DE3101856A1 - Method for recovering heat and for saving cooling water in mass-transfer processes - Google Patents

Method for recovering heat and for saving cooling water in mass-transfer processes

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Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren zur Wärmerückgewinnung und Kühlwassereinsparung bei StoffaustauschprozessenProcess for heat recovery and cooling water saving in mass transfer processes

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei gleichzeitiger Reduzierung des Kühlwasserbedarfes bei der Absorption von gasförmigen Arbeitsmitteln in flüssigen Absorptionsmittel unter Freisetzung von Absorptionswärme·The invention relates to a method for heat recovery with a simultaneous reduction in the cooling water requirement the absorption of gaseous working media in liquid absorption media with the release of absorption heat

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristics of the known technical solutions

Bei Absorptionskälteanlagen ist unter dem Begriff "LÖsungsrückführung" ein Verfahren für das Stoffpaar NEU - HgO bekannt geworden» das darauf beruht, daß bei der Absorption bestimmter Gase oder Dämpfe in flüssigen Absorptionsmitteln Absorptionswärme frei wird, wobei das Absorptionsgleichgewicht 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 Gegenstroraführung von Lösung und Kühlmittel erforderlich· Stehende sogenannte "Turmabsorber" erfüllen diese Bedingung nicht· Der beiderseitig erzeugte Rieselfilm von Lösung und Kühlwasser bedeutet Gleichstromführung der Stoffströme und eine untragbar niedrige Temperaturdifferenz zwischen Kühlwassereintritt und -austritt ("Kühlbandbreite'1). Deshalb haben sich liegende Absorber durchgesetzt, bei denen der Gegenstrom von Lösung und Kühlwasser durch Übereinanderbau mehrererIn absorption refrigeration systems, under the term "solution recirculation", a process for the pair of substances NEW - HgO has become known »which is based on the fact that absorption heat is released when certain gases or vapors are absorbed in liquid absorbents, with the absorption equilibrium at the same pressure and increasing concentration of the solution a lowering of the absorption temperature requires · Therefore, in contrast to the condensation of vapors, a strict countercurrent flow of solution and coolant is required during absorption · Standing so-called "tower absorbers" do not meet this requirement Unacceptably low temperature difference between cooling water inlet and outlet ("cooling band width ' 1 ). This is why horizontal absorbers have prevailed, in which the counterflow of solution and cooling water is achieved by stacking several

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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, daß sie selbst infolge der Temperaturspreizung zwischen Anfangs- und Endtemperatur des Absorptionsvorganges als Kühlmittel geeignet ist, wenn sie vorher auf einen höheren Druck, z. B. 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 "LösungsrückfUhrung11 zurückgewonnen werden· (Zeitschrift gesamte Kälteindustrie - Bd. 20 (1913), S. 1-9, 114-119, 150-161; Bd. 21 (1914), S. 7-14, 21-24).Units is approximated, the cooling water being guided through the pipes and this pipe interior being easily accessible for cleaning (Hut II B, 28, edition, pp. 249-251). By countercurrent flow of the liquid streams, the solution therefore takes on such a low temperature at the end of the absorption process (rich solution) that it is suitable as a coolant due to the temperature spread between the start and end temperature of the absorption process, if it is previously at a higher pressure, e.g. . B. is brought to desorber pressure · The rich solution can only absorb sensible heat, while latent heat is released during the absorption process (heat of condensation and absorption). As a result, only part of the heat released can be recovered through the "solution recirculation 11 " (Journal of the entire refrigeration industry - Vol. 20 (1913), pp. 1-9, 114-119, 150-161; Vol. 21 (1914), Pp. 7-14, 21-24).

Zur Durchführung eines mehrstufigen derartigen "LösungsrückführungsverfahrensM ist ein stehender Absorber in Form einer Rohrkolonne mit drei übereinander angeordneten Rohrregietern 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 Nutzung der Erfindung entgegenstehen:To perform a multi-step "solution return procedure M such is a standing absorber in the form of a riser with three superimposed pipe directed Tern known. Thus, the lower the cooling coil is cooled with cooling water on the shell side. In a middle cooling register, the rich solution is co-current to the direction of flow of the gas to heated to the boiling point (1st stage of the solution recycling) and in an upper cooling register a partial flow of the rich solution as a cooling medium is heated above the boiling point so that the working medium (refrigerant) is partially outgassed before it reaches the desorber (2nd step of the solution recycling ) (SU-PS 276 977). This version has a number of serious disadvantages that prevent the practical use of the invention:

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-1. The flow rates of the cooling media in the middle and in the upper cooling register are extremely low and the result is correspondingly poor heat transfer conditions In the middle cooling register (1st LÖ-

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NACHGEREICHTSUBMITTED

.φ..φ.

sungsrückführung) 1st 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 Nachteil ergibt, daß die Kühlbandbreite noch geringer wird und die Kühlwassermenge dabei enorm hoch wird·solution recirculation) is the amount of rich solution that can flow through as coolant, given and not correctable. In the lower cooling register, the amount of Cooling medium are increased, but this then results in the additional disadvantage that the cooling bandwidth is still becomes smaller and the amount of cooling water is enormously high

2· Die Verwendung des Mantelraumes von Rohrbündelapparaten zum Kühlen mittels Kühlwasser (unteres Rohrregister) ist wegen der unvermeidlich auftretenden Verschmutzung und der fehlenden Reinigungsmöglichkeit praktisch auszuschliessen· 2 The use of the jacket space of tube bundle devices for cooling by means of cooling water (lower tube register) is practically ruled out due to the inevitable contamination and the lack of cleaning options .

3· Die Erwärmung der reichen Lösung bis zum Siedepunkt in der 1· Lösungerückführung (mittleres Rohrregister) setzt sehr hohe Absorptionsanfangstemperaturen voraus. Dadurch ergeben sich aber andererseits nur sehr kleine Entgasungsbreiten (Konzentrationsunterschied zwischen reicher und armer Lösung) und das setzt praktisch den Verzicht auf Wärmeaustausch zwischen armer und reicher Lösung voraus.3 The heating of the rich solution to the boiling point in the 1 solution return (middle pipe register) requires very high absorption start temperatures. On the other hand, this results in only very small degassing widths (difference in concentration between richer and poor solution) and that practically eliminates the need for heat exchange between poor and rich solution in advance.

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 Ubereinandergebaut werden, wäre es natürlich möglich, im Bereich hoher Absorptionstemperatur (geringer Lösungekonzentration}, also im obersten Absorber die reiche Lösung als Kühlmedium4. The concentration is reduced by pre-gassing the working medium (refrigerant) in the 2 · solution recirculation system the rich solution and the working fluid vapor which is in equilibrium with it · This increases the coolant requirement to generate return in the reinforcement column of the desorber increased or the purity of the working medium decreased From the point of view of the purity of the working medium, however, there is a supercooled liquid feed of the rich solution to the desorber and to strive for a maximum concentration of the rich solution and thus a high degree of degassing. However, it is precisely these factors that are prevented with the known device. With horizontal absorbers that are in to be built one above the other in the manner described in several elements, it would of course be possible in the area high absorption temperature (low solution concentration), So in the uppermost absorber the rich solution as a cooling medium

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NACH3EREJCHT]AFTER3EREJCHT]

-S--S- νν

zu verwenden und so das Verfahren der Lösungsrückführung zu verwirklichen (DE-PS 364 592, VDI-Zeitschrift Bd. 84 (1940), Nr. 3, S. 41-47).to use and thus to realize the process of solution recycling (DE-PS 364 592, VDI magazine vol. 84 (1940), No. 3, pp. 41-47).

Daß diese Möglichkeit praktisch nicht realisiert wurde, liegt in der Erniedrigung der Kühlbandbreite 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.The fact that this possibility was practically not realized is due to the lowering of the cooling bandwidth of the cooling water, because a part of the absorption heat is recovered but at the same time the temperature level for the water-cooled Absorber part is lowered and therefore a reduction in water consumption cannot be achieved can.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, den nutzbaren Teil der bei einer Absorption von gas- oder dampfförmigen Stoffen in flüssigen Absorptionsmitteln 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.The aim of the invention is to use the useful part of the absorption of gaseous or vaporous substances in to recover the heat of absorption released by liquid absorbents as much as possible, the necessary To reduce the cooling water requirement and to enable large cooling bandwidths of the cooling water «The disadvantages are supposed to be of the known state of the art, such as restrictions on the degassing width and insufficient use of the available Heat supply can be avoided.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplain the essence of the invention

Der Erfindung liegt die technische Aufgäbe.zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem das bekannte Prinzip der Lösungsrückführung zur Rückgewinnung von Absorptionswärme ohne Einschränkung der Kühlbandbreite des Kühlwassers und ohne Beeinträchtigung der Entgasungsbreite der Lösung durch Vorausgasung dee absorbierten Arbeitsmittels außerhalb des Desorbers bei minimalem Kühlwasserverbrauch anwendbar wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Beibehaltung des Rieselprinzips die mit einem Arbeitsmittel anzureichernde arme Lösung in zwei Teilströme aufgeteilt wird, die parallel zueinander als Hauptstrom einen Absorber und als Teilstrom einen Teilstromabeorber durchströmen. Dabei wird die arme Lösung in beiden Absorbern in bekannterThe invention is based on the technical task To develop a process that uses the well-known principle of solution recycling to recover heat of absorption without restricting the cooling bandwidth of the cooling water and without impairing the degassing width of the solution Pre-gassing of the absorbed working medium outside the desorber with minimal cooling water consumption is applicable. According to the invention, this object is achieved in that while maintaining the trickle principle with a working medium The poor solution to be enriched is divided into two substreams, which are an absorber parallel to one another as the main stream and flow through a partial stream absorber as a partial stream. The poor solution is known in both absorbers

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Weise mit dem Arbeitsmittel angereichert· Der aus dem Teilstromabsorber austretende Teilstrom reicher Lösung wird dem Hauptstrom im Bereich erhöhter Konzentration wieder zugemischt und der Gegenstrom der reichen Lösung wird anschließend dem Teilstromabsorber als Kühlmittel zugeführt und durchströmt diesen· Beide Absorber werden dabei in an sich bekannter Weise im Gegenstrora oder im angenäherten Gegenstrom betrieben.Enriched with the working fluid · The one from the partial flow absorber Exiting partial flow rich solution becomes the main flow again in the area of increased concentration mixed in and the countercurrent flow of the rich solution is then fed to the partial flow absorber as a coolant and flows through this · Both absorbers are thereby in a manner known per se in countercurrent or in approximate Countercurrent operated.

In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der den Teilstromabsorber verlassende Teilstrom reicher Lösung dem Hauptstrom vor dem letzten Absorberelement im Absorber wieder zugemischt wird.In an advantageous embodiment of the invention The method is provided that the partial flow absorber leaving partial flow rich solution is admixed back to the main flow before the last absorber element in the absorber will.

AusführungsbeispielEmbodiment

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei werden vorteilhafterweise die einzelnen Verfahrensschritte anhand der rinzipschaltung einer entsprechenden Anlage dargestellt.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The method according to the invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The individual process steps are advantageously represented using the basic circuit of a corresponding system.
In the accompanying drawing show:

Fig. 1: Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem liegenden Absorber und einem liegenden Teilstromabsorber.Fig. 1: Plant for carrying out the invention Process with a horizontal absorber and a horizontal partial flow absorber.

Fig. 2: Anlage gemäß Fig. 1, aber mit einem stehenden Teilstroraabsorber.Fig. 2: System according to Fig. 1, but with a vertical partial current absorber.

Nach Fig. 1 und 2 wird die von einem nicht dargestellten Desorber kommende arme Lösung 1 in einem Wärmeübertrager zunächst gekühlt und anschließend von einer Verteileinrichtung 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 besteht beispielsweise aus vier liegenden Absorberelementen 3/1 bis 3/4 (Absorberbündel), während der Teilstromabsorber 2 sich aus drei liegenden Absorberelementen 2/1 bis 2/3 (Teilstromab-According to FIGS. 1 and 2, the poor solution 1 coming from a desorber (not shown) is in a heat exchanger initially cooled and then divided into two partial flows by a distribution device 7. This is the main stream the poor solution 1 is fed to an absorber 3, while a partial flow of the poor solution 1 is fed to a partial flow absorber 2 is supplied in accordance with the heat that can be absorbed by the rich solution 5. The absorber 3 consists for example from four horizontal absorber elements 3/1 to 3/4 (absorber bundle), while the partial flow absorber 2 is made up three horizontal absorber elements 2/1 to 2/3 (partial flow

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sorberbündel) zusammensetzt (Fig. 1) oder von einer stehenden Absorbereinheit gebildet wird (Fig· 2)· Die in den Absorber 3 und den Teilstroraabsorber 2 aufgegebenen Teilströme der arsen Lösung 1 rieseln nun parallel zueinander in beiden Apparaten unter Aufnahme eines zugeführten Arbeitsmittels 6 in einer Filmströuung von oben nach unten» wobei sich die arme Lösung 1 mit dem zugeführten Arbeitsmittel 6 von Stufe zu Stufe stärker anreichert·sorber bundle) composed (Fig. 1) or formed by a standing absorber unit (Fig · 2) · The in the Absorber 3 and the partial flow absorber 2 abandoned partial flows of the arsenic solution 1 now trickle parallel to one another in both apparatuses taking up a supplied working medium 6 in a film flow from top to bottom » whereby the poor solution 1 with the supplied working fluid 6 enriches itself more strongly from stage to stage

Der aus dem letzten Teilstromabsorberelement 2/3 bzw· aus dem stehenden Teilstromabsorber 2 auetretende Teilstrom reicher Lösung 5 wird vor dem letzten Absorberelement 3/4 des Absorbers 3 wieder mit dem Hauptstrom der angereicherten Lösung vereinigt· Diese Vereinigung der beiden Teilströme angereicherter Lösung vor dem Absorberelement 3/4 erfolgt zur Erreichung einer maximal möglichen Konzentration der reichen Lösung 5 im 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 3/4t 3/3» 3/2 und 3/1 und dem Abfluß des erwärmten Kühlwassers am Kühlwasserausgang 9·The partial flow of rich solution 5 emerging from the last partial flow absorber element 2/3 or from the standing partial flow absorber 2 is combined again with the main flow of the enriched solution before the last absorber element 3/4 of the absorber 3 This combination of the two partial flows of enriched solution before the absorber element 3/4 takes place in order to achieve a maximum possible concentration of the rich solution 5 in the lowest (coldest) part of the absorber 3. The total flow of the rich solution 5 emerges from the absorber 3 after the absorber element 3/4. The absorber 3 is cooled through Supply of cold cooling water at the cooling water inlet 8, a countercurrent flow through the absorber elements 3/4 t 3/3 »3/2 and 3/1 and the outflow of the heated cooling water at the cooling water outlet 9 ·

Die reiche Lösung 5 wird über einen Lösungssammler 4 einer Lösungspumpe 11 zugeführt, auf einen höheren Druck gebracht und dem Teilstromabsorber 2 als Kühlmittel zugeleitet. Als Kühlmittel durchströmt die reiche Lösung 5 im Gegenstrom die einzelnen Teilstroaabsorberelemente 2/3, 2/2 und 2/1 bzw· den stehenden Teilstromabsorber 2 und nimmt dabei Absorptionswärme auf· Hach 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 in einen Desorber zurückgeführt werden· Der Teilstromabsorber 2 kann gemäß Fig. 2 deshalb als stehender Apparat mit Rieselströmung der anzureichernden armen Lösung 1 in den Rohren ausgeführt werden, weil die Lösung ia geschlossenen Kreislauf zirkuliert und keine Verschmutzung des Mantelraumes durch die als Kühlmittel im Teilstromabsorber 2 eingesetzte reiche Lösung 5 eintreten kann«The rich solution 5 is fed to a solution collector 4 of a solution pump 11, brought to a higher pressure and the T e ilstromabsorber 2 supplied as a coolant. As a coolant, the rich solution 5 flows in countercurrent through the individual partial flow absorber elements 2/3, 2/2 and 2/1 or the standing partial flow absorber 2 and absorbs heat of absorption after the rich solution 5 used as coolant emerges from the partial flow absorber 2 and the further heat absorption in the heat exchanger 10, the rich solution 5 can be returned to a desorber.The partial flow absorber 2 can therefore be designed according to FIG no contamination of the shell space by the rich solution 5 used as coolant in the partial flow absorber 2 can occur «

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Claims (2)

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 Rieselabsorbern, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Arbeitsmittel (6) anzureichernde arme Lösung (1) in zwei Teilströme 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 Teilstrom der Lösung dem Hauptstrom bei höherer Konzentration wieder zugemischt wird und der Gesamtstrom der reichen Lösung (5) anschließend dem Teilstroraabsorber (2) als Kühlmittel zugeführt wird und diesen durchströmt, wobei in an sich bekannter Weise beide Absorber (3, 2) im Gegenstrom oder im angenäherten Gegenstrora betrieben werden·Process for heat recovery and saving cooling water when absorbing easily absorbable gases or vapors by a liquid with the release of absorption heat with the regenerative use of as large a part as possible the resulting heat of absorption using trickle absorbers, characterized in that with a working medium (6) to be enriched poor solution (1) is divided into two partial flows, which parallel to each other an absorber (3) and flow through a partial flow absorber (2), enriched in a known manner with the working medium (6) and the partial flow of the solution emerging from the partial flow absorber (2) returns to the main flow at a higher concentration is admixed and the total flow of the rich solution (5) is then fed to the partial flow absorber (2) as a coolant is and flows through it, both absorbers (3, 2) in a known manner in countercurrent or in the approximate Can be operated countercurrent 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Teilstromabsorber (2) verlassende Teilstrom reicher Lösung dem Hauptstrora vor dem letzten Absorberelement (3/4) im Absorber (3) wieder zugemischt wird.2. The method according to item 1, characterized in that the the partial flow absorber (2) leaving the partial flow rich solution in the main flow before the last absorber element (3/4) in the Absorber (3) is admixed again. 130061/0360130061/0360
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