一种蒸馏设备的高温热泵与制冷机热量高效耦合节能系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及蒸馏系统的节能方法，具体是蒸馏回收有机溶剂时用于加热汽化的高温热泵和冷凝液化的制冷机的一种热量高效耦合节能系统。
【背景技术】
[0002]在蒸馏回收有机溶剂的过程中，均要采用加热汽化，然后再对蒸汽进行冷凝液化，达到有机溶剂回收的目的。在汽化过程，有机溶剂需要吸收大量汽化热，大多数生产企业通常采用燃煤锅炉获得热量，随着节能减排意识的不断加强，目前都在寻找新的可替代能源，比如采用天然气加热，直接电加热方法，但是天然气的使用需要一定条件，直接电加热生产费用大幅度提高。目前国内外开始采用高温热泵提供热能，运行成本接近使用天然气，但是高温热泵的使用必须消耗低品位热源的能量，通常采用水源热泵，依靠地下水回灌技术或河流湖泊水源，受条件资源的限制，大多数企业难以实施。
[0003]汽化的有机溶剂在蒸馏回收过程中需要冷凝液化，需要制冷机进行降温，汽化与冷凝液化是两个相反的物理过程，不考虑设备能效，能耗是相等的，所以蒸馏过程需要两倍的能量付出，制冷机是最常用的设备。随着节能环保要求的不断提高，人们采用各种各样的节能技术方案，由于条件和资源限制包括投资原因，仍然无法满足生产发展的需要，目前很多企业仍然采用风冷制冷机，或者冷却塔水冷制冷系统，制冷机冷凝器释放的大量热能白白散发，对于制冷机释放的热能回收，人们已经开始回收利用，但是回收利用率不高。现阶段，人们仍然不断寻求切实可行的节能节电方法。最近几年出现了一大批具有创造性的专利技术，例如，专利公开号CN203907733U，多能源节能集热与供热系统。CN104075484A，综合利用太阳能和空气能的供热空调系统及运行方法。公开号CN104006575A，一种风水双源热泵热水器及其控制方法。CN20384854U, 一种利用空气能制取高温水的高温热泵机组。这些方法虽然创造性的提出了多种低品位能源的利用方法，这些方法不完全适用制冷制热的蒸馏系统，蒸馏的节能问题仍然具有挖掘的潜力。目前还没有针对蒸馏的特殊过程中制冷机与高温热泵之间利用热交换器对热量高效耦合节能系统的专利申请和报道。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提出的一种蒸馏设备的高温热泵与制冷机的节能系统。蒸馏是加热汽化与冷凝液化回收有机溶剂的过程，制冷机与热泵都是能够强制转移热量的设备，热泵制热需要从外界吸收热量，制冷机制冷需要排出废热，蒸馏过程中制冷与加热是同时进行的，根据蒸馏的特殊过程，本发明设计创新了一种蒸馏设备的高温热泵与制冷机之间热量的高效耦合系统。
[0005]一种蒸馏设备的高温热泵与制冷机热量高效耦合节能系统是由高温水源热泵、水冷制冷机、耦合热交换器、空气能换热器、废热回收器、循环泵组成。使流出制冷机冷凝器的热水与流出高温热泵蒸发器的低温水分别独立经过同一个热交换器进行高效热量耦合交换。热量耦合过程中，高温热泵与制冷机进行高效能量交换互补，然后分别重新回到制冷机的冷凝器和高温热泵的蒸发器中，各自得到了最佳品位热源，能效比均有显著提高，达到了理想的节能效果。本发明可广泛用于中低温化工，酿酒，食用油生产，生物提取生产的中低温蒸馏溶剂回收系统中，实现电能低消耗和企业生产零排放目的。
[0006]蒸馏系统中，高温热泵I提供加热溶剂和溶剂汽化的热量，大部分能量来自低品位热源，通常采用水源作为热源，水源温度一般偏低，通常在10-15度之间，高温热泵制热时吸收水源的能量后温度降低5-8度，而水冷制冷机2冷凝器废热水温度在40-45度之间。热泵制热时，水源温度偏低影响制热能效。同样，如果进入制冷机冷凝器的水温偏高，能效比较低。本发明采用耦合热交换器3对制冷机冷凝器排出的热水与高温热泵蒸发器排出的冷水进行高效深度热量耦合，使重新回到制冷机冷凝器的水温保持在20-25度之间，制冷机能效比得到显著提高。另外，回到高温热泵蒸发器的水温在20-25度之间，高温热泵制热能效比也得到明显提高。为了制冷机与高温热泵进行高效能量互补，要求高温热泵型号略大于制冷机的型号。考虑到蒸馏前溶剂首先加热到汽化点，才开始蒸馏，所以高温热泵需要有独立工作的热能来源，本发明采用空气能换热器4装置补充高温热泵蒸发器的热能。制冷机冷凝与汽化是同时进行的，制冷机不存在独立工作的问题，所以，本发明不做特意设计。
[0007]采用空气能换热器辅助装置，补充高温热泵热源能量的过程中，由于高温热泵蒸发器回路工质较少，热容量小，空气能换热器可以及时补充热量。采用本发明的高效耦合热交换器，可以使制冷机与高温热泵各自得到最佳热源，制冷机与高温热泵都具有较高的能效比。从而达到节能目的。本发明除了回收制冷机热量外，还对蒸馏设备中真空泵的废气排放热能通过废热回收器5加以回收，使高温热泵始终处于高能效状态。本发明采用的耦合热交换器可以是板式换热器，或者是壳管式排管换热器。
[0008]说明书附图
图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0009]以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明并不由此受到限制。
[0010]实施例:本公司番茄红素生产过程中的溶剂回收是蒸馏过程中冷凝回收乙酸乙酯的过程，技术改造前，蒸馏系统使用耗电功率30KW水冷螺杆制冷机，制冷量95KW，冷却塔夏季出水温度35度，耗电功率30KW，制冷机低温出水温度-5度。系统加热采用105KW直接电加热方式，正常工作时，这个蒸馏系统耗电功率135KW。采用本发明的热量高效耦合节能系统，采用换热面积5M2板式换热器对制冷机与高温热泵进行热量耦合，进入制冷机冷凝器的水温保持在20-25度，进入高温热泵蒸发器的水温保持在20-25度。经检测，制冷机制冷量达到120KW，制冷机低温出水温度达到-6度，制冷机耗电功率减小到25.2KW，能效比由3.2提高到4.8，，溶剂回收率也得到了提高。高温热泵采用耗电功率40KW机组，标准工况下，制热量110KW，热泵热水出口温度80度。采用本发明的耦合系统，并采用辅助空气能加温器和真空泵废气热回收装置，使高温热泵进水温度保持在25度，热泵热水出水温度不变，制热量达到130KW，热泵耗电功率减小到34KW，能效比由2.75提高到3.82。由于采用高温热泵取代直接电加热装置和热量高效耦合节能系统，整个蒸馏系统耗电功率减小到59.2KW，与改造前相比系统节电56.1%。由于制冷机耗电功率减小4.8KW，制冷量增加25KW。热泵耗电功率减小6KW，制热量增加20KW，达到了预期节电高效的目的。
[0011]根据本发明的热量耦合原理，采用同样换热面积的壳管式排管热交换器，同样可以达到相同的目的。
【主权项】
1.一种蒸馏设备的高温热泵与制冷机热量高效耦合节能系统，其特征是由高温水源热泵1、水冷制冷机2、耦合热交换器3、空气能换热器4、废热回收器5、循环泵组成。
2.根据权利要求1所述的耦合热交换器，其特征是对制冷机冷凝器与高温热泵蒸发器的热量高效耦合的装置。
3.根据权利要求1所述的高温热泵与制冷机高效耦合节能系统，其特征在于高温热泵是可以单独工作的。
4.根据权利要求2所述的高效耦合的装置，是板式换热器或者是壳管式排管换热器。
5.根据权利要求2所述的热量耦合，其特征是流出制冷机冷凝器的热水与流出高温热泵蒸发器低温水分别独立经过同一个热交换器，进行高效能量交换互补，然后各自重新回到制冷机冷凝器和高温热泵的蒸发器中。
【专利摘要】一种蒸馏设备的高温热泵与制冷机热量高效耦合节能系统是由高温水源热泵、水冷制冷机、耦合热交换器、空气能换热器、废热回收器、循环泵组成。使流出制冷机冷凝器的热水与流出高温热泵蒸发器的低温水分别独立经过同一个热交换器进行高效热量耦合交换。热量耦合过程中，高温热泵与制冷机进行高效能量交换互补，然后分别重新回到制冷机的冷凝器和高温热泵的蒸发器中，各自得到了最佳品位热源，能效比均有显著提高，达到了理想的节能效果。本发明可广泛用于中低温化工、酿酒、食用油生产、生物提取生产的中低温蒸馏溶剂回收系统中，实现电能低消耗和企业生产零排放目的。
【IPC分类】F25B29-00
【公开号】CN104534741
【申请号】CN201410845558
【发明人】何建鹏, 李晓红, 朱芮萱, 成昱廷
【申请人】新疆科宇科技有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月31日