NL7908882A - Verbetering van de desorptietrap van warmtepompen en koelmachines met absorptie. - Google Patents

Description

793531/vdVeken t

Aanvraagster : INSTIUJT FEANCAIS DU PETROL, te Rueil-Malmaison,

Frankrijk.

Korte aanduiding: Verbetering van de desorptietrap van warmtepompen en koelmachines met absorptie.

5 Door aanvraagster worden als uitvinders genoemd: Alexandra ROJSY

en Georges COHEN.

De uitvinding heeft betrekking op een verbetering van de werking van volgens een trithermische cyclus met absorptie werken-10 de installaties. Bij dergelijke installaties wordt warmte geleverd aan een uitwendig medium in een temperatuursbereik A, wordt warmte aan een uitwendig medium onttrokken in een temperatuursbereik B en wordt warmte uitgewisseld met een uitwendig medium in een temperatuursbereik C. Llen kan hierbij twee gevallen onderscheiden.

15 In het eerste geval (hierna geval 1 genoemd) ligt het tempe ratuursbereik B tenminste gedeeltelijk boven het temperatuursbereik A en onttrekt de inrichting warmte in het temperatuursbereik C, dat tenminste gedeeltelijk beneden het temperatuursbereik A en het temperatuursbereik 3 ligt. Een dergelijke inrich-20 ting kan werken als koelmachine, indien het temperatuursbereik C beneden kamertemperatuur ligt, of als warmtepomp, wanneer het temperatuursbereik C op kamertemperatuur of daarboven ligt. In dat geval levert men in het temperatuursbereik A een hoeveelheid warmte Qg, die groter is dan de in het temperatuursbereik 3 ont-25 . vangen hoeveelheid warmte onder onttrekking van een hoeveelheid warmte Qg - in het temperatuursbereik C. In het tweede geval (hierna geval 2 genaamd) ligt het temperatuursbereik B beneden het temperatuursbereik A en levert het systeem warmte in het temperatuursbereik C, dat beneden het temperatuursbereik A en het tempe-30 ratuursbereik 3 ligt. Dit is het geval bij de warmtetransformator, die beschreven is in het Franse octroorschrift 2321098. In dit geval levert men in het temperatuursbereik A een hoeveelheid 7/armte Qg, die kleiner is dan de in het temperatuursbereik B ontvangen warmte Q^ onder afgifte van een hoeveelheid warmte Qg - Q^ in het 35 temperatuursbereik C.

In het hierna volgende zal door warmtepomp met absorptie elke inrichting worden aangeduid, die alleen boven kamertemperatuur warmte onttrekt en ongeacht het geval 1 of het geval 2 beantwoordt 39 aan de eerder gegeven algemene definitie.

79038S2 * ’ — 2 -

In de "beide gevallen 1 en 2 bevat de cyclus tenminste een absorptietrap, waarin een gasvormige fase van een werkmedium, dat de rol van opgeloste stof speelt, in kontakt gebracht wordt met een als oplosmiddel toegepaste vloeibare fase, en een desorptietrap, waarin 5 de tijdens de absorptietrap verkregen oplossing een aan opgeloste stof verarmde vloeibare fase en een aan opgeloste stof verrijkte gasvormige fase levert.

De desorptietrap wordt gewoonlijk uitgevoerd door de tijdens de absorptietrap verkregen oplossing S in een ruimte te 10 brengen, die verwarmd wordt door indirekte warmte-uitwisseling met een uitwendig medium, waarbij men een aan opgeloste stof verarmde vloeibare fase L en een aan opgeloste stof verrijkte dampfase Y verkrijgt volgens de in fig0 la weergegeven opstelling. Wanneer de toegepaste oplosmiddelfase zelf vluchtig is, is het gebruikelijk om in 15 koelmachines met absorptie de dampfase V te rectificeren door deze tenminste gedeeltelijk te condenseren, een gedeelte van de gecondenseerde vloeibare fase als terugloop terug te voeren en een kontakt in tegenstroom tot stand te brengen tussen de dampfase Y en de terugloop, bijvoorbeeld in een kolom met platen.

20 Ier vermindering van het meeslepen van de oplosmiddelfase met de damp V is het mogelijk om tewerk te gaan volgens de in fig. 1b weergegeven opstelling. De oplossing S wordt aan de bovenzijde van een kontaktzone in tegenstroom ingeleid en men vormt een dampfase V’ aan de onderzijde van deze kontaktzone door verdamping van een ge-25 deelte van de aan de onderzijde van deze zone onttrokken vloeibare fase L"1, De kontaktzone bestaat bijvoorbeeld uit platen, .zoals gewoonlijk toegepast bij destillatie of absorptie. Door de oplossing S in deze zone in tegenstroom in kontakt te brengen met de dampfase, wordt de laatstgenoemde verrijkt aan opgeloste stof en verarmd aan 50 oplosmiddel, terwijl de oplossing wordt verarmd aan opgeloste stof en verrijkt aan oplosmiddel. De aan opgeloste stof L verarmde vloeibare fase wordt onttrokken aan de verdamper W. Het probleem blijkt duidelijk, wanneer men de desorptie van een ammoniakale oplossing beschouwt.

35 Wanneer men werkt volgens de in fig. la weergegeven 7905882 - 3 - I opstelling met een druk van 8 kg/om2 en een oplossing, die 50 gew.ji I -HL bevat, neemt men de onderstaande ontwikkeling van de ooncentra- I ^ j ties in de vloeibare fase L en de dampfase 7 als funktie van de tem- | peratuur waar.

t 5 I-------------------------------------------------1-------------1----- ! Temperatuur °C 54,2 71,3 85,7 102,8 142,4 ' gewichtsfraktie 20L in 0,5 0,4 0,53 0,25 0,09 j de vloeibare fase j gewichtsfraktie HH^ in 0,99 0,97 0,94 0,88 0,5 10 I de dampfase

Ongemerkt wordt, dat men bij stijging van de temperatuur ! een vloeibare fase verkrijgt, die steeds minder ammoniak bevat, doch dat de met de dampfase meegesleepte hoeveelheid water snel toeneemt. 15 ; In het bijzonder bij 142,4°C zal de oplossing geheel verdampen.

Y/anneer men daarentegen werkt volgens de in fig. lb weer-. gegeven opstelling, is het mogelijk om de damp 7, die de tegenstroom-se kontaotzone verlaat, op een concentratie te houden, die dichtbij ! de met het evenwicht met de oorspronkelijke oplossing overeenkomende 20 i concentratie ligt, dat wil zeggen 99 gew.^i ammoniak bij een druk van j 8 kg/cm2 en een oplossing, die 50 gew.£ HEL bevat, terwijl men een j vloeibare fase L verkrijgt, waarvan de ammoniakconcentratie overeen-j komt met de verhittingstemperatuur aan de onderzijde van de kontakt-I zone, hetgeen een vergaande desorptie mogelijk maakt. Een dergelijke j 25 ! inrichting is in het bijzonder beschreven in het eerdergenoemde * Eranse octrooisehrift.

Deze opstelling maakt het echter noodzakelijk om de gehele noodgakelijke warmte te leveren bij een temperatuur nabij de verzadigingstemperatuur van de vloeibare fase L, die de tegenstroom-50 se kontaktzone verlaat, welke temperatuur des te hoger is naarmate de desorptie sterker is.

I.Ien heeft nu gevonden, dat het mogelijk is om een hoge ! ammoniakconcentratie in de dampfase te handhaven onder levering van ! de noodzakelijke warmte in een veel groter temperatuursbereik dan in 35 het geval van de in fig. lb weergegeven opstelling, hetgeen het 7908882 - 4 - !ί r mogelijk maakt om voor de verhitting van de installatie gebruik'te maken van warmt e-afval in gevallen, waarin dat onmogelijk zou zijn met de opstelling van figo lbo

De door fige 1c toegelichte verbetering van de desorptie-5 trap van warmtepompen en koelmachines met absorptie volgens de uitvinding omvat de toevoer van een eerste fraktie van de aan de de-sorptie onderworpen oplossing S naar een verwarmings- en verdampings-zone Ξ, waarin de oplossing geleidelijk wordt verwarmd en verdampt in een temperatuursbereik & tussen een begintemperatuur en een 10 eindtemp era tuur door warmte-uitwisseling met een medium buiten de desorptiezone onder vorming van een dampfase V’ en eventueel een vloeibare fase L’, die men van elkaar scheidt, en de toevoer van een tweede fraktie van de oplossing S aan een desorptiezone D, waarin men een kontakt tot stand brengt tussen de fraktie en de dampfase 15 V’ onder vorming van een vloeibare fase I", waarbij de fasen L’ en L" de fase L vormen, die teruggevoerd wordt naar de absorptietrap»

De oplossing kan volledig verdampt worden (L’ bestaat dan niet) en in dat geval wordt de fase L geheel verkregen bij de af-' voer van zone D« . ..

o 20 Hoewel men er de voorkeur aan geeft, dat Sn en S,, zoals ’ 1 ά c

weergegeven in fig» lc twee frakties met dezelfde samenstelling van de aan de desorptie onderworpen oplossing S zijn, kan men tevens de gehele oplossing S in het bovenste gedeelte van de zone D leiden (S^ = S) en de oplossing vormen door gedeeltelijke onttrekking van 25 een vloeibare fase op een tussenliggend niveau van de zone D

(S^ = S^*)· Deze I3'3''*313·*'® opstelling is echter in het merendeel van de gevallen des te minder voordelig, naarmate het onttrekken uitgevoerd wordt op een lager punt van de zone D0

De aan de desorptietrap onderworpen oplossing bestaat in .30 het algemeen uit tenminste een gedeelte van de tijdens de absorptie verkregen oplossing, hetgeen niet betekent, dat de oplossing geen andere vloeibare frakties kan bevatten»

Wanneer de uit de desorptiezone verkregen damp bijvoorbeeld gecondenseerd wordt bij een druk nabij de druk van de desorptie- 35 zone, eventueel na vermengen met een vloeibare fraktie, en wanneer de 7908882 - 5 - · aldus verkregen oplossing gedeeltelijk wordt verdampt bij een druk nabij de druk van de absorptiezone ter vorming van de dampfase, die naar de absorptiezone wordt geleid, kan de bij deze verdamping overgebleven vloeibare fase aldus gedeeltelijk of geheel naar de desorp-5 j tiezone worden geleid ter vorming van een gedeelte van de oplossingS, l \ Onder medium buiten de desorptiezone verstaat men een j medium buiten de koelmachine of v/armtepomp, die de verbeterde desorp- tietrap volgens de uitvinding bevat en warmte afgeeft, of een medium, f i dat tijdens een andere trap in dezelfde koelmachine of warmtepomp, ! 10 j bijvoorbeeld tijdens de absorptietrap circuleert» ’ Y/anneer de oplossing 3^ op een temperatuur beneden of j gelijk aan de kooktemperatuur komt, begint de oplossing te verdampen ! bij de kooktemperatuur» Het verdampingsbereik kan gekozen worden als.

; funktie van de begintemperatuur vsn het uitwendige verwarmingsmedium» 15 : Y/anneer dit bereik hoger wordt, neemt de verdampte fraktie toeo Eet i | grootste bereik komt overeen met een volledige verdamping, waarbij i, i de eindtemperatuur van de verdamping dan gelijk is aan het dauwpunt i * j van de damp met dezelfde samenstelling als de oorspronkelijke oplos-; sing.

1 » 20 | Aldus zal bijvoorbeeld bij een ammoniakale oplossing met | 50 gew^ HEL bij een druk van 8 kg/cm2 het temperatuursbereik & tus- j sen een begintemperatuur T. van 54»2°C en een eindtemperatuur j tussen 54»2 en 142,4°C liggen.

j Het is derhalve mogelijk om de noodzakelijke warmte te i 25 leveren in een zeer groot temperatuursbereik, terwijl in het geval van de in fig. lb weergegeven opstelling de gehele warmte geleverd moet worden bij een temperatuur nabij de temperatuur om een vloeibare fase en een dampfase met soortgelijke samenstellingen te verkrijgen als die, welke volgens de werkwijze der uitvinding worden 50 verkregen.

Be werkwijze der uitvinding maakt het aldus mogelijk om een nuttig gebruik te maken van warmte, die beschikbaar is in een groot temperatuursbereik of tevens om warmte te leveren met een veel grotere spreiding van de gemiddelde temperatuur en een kleiner 55 warmte-uitwisselend oppervlak, 7908882 * · . · - 6-

Wanneer de desorptiezone werkt bij een druk beneden die van de absorptiezone, vindt expansie van de oplossing plaats voordat deze in de verwarmingszone E wordt geleid, en wanneer de temperatuur van de oplossing voor de expansie hoger is dan de kooktempe-5 ratuur na expansie, is het voordelig om de oplossing voor de expansie te onderkoelen om voordeel te trekken uit een zo groot mogelijk verdampingsbereiko Voor het onderkoelen van de oplossing is het bijvoorbeeld mogelijk om voor de expansie een warmte-uitwisseling tot stand te brengen met een fraktie van dezelfde oplossing, die 10 verdampt na expansie. Een dergelijke opstelling is toegelicht in voorbeeld II en figo 5»

Wanneer men tewerk gaat volgens de in figo lc weergegeven opstelling is het mogelijk om aan het einde van de verdamping een temperatuur te bereiken, die overeenkomt met het dauwpunt van een 15 damp met dezelfde samenstelling als de oorspronkelijke oplossing.

Hierdoor verkrijgt men een concentratie aan opgeloste stof, die overeenkomt met de verzadigde vloeistof in evenwicht met een dergelijke damp, hetgeen de onderste grens is, die de concentratie aan opgeloste stof iri de fase L kan bereiken.

20 De eerder beschreven wijziging van de desorptie en warmte- wisseling brengt geen wijziging van de andere trappen van de werk- o wijze met zich mede en kan opgenomen worden in elke warmtepomp en koelmachine met absorptie. In het bijzonder kunnen voor de absorptie-trap de verschillende bekende wijzen van kontakt tussen de dampfase, 25 die de opgeloste stof vormt, en de vloeibare fase, die het oplosmiddel vormt, en in het bijzonder de wijze van kontakt zoals·beschreven in de Franse octrooiaanvrage 7828170 toegepast worden, waarbij in de absorptiezone een kontakt volgens het tegenstroom-principe tot stand gebracht wordt tussen de dampfase, die de opgeloste stof vormt, en •JO een gedeelte van de vloeistoffase, die het oplosmiddel vormt, terwij] het andere gedeelte van de vloeistoffase gemengd wordt met de dampfase, die de volgens het tegenstroom-principe werkende uitwisselings-zone verlaat.

De voornaamste trappen van de werkwijze overeenkomende 55 met de in figo lc weergegeven opstelling zijn derhalve bij voorkeur » 7908882 - 7 - als volgtί (a) men brengt In een absorptiezone een kontakt- tot stand tussen een gasvormige fase, die de opgeloste stof vormt, en een vloeibare fase, die het oplosmiddel vormt, onder vorming van een oplossing S, (b) 5 men leidt een eerste fraktie van de oplossing 3 in een verwar- mingszone, waarin deze fraktie tenminste gedeeltelijk wordt verdampt door v/armtevrisseling met een medium buiten de desorpiiesone, (o) men brengt een kontakt in tegenstroom tussen de in trap (b) verkregen dampfase en een tweede fraktie van de oplossing S tot stand, 10 (d) men condenseert de in trap (c) verkregen dampfase onder afgifte ί van warmte aan een uitwendig medium, (e) men verdampt de in trap (d) j verkregen oplossing tenminste gedeeltelijk onder onttrekking van warmte aan een uitwendig medium en (f) men voert de in trap (e) verkregen dampfase en de in de trappen (b) en (c) verkregen vloeistof-15 fase terug in de absorptiezone.

"Voor een zo doelmatig mogeiijk gebruik van de caloriën voor de uitvoering van de verdamping van de oplossing 3^ is het in het algemeen voordelig om de betreffende warmte-uitwisseling uit te voeren volgens een kontaktmethode, die het tegenstroom-principe zo-20 veel mogelijk benadert.

De warmteniveaus van de uitwendige media, waarmee de warmte-uitwisselingen worden uitgevoerd, zijn verschillend in de eerdergenoemde gevallen 1 en 2.

In geval 1 wordt de absorptietrap uitgevoerd bij een druk, 25 die ten hoogste gelijk is aan de druk van de desorptiezone, waarbij warmte wordt geleverd aan een uitwendig medium in een temperatuurs-bereik A en een oplossing S wordt verkregen, die gedesorbeerd wordt onder onttrekking van warmte aan een uitwendig medium in een tempera-tuursbereik B en onder vorming van een dampfase, die tenminste ge-50 deeltelijk gecondenseerd wordt bij een druk nabij de druk van de de-sorptiezone onder afgifte van warmte aan een uitwendig medium in een temperatuursbereik A, tenminste gedeeltelijk verdampt wordt bij een druk nabij de druk van de absorptiezone onder onttrekking van warmte aan een uitwendig medium in een temperatuursbereik C en teruggevoerd 35 wordt naar de absorptiezone.

« 7908882 r - 8 - *

Een voorkeursuitvoeringsvorm in dit geval omvat de volgende trappen: (1) expansie en verdamping bij een eerste drukniveau van tenminste een gedeelte van het vloeibare koelmedium, dat de opgeloste stof 5 vormt, in een uitwisselaar onder onttrekken van warmte aan een uitwendig medium en warmtewisseling tussen de dampfase gevormd door het verdampte koelmedium en de vloeibare fase gevormd door het koelmedium voor de expansie, (2) absorptie van het koelmedium in een vloeibare fase gevormd door 10 de van de desorptiezone afkomstige verarmde oplossing, waarbij de absorptiewarmte overgedragën wordt aan een uitwendig medium zoals water of lucht in een warmtewisselaar, (3) pompen van de aldus verkregen verrijkte oplossing om deze op een tweede drukniveau nabij de in'de desorptiezone heersende druk te 15 brengen en warmtewisseling tussen de verrijkte oplossing en de van de desorptiezone afkomstige verarmde oplossing, (4) verdeling van de verrijkte oplossing in twee frakties SI en S2 en warmtewisseling tussen de fraktie SI en de van de desorptiezone afkomstige* verarmde oplossing, 20 (5.) verdamping van tenminste een gedeelte van 'de fraktie SI in een war,tewisselaar onder onttrekking van warmte aan een uitwendig medium (6) toevoer van het. aldus verkregen vloeistof-dampmengsel naar de onderzijde van de desorptiezone, (7) toevoer van de fraktie S2 in de desorptiezone op een punt boven 25 een stripzone, waarin het in de fraktie S2 opgeloste koelmedium^tenminste gedeeltelijk wordt gedesorbeerd door de van de onderzijde van de desorptiezone afkomstige dampfase door direkt kontakt in tegenstroom , (8) rectificatie van de uit de stripzone verkregen dampfase in een 30 rectificatiezone boven het punt, waarop de fraktie S2 wordt ingeleid, door een direkt kontakt in tegenstroom tussen de dampfase en een vloeibare terugvoerstroom tot stand te brengen, (9) condensatie van de van de rectificatiezone afkomstige dampfase onder overdracht van de condensatiewarmte in een warmtewisselaar aan 35 een uitwendig medium zoals water of lucht, 7908882 - 9 - (10) terugvoer van een gedeelte van de aldus in trap 8 verkregen vloeibare fase als terugvoerstroom, waarbij de rest van de fraktie wordt teruggevoerd naar trap 1, en (11) onttrekken van een verarmde oplossing aan de desorptiezone en 5 terugvoeren van deze oplossing naar trap 2»

In het geval 2 wordt de absorptietrap uitgevoerd bij een j druk, die tenminste gelijk is aan de druk van de desorptiezone onder i afgifte van warmte aan een uitwendig medium in een temperatuursbe- j reik A en onder vorming van een oplossing 3, die gedesorbeerd wordt 10 onder onttrekking van warmte aan een uitwendig medium in een tempera-tuursbereik B en onder vorming van een daapfase, die tenminste gedeeltelijk gecondenseerd wordt bij een druk nabij de druk van de de-j sorptiesone onder afgifte van warmte aan een uitwendig medium in een ' temperatuursbereik C, tenminste gedeeltelijk verdampt wordt bij een \ 15 j druk nabij de druk van de absorptiezone onder onttrekking van warmte aan een uitwendig medium op een temperatuursniveau B en teruggevoerd wordt naar de absorptiezone» 3en voorkeursuitvoeringsvorm in dit geval omvat de volgende maatregelen: 20 (l) condensatie van de uit een desorptiezone afkomstige dampfase in aanwezigheid van een hoeveelheid vloeistof onder afgifte van warmte aan een uitwendig medium zoals water of lucht in een warmtewisselaar op een eerste drukniveau nadat, warmte-uitwisseling met de uit deze warmtewisselaar afkomstige vloeibare fase heeft plaats gevonden, 25 (2) pompen van de vloeibare fase om deze op een tweede drukniveau na bij de in de absorptiezone heersende druk te brengen, (3) verdamping van tenminste een gedeelte van de vloeibare fase ondez onttrekking van warmte aan een uitwendig medium, nadat uitwisseling van warmte heeft plaats gevonden zoals vermeld bij trap (l), 30 (4) scheiding van de dampfase en de vloeibare fase, (5) toevoer van een gedeelte van de uit trap (4) afkomstige vloeibare fase na expansie naar trap (l), als hoeveelheid vloeistof, die toegevoegd wordt aan de uit de desorptiezone afkomstige dampfase, (6) vermenging van de overige fraktie met de uit de absorptietrap 35 afkomstige verrijkte oplossing, 7908882 -10- t.......... ....................... "........- ' 1 ’ ........

(7) vooraf koelen van het aldus verkregen mengsel door warmte- uitwisseling met een'eerste fraktie van het mengsel, dat tenminste gedeeltelijk geëxpandeerd en verdampt is, (8) verdeling van het uit trap (7) afkomstige mengsel in drie frak-5 ties FI, F2 en F3, waarvan de eerste fraktie F1 het door verdamping mogelijk maakt om de voorafgaande koeling in trap (7) uit te voeren, waarbij het verkregen vloeistof-dampm'engsel naar de onderzijde van j de desorptiezone wordt geleid, de tweede fraktie F2 de fraktie S2 j vormt, die geëxpandeerd en naar de bovenzijde van de desorptiezone 10 wordt geleid, en de derde fraktie F3 de fraktie Sï vormt, die- geëxpandeerd en tenminste gedeeltelijk verdampt wordt onder onttrekking van warmte aan een uitwendig medium, waarbij het verkregen vloeistof-j dampmengsel naar de onderzijde van de desorptiezone wordt geleid, ! (9) tot stand brengen van een direkt kontakt in tegenstroom tussen 15 ) de vloeibare fase en de dampfase in de desorptiezone, waarbij aan de onderzijde van de desorptiezone een verarmde oplossing wordt verkre-! gen, S (10) uitvoering van een absorptietrap door de van trap (9) afkomstige verarmde oplossing in kontakt te brengen met de van trap (4) afkom-20 stige dampfase onder vorming van een verrijkte oplossing, en (ll) terugvoer van de van trap (lO) afkomstige verrijkte oplossing naar trap (6)„

De absorptietrap kan uitgevoerd worden door direkte vermenging van de van trap (4) afkomstige dampfase met de van trap (9) 25 afkomstige verarmde oplossing onder afgifte van de absorptiewarmte aan een uitwendig medium zoals water of lucht» Het is tevens mogelijk om deze absorptietrap uit te voeren door een kontakt in tegenstroom tot stand te brengen met een eerste fraktie van de uit de desorptie-trap afkomstige vloeibare fase, de door dit kontakt in tegenstroom JO verkregen dampfase te vermengen met een tweede fraktie van de vloeibare fase, het aldus verkregen vloeistof-dampmengsel te condenseren en de tijdens de condensatie van dit mengsel gevormde warmte af te geven aan een uitwendig medium»

Het spreekt vanzelf, dat elk van de eerder beschreven 35 warmte-uitwisselingen uitgevoerd kan worden in een of meer trappen, 7908882 — 11 - 1 waarbij elk van de uitwisselingen plaats vindt net een enkel uitwen-'dig medium of met verscheidene media. Evenzo kunnen de warmte-uitwis-! selingen uitgevoerd voorden op verschillende temperatuumiveaus “binnen 1 eenzelfde temperatuursgebied. Bijvoorbeeld behoeven in de gevallen 5 j1 en 2 de twee warmte-ui twisselingen, die uitgevoerd worden in het 1temperatuursbereik B, niet noodzakelijk bij dezelfde temperatuur uit-; gevoerd te werden.

In bepaalde gevallen, en in het bijzonder bepaalde gevallen- voor de produktie van koude, is het noodzakelijk om bij de afvoer 10 'van de desorptiezone te beschikken over een vrijwel zuivere dampfase van het bestanddeel, dat tijdens de absorptietrap de opgeloste stof vormt. In dit geval is het noodzakelijk om boven de desorptiezone een rectificatiezone aan te brengen, waarin de rectificatie uitgevoerd wordt door kontakt in tegenstroom, bijvoorbeeld in een kolom met 15 platen, tussen de uit de desorptiezone afkomstige dampfase en een ge-ideelte van de vloeibare fase, die verkregen wordt door de condensatie van de uit de rectificatiezone verkregen damp.

De uitvinding is in het bijzonder van toepassing op het ,geval, waarin de opgeloste stof bestaat uit ammoniak en het oplosmid- 20 jdel uit water. Hen kan echter tevens gebruik maken van andere opge- i iloste stoffen en andere oplosmiddelen in zuivere toestand of in de | ‘vorm van een mengsel.

Het oplosmiddel kan tevens een organis*h oplosmiddel zijn, ) zoals dimethylformamide, dimethylsulfoxyde, IT-methylpyrrolidon, t 25 ‘tetraethyleenglycol dimethylether, tributylfosfaat, ethyleenglycol, idiethyleenglycol, benzylalcoh.ol of aniline of tevens een koolwater- t jstof, bijvoorbeeld gekozen uit de alkanen.

De opgeloste stof, waarvan het kookpunt of het sublimatie-punt lager is dan dat van het oplosmiddel, kan behalve ammoniak een 30 koolwaterstof zijn, zoals propaan, butaan, pentaan of een. gehalogesneerde koolwaterstof zoals difluorchloormethaan, fluordichloormethaan i jof difluordichloormethaan, mits deze oplosbaar is in het oplosmiddel, iwaarbij het oplossen plaats vindt onder warmte-ontwikkeling.

I In het algemeen is elke kombinatie van opgeloste stof en 35 Ioplosmiddel geschikt, mits de toegepaste produkten chemisch stabiel 79 0 8 8 8 2 * — 12-t ! ----=- jzijn onder de temperatuurs- en drukomstandigheden, waaronder men jwerkt, de opgeloste stof en het oplosmiddel in zuiverê toestand of I gemengd verdampt kunnen worden onder de toegepaste temperatuurs- en |drukomstandigheden, waarbij de vluchtigheid van de opgeloste stof · 5 echter groter moet zijn dan die van het oplosmiddel, en de opgeloste stof in het oplosmiddel oplost onder warmte-ontwikkeling,

De druk van de desorptiezone ligt bij voorkeur tussen 1 en 20 bar»

De fraktie van de oplossing SI bedraagt met voordeel 10-9Q$ 10 in het bijzonder 10-70$ van de oplossing S, waarbij het overige ge-ideelta de fraktie S2 vormt.

j De temperatuur van het medium buiten de desorptiezone, dat ide voor de verdamping van de oplossing SI noodzakelijke warmte levert,

i Q

ligt in een temperatuursbereik tussen 0 en 200 C en bij voorkeur tus-15 'sen 50 en 150°C0 j | De absorptie en desorptie worden bij voorkeur uitgevoerd |in kolommen van het type, zoals meestal toegepast in de chemie voor jhet uitvoeren van dit type bewerkingen, doch andere inrichtingen, in | jhet b,ijzonder inrichtingen waarin mechanisch geroerd wordt, kunnen 20 |eveneens toegepast worden.

J ' Het vermengen van een gasfase en een vloeibare fase kan juitgevoerd worden door eenvoudig vermengen in de leiding, of in een ;ruimte, waarin mechanisch geroerd wórdt, of tevens in een kontaktzone van het type van een -druppelkolom, een schotelkolom of een gevulde 25 kolom. Het vermengen en de levering van warmte door tenminste gedeeltelijke condensatie van deze mengsels kan achtereenvolgens plaats vinden, waarbij de mengzone verschilt van de warmtewisselaar, waarin de warmte naar buiten wordt afgegeven, of gelijktijdig plaats vinden, bijvoorbeeld door het mengsen uit te voeren in een van een koelende 50 warmtewisselaar voorziene kolf.

Uitvoeringsvormen van de uitvinding worden toegelicht door de figuren 2 en 5 en de voorbeelden I en II. Ter vereenvoudiging zijn de figuren 2 en 5 beschreven met betrekking tot de voorbeelden I en II, doch deze figuren moeten in het algemeen beschouwd worden en zijn 35 niet beperkt tot de in de voorbeelden gegeven waardene

Q

7908882 -13-

Yoorbeeld I_ I Dit voorbeeld wordt toegelicht door fig» 2« Het betreft j een inrichting overeenkomende met het eerdergenoemde geval 1. j Boor leiding 1 leidt men in de kolom met platen Cl met 5 S een toevoersnelheid van 9 ton per uur een vioeistof-dampmengsel met • de onderstaande samenstelling: EHj - 47 gew0yj j HgO = 53 gew./.

j kan de onderzijde van de kolom Cl worden de vloeibare 10 | fraktie en de dampfraktie, die 4»2 ton per uur bedraagt, gescheiden.

; ΐ De vloeibare fraktie vermengt zich met de vloeistof, die de eerste : plaat boven de bodem van de kolom verlaat en de dampvormige fraktie i wordt naar de platen geleid.

De kolom Cl bevat 11 platen en werkt bij een top druk van Λ 15 i 14 kh per om .

: Aan de top verkrijgt men een ammoniak damp met een zuiver- [ heid van meer dan 99;j. Deae damp wordt gecondenseerd in de warmte-! wisselaar 3101 door koelen tot een temperatuur van 55°C met behulp f ; van koelwater (in het temperatuursbereik A van de algemene definitie), 20 j Door de warmtewisselaar Ξ101 voert men 1,16 x 10^ Kcal/uur af.

Het condensaat wordt opgevangen in de kolf BI en een hoeveelheid condensaat, die 10/ van het bij de af voer van de warmtewis- t : selaar 3101 verkregen condensaat vormt, wordt teruggevoerd door I pomp F2 en leiding 5 als terugvloeistroom in kolom Cl. Het overige 25 | gedeelte wordt door leiding 4 in de warmtewisselaar E105 geleid en j hieruit af gevoerd door leiding 5* Dit gedeelte wordt dan geëxpandeerd door klep 71 tot een druk van 4 kg/cm2 en verdampt in de warmtewisselaar 3107 bij een temperatuur van -3°C onder koeling van een uitwendig medium in het temperatuursbereik C van de algemene definitie.

30 ïlen verwijdert aldus 1 x 10^ Kcal/uur. De ammoniak damp wordt door leiding 6 naar warmtewisselaar 3103 geleid en hieruit afgevoerd door leiding 7·

Door vermenging van deze damp met de door leiding 8 toegevoerde oplossing verkrijgt men een mengsel van water en ammoniak, 35 dat 47 gew./ ammoniak bevat. Dit mengsel wordt gecondenseerd in 7903882 -14- .

warmtewisselaar E102 door afkoelen tot 35°C met behulp van koelwater in het temperatuursbereik A van de algemene definitieo

De verkregen oplossing verlaat de warmtewisselaar E102 door leiding 9> wordt opgevangen in kolf B2, verpompt door middel van 5 pomp PI, naar warmtewisselaar E104 geleid en hieruit in vloeibare vorm afgevoerd door leiding 10 met een temperatuur van 80°C, Een hoeveelheid van 9>45 ton/uur wordt door leiding 11 naar kolom Cl boven de vijfde plaat vanaf de bodem geleide Het overige gedeelte wordt door leiding 12 naar warmtewisselaar Ξ105 geleid en hieruit door 10 leiding 13 met een temperatuur van 100°C afgevoerdo Dit gedeelte wordt vervolgens naar warmtewisselaar E106 geleid, waarin het geleidelijk wordt verdampt tussen 100 en 140°C onder onttrekking van warmte aan een uitwendig medium, dat door leiding 14 met een temperatuur van 150°C wordt toegevoerd en door leiding 15 met een tempera-15 tuur van 110°C wordt afgevoerdo (Temperatuursbereik B van de algemene definitie)» Men levert derhalve aan de inrichting 1,6 x 10^ Kcal/uur» Aan de onderzijde van kolom Cl wint men een vloeibare fase, die 23 gewo/ö ÏIHj bevat, door leiding 16 naar de warmtewisselaar E105 wordt geleid, hieruit afgevoerd wordt door leiding 17 en vervolgens naar 20 warmte-uitwisselaar E104 wordt geleid en vandaar door leiding 18 naar de expansieklep V2 wordt gevoerd»

Voorbëeld^II

Dit voorbeeld wordt toegelicht door fig» 3* Het betreft een inrichting overeenkomende met het eerdergenoemde geval 2» 25 In kolom C6 leidt men door leiding 68 een hoeveelheid damp van 5»75 ton/uur met de onderstaande samenstelling; NHj : 80 gew»^ H^O : 20 gew»$.

De kolom C6 bevat 6 platen en werkt bij een top druk van 50 20 kg/cm2. De door leiding 68 toegevoerde dampfase wordt in kolom 06 in kontakt gebracht met een door leiding 60 toegevoerde oplossing, die 4 gew«$ ammoniak bevat»

Via leiding 62 verkrijgt men een dampfase, die gemengd wordt met een hoeveelheid van 7»03 ton/uur (leiding 6l) van een op-35 lossing met dezelfde samenstelling als toegevoerd door leiding 60.

7908882 * i - 15-

Het vloeistof-dampmengsel wordt in warmtewisselaar Elio geleid, waarin het wordt gecondenseerd onder afgifte van 2,04 x 10° Kcal/uur aan een hoeveelheid water, die hij 150°C wordt verdampt (tempera-tuurshereik k van de algemene definitie)· 5 Het gecondenseerde mengsel van water en ammoniak wordt t ’ door leiding 64 uit r/armtewisseiaar Elló afgevoerd en de verkregen i i oplossing wordt gemengd met de door leiding oj uit kolom 06 afgevoer-! de oplossing· Aan het mengsel van de twee oplossingen in leiding 96 wordt door leiding 95 uit kolf B5 een hoeveelheid vloeistof van 1,1 10 j ton/uur toegevoegd· 3e aldus verkregen oplossing wordt door leiding I 97 in warmtewisselaar 2117 geleid· ' In de warmtewisselaar 2117 wordt de door leiding 97 toege- I voerde oplossing van 155 tot 115°0 afgekoeld door uitwisseling met ‘ een hoeveelheid van 4A5 ton/uur, die onttrokken wordt aan de oplos-15 » sing, die de warmtewisselaar ΞΊ17 verlaat, door leiding 98 geëxpan- j deerd wordt door de klep 710 en gedeeltelijk verdampt wordt bij een \ temperatuur tussen 105 en 145° C«

Het gedeelte van de door leiding 98 stromende oplossing, dat niet naar de warmtewisselaar E117 wordt geleid, passeert de klep 20 79 en wordt gedeeltelijk verdampt in de warmtewisselaar E118 bij een temperatuur van 105 tot 145°C. Uien onttrekt aldus 2,405 x 10 Kcal/ uur aan een uitwendig medium, dat bestaat uit een aardoliefraktie, die afkomstig is uit een destillatiekolom en met een temperatuur van 160°C tóegevoerd en een temperatuur van 119°C afgevoerd wordt (tempe-25 ratuursbereik 3 van de algemene definitie)· Het door leiding 91 uit de warmtewisselaar 2118 afgevoerde vloeistof-dampmengsel wordt toegevoegd aan het door leiding 95 uit warmtewisselaar E117 afgevoerde vloeistof-dampmengsel en het aldus verkregen mengsel wordt door leiding 88 naar kolom CJ geleid. Op de bodem van de kolom C7 worden de 30 vloeibare fraktie en de dampfraktie gescheiden. 3e dampfraktie wordt in kontakt gebracht met de door leiding 94 toegevoerde en door klep 711 geëxpandeerde vloeibare fase. Be kolom C7 bevat 12 schotels en werkt bij een top druk van 6 atmosfeer, 3e aan de bovenzijde door leiding 72 afgevoerde damp wordt gemengd met de door leiding 74 toe-35 gevoerde oplossing en het damp-vloeistofmengsel wordt door leiding < — ——— - -------- 1 11 7908382 — 16 — •75 naar warmtewisselaar E119 geleid. Uit de warmtewisselaar E119 * wordt het vloeistof-dampmengsel geleid naar condensor Ξ120, waarin het met behulp van water wordt gekoeld tot 30°C (temperatuursbereik C van de algemene definitie). De verkregen oplossing bevat 55 gew.Jo 5 ammoniak. De oplossing wordt verzameld in kolf Bé en door pomp P7 naar warmtewisselaar E119 geleid, waaruit de oplossing wordt afgevoerd met een temperatuur van 105° C en vervolgens door leiding 85 naar warmtewisselaar E121 wordt geleid. In de warmtewisselaar E121 wordt de oplossing geleidelijk verdampt tot 145°C0 Men onttrekt al-10 dus 1,604 x 10^ Kcal aan een uitwendig medium, dat bestaat uit een tweede aardoliefraktie, die afkomstig is uit dezelfde destillatie-kolom.als de naar de warmtewisselaar Ξ118 geleide aardoliefraktie.

Dit uitwendige medium wordt toegevoerd met een tëmperatuur van lé0°C en afgevoerd met een temperatuur van llé°C (temperatuursbereik B van 15 de algemene definitie). Het uit de wamtewisselaar El21 afgevoerde vloeistof-dampmengsel wordt opgevangen in kolf B5. De vloeibare fase wordt afgevoerd door leiding 92 en wordt in twee delen gescheiden, die afgevoerd worden door de leidingen 95 en 75»

Zoals blijkt uit dit voorbeeld, kan de naar de desorptie-20 trap gevoerde oplossing in meer dan twee frakties verdeeld worden, die noodzakelijkerwijze SI en S2 bevatten. Aldus kan een fraktie van de naar de desorptietrap gevoerde oplossing, die verschilt van SI en S2, afzonderlijk verdampt worden (ELI7) om de oplossing af te koelen.

7908832

Claims (2)

1. 60 Werkwijze volgens conclusie 1-4» met het ken- m e r k,dat de opgeloste stof een koolwaterstof en het oplosmiddel ' een organisch oplosmiddel is. 20 7« Werkwijze volgens conclusie 1-4» met het ken merk, dat de opgeloste stof een gehalogeneerde koolwaterstof en het oplosmiddel een organisch oplosmiddel is»
2. 80 Werkwijze volgens conclusie 1-7» met het ken merk, dat de fraktie van de oplossing 10-90$ó van de oplossing 25 S uitmaakt en de rest de fraktie S2 vormt» 9e Werkwijze volgens conclusie 1-8, met het ken merk, dat de druk in de desorptiezone 1-20 bar bedraagt» 10» Werkwijze volgens conclusie 1-9» methetken- m e r k, dat de temperatuur van het medium buiten de desorptiezone» 30 dat de voor de verdamping van de oplossing noodzakelijke warmte verschaft, in een temperatuursbereik tussen 0 en 200°C ligt» 11» Werkwijze volgens conclusie 1-10, met het ken·» merk, dat de absorptietrap wordt uitgevoerd bij een druk, die ten hoogste gelijk is aan de druk van de desorptiezone onder levering Van 35 warmte aan een uitwendig medium in een temp-eratuursbereik A en onder 7908882 -19 - vorming· van een oplossing S, die gedesorbeerd wordt onder onttrekking van warmte aan een uitwendig medium in een teaperatuursbereik 3 en onder vorming van een dampfase, die tenminste gedeeltelijk gecondenseerd wordt bij een druk nabij de druk van de desorptiezone onder 5 levering van warmte aan een uitwendig medium in een teaperatuursbereik A, tenminste gedeeltelijk opnieuw verdampt wordt bij een druk j jnabij de druk van de absorptiezone onder onttrekking van warmte aan | een uitwendig medium in een teaperatuursbereik C en teruggevoerd j wordt naar de absorptiezone. 10 j12. Merkwijze volgens conclusie 1-11, met het ken- | m e r k, dat de uit de desorptiezone afgevoerde damp gerectificeerd \ wordt door deze in tegenstroom in kontakt te brengen met een gedeel- ! ! te van de bij de condensatie van deze damp verkregen vloeibare fase. ! I13. Merkwijze volgens conclusie 1-10, met het ken- 15 -merk, dat de absorptietrap uitgevoerd wordt bij een druk, die j tenminste gelijk is aan de druk van de desorptiezone onder levering ; van warmte aan een uitwendig medium in een teaperatuursbereik A en onder vorming van een oplossing S, die gedesorbeerd wordt onder onttrekking van warmte aan een uitwendig medium in een- temperatuursbe-20 reik 3 en onder vorming van een dampfase, die tenminste gedeeltelijk gecondenseerd wordt bij een druk nabij de druk van de desorptiezone | cnder levering van warmte aan een uitwendig medium in een tempera- f | tuursbereik C, tenminste gedeeltelijk opnieuw verdampt wordt bij een i druk nabij de druk van de absorptiezone onder onttrekking van warmte i 25 aan een uitwendig medium in een temperatuursbereik B en teruggevoerd v;ordt naar de absorptiezone. 14e ’.ïerkwijze volgens conclusie 1-13) met het ken merk, dat men de absorptietrap uitvoert door een kontakt in tegenstroom tot stand te brengen tussen een eerste fraktie van de uit de 30 desorptietrap afkomstige vloeibare fase, waarbij men de door dit kontakt verkregen dampfase vermengt met een tweede fraktie van de vloeibare fase, het aldus verkregen vloeistof-dampmengsel condenseert en tijdens de condensatie van dit mengsel vrarmte levert aan een uitwendig medium. 55 15» Yferkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, t 7908882 t — 20 - dat men de door tenminste gedeeltelijke verdamping van de oplossing verkregen damp in tegenstroom eerst met de oplossing Sg en’ver-volgens met de oplossing 3 in kontakt brengt, waarbij de oplossing aan de oplossing S wordt onttrokken nadat het kon takt van de 5 damp met de oplossing S heeft plaats gevonden» o 7908882