СПОСОБ ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО АБСОРБЦИОННОЙ (ПОГЛОЩАТЕЛЬНОЙ) УСТАНОВКИ Советский патент 1930 года по МПК F25B15/04 

Предлагаемое изобретение касается способа действия и устройства абсорбционной установки, работающей по принципу примешивания к газообразному рабочему веществу другого, нейтрального, газа, при каковом способе, с целью понижения давления внутри системы, испарение в нейтральный газ рабочего вещества производится из его раствора. Для выполнения указанного выше способа предлагается абсорбционная установка, имеющая четыре основных части, две из которых более холодные части работают под меньшим давлением и в одной из них происходит выпаривание рабочего вещества или агента с целью отнятия тепла от окружающей среды, а в другой - указанное выше выпаренное вещество поглощается путем растворения в другом, жидком веществе; две же остальные более теплые части, работают под более высоким давлением, при чем в одной из них из раствора рабочий агент испаряется помощью нагревания, а в другой выпаренный агент охлаждается и конденсируется.

На схематическом чертеже фиг. 1 изображает схему установки; фиг. 2 - схему формы выполнения установки; фиг. 3-14 - отдельные детали этого устройства; фиг. 15 - устройство абсорбционной установки в целях поднятия температуры жидкости.

В испарителе 1 (фиг. 1) находится водный раствор аммиака. По трубе 3 в испаритель 1 вводится бедный аммиаком воздух, который приходя в соприкосновение с аммиачным раствором, насыщается аммиаком и выходит из испарителя 1 через трубу 4. Обедненный аммиачный раствор стекает по трубе 5 и приходит в соприкосновение с аммиачным газом, который притекает по трубе 6 из выпаривателя 17. Жидкость, уносимая пузырьками газа, подымается по наклонной спиральной трубе 7, не поглощая сколько-нибудь значительного количества аммиачного газа, так как труба 7 не подвергается охлаждению. Только в ресорбере 8, снабженном охлаждающим змеевиком 9, аммиачный газ поглощается раствором и обогащенный таким образом раствор поднимается по трубке 10 опять в испаритель 1.

Обогащенный аммиачным газом воздух поступает из испарителя 1 по трубе 4 в абсорбер 11, к которому подводится по трубе 12 обедненный раствор. Последний отнимает от газовой смеси аммиак; образующаяся при этом теплота поглощения отводится охлаждающим змеевиком 13. Воздух, лишенный большей части аммиачного газа, возвращается по трубе 3 обратно в испаритель 1. Поглощающий раствор, обогащенный газом в абсорбере 11, подводится трубой 14 к нижнему концу спиральной наклонной кипятильной трубы 15 выпаривателя, которая нагревается электрическим нагревателем 16. Вследствие повышения температуры аммиачный газ выделяется из раствора. Поднимающиеся пузырьки газа увлекают с собой жидкость в газоотделительную камеру 17, в которой газ отделяется от жидкости, и направляется по трубе 6 в спиральную трубу 7, в то время как обедненный раствор поднимается по трубе 12 в абсорбер 11. Процессы выделения газа и его поглощения в сосудах 1 и 8 происходят при более низких температурах, чем в сосудах 15 и 11. Соответственно этому, концентрация раствора аммиака в первых сосудах выше, чем во вторых.

Уровень жидкости в абсорбере 11 находится на высоте Н над уровнем жидкости в газоотделительной камере 17, вследствие чего в последнем будем иметь более высокое давление. Давление это используется для действия сопла 18, подводящая труба 19 которого ответвлена от трубы 6, отводящей газ. Сопло открывается в диффузор 20, который введен в газовую трубу 4, и поддерживает в движении протекающую в этой трубе газовую смесь. Для работы этого сопла достаточна разность давлений меньше даже, чем 0,1 атм. Высота Н, таким образом, может не превышать 1 мм. В предлагаемой абсорбционной установке концентрации могут быть выбраны таким образом, чтобы поглощение в ресорбере 8 и отгонка газа в кипятильнике 15 происходили приблизительно при атмосферном давлении. Количество газа, примешиваемое в испарителе 1 и абсорбере 11 выбирается в такой пропорции, чтобы давление в них было приблизительно одинаково, разнящееся лишь на величину, необходимую, при применяемом в данном случае методе циркуляции газа, для действия сопла 18. К трубе 3 присоединена U-образная трубка 21, нижняя часть которой наполнена жидкостью, образующей гидравлический затвор, отделяющий внутреннюю полость устройства от внешней атмосферы, в то же время, благодаря, тому, что U-образная трубка 21 открыта, не может возникнуть значительная разность давлений по отношению к окружающему воздуху. Чтобы, при неизбежных изменениях объема внутри установки, уменьшить весовое влияние на внутреннюю полость установки разности высот столбов жидкости в двух коленах U-образной трубки 21, последняя снабжена двумя уширениями 22 и 23. Вся установка составляется предпочтительно из сваренных железных сосудов и трубопроводов. U-образная же трубка 21 может быть изготовлена из стекла или, по крайней мере, иметь прозрачные части, которые позволяли бы наблюдать за уровнем жидкости в коленах трубки 21, а вместе с тем и за состоянием давления внутри машины.

Конструктивное выполнение устройства, схематически изображенного на фиг. 1, представлено на фиг. 2. Кипятильник или выпариватель состоит из двух спиральных подводящих раствор труб 60 и 61, расположенных наклонно и обогреваемых электрическими нагревателями 62 и 63. Спиральные трубы оканчиваются в ректификатор 64, 65, имеющий форму длинной цилиндрической трубы (фиг. 10 и 11). Обедненный раствор течет по трубе 66 в тепло-обмененное приспособление, состоящее из внутренней трубы 67 и внешней трубы 68. Из этого приспособления раствор по трубе 69 поступает в верхнюю. часть абсорбера 70 (фиг. 3-6). Из нижней части последнего обогащенный газом раствор возвращается по трубе 71 и внешней трубе 68 теплообменного приспособления обратно в спиральные трубы 60 и 61. Выделенный в этих последних газ выходит по трубе 72 из ректификатора 65 и поступает в нижний конец спиральной подъемной трубы 73, расположенной наклонно. Одновременно с этим по трубе 74 к этой же трубе 73 притекает обедненный поглощающий раствор. Газ увлекает за собой жидкость по подъемной трубе 73 и присоединенной к пей прямой трубе 75 в ресорбер 76 (фиг .13 и 14). После того, как в ресорбере 76 произойдет поглощение газа раствором, последний по трубе 77 поступает в теплообменное приспособление, состоящее из внешней трубы 78 и внутренней 79, и течет по внешней трубе 78 и трубе 80 в испаритель 81 (фиг. 7, 8 и 9). После того, как раствор в испарителе 81 освободится от газа, последний поступает по трубе 82 во внутреннюю трубу 79 теплообменного приспособления и по трубе 74 обратно в подъемную трубу 73. Ресорбер 76, верхняя часть 83 которого имеет форму вертикальной трубы, верхний конец коей соединен трубой 84 с газоотводом 85. В этом газоотводе 85 протекает газовая смесь из испарителя 81 в абсорбер 70. В верхней части 83 ресорбера жидкость находится на том же уровне, до которого она поднимается в трубе 80 внутри испарителя 81 (фиг. 7). Пузырьки газа, которые могу г быть не поглощены жидкостью в ресорбере 76, поднимаются в верхнюю часть 83 ресорбера и могут уйти через соединительную трубу 84. Обогащенный парами аммиака поток воздуха направляется из испарителя 81 по газоотводам 85 и 86 в абсорбер 70 и по трубе 87 обратно в испаритель 81. В трубе 86 помещено сопло (фиг. 12), питающееся из ректификатора 65 через трубы 88 и 111. К верхнему концу испарителя 81 присоединена U-образная трубка 89, образующая гидравлический затвор, отделяющий внутреннюю полость устройства от внешней атмосферы. В том случае, если водяные пары не удерживаются ректификатором 65 целиком, то часть воды постепенно переходит из труб 60 и 61 в ресорбер 76, а из последнего в испаритель 81. Как только уровень жидкости в последнем поднимается настолько, что жидкость попадает в циркуляционную трубу 87, избыток ее может перетечь в другую систему через отвод 90, перед входом в который она соприкасается с бедным по содержанию аммиака воздухом на пути в трубе 87, при чем аммиак выделяется, так что в другую систему обратно попадает главным образом только вода.

Абсорбер 70 (фиг. 3, 4, 5, 6) состоит из корпуса 91 с днищем 92 и крышкой 93. Многорядный охлаждающий змеевик 96, по которому протекает охлаждающая вода, поступающая сверху, в нижней своей части снабжен преградами потоку раствора, поступающему по трубе 69 изогнутой внутри абсорбера в виде кольца и с нижней стороны снабженной рядом отверстий (фиг. 4 - пунктир), из которых раствор каплями падает на охлаждающую трубу. Для того, чтобы раствор распространялся на возможно большую поверхность, трубы змеевика 96 переплетены широкими полосами, образующими преграды падающему раствору. Богатая аммиаком газовая смесь по трубе 86 входит в абсорбер и в нем тесно соприкасается с увлажненными полосами 97. Обедненная газовая смесь выходит из абсорбера по трубе 87.

Испаритель 81 (фиг. 7, 8, 9) состоит из цилиндрического корпуса 98 с днищем, 99 и 100. Внутри корпуса расположены одна под другой перегородки 101 и 102, каждая из которых состоит из двух круглых теплопроводящих сеток с зажатым между ними пористым материалом. Каждая перегородка 102 снабжена центральным отверстием 104, в которое пропущена труба 80, и двумя отверстиями 103, лежащими на. одном диаметре круга, и смещенными по отношению к отверстиям 103 соседней перегородки 102 на угол в 90°. Над перегородками 102 расположена тарелка 105, снабженная отверстиями 106, предназначенными для пропуска каплями находящейся в тарелке 105 обогащенного рабочим веществом раствора. Последний подводится к тарелке 105 по центральной трубе 80, каплями пропускается через перегородки 102 испарителя 81, из коего вытекает по трубе 82. Отверстия 103, смещенные друг относительно друга в смежных перегородках служат для пропуска противотоком -газовой смеси, насыщенной парами рабочего вещества, поступающего по трубе 87 и выходящего по трубе 85. Требующаяся при этом теплота испарения отбирается от подлежащей охлаждению среды, окружающей испаритель 81, через стенку 98 последнего. Внутреннее пространство испарителя 81 через трубу 89 сообщается с внешней атмосферой, и отделяется от нее только гидравлическим затвором.

Выпариватель или ректификатор 65 (фиг. 10, 11) состоит из вертикальной трубы, внутри которой помещены сегментные металлические шайбы 107, смещенные друг относительно друга хордами под углом в 180°, вследствие чего остается место для протекания газа. В верхней части ректификатора 65 расположен охлаждающий змеевик 108.

Пароструйный прибор 109, 110 (фиг. 12) предназначенный для поддержания непрерывного движения газовой смеси между испарителем 81 и абсорбером 70 (фиг. 2) состоит из газоотвода 85, служащего для отвода более холодного газа от испарителя 81, в целях освобождения рабочего вещества от остающейся еще примеси к нему поглотителя, путем конденсации, трубы 86 в которую вставлен диффузор 109, с соплом 110, питающимся по трубе 111 газовым потоком, поступающим из трубы 88, сначала в муфту 112, окружающую газоотвод 85, по которому протекает холодная газовая смесь, идущая из испарителя 81, охлаждая таким образом притекающий из ректификатора 65 по трубе 88 пар рабочего вещества в еще большей степени, чем в ректификаторе 65, и тем самым осаждая примешанные водяные пары. Конденсат может отводиться обратно по трубе 88.

Ресорбер 76 (фиг. 13, 14), служащий для постоянного пополнения рабочим веществом раствора, ослабляемого в испарителе, состоит из цилиндрического корпуса, в который вставлен охладительный змеевик 113, и верхней части 83, имеющей форму вертикальной трубы. Охлаждающая вода входит в патрубок 114, протекает сначала по прямому отрезку 95 охладительной трубы, расположенному внутри верхней части 83 ресорбера, потом по охлаждающему змеевику 113 и выходит обратно через патрубок 115. Охлаждение верхней части 83 ресорбера имеет целью предотвратить выделение газа в находящемся здесь столбе жидкости. Газ и поглощающая жидкость по трубе 75 входят в ресорбер 76 через отверстия 116. Обогащенный раствор вытекает из ресорбера по трубе 77, а остатки непоглощенного газа могут быть отведены трубой 84.

На фиг. 15 представлена схема устройства предназначенного для поднятия температуры жидкости, напр., отходящей воды имеющую среднюю температуру. Отходящая вода пропускается чрез змеевик 31 и нагреватель 32. Часть отдаваемого ею тепла несколько понижает ее температуру. Вследствие этого температуру другой, части воды можно поднять до более высокой температуры. Тепло воды с более низкой температурой поглощается охлаждающей водой в змеевике 33. Полезное тепло воды с более высокой температурой отдается жидкости, которая с целью нагревания пропускается через змеевик 34, находящийся внутри ресорбера 35, в который вводится смесь рабочего вещества и воды. При поглощении рабочего вещества освобождается часть тепла, которая и отдается змеевику 34. Обогащенный таким образом раствор рабочего вещества по трубе 36 поднимается в испаритель 37, в котором через нагревательный змеевик 31 подводится теплая вода средней температуры. Кроме того, раствор этот приходит в соприкосновение с-бедной рабочим веществом газовой смесью, поступающей в испаритель 37 по трубе 38. Парциальное давление рабочего вещества в этой газовой смеси столь незначительно, что из раствора выделяется рабочее вещество, обогащающее воздух, выходящий из испарителя 37 через трубу 39, а обедненный раствор вытекает через трубу 40 и снова приходит в соприкосновение с рабочим веществом, подводимым, по трубе 41, и вместе с последним через спиральную трубу 42 поднимается в ресорбер 35.

Воздух, обогащенный рабочим веществом в испарителе 37, по трубе 39 поступает в абсорбер 43 (фиг. 15). Поглощающий раствор, охлаждаемый змеевиком 33, снова отнимает от газовой смеси часть рабочего вещества и обедненная смесь отводится по трубе 38, а обогащенный рабочим веществом раствор выходит из абсорбера 43 по трубе 44 и входит в спиральную кипятильную трубу 45, находящуюся в нагревателе 32, в которой рабочее вещество выпаривается. Раствор и выпаренное рабочее вещество по трубе 45 поднимаются вместе в камеру 46, откуда обедненный раствор по трубе 47 подводится обратно в абсорбер 43, тогда как выделившееся рабочее вещество подводится по трубе 41 к поглотительному раствору, текущему по трубе 40. От трубы 41 ответвлен газопровод 48, который ведет к соплу 49. Выходящий здесь газ поддерживает циркуляционное движение газовой смеси в трубах 38 и 39. Подобно тому,, как на фиг. 1, система, благодаря U-образной трубе 50, находится в сообщении с атмосферой, будучи отделена от нее только гидравлическим затвором.

1. Способ действия абсорбционной (поглощательной) установки, работающей по принципу примешивания к газообразному рабочему веществу другого, нейтрального, газа, характеризующийся тем, что испарение в нейтральный газ рабочего вещества производится из его раствора, для возможности понижения давления внутри системы, при чем давление это может быть, выбором пропорций примешивания газа и концентрации растворения рабочего вещества, устанавливаемо мало превышающим давление наружной атмосферы, что позволяет отделять внутреннюю полость устройства от внешней атмосферы простым гидравлическим затвором.

2. Устройство абсорбционной установки для выполнения охарактеризованного в п. 1 способа, предназначенное для целей охлаждения, отличающееся тем, что оно содержит в себе следующие составные части: 1) испаритель 81 (фиг. 7, 8 и 9) с трубою 80 дли выпуска каплями обогащенного рабочим веществом раствора на ряд расположенных одна под другой перегородок 102, образуемых двойными теплопроводящими сетками с зажатым между ними пористым материалом, каковые перегородки 102 снабжены отверстиями 103, смещенными друг относительно друга в смежных перегородках и служащими для пропуска противотоком газовой смеси, насыщенной парами рабочего вещества; б) абсорбер 70 (фиг. 3, 4, 5 и 6) с многорядным охлаждающим змеевиком 96, снабженным преградами потоку раствора, составленными из переплетающих трубы полос 97, каковой раствор поступает по трубе 69 и удаляется через обмениватель тепла к выпаривателю; в) ресорбер 76-83 (фиг. 13 и 14), служащий для постоянного пополнения рабочим веществом раствора, ослабляемого в испарителе, верхняя часть 83 какового ресорбера имеет такую высоту, при которой в указанной части устанавливается свободная поверхность раствора и газовое пространство над этой поверхностью может трубой 84 соединяться с газоотводом 85 из испарителя 81 (фиг. 2); г) выпариватель или кипятильник, действующий электрическим подогреванием спиральных подводящих раствор труб 60 и 61 (фиг. 2), верхняя часть какового или ректификатор 65 имеет форму длинной цилиндрической трубы со смещенным друг относительно друга перегородками 107 и с охладительным змеевиком 108 в верхнем конце (фиг. 10 и 11): д) пароструйный прибор 109 и 110 (фиг. 12) для поддержания непрерывного движения газовой смеси между испарителем 81 и абсорбером 70 (фиг. 2), в каковом приборе подводимый для его действия пар от выпаривателя 65, ранее инжектирования в газовый поток, охлаждается в муфте 112 газоотводом 85, служащим для отвода более холодного газа от испарителя 81, в целях освобождения рабочего вещества от остающейся еще примеси к нему поглотителя (водяного пара), путем конденсации, и е) присоединенный к отводящей газ от абсорбера 70 трубе 87 (фиг. 2) отвод 90 для стока избытка поглотителя (воды), переносимого от выпаривателя 60, 61, 65 через ресорбер 76 в испаритель 81, после освобождения его в трубе 87 потоком нейтрального газа от остатков рабочего вещества.

3. Применение охарактеризованного в п. 1 или п. 2 устройства не в целях охлаждения, а для поднятия температуры жидкости, в частности - воды, пропускаемой через ресорбер 35 по змеевику 34 (фиг. 15), в каковом устройстве раствор рабочего вещества, из которого производится испарение в испарителе, имеет меньшую концентрацию, чем раствор, поглощающий вновь рабочее вещество в абсорбере.