受控梯度、加速蒸汽再壓縮裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種加速蒸汽再壓縮裝置(10)，所述裝置通過形成保持包含溶解的固體的液體(23)的儲罐(30)內的濃度分布(146)而將進入流(35a)轉變?yōu)闈饪s物(35c)。所述分層液體(23)諸如鹽水(23)或其他材料(23)的所得飽和溫度曲線(160)偏離對應于充分混合條件的曲線(162)。在來自加熱器(70)或壓縮機(50)的能量未增加的情況下，飽和溫度的所述偏移(174，180)導致沸騰增加。本發(fā)明提供了一種控制所述系統(tǒng)的方法(90，200)，所述方法在不同的控制層次(92，94，96，98)下提供干預(203，204，205，206)，所述干預從質量流量(35)到壓縮機(50)的功、來自加熱器(70)的熱量以及對用于在算法上控制命令(216)的反饋(217)的預測處理(215)。
【專利說明】受控梯度、加速蒸汽再壓縮裝置和方法
[0001]1.相關專利申請
[0002]本專利申請要求題為“受控梯度、加速蒸汽再壓縮裝置和方法”的、共同待審的美國專利申請序列號N0.13 / 372，182的權益，該共同待審的美國專利申請要求題為“受控梯度蒸汽再壓縮系統(tǒng)”的、于2011年2月15日提交的共同待審的美國臨時專利申請序列號N0.61 / 443，245的權益，并且這兩項專利申請全文均以引用方式并入本文。
2.【技術領域】
[0003]本發(fā)明涉及熱傳遞，更具體地講，涉及蒸汽再壓縮的新型系統(tǒng)和方法。
3.【背景技術】
[0004]熱回收是熱電聯(lián)產電廠的基礎。同樣，許多食品和飲料工藝為了節(jié)約成本而要求熱回收。同時，海水淡化裝置、糖加工、蒸餾系統(tǒng)等等依靠潛熱的回收，使凈能量需求最小化。熱量可通過重加熱、預熱或者以其他方式通過熱交換器系統(tǒng)將出口氣流的熱量交換到進入氣流中來回收。
[0005]作為熱回收的一種方法，蒸汽再壓縮以多種形式使用。例如，在食品加工、工業(yè)廢料處理、采油鹽水處理等中，蒸汽再壓縮依靠常規(guī)熱交換器和技術來交換熱、蒸發(fā)液體并冷凝餾出物。溶解物質(特別是溶 解固體)的化學組成以及各種離子等等會造成能量損失并損害加工設備的能量交換。
[0006]例如，石油開采會導致相當多的水泵送到表面。該水通常包含一定量的烴、鹽、甲烷、氨、微量元素或它們的組合。因此該水不能未經處理就排放到其他水流中。同時，通過輸運、再回注、或經塘或鍋爐蒸發(fā)進行處置較昂貴。
[0007]工業(yè)廢料處理、食品與飲料工業(yè)中的蒸餾過程等等有類似(如果不總是那么嚴重的話)的問題。即使最新的方法例如蒸汽再壓縮和多效蒸餾，面臨腐蝕、積垢、結垢，如此等等的問題時，在效率、能量收支和設備維護方面也是舉步維艱。需要更好的系統(tǒng)來進行熱回收和再利用。

【發(fā)明內容】

[0008]考慮到上述情形，根據本文具體體現(xiàn)和寬泛描述的本發(fā)明，一種方法和裝置在本發(fā)明的一個實施例中公開為包括受控的材料梯度，例如在沸騰液柱例如鹽水中的總溶解固體(TDS)。相鄰柱包含在增大的壓力下的冷凝蒸汽。通過控制質量流量、功、熱量等等，以及基于平衡質量、功、能量及其變化率預測性地感測和控制，來實現(xiàn)液體的高熱傳遞系數(shù)和有效分層稠化，所述變化率包括變化率的變化率(值的二階導數(shù))。
[0009]在根據本發(fā)明的方法的一個實施例中，系統(tǒng)可通過提供進料并且以池的形式容納進料進行操作，所述進料包含 含有第一物質的液體，所述第一物質不同于所述液體并溶解于其中。至少部分地浸入池中的芯可以與其熱量互通，并且被密封而不與其直接流體連通。
[0010]可以通過將池中產生的蒸汽回收成芯內的冷凝物來建立濃度分布，從而反映第一物質在池中池頂和池底液位之間的濃度變化。通常，容納進料的容器選自塘、儲罐、河口和器皿，并且池相對于進料是不活動的。
[0011]所述芯還可包括與池熱量互通、與其間接流體連通、以及被密封而不與其直接流體連通的封閉通道，所述通道可以被取向成使蒸汽和冷凝物沿垂直方向流動。可通過選擇芯在操作中的姿態(tài)，控制含有第一物質的組合物的累積。
[0012]芯內的池部分可參與有限空間內沸騰，并且通過建立熱量從芯到池中的交換而產生分布(其可以被看作梯度，但不必是單調的或線性的)。芯內液體的相的變化通過限制于其中，使液體在從芯的熱傳遞過程中蒸發(fā)。 [0013]可通過設置多個隔板并選擇用于在其間在至少兩個維度封閉池的一部分的其間的間距，進行濃度分布優(yōu)化。例如，這可包括設置多個隔板并選擇用于在其間在至少兩個維度封閉池的一部分的其間的間距。間距可基于進料的特性。
[0014]所述方法可包括基于進料的特性選擇以下各項中的至少一者:多個隔板的隔板之間的間距、芯中的隔板的數(shù)量、隔板的尺寸、芯的材料、芯的姿態(tài)、隔板的其他特性、芯在池中的位置、以及它們的組合。
[0015]系統(tǒng)和方法的操作建立了鄰近芯并且含有濃度分布中絕大部分變化的活動區(qū)，并建立了活動區(qū)下方的捕集區(qū)，該捕集區(qū)基本上被排除將液體交換進活動區(qū)內。
[0016]可通過將芯完全浸入池，并改變濃度分布來控制或改變芯的有效核態(tài)沸騰區(qū)，從而進行熱傳遞優(yōu)化。改變池中的溫度分布可通過增加與池上壓力變化相對應的熱量來進行，并且可與壓縮機所做的功平衡，從而在一組所需條件下獲得穩(wěn)定性。
[0017]在根據本發(fā)明的方法的一個實施例中，過程可包括通過基于第一區(qū)域上的壓力的變化增加熱量，從而改變第一區(qū)域中的溫度分布。改變芯的沸騰區(qū)可通過改變濃度分布來進行，改變濃度分布可用于改變液體的有效飽和溫度、壓力或這兩者。池可相對于進料靜止，這意味著流速通常相對較慢，僅局部而非總體出現(xiàn)湍流。
[0018]根據本發(fā)明的裝置的一個實施例，可包括適于接納進料的容納裝置，所述進料包含含有第一物質的液體，所述第一物質不同于所述液體并溶解于其中。容納裝置可被構成為以具有液位和底位的池形式容納一批進料。芯可以至少部分地浸入池中以與其熱量互通，并且被密封而不與其直接流體連通。
[0019]用于處理池的裝置可產生濃度分布，反映池中第一物質在液位和底部之間的濃度變化。該處理裝置還可包括將池中產生的蒸汽回收成芯內的冷凝物的壓縮裝置，并且可包括用于增加熱能進池的加熱裝置(例如加熱器)。處理裝置可包括壓縮機，其為用于將池中產生的蒸汽回收成芯內的冷凝物的回收裝置的一個實施例。
[0020]容納裝置可選自塘、儲罐、河口、器皿等等。芯可包括與池熱量互通、與其間接流體連通(如以便接納蒸汽)、及被密封而不與其直接流體連通的封閉通道。芯是可移動的，用于相對于容納裝置移動。當芯參與有限空間內沸騰時，可采用移動來調整芯的隔板之間的間距。移動芯可包括改變其取向、改變封閉通道之間的間距等等。
[0021 ] 在根據本發(fā)明的裝置的一個實施例中，在被構成為適用于配置為流體的介質的熱交換器時，熱交換器可包括入口、出口和表面。表面可包括外表面和內表面，它們限定與入口和出口流體連通的內部體積。
[0022] 所述表面可由選擇為具有耐熱性的材料構成，以便優(yōu)化從內部體積到介質(流體)的熱傳遞。所考慮的材料性質可包括有效保持表面的幾何結構完整性、在包含介質的環(huán)境中有效穩(wěn)定、在介質沸騰過程中有效對其核化最小化或具有上述有效性之組合的熱膨脹系數(shù)。
[0023]入口可將緊貼外表面產生的回收蒸汽傳導到內部體積中，外表面在與介質接觸時將熱量從內部體積傳導到由外表面形成的界面層中。例如，材料可選自金屬、聚合物、復合物以及它們的組合。一種合適的聚合物為碳氟聚合物，例如四氟乙烯(如，聚四氟乙烯)。
[0024]材料可選擇為相對于介質具有化學惰性且非反應性的。其還可選擇為使介質中產生的化合物的累積最小化。
[0025]用于改善蒸汽再壓縮過程的方法可包括選擇一個包括可組合為子單元來實施該過程的多個操作的過程。測定溶解于蒸汽源中的材料的濃度分布可與測定對濃度分布的影響結合進行。這可通過評估具有一組操作參數(shù)的多個操作中的至少一個操作來進行。
[0026]從多個操作中選擇目標操作可基于該評估。若選擇了用于控制目標操作的控制參數(shù)，則通過修改控制參數(shù)便可以開始操縱濃度分布。對于某些實施例，控制參數(shù)可選自質量流量、機械功、熱能、熱慣性、其變化率以及它們的組合。在其他實施例中，可考慮更大的群組。
[0027]評估可包括依次評估在過程中移動液體的泵、壓縮來自源的蒸汽的壓縮機、以及對源加熱的加熱器。不必包括比那些措施更多的措施，但可包括評估源的響應時間(如，熱慣性)。
[0028]在一個實施例中，評估還 可為順序地并按照首先，用于在過程中移動液體的泵、第二為用于壓縮來自源的蒸汽的壓縮機、第三，用于對源加熱的加熱器的次序進行。這些可在實際移動液體、壓縮來自源的蒸汽和對源加熱時進行評估。
[0029]所述方法可包括對于進料分析其中的組分、組分的時間變化、供應源、遞送機制等中的至少一者。所述方法可包括修改與泵、壓縮機、加熱器及它們的組合中的至少一者相對應的控制。其還可包括設置傳感器檢測與過程內的操作相對應的溫度、壓力、流量、功率和濃度中的至少一者。其可有利地包括測定選自壓力、溫度、風、濕度及它們的組合的環(huán)境條件。
[0030]評估可包括測定基本上所有(或所有)進入過程的能量輸入和來自過程的能量輸出。因此所述方法可包括平衡基本上所有進入過程的能量輸入和來自過程的能量輸出。其可增加能量回收操作，對于至少一個操作提供能量傳遞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]根據結合附圖作出的下列說明和所附權利要求書，本發(fā)明的上述和其他目標與特征將變得更充分明顯。應理解這些附圖僅描繪了本發(fā)明的典型實施例，因此不應認為是對其范圍的限制，本發(fā)明將通過利用附圖以附加特征和細節(jié)進行描述，其中:
[0032]圖1為根據本發(fā)明的受控梯度、蒸汽再壓縮系統(tǒng)的示意性框圖；
[0033]圖2A為圖1的系統(tǒng)的實施用于關鍵裝置的操作以及參數(shù)的傳感器和控制器的示意性框圖；
[0034]圖2B為控制系統(tǒng)的示意性框圖，示出了最內和最外的控制層次；
[0035]圖2C為用于根據本發(fā)明檢測儲罐中液位而不會受到來自湍流表面活動的干擾的機構的不意圖；
[0036]圖3為圖1-2的系統(tǒng)的部件選擇配置的多種實施例的示意圖；
[0037]圖4為根據圖1的裝置和方法的儲罐內的芯的示意圖，示出了熱量與鹽水對流過程的活動；
[0038]圖5為圖表，示出了儲罐的液位與出口位之間的圖1的系統(tǒng)的儲罐中的總溶解固體之間的關系；
[0039]圖6為曲線圖表，示出了在圖1的系統(tǒng)中圖5的以儲罐的濃度梯度或密度梯度表示的歸一化總溶解固體增加；
[0040]圖7A為隨圖5的儲罐中的高度而變化的溫度圖表，所述儲罐在圖1的系統(tǒng)中配備有圖4的芯；
[0041]圖7B為支配不純液體例如生產鹽水的飽和溫度的拉烏爾定律的說明；
[0042]圖7C為克勞修斯-克拉佩龍方程的說明，該方程描述了隨著對蒸汽的壓力增加，在整個壓縮機中該蒸汽的溫度變化；
[0043]圖7D為含有多種氣體的器皿中的道爾頓分壓定律的說明；
[0044]圖7E為亨利定律的說明，該定律支配吸收的不凝性氣體的濃度隨處于平衡的液體上的那些氣體的壓力貢獻的變化；
[0045]圖8為根據圖1-7的裝置的一個實施例的透視圖；
[0046]圖9為表示實驗中的輸入變量的表，其中在根據本發(fā)明的裝置和方法中，鹽水從初始給水濃度濃縮到輸出鹽水濃度。
[0047]圖10為圖表，示出了表示圖9概括并在圖8的系統(tǒng)中執(zhí)行的實驗中濃度或密度梯度變化的曲線，圖中顯示隨圖1-9的系統(tǒng)的儲罐中的液位而變化的歸一化總溶解固體增加。
[0048]圖11為圖表，示出了圖9-10的實驗中的飽和溫度，并與常規(guī)的充分混合型熱交換系統(tǒng)的預期性能進行比較；以及
[0049]圖12為根據圖2A-2B中所示控制層次，控制圖1_11的系統(tǒng)的方法的示意性框圖?！揪唧w實施方式】
[0050]易于理解的是，如本文附圖中總體描述和示出的本發(fā)明的組件可以按照多種多樣的不同配置進行布置和設計。因此，以下如附圖所表示的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實施例的更詳細描述并非意圖限制本發(fā)明的范圍，而是僅代表本發(fā)明的多種實施例。通過參考附圖將最好地理解本發(fā)明的所示實施例，其中類似的部件通篇用類似的數(shù)字標明。
[0051]如本文所用，術語應廣義地理解和解釋。然`而，替代形式的專用術語可以舉例的方式使用，但應解釋為意思是更廣義的術語。例如，溶劑或液體以水示例，但可解釋為任何溶劑、液體、材料、介質、載體等等。相似地，多種材料可以溶質的形式溶解于這種載體中。溶質可稱為其中的污染物；污染物僅僅是指要分離出的物質，即使該物質是蒸餾中的所需材料。溶劑或液體可以被視為要通過根據本發(fā)明的分離過程處理的任何流體。
[0052]溶質可以為溶解于溶劑或載體中的液體、固體、離子、合成材料、天然材料、礦物材料、動物材料、植物材料或其他材料。因此，術語TDS為代表通常溶解于作為其溶劑的載體中的溶質的例子。溶質和溶劑可出現(xiàn)于食品加工、工業(yè)過程流體或廢水、釀酒廠、糖加工、石油鉆井或產液、飲用水處理、采礦廢水或尾礦處理、核冷卻劑或廢液處理、徑流或其他收集池處理等等。鹽水代表溶劑中含溶質的任何溶液，即使其是通常適用于水中溶解固體和離子的示例性術語。
[0053]芯材料可以為任何合適的材料，其范圍涵蓋金屬、合金、不銹鋼、聚合物、彈性體、其他材料、復合物或它們的組合。芯可以有用以改變隔板之間的間距的波紋管結構，或支持定位、樞轉、傾斜(如，繞任何軸線的橫滾、俯仰或左右偏離的姿態(tài))、滑動或以其他方式通過定位優(yōu)化芯隔板配置的其他變型。這可以在一些過程中有用，例如蒸汽再壓縮、蒸發(fā)器蒸餾系統(tǒng)、多效蒸發(fā)器、和其他處理系統(tǒng)，即便在某些工業(yè)情形中以其他方式存在困難。 [0054]出于若干原因，本文所述的芯不是如同汽車用途的“散熱器”。例如，穿過這種散熱器的空氣流與所容納的被冷卻液體完全無關。與此相反，蒸汽再壓縮使液相蒸發(fā)的蒸汽相通過壓縮機并返回，從而緊貼那個容納沸騰物的壁的外側冷凝。
[0055]流之間是相對靜止的，這并不意味著完全不流動或運動，而是比與之相比的流和用于該功能的常規(guī)流的運動要緩慢得多。核態(tài)沸騰不限于表面成核點處引發(fā)的沸騰，還包括由于超出蒸汽壓而引起的沸騰。有限空間內沸騰是熱傳遞領域的專門術語，并且以其在該領域中的通常含義使用。還應理解，說的是在至少一個維度受限的空間內的核態(tài)沸騰。
[0056]同樣，流體包括所有氣體、蒸汽、液體和液態(tài)流。處于熱量互通或流體連通狀態(tài)的系統(tǒng)或裝置是指所述系統(tǒng)能夠分別交換熱量或流體。流體的容納裝置可包括從塘、湖、河和其他河口到襯層塘、儲罐、容器、管子、導管等等的任何天然或人造物。
[0057]所謂梯度，意思是分布(一個變量如溫度或濃度相對于另一個變量如空間或時間的變化)。其不必是線性的或單調的(始終沿單一方向變化)。分布通常趨向于在一個方向上，且由于系統(tǒng)的動態(tài)而具有局域變化。通常，分布變化在活動區(qū)(在活動區(qū)熱傳輸、質量傳輸、或這兩者在流之間主動發(fā)生，而不只是通過某容納裝置從一處流到另一處)中更顯著。動態(tài)梯度或動態(tài)分布是通過本發(fā)明操作建立的并受制于局部變化、隨時間或條件的變化或這兩類變化的組合的分布。
[0058]參見圖1，同時總體上參照圖1-12，根據本發(fā)明的系統(tǒng)10可以被設置在永久性設施中，或可以為裝箱方式。系統(tǒng)10的基本單元可包括儲罐30。
[0059]在圖示實施例中，儲罐30包含已在其中建立溶解固體的濃度梯度的鹽水23。最初由進料儲罐32經管線33進料至儲罐30。通常，在本文中，通過附圖標號對項目的任何提及包括帶有此數(shù)字的此類項目的廣義包含。附圖標號后跟一個字母表示用附圖標號標明的項目的特例。因此，系統(tǒng)10包括多條管線33，所述管線包括例如管線33a、33b、33c，如此等
坐寸ο
[0060]進料儲罐32通過管線33到分離器34形成流35。流35通常在分離器34中進行預處理。在一個實施例中，分離器34可被構成為用于移除例如揮發(fā)性物質的預處理系統(tǒng)。
[0061]在根據本發(fā)明的方法的一個實施例中，系統(tǒng)10可通過將非濃縮狀態(tài)的鹽水23引入進料儲罐32中來使用。這可以直接來自井口，或者可從各種采油設施輸運到特定位置。在圖示實施例中，進料儲罐32可進而將鹽水經管線33運輸?shù)筋A處理系統(tǒng)34，該系統(tǒng)通常用作揮發(fā)物分離器34。預處理系統(tǒng)34的其他過程可包括添加多種化學物質以減少積垢、結垢、腐蝕等等。
[0062]例如，進料儲罐32中接納的鹽水可包括許多材料。分散的石油產品通常為加熱時蒸發(fā)的揮發(fā)物。這些可包括從C6到蠟、焦油、石蠟以及石蠟可溶性有機化合物范圍內的原油餾分。可包括少量汽油和柴油范圍的有機烴。同樣，可包括多種芳烴，例如多環(huán)芳烴化合物。BTEX化合物并不罕見。同樣，可相似地包括甲醇、酚和甲烷。
[0063]不僅可包括那些有機烴，同樣也包括多種形式的硫，包括硫化氫(H2S)。這些可能尤其成問題，因為硫酸鹽有可能永久性地在固體表面外結垢。為了減少硫酸鹽引起的結垢，必須將阻垢劑引入鹽水23中以保持干凈的進料儲罐30。這些操作不是必需的，但對于含有硫的化合物的鹽水23而言強烈建議進行這些操作。
[0064]相似地，可包括大量或少量的、溶解或不溶解的硅石、粘土和其他無機材料。通常，硅石和粘土是不溶解的，并且可能會形成顆粒。多種鹽同樣如此。鹽可包括陽離子，其范圍涵蓋鎂、鈣、鈉和鉀?？蓪谏鲜鲫栯x子的陰離子可包括氯離子、硫酸根、碳酸根、硝酸根等等。通常，不存在高濃度的硝酸根。然而，通常在鹽水23中接納到相對較大或更大量的碳酸根。
[0065]添加到預處理系統(tǒng)34中的處理化學物質可包括例如銨、氮的多種化合物、凝膠、發(fā)泡材料等等。相似地，另外的尚子可包括銀、萊、鉛、絡、砸、鐵、鎖，如此等等?？砂ǘ喾N天然存在的放射性物質，例如鈾、鐳等等。硼并不那么罕見。
[0066]在一些實施例中，可設置多種類型的分離器34以移除其他夾帶材料，不論其是固體、氣體、液體，或其他類似物。在預處理生產鹽水的科學領域，此類預處理系統(tǒng)34眾多且無所不在。
[0067]例如，Sears在提交于1999年10月19日且名稱為“Vapor CompressionDistillation System an d Method”(蒸汽壓縮蒸懼系統(tǒng)和方法)的美國專利N0.5，968，321 (其以引用方式并入本文中)中，公開了包括預處理過程和裝置的蒸餾系統(tǒng)。相似地，Kresnyak等人在提交于2002年3月12日且名稱為“Distillation Process withReduced Fouling”(使積垢減少的蒸懼過程)的美國專利N0.6，355，145B1 (其以引用方式并入本文中)中，同樣討論了多種預處理過程。
[0068]從預處理系統(tǒng)34或分離器34離開后，流35首先通過稱為鹽水熱交換器的熱交換器36。鹽水熱交換器的功能是從離開儲罐30的鹽水23移除熱量，并將該熱量回收到進入儲罐30的流35中。
[0069]最后，由鹽水熱交換器36從中提取了熱量的濃縮鹽水被處置進鹽水儲罐38中。可通過下列方法清空鹽水儲罐38:運走鹽水，將鹽水通入蒸發(fā)塘，進一步處理鹽水的礦物質，加熱或以其他方式干燥鹽水或其他處置方法。
[0070]在圖示實施例中，餾出物處理系統(tǒng)40在鹽水熱交換器36和鹽水儲罐38的對面操作。即，例如，餾出物處理系統(tǒng)接納蒸餾水，蒸餾水為來自其被蒸發(fā)的部位即系統(tǒng)10特別是儲罐30的輸出。餾出物處理系統(tǒng)40可包括蒸汽捕集器41。蒸汽捕集器41可為簡單的或復雜的并且通常操作方式類似于液體捕集器(如，P型捕集器)，其中液柱容納于管線33內，該管線既向下又反向朝上以保持液柱，該液柱不能被進入蒸汽的壓力克服。
[0071]餾出物儲罐42用來收集從芯20的封閉通道24冷凝的所有餾出物。然而，實際情況是，特別是在考慮控制問題時，餾出物貯存器43可首先從蒸汽捕集器41接納餾出物。因此，餾出物貯存器43可用于測試餾出物的產生水平或產生率。
[0072]收集到餾出物貯存器43中之后，餾出物可接著通入熱交換器44，該熱交換器被構成為可從餾出物提取熱量，并將該熱量通入進料輸入管線33a，進料至儲罐30中。在圖示實施例中，餾出物熱交換器可以在兩個方向都以固定流速操作。
[0073]例如，從進料儲罐32的鹽水進給可分成通過餾出物熱交換器44的進料Fl和通過鹽水熱交換器36的F2。因此，F(xiàn)l從餾出物接收熱量，從而盡可能接近合理地預熱到儲罐30中的鹽水23的溫度。同樣，從進料儲罐32通過鹽水熱交換器36的進料將熱量從以最高濃度離開儲罐的鹽水朝鹽水儲罐38提取。Fl和F2的預熱可升高進料溫度，并回收熱量，否則熱量會分別排放到餾出物儲罐42和鹽水儲罐38中。
[0074]在圖示實施例中，餾出物處理系統(tǒng)40包括液位控制器45。液位控制器45通過感測貯存器43中的餾出物液位來操作。根據液位控制器45的輸出，系統(tǒng)10可以對某些操作參數(shù)進行調整以保持恒定的餾出物流速。
[0075]在舉例說明的實施例中，可以設想從餾出物處理系統(tǒng)40經餾出物熱回收系統(tǒng)47流出到餾出物儲罐42的餾出物將以固定速率運行。根據本發(fā)明的裝置和方法的一個有益效果是餾出物的輸出率可被固定。同樣，進入鹽水質量流率在分成流F1、F2的流35中可被固定，不論從進料儲罐32進入的鹽水濃度如何，也不論排放到鹽水儲罐38中的鹽水濃度如何。
[0076]可以實現(xiàn)液位控制器45的多個實施例。例如，下文圖2C描述了一種液位控制機構，其適用于在儲罐內的蒸汽室和液體室或蒸汽區(qū)和液體區(qū)之間操作，同時仍然提供準確、可重復、可靠的讀數(shù)，無需計量器蒸汽側的排氣孔和其他冷凝物移除系統(tǒng)。
[0077]用于儲罐30中鹽水23的蒸發(fā)的能量源來自多種來源。實際情況是，輔助熱源46提供供給鹽水23的熱量以使儲罐30內的溫度升至適當水平。同時，鹽水熱交換器36和餾出物熱交換器44從出口液流回收熱量以分別升高進入儲罐30的F2和Fl的溫度。
[0078]因此，餾 出物熱回收系統(tǒng)47為被回收進管線33a中的熱量的來源，因為鹽水熱回收系統(tǒng)80為被回收進管線33a的流35c中的熱量的來源。還可以采用其他熱回收系統(tǒng)例如發(fā)動機廢熱回收。熱量的實際來源通常僅包括由輔助源46提供熱量的加熱器70，該輔助源僅為了克服系統(tǒng)中的損失而工作。
[0079]儲罐30可包括液位控制器48，其可以與餾出物貯存器43上的液位控制器45相似或者完全不同。這些液位控制器45、48各自基本上獨立于系統(tǒng)10的其余部分工作。然而，在某些實施例中，液位控制器45、48可直接操作控制通過管線33a的進料35a，以根據質量守恒定律匹配質量流率。
[0080]系統(tǒng)10中適當位置處的輔助選件可以為蒸餾柱49。已發(fā)現(xiàn)可用于在一些生產水源實施蒸餾柱49以便在汽提段移除較重物質，例如蒸餾水，同時在其頂部的精餾段分離出較輕組分，例如甲醇等等。因此，蒸餾柱49為可以包括或可以不包括的可選單元，具體取決于系統(tǒng)10使用的特定場所。
[0081]壓縮機50壓縮蒸汽27，蒸汽27源于儲罐30的鹽水23中，并收集在鹽水23之上。根據使溫度上升與壓力上升相關聯(lián)的克勞修斯-克拉佩龍方程，壓縮機50導致蒸汽27壓力的升高。因此，蒸汽27通過壓縮機50并回送進芯20的歧管19。
[0082]壓縮機50下游的壓力在導管18、歧管19a和封閉通道24處基本上相同。壓縮機50上游側與其下游側之間的壓力差引起與更高飽和溫度相對應的飽和壓力。
[0083]由于壓縮蒸汽的封閉通道24與鹽水23中的開放通道22之間的溫度差，熱量發(fā)生傳遞。熱量從封閉通道24中的冷凝飽和蒸汽27傳遞進鹽水23。
[0084]在一些實施例中，蒸汽處理系統(tǒng)52可以安裝在儲罐30頂部或其附近。在圖示實施例中，蒸汽處理系統(tǒng)52可包括例如除霧器54。通常，除霧器54負責從蒸汽27中移除水的液滴，水的液滴可夾帶鹽水23的液滴，同時帶來將被溶解固體攜帶到壓縮機50的風險。
[0085]可考慮蒸汽處理系統(tǒng)52的多個實施例。除了除霧器54之外，還可以包括例如除氣器56作為蒸汽處理系統(tǒng)52的一部分。此工位的除氣器不必過大，也不必排放大量蒸汽27。
[0086]例如，在為實驗構造的每天在餾出物儲罐42中產生大約100桶餾出物的一種裝置和方法中，除氣器56的尺寸根據常規(guī)化學工程原理設計。與液體內不凝物或其他蒸汽的濃度相關的亨利定律，根據如下文所述的分壓和物理常數(shù)，需要約二十升的貯存器。因此，除氣器56僅需要約五升以便在操作過程中每天排放大約一次。
[0087]通常，儲罐30中的鹽水23上的充氣室58的尺寸可被設計為提供蒸汽27的駐留時間或累積時間以增強除霧。許多制造商生產恒位移、正位移等等的壓縮機。例如，英格索蘭(Ingersoll Rand)、德萊賽(Dresser)和其他公司生產適合應用于根據本發(fā)明的系統(tǒng)10的壓縮機50。同樣，充氣室58的尺寸可根據壓縮機50的額定值來確定。
[0088]最后，通過將鹽水23煮沸并蒸發(fā)為蒸汽27來濃縮鹽水23。當蒸汽27以氣泡形式離開鹽水23并進入充氣室58時，鹽水23內的殘余溶解固體在蒸發(fā)氣泡周圍的區(qū)域中增加。在該周圍鹽水23中溶解固體的這種增加導致更高密度且產生該更濃鹽水23的凈向下流動。
[0089]最后，儲罐30建立了濃度分布或梯度，其中最低濃度的鹽水23存在于鹽水23與蒸汽27之間的界面處。因此，最重或最濃的鹽水23建立在儲罐30的輸出液位處。系統(tǒng)10的功能是將鹽水23從進料儲罐32中存在的任何濃度濃縮至大得多的濃度。
[0090]當鹽水23喪失的水變成收集到充氣室58中的蒸汽27時，在形成的每個氣泡周圍發(fā)生局部濃縮過程。這些局部濃縮`導致較重鹽水23相對于較輕鹽水出現(xiàn)局部下降。
[0091]例如，與鹽水儲罐38中的鹽水相比，進料儲罐32中的鹽水23每立方英寸或立方厘米具有更少的溶解固體并且更輕。在氣泡附近，在已蒸發(fā)的氣泡旁形成密度差。氣泡留下的那份溶解固體被鹽水23中的相鄰液體水分子吸收。最后，隨著由于從封閉通道24傳遞的熱量而在開放通道22內發(fā)生持續(xù)的加熱和蒸發(fā)過程，在每個開放通道22內發(fā)生持續(xù)的濃縮過程。
[0092]直接結果是，更重、更濃的鹽水23向下流動，在同等攪拌的沸騰或接近沸騰的鄰近鹽水之間尋求密度平衡。因此，處于穩(wěn)態(tài)時，最大濃度的溶解固體存在于儲罐30的出口處，并且溶解固體的最小密度和最小濃度存在于鹽水23與充氣室27之間的界面處。這已在實驗中證明。
[0093]濃縮液處理系統(tǒng)60負責處理離開儲罐30的濃縮鹽水23。在圖示實施例中，濃縮液處理系統(tǒng)60包括漿液處理系統(tǒng)62。漿液處理系統(tǒng)62負責處理諸如可形成污泥的高密度沉淀物或液體中其他高濃度的懸浮固體之類的物質。因此，此類材料可從儲罐30的鹽水23分離并被引導以與鹽水儲罐38中的鹽水不同的方式處置。
[0094]相似地，貯存器64可充當沉降槽64以及濃縮器64。實際情況是，具有或造成最大分層的濃度在發(fā)現(xiàn)濃縮活動例如沸騰蒸發(fā)的區(qū)域出現(xiàn)。在圖示實施例中，該區(qū)域為開放通道22內的區(qū)域。相比之下，缺少任何加熱或蒸發(fā)機構濃縮物的貯存器64可以用作為沉降區(qū)，并且通常不會進一步大幅濃縮。
[0095]同樣，鹽水濃縮系統(tǒng)60可包括漿液處理系統(tǒng)62內的多種機構以幫助從多種部件的壁、底等移除沉淀和其他固體。
[0096]固體移除設備是本領域已知的并且可包括振動系統(tǒng)、刮除系統(tǒng)、螺旋輸送器、它們的組合等等。最后，漿液保持系統(tǒng)66可實際上通過閥門與漿液處理系統(tǒng)62分離，并且僅將固相流的短暫和周期性排放接納到漿液保持系統(tǒng)66中。此類系統(tǒng)可為手動的、自動的。
[0097]通過預處理系統(tǒng)34之后，鹽水23可通過分流器74，例如將來自進料儲罐32的管線33中的所有流分成Fl和F2(以通過管線33a的進料35a說明)的閥門或閥門系統(tǒng)。分流器74負責保持餾出物熱回收系統(tǒng)47中的恒流和鹽水熱交換器36中的變流。這些流的相對比例的控制將在下文討論。
[0098]在圖示實施例中，通過管線33a的流35a代表兩條流。通過餾出物熱交換器44的固定速率與通過餾出物熱交換器44的餾出物的固定流速相匹配。
[0099]與之相反，來自進料儲罐32的通過鹽水熱交換器36的新鮮鹽水是可調節(jié)的，并與離開儲罐30通過管線33c進入鹽水熱交換器36的鹽水濃縮液流相稱。在所有情況下，通常被固定排量泵76控制的計量泵可被設置在管線33中，以控制進入和離開儲罐30的流35的速率。例如，進料泵76a可控制從進料儲罐32通過餾出物熱交換器44的鹽水的流速。
[0100]同樣，泵76b控制從鹽水熱交換器36通入儲罐30的擴散器68中的F2或流35a。相似地，鹽水泵76d可控制從儲罐30通過鹽水熱交換器36的濃縮鹽水的進給。泵76c可控制進入餾出物熱交換器44中的餾出物流，并且可以為鹽水泵76a的質量流量所匹配。
[0101]繼續(xù)參見圖1，同時總體上參照圖1-12，根據本發(fā)明的系統(tǒng)10通常將預熱鹽水23通過管線33a進料至擴散器68中。擴散器68在圖3的多個選件中描述。無論選擇何種機構，擴散器68都具有以一定方式分布鹽水33a的效果，從而允許鹽水23從管線33a分布到芯20的最大范圍。
[0102]例如，儲罐30中的芯20的橫截面積或占位面積代表所關注的特定面積。該面積表示所有開放通道22的底部開口。因此，擴散器68可以導致在芯20內分布管線33a的流35a。如果所有的流35a通入單個開放通道22中，則芯27的效率將會不同于在芯20的所有開放通道22都具有合理的均等機會接納流35a的一部分時所實現(xiàn)的效率。
[0103]輔助加熱器70可導致增加從熱源46或輔助熱源46接收的熱量。在圖示實施例中，輔助加熱器70設置在芯20的底部之下。
[0104]在某些 實施例中，輔助加熱器70可被設置在儲罐的壁31上，而不是儲罐30的內部。同樣，輔助加熱器70可相對于擴散器68分別設置，使得輔助熱源46將熱量直接輸送進儲罐70底部的濃縮鹽水中，而不是輸送進流入擴散器68的進入鹽水35a中。
[0105]在一些實施例中，可能不需要擴散器68。在其他方面，可在如下兩者之間作出設計選擇:用輔助加熱器70加熱進入鹽水35a和在不受益于任何熱量攜帶的情況下使進入鹽水流35a僅僅由于芯20頂部鹽水對流(TDS含量對流)而升溫。
[0106]在圖1中，擴散器68設置在輔助加熱器70以下的層面上。因此，從擴散器排出的來自輸入管線33a的流35a通過由輔助加熱器70產生的被加熱鹽水的層。這提供了用于加熱儲罐鹽水23的熱傳遞機制。在一些實施例中，輔助加熱器實際上可位于擴散器中。在其他實施例中，輔助加熱器70可附裝在儲罐30的壁31的內側或外側。在其他實施例中，輔助加熱器70可實際上位于向儲罐30內供料的管線33a中。
[0107]為了監(jiān)測系統(tǒng)10并隨后控制該系統(tǒng)的操作，可在系統(tǒng)10中安裝傳感器72。傳感器72可包括用以監(jiān)測溶解固體的壓力、溫度、濃度以及它們的組合等的傳感器72。在系統(tǒng)10中，借助甚小的濃度差，濃度就能有效改善熱傳遞和質量傳遞(例如，蒸發(fā)和冷凝)。因此，溫度、壓力和濃度量值作為鹽水23和蒸汽27中的控制參數(shù)是有意義的。系統(tǒng)10的控制可需要多種多樣的這些傳感器72。
[0108]然而，對于諸如壓縮機50、管線33、導管18和其他固定裝置之類的物品而言，壓力可能在整個系統(tǒng)10發(fā)生變化。同時，由于系統(tǒng)10在大致飽和的壓力和溫度下運行，溫度是壓力的指標，反之亦然。因此，可以各自被感測，并可采取措施根據建立的函數(shù)關系施加(assert)主動控制。 [0109]在儲罐30的鹽水23內建立溶解固體的濃度分布(可稱為梯度)，從而可通過那些濃度推測局部密度。因此，密度變化、海拔高度變化連同充氣室58內的任何壓力變化可以加到一起來提供整個儲罐30中各位點的與混合儲罐30相比相對更多種多樣的壓力和飽和溫度變化。因此，監(jiān)測器和控制系統(tǒng)可位于適當位置以讀取傳感器72并將該數(shù)據傳輸?shù)街?br> 動裝置。
[0110]在圖示實施例中，傳感器72a設置在暴露于儲罐30的自由流或體積中的開放通道22內。傳感器72b位于封閉通道27內。傳感器72c檢測壁31附近的儲罐30內的條件。傳感器72c可以被設置在壁的部位，但更通常地被與壁31隔開設于鹽水23中，但被安裝在壁31上。傳感器72d存在于充氣室58中以檢測其中的狀況。
[0111]同樣，蒸汽處理系統(tǒng)52中的傳感器72e檢測其中的狀況，而傳感器72f監(jiān)測濃縮在儲罐30底部的最重鹽水23。容納傳感器72f的區(qū)域不具有在其中活動的芯20的任何部分，但在系統(tǒng)10的控制方面可能是重要的。
[0112]壓縮機50可通過其上游或入口側上的傳感器72g及其下游或出口側上的傳感器72h監(jiān)測。環(huán)境條件可通過位于環(huán)境中的儲罐30外部的傳感器72 j感測環(huán)境和大氣條件來監(jiān)測。
[0113]導管18將蒸汽27從充氣室58輸送進壓縮機50中，并從壓縮機50輸送進封閉隔板24或封閉通道24的充氣室19a中。封閉通道24內的蒸汽27最后在封閉通道24的底部中冷凝形成冷凝物25。最后，封閉通道24的下充氣室19b可完全充滿液體。
[0114]然而，可能的情況是一些蒸汽27可循環(huán)通過封閉通道24的底部的餾出物25或冷凝物25。因此，從封閉通道24進入蒸汽捕集器41的流可包含氣相和液相的冷凝物25。
[0115]同時，液位控制器45監(jiān)測貯存器43中冷凝物25的液位。最后，由泵76c控制的貯存器43使餾出物通過餾出物熱交換器44并到達餾出物儲罐42上。
[0116]參見圖2A，同時繼續(xù)總體上參照圖1-12，系統(tǒng)10可包括控制器84。通常，控制器84包括至少一個處理器以及計算機一般具有的完整的輸入系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)、處理設備、存儲器等等。控制器84可接收數(shù)據、處理數(shù)據、存儲數(shù)據，如此等等。控制器84負責接收來自整個系統(tǒng)10的傳感器72的輸入。
[0117]特別地，控制器84將從以上針對系統(tǒng)10描述的多種組件接收其形式為與溫度、壓力、濃度等以及流速等相關的數(shù)據的信息。在圖示實施例中，控制器84示出了多次，其可為基于單處理器的系統(tǒng)或多處理器?？刂破?4可為整合式、分布式或任何其他構成方式?？刂破?4可為單控制器、多控制器或控制器的系統(tǒng)84。
[0118]同時，控制器84還負責將指令信號發(fā)送回多種泵76，并發(fā)送回輔助熱源46、輔助加熱器70或這兩者。控制器84可控制從輔助熱源46的熱量輸入，以及對壓縮機50的功率輸入。
[0119]通常，控制器84命令86或發(fā)送輸出86作為對系統(tǒng)10內的多種裝置和組件的指令86，并從那些和其他組件接收輸入88或讀取88輸入88。在圖示實施例中，控制器同樣從諸如液位控制器48和液位控制器45之類的組件接收輸入。然而，通常液位控制器45、48在其本體內動作，以按照本領域中被充分理解的方式直接控制液位。
[0120]參見圖2b，控制策略90確定了四個控制層次。在零層次92，控制系統(tǒng)90或控制策略90用來控制液 體質量。因此，零層次92也可以稱為液體質量控制層次92。同樣，零層次之上的第一控制層次為蒸汽質量控制層次94。液體質量控制可完全獨立于任何其他控制系統(tǒng)操作，但作為策略90中控制的基礎層次即零層次被包括在內。
[0121]同樣，第一層次94即蒸汽質量控制層次94處理充氣室58中、通過壓縮機50并進入芯20的封閉通道24中的蒸汽27。這些取決于將壓縮機50所做的功與通過壓縮機50的蒸汽27內的壓力和溫度關聯(lián)的公式。因此，零層次系統(tǒng)只需跟蹤并控制液位的值，然而蒸汽質量控制94具有更復雜的功能。其必須跟蹤液位控制器45、48中的液位，并且還根據這些液位操作壓縮機50以對系統(tǒng)10的理論能量輸入(principle energy input)、壓縮機50的值(worth)施加控制。
[0122]第二層次控制96即能量控制96負責控制系統(tǒng)的能量輸入變化率，例如進入輔助加熱器70的熱量。因此，能量控制96必須基于公式、算法、計算機程序根據儲罐30和系統(tǒng)10的其他組件內的溫度、壓力、濃度等條件進行，并對通過加熱器70的熱量的調節(jié)施加控制，作為系統(tǒng)10的能量控制的一部分。
[0123]能量控制操作上的重大問題在于事實上儲罐30的響應時間是以小時為單位的，有時是以數(shù)小時為單位的。相比之下，充氣室中的傳感器72g、72h報告的壓力可促使壓縮機在數(shù)秒內作出響應。因此，可調整壓縮機50的最大電流，進而調整速度或速率。因此，可幾乎立即調整體積流量。相比之下，通過能量控制系統(tǒng)96增加能量在相當長時間段內將不明顯。
[0124]相比之下，可在測壓計或計量器中通過視覺觀察液位。然而，通常不能實際觀察到能量流，系統(tǒng)10內的變化率和關系既不明顯，也不直觀。
[0125]控制的第三層次98即系統(tǒng)預測控制98在其實施中具有嚴格的算法和計算性。所需的復雜性較高。多個參數(shù)、多個傳感器、熱力學考慮因素、材料性質等等全部用于通過系統(tǒng)10的關于正在何處操作和應在何處操作的系統(tǒng)預測控制98來算法測定。
[0126]例如，系統(tǒng)預測控制系統(tǒng)98負責從所有來源(包括系統(tǒng)10的操作歷史)查看控制器84中的所有數(shù)據。系統(tǒng)預測控制98可內插、外推或使用其他數(shù)值方法解決方案來求解與變量任何值、變化率或變化率的變化率的偏微分相關的復雜方程，以精確且充分地預測控制設定點。其可對加熱器70、壓縮機50、液位控制器45、48、泵和其他體積流量施加控制。
[0127]系統(tǒng)10足夠穩(wěn)固、甚至有彈性,可適應輸入的大幅變化。例如,從大約10，OOOppm的總溶解固體直到大于150，OOOppm的總溶解固體的鹽水濃度比率可提供作為系統(tǒng)10的輸入。同樣，可適應基本上任何輸出濃度，從此類值到大于200，OOOppm0
[0128]該預測控制系統(tǒng)98通過計算經由指令86發(fā)送到組件的控制參數(shù)的最佳設定點，可使系統(tǒng)10具備實質性優(yōu)點。系統(tǒng)10可因此獲得最佳的能量效率、獲得餾出物25的鹽水23通過量，如此等等。
[0129]參見圖2c，沸騰區(qū)例如鹽水23與蒸汽27之間的儲罐30的蒸汽-液體界面100的常見問題為液位的多變性質。計量表93的配置克服了該問題。這對于控制策略90可能是重要的。
[0130]在系統(tǒng)10的一個實施例中，充氣室58可為計量表93提供壓力源。計量表93可檢測壓力差，從而通過控制器84或通過嵌入式處理，提供儲罐30中的液位100的處理。相似地，這種計量表93可被嵌裝或附裝作為液位控制器45或48。
[0131]在圖示實施例中，來自蒸汽區(qū)(此例中為充氣室58)的管線95將充滿蒸汽27，蒸汽27將冷凝并填充管線95。同時，儲罐30內的鹽水23可通過管線97進給。兩條管線95、97因此在任何配置的計量器93例如測壓計的兩側進料。這種儀表可以為測壓計、計量器、計量表等等。同樣，管線97可用作系統(tǒng)其他位置的其他計量器93的共同參考。[0132]參見圖3，在根據本發(fā)明的裝置10的一個實施例中，儲罐30可將輸入流35a接納到擴散器68中。那些輸入流35a從進料儲罐32接納，并可通過預處理系統(tǒng)34。在一個本發(fā)明優(yōu)選實施例中，通過鹽水熱交換器36的鹽水流35a從離開儲罐30通過管線33c的鹽水23(如由泵76d控制和驅動的)接收熱量。在這種實施例中，熱交換器36可以按若干可供選擇的配置中的任何一者設置。
[0133]在一個實施例中，熱交換器36可配置為單個熱交換器，其中進入鹽水的流35a沿著來自儲罐30的底部在管線33c中流動的出口鹽水流35c的方向相反的方向逆向流動。在這種配置中，駐留時間、熱傳遞系數(shù)、可用表面積等等可全部為固定的，受限于熱交換器36不能被重新構造。
[0134]然而，在大多數(shù)本發(fā)明設想的實施例中，流量35a及其對應流量35c可用作控制變量。如圖2B所示，能量的控制通常包括對被熱交換器36預熱的進入鹽水23的熱量增加的控制。同時，圖2B中的零層次94包括液位控制。那些液位控制器48中的一個控制儲罐30中的鹽水23的液位100。因此，進入儲罐30中的流35a可用作控制變量。
[0135]如所闡釋的，通過餾出物熱交換器44的流量35a與通過餾出物熱交換器44的餾出物25的對應輸出流可以為固定的并且彼此匹配。用于調整儲罐30中的鹽水23的液位的質量流率可以為通過液位控制器48改變通過泵76b和熱交換器36的F2的流速的控制。
[0136]因此，在通過鹽水熱交換器36的進入流35a相對較低的條件下，F(xiàn)2可減少到小于通過餾出物熱交換器44的流的三分之一。在這種實施例中，需要相對較小的熱交換表面積。因此，簡化為單個熱交換器36可為適當?shù)摹?br> [0137]在其中與餾出物熱交換器44從Fl中接納的相比，鹽水熱交換器36接納更大比例的F2中的流的情況下，與帶有其控制泵76a的熱交換器44相比，而鹽水熱交換器36可載運進入流35a的體積流量的兩倍或更多倍。
[0138]因此，可取的是:在與餾出物熱交換器44相比有更大流量(相對的)通過鹽水熱交換器36時的狀態(tài)期間，提供更長駐留時間、更大表面積或這兩者。同樣，當流變動時，熱交換器的數(shù)量、可用的面積、駐留時間或它們的某種組合可以改變。
[0139]再次參見圖3，多個熱交換器36可以串行或并行配置，可設置閥門系統(tǒng)以接合并行配置的一個、兩個、三個或更多個熱交換器36。這樣，可接合所需的熱交換器的數(shù)量，而不必使流35a或流35c流經過遠距離而因此要克服通過泵76b、76d的附加流體動力學阻力。
[0140]相比之下，通過將熱交換器布置為串行配置，可降低流速，增加駐留時間，同時還增加可用的表面積。在串行配置中，壓力損失可相對較大。另外，閥門不能用于引導熱交換器36之間的流，因為所有流通過所有熱交換器36。
[0141]取決于可影響系統(tǒng)10的操作參數(shù)范圍，可在管線33a、33c中配置單個、多個、串行或并行布置的熱交換器36以適應流35a、35c之間的熱傳遞。
[0142]作為參考，在根據本發(fā)明的裝置和方法的一個實施例中，通過鹽水熱交換器36的流量的六倍變化必然改變流速和流分布。正因如此，流可為部分層流和部分湍流。本領域技術人員將認識到，此類變化影響凈駐留時間(在此期間可發(fā)生熱傳遞)、熱交換器36中的流35a、35c之間存在的對數(shù)平均溫差等等。
[0143]因此，餾出物熱交換器44可針對適于使系統(tǒng)連續(xù)操作的流量輸出設計。相比之下，必須讓鹽水熱交換器36負責如下的控制過程:根據進入與流出鹽水23的鹽水濃度比率來匹配通過系統(tǒng)的凈流。
[0144]繼續(xù)具體地參見圖3，同時總體上參照圖1-12，根據本發(fā)明的裝置10中的擴散器68可導致將流35a引入儲罐30中。已經發(fā)現(xiàn)可考慮若干配置，它們各具有稍微不同的效應。
[0145]這是因為儲罐30建立了從儲罐30液位頂部的最低濃度的總溶解固體到儲罐30底部的最高濃度的溶解固體的濃度梯度。兩種機制往往會運行成交換進入流35a與儲罐30自身中的鹽水23之間的熱量和質量。`
[0146]借助流35a引入儲罐30中的初速度，在進入流35a與儲罐30中基本上靜止的鹽水23之間進行動量傳遞。因此，質量可在射流及其隨后的羽流和儲罐30中的鹽水23之間交換。當射流與周圍鹽水23相互作用時發(fā)生動量傳遞，從而在與儲罐30中的鹽水23混合時混合、擴大和增加射流中的濃度。
[0147]同樣，在其驅動力和能量方面與此完全不同的另一種機制為鹽水的密度羽流。儲罐30中密度較大的鹽水23與來自進料儲罐32的密度較小的引入鹽水流35a之間的浮力差使進入鹽水流35a產生浮力。因此，鹽水流35a往往會上升為靜止儲罐30的較重鹽水23內的較輕流體35a。
[0148]該上升還使得進入鹽水流35a的速度上升，產生具有射流狀行為形態(tài)的羽流。例如，上升的較輕的流35a上升通過儲罐30中較重的靜止鹽水23，與之混合，擴大羽流，夾帶周圍鹽水23，并導致動量以及含量(溶解固體)的交換。
[0149]擴散器68的功能是根據流35a的進入速度來減小基于速度的動量射流的效應。然而，在某些實施例中，擴散器68可以簡單地用射流取代。
[0150]在圖3中，管線33可連接至擴散器68，其中管線和擴散器68的橫截面均為圓形。例如，圖示最上方實施例中所示的擴散器示出了將直徑從管線33直徑擴大為鐘狀物，例如喇叭上的鐘狀物。
[0151]因此，有效橫截面積逐漸增加，導致擴散器68引入的流35a的速度相應降低。在圖示實施例中，壁31被穿透，以便安裝擴散器68。因此，擴散器68通過壁31引入流35a。
[0152]在圖1的示意圖中，擴散器68示于芯20下方。每個可能位置都有益處。
[0153]擴散器68沒有水平表面。其事實上未提供來自儲罐30的濃縮鹽水23的沉降物質可積聚于其上的可及表面。
[0154]圖3中間所示的擴散器68的實施例被構成得更為扇形，其中管線33的凈面積在擴散器68處增大，但不具有圓形橫截面。此處，可選擇扇狀擴散器68的厚度和寬度以提供所需的流35a的流速。
[0155]在一個實施例中，此類擴散器68可被取向成在芯20的下方沿垂直方向排放流35a。在另一個實施例中，擴散器68的出口的矩形橫截面可配置為正方形，并且可覆蓋芯下面的相對較大比率的面積。然而，在圖示實施例中，擴散器68將流35a直接通過壁31排放，在儲罐30自身內不存在其任何結構。
[0156]圖3中的擴散器68的下部配置可構造為若干布置中的任何一種。圖示實施例示出了管線33，該管線被端接成直接通過壁31，產生進入儲罐30中的噴射流35a。當然，可選擇從管線33至擴散器68輸出的橫截面積的任何程度變化并且可以是適當?shù)?。正如其他實施例可被布置成使?5a通過壁31或者從芯20下方徑直向上進入芯20中，該實施例可以任何此類方式進行布置。
[0157]事實上，流35a可相對于芯20的底部可以為徑直的、水平的、垂直的或傾斜的。在一些實施例中，流35a可被引入通過具有小孔的板、通過多條管線33、通過多個擴散器68、通過一排擴散器等等。然而，在圖3所示的實施例中，擴散器68保持在壁31的外側。就此而言，它們能夠進一步減輕組件受到濃縮鹽水化學物質的破壞力的影響。它們還減小了結垢、積垢、沉淀劑積聚等等的趨勢。
[0158]參見圖4，同時繼續(xù)總體上參照圖1-12，根據本發(fā)明的系統(tǒng)10可包括通道22，這些通道對儲罐周圍敞開，從儲罐30中的頂部液位100到最低出口位101。同時，每個封閉通道24周圍的每個隔板102在封閉通道24內的蒸汽27和冷凝物25與開放通道22中的鹽水23 (其是儲罐30的有效內容物)之間形成機械屏障。
[0159]每個隔板102存在與開放通道22中的鹽水23接觸的外表面104。壁26的內表面106與內通道即封閉通道24中的蒸汽27或冷凝物25接觸。熱量從封閉通道24中具有更高飽和壓力和更高飽和溫度的高壓區(qū)傳遞。如針對圖1所述的，壓縮機50將來自充氣室58的蒸汽27壓縮至更高壓力及根據圖7C所示的克勞修斯-克拉佩龍方程的對應溫度。更低壓力和溫度的區(qū)域以儲罐30中的充氣室58和開放通道22為代表。
[0160]因此，從封閉通道24傳遞的熱量通過壁26，其受到壁26的內表面106和外表面104上的熱傳遞系數(shù)的管制。最后，可出現(xiàn)由于熱對流產生的對流單體。熱對流是浮力作用(即受熱的流體與其周圍且相對較冷的鄰近流體相比密度降低)的結果。
[0161]例如，就儲罐30所代表的已分層鹽水23來說，響應鹽水密度差而產生的分層要比由于溫度差造成的浮力差的作用顯著若干倍。因此，較熱的鹽水23可仍然保持在儲罐內的低位或較低液位，原因在于事實上其溶解固體含量阻止其響應于熱浮力效應而上升。
[0162]然而，由于熱量增加造成的浮力差使較熱的材料具有較低密度而更輕，這可形成貝納爾單體108或貝納爾對流單體108。然而，這些將僅局部存在于具有相對于溶解固體的相同密度的材料內。該單體108往往會將熱量從壁26移至開放通道22中的鹽水23的本體中。
[0163]由溶解固體濃度隨儲罐30和開放通道22內的深度而增加所形成的分布(如，鹽水濃度梯度或密度隨深度的變化)的一個優(yōu)點是事實上并非沿壁26立即上升，而是被加熱鹽水23可保持在局部，因此有助于以較低的程度升溫。
[0164]這樣，可將熱量連續(xù)從壁26轉移到開放通道22的鹽水23中，即使封閉通道24中的蒸汽27之間的溫度差可接近開放通道22中的鄰近鹽水23的溫度。熱傳遞仍然繼續(xù)，因為對流單體108不一定成為大致沿著隔板102的整個高度116。更確切地說，能量被“泵送”離開壁104。
[0165]換句話說，開放通道22中特定液位的鹽水23仍可繼續(xù)接收熱量，并且可導致在壁26的外表面104處產生氣泡100，在其他情況下這可能不會發(fā)生。與圖示實施例和根據本發(fā)明的處于自由對流的裝置相比，如果儲罐30充滿干凈水，則在存在相對較冷液體的情況下受熱液體將始終上升。因此，所有最熱液體將上升至頂部。
[0166]相比之下，對于分層鹽水，熱液體可能存在并保持在底部。事實上，顛倒的溫度梯度(其中最熱的溫度位于隔板102的下端)是完全可能的，具體取決于系統(tǒng)10的熱傳遞動力學。
[0167]通常，無論何時局部鹽水23實現(xiàn)對于其局部壓力的飽和溫度，都可在隔板102的壁26的外表面104處產生氣泡110。壓力隨鹽水深度和密度以及充氣室58內的塔頂壓力而變化。因此，在開放通道22的下部，可預期觀察到較高壓力。
[0168]此外，由于密度分布(例如梯度分布)或濃度分布(例如梯度分布)，飽和壓力和溫度更進一步上升。然而，由于封閉通道24內的溫度高于開放通道22中的溫度，在壁26的兩側仍可發(fā)生熱傳遞，并且可在隔板102的下端產生氣泡。
[0169]該現(xiàn)象已在實踐中在實驗過程中觀察到。例如，在與封閉通道24內的冷凝蒸汽27的自由對流中，其中外通道22即開放通道22不含鹽水(saline)梯度，僅在隔板的高度116的頂部5%內出現(xiàn)氣泡100的形成。相比之下，當開放通道22包含分層鹽水23時，在底部開放通道22的20%內觀察到氣泡形成。
[0170]當每個氣泡100形成時，其將通常在隔板102的壁26的外表面104上的部位成核。然而，當氣泡長大時其將迅速分離，并從氣泡IOOa所示的位置移至氣泡IOOb所示的開放通道22的自由流中的位置。
[0171]已觀察到，當由于熱量增加、質量增加，甚至由于反映周圍壓力降低的單純的海拔高度升高，氣泡100長大時，觀察到氣泡100從隔板102的表面104剝離界面層。這就引起了氣泡云的產生，如圖4的氣泡IOOd所示。這些氣泡IOOd同樣看起來能夠長大并上升。然而，它們不一定在壁26處成核，但可通過熱量注入由于熱和流體界面層的破壞而產生，如熱傳遞領域內所理解的。
[0172]當氣泡100繼續(xù)上升時，它們往往會增大,并往往會彼此聚結。它們開始形成較大的氣泡，并往往會朝向開放通道22中的鹽水23并離開壁26。事實上，實際情況是當氣泡流112上升時，鹽水遷移，并且出現(xiàn)周圍鹽水的對應的向下流動114。簡單的質量或體積分析說明，當開放通道22中的質量上升時，一定量的質量一定會下沉并占據其位置。這就產生了每個氣泡100周圍的流動114，如圖所示。
[0173]每個氣泡100形成的結果是，蒸汽27離開鹽水23。鹽、上文列出的可包含于鹽水中的化學物質等等可為揮發(fā)性的和非揮發(fā)性的。諸如甲醇之類的污染物可蒸發(fā)為蒸汽27。然而，鹽、溶解固體等等必然會保留下來并且不蒸發(fā)。
[0174]因此，在氣泡100形成時每個氣泡100周圍的流動114必然接納不能蒸發(fā)的溶解固體。對根據本發(fā)明的裝置和方法進行的實驗證實了較重鹽水的向下流動114，從而形成在液體頂部表面100或液位100具有最低濃度的溶解固體并且在儲罐30的底部具有最高濃度的溶解固體的凈梯度。
[0175]通常，隔板102的高度116可以被選擇成可優(yōu)化熱傳遞。同樣，跨越壁26的距離即厚度118可考慮結構和熱學因素作出選擇。相似地，開放通道22的寬度120可被選擇成使得聚結在一起的氣泡IOOc不會阻塞通道22，也不會干燥隔板102的外表面104。表面104的這種干燥會導致更多結垢，并且已觀察到加重了壁26的腐蝕。
[0176]可選擇封閉通道124的寬度122或厚度122以優(yōu)化熱傳遞并允許通過自然對流流動，從而限制或消除了常規(guī)熱交換的需要，在常規(guī)熱交換中使用泵能量來驅動所有流動。相比之下，在圖示實施例中，開放通道22通過與鹽水(brine)的鹽水(saline)對流或溶解固體對流而運行。這基于在鹽水23的各種流動和區(qū)域之間的浮力差。相似地，封閉通道24內的蒸汽27在其冷凝于隔板102的內表面106上時最終形成收集于其底部并離開液體的充氣室19b的冷凝物25。
[0177]已經發(fā)現(xiàn)的是隔板102頂部與液位100之間的高度124或距離124可為正數(shù)。在一些實施例中，已經發(fā)現(xiàn)的是熱傳遞速率可受到鄰近隔板102頂部的氣泡IOOc的劇烈沸騰影響。已經發(fā)現(xiàn)的是在本發(fā)明設想的實施例中能最有效保持隔板102頂部之上的液位100，如實驗所證實的。
[0178]芯20將通常與儲罐30的出口位102間隔距離126。通常，液位100之上的充氣室58中的大量體積往往提供壓縮機50可對其進行抽取的體積。相似地，與本文示意性示出的相比，與儲罐出口位101之間更大的深度126是需要的。
[0179]高度126由切割線示出，表明可在其中增加任何附加距離。雖然未在圖示中示出，這種增加提供了從開放通道22朝向儲罐30的出口位101底部的最高密度鹽水23增多的可能性。
[0180]然而，儲罐30內的活動卻不是這樣，特別是當開放通道22的鹽水23的溶解固體的濃度稠化或增加時。已經總體上發(fā)現(xiàn)的是濃縮過程活動的高度116所示的區(qū)域為觀察到密度分布最大變化的區(qū)域。因此，隔板102之下的區(qū)域的高度126內的密度未顯示具有陡峻梯度的強度。
[0181]因為充氣室19a、19b載運不同密度，它們具有不同尺寸。事實上，上充氣室19a可以被簡單看作歧管19a，其將相對較大比容、較低比密度的蒸汽送進封閉通道24中。相似地，冷凝物25的密度幾乎為蒸汽27密度的1，000倍，相當于比容為蒸汽27的體積的約千分之一。因此，從封閉隔板27接納冷凝物25的歧管19b即充氣室19b不需要具有與上歧管19a相同的容量。
[0182]通常，液滴130緊貼隔板102中的壁26的內表面106形成。液滴130往往會朝下遷移并且可同樣地聚結成液流或細流流動到收集在隔板102的底部的冷凝物25中，導致冷凝物液位128在隔板102中累積。封閉通道24的壁26的內表面106上的冷凝蒸汽27導致非常高的熱傳遞速率，大約是穿過固體表面的液體之間的熱傳遞速率的20倍。[0183]因此，例如，當僅僅導致熱傳遞進液體鹽水22中時，從壁26的外表面104到鹽水22中的熱傳遞速率較低。相比之下，當核態(tài)沸騰且氣泡100形成時，熱傳遞速率進而熱傳遞系數(shù)為相較該速率的大約20倍，并且對應于包圍封閉通道24的隔板102中的壁26的內表面106上的冷凝熱傳遞速率。
[0184]參見圖5，圖表134示出了軸線136、138。高度軸線136示出了從儲罐的出口位101到高于液位100 (包括充氣室58)的高度。同時，TDS軸線即總溶解固體軸線138示出了儲罐內的總溶解固體的濃度。
[0185]曲線140為濃度或密度的梯度或分布。在圖5的圖示中，芯20的位置以虛線示出，儲罐30的外部形狀也是如此。儲罐30的外部液位連同芯20的外部液位一起示出，以顯示密度分布140沿高度軸線136對海拔高度或高度136的響應。
[0186]在圖5的圖表134中，曲線140表示濃度，所述濃度從與TDS軸線138上與垂直軸線136即高度軸線136交點處的最小值處的值對應的最小量開始變化。同時，在液位100處，儲罐20中的鹽水23的濃度因而密度處于根據本發(fā)明的裝置和方法中的溶解固體的最小值處。 [0187]然而，在混合環(huán)境中，儲罐30中的鹽水23充分混合的環(huán)境中，分布140縮減為一條垂直線，從液位100至出口位101全部具有恒定濃度和恒定密度。因此，液位100處的濃度與出口濃度142相同。
[0188]在可理想地建立梯度分布的環(huán)境中，可根據曲線140b建立靜態(tài)線性密度分布。在這種情況下，濃度從液位100處的最小值開始變化并增加到出口位102處的最大出口濃度142。
[0189]為了建立分布140b所示的理想梯度，有必要在出口位101和液位100之間的基本上每個高度處保持濃度連續(xù)且等量地變化。這將需要極強的控制，雖然其也可提供儲罐30中可預測、可用且一致的梯度。
[0190]根據本發(fā)明的實際裝置10的實驗結果以動態(tài)密度梯度分布140c示出。在該分布140c中，觀察到了與芯下方的區(qū)域中所示的變化相比，芯區(qū)域內的密度梯度的變化。在液位、芯20的底部與出口位101之間，歸一化的濃度差從液位處的最低濃度連續(xù)增加至出口位 101。
[0191]因此，分布140b和140c兩者的出口濃度142開始并結束于相等的值。然而，相比之下，圖中顯示密度梯度曲線140c以不同形狀穩(wěn)定，其中大部分濃度增加發(fā)生于芯20的海拔高度內，并且很少變化發(fā)生于芯部以下。因此，芯20下方的儲罐30的區(qū)域可以仍然保持梯度。
[0192]然而，在這些實驗中，觀察到總體差異遠不如芯20內獲得的那樣顯著。這可以視為指示若干事實，包括這樣的事實:芯20為開放通道22通過蒸發(fā)掉蒸汽27而濃縮鹽水23的區(qū)域。在芯的下方沒有發(fā)生顯著的蒸發(fā)，濃度差異大大減小。
[0193]在根據圖4中所示現(xiàn)象查看圖5的圖表134中，可以確定開放通道22內發(fā)生的混合程度，這與儲罐30中其他部位形成對比。另外，如果圖1-3的擴散器68位于芯20的下方，將發(fā)生鹽水對流或鹽水密度浮力對流。
[0194]同樣,例如,進入輸入流35a中的鹽水23輕于儲罐30內的任何鹽水23。因此,不論流35a以何種速度引入儲罐30中，它將立即開始上升通過芯20，或其所引入的儲罐30內的任何其他地方。
[0195]因此，入口鹽水流35a形成的鹽水浮力羽流將朝向液位100上升，與其通過的周圍鹽水23交換動量、質量密度和熱量。動態(tài)密度梯度分布140c因而表明儲罐30內的濃度或密度的實際值既不是理想的靜態(tài)線性密度分布140b，也不是混合非梯度140a。[0196]因此，動態(tài)密度分布140c (梯度140c)在根據本發(fā)明的系統(tǒng)10的控制和穩(wěn)定方面很有用。當然，理想的靜態(tài)線性密度梯度140b也很有用，但難以實現(xiàn)、保持或這兩者都難。然而，就此做的一些實驗證實遠離曲線140a中所示的混合、非梯度條件可以實現(xiàn)、容易保持并提供很有用的結果。
[0197]參見圖6，圖表145示出了總溶解固體(TDS)隨其進料濃度而增加的曲線146。公式148說明了由每條曲線146所表示的歸一化總溶解固體增加。曲線146a表示在使用根據本發(fā)明的裝置10的實驗中，在溶解固體相對最小的進料濃度條件下儲罐30中鹽水23中的總溶解固體的增加。
[0198]相比之下，曲線146e說明了在實驗中，在溶解固體相對最高的輸入濃度的條件下儲罐30的鹽水23中的歸一化總溶解固體含量的增加。如圖5中那樣，高度軸線136仍然從儲罐30中的或儲罐30的出口位101直到高于液位100測量。
[0199]液位100為最大高度，在此處液體鹽水23的總量存在于儲罐30中。因此，僅有容納蒸汽27的充氣室58緊鄰液位100之上存在。因此，溶解固體含量在液位100處具有值150。在根據本發(fā)明的實驗系統(tǒng)10中，最低濃度的溶解固體出現(xiàn)于液位100處。因此，所有沿軸線138測得的值對于溶解固體的最小濃度150歸一化。
[0200]曲線146的形狀反映出濃度增加率隨著朝向出口位101的深度的變化。因此，曲線146b、146c、146d反映了曲線族146內的中間輸入TDS曲線。實驗數(shù)據包含于曲線146a、146e中。然而，通過多個實驗獲得的一致曲率表明儲罐30內的濃度分布和梯度與輸出TDS無關。
[0201]例如，曲線146a對應于50，OOOppm的輸入進料濃度以及100，OOOppm的進料濃度。同樣，曲線146e表示100，OOOppm的儲罐濃度和200，OOOppm輸出鹽水濃度。然而，輸入溶解固體濃度146在接近溶解固體的出口濃度時，似乎對混合的作用較小。
[0202]同樣，入口流35a與出口鹽水流35c之間的濃度差異越大，越表明:儲罐30中更濃縮的鹽水快速抑制進入流35a的濃縮作用的趨勢。因此，當輸入TDS增加時，曲線146從曲線146a朝向曲線146e移動。
[0203]同時，溶解固體的最小和最大輸出濃度均形成曲線146a。因此，歸一化的TDS增加與儲罐30中的出口位101處的總溶解固體的輸出濃度152無關。
[0204]曲線146a對應于四組實驗數(shù)據。兩個實驗涉及在50，OOOppm鹽水輸入到儲罐30中時根據本發(fā)明的裝置中的蒸汽再壓縮。在一對實驗中，輸出鹽水濃度接近或處于200，000ppm，其他為100，OOOppm。同時，曲線146e對應于兩個實驗，其中輸出TDS濃度為200，000ppm。在這些實驗的每一個中輸入進料速率為100，OOOppm，并且輸出分別為180, OOOppm 和 200, OOOppm。
[0205]參見圖7A，圖表154示出了沿軸線156測得的溫度對于沿軸線136測得的高度的分布。在圖表154中，在多個位置處示出了平均儲罐溫度158，包括線158a標識的Tl或第一溫度的值，以及線158b處的第二溫度或T2。此處，曲線160反映了儲罐30的分層濃度分布中的飽和溫度。
[0206]曲線162示出了儲罐30中的混合鹽水23的飽和溫度。這些曲線160與162之間的差異反映了根據圖示182中所示的拉烏爾定律，隨相對于充分混合鹽水的分層鹽水濃度變化的飽和溫度差異。兩者均說明了飽和壓力隨深度和密度的變化。因此，曲線160、162適應儲罐30內不同位置處的深度差異。
[0207]參照圖7A-7E時，將它們放在一起最便于理解。圖7A為圖表154，示出了分層儲罐中飽和溫度之間的飽和溫度差(曲線160)，其不是直線，而是非線性曲線；飽和溫度曲線162描述了充分混合的儲罐30。因此，這兩條曲線160、162分別對應于圖5的動態(tài)密度分布曲線140c和圖5的混合非梯度曲線140a。
[0208]通過參考圖7B所述的拉烏爾定律182，將最好地理解兩條曲線160、162之間的差異。此處，方程說明了鹽水內的飽和溫度變化等于以下兩者的乘積:與組成鹽水的化學組分相對應的離子常數(shù)，和與攝氏度乘以千克除以水的摩爾數(shù)的單位相對應的沸點升高常數(shù)。
[0209]相似地，克勞修斯-克拉佩龍方程184描述了(根據汽化潛熱除以溫度和比容(每單位質量的體積)變化的因變量)壓力隨溫度的變化率。該方程可以多種形式書寫，包括指示壓力變化等于體相流體內的壓力乘以自然對數(shù)次冪的形式。在這個最后實施例中，系數(shù)“m”最多分離為圖7C中的低版本的方程184。
[0210]因此，拉烏爾定律支配由于液體內的雜質所引起的飽和溫度的變化?？藙谛匏?克拉佩龍方程對應于由于蒸汽壓縮造成的壓力隨溫度的變化。
[0211]圖7D示出了道爾 頓定律186，有時稱為道爾頓分壓定律186。此處，任何體積內的壓力等于任何特定蒸氣(通常為理想氣體)所占據的體積的比率乘以該氣體的蒸氣壓。因此，充氣室58中的壓力為存在于其中的所有被蒸發(fā)蒸氣27的分壓的組合。
[0212]參見圖7E，亨利定律188描述了溶解于溶劑中的溶質(溶解氣體)的濃度之間的關系。因此，小寫字母“i”表示的特定物質的濃度為體積中該組分的分壓或蒸氣壓除以亨利定律常數(shù)的函數(shù)。
[0213]因此，亨利定律188描述了根據推測實際吸收了多少不凝性氣體。亨利定律也適用于其他可凝性氣體。
[0214]因此，當考慮圖7A時，儲罐30內的飽和溫度對應于儲罐30內任何位點(深度)處的飽和壓力。然而，根據上述方程，飽和壓力隨溶解于鹽水中的組分、其揮發(fā)性離子以及觀察溫度、壓力等等時的深度而變化。
[0215]仍然參見圖7A，同時繼續(xù)總體上參照圖1-12，Tl和T2平均儲罐溫度158a和158b僅僅用作參考點。曲線160、162的效應適用于儲罐30內的任何特定位置或深度。因此，儲罐溫度158對于在通道22中使液體沸騰成為蒸汽27所需的飽和溫度的局部效應是顯著的。因此，溫度158a、158b的顯著性實際上為其與局部飽和溫度的關系，如曲線160和162所給定的。
[0216]實際上，曲線162為與充分混合儲罐30中的鹽水23的飽和溫度相對應的計算值。因此，與曲線162相對應的鹽水23被充分混合并對應于如圖5所示的分布140a并示出了分布或梯度的缺失。
[0217]在儲罐溫度158a處，飽和溫度162對應于沸騰液位100或沸騰表面點164。保持在混合條件中并且從液位100向下朝向出口位101下降時，飽和溫度162上升至最大的156。該上升是由于沿曲線162的任何特定位置之上的液柱的端頭液位或高度。
[0218]此例中，表面沸騰點164恰好位于表面，因為沒有浸沒于液位100之下，因此根據飽和溫度的定義飽和溫度162出現(xiàn)于沸騰表面164。此例中，飽和溫度曲線162考慮了拉烏爾定律182及其對沸騰溫度162的效應。
[0219]如果儲罐溫度從值158a升高到更高溫度158b，則由液位100強制于同一頂部高度。因此，新沸騰點166對應于在溫度值158b處經鹽水進入充氣室58的表面沸騰。因此，如果溫度分布162或溫度曲線162右移(對應于增加的溫度158b)，則當充氣室58中的飽和壓力也上升至適當飽和壓力時，曲線162會僅通過位點166。
[0220]如果充氣室58中的飽和壓力未上升，則對應于位點166的液位100和對應于位點168的沿軸線136的高度之間的區(qū)域將全部沸騰。換句話講，芯核態(tài)沸騰會發(fā)生在上部芯區(qū)176。
[0221]然而，又如，可以想到儲罐30處于平均溫度158b并且讓壓縮機50將蒸汽27引入充氣室58中。這會導致飽和壓力下降。因此，讓充氣室58處于對應曲線162的飽和壓力，當平均儲罐溫度處于158b時，表面點166與曲線162上的位點168之間的芯區(qū)176通常全部沸騰。
[0222]曲線160表示儲罐30中動態(tài)密度分布或梯度140c中存在的飽和溫度。曲線160在位點170處與儲罐平均溫度158a相交，該條件下儲罐30內的飽和溫度160恰好處于儲罐平均溫度。同樣，位點172對應于飽和溫度曲線160與升高的儲罐平均溫度158b的交點。
[0223]這兩個儲罐溫度158a、158b在整個儲罐30海拔高度中以常數(shù)示出，并且僅以舉例的方式使用。由于具有動態(tài)密度分布140c (參見圖5)，儲罐30內的分層可形成多種溫度分布中的任何一種。還可以在儲罐30的整個高度具有非恒定的溫度。在其他實施例中，可以具有顛倒的梯度，其中最熱的溫度處于儲罐的底部。
[0224]另外，無論何時局部飽和溫度160或162低于局部溫度158a、158b等，該位置的儲罐中的鹽水23都將處于沸騰形態(tài)。
[0225]在圖7A中，假定在以下討論通篇中充氣室58中的壓力始終為相同的恒定值。在圖表154中，可以選擇儲罐30內的溫度158a。
[0226]現(xiàn)在考慮伴隨出現(xiàn)根據本發(fā)明的梯度的飽和溫度曲線160，所述梯度表示圖5的由于儲罐30中的鹽水23分層引起的動態(tài)密度分布140c。該曲線160的交點不在位點164處，而是在軸線156上的溫度下方的某點處與表面100相交。根據上述討論，沸騰現(xiàn)在開始于低至位點170處，在該點處儲罐溫度158a與鹽水梯度140c的飽和壓力160相交。
[0227]考慮到該條件存在于位點170處，高于位點170的全部區(qū)域174處于完全沸騰條件，無需引入附加能量。在圖表154所表示的配置中，將充分混合的飽和溫度162設置為在表面100處沸騰。相比之下，在相同的儲罐溫度158a處，分層鹽水在高于位點170的整個區(qū)域中沸騰。因此，與充分混合的系統(tǒng)中實現(xiàn)的相比，更多的芯參與高熱傳遞核態(tài)沸騰。
[0228]當然，如果升高溫度以使更多的芯20參與沸騰(如對應于將儲罐溫度升高至值158b)，則位點166為儲罐中所需的溫度值158b。
[0229]然而，在對應于曲線160的分層條件中，位點172反映了這樣的位點，在該位點之上在儲罐30的整個芯20中會發(fā)生完全核態(tài)沸騰。因此，區(qū)域180代表附加有益效果，或者芯20的附加區(qū)域，其中完全核態(tài)沸騰普遍處于如區(qū)域178給定的芯20中。[0230]正如位點170之上的區(qū)域174代表當儲罐平均溫度對應于值158a時處于完全核態(tài)沸騰的芯20的部分，該增加的有益效果得以在沿曲線160的所有位點持續(xù)。不論區(qū)域176的深度如何，在對應于飽和溫度曲線162的充分混合儲罐中，分層飽和溫度曲線160始終提供區(qū)域174、180或兩條曲線160、162之間其他對應差異代表的改善性能。
[0231]該有益效果可以若干可供選擇的方式中的一種實現(xiàn)，例如在降低的溫度下運行系統(tǒng)10獲得相同性能的能力?；蛘?，可降低壓縮機50所做的功，因為對液位100之上的充氣室58中的飽和壓力的需求降低。
[0232]參見圖8,實驗系統(tǒng)10配置有帶電動發(fā)電機系統(tǒng)的殼體12。最后,還包括依賴于線路功率的輔助加熱器。設置儲罐30，使其中放置的芯20連接到上方的蒸汽歧管19a和下方的液體冷凝物歧管1%。芯20包括與儲罐30的周圍區(qū)域保持液體相通的開放通道26，而封閉通道24被密封而隔離儲罐鹽水23。
[0233]芯20之上的充氣室58累積從芯20的開放通道22沸騰的蒸汽。除霧器54 (未在圖8中示出)設置在充氣室58內。同時，安裝了熱交換器15，但不在圖3-7E報告的實驗中使用。導管18將蒸汽從充氣室58引導至壓縮機50，進而在增大的壓力下使這些蒸汽通入蒸汽充氣室19a或歧管19a中。
[0234]歧管19a將蒸汽27分配到隔板102的封閉通道24中進行冷凝。冷凝物25以冷凝物形式通過底部歧管1%離開封閉通道24。最后，在容納于貯存器43后，最終將來自封閉通道24的懼出物或冷凝物25傳遞到懼出物儲罐中。
[0235]在芯20上設置了充氣室58并容納除霧器54。在通過除霧器之后，使充氣室58中的蒸汽27通過熱交換器15，該熱交換器在圖4-7E中報告的實驗過程中未工作。相反，蒸汽27傳遞進導管18送往壓縮機50。壓縮機50增大了蒸汽的壓力和溫度，使在該增大的飽和溫度和壓力下的蒸汽返回到芯20頂部的歧管19a中。
[0236]歧管19a將蒸汽通入隔板102的封閉通道24中，在該處通過將汽化潛熱釋放到儲罐30的開放通道22中的周圍鹽水23中，而將蒸汽冷凝。
[0237]冷凝物25然后被從封閉通道24送入芯20底部的歧管19b，最后通過貯存器43排放到熱回收系統(tǒng)47 (如圖1所示)再到餾出物儲罐42 (其未在圖8中示出)。
[0238]同時，系統(tǒng)在芯20的中心布局附近裝有傳感器72。加熱器沿儲罐30的壁31設置。驅動壓縮機50的電機17由控制系統(tǒng)控制，所述控制系統(tǒng)可改變流入電機17的電流，從而改變壓縮機50的速度、通過量和體積流量。
[0239]傳感器72被放置在芯20中心的開放通道22中。同樣，傳感器72如圖中所示沿壁放置，在圖1中示意性地分布。傳感器72被配置成可檢測芯中及壁31附近的儲罐20的鹽水23內的溫度和濃度。其他溫度和壓力在充氣室58、壓縮機50上游側和下游側上的導管18等中檢測。在建立圖6的數(shù)據的過程中，在圖8的裝置10上進行了多種實驗。
[0240]參見圖9，質量平衡反映了引入儲罐20中的流量35a的輸入和離開鹽水熱交換器36的輸出流35c，以及大量的餾出物25或冷凝物25通過餾出物熱交換器44到達餾出物儲罐42。
[0241]得到圖5和6的圖表134、145的實驗分別對應于在實驗條件194a和194b、位置194c和194d的條件以及194e、194f的條件下獲得的數(shù)據。條件194a、194b對應于50，OOOppm的輸入進料。輸出對應于離開儲罐30的總溶解固體中100，OOOppm的鹽水濃度。[0242]同時，條件194c和194d對應于50，OOOppm的輸入鹽水濃度和200，OOOppm的輸出濃度。同樣，條件194e和194f對應于100，OOOppm的輸入濃度以及分別為180，OOOppm和200，OOOppm的輸出濃度。
[0243]圖9的表190的數(shù)據條件對應于每天100桶(168升)的餾出物25的恒定輸出。盡管如此，條件194e和194f的輸出鹽水濃度不僅設為200，000，實驗的條件194e被設為180，OOOppm的輸出鹽水濃度。
[0244]參見圖10，在圖8的系統(tǒng)10中實施與圖9的條件194相對應的實驗。圖10的圖表根據其上所示的公式148通過六個實驗194或六組實驗條件194，繪制了總溶解固體的歸
一化增加。 [0245]溶解固體的歸一化濃度在TDS軸線138上示出，并且對從儲罐30中的出口位101直到液位100的高度繪制。液線100或液位100之上的區(qū)域對應于正好位于芯20的上方的位置，芯20完全浸入鹽水23中。
[0246]對于所有流，鹽水23頂部或液位100處的總溶解固體值150被歸一化，或用作歸一化值。因此，總溶解固體的歸一化增加表示成超過液位100處濃度值的比率。
[0247]如可從圖10的圖表中看出，曲線195、196、197反映了對所獲得數(shù)據的擬合。曲線195對應于對實驗194a和實驗194b的數(shù)據的擬合。曲線196為對于根據條件194c和194d的實驗的擬合。同樣，曲線197為對與條件194e和194f相對應的數(shù)據的擬合。
[0248]曲線195、196、197對應于圖6的曲線186。同時，F(xiàn)135a和F235a以其沿高度軸線136的相對高度示出?？梢宰⒁獾剑}水浮力羽流效應能顯著改變儲罐30中的梯度內的總溶解固體。還可從與圖10中的實驗194相對應的原始數(shù)據圖表獲得附加信息。
[0249]例如，在進料流35a引入實驗儲罐30的位置處，沒有可用的擴散器68。因此，流35作為若干管線引入，每個管線從進料儲罐32注入輸入進料鹽水35a的水平射流。水平方向的動量和垂直方向的浮力都影響了進入儲罐30的鹽水23的輸入流35a的整合。
[0250]此外，實驗條件194c和194d旨在對應于200，OOOppm的輸出鹽水濃度。相比之下，條件194a、194b旨在對應于100，OOOppm的輸出鹽水濃度。輸入流35a中的鹽水濃度的效應是顯著的。當儲罐30中的鹽水濃度為進入鹽水流35a的濃度的四倍時，儲罐鹽水23非常迅速地調整進入流35a的濃度。在進料35a的位置之上，曲線195、196、197與原始數(shù)據的匹配度非常接近。
[0251]然而，在進入流35a附近，從濃度下降到曲線195、196、197之下可以看出混合的破壞性效應。這表明系統(tǒng)10非常穩(wěn)固。例如，曲線195、196、197高度依賴于進入流35a的進入濃度，并且表現(xiàn)出幾乎不依賴于輸出濃度。
[0252]因此，可依靠為曲線146 (參見圖6)所詳細說明的動態(tài)密度分布140c (參見圖5)來為系統(tǒng)10提供穩(wěn)定、可預測的輸出條件?？烧{整壓縮機50中的熱輸入和功以適應進入進料流35a，從而達到輸出期望。值得注意的是，輸出結果沒有實質問題。
[0253]圖10的數(shù)據還證實了在面對進入鹽水濃度有很大差異時儲罐30中的梯度的穩(wěn)固性能和彈性。這在實際生產設施中尤其明顯，其中進入鹽水流35a可隨裂隙水、生產鹽水等而變化。這些數(shù)據表明系統(tǒng)10的輸出和控制不必受此類隨意輸入的制約。
[0254]參見圖11，圖表198示出了在軸線136上所示的各個深度處，對沿溫度軸線150的溫度的效應。未將溫度歸一化為與其他圖一樣的無量綱形式。此處，飽和溫度曲線160、162對應于圖7A的那些。這些值反映了從對應于圖9-10的實驗194得出的實際數(shù)據。圖中，位點199表示儲罐30的表面100或液位100處的飽和溫度。位點199處的條件造成了充分混合儲罐的液位100處的飽和溫度。這對應于曲線162的條件。
[0255]相似地，位點200表示液位100之上的充氣室58中的壓力處的飽和溫度。沿曲線162的液位100處的飽和條件同樣如此，對于圖9-10的動態(tài)梯度配置，位點200對應于充氣室58中壓力下存在的飽和溫度的曲線160。
[0256]圖11的經驗數(shù)據證實了相對于圖7A討論的操作特性。例如，區(qū)域176對應于相對于圖7A對區(qū)域176的描述。區(qū)域178同樣如此。相似地，圖7A的區(qū)域180為區(qū)域176與區(qū)域178的深度之間的差值。
[0257]這體現(xiàn)了熱傳遞區(qū)域中的優(yōu)勢所在，及芯中核態(tài)沸騰的區(qū)域中大大增加的熱傳遞系數(shù)。芯20以虛線示 出，所述虛線圍繞反映實驗194過程中儲罐30中的芯20的實際深度和位置的區(qū)域。
[0258]參見圖12，同時繼續(xù)總體上參照圖1-12，用于控制根據本發(fā)明的裝置10的過程202可以有若干控制層次。例如，零層次203表示通過跟蹤和調整儲罐30中和餾出物貯存器48中液位的連續(xù)過程來平衡質量。通過常規(guī)測量和控制技術，這些可及時地直接進行觀察和調整。
[0259]同時，示出了第一層次控制204以及第二層次控制205和第三層次控制206。第一層次控制204涉及對壓縮機50所做的功的控制。在所示過程202中，第一層次在系統(tǒng)10中操作的過程202的操作中以干預204示出。
[0260]主要控制機理是降低211或以其它方式改變211壓縮機50在從充氣室58移除蒸汽27時所做的功。通常，降低211操作對應于控制干預204，該控制干預隨著含有餾出物的貯存器43的液位的非期望上升而引發(fā)。對壓縮機50所做的功的改變211引起系統(tǒng)10中的響應212。例如，降低211壓縮機50所做的功引起充氣室58中壓力上升。同樣，在壓縮機中和充氣室58之外將出現(xiàn)減小的質量流率。這有點違背常理。
[0261]例如，減小211或降低211壓縮機所做的功使充氣室58中的壓力增大，造成芯沸騰減少，并且餾出物溫度和飽和壓力減小。這些系統(tǒng)響應212導致系統(tǒng)10的操作點的重新調整。具體地講，這改變了充氣室58中的壓力，從而迫使鹽水23中的飽和壓力和飽和溫度的重新調整。
[0262]實際情況是，圖12所示的過程202是控制系統(tǒng)10的一個例子。因此，用于控制裝置10或系統(tǒng)10的操作的最具響應性的要素是第一層次控制204。
[0263]第二層次控制205、或第二層次控制方案中的干預205，涉及調節(jié)213輔助加熱器70提供的輔助熱量。此例中，調節(jié)213體現(xiàn)于降低由輔助加熱器70輸出的輔助熱量。這可以通過控制加熱器70或輔助熱源46來完成。
[0264]通過降低213輔助熱量，干預205在更快速且更具響應性211的干預204之后進行。然而，在第二層次控制的干預205中，輔助熱量的降低213導致系統(tǒng)慢得多的響應。這包括降低儲罐中的溫度，降低餾出物25的質量流率，以及減少芯沸騰。
[0265]在圖11中，溫度158a左移。然而，通常將隨系統(tǒng)響應212而發(fā)生從曲線162偏離。通過降低213輔助熱量，溫度線158a左移，這與儲罐30的凈冷卻相對應。線158a左移的結果是區(qū)域176減小以及區(qū)域176、178之間的區(qū)域180增加。[0266]或許，移動溫度或降低213熱量連同其對應的溫度158a降低的最明顯效應是通過移動溫度線158a與曲線160相交的交點172的位置減小了區(qū)域178。因此，更少的芯20參與沸騰。因此，根據圖12，降低質量流率和降低芯沸騰將隨系統(tǒng)響應214而發(fā)生。
[0267]如參考圖2B所述的第三層次控制處的干預206可涉及計算機處理器的處理215以便提供對其他控制層次的預測修正。因此，控制器84可從任何一種或全部傳感器72接受信號。該控制器可提供指示，命令216對系統(tǒng)中的功、熱量或任選的質量流率進行修改。
[0268]命令216改變這些控制自變量可導致因變量變化。因此，將數(shù)據饋送217回或提供217壓力、溫度、質量流率、濃度等值的反饋將反映出由功和熱量等自變量在進行控制的因變量。
[0269]在根據本發(fā)明的裝置的某些實施例和根據其的方法202中，在第三層次控制的干預206可涉及數(shù)值方法，通過實施所述方法來預測并穩(wěn)步推進命令216至設定點，所述設定點經預計、計劃、預測或以其它方式計算以固定系統(tǒng)10內任何特定位點處的壓力、溫度、質量流率和濃度的因變量的適當值。
[0270]干預206之后，系統(tǒng)(具體而言是控制器84)可對系統(tǒng)10是否穩(wěn)定作出判定207。如果系統(tǒng)10穩(wěn)定，則第三層次控制的繼續(xù)干預206可涉及以預測方式修正任何必要的自變量。然而，如果判定207為系統(tǒng)10不表現(xiàn)為完全穩(wěn)定，則過程202可進行到檢測209對此負有責任的事件208。
[0271]例如，如果系統(tǒng)10顯得不穩(wěn)定，將發(fā)生某些事件208，其可能是大氣壓、進入流35a的濃度變化等效應。偏離干預206的預測修正控制的系統(tǒng)10的任何漂移，通常將是改變系統(tǒng)10的條件的事件208的結果 。
[0272]因此，對結果的檢測209通常將會涉及來自壓力、溫度、質量流率、濃度、其組合或其間的關系的傳感器的反饋217。例如，系統(tǒng)可能遭遇大氣壓下降。同樣，系統(tǒng)10可檢測到餾出物質量流率增大。此例中，傳感器72將檢測到這些變化并作為反映事件208結果的數(shù)據輸入報告回控制器84。
[0273]在檢測209這些結果之后，適當?shù)牟僮魇峭ㄟ^控制器84來啟動210控制。出于說明目的，零層次控制203被排除在過程202的控制回路之外。零層次控制涉及對那些容易觀察、控制且立即被影響的參數(shù)的控制。通過調整流過泵76b的流速來增加液體將導致進入儲罐30中的流35a增加。同樣，通過使泵76d的控制受制于體積流量、速度、電流或泵76b的其他控制機制，泵76d的速度可增加。
[0274]相比之下，準確地測定應將多少熱量加到輔助加熱器70不必是直觀的方法，也一定不是可直接觀察的或手動或通過簡單的反饋傳感器可控制的。對芯20或儲罐30中的溫度響應的時間相對較長(例如4.6小時)，并且壓縮機50的響應性相當快(數(shù)秒)以致充氣室58中的傳感器72d上的測量值不一定能提供第一層次的干預204或第二層次的干預205的明顯方向。
[0275]零層次控制還可通過第三層次的干預206進行修正?？蓪p耗、誤算、校準等等作出輕微調整。然而，實際情況是，零層次控制不需要包括在過程202的控制回路中。
[0276]考慮第三層次控制的干預206的一種方法可以說是基于系統(tǒng)需要移至哪里的算法預測，預測應調整什么控制參數(shù)和它們應在什么方向調整。因此，預測修正控制干預206不是簡單地跟蹤因變量并調整單個自變量，而是非常復雜的函數(shù)，反映了系統(tǒng)10內和其多種組件中的熱量與質量傳輸之間的復雜相互關系。
[0277]考慮控制過程202的另一種方式是根據熱力學第一定律用零層次的控制203保持質量平衡。系統(tǒng)內的質量必為流入質量減去流出質量。
[0278]同樣，第一層次控制處的干預204表現(xiàn)為能量平衡。也就是說，將正在被輸入的功修改211為系統(tǒng)10運行中的主要能量源。也就是說，來自輔助加熱器70的熱量并不操作系統(tǒng)10。系統(tǒng)10由壓縮機50的功率或功操作，并補足其熱力學循環(huán)所需的損耗能量。
[0279]第二層次控制處的干預205實際上不是系統(tǒng)10的原理控制。相反，通過調節(jié)213輔助熱量進行的干預205是用于根據外部效應調整系統(tǒng)10的操作參數(shù)的機制。
[0280]例如，如果風暴前沿席卷而來，則大氣壓將下降。由于儲罐30未被密封成壓力容器，充氣室58中的壓力可能跟隨環(huán)境或大氣壓力。充氣室58中的壓降很可能會大于充氣室58大氣之上控制的溫差的效應。
[0281]因此，在第二層次的干預205涉及調整儲罐鹽水23的溫度以便使系統(tǒng)10的整體運行適應改變的外部條件。在第二層次的干預205可以重新設置系統(tǒng)以適應在其環(huán)境內新的穩(wěn)態(tài)運行。環(huán)境不受系統(tǒng)控制。相反，系統(tǒng)10必須適應于其環(huán)境并通過干預205來適應。因此，就由于第一層次處的干預204而引發(fā)的干預而言，干預205是預期的。然而，其可能仍然涉及重新調整系統(tǒng)10的參數(shù)，使得系統(tǒng)10可及時到達新的和將來的平衡和穩(wěn)態(tài)條件。
[0282]因此，在第三層次控制的干預206幾乎完全可預測。考慮所有較低層次的控制并對操作特性建模以便確定非顯而易見的設定點(自變量必須被設定的設定點)。因變量從而以最有效和及時的方式到達其穩(wěn)態(tài)和適當條件。
[0283]因此，各個層次(包括零層次的干預203、第一層次的干預204、第二層次的干預205和第三層次的干預206)分離出控制器84的控`制?？刂茝目蓽y量參數(shù)的直接值更進一步并且離開對當前條件的直接響應。
[0284]考慮該控制過程202的另一種方式是讓零層次直接有效地獨立于對質量平衡的閉環(huán)控制，直接控制該值。第一層次的干預204通過功的變化直接對自變量施加控制并間接對因變量施加控制。
[0285]同時，第二層次的干預205涉及處理影響變化率和變化方向而不是影響自身觀察到的變量的參數(shù)。最后，第三層次的干預206涉及預測受到控制的參數(shù)的變化率的變化率。
[0286]本發(fā)明在不脫離其基本的功能或基本特征的情況下可以以其他具體形式來體現(xiàn)。所描述的實施例在其所有方面應被認為僅是說明性的，而不是限制性的。示意性實施例的等同物的含義和范圍內的所有改變在其范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于改善蒸汽再壓縮過程的方法，所述方法包括: 選擇一種過程，所述過程包括可組合為子單元來實施所述過程的多個操作； 測定溶解于所述蒸汽源中的材料的濃度分布； 通過評估具有一組操作參數(shù)的所述多個操作中的至少一個操作來確定對所述濃度分布的影響； 基于所述評估，從所述多個操作中選擇目標操作； 選擇用于控制所述目標操作的控制參數(shù)；以及 通過修改所述控制參數(shù)操縱所述濃度分布，其中所述控制參數(shù)選自質量流量、機械功、熱能、熱慣性、其變化率以及它們的組合。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述評估包括依次評估在所述過程中移動液體的泵、壓縮來自所述源的所述蒸汽的壓縮機以及對所述源加熱的加熱器。
3.根據權利要求1所述的方法，其中: 所述評估包括依次評估在所述過程中移動液體的泵、壓縮來自所述源的所述蒸汽的壓縮機、對所述源加熱的加熱器以及所述源的所述響應時間。
4.根據權利要求1所述的方法,其中所述評估包括依次循序評估: 首先，用于在所述過程中移動液體的泵； 其次，用于壓縮來自所述源的所述蒸汽的壓縮機；以及 第三，用于對所述源加熱的加熱器。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述評估包括依次循序評估: 首先，在所述過程中移動液體的泵； 其次，壓縮來自所述源的所述蒸汽的壓縮機；以及 第三，對所述源加熱的加熱器。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述依次循序評估還包括第四步:評估所述移動、所述壓縮和所述增加中的至少一者的變化率。
7.根據權利要求1所述的方法，還包括分析所述進料的其中至少一種組分、所述組分的時間變化、供應源和遞送機制。
8.根據權利要求1所述的方法，還包括修改與泵、壓縮機、加熱器及它們的組合中的至少一者相對應的控制。
9.根據權利要求1所述的方法，還包括設置傳感器，以檢測與所述過程內的一種操作對應的溫度、壓力、流量、功率和濃度中的至少一者。
10.根據權利要求1所述的方法，還包括測定選自壓力、溫度、風、濕度及它們的組合的環(huán)境條件。
11.根據權利要求1所述的方法，其中所述評估還包括測定基本上所有進入所述過程的能量輸入和來自所述過程的能量輸出。
12.根據權利要求11所述的方法，還包括平衡基本上所有進入所述過程的能量輸入和來自所述過程的能量輸出。
13.根據權利要求1所述的方法，還包括增加能量回收操作，所述能量回收操作提供相對于至少一個所述操作的能量傳遞。
14.一種用于改善蒸汽再壓縮過程的方法，所述方法包括:選擇一種過程，所述過程包括用于實施所述過程的多個操作； 測定所述蒸汽源中的組分的濃度分布； 通過評估具有一組操作參數(shù)的所述多個操作中的至少一個操作來確定對所述濃度分布的影響； 基于所述評估，從所述多個操作中選擇目標操作； 選擇用于控制所述目標操作的控制參數(shù)；以及 通過修改所述控制參數(shù)操縱所述濃度分布，其中所述控制參數(shù)表征與質量流量、機械功、熱能、熱慣性以及它們的組合中的至少一者相對應的值、所述值的變化率或所述值的變化率的變化率。
15.根據權利要求14所述的方法，其中: 所述評估還包括依次評估在所述過程中移動液體的泵、壓縮來自所述源的所述蒸汽的壓縮機、對所述源加熱的加熱器以及所述源的響應時間。
16.根據權利要求14所述的方法，其中所述評估依次包括評估在所述過程中移動液體的泵、壓縮來自所述源的所述蒸汽的壓縮機以及對所述源加熱的加熱器。
17.根據權利要求14所述的方法，其中所述評估包括依次循序評估: 首先，用于在所述過程中移動液體的泵； 其次，用于壓縮來自所述源的所述蒸汽的壓縮機；以及 第三，用于對所述源加熱的加熱器。
18.根據權利要求17所述的方法，其中所述依次循序評估還包括第四步:評估所述移動、所述壓縮和所述增加中的至少一者的變化率。
19.根據權利要求18所述的方法，還包括分析所述進料的至少一種所述組分、所述組分的時間變化、供應源和遞送機制。
20.根據權利要求19所述的方法，還包括修改與泵、壓縮機、加熱器及它們的組合中的至少一者相對應的控制。
21.根據權利要求20所述的方法，還包括設置傳感器，以檢測與所述過程內的一種操作對應的溫度、壓力、流量、功率和濃度中的至少一者。
22.根據權利要求21所述的方法，還包括測定選自壓力、溫度、風、濕度及它們的組合的環(huán)境條件。
23.根據權利要求22所述的方法，其中所述評估還包括測定基本上所有進入所述過程的能量輸入和來自所述過程的能量輸出。
24.根據權利要求23所述的方法，還包括平衡基本上所有進入所述過程的能量輸入和來自所述過程的能量輸出。
25.根據權利要求24所述的方法，還包括增加能量回收操作，所述能量回收操作提供相對于至少一個所述操作的能量傳遞。
【文檔編號】B01D1/22GK103748042SQ201280018672
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年2月14日 優(yōu)先權日:2011年2月15日
【發(fā)明者】尼爾·W·理查森, J·克萊爾·巴蒂, 大衛(wèi)·A·貝爾, 克里斯托夫·M·米勒 申請人:普爾斯蒂姆服務有限公司