum Teil oder gänzlich der Austreibungszone
zugeführt werden, um einen Teil der Lösung S zu bilden.
Unter der äußeren Flüssigkeit bei der Austreibungszone
versteht man entweder eine äußere Flüssigkeit
bei einer Kältemaschine oder Wärmepumpe, die eine
erfindungsgemäß vervollkommende Austreibungsstufe beinhaltet
und Wärme abgibt, oder eine Flüssigkeit,
die über eine andere Stufe in derselben Kältemaschine
oder Wärmemaschine umfließt, zum Beispiel
über die Absorptionsstufe.
Wenn die Lösung S₁ an einer Temperatur anlangt,
die niedriger oder gleich zu ihrem Siedepunkt liegt,
beginnt sie bei der Siedepunkttemperatur zu verdampfen.
Das Verdampfungsintervall kann als Funktion
der Ankunftstemperatur der äußeren Heizflüssigkeit
gewählt werden. Wenn dieses Intervall zunimmt,
nimmt die verdampfte Fraktion zu. Das größte Intervall
entspricht einer vollständigen Verdampfung,
die Endtemperatur der Verdampfung kann hierbei zu dem
Taupunkt des Dampfes gleich sein, der dieselbe Zusammensetzung
hat, wie die Anfangslösung.
Somit in Anbetracht des Beispieles im Falle einer
Ammoniaklösung, die 50 Gew.-% NH₃ bei einem Druck von
7,85 bar enthält, wird das Intervall Δ zwischen einschließlich
einer Anfangstemperatur T i von 54,2°C
und einer Endtemperatur T f zwischen einschließlich
54,2 und 142,4°C liegen.
Es ist somit möglich, die notwendige Wärme in einem
Temperaturintervall zu liefern, das sehr groß ist,
während im Fall der Vorrichtung, die
in der Fig. 1B dargestellt ist, um eine flüssige Phase
und eine Dampfphase von Zusammensetzungen zu erhalten,
die zu denen vergleichbar sind, die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren erhalten werden, die gesamte
Wärme bei einer Temperatur zur Verfügung gestellt
werden muß, die bei der Temperatur T f liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es somit, die
verfügbare Wärme in einem weiten Temperaturintervall
zu verwerten oder noch eine Wärmezufuhr bei einem
weit größeren Temperaturunterschied und einer
weit geringeren Wärmeaustauschoberfläche.
Wenn die Austreibungszone bei einem Druck arbeitet,
der geringer als der Druck der Absorptionszone ist,
wird die Lösung S₁ vor seinem Durchtritt durch die
Heizzone E entspannt, und wenn seine Temperatur vor
der Entspannung über der Siedetemperatur nach der
Entspannung liegt, ist es vorteilhaft, die Lösung
S₁ vor der Entspannung zu unterkühlen, um das
größtmögliche Verdampfungsintervall auszunützen.
Um die Lösung S₂ zu unterkühlen, ist es möglich,
zum Beispiel vor der Entspannung einen thermischen
Austausch mit einer Fraktion dieser selbigen Lösung
durchzuführen, die nach der Entspannung verdampft.
Eine solche Vorrichtung ist in dem Beispiel 2 dargestellt,
das in Fig. 3 abgebildet ist.
Indem man nach der Vorrichtung, die in der Fig. 1C
abgebildet ist, arbeitet, ist es möglich, am Ende der
Verdampfung eine Temperatur zu erreichen, die dem Taupunkt
eines Dampfes entspricht, der dieselbe Zusammensetzung
besitzt, wie die anfängliche Lösung. Daraus
resultiert eine Konzentrationshöhe an gelöstem Stoff,
die derjenigen einer gesättigten Flüssigkeit im Gleichgewicht
mit einem solchen Dampf entspricht, und die die
untere Grenze darstellt, welche die Konzentration an
gelöstem Stoff in der Phase L erreichen kann.
Die Abänderung der Desorptionsstufe und des Wärmetausches,
die weiter oben beschrieben wurde, ändert
die anderen Stufen des Verfahrens nicht und kann sich
in jede Vorrichtung einer Wärmepumpe und Kältemaschine
auf Absorptionsbasis einfügen. Insbesondere kann die
Absorptionsstufe die unterschiedlichen, bekannten Arten
eines Kontaktes zwischen der Dampfphase, die den
gelösten Stoff bildet, und der flüssigen Phase, die
das Lösungsmittel bildet, und insbesondere die Art
des Kontaktes einsetzen, der in der französischen
Patentanmeldung 78 28 170 vom 29. September
1978 beschrieben ist, der darin besteht, in der
Absorptionsstufe einen Gegenstromkontakt zwischen
der Dampfphase, die den gelösten Stoff bildet, und
einem Teil der flüssigen Phase, die den Lösungsstoff
bildet, wobei der andere Teil mit der Dampfphase
vermischt wird, die die Austauschzone im Gegenstrom
verläßt.
Die Hauptstufen des Verfahrens entsprechen der Anordnung,
die in der Fig. 1C dargestellt ist, was
somit vorzugsweise die folgenden sind:
- (a) man verwirklicht in einer Absorptionsstufe einen Kontakt zwischen einer gasförmigen Phase, die den gelösten Stoff darstellt und einer flüssigen Phase, die das Lösungsmittel darstellt, indem man eine Lösung S erhält,
- (b) man bringt eine erste Fraktion S₁ der Lösung S in eine Heizzone, in der sie wenigstens teilweise durch Wärmeaustausch mit einer äußeren Flüssigkeit bei der Austreibungszone verdampft wird,
- (c) man verwirklicht einen Gegenstromkontakt zwischen der Dampfphase, die aus der Verfahrensstufe (b) resultiert und einer zweiten Fraktion S₂ der Lösung S,
- (d) man kondensiert die Dampfphase, die aus der Stufe (c) resultiert, indem Wärme an eine äußere Flüssigkeit abgegeben wird,
- (e) man verdampft wenigstens teilweise die Lösung, die aus der Stufe (d) resultiert, indem man Wärme einer äußeren Flüssigkeit entnimmt und
- (f) man führt der Absorptionszone die Dampfphase wieder zu, die aus der Stufe (e) resultiert und die flüssige Phase, die aus den Stufen (b) und (c) resultiert.
Es ist im allgemeinen vorteilhaft, um die Wärme,
die zum Durchführen der Verdampfung der Lösung S₁
dient, besser auszunutzen, einen Wärmeaustausch zu
verwirklichen, der einer Art des Kontaktes
entspricht, der so nahe wie möglich zum Gegenstrom
ist.
Die thermischen Niveaus der äußeren Flüssigkeiten,
mit denen die thermischen Austausche durchgeführt
werden, sind in den Fällen 1 und 2, die im vorigen
erwähnt wurden, verschieden.
Im Falle 1 wird die Absorptionsstufe bei einem Druck
verwirklicht, der höchstens dem Druck der Austreibungsstufe
gleich ist, indem Wärme einer äußeren Flüssigkeit
in einem Temperaturintervall A geliefert wird
und indem eine Lösung S erhalten wird, die desorbiert
wird, indem Wärme einer äußeren Flüssigkeit
in einem Temperaturintervall B entnommen wird, und
in dem eine Dampfphase produziert wird, die sich
wenigstens teilweise bei einem Druck kondensiert,
der in der Nähe des Druckes der Austreibungszone liegt,
wobei Wärme einer äußeren Flüssigkeit in einem Temperaturintervall
A geliefert wird, und die wenigstens
teilweise bei einem Druck verdampft, der in der Nähe
des Druckes der Absorptionszone liegt, wobei Wärme
einer äußeren Flüssigkeit in einem Temperaturintervall
C entnommen wird, und die der Absorptionszone
zurückgeführt wird.
Eine bevorzugte Vorrichtung gemäß diesem Fall besteht
auch darin
- (1) auf einem ersten Druckniveau wenigstens einen Teil der Flüssigkeit des flüssigen Kältemittels, das den gelösten Stoff bildet, in einem Austauscher zu entspannen und zu verdampfen, wobei Wärme einer äußeren Flüssigkeit entnommen wird, und Wärme zwischen der Dampfphase, die von dem vorgenannten verdampften, flüssigen Kältemittel gebildet wurde, und der flüssigen Phase, die von dem vorgenannten flüssigen Kältemittel vor der Entspannung gebildet wird, auszutauschen.,
- (2) dieses flüssige Kältemittel in einer flüssigen Phase zu absorbieren, die von der verarmten Lösung gebildet wird, die aus der Austreibungsstufe austritt, wobei die Absorptionswärme auf eine äußere Flüssigkeit wie Wasser oder Luft in einem Austauscher übertragen wird,
- (3) die angereicherte Lösung, die so erhalten wurde, weiterzupumpen, um sie einem zweiten Druckniveau zuzuführen, das in der Nähe des Druckes liegt, der in der Austreibungsstufe herrscht, und die Wärme zwischen der vorgenannten angereicherten Lösung und der verarmten Lösung, die aus der Austreibungsstufe kommt, auszutauschen,
- (4) die vorgenannte angereicherte Lösung in zwei Fraktionen S₁ und S₂ aufzuteilen, und die Wärme zwischen der Fraktion S₁ und der verarmten Lösung, die aus der Austreibungsstufe kommt, auszutauschen,
- (5) wenigstens teilweise die Fraktion S₁ in einem Austauscher zu verdampfen, wobei Wärme von einer äußeren Flüssigkeit entnommen wird,
- (6) das Gemisch Flüssigkeit-Dampf, das somit erhalten wurde, am Boden der Austreibungsstufe einzuführen,
- (7) die Fraktion S₂ in die Austreibungsstufe an einem Punkt einzuführen, der über einer Stripping-Zone liegt, in der das flüssige Kältemittel, das in der Fraktion S₂ in Lösung enthalten ist, wenigstens teilweise von der Dampfphase durch direkten Gegenstromkontakt desorbiert wird, die vom Boden der Austreibungsstufe kommt,
- (8) die Dampfphase, die der vorgenannten Stripping-Zone entströmt, in einer Rektifikationszone zu rektifizieren, die über dem Einspeisungspunkt der Fraktion S₂ angeordnet ist, wobei ein direkter Gegenstromkontakt zwischen der Dampfphase und einem flüssigen Rückfluß verwirklicht wird,
- (9) die Dampfphase zu kondensieren, die der Rektifikationszone entströmt, wobei die Kondensationswärme in einem Austauscher auf eine äußere Flüssigkeit wie Wasser oder Luft übertragen wird,
- (10) ein Teil der flüssigen Phase, die somit in der Stufe 8 enthalten wurde, als Rückfluß zurückzuführen, wobei die verbleibende Fraktion der Stufe (1) zurückgeführt wird, und
- (11) der Austreibungsstufe eine verarmte Lösung zu entnehmen
und sie der Stufe (2) zurückzuführen.
(Der Ausdruck "Stripping-Zone" steht für "Abstreifzone".)
Im Falle 2 wird die Absorptionsstufe bei einem Druck
verwirklicht, der wenigstens gleich dem Druck der
Austreibungsstufe ist, wobei Wärme einer äußeren Flüssigkeit
in einem Temperaturintervall A geliefert wird
und eine Lösung S erhalten wird, die dadurch ausgetrieben
wird, daß Wärme einer äußeren Flüssigkeit in
einem Temperaturintervall entnommen wird, und eine
Dampfphase produziert wird, die wenigstens teilweise
bei einem Druck kondensiert wird, der dem Druck der
Austreibungsstufe benachbart ist, wobei Wärme einer
äußeren Flüssigkeit in einem Temperaturintervall C
geliefert wird, und die wenigstens teilweise bei
einem Druck wiederverdampft wird, der dem Druck der
Absorptionsstufe benachbart ist, wobei Wärme einer
äußeren Flüssigkeit bei einem Temperaturniveau B entnommen
wird, und die der Absorptionsstufe zurückgeführt
wird.
Eine bevorzugte Vorrichtung, die diesem Falle entspricht,
besteht darin
- (1) die Dampfphase, die einer Austreibungsstufe entströmt, in Gegenwart eines flüssigen Zuschusses zu kondensieren, wobei die Wärme einer äußeren Flüssigkeit wie Wasser oder Luft in einem Austauscher bei einem ersten Druckniveau abgegeben wird, nachdem Wärme mit der flüssigen Phase, die aus dem vorgenannten Austauscher kommt, ausgetauscht worden ist,
- (2) die vorgenannte flüssige Phase umzupumpen, um sie einem zweiten Druckniveau zuzuführen, das dem Druck benachbart liegt, der in der Absorptionsstufe existiert,
- (3) wenigstens teilweise die vorgenannte flüssige Phase zu verdampfen, wobei Wärme einer äußeren Flüssigkeit entnommen wird, nachdem Wärme, wie im Verlauf der Stufe (1) angegeben, ausgetauscht worden ist,
- (4) die Dampfphase und die flüssige Phase voneinander zu trennen,
- (5) der Stufe (1) einen Teil der flüssigen Phase zuzuführen, die aus der Stufe (4) nach Entspannung als flüssiger Zuschuß zur Dampfphase, die aus der Austreibungsstufe kommt, entströmt,
- (6) die verbleibende Fraktion mit der angereicherten Lösung zu mischen, die der Absorptionsstufe entströmt,
- (7) das somit erhaltene Gemisch durch Wärmeaustausch mit einer ersten Fraktion des vorgenannten Gemisches vorzukühlen, die entspannt und wenigstens teilweise verdampft ist,
- (8) das Gemisch, das aus der Stufe (7) kommt, in drei Fraktionen F1, F2 und F3 aufzuteilen, deren erste F1 durch Verdampfung gestattet, die Vorkühlung wie im Verlauf der Stufe (7) beschrieben auszuführen, wobei das erhaltene Flüssigkeit-Dampf-Gemisch am Boden der Austreibungsstufe eingeführt wird, deren zweite F2 die Fraktion F2 bildet, die entspannt und dem Oberteil der Austreibungsstufe zugeführt wird, und deren dritte F3 die Fraktion S₁ bildet, die entspannt und wenigstens teilweise verdampft wird, wobei Wärme einer äußeren Flüssigkeit entnommen wird, und wobei das Flüssigkeits- Dampf-Gemisch, das somit erhalten wurde, dem Boden der Austreibungsstufe zugeführt wird
- (9) in der Austreibungsstufe einen direkten Gegenstromkontakt zwischen der flüssigen Phase und der Dampfphase herzustellen, wobei am Boden der Austreibungsstufe eine verarmte Lösung aufgefangen wird,
- (10) eine Absorptionsstufe durchzuführen, wobei die verarmte Lösung, die der Stufe (9) entströmt, und die Dampfphase, die der Stufe (4) entströmt, in Kontakt gebracht werden und wobei eine angereicherte Lösung erhalten wird, und
- (11) die angereicherte Lösung, die aus der Stufe (10) kommt, der Stufe (6) zurückzuführen.
Die Absorptionsstufe kann dadurch verwirklicht werden,
daß man direkt die Dampfphase, die aus der Stufe (4)
kommt, mit der verarmten Lösung mischt, die aus der
Stufe (9) kommt, und indem man die Absorptionswärme
an eine äußere Flüssigkeit bzw. ein Fluid abgibt, wie zum Beispiel
Wasser oder Luft. Es ist gleichermaßen möglich, diese
Absorptionsstufe dadurch auszuführen, daß man einen
Gegenstromkontakt zwischen einer ersten Fraktion
der flüssigenn Phase, die aus der Austreibungsstufe resultiert,
mit der Dampfphase, die aus der Austreibungsstufe
resultiert, herstellt, indem man die Dampfphase,
die
aus dem vorgenannten Gegenstromkontakt resultiert,
mit einer zweiten Fraktion der vorgenannten flüssigen
Phase mischt, wobei die Flüssigkeits-Dampfphase,
die somit erhalten wurde, kondensiert wird und im
Verlaufe der Kondensation des vorgenannten Gemisches
die Wärme einer äußeren Flüssigkeit geliefert wird.
Es ist leicht zu erkennen, daß jeder der im vorangegangenen
definierten Wärmeaustausche in einer oder
mehreren Stufen durchgeführt werden kann, wobei sich
die Austausche entweder mit einer einzigen äußeren
Flüssigkeit oder mit mehreren Flüssigkeiten abspielen.
Desgleichen können sich die thermischen Austausche
auf unterschiedlichen Temperaturniveaus abspielen,
die sich im selben Intervall befinden. Zum Beispiel
können sich in den Fällen 1 und 2 die beiden Austauscher
im Intervall B abspielen, ohne daß gezwungenermaßen
gleiche Temperaturen eingesetzt werden.
In bestimmten Fällen und insbesondere im Falle der
Kälteproduktion, ist es notwendig, am Ausgang der
Austreibungsstufe eine an Stoff praktisch reine
Dampfphase zur Verfügung zu haben, der den gelösten
Stoff im Verlaufe der Absorptionsstufe bildet. In diesem
Falle ist es notwendig, über der Austreibungsstufe
eine Rektifikationsstufe vorzusehen, wobei die
Rektifikation durch Gegenstromkontakt verwirklicht
wird, zum Beispiel in einer Bodenkolonne, zwischen
der Dampfphase, die die Austreibungsstufe verläßt,
und einem Teil der flüssigen Phase, die aus der
Kondensation des Dampfes hervorgeht, der die vorgenannte
Rektifikationszone verläßt.
Die Erfindung bezieht sich ganz insbesondere auf den
Fall, wo der gelöste Stoff (Kälte- bzw. Arbeitsmittel) Ammoniak ist und das Lösungsmittel
Wasser. Jedoch können andere gelöste
Stoffe und andere Lösungsmittel rein oder gemischt
verwendet werden.
Das Lösungsmittel kann gleichermaßen ein organisches
Lösungsmittel wie zum Beispiel Dimethylformamid,
Dimethylsulfoxyd, N-Methylpyrrolidon, Tetraäthylen-
Glycoldimethyläther, Tributylphosphat, Äthylen
glycol, Diäthylenglycol, Phenylalkohol oder Anilin
oder ferner ein Kohlenwasserstoff der zum Beispiel
aus den Paraffin-Kohlenwasserstoffen ausgewählt wurde.
Der gelöste Stoff (dessen Siedepunkt oder Sublimationspunkt
unter demjenigen des Lösungsmittels liegt)
kann außer Ammoniak ein Kohlenwasserstoff sein, wie
zum Beispiel Propan, Butan, Pentan oder ein halogenierter
Kohlenwasserstoff, wie zum Beispiel Difluorchlormethan,
Fluordichlormethan oder Difluordichlormethan,
unter der Bedingung, daß er in dem Lösungsmittel
löslich ist, wobei sich die Lösung unter Wärmeabgabe
abspielt.
Im allgemeinen kann jedes Paar Arbeitsmittel-Lösungsmittel unter
der Bedingung geeignet sein, daß die benutzten Produkte
chemisch stabil sind unter den Temperatur- und
Druckbedingungen, bei denen man arbeitet, und unter
der Bedingung, daß das Arbeitsmittel und das Lösungsmittel
rein oder gemischt unter den Temperatur- und
den Druckbedingungen, bei denen man arbeitet, verdampft
werden können, wobei die Flüchtigkeit des Arbeitsmittels
in jedem Falle über derjenigen des
Lösungsmittels liegt, und unter der Bedingung, daß
sich der gelöste Stoff im Lösungsmittel unter
Wärmeabgabe löst.
Der Druck der Austreibungsstufe wird vorzugsweise
zwischen einschließlich 1 und 20 bar liegen.
Die Fraktion der Lösung S₁ stellt vorzugsweise 10 bis
90% und insbesondere 10 bis 70% der Lösung S dar,
wobei der Rest die Fraktion S₂ bildet.
Die Temperatur der äußeren Flüssigkeit bei der Desorptionsstufe,
die die zur Verdampfung der Lösung
S₁ notwendige Wärme liefert, liegt in einem Temperaturintervall
von 0 bis 200°C und bevorzugterweise
von 50 bis 150°C.
Die Absorptionsstufen und die Austreibungsstufen werden
bevorzugterweise von Säulen des Types gebildet,
die am häufigsten in der Chemietechnik verwendet
werden, um diese Art von Operationen durchzuführen,
jedoch andere Vorrichtungen, insbesondere Vorrichtungen,
die eine mechanische Bewegung beinhalten,
können eingesetzt werden.
Die zwischen einer gasförmigen Phase und einer flüssigen
Phase bewirkten Mischungen können entweder
durch einfache Reihen-Mischung bewirkt werden oder
in einem Gefäß, das eine mechanische Bewegung beinhaltet,
oder auch in einer Kontaktstufe des
Rieseltyps oder des Plattentyps oder des Füllkörpertyps.
Diese vorgenannten Mischungen und die
Lieferung von Wärme durch wenigstens teilweise Kondensation
der vorgenannten Mischungen können entweder
aufeinanderfolgend bewirkt werden, wobei die
Mischstufe vom Austauscher getrennt sein kann, indem
die Wärme nach außen geliefert wird, oder gleichzeitig,
zum Beispiel dadurch, daß man die Mischung
in einem Tank durchführt, der mit einem Abkühlungsaustauscher
ausgerüstet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig.
2 und 3 dargestellt. Die Beispiele 1 und 2 stellen
die Erfindung dar. Aus Gründen der Vereinfachung
werden die Fig. 2 und 3 in Beziehung mit den Beispielen
1 und 2 beschrieben, jedoch bleibt ihre Bedeutung
allgemein und darf nicht als Begrenzung der
im einzelnen ausgeführten vorgenannten Beispiele interpretiert
werden.
Das Beispiel ist in der Fig. 2 dargestellt. Es handelt
sich um eine Vorrichtung, die dem Fall entspricht,
der im vorigen als Fall 1 bezeichnet wurde.
Über die Leitung 1 läßt man in die Bodensäule C 1 einen
Durchfluß von 9 T/h einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung
eintreten, deren Zusammensetzung folgende Gewichtsanteile
aufweist:
NH₃= 47%
H₂O= 53%
Am Boden der Säule C 1 trennen sich die flüssige Fraktion
und die Dampffraktion, die 4,2 T/h darstellt.
Die flüssige Fraktion mischt sich mit der Flüssigkeit,
die von der ersten Platte, die über dem Boden der
Säule angeordnet ist, austritt, und die Dampffraktion
wird den Platten zugeführt.
Die Säule C 1 beinhaltet 11 Platten und arbeitet bei
einem Druck im Oberteil von 13,72 bar.
Im Oberteil fängt man einen Ammoniakdampf auf, dessen
Reinheit größer als 99% ist. Dieser Dampf wird
in dem Austauscher E 101 durch Abkühlung bis auf eine
Temperatur von 35°C mit Hilfe von Kühlwasser (im Temperaturintervall
A der allgemeinen Definition) kondensiert.
Über den Austauscher E 101 entnimmt man 1,16 ×
10⁶ Kcal/h.
Das Kondensat wird in dem Tank B 1 aufgefangen, und
ein Durchsatz an Kondensat, der 10% des am Ausgang
des Austauschers E 101 aufgefangenen Kondensates darstellt,
wird durch die Pumpe P 2 und die Leitung 3 als
Rückfluß in die Säule C 1 zurückgeführt. Die übrige
Fraktion wird über die Leitung 4 im Austauscher E 103
zugeführt, von wo sie durch die Leitung 5 austritt.
Sie wird dann über das Ventil V 1 bis auf einen Druck
von 3,92 bar entspannt und verdampft in dem Austauscher
E 107 bei einer Temperatur von -3°C, indem sie
eine äußere Flüssigkeit im Temperaturintervall C der
allgemeinen Definition abkühlt. Man entnimmt somit
1 × 10⁶ Kcal/h. Der Ammoniakdampf wird über die Leitung
6 dem Austauscher E 103 zugeführt, von wo er über
die Leitung 7 austritt.
Indem dieser Dampf mit der Lösung, die über die Leitung
8 ankommt, gemischt wird, erhält man eine Mischung
von Wasser und Ammoniak, die 47 Gew.-% Ammoniak
enthält. Diese Mischung wird in dem Austauscher E 102
durch Abkühlung bis auf 35°C mit Hilfe vom Kühlwasser
im Temperaturintervall A der allgemeinen Definition
kondensiert.
Die erhaltene Lösung tritt aus dem Austauscher E 102
über die Leitung 9 aus, wird in dem Tank B 2 aufgefangen,
über die Pumpe P 1 wieder aufgenommen und dem
Austauscher E 104 zugeführt, von dem sie über die Leitung
10 flüssig bei einer Temperatur von 80°C austritt.
Ein Durchsatz von 9,45 T/h wird durch die
Leitung 11 der Säule C 1 über der fünften Platte vom
Boden aus gezählt, zugeführt. Die übrige Fraktion
wird über die Leitung 12 dem Austauscher E 105 zugeführt,
von wo sie über die Leitung 13 bei einer Temperatur
von 100°C austritt. Sie wird dann im Austauscher
E 106 zugeführt, indem sie zunehmend zwischen
100 und 140°C verdampft wird, wobei Wärme von einer
äußeren Flüssigkeit bezogen wird, die über die Leitung
14 bei 150°C ankommt und über die Leitung 15
bei 110°C austritt (Temperaturintervall B der allgemeinen
Definition). Man führt somit der Vorrichtung
1,6 x 10⁶ Kcal/h zu. Am Boden der Säule C 1 gewinnt
man eine flüssige Phase, die 23 Gew.-% NH₃ enthält,
die über die Leitung 16 dem Austauscher E 105
zugeführt wird, von wo sie über die Leitung 17 austritt,
dann dem Austauscher E 104, von wo sie über die
Leitung 18 dem Entspannungsventil V 2 zugeführt wird.
Das Beispiel ist in der Fig. 3 dargestellt. Es handelt
sich um eine Vorrichtung, die dem Fall entspricht,
der im Vorangegangenen als Fall 2 bezeichnet wurde.
In der Säule C 6 läßt man über die Leitung 68 einen
Dampfdurchsatz von 5,75 T/h ankommen, dessen Zusammensetzung
an Gewichtsanteilen die folgende ist:
NH₃= 80%
H₂O= 20%
Die Säule C 6 enthält 6 Platten und arbeitet bei einem
Druck im Oberteil von 19,6 bar. Die Dampfphase, die
über die Leitung 68 ankommt, wird in der Säule C 6 mit
einer Lösung in Kontakt gebracht, die über die Leitung
60 ankommt und 4 Gew.-% Ammoniak enthält.
Über die Leitung 62 erhält man eine Dampfphase, die
mit einem Durchsatz von 7,03 T/h (Leitung 61) der
gleichen Zusammensetzung wie derjenigen der flüssigen
Phase gemischt wird, die über die Leitung 60 ankommt.
Die Flüssigkeits-Dampfmischung wird dem Austauscher
E 116 zugeführt, in dem sie kondensiert, wobei
2,04 × 10⁶ Kcal/h einem Wasserdurchsatz abgegeben
werden, der bei 150°C verdampft (Temperaturintervall
A der allgemeinen Definition).
Die Wasser-Ammoniak-Mischung verläßt den Austauscher
E 116 über die Leitung 64 kondensiert, und die erhaltene
Lösung wird mit der Lösung gemischt, die die
Säule C 6 über die Leitung 67 verläßt. Die Mischung
der beiden Lösungen wird in die Leitung 96 geschickt
und einem Flüssigkeitsdurchsatz von 1,1 T/h (Leitung
95), der vom Tank B 5 kommt, zugefügt. Die somit erhaltene
Lösung wird über die Leitung 97 dem Austauscher
E 117 zugeführt.
In dem Austauscher E 117 kommt die Lösung über die
Leitung 97 an und wird von 155 auf 115°C durch Austausch
mit einem Durchsatz von 4,15 T/h abgekühlt,
der der Lösung entnommen wird, die den Austauscher
E 117 über die Leitung 98, entspannt über das Ventil
V 10 und teilweise verdampft zwischen 105 und 145°C
verläßt.
Die Fraktion der Lösung, die über die Leitung 98 ankommt,
die nicht dem Austauscher E 117 zugeführt wird,
tritt durch das Ventil V 9 und wird teilweise in dem
Austauscher E 118 zwischen 105 und 145°C verdampft.
Man entnimmt somit 2,403 × 10⁶ Kcal/h von einer
äußeren Flüssigkeit, die ein Ölabfluß ist, der von
einer Destillationssäule herkommt, und die bei 160°C
ankommt und bei 119°C austritt (Temperaturintervall
B der allgemeinen Definition). Die Flüssigkeits-
Dampf-Mischung, die den Austauscher E 118 über die
Leitung 91 verläßt, fügt sich der Flüssigkeits-
Dampf-Mischung zu, die den Austauscher E 117 über die
Leitung 93 verläßt, und die Flüssigkeits-Dampf-
Mischung, die daraus resultiert, wird über die Leitung
88 der Säule C 7 zugeführt. Am Boden der Säule
C 7 trennen sich die flüssige Fraktion und die Dampffraktion.
Die Dampffraktion wird mit der flüssigen
Phase, die über die Leitung 94 ankommt und über das
Ventil V 11 entspannt ist, in Kontakt gebracht. Die
Säule C 7 beinhaltet 12 Platten und arbeitet bei einem
Druck im Oberteil von 6,08 bar. Der Dampf,
der am oberen Teil durch die Leitung 72 austritt, wird mit
der Lösung gemischt, die über die Leitung 74 ankommt,
und das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch wird über die Leitung
73 dem Austauscher E 119 zugeführt. Am Ausgang
des Austauschers E 119 wird das Flüssigkeits-Dampf-
Gemisch dem Kondensator E 120 zugeführt, indem es bis
auf 30°C durch einen Wasserdurchsatz abgekühlt wird
(Temperaturintervall C der allgemeinen Definition).
Die erhaltene Lösung enthält 55 Gew.-% Ammoniak. Sie
wird in dem Tank B 6 aufgefangen und durch die Pumpe
P 7 dem Austauscher E 119 zugeführt, von wo sie bei
einer Temperatur von 105°C austritt, und dann über
die Leitung 85 dem Austauscher E 121 zugeführt wird.
In dem Austauscher E 121 wird sie zunehmend verdampft
bis auf 145°C. Man entnimmt somit 1,604 ×10⁶ Kcal/
h einer äußeren Flüssigkeit, die ein zweiter Ölausfluß
ist, der von der selben Destillationssäule
kommt, wie der Ölausfluß, der dem Austauscher E 118
zugeführt wird. Diese äußere Flüssigkeit kommt bei
160°C an und tritt bei 116°C aus (Temperaturintervall
B der allgemeinen Definition). Die Flüssigkeits-
Dampf-Mischung, die den Austauscher E 121 verläßt,
wird in dem Tank B 5 aufgefangen. Die flüssige
Phase verläßt die Leitung 92. Sie wird in zwei
Fraktionen getrennt, die über die Leitung 95 und 75
austreten.
So, wie es in diesem Beispiel dargestellt ist, kann
die Lösung die der Austreibungsstufe zugeführt wird, in
mehr als zwei Fraktionen aufgeteilt werden, die notwendigerweise
S₁ und S₂ umfassen. Somit kann eine
Fraktion der Lösung, die zu der Austreibungsstufe
geht, verschieden von S₁ und S₂, getrennt (E 117) zu
dem Zweck verdampft werden, um die vorgenannte Lösung
abzukühlen.
Claims (10)
1. Verfahren zur Vervollkommnung der Austreibung und zum
Wärmeaustausch bei Wärmepumpen und Kältemaschinen auf
Absorptionsbasis, das eine Absorptionsstufe für einen
Arbeitsmitteldampf (gelöster Stoff) in einer flüssigen
Lösungsmittelphase umfaßt und eine Lösung (S)
liefert, und eine Stufe für die wenigstens teilweise Austreibung
des vorgenannten gelösten Stoffes aus der Lösung (S)
durch Verdampfung, wobei eine gasförmige Phase des Arbeitsmittels und eine
flüssige Phase des Lösungsmittels geliefert wird und
sich die vorgenannte Verdampfung unter Wärmezufuhr
durch indirekten Austausch mit einer äußeren Heizflüssigkeit
abspielt, dadurch gekennzeichnet,
daß
- a) ein Teil (S₁) der Lösung (S) wenigstens teilweise über einem zunehmenden Temperaturintervall durch indirekten Wärmeaustausch mit der vorgenannten äußeren Flüssigkeit in einer Wärmeaustauschstufe verdampft wird und
- b) man den resultierenden Dampf (V′) von der nicht verdampften Flüssigkeit (L′) trennt und
- c) man diese letztere entnimmt und
- d) man den Dampf (V′) in direkten Kontakt im Gegenstrom mit einem anderen Teil (S₂) der Lösung (S) bringt, um diese auszutreiben, und
- e) man getrennt die Dampfphase (V) und die flüssige Phase (L′′), die diesem Gegenstromkontakt entspringt, entnimmt, wobei die Dampfphase (V) die ausgetriebene gasförmige Phase des gelösten Stoffes (Arbeitsmittel) bildet und die flüssigen Phasen (L′) und (L′′), die entnommen worden sind, die flüssige ausgetriebene Phase bilden, und
- f) daß man die ausgetriebene flüssige Phase der Absorptionszone zuführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die äußere Heizflüssigkeit eine äußere Wärmequelle
für die Gesamtheit ist, die von der Wärmepumpe oder der
Kältemaschine gebildet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lösung (S₁) durch Wärmeaustausch, der im Gegenstrom
mit der äußeren Flüssigkeit bewirkt wird, verdampft
wird, die wenigstens einen Teil der Verdampfungswärme
liefert.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der gelöste Stoff (Kälte- bzw. Arbeitsmittel)
Ammoniak und das Lösungsmittel Wasser ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der gelöste Stoff (Kälte- bzw. Arbeitsmittel) ein
Kohlenwasserstoff und das Lösungsmittel ein organisches
Lösungsmittel ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der gelöste Stoff (Kälte- bzw. Arbeitsmittel) ein
halogenierter Kohlenwasserstoff ist und das Lösungsmittel
ein organisches Lösungsmittel.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fraktion der Lösung (S₁) 10 bis 90% der Lösung
(S) darstellt und der Rest die Fraktion (S₂).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druck in der Austreibungsstufe
von 1 bis 20 bar beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur der äußeren Flüssigkeit bei der
Austreibungszone, die die Wärme liefert, die zur Verdampfung
der Lösung (S₁) notwendig ist, sich in einem
Temperaturintervall von 0°C bis 200°C befindet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Dampf, der aus der Austreibungszone austritt,
durch Kontakt im Gegenstrom mit einem Teil der
flüssigen Phase rektifiziert wird, die von der
Kondensation des vorgenannten Dampfes hervorgerufen
wird.
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