DISPOSITIVO DE REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN QUE UTILIZA COMO FLUIDO DE TRABAJO UNA MEZCLA AMONÍACO/ AGUA/ HIDRÓXIDO Y MEMBRANAS PARA LA SEPARACIÓN DEL HIDRÓXIDO.

Dispositivo de refrigeración por absorción destinado a utilizar como fluido de absorción una mezcla amoníaco/agua/hidróxido,

que comprende un circuito con sucesivamente: un evaporador; un absorbedor; un generador; un intercambiador de solución y un condensador (4) al que sigue el evaporador; y que comprende además un sistema de filtración formado por una membrana de nanofiltración dispuesto entre el intercambiador de solución y el absorbedor destinado a filtrar el hidróxido; estando la salida de permeado del filtro (8) conectada al absorbedor; estando la salida de rechazo del filtro (7) conectada a la corriente de solución proveniente del absorbedor (2), en el que el filtro es una membrana de nanofiltración.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201330460.

Solicitante: UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: CORONAS SALCEDO,ALBERTO, BRUNO ARGILAGUET,Juan Carlos.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01D71/56 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B;   aparato de vórtice   B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › B01D 71/00 Membranas semipermeables destinadas a los procedimientos o a los aparatos de separación, caracterizadas por sus materiales; Procedimientos especialmente adaptados para su fabricación. › Poliamidas, p. ej. poliesteramidas.
  • F25B15/04 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES.F25B MAQUINAS, INSTALACIONES O SISTEMAS FRIGORIFICOS; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR (sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor, p. ej. refrigerantes, o sustancias para la producción de calor o frío por reacciones químicas distintas a la combustión C09K 5/00; bombas, compresores F04; utilización de bombas de calor para la calefacción de locales domésticos o de otros locales o para la alimentación de agua caliente de uso doméstico F24D; acondicionamiento del aire, humidificación del aire F24F; calentadores de fluidos que utilizan bombas de calor F24H). › F25B 15/00 Máquinas, instalaciones o sistemas por sorción, de marcha continua, p. ej. de absorción. › siendo el refrigerante amoniaco procedente de una solución acuosa.
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DISPOSITIVO DE REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN QUE UTILIZA COMO FLUIDO DE TRABAJO UNA MEZCLA AMONÍACO/ AGUA/ HIDRÓXIDO Y MEMBRANAS PARA LA SEPARACIÓN DEL HIDRÓXIDO.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo de refrigeración por absorción que utiliza como fluido de trabajo una mezcla amoníaco/ agua/ hidróxido y membranas para la separación del hidróxido.

La presente invención se refiere a dispositivos de refrigeración por absorción destinados a utilizar como fluido de trabajo una mezcla amoníaco/ agua/ hidróxido que permite principalmente reducir la temperatura de activación del ciclo y el número de etapas para purificación del amoniaco en la corriente de refrigerante. La presencia del hidróxido en el absorbedor se reduce mediante una membrana que aprovecha la propia diferencia de presión existente dentro del ciclo de refrigeración.

Antecedentes de la invención

Aunque no se explotan comercialmente son conocidos los dispositivos de refrigeración por absorción que utilizan como fluido de trabajo una mezcla de amoníaco/ agua/ hidróxido en los cuales los iones OH- se utilizan en el generador para facilitar la separación del amoniaco de la solución de amoniaco/agua.

Se encontró que la adición de otras sustancias, tales como el hidróxido de sodio puede mejorar el rendimiento del ciclo de absorción. La adición de NaOH a la mezcla de NH3 + H2O provoca un cambio en el equilibrio de la solución hacia la forma de gas amoniaco a través del efecto de ión común, lo que favorece una separación más efectiva del amoníaco en el generador del equipo de refrigeración con un requerimiento de energía de activación inferior. Las principales consecuencias de la adición de NaOH al fluido de trabajo es la reducción de la temperatura de activación y el incremento de la eficiencia del ciclo.

Por otra parte, la presencia de NaOH en el absorbedor produce un efecto negativo, ya que reduce la capacidad de absorción del amoniaco. Por lo tanto, es necesario incorporar algún tipo de sistema de separación entre el generador y el absorbedor, para que el hidróxido de sodio permanezca en su mayor parte en el generador, cuando el ciclo de refrigeración trabaja con mezclas NH3 + H2O + NaOH.

Los iones Na+ y OH- son de tamaño muy reducido, por lo que se ha propuesto emplear filtros por osmosis.

Los filtros por osmosis permiten la separación del 95% de los iones, de modo que únicamente el 5% los atraviesa.

Estos filtros por osmosis trabajan a alta presión, lo cual precisa de bombas de alta presión. Estas implican un coste energético que hace el conjunto inviable.

Descripción de la invención

Para resolver el citado inconveniente, la presente invención propone un dispositivo de refrigeración por absorción destinado a utilizar como fluido de absorción una mezcla amoníaco/ agua/ hidróxido, que comprende un circuito con sucesivamente:

- Un evaporador;

- Un absorbedor;

- Un generador;

- Y un condensador al que sigue el evaporador;

Que comprende además:

- Un intercambiador de calor de solución dispuesto entre el absorbedor y el generador;

- Una derivación de la corriente de solución proveniente del generador;

- Estando provista esta derivación de un filtro destinado a eliminar el hidróxido;

- Estando la salida del filtro permeado conectada al absorbedor;

- Estando la salida de rechazo del filtro conectada a un mezclador con la salida de solución del absorbedor;

que se caracteriza por el hecho de que el filtro es una membrana de nanofiltración.

Los inventores han demostrado que a pesar de la relativamente baja eficiencia de la separación con nanofiltración, alrededor de un 50%, esta baja eficiencia se ve compensada por la posibilidad de prescindir de bombas de elevada presión. La capacidad de filtrado, aunque reducida, es suficiente para que el ciclo funcione.

Por lo tanto, la presente supera un prejuicio, puesto que siempre se ha considerado que los nanofiltros tenían una porosidad demasiado elevada para su utilización en la filtración de átomos monovalentes.

Preferentemente, el filtro con membranas de nanofiltración tiene una porosidad en el intervalo que va de 0.5 a 2 nm.

Ventajosamente, el nanofiltro es un filtro compuesto de capa delgada de poliamida aunque preferiblemente se emplearan otros materiales más resistentes a ambientes con elevado ph.

Más preferentemente, el filtro es una membrana de nanofiltración capaz de trabajar con una presión transmembranal no superior a unos 15 bar.

Breve descripción de las figuras

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompaña un dibujo en el que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.

La figura 1 es un dibujo muy esquemático que muestra los principales componentes del dispositivo de la invención. En esta figura no se ha incluido el sistema de rectificación o purificación situado en la corriente de refrigerante (corriente 9) ya que no es distinto al necesario en una instalación convencional, simplemente sería de menor tamaño gracias al efecto beneficioso del hidróxido.

Descripción de una realización preferida

Tal como puede apreciarse en la única figura, la invención se refiere a un dispositivo de refrigeración por absorción destinado a utilizar como fluido de absorción una mezcla amoníaco/ agua/ hidróxido, que comprende un circuito con sucesivamente:

- Un evaporador;

- Un absorbedor;

- Un intercambiador de calor de solución (IC);

- Un generador;

- Y un condensador al que sigue el evaporador;

Que comprende además:

- Un filtro con membranas de nanofiltración;

- Estando la salida de permeado (8) conectada al absorbedor;

Estando la salida de rechazo del filtro (7) conectada a la corriente de salida de la bomba de solución (2) para después entrar en el intercambiador de solución (3);

En el que el filtro es una membrana, preferentemente una membrana de nanofiltración que tiene una porosidad en el intervalo 0.2 - 1 nm, más preferentemente un filtro compuesto de

capa delgada de poliamida u otras sustancias más resistentes a ambientes con elevado ph y temperaturas altas.

La idoneidad de los nanofiltros en ciclos que emplean una mezcla ternaria amoníaco/ agua/ 5 hidróxido se ha demostrado con un filtro de membrana NF90 a presión y a temperatura próxima al ambiente , tal como se verá a continuación.

Evaluación de la eficiencia de las membranas con respecto a la concentración de NaOH e influencia de las condiciones experimentales

Puesto que a día de hoy no se conoce el comportamiento de los sistemas con membranas para la separación del NaOH, se han realizado experimentos utilizando como solución de alimentación una solución acuosa de NaOH. Se llevaron a cabo cuatro experimentos con membranas de osmosis inversa BW30, SW30XLE y con una membrana de nanofiltración 15 NF90.

En la tabla, se presentan los resultados correspondientes al flujo de permeado y del coeficiente de rechazo en cada experimento. Los valores de flujo de permeado son la media de los valores de flujo de permeados medidos de cada experimento cuando la membrana 20 alcanza el estado estacionario.

Los valores de rechazo se calcularon mediante el análisis de la muestra recuperada al final de dos horas de filtración. Para ambos parámetros la incertidumbre corresponde a la desviación estándar calculada a partir de las dos repeticiones hechas para cada 25 experimento. Suponiendo una distribución normal de los resultados experimentales se consideró el valor k = 2.

Tabla. Flujo de permeado y de rechazo en el experimento.

Factores

Respuesta

Exp.

Solución empleada (% NaOH)

Presión

(bar)

Flujo ± 3 (kg/m2h)

Rechazo ± 5 (%)

BW30

SW30XLE

NF90

BW30

SW30XLE

NF90

Como se puede esperar teniendo en cuenta el tipo de membranas utilizadas, los resultados 5 de flujo de permeado muestran que cuando la presión de trabajo aumenta el flujo de permeado aumenta, para todas las membranas, y los mejores resultados corresponden a la membrana...

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de refrigeración por absorción destinado a utilizar como fluido de absorción 5 una mezcla amoníaco/ agua/ hidróxido, que comprende un circuito con sucesivamente:

- Un evaporador;

- Un absorbedor;

- Un intercambiador de calor de solución (IC);

- Un generador;

- Y un condensador al que sigue el evaporador;

Que comprende además:

Un filtro con membranas de nanofiltración;

- Estando la salida de permeado (8) conectada al absorbedor;

- Estando la salida de rechazo del filtro (7) conectada a la corriente de salida de la

bomba de solución (2) para después entrar en el intercambiador de solución (3);

Caracterizado por el hecho de que el filtro es una membrana de filtración.

2. Dispositivo según la reivindicación, en el que el nanofiltro tiene una porosidad en el intervalo 0.2-2 nm.

3. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el nanofiltro es un filtro compuesto de capa delgada de poliamida u otro material resistente a ambientes con alto ph y alta temperatura.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, en el que el filtro puede ser una membrana de

nanofiltración NF90 u otra membrana constituida por un material resistente a ambientes con alto ph y alta temperatura.


 

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