FREEZE CONCENTRATION SYSTEM

• Main Authors: JABADE, SIDDHARTH, K, RANE, MILIND, V
• Format: Patent
• Language: English; French
• Published: 03.06.2004
• Edition: 7
• Subjects: BLASTING; CHEMISTRY; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; HEATING; LIGHTING; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; MECHANICAL ENGINEERING; METALLURGY; PERFORMING OPERATIONS; PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL; PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE; REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; REFRIGERATION OR COOLING; SEPARATION; TRANSPORTING; TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE; WEAPONS

The present invention relates to an energy efficient and inexpensive Freeze Concentration System (FCS) to selectively freeze solvent from a solution using Heat Pump (HP) with heat transfer surfaces to extract and deliver heat to freeze the solvent and melt the frozen solvent using the heat from the HP. This process involves refrigeration of the solution, crystallization of water and separation of the formed ice. One or more sets of the heat extracting and/or heat delivery surfaces are intermittently operated as either freezing or melting surfaces to concentrate solution in a batch process or batch wise continuous process. Conventional Niro process uses Scraped Surface Heat exchanger (SSHE). Its size is limited by the mechanism implemented for ice scraping, SSHE is expensive. This System does not scale well to large volumes because of SSHE. In recirculation, concentrate is mixed with the fresh feed. The system has to operate at much lower evaporator temperature to refrigerate concentrate continuously rather than fresh feed, which increases energy cost. Since condenser of the refrigeration system is air cooled, Coefficient of Performance (COP) is low. In novel FCS freezing and melting of frozen solvent is carried out while it is in contact with the heat exchange surface simultaneously or in sequence with a switching mechanism involving only two components in solution viz. freezer and melter thereby obviating the need for a scraped surface heat exchanger, recrystallizer and wash column. The compressed refrigerant vapor is condensed by means of delivering heat to frozen solvent at as low condensing temperature as possible instead of rejecting heat to ambient sink which makes system energy efficient. The compressor of the Heat pump may be directly driven by an engine, turbine or motor depending on the application. L'invention concerne un système de cryoconcentration économe en énergie et peu onéreux, servant à congeler un solvant de manière sélective à partir d'une solution, au moyen d'une pompe à chaleur, ledit système comportant des surfaces d'échange de chaleur qui servent à extraire et à fournir de la chaleur pour permettre de congeler le solvant et de faire fondre le solvant congelé au moyen de la chaleur produite par la pompe à chaleur. Le procédé selon l'invention consiste à réfrigérer la solution, cristalliser l'eau et séparer la glace formée. Un ou plusieurs groupes de surfaces d'extraction et/ou de fourniture de chaleur sont utilisés de manière intermittente soit sous la forme de surfaces de congélation soit sous la forme de surfaces de fusion pour concentrer la solution selon un procédé discontinu ou selon un procédé en continu. Le procédé Niro classique fait appel à un échangeur de chaleur à surface raclée. La taille de ce dernier est limitée par le mécanisme utilisé pour le raclage de la glace. En outre, un tel échangeur est onéreux et ne permet pas d'adapter le système de cryoconcentration à des volumes importants. Lors du recyclage, le concentré est mélangé avec la charge fraîche. Le système doit fonctionner à une température d'évaporateur beaucoup plus basse que celle de la charge fraîche pour réfrigérer le concentré en continu, ce qui accroît les coûts énergétiques. Le condenseur du système de réfrigération étant refroidi à l'air, le coefficient de performance est faible. Dans le système de cryoconcentration selon l'invention, la congélation et la fusion du solvant congelé s'effectuent pendant que ce dernier est en contact avec la surface d'échange de chaleur, de manière simultanée ou séquentielle, au moyen d'un mécanisme de commutation faisant appel à seulement deux composants, à savoir un élément de congélation et un élément de fusion, ce qui permet de se passer d'un échangeur de chaleur à surface raclée, d'un recristalliseur et d'une colonne de lavage. La vapeur de réfrigérant comprimée est condensée par apport de chaleur au solvant congelé à une température de condensation aussi faible que possible et non pas par rejet de chaleur vers un dissipateur de chaleur ambiant, ce qui rend le système plus efficace sur le plan énergétique. Le compresseur de la pompe à chaleur peut être entraîné directement par un moteur, électrique ou non, ou une turbine en fonction de l'application.