可逆吸收式制冷的制作方法

专利名称：可逆吸收式制冷的制作方法
技术领域：
本发明涉及改善的制冷系统，更具体地涉及采用非绝热蒸馏以利用低质废热的可逆吸收系统。
背景技术：
价格和电能可靠性以及基础能源的近期变动性都提出需要可靠的能源生产方案。在以高价销售电能的市场中，商业经营活动正在寻求有效利用废热以降低生产费用的途径。当前利用废热的方法包括利用典型的氨或溴化锂吸收式制冷系统(ARS)来实现制冷。
超级市场是将受益于高效ARS的最佳商业实例，因为它具有与储存和陈设新鲜和冷冻产品有关的繁重制冷负荷。另一个实例是计算机服务器群，其中必须将几乎不停运行的计算机所产生的热通过可靠的空调设备来驱散。然而，商业总是对ARS持相反的观点，因为这些系统与蒸汽压缩循环相比，具有高基建成本和单位制冷容量的能耗更高的特点。此外，因为对现有ARS的性能限制，这些系统常常不能完全支持商业的制冷负荷。接着，利用这些系统的商业必须从电网购买电驱动压缩，或者安装额外的发电机容量。在电网不可靠的区域，额外的发电容量是唯一合理的解决方法。
现行办法试图回收传质区(mass transfer zone)之外的热能。大量的钱都已经花费在改进C.O.P的氨吸收式制冷系统上；该改进措施称为“发生器-吸收器热交换”(GAX)，其的确回收了吸收的一些热。然而，这种尝试是错误的。使用热交换设备对具有稀溶液和氨蒸汽的混合物的浓溶液加热，这在该设备的相对端、从稀溶液进入的地方引入了蒸汽。可逆的氨制冷系统利用喷射器(ejector)将氨蒸汽流与冷却的汽提塔(stripping colunm)底部液体混合。喷射器用作真空泵以使蒸汽与液体密切接触。氨吸入水中将引起温度上升，直到该混合物达到平衡。与任何现有的实践方案相比，在喷射器后立即利用该混合物，(最有效利用吸收热所产生的热能)，这产生较高的C.O.P。
氨ARS的优点在于它们能够使用非常低质的热能。此外，该系统本身是由最少的轻负载机械部件所组成的低维护、长使用寿命的机械。例如，公知的是氨ARS可以使用50年之久。
当前的氨ARS的一个缺陷是它们要求所有的热能超过蒸馏法所需的最高温度，一般大约是180℃。该约束条件限制了氨ARS的实用性。使氨浓度在底部升高是利用较低等级蒸汽的常用方法。然而，这将导致溶液泵的流率增加，这引起吸收器的物理尺寸问题，并且还增加了基建成本，这主要是由于需要增加传热面。
氨ARS的主要竞争者是溴化锂ARS，该溴化锂ARS具有较低的年运行成本。单效LiBr ARS与典型的氨系统相比，能够使用更低质的废热。单效溴化锂吸收式制冷系统具有比典型氨吸收式设计更低的COP(性能系数)。LiBr双效具有1.2的COP(大于氨循环)，但是需要与典型氨循环至少相同的温度分布。所有的LiBr系统将致冷侧限制到最低6℃，这使该系统不能用于食品保藏应用。此外，LiBr ARS易受到腐蚀，其具有最多大约15年的工作寿命。该系统还受到其仅仅能够提供一个蒸发器的能力的限制，因此仅仅能在一个温度下传递制冷作用，并且不能冷却到6℃以下。相反，氨ARS可以提供多个蒸发器，因此可以在几个温度等级下传递制冷作用。
已经说明了工序以分析多级氨吸收式系统。这些中最突出的称为袋鼠循环(kangaroo cycle)，典型的氨吸收式系统嵌套在另一个典型ARS的内部。预测基本的C.O.P增益；然而，现在公开的方法大大地增强了袋鼠概念以及典型氨吸收式系统的其它变化。
出于操作成本的考虑，氨ARS已经几乎完全被LiBr系统代替。尽管如此，氨ARS具有几个优点并且潜在是高效的制冷系统。对于单级或者单效氨ARS，性能系数(C.O.P)通常标为实际最大值的0.7(0.7cold/1.0heat)。然而，C.O.P的这种限制是由工艺设计实践引起的，而不是由基本热力学过程的限制引起的。
任何混合物的理论分离功通常定义为将混合物中的每种成分从其在混合物中的分压以等温压缩到混合物的总压所需的可逆功，如方程式1所示。
Σi=1→nWrev,i=RT*ln(P2iP1i)]]>(方程式1)假定开始是50∶50的氨-水混合物，理论可逆功是42.3千卡/kg。氨蒸发的潜热大约是287千卡/kg，因此6.78的理论最大C.O.P可以看作上限。这使得现行办法的卡诺效率在10％的范围内。根据其它开发较好的热力学过程，例如卡诺效率在30％以上的固定式柴油机，C.O.P大于2应该是氨吸收式制冷系统的实际目标。
氨吸收式系统的关键部件是蒸馏级，在该蒸馏级中，从进料的混合物中除去氨。蒸馏系统通常配置为仅仅在底部加热，而在塔顶提取热。在隔热、绝热区进行传质。这种传热和传质的分离是蒸馏法中不可逆性的主要原因。寻找降低不可逆功量的方法可以增加系统的热力学效率。
因此，本发明的目的是提供更有效地利用低质废热的制冷系统和方法。
本发明的另一个目的是提供一种更有效地利用热能的非绝热蒸馏法。

发明内容
已经开发出一种非绝热蒸馏(NAD)法，其组合通过传质分离混合物所需的传热和所需的传质，产生更加可逆并由此更加节能的方法。在结合氨吸收式制冷系统使用时，该蒸馏法允许利用低质的废热切实可行并且成本有效地产生制冷。该NAD法的主要优点是其能够有效地利用在燃烧过程中所产生气体中包含的显热。用温度低到80℃的废气将热能转换为制冷。这是对需要温度大约为180℃的热能的传统氨吸收式系统的重大改进。该NAD系统能够利用低至提供给塔的氨-水进料的起泡点的热能。


图1是利用非绝热蒸馏的氨ARS系统的一个实施例的工艺流程图；图2是利用非绝热蒸馏和回收的吸收热的氨ARS系统的一个实施例的工艺流程图；图3是非绝热蒸馏塔的汽提段的内部结构示意图。
具体实施例方式
改进氨ARS的能量效率的一般策略是着手于蒸馏成分中的热力学不可逆性的原因。蒸馏法中的不可逆性的最大原因是传热和传质成分的分离。在塔自身内部添加或减少热量会降低由不可逆性引起的系统热力学损失。系统性能的关键是在需要最高系统性能的情况下提供回收的热能。
利用非绝热蒸馏的氨ARS解决清除热力学不可逆性的问题的第一步是从汽提段底部的几乎纯水中回收显热。底部和进料之间存在大约150的温差(ΔT)，并且在传质操作的范围内部回收的这种热能导致第一个主要的工艺改进。在适当的分馏设备中，用氨-水混合物以逆流热交换冷却液流，来回收热的底部液体流的热能。在塔的冷端5的合理ΔT可以驱动传热。这导致ARS结构每1,000BTU的热能产生大约2,000BTU的冷却。图1是NAD氨ARS的第一实施例的工艺流程图。
尽管氨是环保的，并且由于其在农业中的广泛使用、便宜并且在任何地方都容易得到，但是存在许多可以得益于这种方法的其它混合物。例如，可以在水溶液中吸收最多的酸性气体。通用电气公司制造的早期美国家用冰箱使用二氧化硫作为工作流体。诸如丙烷和丁烷等碳氢化合物以及它们的卤代烃同系物被吸收在更高分子量的碳氢化合物、酒精、乙醚及其它溶剂中。例如，这种流体可以用于石油化工厂中的制冷。
可逆吸收式制冷的参数实例通过问题陈述为任何系统设置限制在该情况下，是制冷系统、流体冷凝的温度和它蒸发的温度。由于制冷剂基本是纯氨，因此该流体的蒸汽压力曲线限定了所有其它系统的范围。一旦已经选定冷凝和蒸发温度(因此压力)，就可以针对溶液浓度对任何工艺进行优化。
存在非绝热蒸馏方法证明在经济上有价值的宽的操作参数组。例如，氨吸收式系统已经用于具有在-60的温度下工作的蒸发器的工艺应用中。氨的蒸汽压力与温度的标准曲线示出在-28下氨的蒸汽压下降到大气压以下，并且更低的蒸发器温度将需要吸收器在真空条件下工作。尽管循环溶液中高得多的H2O含量会增加溶液的泵流量要求，但是其极大地简化了吸收器元件的设计。此外，适度并且恒定的冷凝温度以及恒定的蒸发器温度将促成循环溶液中的高氨含量。可以在轻石化分离(light petrochemical separations)的单元操作中发现几个实例。
如另一个实例，允许热的底部液体中的氨浓度升高，这具有降低可以利用废热流的最低温度的作用。这具有增加所需溶液循环速率的副作用。该应用的工业工程评估将得到这些应用的最优溶液构成。实例包括限制再循环回路中的最高温度以保存产品完整性所需的食品和药物处理工作。
可以根据本发明的预定应用限定将在特定系统中可能观察到的构成，其中可用的散热器(heat sink)温度在很宽的操作条件范围内改变。一个实例是在环境气温存在很大变化的环境中，使用空气(空气冷凝器)作为散热器。在中等的日子中，蒸发器中所需的压力相对较低，并且完成在汽提段中的氨-水混合物分离。在大热天，冷凝器中所需压力上升，并且二元混合物的分离变得更加困难。塔的汽提段的底部温度将上升作为该塔压力增加的结果，或者底部液体的氨浓度将增加。
如果期望系统产生恒定的制冷量(例如，电子冷却应用)，系统溶液泵必须能够增大浓液溶液的流率。具有变速驱动的回热式涡轮机泵是实现该工艺目标的方法。
此外，通过利用与应用在双效LiBr吸收循环中的相同逻辑来分级氨吸收式系统，可以得到热力学增益。该分级乘以某一系数，即单级工艺环路的C.O.P，并增加了重复的机械装置需求的费用。
1、吸收器和同流换热器氨与水的摩尔比为大约50∶50的浓液210通过重力从吸收器110的底部流出。热从吸收器经由散热器310散掉。蒸发器130中所需的温度决定吸收器工作的压力。溶液泵112将浓液的压力增大到大约156磅/平方英寸；然而，进料成分以及底部液体成分的变化改变了系统中的温度分布和液体到蒸汽的流量比率。塔顶的氨蒸汽必须保持同样非常低的水含量，从而避免水在蒸发器中结冰。由于热力学第二定律禁止负的ΔT，所以选择实用的折中方案。低温系统常常使用1的设计作为实用的经济值。进料混合物的实际绝对温度随大气散热器的温度而改变。浓液210进入用作热交换器的同流换热器(recuperator)114，其中液体与热的稀液234流成逆向流动。将浓液加热到混合物的沸点，例如，对于50∶50的氨-水进料是大约635°R。
2、蒸馏塔的歧管和精馏段然后，将包含任选少量蒸汽的饱和浓液212导入歧管116，该歧管116控制液体214和蒸汽216流到分离塔122的精馏段118以及非绝热汽提段120的方向。该塔的精馏段以类似于现有技术中的一般操作方式工作。该精馏段118用作局部冷凝器，使得混合物中的水蒸汽冷凝并通过重力回流到歧管116。蒸汽216的温度高于大气散热器318的温度，使得必要的传热可以通过自然对流实现。通过在210处的浓液流进入同流换热器114之前对其进行加热，可以正常地提供由在318的散热器所提供的一部分冷却。在需要时，额外的冷却来自周围环境散热器。精馏段118的高度应该足够大，使得离开塔顶的饱和氨蒸汽218基本上是纯氨，例如按照体积其包含的水蒸汽小于0.1％。
3、蒸发器和冷凝器装置蒸发器-冷凝器回路类似于典型现有技术ARS中所发现的蒸发器-冷凝器回路。饱和的氨蒸汽218被导向冷凝器124。比较纯的氨在略高于543°R下开始冷凝。大气散热器324可以是任何合适的流体，该流体可用于降低冷凝器的温度。浓液210流将至少提供散热器324的部分功能。例如包括海洋或者河水、冷却塔的水或者环境空气。当散热器324的温度升高时，分离塔122的压力和温度分布将升高。该压力必须足够高，以至于散热器324能够使纯氨冷凝。饱和的氨蒸汽218几乎完全冷凝，作为优选包含低于1％的蒸汽的液体220离开冷凝器124。
液态氨220进入过冷器126，在过冷器126中，液态氨220通过与从蒸发器130返回的饱和氨蒸汽224的逆流热交换而被冷却到其沸点以下。膨胀阀128降低经过冷后的液态氨222的压力，使得其在工艺操作员所要求的温度下蒸发。实际上，该温度可以从500°R低到400°R。所选择的温度控制蒸发器130的工作压力。例如，如果操作员选择499°R的温度，即储存新鲜产品和插瓶花的典型温度，则蒸发器将在大约70磅/平方英寸的压力下工作。在蒸发器130中，大部分液态氨蒸发，产生热负荷330所需的制冷。小部分(优选大约1％的氨)作为液体通过蒸发器130以防止自由水在热交换器中积聚。饱和的氨蒸汽224通向过冷器126，在该过冷器126中，通过与来自冷凝器124的液态氨220的逆流热交换而将其加热到大约541°R。
4、蒸馏塔的汽提段重要的工艺改进来自非绝热汽提段120中的工序。将饱和氨-水液体混合物214通过歧管116引导到非绝热汽提段120的分馏通道。液体混合物214向下在传热和传质表面上流过，在该表面，其被邻近管道中逆向流动的流体加热。该传热和传质区的表面设计所具有的结构可以与美国专利No.4,574,007的所述结构相同，此处通过引用并入此处。该表面可同时用于扩展传热表面和整装填料(structuredpacking)。氨在连续级中不断汽化，直到液体几乎都是纯水，优选包含小于1％的氨并且在大约815°R的温度下汽化。
从非绝热汽提区中的水汽提氨所需的一部分热能通过热废气226的低压流传递。这一般是低质的热流，例如发电系统的废气。例如，效率可与柴油机相比的现代同流换热微型涡轮机的废气提供大约960°R的热废气流。热废气226通过与从塔下落的液体的逆向流动而被冷却。在优选实施例中，将废气226冷却到大约640°R。可以将冷却废气流238中所剩余的热能导向单独的热回收单元340以进行进一步的能量回收。
通过推动热的汽提器底部液体228与从塔下落的液体(与热废气226的方向相同)的逆向流动，传递更多用于分离的热能。在优选实施例中，将底部液体冷却到大约640°R。这两种流，即热废气226和热的汽提器底部液体228提供驱动可逆氨ARS所需的热能。
5、喷射器冷却的汽提器底部液体230进入喷射器132，在该喷射器132中，压力从汽提段120的压力减少到蒸发器130的压力。离开汽提段118的高速水流会产生适度的抽吸作用，将过热的氨蒸汽232吸入喷射器132。液态水和氨蒸汽的混合使氨被吸收到该液体中，形成稀液234。
6、同流换热器稀液234进入同流换热器114，在该同流换热器114中，其逆向流过吸收器110出来的浓液210。因为吸收的热，稀液234将正好在进入同流换热器114的浓液210的上面。所吸收的热传递到浓液210，这进一步提高了该工艺的效率。
7、分相器和冷却器作为蒸汽-液体混合物的稀液234被导向分相器134。可选择地，分相器134是同流换热器114的一部分。如果设计成这样，则同流换热器114的入口歧管可以执行这种功能。一旦分离出蒸汽236，则在稀液冷却器136中对稀液的液体部分238进一步冷却，以助于完全吸收氨的过程。在该工艺的一些应用中，用于该步骤的散热器336可以具有其它的用途。例如，散热器可以用于生产热水，这在诸如医院或者旅馆等大型机构中尤其有用。将稀液234供应到吸收器110的顶部，并且向下流过吸收器填料(packing)的上方。在塔的底部供应蒸汽236。冷却盘管312连接到散热器310以确保氨的完全吸收。可选择地，提供排出未冷凝的气体的一些装置。除了该系统对大气开放并且添加新的制冷剂后，很少需要排气。例如，在系统的初始启动期间，必须排出在系统中装入制冷剂混合物时意外引入的空气。吸收器110的顶部是排气孔338的优选位置。
利用非绝热蒸馏和回收的吸收热的氨ARS下一级的改进来自处理吸收热和发现使该热有助于二元混合物蒸馏的装置。在塔的汽提段中冷却之后，将热水导向喷射器，该喷射器吸入来自蒸发器的氨蒸汽。将最终得到的吸收热传递到沿塔流下的液体混合物，由此有助于从该液体中汽提氨。对于每1,000BTU的热能，最终得到的ARS结构产生大约3,000BTU的冷却。
图2是NAD氨ARS的第二实施例的基本工艺流程图。该工序与第一实施例基本上相同；然而，第二实施例在精馏段118和汽提段120之间包含不同的部件。在图1中，该部件是歧管116，该歧管116仅仅引导两个塔部分之间的液体和蒸汽流动。在图2中，该部件是包括歧管的分馏器/吸收器416，该分馏器/吸收器416控制液体和蒸汽流的方向。该分馏器/吸收器416包含传质面，与沿塔流下的液体存在热交换关系。装置416有时称为NAD塔板(tray)。将从稀液234吸收的热传递到饱和浓液212，这导致通过歧管从沿塔传送的液体中汽提部分氨。稀液234在高于饱和浓液210进料温度的某个温度达到平衡点，并且稀液234吸收在该温度下可以吸收的最大数量的氨。在一个实施例中，该温度大约是650°R。
非绝热蒸馏的内部塔结构在两个实施例中，塔的汽提段118都是热回收的焦点。塔的内部配置为提供用于高效传热和传质的表面。图3是塔的汽提段118的适当内部结构的简化示意图。在该实施例中，该塔可以是一组或多组五通道500的组件。该汽提段的总体设计都具有热力学目的和机械学目的。图3示出的是二元蒸馏塔的汽提段中所使用的单个传热和传质排列的几何结构。塔由多层该特有的几何排列组成。通常，在这种特有的排列结构中，热量从热的气流传递到热的底部液体，平衡这两种流对该工艺的热贡献。这种排列还可以构成为同心圆柱状管的结构。可选择的制冷剂，例如二氧化碳-水二成分可以在更高的压力下工作，这使得同心圆柱结构是引入注目的选择。
分馏通道560位于中心。进料的液体510向下流过分馏通道并作为加热的底部液体530排出。在对进料蒸馏时，塔顶馏出的蒸汽流520向上流。
分馏通道560的两侧是底部液体的通道570。薄的隔板550或者平板分隔传热和传质通道。底部液体530可以通过许多方式从分馏通道560取出，这些方式包括狭缝、穿孔或者其它令人满意的换向(turnaround)方法。塔的底部不需要外部压头(external header)。然后，推动底部液体向上流，与下行的液体进料510逆向，并且作为冷却液体流535排出。
在同样由隔板隔离的底部液体通道570的另一侧是热气管道580。与底部液体通道相比，这些的最大截面非常大，因为涡轮往往对它们的排出端上的压力降落很敏感。该流的容许压力降落越高，非绝热分馏设备就变得越紧凑和越便宜。热气540也向上流，与液体进料510逆向，并且作为冷却的气体流545排出。该组件中最终得到的传热通路来自热废气，通过底部液体，并且流入分馏通道560。总的传热是从热的底部液体和涡轮废气(或者任何其它的废气流)中得到的热的总和。
该底部液体(主要是水)具有非常高的比热以及高的密度。其在该装置中冷却时没有经过相变。废气流常常来自外部设备，例如同流换热涡轮。控制系统和负荷变化将引起该流的瞬间温度变化超出制冷系统的控制。当以图3所示的方式设置时，分馏通道底部的热回收也用作工艺调节器。在传质通道中，热传递性能将降低可能由热废气流中的瞬间紊乱引起的工艺紊乱和内部窄点(pinch point)。
歧管中的液体/蒸汽分布在设计塔的内部结构和指定流率时，操作员应该考虑特定因素以确保优良的系统性能，例如液体和蒸汽流的正确混合。另外，必须避免过大的蒸汽速度，因为这可能导致液体雾沫。当液体或者蒸汽速率超出实用的工作范围时，一些混合物也将呈现起泡沫特性。
这两个实施例中的歧管部件都必须如此配置，从而促进进料点处的适当液体分布。不仅液体进料点处的良好分布是重要的，而且分布机制应该能够出于重新布置的目的而以最小的费用沿高的分馏设备的长度以适当的间隔进行布置。图4示出一个适当的结构600，其允许制造小的液压头(liquid head)，并且以相当均匀的方式流过板610中的小开口630。允许液体可以上升到分配器开口630上面的任意高度。由于气流的管620呈现更多的自由流动区，因此气体不会试图克服液压头并引起涌入上部分。然后，气体可以通过该歧管并且通过开口640进入上部分。该管可以是允许均匀和稳定流动的任何截面形状或者尺寸，例如圆形或者正方形截面。
在一些操作中，图4的结构可能会由于对隔离传质通道和传热通道的平板施加的相对高的压力而引起结构上的问题。为了防止这种结构上的问题，可以使用备用的结构。例如，穿孔片金属通道可以层叠在密封棒上面，并且可以通过受拉构件提供平板支撑，而不会极大地干涉液体流或者蒸汽流。
多个蒸发器该制冷系统可以如此构建以提供多个蒸发器，由此可以在几个不同的温度下提供制冷。例如，ARS可以为空调系统提供必要的制冷，同时为陈设冷冻食品提供更低温度的制冷。在人们可能工作或者可能储存食物的场所，可以利用隔离流体或者级联系统来隔离氨和封闭区域。例如，这种隔离液体可以是液态二氧化碳。液态CO2广泛地用作冷冻和运输食物的一次性制冷剂，并且在世界上的大部分地区都可以容易地获得。当动力系统不工作时，级联系统的液体储存箱还可以在故障期间用作食品保藏的备用系统。
ARS系统的用途NAD比传统的塔更适合用于燃气涡轮的废热源。在具有大约270℃的废气温度的同流换热微型涡轮应用的情况下，典型的氨系统只能将90℃的ΔT的这种低质热能转换为制冷。该NAD方法将可转换的ΔT提高到190℃。利用NAD的氨吸收式制冷系统产生比典型的氨吸收式系统高四倍的单位BTU热输入的制冷。在冷凝热源的情况下，使用NAD的氨吸收式制冷系统产生比传统系统高两倍的制冷。
除涡轮废气之外，在180℃以上的温度下可利用的任何热能源都适合于所公开的NAD。例如，所述的任何发动机、工业炉、铸造厂和精炼厂。
权利要求
1.一种用于具有两种或多种成分的混合物的非绝热蒸馏的塔，包括进料入口；汽提段，包括适合将该混合物的成分分离成汽化部分和底部液体部分的一个或多个分馏通道；一个或多个传热通道；和用于将底部液体从所述一个或多个分馏通道传送到所述一个或多个传热通道的装置；以及精馏段。
2.如权利要求1所述的塔，其中所述底部液体流过所述一个或多个传热通道。
3.如权利要求1所述的塔，其中热气流过所述一个或多个传热通道。
4.如权利要求1所述的塔，其中所述热气是低质的废热。
5.如权利要求1所述的塔，其中底部液体和热气分别流过所述一个或多个传热通道。
6.如权利要求4所述的塔，其中所述底部液体和热气与所述混合物逆向流动。
7.如权利要求1所述的塔，其中所述一个或多个分馏通道和所述一个或多个传热通道是同心的管道。
8.如权利要求6所述的塔，其中所述底部液体在围绕所述一个或多个分馏通道的所述一个或多个传热通道中流动，并且所述热气在围绕含有所述底部液体的所述一个或多个传热通道的一个或多个传热通道中流动。
9.如权利要求1所述的塔，其中所述分馏通道和所述传热通道由隔板隔开。
10.如权利要求1所述的塔，其中所述精馏段装有冷凝器，其中该冷凝器将所述汽化部分冷凝成液体。
11.如权利要求1所述的塔，还包括分开所述精馏段和所述汽提段的歧管。
12.如权利要求10所述的塔，其中所述歧管位于进料入口处。
13.如权利要求10所述的塔，其中所述歧管还包括传质面。
14.如权利要求12所述的塔，其中所述歧管还包括传热面。
15.一种用于由包括蒸汽和液体成分的合成物产生制冷的系统，包括吸收器；用于两种或多种成分的混合物的非绝热蒸馏的塔，包括进料入口；汽提段，包括适合将所述混合物的所述成分分离成汽化部分和底部液体部分的一个或多个分馏通道；一个或多个传热通道；和用于将所述底部液体从所述一个或多个分馏通道传送到所述一个或多个传热通道的装置；精馏段；和分开所述精馏段和所述汽提段的歧管；冷凝器；以及一个或多个蒸发器。
16.如权利要求14所述的系统，其中所述蒸汽成分是氨，而所述液体成分是水。
17.如权利要求14所述的系统，其中所述底部液体流过所述一个或多个传热通道。
18.如权利要求14所述的系统，其中热气流过所述一个或多个传热通道。
19.如权利要求14所述的系统，其中所述热气是低质的废热。
20.如权利要求14所述的系统，其中底部液体和热气分别流过所述一个或多个传热通道。
21.如权利要求18所述的系统，其中所述底部液体和热气与所述混合物逆向流动。
22.如权利要求14所述的系统，其中所述一个或多个分馏通道和所述一个或多个传热通道是同心的管道。
23.如权利要求20所述的系统，其中所述底部液体在围绕所述一个或多个分馏通道的所述一个或多个传热通道中流动，并且所述热气在围绕含有所述底部液体的所述一个或多个传热通道的一个或多个传热通道中流动。
24.如权利要求14所述的塔，其中所述分馏通道和所述传热通道由隔板隔开。
25.如权利要求14所述的系统，还包括隔离所述精馏段和所述汽提段的歧管。
26.如权利要求23所述的系统，其中所述歧管位于所述进料入口处。
27.如权利要求23所述的系统，其中所述歧管还包括传质面。
28.如权利要求23所述的系统，其中所述歧管还包括传热面。
29.如权利要求14所述的系统，其中所述冷凝器将所述混合物的所述汽化部分冷凝成液体。
30.如权利要求27所述的系统，还包括过冷器，其中所述过冷器冷却所述液体以在指定温度下产生过冷液体。
31.如权利要求28所述的系统，还包括膨胀阀，其中所述膨胀阀降低所述过冷液体的压力。
32.如权利要求29所述的系统，其中所述蒸发器蒸发所述过冷液体以形成饱和蒸汽。
33.如权利要求30所述的系统，其中所述液体通过与所述饱和蒸汽的逆向流动而在所述过冷器中冷却。
34.如权利要求31所述的系统，还包括喷射器。
35.如权利要求32所述的系统，其中所述喷射器将所述汽提段中的所述一个或多个传热通道排出的底部液体与所述过冷器排出的过热蒸汽混合，以产生液体-蒸汽混合物。
36.如权利要求33所述的系统，还包括同流换热器，其中通过与来自所述喷射器的所述液体-蒸汽混合物的逆向流动而在所述同流换热器中对所述塔的进料进行加热。
37.如权利要求31所述的系统，其中来自所述喷射器的所述液体-蒸汽混合物用于在所述混合物流过所述歧管时对其加热。
38.如权利要求32所述的系统，还包括同流换热器，其中所述液体-蒸汽混合物还用于加热进料流。
39.如权利要求30所述的系统，还包括分相器，其中所述分相器将该液体-蒸汽混合物分为液相和汽相。
40.如权利要求34所述的系统，还包括适于冷却所述液相的液体冷却器。
41.一种在蒸馏塔中使用的歧管，包括包括一个或多个孔的平板；和散布在所述一个或多个孔之间的一个或多个管；其中所述一个或多个管具有比所述一个或多个孔更大的横截面积。
42.如权利要求39所述的歧管，其中该管具有圆形截面。
43.如权利要求39所述的歧管，其中该管具有正方形截面。
44.如权利要求39所述的歧管，其中所述横截面积的比是0∶0。
45.一种用于具有两种或多种成分的混合物的非绝热蒸馏的方法，包括将所述混合物提供到蒸馏塔的歧管部分中；将蒸汽部分引导到该塔的精馏段；将液体部分引导到该塔的汽提段的一个或多个分馏通道；将所述底部液体从所述分馏通道传送到一个或多个相邻的传热通道；推动所述底部液体逆向流到所述液体进料；将热气提供到一个或多个相邻的传热通道中，使得其与所述液体进料逆向流动；其中所述传热通路是从所述热气到所述底部液体再到所述分馏通道中的所述液体混合物。
全文摘要
已经开发出一种非绝热蒸馏(NAD)法，其组合通过传质分离混合物所需的传热和所需的传质，产生更加可逆并由此更加节能的方法。在结合氨吸收式制冷系统使用时，该蒸馏法允许利用低质的废热切实可行并且成本有效地产生制冷。该NAD法的主要优点是其能够有效地利用在燃烧过程中所产生气体中包含的显热。用温度低到80℃的废气将热能转换为制冷。
文档编号B01D3/10GK101018989SQ200580026880
公开日2007年8月15日 申请日期2005年6月29日 优先权日2004年6月30日
发明者吉姆·耶尔鲁特 申请人:能量资源集团有限责任公司