[发明专利]受控梯度、加速蒸汽再压缩装置和方法

说明书

1.相关专利申请

本专利申请要求题为“受控梯度、加速蒸汽再压缩装置和方法”的、共同待审的美国专利申请序列号No.13／372,182的权益，该共同待审的美国专利申请要求题为“受控梯度蒸汽再压缩系统”的、于2011年2月15日提交的共同待审的美国临时专利申请序列号No.61／443,245的权益，并且这两项专利申请全文均以引用方式并入本文。

2.技术领域

本发明涉及热传递，更具体地讲，涉及蒸汽再压缩的新型系统和方法。

3.背景技术

热回收是热电联产电厂的基础。同样，许多食品和饮料工艺为了节约成本而要求热回收。同时，海水淡化装置、糖加工、蒸馏系统等等依靠潜热的回收，使净能量需求最小化。热量可通过重加热、预热或者以其他方式通过热交换器系统将出口气流的热量交换到进入气流中来回收。

作为热回收的一种方法，蒸汽再压缩以多种形式使用。例如，在食品加工、工业废料处理、采油盐水处理等中，蒸汽再压缩依靠常规热交换器和技术来交换热、蒸发液体并冷凝馏出物。溶解物质(特别是溶解固体)的化学组成以及各种离子等等会造成能量损失并损害加工设备的能量交换。

例如，石油开采会导致相当多的水泵送到表面。该水通常包含一定量的烃、盐、甲烷、氨、微量元素或它们的组合。因此该水不能未经处理就排放到其他水流中。同时，通过输运、再回注、或经塘或锅炉蒸发进行处置较昂贵。

工业废料处理、食品与饮料工业中的蒸馏过程等等有类似(如果不总是那么严重的话)的问题。即使最新的方法例如蒸汽再压缩和多效蒸馏，面临腐蚀、积垢、结垢，如此等等的问题时，在效率、能量收支和设备维护方面也是举步维艰。需要更好的系统来进行热回收和再利用。

发明内容

考虑到上述情形，根据本文具体体现和宽泛描述的本发明，一种方法和装置在本发明的一个实施例中公开为包括受控的材料梯度，例如在沸腾液柱例如盐水中的总溶解固体(TDS)。相邻柱包含在增大的压力下的冷凝蒸汽。通过控制质量流量、功、热量等等，以及基于平衡质量、功、能量及其变化率预测性地感测和控制，来实现液体的高热传递系数和有效分层稠化，所述变化率包括变化率的变化率(值的二阶导数)。

在根据本发明的方法的一个实施例中，系统可通过提供进料并且以池的形式容纳进料进行操作，所述进料包含含有第一物质的液体，所述第一物质不同于所述液体并溶解于其中。至少部分地浸入池中的芯可以与其热量互通，并且被密封而不与其直接流体连通。

可以通过将池中产生的蒸汽回收成芯内的冷凝物来建立浓度分布，从而反映第一物质在池中池顶和池底液位之间的浓度变化。通常，容纳进料的容器选自塘、储罐、河口和器皿，并且池相对于进料是不活动的。

所述芯还可包括与池热量互通、与其间接流体连通、以及被密封而不与其直接流体连通的封闭通道，所述通道可以被取向成使蒸汽和冷凝物沿垂直方向流动。可通过选择芯在操作中的姿态，控制含有第一物质的组合物的累积。

芯内的池部分可参与有限空间内沸腾，并且通过建立热量从芯到池中的交换而产生分布(其可以被看作梯度，但不必是单调的或线性的)。芯内液体的相的变化通过限制于其中，使液体在从芯的热传递过程中蒸发。

可通过设置多个隔板并选择用于在其间在至少两个维度封闭池的一部分的其间的间距，进行浓度分布优化。例如，这可包括设置多个隔板并选择用于在其间在至少两个维度封闭池的一部分的其间的间距。间距可基于进料的特性。

所述方法可包括基于进料的特性选择以下各项中的至少一者：多个隔板的隔板之间的间距、芯中的隔板的数量、隔板的尺寸、芯的材料、芯的姿态、隔板的其他特性、芯在池中的位置、以及它们的组合。

系统和方法的操作建立了邻近芯并且含有浓度分布中绝大部分变化的活动区，并建立了活动区下方的捕集区，该捕集区基本上被排除将液体交换进活动区内。

可通过将芯完全浸入池，并改变浓度分布来控制或改变芯的有效核态沸腾区，从而进行热传递优化。改变池中的温度分布可通过增加与池上压力变化相对应的热量来进行，并且可与压缩机所做的功平衡，从而在一组所需条件下获得稳定性。

在根据本发明的方法的一个实施例中，过程可包括通过基于第一区域上的压力的变化增加热量，从而改变第一区域中的温度分布。改变芯的沸腾区可通过改变浓度分布来进行，改变浓度分布可用于改变液体的有效饱和温度、压力或这两者。池可相对于进料静止，这意味着流速通常相对较慢，仅局部而非总体出现湍流。