ES2545696A1 - Energy optimization procedure in evaporation systems and salt crystallization (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

Abstract

Energy optimization procedure in evaporation and salt crystallization systems, which comprises using a heat pump (1), which in turn comprises a closed circuit formed by a compressor (3), a condenser (4), an expansion valve (5) and an evaporator (6) through which circulates a coolant fluid (2) with low boiling point, where, in operation, the condenser (4) gives heat to a hot bulb (7) and the evaporator (6). ) absorbs heat from a cold bulb (8), the method comprising using the hot bulb (7) in a evaporation/crystallization system (9) of brines and the cold bulb (8) in a refrigeration system (10). (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

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DESCRIPCIÓN DESCRIPTION

Procedimiento de optimización energética en sistemas de evaporación y cristalización de sales 5 Energy optimization procedure in evaporation and salt crystallization systems 5

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

La presente invención tiene aplicación en la industria de procesos, y más concretamente en el ámbito de los procesos de evaporación y de cristalización, permitiendo conseguir una The present invention has application in the process industry, and more specifically in the field of evaporation and crystallization processes, allowing to achieve

10 optimización energética de los procesos industriales de evaporación y cristalización de sales como sulfato sódico o cloruro sódico, entre otras, a partir del uso de corrientes líquidas, como puede ser agua de refrigeración y/o condensados generados, mediante la utilización del principio de bomba de calor, habitualmente conocido como ciclo Carnot. 10 energy optimization of the industrial processes of evaporation and crystallization of salts such as sodium sulfate or sodium chloride, among others, from the use of liquid currents, such as cooling water and / or condensates generated, by using the pump principle of heat, usually known as the Carnot cycle.

15 ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 15 BACKGROUND OF THE INVENTION

En la actualidad resultan habituales las aplicaciones que utilizan plantas o sistemas industriales de evaporación y cristalización para obtener productos de valor añadido, tratar corrientes residuales e incluso desalinizar aguas. Currently, applications that use industrial evaporation and crystallization plants or systems to obtain value-added products, treat waste streams and even desalinate water are common.

20 En los procesos de evaporación, se lleva a cabo un proceso físico que comprende un cambio de fase de una sustancia denominada disolvente, habitualmente agua, de un estado líquido a un estado gaseoso, para lo cual tiene que haber adquirido suficiente energía. El objeto de estos procesos es obtener una corriente liquida con una mayor concentración. In the evaporation processes, a physical process is carried out which comprises a phase change of a substance called solvent, usually water, from a liquid state to a gaseous state, for which it must have acquired sufficient energy. The purpose of these processes is to obtain a liquid stream with a higher concentration.

25 Análogamente, los procesos de cristalización comprenden un cambio de fase de una sustancia denominada soluto, habitualmente formada por sales inorgánicas y orgánicas, de un estado líquido a un estado sólido tras haber alcanzado los límites de su solubilidad mediante el sometimiento a un proceso de evaporación. Similarly, the crystallization processes comprise a phase change of a substance called solute, usually formed by inorganic and organic salts, from a liquid state to a solid state after having reached the limits of its solubility by subjecting to an evaporation process. .

30 Un ejemplo de aplicación práctica de este tipo de procesos puede encontrarse en la solicitud internacional n.º WO-2012112359-A1, donde se describe una planta de desalinización que utiliza una bomba de calor y energía fotovoltaica, donde la energía para conseguir la evaporación de agua se consigue del calor aportado por la bomba de calor y la 30 An example of practical application of this type of process can be found in international application No. WO-2012112359-A1, which describes a desalination plant that uses a heat pump and photovoltaic energy, where the energy to achieve evaporation of water is obtained from the heat provided by the heat pump and the

35 condensación por el enfriamiento del agua del foco frío. La energía eléctrica que es necesario aportar al ciclo se obtiene por un sistema fotovoltaico. 35 condensation by cooling the cold spot water. The electrical energy that is necessary to contribute to the cycle is obtained by a photovoltaic system.

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Otro ejemplo puede encontrarse en la solicitud internacional n.º WO-2012032403-A1, donde se describe un método de evaporación y posible destilación de fluidos mediante la utilización de una bomba de calor. El proceso requiere realizar aportes adicionales de energía calorífica de diferente procedencia para que el foco caliente tenga el nivel suficiente de temperatura para conseguir la evaporación requerida. Another example can be found in international application No. WO-2012032403-A1, where a method of evaporation and possible distillation of fluids by the use of a heat pump is described. The process requires additional contributions of heat energy from different sources so that the hot spot has a sufficient temperature level to achieve the required evaporation.

En el caso del tratamiento de aguas residuales, en la solicitud de patente europea n.º EP-933331-A2 se describe un sistema en el que se realiza un proceso de evaporación, para lo cual el sistema comprende una bomba de calor por absorción. In the case of wastewater treatment, a system in which an evaporation process is performed is described in European Patent Application No. EP-933331-A2, for which the system comprises a heat pump by absorption.

A la vista de los ejemplos anteriores se pone de manifiesto que en los procesos de evaporación y cristalización se encuentran involucradas grandes cantidades de energía, dado que es necesario realizar cambios de estado de la materia, razón por la cual se considera necesario optimizar las energías implicadas en dichos procesos, con el objetivo de minimizar tanto el uso de fuentes externas de energía, en forma de vapor y electricidad, en los puntos demandantes de la misma, como las pérdidas energéticas originadas por la necesidad de dispersión de energía sobrante en otros puntos del sistema, como ocurre por ejemplo en las torres de refrigeración. In view of the previous examples, it is clear that large amounts of energy are involved in evaporation and crystallization processes, since it is necessary to make changes in the state of matter, which is why it is considered necessary to optimize the energies involved in these processes, with the objective of minimizing both the use of external sources of energy, in the form of steam and electricity, in the demanding points of the same, as the energy losses caused by the need for dispersion of excess energy in other points of the system, as happens for example in cooling towers.

Con el objetivo de solucionar esta problemática, actualmente se conocen diferentes procesos que tienen como objeto común optimizar los recursos energéticos para realizar las evaporaciones y cristalizaciones requeridas, tratando así de reducir las necesidades energéticas de vapor y electricidad implicadas. With the aim of solving this problem, different processes are currently known that have the common objective of optimizing energy resources to perform the required evaporations and crystallizations, thus trying to reduce the energy needs of steam and electricity involved.

En este sentido, cabe mencionar los procesos que comprenden el uso de termo eyectores, que mediante el uso de vapor vivo a elevadas presiones, superiores a la presión atmosférica, reutilizan los vapores generados en el propio proceso de evaporación/cristalización, aumentando su presión para poder ser usado de nuevo como corriente de aporte energético o como medio de extracción de los vapores generados en el proceso (disipación de energías). In this sense, it is worth mentioning the processes that comprise the use of thermo ejectors, which by using live steam at high pressures, higher than atmospheric pressure, reuse the vapors generated in the evaporation / crystallization process itself, increasing its pressure to can be used again as an energy supply current or as a means of extracting the vapors generated in the process (energy dissipation).

Asimismo, también son conocidos los procesos que comprenden el uso de intercambiadores de calor de distintas clases, que en definitiva son dispositivos que permiten transferir energía desde un foco caliente a un foco frío. Likewise, processes that include the use of heat exchangers of different kinds are also known, which are ultimately devices that allow energy to be transferred from a hot focus to a cold focus.

En cualquier caso, en la actualidad sigue existiendo el problema de minimizar y optimizar los In any case, there is currently the problem of minimizing and optimizing

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recursos energéticos en instalaciones industriales de evaporación y cristalización, como por ejemplo en plantas de sulfato sódico, cloruro sódico o en instalaciones de tratamiento de vertidos líquidos con descarga liquida cero, donde sigue existiendo la necesidad, en mayor o menor medida, de utilizar fuentes externas de aporte de energía así como disipar fuera del sistema las energías excedentarias que se producen en determinados puntos. energy resources in industrial evaporation and crystallization facilities, such as in sodium sulphate, sodium chloride plants or in liquid waste treatment facilities with zero liquid discharge, where there is still a need, to a greater or lesser extent, to use external sources of energy contribution as well as dissipate out of the system the excess energies that occur at certain points.

Por lo tanto, se tiene la necesidad de conseguir un aprovechamiento más eficiente de los flujos de energía involucrados en estos sistemas, considerando adicionalmente que la mayoría de las aplicaciones los usos energéticos se encuentran limitados por las condiciones ambientales y las diferencias de salto térmico necesarias para conseguir de manera continua un aprovechamiento eficaz de las fuentes energéticas. Esto supone que en muchas aplicaciones se tiene la necesidad de realizar un aporte continuo de vapor y/o electricidad como fuente de energía y la utilización de torres de refrigeración u otros tipos de sistemas de dispersión de energía al exterior, con consecuencias perjudiciales al medio ambiente además del coste adicional que ello conlleva. Therefore, there is a need to achieve a more efficient use of the energy flows involved in these systems, additionally considering that most of the applications energy uses are limited by the environmental conditions and the differences in thermal jump necessary for Continuously achieve an efficient use of energy sources. This means that in many applications there is a need to make a continuous supply of steam and / or electricity as an energy source and the use of cooling towers or other types of energy dispersion systems abroad, with harmful consequences to the environment In addition to the additional cost that this entails.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invención se refiere a un procedimiento de optimización energética en sistemas de evaporación y cristalización de sales, que permite el doble objetivo de enfriar un agua de refrigeración y calentar una salmuera o efluente de proceso, consiguiendo de este modo optimizar los procesos industriales de evaporación y cristalización al conseguir el enfriamiento/calentamiento de dos fuentes que pueden no estar relacionadas, lo que minimiza la utilización de energía eléctrica adicional. The present invention relates to an energy optimization process in evaporation and salt crystallization systems, which allows the dual objective of cooling a cooling water and heating a brine or process effluent, thereby achieving to optimize industrial evaporation processes. and crystallization upon cooling / heating of two sources that may not be related, which minimizes the use of additional electrical energy.

El procedimiento que la invención propone comprende utilizar una bomba de calor que comprende un circuito cerrado formado por un compresor, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador por el que circula un fluido refrigerante con bajo punto de ebullición. En su funcionamiento, el condensador cede calor a un foco caliente y el evaporador absorbe calor de un foco frío. El procedimiento comprende utilizar el foco caliente en un sistema de evaporización/cristalización de salmueras y el foco frío en un sistema de refrigeración. The method proposed by the invention comprises using a heat pump comprising a closed circuit formed by a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator through which a refrigerant fluid with a low boiling point circulates. In operation, the condenser gives heat to a hot bulb and the evaporator absorbs heat from a cold bulb. The method comprises using the hot spot in a brine evaporation / crystallization system and the cold spot in a cooling system.

Se contempla la posibilidad, de acuerdo con la invención, de que el procedimiento comprenda enfriar en el foco frío salmueras o efluentes líquidos que utilizan eyectores de vapor, mediante un proceso de condensación de vapores generados utilizando aguas The possibility, according to the invention, is contemplated that the process comprises cooling in the cold spot brines or liquid effluents using steam ejectors, by a process of condensation of vapors generated using water

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enfriadas en el evaporador de la bomba de calor. cooled in the heat pump evaporator.

Alternativamente se contempla la posibilidad de que el procedimiento comprenda enfriar en el foco frío salmueras o efluentes líquidos que utilizan eyectores de vapor, mediante un Alternatively, the possibility is contemplated that the process comprises cooling in the cold focus brines or liquid effluents using steam ejectors, by means of a

5 enfriamiento directo de aguas de refrigeración utilizadas en el proceso de condensación de vapores procedentes de la cristalización de salmueras o de un proceso de evaporación/concentración de efluentes. 5 Direct cooling of cooling waters used in the process of condensation of vapors from the crystallization of brines or from an evaporation process / concentration of effluents.

Asimismo, se contempla la posibilidad de que el procedimiento comprenda calentar en el It also contemplates the possibility that the procedure includes heating in the

10 foco caliente salmueras o efluentes de un proceso de cristalización o concentración por evaporación. 10 hot focus brines or effluents from a process of crystallization or evaporation concentration.

Tal y como se explica en detalle más adelante en los ejemplos de aplicación del procedimiento de la invención, se contempla que las salmueras comprendan sulfato sódico o As explained in detail below in the examples of application of the process of the invention, it is contemplated that the brines comprise sodium sulfate or

15 cloruro sódico. 15 sodium chloride.

Por lo tanto la presente invención se refiere a un procedimiento para optimizar energéticamente las instalaciones industriales de evaporación y cristalización, por ejemplo de sulfato sódico y cloruro sódico, mediante un mejor aprovechamiento y captación de Therefore, the present invention relates to a process for energy optimization of industrial evaporation and crystallization facilities, for example sodium sulfate and sodium chloride, by better utilization and capture of

20 energía en corrientes excedentarias de energía, para transferirlas a aquellas corrientes del proceso que son deficitarias de la misma, mediante la aplicación del principio de bomba de calor. 20 energy in surplus energy currents, to transfer them to those process currents that are deficit of the same, by applying the heat pump principle.

Por medio del procedimiento de la invención se produce una optimización energética debido Through the process of the invention an energy optimization is produced due to

25 a una transferencia de calor desde corrientes consideradas como foco frío; sobre las cuales el estado de la técnica de los procesos de evaporación/cristalización no actuaba más allá de contemplar sistemas adicionales de refrigeración para la dispersión requerida de energía, a corrientes consideradas como foco caliente y que requieren de un aporte de energía adicional para poderse adecuar a las condiciones del proceso exigidas. 25 to a heat transfer from currents considered as cold spot; on which the state of the art of the evaporation / crystallization processes did not act beyond contemplating additional cooling systems for the required dispersion of energy, at currents considered as hot spot and requiring an additional energy input to be able to adapt to the required process conditions.

30 Esta transferencia de energía en forma de calor sensible de corrientes líquidas es llevada a cabo mediante el principio de bomba de calor. 30 This transfer of energy in the form of sensible heat from liquid streams is carried out by the heat pump principle.

Una bomba de calor es una máquina térmica que permite transferir energía mediante calor A heat pump is a thermal machine that allows energy transfer by heat

35 de un sistema a otro. Para ello es necesario un aporte de trabajo, de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, según la cual el calor se dirige de manera espontánea de 35 from one system to another. For this a work contribution is necessary, in accordance with the second law of thermodynamics, according to which heat is directed spontaneously

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un foco caliente a otro frío, nunca al revés, hasta que sus temperaturas se igualan. Además este trabajo aportado, en forma de electricidad, es convertido en calor en su práctica totalidad, sumándose al calor aportado por el propio ciclo. a hot spot to a cold one, never the other way around, until its temperatures equalize. In addition, this work, in the form of electricity, is converted into heat in its entirety, adding to the heat provided by the cycle itself.

Este fenómeno de transferencia de energía calorífica se realiza principalmente mediante de un sistema por compresión de gases refrigerantes. Una bomba de calor emplea un fluido refrigerante con un bajo punto de ebullición que requiere energía, denominada calor latente, para evaporarse. La bomba de calor extrae esa energía de su alrededor en forma de calor. This phenomenon of heat energy transfer is mainly carried out by means of a compression system of refrigerant gases. A heat pump uses a low-boiling coolant that requires energy, called latent heat, to evaporate. The heat pump extracts that energy from its surroundings in the form of heat.

El fluido refrigerante a baja temperatura y en estado gaseoso pasa por el compresor, que eleva su presión y aumenta con ello su entalpía. Una vez comprimido, el fluido refrigerante pasa por un intercambiador de calor denominado llamado condensador, y ahí cede calor al foco caliente, dado que el fluido refrigerante, que ha salido del compresor, está aún más caliente que dicho foco caliente. En cualquier caso, al enfriarse el fluido refrigerante en el condensador mediante la cesión de calor al foco caliente, cambia su estado de gas a líquido. The refrigerant fluid at low temperature and in a gaseous state passes through the compressor, which raises its pressure and thereby increases its enthalpy. Once compressed, the cooling fluid passes through a heat exchanger called a condenser, and there it gives heat to the hot spot, since the cooling fluid, which has left the compressor, is even hotter than said hot spot. In any case, when the refrigerant fluid in the condenser cools by transferring heat to the hot spot, its state changes from gas to liquid.

Después, a la salida del condensador, el fluido refrigerante atraviesa la válvula de expansión, lo cual supone una brusca caída de presión recuperándose la presión inicial. A esa presión mucho menor que la que había en el condensador, el fluido refrigerante empieza a evaporarse. Then, at the exit of the condenser, the refrigerant fluid passes through the expansion valve, which implies a sharp pressure drop recovering the initial pressure. At that pressure much lower than what was in the condenser, the cooling fluid begins to evaporate.

Este efecto se aprovecha en el intercambiador de calor llamado evaporador que hay justo después de la válvula de expansión. En el evaporador, el fluido refrigerante, a mucha menos presión que la que había en el condensador, empieza a evaporarse, y con ello absorbe calor del foco frío, puesto que el propio fluido refrigerante está más frío que dicho foco. El fluido evaporado regresa al compresor, cerrándose el ciclo. This effect is used in the heat exchanger called evaporator that is just after the expansion valve. In the evaporator, the refrigerant fluid, at much less pressure than what was in the condenser, begins to evaporate, and thereby absorbs heat from the cold bulb, since the cooling fluid itself is colder than said bulb. The evaporated fluid returns to the compressor, closing the cycle.

De acuerdo con la invención, este ciclo concreto se aplica a los sistemas de evaporación y cristalización directamente mediante el enfriamiento del foco frío y el calentamiento de alguna de las corrientes de proceso, que aun siendo el foco caliente requiera de una mayor cantidad de energía. In accordance with the invention, this specific cycle is applied to the evaporation and crystallization systems directly by cooling the cold spot and heating some of the process streams, which even though the hot spot requires a greater amount of energy.

En lo relativo al enfriamiento del foco frío, la invención tiene el propósito de complementar a sistemas de enfriamiento de salmueras, por ejemplo de sulfato sódico o cloruro sódico, o efluentes líquidos que utilizan eyectores de vapor, mediante la condensación de los vapores generados utilizando aguas enfriadas en el evaporador del sistema de bomba de calor. O With regard to the cooling of the cold spot, the invention aims to complement brine cooling systems, for example sodium sulfate or sodium chloride, or liquid effluents using steam ejectors, by condensing the vapors generated using water cooled in the evaporator of the heat pump system. OR

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bien por medio del enfriamiento directo de las aguas de refrigeración utilizadas en el proceso de condensación de vapores procedentes de la cristalización de salmueras, por ejemplo de sulfato sódico o cloruro sódico, o de un proceso de evaporación/concentración de efluentes. either by direct cooling of the cooling waters used in the process of condensation of vapors from the crystallization of brines, for example of sodium sulfate or sodium chloride, or of an evaporation process / concentration of effluents.

5 Asimismo, en lo relativo al calentamiento del foco caliente, la invención tiene su finalidad a través del calentamiento directo o indirecto de salmueras de proceso o de efluentes de un proceso de cristalización o concentración por evaporación, por ejemplo de sulfato sódico o cloruro sódico. Likewise, as regards the heating of the hot spot, the invention has its purpose through the direct or indirect heating of process brines or effluents of a process of crystallization or concentration by evaporation, for example of sodium sulfate or sodium chloride.

10 El objeto de la invención tiene la aplicación directa en procesos de cristalización por evaporación a vacio, o en la concentración de efluentes por evaporación. Concretamente en procesos comprendidos en plantas de evaporación/cristalización de sulfato sódico y cloruro sódico tanto por evaporación a vacio, como en evaporaciones/cristalizaciones a presiones atmosféricas y superiores donde se encuentre incluido un sistema de refrigeración por agua. The object of the invention has the direct application in vacuum evaporation crystallization processes, or in the concentration of effluents by evaporation. Specifically in processes included in evaporation / crystallization plants of sodium sulfate and sodium chloride, both by evaporation under vacuum, and in evaporations / crystallizations at atmospheric and higher pressures where a water cooling system is included.

15 La invención permite optimizar el uso de las energías implicadas, disminuyendo así los requerimientos de disipación de la energía sobrante. The invention allows the use of the energies involved to be optimized, thus reducing the dissipation requirements of the remaining energy.

De acuerdo con la invención la corriente de agua de refrigeración (foco frío) es enfriada According to the invention the cooling water stream (cold focus) is cooled

20 mediante la bomba de calor, mejorándose así la capacidad de trabajo del condensador de los vapores y siendo menor la cantidad de energía requerida en los sistemas de disipación de calor al medioambiente (torre de refrigeración). 20 by means of the heat pump, thus improving the working capacity of the condenser of the vapors and being less the amount of energy required in the systems of heat dissipation to the environment (cooling tower).

De igual manera, la corriente de proceso (salmuera) recibe la energía necesaria para Similarly, the process current (brine) receives the energy needed to

25 incrementar su temperatura y así poder obtener una mayor capacidad de evaporación y consecuentemente de cristalización, reduciendo la utilización de energías externas al proceso como el uso de vapor, electricidad u otros. 25 increase its temperature and thus be able to obtain a greater capacity for evaporation and consequently crystallization, reducing the use of external energy to the process such as the use of steam, electricity or others.

En definitiva, a través de la aplicación de bomba de calor se consigue un mejor In short, a better heat is achieved through the application of a heat pump

30 aprovechamiento del sistema de refrigeración/condensación, teniendo el sistema una mayor capacidad de condensación, con un menor requerimiento de trabajo en la torre de refrigeración y aportando a la corriente de proceso deseada una energía en forma de calor que de otra manera seria necesaria utilizar fuente externas de energía (vapor y/o electricidad). The use of the refrigeration / condensation system, the system having a greater capacity for condensation, with a lower work requirement in the cooling tower and providing the desired process current with energy in the form of heat that would otherwise be necessary to use External source of energy (steam and / or electricity).

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DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the features of the invention, according to a preferred example

5 de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: 5 of practical realization of the same, is accompanied as an integral part of said description, a set of drawings in which with illustrative and non-limiting nature, the following has been represented:

La figura 1.-Muestra un diagrama de bloques de un sistema de acuerdo con el principio de 10 bomba de calor. Figure 1.- Shows a block diagram of a system according to the principle of heat pump.

La figura 2.-Muestra un diagrama de bloques de un sistema optimizado mediante el procedimiento de la invención, en el que se ha representado un sistema de bomba de calor como el representado en la figura 1, integrado en un sistema de refrigeración utilizado en la Figure 2 shows a block diagram of a system optimized by the method of the invention, in which a heat pump system such as that shown in Figure 1, represented in a cooling system used in the

15 producción de sulfato sódico. 15 production of sodium sulfate.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

A la vista de las figuras reseñadas puede observarse cómo en una de las posibles In view of the figures outlined, it can be seen how in one of the possible

20 realizaciones de la invención el procedimiento que la invención propone se refiere al diseño de un proceso de carácter industrial enfocado a optimizar energéticamente aquellas instalaciones en las que se encuentren involucrados sistemas de evaporación/cristalización (9), concretamente, de acuerdo con una realización preferente, de sulfato sódico hidratado y su posterior fusión y recristalización en forma anhidra, así como sistemas de 20 embodiments of the invention the procedure proposed by the invention refers to the design of an industrial process focused on optimizing energy those installations in which evaporation / crystallization systems (9) are involved, specifically, in accordance with a preferred embodiment , of hydrated sodium sulfate and its subsequent melting and recrystallization in anhydrous form, as well as

25 evaporación/cristalización (9) de cloruro sódico para la generación de cristales del mencionado producto. Evaporation / crystallization (9) of sodium chloride for the generation of crystals of said product.

Para ello, el procedimiento comprende utilizar una bomba de calor (1), que a su vez comprende un circuito cerrado formado por un compresor (3), un condensador (4), una For this, the method comprises using a heat pump (1), which in turn comprises a closed circuit formed by a compressor (3), a condenser (4), a

30 válvula de expansión (5) y un evaporador (6) por el que circula un fluido refrigerante (2) con bajo punto de ebullición. En su funcionamiento, el condensador (4) cede calor a un foco caliente (7) y el evaporador (6) absorbe calor de un foco frío (8). Tal y como se explica de manera detallada a continuación, el procedimiento comprende utilizar el foco caliente (7) en un sistema de evaporización/cristalización (9) de salmueras y el foco frío (8) en un sistema 30 expansion valve (5) and an evaporator (6) through which a cooling fluid (2) circulates with a low boiling point. In operation, the condenser (4) gives heat to a hot bulb (7) and the evaporator (6) absorbs heat from a cold bulb (8). As explained in detail below, the method comprises using the hot spot (7) in a brine evaporation / crystallization system (9) and the cold spot (8) in a system

35 de refrigeración (10). 35 refrigeration (10).

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Por medio del procedimiento de la invención se consigue una optimización energética debido a la transferencia de calor desde corrientes consideradas como foco frío (8) (temperaturas menores de 30-35ºC) a corrientes consideradas como foco caliente (7) (temperaturas mayores de 45ºC) y que requieren de un aporte de energía adicional para poderse adecuar a las condiciones del proceso exigidas. By means of the process of the invention, energy optimization is achieved due to heat transfer from currents considered as cold focus (8) (temperatures below 30-35 ° C) to currents considered as hot focus (7) (temperatures greater than 45 ° C) and that require an additional energy contribution to be able to adapt to the required process conditions.

Esta transferencia de energía en forma de calor sensible de corrientes liquidas es llevada a cabo mediante una bomba de calor (1), tal y como puede apreciarse esquemáticamente en los diagramas de bloques de las figuras 1 y 2. This energy transfer in the form of sensible heat of liquid streams is carried out by means of a heat pump (1), as can be seen schematically in the block diagrams of Figures 1 and 2.

La aplicación de este ciclo concreto a los sistemas de evaporación/cristalización de sulfato sódico se emplea directamente mediante el enfriamiento de la corriente utilizada para condensar los vapores generados y el calentamiento de alguna de las corrientes de proceso que contengan el producto (salmuera) y que aun siendo el foco caliente requiera de una mayor cantidad de energía para generar la evaporación/cristalización. The application of this specific cycle to the evaporation / crystallization systems of sodium sulfate is directly used by cooling the current used to condense the generated vapors and heating some of the process streams that contain the product (brine) and that Even if the hot spot requires a greater amount of energy to generate evaporation / crystallization.

Sulfato sódico Sodium sulfate

La invención permite complementar los sistemas de enfriamiento de salmueras de sulfato sódico, que dada su solubilidad, requieren de procesos de cristalización a temperaturas relativamente bajas, para ello y debido a las condiciones de vacio requerida para poder llevar la evaporación (temperaturas menores de 30ºC y presiones menores de 0,050 kg/cm2) se utilizan eyectores de vapor y condensadores de contacto directo. The invention allows complementing the sodium sulfate brine cooling systems, which, given their solubility, require crystallization processes at relatively low temperatures, for this and due to the vacuum conditions required to carry evaporation (temperatures below 30 ° C and pressures below 0.050 kg / cm2) steam ejectors and direct contact condensers are used.

Estos equipos requieren de caudales importantes de una corriente refrigerante con una carga energética lo menor posible, de manera que se pueda llevar a cabo la condensación de los vapores generados por simple contacto. Esta corriente refrigerante suele encontrarse en un circuito de recirculación, en el que resulta necesario disipar la energía proveniente de la condensación de los vapores, antes de su reutilización de nuevo en el condensador. Para ello, se emplean de forma general sistemas de disipación de energía como torres de refrigeración o aerorefrigeradores, con importantes costos de inversión y de operación, y sin ningún beneficio de aprovechamiento de la energía, disipándola al medioambiente con efecto negativos en muchos de los casos. These equipments require significant flow rates of a cooling current with the lowest possible energy load, so that condensation of the vapors generated by simple contact can be carried out. This refrigerant stream is usually found in a recirculation circuit, in which it is necessary to dissipate the energy coming from the condensation of the vapors, before being reused again in the condenser. For this, energy dissipation systems such as cooling towers or air coolers are used in general, with significant investment and operating costs, and without any benefit of energy use, dissipating it to the environment with negative effects in many cases .

Asimismo, la invención permite el calentamiento directo o indirecto de salmueras involucradas en el proceso de cristalización de sulfato sódico. En las instalaciones Also, the invention allows direct or indirect heating of brines involved in the crystallization process of sodium sulfate. On site

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industriales de evaporación/cristalización de sulfato sódico vía generación de sales hidratadas, una vez obtenida la sal por enfriamiento, el proceso requiere de una gran cantidad de energía de baja intensidad térmica para proceder a su redisolución. Debido a las propiedades físicas del compuesto, esta disolución se realiza a temperaturas superiores a los 35ºC. Es a dicha corriente de proceso a la que se aplica la energía absorbida de la corriente de refrigeración a través de la bomba de calor (1). De otra manera, en el estado de técnica este proceso de redisolución se realiza mediante la aplicación de recursos energéticos externos al proceso como el uso de vapor u otros. Industrial evaporation / crystallization of sodium sulfate via the generation of hydrated salts, once the salt is obtained by cooling, the process requires a large amount of low thermal energy to proceed with its redisolution. Due to the physical properties of the compound, this solution is carried out at temperatures above 35 ° C. It is to said process current to which the energy absorbed from the cooling current through the heat pump (1) is applied. Otherwise, in the state of the art this redisolution process is carried out through the application of energy resources external to the process such as the use of steam or others.

Cloruro sódico Sodium chloride

La invención permite complementar los sistemas de enfriamiento/condensación con corrientes liquidas utilizadas en intercambiadores de calor cuyo objetivo sea enfriar corriente liquidas secundarias o condensar corrientes gaseosas generadas durante los procesos de evaporación/cristalización. The invention makes it possible to complement the cooling / condensation systems with liquid streams used in heat exchangers whose objective is to cool secondary liquid streams or condense gaseous streams generated during the evaporation / crystallization processes.

Estos equipos requieren de caudales importantes de una corriente liquida refrigerante con la menor carga energética posible para maximizar su rendimiento de operación. Esta corriente refrigerante suele encontrarse en un circuito de recirculación, en el que resulta necesario disipar la energía proveniente de la condensación de los vapores, antes de su reutilización de nuevo en el equipo (intercambiador/condensador). Para ello, en el estado de la técnica se emplean sistemas de disipación de energía como torres de refrigeración o aerorefrigeradores, con importantes costos de inversión y de operación, y sin ningún beneficio de aprovechamiento de la energía captada, disipándola al medioambiente con efectos negativos en muchos de los casos. These equipments require significant flow rates of a liquid refrigerant stream with the lowest possible energy load to maximize their operating performance. This refrigerant stream is usually found in a recirculation circuit, in which it is necessary to dissipate the energy coming from the condensation of the vapors, before being reused again in the equipment (exchanger / condenser). For this, in the state of the art, energy dissipation systems such as cooling towers or air coolers are used, with significant investment and operating costs, and without any benefit of harnessing the energy collected, dissipating it to the environment with negative effects on Many of the cases.

Mediante la aplicación de la invención en el considerado foco frío (8) se obtienen múltiples efectos relacionados con la disminución de la carga energética (térmica) de la corriente en cuestión en torno a 5-10 ºC. Entre estos efectos cabe mencionar la disminución de los caudales necesarios como corriente de refrigeración y su mejor aprovechamiento, con lo que se evita, o minimizando en algunos casos, la necesidad de aportes continuos por perdidas en los equipos posteriores donde se realiza la disipación de la energía absorbida. By applying the invention in the considered cold spot (8), multiple effects related to the decrease in the energy (thermal) load of the current in question around 5-10 ° C are obtained. Among these effects, it is worth mentioning the decrease in the necessary flow rates as a cooling stream and its better use, which avoids, or minimizing in some cases, the need for continuous contributions due to losses in subsequent equipment where the dissipation of the absorbed energy

Asimismo, se consigue una descarga de exigencias de disipación energética en los equipos (torres de refrigeración, aerorefrigeradores, etc.) aguas abajo del circuito de refrigeración/condensación de los vapores generados, con consecuencias de ahorro en esos Likewise, a discharge of energy dissipation requirements is achieved in the equipment (cooling towers, air coolers, etc.) downstream of the refrigeration / condensation circuit of the generated vapors, with savings consequences in those

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equipos. equipment.

También hay que mencionar que se consigue un incremento de las diferencias de temperatura (mayores saltos térmicos disponibles) por lo que se puede efectuar un aumento 5 del rendimiento en equipos (condensadores, intercambiadores) ya existentes. It should also be mentioned that an increase in temperature differences (higher thermal jumps available) is achieved, so that an increase in the performance of existing equipment (condensers, exchangers) can be made.

Por último, se tienen un menor requerimiento dimensional en equipos nuevos para llevar a cabo intercambios térmicos similares. Finally, there is a lower dimensional requirement in new equipment to carry out similar thermal exchanges.

10 Asimismo, la invención permite el calentamiento directo o indirecto de salmueras involucradas en el proceso de cristalización de cloruro sódico entorno a 5-10 ºC. En las instalaciones industriales de cristalización de cloruro sódico vía evaporación/cristalización, las necesidades energéticas de estos procesos son muy importantes, ya que las energías implicadas de cambio de fase del disolvente son elevadas. De manera general la aplicación Also, the invention allows direct or indirect heating of brines involved in the crystallization process of sodium chloride around 5-10 ° C. In the industrial facilities of crystallization of sodium chloride via evaporation / crystallization, the energy needs of these processes are very important, since the energies involved in the phase change of the solvent are high. In general the application

15 de recursos energéticos externos al proceso como el uso de vapor u otros es necesaria. Sin embargo, mediante la aplicación del principio de bomba de calor (1), que no solo aprovecha la energía calorífica extraída del foco frío (8), sino que también integra los consumos eléctricos requeridos por el equipo, se puede minimizar de manera considerable estos recursos energéticos externos al propio proceso. 15 of external energy resources to the process such as the use of steam or others is necessary. However, by applying the heat pump principle (1), which not only takes advantage of the heat energy extracted from the cold bulb (8), but also integrates the electrical consumption required by the equipment, these can be minimized considerably energy resources external to the process itself.

20 A la vista de esta descripción y juego de figuras, el experto en la materia podrá entender que las realizaciones de la invención que se han descrito pueden ser combinadas de múltiples maneras dentro del objeto de la invención. La invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero para el experto en la materia resultará evidente In view of this description and set of figures, the person skilled in the art will be able to understand that the embodiments of the invention that have been described can be combined in multiple ways within the scope of the invention. The invention has been described according to some preferred embodiments thereof, but it will be apparent to the person skilled in the art

25 que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes sin exceder el objeto de la invención reivindicada. 25 that multiple variations can be introduced into said preferred embodiments without exceeding the object of the claimed invention.

Claims (5)

REIVINDICACIONES 1.-Procedimiento de optimización energética en sistemas de evaporación y cristalización de sales, caracterizado por que comprende utilizar una bomba de calor (1), que a su vez 5 comprende un circuito cerrado formado por un compresor (3), un condensador (4), una válvula de expansión (5) y un evaporador (6) por el que circula un fluido refrigerante (2) con bajo punto de ebullición, donde, en su funcionamiento, el condensador (4) cede calor a un foco caliente (7) y el evaporador (6) absorbe calor de un foco frío (8), comprendiendo el procedimiento utilizar el foco caliente (7) en un sistema de evaporización/cristalización (9) de 1.-Procedure of energy optimization in evaporation and salt crystallization systems, characterized in that it comprises using a heat pump (1), which in turn 5 comprises a closed circuit formed by a compressor (3), a condenser (4 ), an expansion valve (5) and an evaporator (6) through which a cooling fluid (2) with a low boiling point circulates, where, in operation, the condenser (4) gives heat to a hot spot (7 ) and the evaporator (6) absorbs heat from a cold bulb (8), the method comprising using the hot bulb (7) in an evaporation / crystallization system (9) of 10 salmueras y el foco frío (8) en un sistema de refrigeración (10). 10 brines and cold focus (8) in a cooling system (10). 2.-Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende enfriar en el foco frío (8) salmueras o efluentes líquidos que utilizan eyectores de vapor, mediante un proceso de condensación de vapores generados utilizando aguas enfriadas en el evaporador (6) de la 2. Method according to claim 1, comprising cooling in the cold spot (8) brines or liquid effluents using steam ejectors, by a process of condensation of vapors generated using water cooled in the evaporator (6) of the 15 bomba de calor (1). 15 heat pump (1). 3.-Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende enfriar en el foco frío (8) salmueras o efluentes líquidos que utilizan eyectores de vapor, mediante un enfriamiento directo de aguas de refrigeración utilizadas en el proceso de condensación de vapores 3. Method according to claim 1, comprising cooling in the cold spot (8) brines or liquid effluents using steam ejectors, by direct cooling of cooling waters used in the vapor condensation process 20 procedentes de la cristalización de salmueras o de un proceso de evaporación/concentración de efluentes. 20 from the crystallization of brines or from an evaporation process / effluent concentration. 4.-Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende calentar en el foco caliente (7) salmueras o efluentes de un proceso de cristalización o 25 concentración por evaporación. 4. Method according to any of the preceding claims, comprising heating in the hot spot (7) brines or effluents of a crystallization process or evaporation concentration. 5.-Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las salmueras comprenden sulfato sódico. 5. Process according to any of the preceding claims, wherein the brines comprise sodium sulfate. 30 6.-Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que las salmueras comprenden cloruro sódico. 6. Method according to any of claims 1 to 4, wherein the brines comprise sodium chloride. 12 12