JP2007163136A - 高効率の直接接触型凝縮方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下方蒸気流チャンバーおよび上方蒸気流チャンバーを有する直接接触型チャンバーであって、前記蒸気チャンバーの各々が複数の冷却パイプおよび蒸気−液体接触媒体を含み、複数の隣接したシートを備えてもよく、下方に取り付けられた実質的に直進の蒸気経路が形成された直進接触型チャンバー。前記上方流チャンバーは、第2の冷却剤供給バイプおよび圧力制御バルブ手段を含む。凝縮器は、さらに分離された凝縮物を回収する容器を含む。計算モデルは凝縮器の性能を推論するための計算に用いてもよい。
【選択図】図1
Description
S=板100、110、120の波形の幅(すなわちSとは管路140、144の「側面」である)、
B=板100、110、120における2つの連続する波形の隆起部間の距離(すなわちBとは管路140、144の「底部」である)、および
h=板100、110、120の波形の高さである。
S’=液体更新長さ152、
δ=液体膜厚、および
α=水平線156に対する表面150の変形された傾斜
実施例1:直接接触型コンデンサの動作を推測するための方法
本発明による改良された直接接触型コンデンサ装置の動作は、蒸気・液体接触媒体28、29の構造的特性を含む様々な設備およびプロセスに関するパラメータに基づいて推測され最適化され得る。この分析にはいずれもが参照文献として本文において取り入れられているデー.バターワース アンド ジー.エフ.ヘビット「ツー−フェーズ フロー アンド ヒート トランスファー」、オックスフォード ユニバーシティ プレス、ハーベル サービシズ、オックスフォード(D.Butterworth and G.F.Hewitt Two-Phase Flow and Heat Transfer, Oxford University Press, Harwell Services, Oxford)(1989)およびデー.ブハラザン他、「ダイレクト−コンタクト コンデンサーズ フォー オープン−サイクル オーティーイーシー アプリケーションズ−モデル バリデーション ウィズ フレッシュ ウォーター エクスペリメンツ フォー ストラクチャード パッキングズ」、ソーラー エナジー リサーチ インスティチュート(D. Bharathan, et. al., Direct-Contact Condensers for Open-Cycle OTEC Applications−Model Validation with Fresh Water Experiments for Structured Packings, Solar Energy Research Institute)、SERI/TP−252−3108(1988)において開示されている方法の変形例を含むものである。本件の分析においては以下のことを仮定している:
1)接触媒体28、29内における二相性の流れは別々の流れの状況に留まり、ガスと液体とは明確に定義された連続的な界面によって分離されている。
2)冷却剤と凝縮物とはよく混合されるため、膜内において同一の温度と溶融した非凝縮性ガス濃度とを有するものである。
3)エー.ピー.コルバーン アンド オー.エー.ホウゲン、「デザイン オブ クーラー コンデンサーズ フォー ミクスチャーズ オブ ベイパーズ ウィズ ノンコンデンシング ガシズ」、インダストリアル アンド エンジニアリング ケミストリー(A.P. Colburn and O.A.Hougen,“Design of Cooler Condersers for Mixtures of Vapors with Noncondensing Gases,”Industrial and Engineering Chemistry)、26:1178−1182(1934)において開示されているように、界面におけるスチームの流速は組み合わされた伝熱および質量輸送プロセスによって支配されている。
4)ジー.アッカーマン「フォースチュンシェフト」、ナンバー382、ベルリン、ブイディーアイ−バーラッグ(G. Ackermann, Forschungsheft, No. 382, Berlin, VDI-Verlag)(1937)によって提供されている補正ファクターは界面における高い収束を反映するために蒸気側の輸送率と摩擦ファクターを調整するために用いられる。液体側の輸送率に関する同様の補正は不要である。
5)ティー.ケー.シェフィールド他、「マス トランファー」、マグローヒル、ニューヨーク(T.K.Sherwood, et.al., Mass Transfer, McGraw-Hill, New York)(1975)において開示されているように、非凝縮性ガスと蒸気との混合物による蒸気の分散は停滞膜理論を用いることによって演算される。
6)スチームと非凝縮性ガスとはよく混合されるため、名目上はTGとして称される同一のバルク温度の示度を有する。
7)コンデンサ中における凝縮スチーム流速に比べて冷却水流れから脱着されおよび/またはそれに吸収される非凝縮性ガスの流速は小さい、すなわちwj(j>1)<<wj(j=1)。
8)冷却剤からの/冷却剤への非凝縮性ガスの脱着および吸収は分散の結果生じる。したがって、これらのプロセスのうちいずれもスチームと冷却剤とのあいだにおける自由な界面構造に影響を及ぼすものではない。
9)熱と質量との有効な輸送領域はafapで表され、ここにおいて
af=有効な領域摩擦、0<af<1であり、および
ap=接触媒体28、29のための単位容積当たりの利用できる総表面積である。
界面温度
図10において、凝縮スチーム流速wj(j=1)は停滞膜理論を用いて以下のように演算される:
Wj(j=1)=kGln[(1−ys,int)/(1−ys)] (1−1)
kG=蒸気/ガス混合物の質量輸送係数(kg/m2s)、
ys=バルク混合物における蒸気のモルフラグメント、および
ys,int=界面における蒸気のモルフラグメント
である。
hL(Tint−TL)=hG(Ackh)(TG−Tint)+hfgw1 (1−2)
hL=液体側の伝熱係数(kW/m2K)、
hG=蒸気/ガス混合物の伝熱係数(kW/m2K)、
hfg=界面温度から演算された凝縮の潜熱(kJ/kg)、
TL=液体の温度、
Tint=界面温度、および
TG=蒸気/ガス混合物の温度
である。
Ackh=Co/[1−exp(−Co)] (1−3)
Co=w1Cps/hG、および
Cps=スチームの比熱(kJ/kgK)
である。
冷却剤への、またはそれからの非凝縮性ガスの吸収および脱着は主に液体膜における分散抵抗によって制御されていると考えられている。冷却剤からの非凝縮性ガスwj(j>1)は以下の式によって演算される:
wj(j>1)=kLj(Xj *−Xj) (1−4)
kLj=j番目の要素の液体側質量輸送係数(kg/m2s)、
Xj=バルク冷却剤における元素の状態における非凝縮性ガスの質量フラグメント、および
Xj *=蒸気/ガス混合物における液体膜に隣接する非凝縮性ガスのj番目の要素の部分圧の均衡値
である。
yj *=ppj/Hej (1−5)
が満たされる。
yj *=均衡状態における非凝縮性ガスのモルフラグメント、
ppj=膜に隣接した非凝縮性ガスの均衡部分圧、および
Hej=通常冷却剤の温度の関数であるヘンリーの法則の定数
である。
プロセス式は、質量、運動量および下方の流れチャンバー18の横断面にわたるエネルギーバランスから微分によって導かれている。これらバランスはブハラザン他(Bharathan, et.al.)(1988)において開示されているように演算される。以下の式においてn=9である。
スチームおよび/または非凝縮性気体要素流れ:
d(mVj)/dz=−wjafapA, (j=1..n) (1−6)
冷却剤における冷却剤の流れおよび/または非凝縮性ガス:
d(mLj)/dz=−d(mVj)/dz, (j=1..n) (1−7)
冷却剤における溶解物の残留物、すなわち
d(mSk)/dz=0 (k=1) (1−8)
コンデンサの熱負荷:
dQ/dz=hL(Tint−TL)afapA (1−9)
水の温度:
d(TL)/dz=(1/ΣmLjCpj)dQ/dz (1−10)
ρは蒸気/ガス混合物の濃度、
uは蒸気/ガス混合物の表面速度、
Rはユニバーサルガス係数、および
CpGは蒸気/ガス混合物の比熱
であり、
b1=[−hGAckh(TG−Tint)afapexp(−Co)+ubulkτintap
−(ρG−ρref)gu−(ΣmVj)'u]/(ΣmVjCpj) (1−13)
b2=−τintap−(ρG−ρref)g−ρGuu' (1−14)
(式1−14)であって
(ΣmVj)'=ガス荷重の変化率 dG/dz(kg/m3s)、
τintap=以下のように表される摩擦項:
1/2ρG(UG,eff±UL,eff)2f{(Ackf)afap+(1−af)ap}(N/m3)
UG,eff=充填物を通過する有効な蒸気/ガス混合物の速度(m/s)、
UG,eff±UL,eff=相対的なガス速度(m/s)、
f=摩擦ファクター、
Ackf=以下のように表される質量の高い流速のためのアッカーマン摩擦補正ファクター:
(2w1/Gf)/[1−exp(−2w1/Gf)]
G=表面における蒸気/ガス混合物の荷重(kg/m2s)
である。
上方のスチーム流れチャンバーにおける初期状態では、一般的に液体の流れはコンデンサの上部にあり、ガス流れがその底部にある。しかしながらチャンバー20の作業を評価するために積分は底部から開始され、その場合冷却剤の温度、流量、および溶融した非凝縮性ガス含有量に関する推定値を必要とする。これら推定値は特定の値とコンデンサの上部における演算された冷却剤の導入条件に(容認できる誤差の範囲内において)合うように繰り返し更新される。この例において示される応用例においては、約17回繰り返すと冷却剤導入口における全ての変数を合わせることができる。
上方のスチーム流れの分析は下方の流れのものと、液体がマイナスの「z」方向に流れるという点を除いては同様である。前述のように、積分はコンデンサの底部から開始される。質量、運動量、およびエネルギーバランスは式1−15〜1−19に基づいて演算される。
スチームおよび/または非凝縮性気体要素流れ:
d(mVj)/dz=−wjafapA, (j=1..n) (1−15)
冷却剤における冷却剤の流れおよび/または非凝縮性ガス:
d(mLj)/dz=d(mVj)/dz, (j=1..n) (1−16)
冷却剤における溶解物の残留物、すなわち
d(mSk)/dz=0 (k=1) (1−17)
コンデンサの熱負荷:
dQ/dz=hL(Tint−TL)afapA (1−18)
水の温度:
d(TL)/dz=(1/ΣmLjCpi)dQ/dz (1−19)
蒸気流れdeqの流体直径は単位ペリメータ当たりの流れ面積の4倍である。蒸気の流れdeqは以下のようにブラボ他(Bravo et al.)(1985)に基づいて演算される:
deq=Bh/[1/(B+2S)+1/2S] (1−20)
ε=1−4t/deq (1−20.1)
ap=(1−CLoss/100)4ε/deq(1/m) (1−21)
輸送の相互関係は、ブラボ他(Bravo et al.)、(1985)のものが液体の高い荷重(L)に対応するように変形されて適応されている。本発明の実施例において、Lは約30kg/m2sであり、これに対してブラボ他(Bravo et al.)、(1985)におけるLは約2.8kg/m2sである。
(1)質量輸送
図7および8において、冷却液は重力によって流れ表面150に沿って膜として流れている。固体の板から形成される接触媒体においては、輸送プロセスに関連するのは利用できる表面積のうちのフラグメントaf(0<af<1)のみである。傾斜している表面上の液体流れは「開放管路」の流れと同等であるため、有効な液体・膜厚と水の流れの速度を推定するためにマニングの公式が用いられる(ジェー.イー.エー.ジョーン アンド ダブリュー.エル.ハーバーマン、「イントロダクション ツー フルード メカニックス」、プレンティス−ホール、イングルウッド クリフズ、エヌジェー(J.E.A. John and W.L. Haberman, Introduction to Fluid Mechanics, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ)(1980))。傾斜した滑らかな表面において、水の速度は以下の式によって演算される(SI単位において表されている):
UL,eff=0.820δ2/3(sinα)1/2/n (m/s), (1−22)
α=図6において示されるように水平に対する表面の変形された傾斜、
n=マニングの荒さ係数(=滑らかな表面においては0.010)、
δ=膜厚(m)
である。
δ=[Γ/(82ρL(sinα)1/2)]3/5 (1−23)
Γ=単位充填物の長さにおける単位表面積当たりの水の流れであり、
ρLUL,effδ=L/afap(kg/m s)と等しく、
ここにおいてLは表面上の液体荷重(kg/m2s)である。なお、式1−22および1−23(メータ単位)は乱流である水の流れの場合に適応される。
S'=[(B/2cosθ)2+h2]1/2、および (1−24)
sinα=B/(2S'cosθ). (1−25)
である。
kLj=2ρL(DLjUL,eff/πS')1/2 (1−26)
DLj=水に対するj番目の非凝縮性ガスの分散性(m2/s)、
UL,eff=有効な液体膜速度(m/s)、
S'=液体の更新が行なわれる距離(m)、および
kLj=j番目の要素の液体側質量輸送係数(kg/m2s)
である。
液体側の伝熱係数は以下のように定義されるチルトン・コルバーンの相似関係を用いて評価される(チルトン、ティー.エッチ.アンド エー.ピー.コルバーン、「インダストリアル アンド エンジニアリング ケミストリー」(Chilton, T.H. and A.P. Colburn, Industrial and Engineering Chemistry)、26:1183−1187(1934)):
hL/kLjCpL=(ScLj/PrL)1/2 (1−27)
hL=液体側伝熱係数(kW/m2K)、
kLj=j番目の非凝縮性要素の液体側質量輸送係数(kg/m2s)、
CpL=液体の比熱(kJ/kgK)、
ScLj=液体のj番目の非凝縮性要素のシュミット数、および
PrL=液体のプラントル数
である。
(1)質量輸送
局地的な蒸気/ガス混合物の質量輸送係数はウェットウォールコラム構造に基づいている。ブラボ他(Bravo, et. al.)(1,985)によると、蒸気/ガス混合物のシャーウッド数は以下のように表される:
ShG=0.0338(ReG)4/5(ScG)1/3 (1−28)
ShG=kG deq/ρG DG、
ReG=deqρG(UG,eff±UL,eff)/μG(相対的な速度に基づいている)、
ScG=μG/ρG DG、
kG=蒸気/ガス混合物の質量輸送係数(kg/m2s)、
DG=混合物における蒸気の分散性(m2s)、および
μG=蒸気/ガス混合物の力学的粘度(kg/m s)
である。
UG,eff=G/ρGεsinθ (1−29)
局地的な蒸気/ガス混合物の伝熱係数はチルトン・コルバーン(1934)の相似関係を用いて評価される:
hG/kGCpG=(ScG/PrG)2/3 (1−30)
hG=蒸気/ガス混合物の伝熱係数(kW/m2K)、
CpG=蒸気/ガス混合物の比熱(kJ/kgK)、
ScG=混合物における蒸気のシュミット数、および
PrG=蒸気/ガス混合物のプランドル数
である。
局地的なガス摩擦は前出のブラボ他(Bravo et al.)(1986)によって演算され、この場合構造上の充填物は6から10の重ね合わせた板からなり、それぞれが水平に対して90°回転されていた。乾いた状態におけるこのような重ね合わせにおける圧力損失はブラボ他(Bravo et al.)によって以下のように表されている:
f=(0.171+92.7/Res) (1−31)
Res=長さSに基づく蒸気/ガス混合物のレイノルズ数
である。
f=0.171+(92.7/ReG) (1−32)
また、ダーシー・バイスバッハの式においては
ΔP=fLq/deq (1−33)
となり、この場合
q=蒸気/ガス混合物の力学的圧力
である。
前記において説明されたプロセスの各式は4次元ルンゲ・クッタ積分スキームを用いて積分される。下方のスチーム流れの場合、スチームと水の流れの表面上の方向に沿って積分が行なわれる。積分ステップは以下のように概要される:
1.スチーム・非凝縮性ガス混合物と液体・非凝縮物質の溶融物との基本的な特性(混合物の濃度、粘度、相互分散性および熱伝導性)を評価する。
2.初期の局地的な流量に基づいて有効な液体・ガス混合物の速度を評価する。
3.局地的な液体・ガス混合物のレイノルズ値、プランドル値およびシュミット値とを用いて選択的な相互関係に基づいて局地的なナッセルト値およびシャーウッド値を推論する。
4.コルバーン・ハウゲン式を用いて局地的な伝熱係数と質量輸送係数とに基づいて界面温度を演算せよ。このステップはジー.イー.フォルシーゼ他、「コンピュータ メソッド フォー マシマティカル コンピュテーションズ」、プレンティス−ホール、イングルウッド クリフス、エヌジェー(G.E. Forsythe, et.al., Computer Methods for Mathematical Computations, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ)(1977)において開示されるゼロインサブルーチンを応用している。
5.界面温度を用いて局地的な状態の変数の一連の導関数を演算する。
6.局地的な導関数を用いてステップの終わりにおいて状態の条件を演算せよ。下方のスチーム流れの場合、特定のコンデンサの高さか局地的な上記の飽和温度が水の温度よりも0.02℃高くなる高さに積分する。
地熱水源スチームは通常様々な非凝縮性ガスを含有している。表1において「モノグラフ オン ザ ゲイサーズ ジオサーマル フィールド」、シー.ストーン(イーディー.)、ジオサーマル リゾーシズ カウンシル、デイビス、カリフォルニア州)(Monograph on the Geysers Geothermal Field, C. Stone (Ed.), Geothermal Resources Council, Davis, CA)(1992)から凝縮されたザ ゲイサーズ(The Geysers)からのスチームにおける非凝縮性ガスの濃度の幅(ppm質量)が示されている。
R−1. NH3+H2O=NH4 ++OH-
R−2. NH3+HCO3 -=NH2COO-+H2O
R−3. H2S=H++HS-
R−4. HS-=H++S-
R−5. SO2+H2O=H++HSO3 -
R−6. HSO3 -=H+SO3 -
R−7. S-+2H++0.5O2=S+H2O
R−8. S+SO3 -=S2O3 -
R−9. HSO3 -+0.5O2=HSO4 -
R−10. SO3 -+0.5O2=SO4 -
R−11. CO2+H2O=H++HCO3 -
R−12. HCO3 -=H++CO3 -
R−13. NaOH=Na++OH-
R−14. H2O=H++OH-
ガス・液体の均衡の演算は、その全文が参考文献として本文において取り入れられているケー.カワズイシ アンド ジェー.エム.プラウスニッツ、「インド.エング.ケム.レス.」(K. Kawazuishi and J.M. Prausnitz, Ind. Eng. Chem. Res.)、26(7):1482−1485(1987)から得ている。ここにおいて説明される方法は以下のことを前提としている:
1.コンデンサにおける操作圧力は充分に低いため、気相における元素の相互作用は無視することができる。気相間における相互作用による導関数を表す全ての気相種の揮発性係数は全ての種に対して相互作用を伴わず、一律であるように設定される(アール.ナカムラ他、「インド.エング.ケム.プロセシズ デス.デブ.」(R. Nakamura, et. al., Ind. Eng. Chem. Processes Des. Dev.)、15(4):557−564(1976))。
2.ガス・液体混合物における溶融物は均衡状態にある、すなわちこれらの要素が化学的均衡状態に達する率は非凝縮性ガスにおけるガスと液体とのあいだの質量輸送率よりも明らかに早いものである。長期的な作用については、各反応R−1〜R−14のそれぞれが均衡レベルに達し、短期的な作用についてはR−7およびR−8に関しては抑制されている。
lnK=A1/T+A2lnT+A3T+A4 (2−0.1)
ここにおいてAは、前出のケー.カワズイシ アンド ジェー.エム.プラウスニッツ(K. Kawazuishi and J.M. Prausnitz)(1987)において報告されているように特定の種の均衡定数である。(水を除く)全ての種の活性は重量モル濃度(水に対するmoles/kg)として表され、水の活性はモル比で表される。
lnH=B1/T+B2lnT+B3T+B4 (2−0.2)
イオン系種、添加された化学物質および凝結物の質量バランス式は以下のとおりである:
Total mCO2=mCO2+mHCO3-+mCO3--+mNH2COO- (2−1)
Total mH2S=mH2S+mHS-+mS--+mS+mS203-- (2−2)
Total mNH3=mNH3+mNH4++mNH2COO- (2−3)
Total mCH4=mCH4 (2−4)
Total mH2=mH2 (2−5)
Total mN2=mN2 (2−6)
Total mO2=mO2+0.5mS+0.5mHSO4-+0.5mSO4--+0.5mS2O3-- (2−7)
Total mSO2=mSO2+mHSO3-+mSO3-+mHSO4-+mSO4--+mS2O3-- (2−8)
miγiHi=yiψiP
Total mNaOH=mNaOH+mNa+ (2−9)
水の質量バランス式は以下のとおりである:
Total mH2O=mH2O−{mOH-−mNa+}
−{mCO3--+mHCO3-+mSO3-+mHSO3-
+mSO4--+mHSO4-+mS2O3--+mNH4+−mNH2COO-} (2−10)
lnK1=ln(aNH4+)+ln(aOH-)−ln(aNH3) (2−11)
lnK2=ln(aNH2COO-)−ln(aHCO3-)−ln(aNH3) (2−12)
lnK3=ln(aH+)+ln(aHS-)−ln(aH2S) (2−13)
lnK4=ln(aH+)+ln(aS--)−ln(aHS-) (2−14)
lnK5=ln(aH+)+ln(aHSO3-)−ln(aSO2) (2−15)
lnK6=ln(aH+)+ln(aSO3--)−ln(aHSO3-) (2−16)
lnK7=ln(aS)−ln(aS-)−2ln(aH+)−0.5ln(aO2) (2−17)
lnK8=ln(aS2O3--)−ln(aSO3--)−ln(aS) (2−18)
lnK9=ln(aHSO4--)−ln(aHSO3-)−0.5ln(aO2) (2−19)
lnK10=ln(aSO4--)−ln(aSO3--)−0.5ln(aO2) (2−20)
lnK11=ln(aH+)+ln(aHCO3-)−ln(aCO2) (2−21)
lnK12=ln(aH+)+ln(aCO3--)−ln(aHCO3-) (2−22)
lnK13=ln(aNa+)+ln(aOH)−ln(aNaOH) (2−23)
lnK14=ln(aH+)+ln(aOH-)−ln(aH2O) (2−24)
mNH4+mH++mNa+=mOH-+mNH2COO-+mHS-+mHCO3-+mHSO3-+mHSO4-
+2mCO3--+2mSO3--+2mSO4--+2mS2O3-- (2−25)
Zj=種のためのチャージ数、
I=溶解物のイオン強度=Σmjzj 2/2、
βjk=4つの種を除いてすべての種についてゼロに設定される種jとkとのあいだの二元的相互作用パラメータ(カワズイシ アンド プラウスニッツ(Kawazuishi and Prausnitz)、1987)
溶融した種の濃度を決定する方法は、本文において参考文献として取り入れられている前出のブエトラー アンド レノン(Buetler and Renon)(1978)、とくにこれらの付録AおよびBから得ている。
ザ ゲイサーズ(ソノマ アンド レイク カウンティー、カリフォルニア州)(The Geysers(Sonoma and Lake County, California))において作動している地熱発電所において酸化シミュレーションテストが行なわれた。10日間にわたるテスト期間において、既知である量のH2SおよびSO2が直接接触型コンデンサにおける冷却水流れに注入され、冷却塔におけるブローダウンがチオ硫酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩および硫黄の含有量について分析がなされた。注入される反応性ガスについての既知の量に基づき、また全ての種が均衡状態にあると仮定して、本発明による方法に沿って演算が行なわれ、ブローダウン廃棄物の濃度と化学的プロフィールとが推論された。この分析は冷却水の大きな在庫への混合に関連する大きな時間定数を反映するものである。
長期的な均衡演算によってシステム全体の動作の正確な評価が提供されるものであるが(実施例3参照)、より高圧な後部コンデンサシミュレーションにおいては発電所において観察された苛性系添加物の量が変化した場合のH2S吸収の感度が反映されていなかった。このような相違はコンデンサ内における推論された反応R−7およびR−8に関する均衡状態に対する発電所における冷却水戻しパイプにおける硫黄およびチオ硫酸塩の遅延された生成の結果として生じる。この遅延を反映するために、コンデンサ内の硫黄およびチオ硫酸塩の生成を中止させるように演算が調整される。溶解物が接触媒体に存在する短い時間(約1秒)にこの短期的分析が水溶性溶解物の動作を把握する。この時間において、H2Sは消費されずに溶解物内に残り、1つのフラグメントが元素として残る。溶解物のpHを増加させるために苛性ソーダを添加すると、H2Sが溶解物に吸収される。この短期的分析を本発明の方法に取り入れて溶解物の特定の化学反応および組成に関する短期的動作を反映させることができる。
Claims (22)
- コンデンサの動作を決定するための方法であって、
一連の入力値を与えるステップであって、前記一連の入力値にはコンデンサと凝縮物とに関係する複数のパラメータのそれぞれに対する入力値があり、前記パラメータには前記コンデンサの液体荷重、前記コンデンサの蒸気荷重、前記コンデンサに対する導入液体における非凝縮性ガスの濃度、前記コンデンサに対する導入蒸気における非凝縮性ガスの濃度および前記コンデンサにおける接触媒体の構造上の特性が含まれ、前記構造上の特性には前記接触媒体における通路の寸法と前記接触媒体における水平に対する通路の方向が含まれてなるステップと、
前記一連の入力値を用いて関連する出力値を決定してコンデンサの動作をシミュレートするステップであって、前記出力値には前記コンデンサからの導出液体温度、前記コンデンサからの導出液体流量および前記コンデンサからの導出液体におけるガスの濃度とが含まれてなるステップと、
複数の一連の入力値から一連の入力値のそれぞれを得てシミュレートするステップを繰り返し行なうステップであって、一連の入力値のそれぞれを得てシミュレートするために行なう前記ステップの各繰り返しの動作によって前記複数のコンデンサのパラメータにそれぞれ異なった一連の出力値を与えるステップと、
各一連の出力値が、さらなる分析のための所定の出力値の規準に適合するか否かを決定するステップ
とを有するコンデンサの動作を決定するための方法。 - 前記複数のコンデンサのパラメータには、さらに導入蒸気温度、導入冷却液温度および導入蒸気圧力が含まれる請求項1記載の方法。
- 前記シミュレートするステップには、前記接触媒体の高さに沿って積分を行なって前記液体と前記蒸気からなる混合物の少なくとも1つの特性を決定するステップが含まれ、前記特性は濃度、粘度、分散性および熱伝導率を含む特性のグループから選択される請求項1記載の方法。
- コンピュータプロセッサを用いて直接接触型コンデンサからの液体廃棄物の化学的組成を分析するための方法であって、
コンデンサと前記コンデンサへの導入液体流れとを表す一連の入力値を与えるステップであって、前記入力値には前記コンデンサへの導入冷却液の化学的特性、前記コンデンサへの導入蒸気流れの化学的特性および前記コンデンサにおける接触媒体の物理的特性が含まれてなるステップと、
コンデンサからの液体廃棄物の化学的要素の濃度を決定するための演算を行なうステップと、
コンピュータプロセッサを用いてこの濃度を所定の濃度と比較するステップ
とを有する方法。 - 前記コンデンサへの導入冷却液の化学的特性が、冷却液における可溶性を有する化学的種の濃度、前記化学的種の関連するイオンチャージおよび導入冷却液のpHとからなる群から選択される請求項4記載の方法。
- 前記導入蒸気流れの化学的特性が、蒸気流れにおける化学的種の濃度または前記科学的種に関連するイオンチャージである請求項4記載の方法。
- 接触媒体の前記物理的特性には、前記接触媒体における通路の寸法と前記接触媒体の通路の方向とが含まれる請求項4記載の方法。
- 前記入力値には、さらに導入蒸気温度、導入冷却液温度および導入蒸気圧力とが含まれる請求項4記載の方法。
- 蒸気を導入するための蒸気導入口、冷却液をコンデンサ内に供給するための冷却液導入口、導入された蒸気スチームと冷却液とのあいだの接触および直接的熱交換を促進させるための複数のシートからなる接触媒体、凝縮液および凝縮液に溶解した汚染物質を回収および除去するための液体導出口を有する凝縮容器、非凝縮性ガスを除去するための非凝縮性ガス導出口を有する直接接触型コンデンサの化学的および力学的性能を促進させ、かつ予測するための方法であって、
前記方法がメモリを有するコンピュータ上で実行され、かつ
当該方法が、
前記接触媒体を通る蒸気スチームの流れの方向、コンデンサのパワーレベル、垂直軸に沿って測定された接触媒体の高さ、垂直軸に垂直な平面内の接触媒体の断面積、コンデンサの全面積および利用されない接触媒体の面積の百分率を含むコンデンサデータを入力し、
前記シートの表面と水平軸とのあいだで測定された接触媒体のための傾斜角を入力し、
前記コンデンサのデータおよび傾斜高さに基づいた接触媒体の幾何学的パラメータを決定し、
蒸気スチームおよび冷却液の熱力学的特性、ならびに蒸気スチーム内の複数の非凝縮性ガスの各濃度を入力し、
コンデンサの一端で始め、冷却液、蒸気スチーム、凝縮液および接触媒体のための物理的特性データを含む、選択可能な厚さを有する接触媒体の断面の容量のための、安定状態のパラメータのプロフィールを計算し、
スライスの合体した厚さが接触媒体のほぼ高さになるまで、コンデンサの垂直軸に沿って前記一端から延びる接触媒体の各スライスのための計算ステップを繰り返す
ステップからなる方法。 - 安定状態のパラメータのプロフィールを用いて、熱力学的効率、凝縮容器の液体導出口からの全廃水除去量、蒸気スチームと冷却液とのあいだの伝熱量、運動量およびエネルギーバランス、質量輸送バランス、化学成分材料バランス、ならびに非凝縮性ガス導出口を通る流量を含むコンデンサの性能値を決定するステップをさらに含む請求項9記載の方法。
- 安定状態のパラメータのプロフィールの各々の前記物理特性データが、熱容量、密度、粘性、熱伝導率、水膜の厚さ、液体側およびガス側の質量および熱伝導係数、摩擦係数、拡散係数、液層のpH、気−液境界温度、液相のイオン構成、プランドル数およびシュミット数からなる群より選ばれる請求項9記載の方法。
- 前記始まりの一端が、接触媒体を通る下向き流れ方向を向くコンデンサの上端であり、接触媒体を通る上向き流れ方向を向くコンデンサの下端である請求項9記載の方法。
- 前記幾何学的パラメータが、側面の寸法、液体の再生長さ、修正された傾斜角の余弦、シートで形成された水路の水力直径、気泡割合、接触媒体の単位容量あたりの利用可能な幾何学的表面積を含む請求項9記載の方法。
- イオンの電荷を追跡される化学的標本に与えるステップさらに含む請求項9記載の方法。
- 化学的標本の数が1〜25である請求項14記載の方法。
- 凝縮液に溶解された化学的標本の各々の濃度を決定するステップをさらに含み、該濃度決定ステップが、前記接触媒体の各スライスのために、濃縮液の化学標本のうち分子標本およびイオン標本の分布を識別するために行なわれる請求項15記載の方法。
- 前記化学標本の各々の識別された分子分布を用いて、平衡分圧を計算し、該計算された平衡分圧を用いて、コンデンサの化学的特性を予測するために用いられる化学的標本の各々の質量輸送のために、駆動力を評価するステップを含む請求項16記載の方法。
- 計算ステップを少なくともほぼ17回繰り返す請求項9記載の方法。
- 各スライスの厚さが約2.5cm未満である請求項9記載の方法。
- コンデンサのデータの入力、傾斜角の入力、幾何学的パラメータの決定、熱力学特性の入力、計算、ついでステップを繰り返すことにより、ユーザが異なる数値を入力して予測される蒸気スチームおよび冷却液のために促進された接触媒体の配置を選択するステップをさらに含む請求項9記載の方法。
- 前記コンデンサが蒸気スチームを向ける第1および第2チャンバーを含み、各チャンバーは冷却液導入口から冷却液が導入された接触媒体の一部を収容し、蒸気スチームの流れの方向が各チャンバーで異なる請求項9記載の方法。
- 熱力学的特性が、ガス負荷、過熱量、コンデンサの圧力、スチームの質、非凝縮性ガスの濃度、蒸気、冷却液ならびに凝縮液の質量流速、液体負荷、液体導入口温度および苛性濃度を含む請求項9記載の方法。
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