FI81501C - FOERFARANDE FOER ISNING. SIIRRETTY PAEIVAEMAEAERAE-FOERSKJUTET DATUM PL 14 ç 21.10.1988 - Google Patents

Description

t 81501 Jäädytysmenetelmä Tämän keksinnön kohteena on menetelmä jäädyttää ja sulattaa jotain liuosta, jolloin liuoksen aineet voidaa erottaa 5 toisistaan. Erityisesti keksinnön kohteena on tämä jäädyttäminen ja sulattaminen suhteellisen matalassa lämpötilassa olevan lämpöenergian avulla.

Menetelmä soveltuu prosessiteollisuuden jätevesien puhdista-10 miseen käyttämällä energian lähteenä tämän saman prosessin hukkalämpöä. Tällainen sovellutus on esimerkiksi selluloosan valkalsimon jätevesien konsentroiminen prosessista lämpöti-latasolla 50*C purkautuvan hukkalämmön avulla. Menetelmää voidaan luonnollisesti soveltaa myös muihin kemian teolli-15 suuden prosesseihin, joissa jonkin liuoksen komponentteja pyritään separoimaan toisistaan.

Jonkin liuoksen, esimerkiksi meriveden jäätyessä syntyvät kiteet ovat puhdasta liuotinta, siis vettä, ja liuonneet 20 suolat jäävät liuokseen. Kun jääkiteet erotetaan liuoksesta ja huuhdotaan sekä sulatetaan, saadaan puhdasta liuotinta erotetuksi konsentroituneesta liuoksesta.

Liuos voidaan jäädyttää höyrystämällä sitä trlppelipistees-25 sä, jossa kiinteä, nestemäinen ja höyryfaasi esiintyvät kaikki tasapainossa keskenään. Käytännössä tämä merkitsee esimerkiksi vesiliuosten kohdalla sitä, että liuoksen konsentroi tuessa lämpötila laskee puhtaan veden jäätymispisteen alapuolelle.

30 Höyryn lämpötila on siis pakkasen puolella, jolloin se lauhtuu jääksi lämmönsiirtopinnoille. Tämä on eräs tähän mennessä sovellettujen jäädytysmenetelmien heikkous. Tämä on vältetty eräissä menetelmissä komprimoimalla höyry 35 kompressorilla jäätymispistettä korkeampaan lämpötilaan. Höyryn valtava ominaistilavuus näissä lämpötiloissa aiheuttaa tällöin omat hankaluutensa toimivan kompressorin rakentamiselle. Fi-patentissani No 73818 olen esittänyt 81501 2 höyryn komprimoimisen höyrysuihkuejektorilla, mikä soveltuu laimeisiin liuoksiin, kuten lämpöpumpun lämmönlähteenä käytettävään meriveteen, jonka jäätymispiste ei ole kovin paljon puhtaan veden jäätymispisteen alapuolella.

5

Nyt puheena olevassa keksinnössä sovelletaan kylmän höyryn lauhduttamiseen ja uudelleen höyrystämiseen absorptiolämpö-pumppua, jolloin höyry lauhtuu absorboivaan nesteeseen, eikä muodosta jäätä. Tällöin prosessi ei ole kovin herkkä 10 höyryn lämpötilalle, joka voi olla useita asteita pakkasen puolella.

Matalasta toimintalämpötilasta johtuen voidaan absorptioläm-pöpumpun höyrygeneraattorin lämmittämiseen käyttää hukkaläm-15 pöä, jonka lämpötila ei ole korkeampi kuin 50°C. Absorp-tiolämpöpumpun absorbaattori voidaan tällöin jäähdyttää jäähdytysvedellä, jonka lämpötila voi nousta yli 20°C:een. Jäähdytettävä liuos voidaan jäähdyttää lähelle jäätymispistettä monivaiheisessa paisuntahöyrystyslaitoksessa (multi 20 stage flash), jota jäähdyttää prosessista poistuva, jäästä sulatettu neste.

Ympäristön suojelun kannalta keksinnön mukaisella prosessilla on useita etuja; hankalia, laimeissa liuoksissa olevia 25 päästöjä voidaan puhdistaa käyttämällä tähän hukkaenergiaa, jolloin ei edes tarvitse turvautua freonia käyttäviin lämpöpumppuihin.

Keksinnön olennaisiksi tunnusmerkeiksi voidaan määritellä 30 jäädytysmenetelmä, jossa käsiteltävästä liuoksesta trippeli-pisteessä syntynyt jää erotetaan väkevöityneestä liuoksesta, joka johdetaan pois prosessista, liuoksesta erkautunut höyry lauhdutetaan absorptioväliaineeseen, jota jäähdytetään lauhtuvaa höyryä lämpimämmällä jäähdytysaineella, höyrystä 35 absorboitunut neste höyrystetään uudelleen korkeammassa lämpötilassa, osa tätä höyryä johdetaan sulattamaan liuoksesta erottunut jää ja osa höyryä absorboidaan toisen absorptiopumpun absorbaattorissa ja jäästä sulanut puhdas 3 81501 neste johdetaan jäähdyttämään monivaiheista laajennustis-lausprosessia, jossa käsiteltävä liuos höyrystymällä jäähtyy lähelle jäätymispistettä.

5 Keksinnön eräs sovellutusmuoto käy yksityiskohtaisemmin selville oheisista piirroksista. Kuva 1 esittää tämän sovellutuksen virtauskaaviota ja kuva 2 samaa prosessia pTx-käyrästössä. Prosessin keskus on kiteytin 10, jossa käsiteltävä liuos saatetaan paineen ja lämpötilan puolesta 10 trippelipisteeseen. Osa liuottlmesta höyrystyy, osan samalla jäätyessä. Nesteen ja kiteiden seos 25 virtaa erottimeen 11, jossa jääkiteet 24 nousevat pintaan ja siirretään puhtaalla liuottimena tapahtuvan vastavirtahuuhtelun kautta sulattimeen 12.

15 Höyry 22 virtaa abeorptiolämpöpumpun absorbaattorlin 14, jossa se lauhtuu absorptioväliaineeseen, esimerkiksi NaOH-tai LiBr-liuokseen. Absorptiossa vapautuva lämpö siirretään lämmönsiirtimen 16 välityksellä jäähdytysaineelle, normaali-20 tapauksessa jäähdytysvedelle. Jos esimerkiksi absorptloväli-aine on 50% NaOH, voi sen lämpötila olla n. 25*C, kun se absorboi höyryä lämpötilasta -10*C. Jäähdytysvesi voi siis lämmitä esimerkiksi lämpötilaan 20*C.

25 Laimentunut absorptlovällaine 29 virtaa pumpun 18 pumppaama na höyrygeneraattoriin 15, jota lämmltysaine lämmittää lämmönsiirtimen 17 välityksellä. Lämpötilassa 40°C absorp-tlovällalneesta höyrystyy höyryä, Jonka paine vastaa lämpötilaa +2*C. Se on riittävä sulattamaan jäätä sulatti-30 messa 12, jonne höyry 23 johdetaan. Edellä kuvattu prosessi voi siis toimia, jos lämmitysaineen lämpötila on esim. 45*C. Väkevöitynyt absorptlovällaine 30 virtaa takaisin absorbaattorlin, jonka toimintalämpötilaan se paisunta-höyrystymällä Jäähtyy.

Kiteytin voi olla esimerkiksi valuvalla nestekalvolla toimiva höyrystin, jonne pumppu 13 kierrättää huomattavasti käsiteltävää lluosmäärää suuremman nestemäärän 26, jonka 35 81 501 4 · mukana jääkiteet 25 vlrtaavat helposti erottimeen 11. Nesteklerto väkevöityy syötetyn nesteen 27 ja prosessista poistuvan konsentraatin 30 määräämässä suhteessa, mikä puolestaan estää jääkitelden tarttumista toisiinsa tai 5 seinämiin.

Käsiteltävä liuos 32 saattaa olla huomattavasti jäätymispistettä korkeammassa lämpötilassa saapuessaan prosessin ensimmäiseen vaiheeseen eli ilmanpolstoon 20. Liuos voidaan 10 jäähdyttää monivaiheisessa paisuntahöyrystimessä 19, joka piirroksessa on kuvattu kolmivaiheiseksi. Kussakin vaiheessa vallitsee edellistä alhaisempi paine, jolloin neste höyrystyy vaiheittain alempaan lämpötilaan. Höyry lauhdutetaan lauhduttimissa 21, joissa sulattimesta 12 poistuva puhdas 15 neste 28 virtaa jäähdytysaineena vastavirtaan höyrystyvään nesteeseen nähden. Myös konsentroitua kylmää liuosta 30 voidaan käyttää paisuntahöyrystimen 19 jäähdytysaineena, rinnan sulattimesta 12 vlrtaavan nesteen kanssa. Lauhtuva höyry 31 poistuu puhtaana nesteenä prosessista ja käsiteltä-20 vä liuos 27 virtaa lähes jäätymispisteeseen jäähtyneenä kiteyttimen kiertoon.

Jotta sulattimesta 12 poistuva sulanut neste olisi mahdollisimman kylmää virratessaan monivaihetislauslaitoksen 19 25 jäähdytysnesteeksi, on prosessista poistettava ylimääräinen lämpö, joka on sinne tullut saapuvan ja poistuvan höyryvir-ran 23 ja 22 enthalplaerona. Tämä voidaan tehdä esimerkiksi johtamalla osa 36 saapuvasta höyrystä toisen absorptiolämpö-pumpun absorbaattoriin 33 ja höyrystämällä se korkeammassa 30 lämpötilassa tämän absorptiolämpöpumpun höyrygeneraattoris-sa 34 sekä lauhduttamalla se esimerkiksi suihkulauhduttimes-sa 35. Tällä tavoin myös tämä, alun perin lähellä jäätymispistettä oleva höyry voidaan luovuttaa riittävän korkeassa lämpötilassa ympäristöön.

Jotta myös tämä toinen absorptiolämpöpumppu voisi toimia matalalämpötilaisella hukkalämmöllä, on edullista käyttää sen absorptioväliaineena laimeampaa absorptioväliainetta li 35 81 501 5 kuin varsinaisessa ensimmäisen vaiheen lämpöpumpussa. Tämä käy ilmi kuvasta 2, joka esittää prosessin pTx-käyrästöä, absorptiovälialneen höyrypaineen, lämpötilan ja konsentraa-tion keskinäistä riippuvuutta. Prosessin toimintapisteitä 5 tässä käyrästössä on merkitty vastaavin numeroin, joita on käytetty sen eri vaiheille kuvan 1 virtauskaaviossa.

Käyrästöstä ilmenee, että generaattorissa 15 väkevämmästä (x2 ) liuoksesta vapautunutta ja pääosin sulattimeen 12 10 virtaavaa höyryä 23 voidaan absorboida absorbaattorissa 33 laimeampaan (xx ) liuokseen, joka voidaan jäähdyttää likimain samassa lämpötilassa Te kuin ensimmäisen vaiheen absorbaat-tori 14. Ensimmäisen absorptiolämpöpumpun generaattorin 15 höyrynpaine on siis likimain sama kuin toisen absorp-15 tiolämpöpumpun absorbaattorin 33 höyrynpaine, mutta sen lämpötila on toisen absorptiolämpöpumpun absorbaattorin lämpötilaa korkeampi. Kumpikin generaattori 15 ja 34 voidaan puolestaan lämmittää saman lämpöisellä (Th) lämmi-tysaineella ja toisen vaiheen generaattorissa 34 syntynyt 20 höyry 37 lauhduttaa lauhdittlmessa 35 likimain samassa lämpötilassa Tc, jossa absorbaattorit jäähdytetään.

Claims (3)

81 501 6 I

1. Menetelmä liuoksen konsentrolmlseksl jäädyttämällä ja höyrystämällä tämän liuoksen liuotinta trippelipisteessä 5 toimivassa kiteyttlmeesä (10) ja erottamalla syntyvät jääklteet (24) sulattlmeen (12), tunnettu siltä, että klteyttimessä (10) syntyvä höyry (22) absorboidaan ensimmäisen absorptiolämpöpumpun absorbaattorlssa (14) absorptiovä-llalneeseen, jota jäähdytetään absorboitavaa höyryä lämpi-10 mämmällä jäähdytysaineella ja absorboitu aine höyrystetään uudelleen tämän ensimmäisen absorptiolämpöpumpun höyry-generaattorissa (15) korkeammassa lämpötilassa, osa (23) tällöin syntyvästä höyrystä johdetaan sulattlmeen (12) sulattamaan jääklteet puhtaaksi nesteeksi (28) ja loppuosa 15 (36) höyrystä absorboidaan toisen absorbtlolämpöpumpun absorbaattorlssa (33).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisen absorptiolämpöpumpun absorbaattorin 20 (33) lämpötila on ensimmäisen absorptiolämpöpumpun generaat torin (15) lämpötilaa alempi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen absorptiolämpöpumpun absorptioväli- 25 aineen konsentraatio (x2) on toisen absorptiopumpun absorp-tioväliaineen konsentraatiota (xt ) suurempi. 1 II 35 Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäädytettävä liuos (32) jäähdytetään 30 lähelle trippellpisteen lämpötilaa höyrystämällä sitä vaiheittain monivaiheisessa paisuntahöyrystimessä (19), jonka läuhduttimien (21) jäähdytysnesteenä virtaa jääkiteistä sulanut neste (28) ja/tai klteyttimessä (10) jäähtynyt konsentraatti (30). 81501 7