SE459716B - Foerfarande foer konditionering av fuktig gas - Google Patents

Description

459 716 obenägenhet att ge ifrån sig detta vatten vid kokning.

För nedkylning av luft av hög temperatur och hög luftfuktighet kan man bringa luften i kontakt med en lämplig fuktabsorberande vätska under samtidig kylning, dvs man bortskaffar det utkondenserade vattnets ângbildningsvärme, san frigörs vid absorptionen. Härvid eftersträvar'man att absorp- tíonen skall ske med hjälp av en så koncentrerad saltlösning som möjligt för att man skall uppnå så låg relativ fuktighet som möjligt i den behandlade luften. Eftersom den obehandlade luften i de flesta fall har hög temperatur och hög relativ fuktighet och tillgänglig kylvattentemperatur ofta ligger nära luftens, kan absorptionen sägas ske praktiskt taget isoter- miskt. Det är nödvändigt att undvika utspädning av absorptions- vätskan i någon större grad ty då äventyras den låga relativa fuktigheten. Detta innebär praktiskt en kokpunktsförhöjning vid vätskans regenerering av 70-80°C, vilket försvårar eller omöjliggör energibesparing genom t ex multipelindunstning, kompressorindunstning, etc.

Enligt uppfinningen undanröjes dessa svårigheter på så sätt att absorption av luftens eller gasens fuktighet sker i flera på varandra följande absorptionssteg, där vatten- absorptionen ur den fuktigaste luften genomföres med en absorptionsvätska med låg koncentration och där absorptions- vätskans koncentration ökas successivt för varje steg. Genom isotermisk flerstegsabsorption vid luftkonditionering enligt uppfinningen kan man alltså minska förbrukningen av termisk energi vid regenerering av absorptionsvätskan.

Föreliggande uppfinning avser sålunda ett förfarande för konditionering av fuktig gas, och detta förfarande känne- tecknas av att gasen stegvis bringas i kontakt med en successivt mera koncentrerad absorptionsvätska bestående av en lösning av en eller flera icke-flyktiga komponenter i det ämne som kondenserar vid absorptionen, varvid absorptionen genomföres isotermiskt eller nästan isotermiskt på kylda ytor, och att den utspädda absorptionsvätskan koncentreras genom in- dunstning och återföres till absorptionsanordningen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen genomföres 459 716 absorptionen stegvis i motström, och den utspädda absorptione- vätskan koncentreras genom flerstegsindunstning. Enligt en annan utföríngsform koncentreras den i varje absorptionssteg erhållna utspädda absorptionsvätskan i ett motsvarande steg i en flerstegsindunstare med lika många steg som absorptions- anordningen.

Förfarandet enligt uppfinningen tillämpas företrädesvis på luftkonditionering, varvid absorptionsvätskan är en vatten- lösning av ett eller flera salter, och varvid den resulterande luften med låg fukthalt återfuktas till önskad fukthalt genom insprutning av vatten, varigenom luften samtidigt kyles till önskad temperatur genom avdunstningen av vatten.

Uppfinningen ger alltså möjlighet till luftkondi- tionering med insats av termisk energi med en specifik energi- förbrukning som är avsevärt lägre än vid tidigare teknik. En halvering av den tidigare vanliga energiförbrukningen för absorptionsvärmepumpar är möjlig.

Absorptionsvätskan kan bestå av en eller flera icke- flyktiga komponenter lösta i den komponent som bortskaffas ur gasen vid absorptionen. De icke-flyktiga komponenternas löslig- het måste vara avsevärd för att åstadkomma en väsentlig sänk- ning av den flyktiga komponentens àngtryck över lösningen.

Valet av icke-flyktig komponent blir givetvis olika om det är t ex vattenånga som skall absorberas eller om det är en annan substans, t ex spritànga. När absorptionsvätskan är en vatten- lösning, kan man såsom exempel på icke-flyktiga komponenter nämna kaliumacetat, natriumacetat, kaliumkarbonat, kalcium- klorid, litiumklorid och litiumbromid. Särskilt goda resultat erhålles med en blandning av ca 30 vikt-% natriumacetat och ca 70 vikt-% kaliumacetat.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till den bifogade ritningen, på vilken figurerna 1 och 2 illustrerar olika utföringsformer av förfarandet enligt uppfinningen.

I den i fig 1 visade utföringsformen ledes varm och fuktig luft genom en trestegs absorptionsanläggning i motström mot en absorptionsvätska (saltlösning). Absorptionen i varje 459 716 steg sker pá ytor kylda med hjälp av kylvatten, så att det vid absorptionen kondenserade vattnets ångbildningsvärme bort- skaffas. Absorptionsvätskan har alltså sin högsta koncentration där luften är som torrast, och den får en allt lägre koncentra- tion genom den stegvisa kontakten med allt fuktigare luft.

Den i det första absorptionssteget erhållna utspädda absorp- tionsvätskan ledes till en konventionell trestegsindunstare, och den resulterande koncentrerade absorptionsvätskan återföres till absorptionsanläggningen. Den ånga som lämnar indunst- ningsanläggningen kan användas för framställning av varm- vatten. Den i absorptionsanläggningen avfuktade luften åter- fuktas genom insprutning av vatten, varvid lufttemperaturen samtidigt sjunker. Denna process kan styras så att man erhåller en behaglig luft med en temperatur av t ex 22-24°C och en relativ fuktighet av t ex 50-60%.

Såsom alternativ till användning av spillvärmet från indunstningens sista steg för varmvattenberedning kan man förvärma luft medelst detta värme. Den värmda luften får så låg relativ fuktighet att den kan avlägsna vatten även ur den mest koncentrerade saltlösningen genom direktkontakt därmed (luften bubblas genom lösningen). Problemen med absorptions- vätskans kokpunktsförhöjning minskas härigenom ytterligare.

Genom ett sådant motströmsförfarande kan vätskans salt- koncentration fås att minska genom den utspädning som vatten- ángabsorptionen orsakar. Genom motströmsförfarandet kan kokpunktsförhöjningen hos vätskan som går till regenerering bli så liten att flerstegsindunstning i energibesparíngssyfte blir möjlig. Principen, som innebär en medveten åtgärd i syfte att erhålla en absorptionsvätska med liten kokpunktsförhöjning, medger icke endast regenerering genom en traditionell multipel- indunstning i energibesparingssyfte utan även andra regene- reringssätt där liknande energibesparing kan erhållas.

Med saltlösningen i cirkulation över alla absorptions- stegen i serie och efterföljande regenerering i kretslopp genom indunstningsstegen bestämmes den utspädda saltlösningens koncentration (och kokpunktsförhöjning) före inträdet i in- dunstningen på så sätt att mängden saltlösning i cirkulation 459--716 anpassas till den absorberade vattenmängden.

Den i fig 2 visade utföringsformen skiljer sig från utföringsformen enligt fig 1 genom att tre separata kretsar med absorptionsvätska användes. Härvid genomföres isotermisk stegvis absorption av luftens fuktighet på följande sätt.

Den luft med hög relativ fuktighet som inmatas i absorptions- anläggningen behandlas först med en utspädd saltlösning i det första steget, sedan med en starkare saltlösning i det andra steget, och slutligen med en ännu starkare saltlösning i det tredje steget. Saltlösningen från varje absorptionssteg rege- nereras i ett separat, motsvarande índunstningssteg, och den genom indunstningen koncentrerade saltlösningen återföres till absorptionssteget ifrága. I varje krets med absorptionsvätska -värmeväxlas eventuellt den vätska som skall regenereras mot den regenererade, koncentrerade vätskan. Vid denna utförings- form, där varje indunstningssteg på vätskesidan arbetar i serie med ett absorptionssteg, är indunstningsstegen på ângsidan anordnade pá samma sätt som vid konventionell multipelindunst- ning. Den i indunstningsstegen avdunstade vattenmängden regle- ras genom den energimängd som per tidsenhet tillföres det första índunstningssteget. Om en vattenmängd av i genomsnitt 500 kg/h skall avdunstas i varje indunstningssteg och detta ej sker, märks detta på att saltkoncentrationen i cirkulations- kretsen med den högsta saltkoncentrationen blir för låg för att luften skall fà den önskade låga relativa fuktigheten. Genom ökning av effekten till indunstningsanläggningens första steg áterställes de riktiga förhållandena. För hög effekt medför däremot en för hög kokpunktsförhöjning hos den svagaste ab- sorptíonsvätskan i absorptionssteget med den högsta luftfuktig- heten, vilket mer eller mindre förstör möjligheterna till multípelindunstning.

En fördel med den i fig 2 visade utföringsformen är att eventuella luftföroreningar som absorberas i det första - absorptionssteget icke leder till förorening av all absorp- tionsvätska. Endast vätskan i den "första" kretsen behöver härvid renas. 459 716 ' Uppfinningen är naturligtvis icke begränsad till användning av tre absorptionssteg och tre indunstningssteg, utan antalet steg kan väljas fritt i varje specifikt fall beroende på de rådande betingelserna och det önskade resul- tatet .

Uppfinningen är inte heller begränsad till de fall där luft behandlas genom absorption i öppna system utan äger även tillämpning i slutna system med extern värmeväxling, där absorptionen äger rum med en cirkulerande gasmassa eller enbart med ånga fràn den flyktiga delen av mediapar ägnade för absorptionsvärmepumpteknik.

Uppfinningen illustreras genom följande exempel.

Exempel Luft med en temperatur av 35°C och en relativ fuktighet av 90% behandlas i en sådan anläggning som visas i fig 1. Luft- mängden är 100 000 kg/h. Absorptionsvätskan är en vattenlösning av en saltblandning bestående av 30 vikt-% natriumacetat och 70 vikt-% kaliumacetat. Kylvattentemperaturen är 28°C. Den koncentrerade saltlösningen från índunstningsanläggningen (3 200 kg/h) har en saltkoncentration av ca 72 vikt-%. I absorptionsanläggningen ledes denna saltlösning i motström mot luften, varvid den utspädes till en slutlig koncentration av ca 40 vikt-% i det första absorptionssteget. Den absorberade vattenmängden är ca 2 600 kg/h, varvid i stort sett lika stora vattenmängder absorberas i varje steg.

Den utspädda saltlösning som lämnar absorptions- anläggningen koncentreras (regenereras) i trestegsindunstaren, varvid kokpunkterna i de tre stegen är 205°C, 135°C resp IIGOC, Det första indunstningssteget är i detta exempel direkteldat med naturgas. Den ånga som lämnar det sista indunstningssteget ledes till en värmeväxlare, där värmet däri utnyttjas för - värmning av vatten så att varmvatten erhålles. Energibehovet för regenereringen av saltlösningen är ca 700 Mcal/h. 459 716 Absorptionen i absorptionsanläggningen är nästan iso- termisk, och den luft som lämnar absorptionsanläggningen har en temperatur av 30°C och en relativ fuktighet av 25%. Denna luft återfuktas genom insprutning av vatten under adiabatiska för- hållanden, varvid vatten insprutas i sådan mängd att den ut- gående konditionerade luften haf en temperatur av 22°C och en relativ fuktighet av 60%.

Claims (4)

459 716 P a t e n t k r a v

1. Förfarande för konditionering av fuktig gas, k ä n n e t e c k n a t a v att gasen stegvis bringas i kon- takt med en successivt mera koncentrerad absorptionsvätska bestående av en lösning av en eller flera icke-flyktiga kompo- nenter i det^ämne som kondenserar vid absorptionen, varvid absorptionen genomföras isotermiskt eller nästan isotermiskt på kylda ytor, och att den utspädda absorptionsvätskan kon- centreras genom índunstning och återföres till absorptions- anordningen.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att absorptionen genomföres stegvis i motström, och att den utspädda absorptionsvätskan koncentreras genom flerstegs- indunstning.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att den i varje absorptionssteg erhållna utspädda absorptions~ vätskan koncentreras i ett motsvarande steg i en flerstegs- indunstare med lika många steg som absorptionsanordningen.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a t a v att gasen utgöres av luft, att absorptions- vätskan är en vattenlösning av ett eller flera salter, och att den resulterande luften med låg fukthalt återfuktas till önskad fukthalt genom insprutning av vatten, varigenom luften samtidigt kyles till önskad temperatur genom avdunstningen av vatten.