BRPI0719253A2 - Sistema de dessalinização - Google Patents

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO Patente de Invenção para: "SISTEMA DE DESSALINIZAÇÃO".

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

Esta invenção se refere, em geral, aos sistemas de dessalinização, e mais particularmente, a um sistema de dessalinização usando uma série de evaporadores em cascata. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Para recuperar água potável ou dessalinizada a partir de água salgada,. vêm sendo desenvolvidos sistemas de dessalinização. Apesar de muitos tipos diferentes de projetos serem usados, os sistemas de evaporação que usam a propriedade termodinâmica da pressão de vapor d'água tornaram-se amplamente aceitos. Isso é devido principalmente à pureza relativamente alta da água produzida pelo processo de vaporização. Um sistema envolve o uso de um único trocador de calor que produz vapor a partir de uma extremidade do trocador de calor, coloca-o dentro de um compressor e retorna para dentro do trocador de calor no outro lado. Isso pode ser referido como um evaporador de único passo. A desvantagem de um evaporador de único passo é que a diferença de pressão é muito menor (por exemplo, uma taxa de compressão de 1,03 ou 1,05 a 1). Assim, o compressor funciona basicamente como um ventilador e não como um compressor. Além disso, toda a água destilada produzida pelo sistema deveria ir como vapor por meio do ventilador. RESUMO DA INVENÇÃO

De acordo com modalidades particulares, um sistema de dessalinização inclui uma pluralidade de evaporadores. A pluralidade de evaporadores inclui pelo menos um primeiro evaporador e um último evaporador. A pluralidade de evaporadores é disposta na forma de cascata tal que uma concentração de sal em uma solução de salmoura passe através da pluralidade de evaporadores a partir do primeiro evaporador para o último evaporador. O sistema de dessalinização também inclui uma pluralidade de trocadores de calor. Uma entrada de cada evaporador é acoplada a pelo menos um da pluralidade de trocadores de calor. O sistema inclui também uma fonte de vapor acoplada a pelo menos uma da pluralidade de evaporadores. Dependendo das características específicas

implementadas, as modalidades particulares da presente invenção podem apresentar algumas, nenhuma, ou todas as vantagens técnicas. Várias modalidades podem ser capazes de fornecer um processo de dessalinização melhorado a partir de água do mar ou salobra. As modalidades divulgadas descrevem um processo de evaporação tipo cascata para água salgada que usa de forma eficiente a variação das pressões de vapor para usar de forma eficaz a energia ou o trabalho que é oferecido ao sistema. Concordantemente, a água destilada é removida nos estágios que podem reduzir a quantidade de trabalho necessário para remover a água destilada.

Adicionalmente, determinadas modalidades podem prover um sistema de dessalinização tipo cascata que é relativamente barato para construção, bem como para manutenção.

Outras vantagens técnicas serão facilmente perceptíveis para o versado na técnica a partir das figuras, descrição, e reivindicações a seguir. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Uma compreensão mais completa das modalidades particulares pode ser perceptível a partir da descrição detalhada tomada em conjunto com os desenhos anexos em que:

FIGURA 1 é um diagrama esquemático de um sistema de dessalinização usando uma fonte única de vapor, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 2 é um diagrama esquemático de um outro sistema de dessalinização usando uma fonte única de vapor, de acordo com modalidades particulares; FIGURA 3 é um diagrama esquemático de um sistema de

dessalinização usando múltiplas fontes de vapor, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 4 é um diagrama esquemático de um outro sistema de dessalinização usando múltiplas fontes de vapor, de acordo com as modalidades particulares; FIGURA 5A é uma vista da seção transversal da elevação lateral de uma modalidade de um compressor que pode ser usado com as modalidades das FIGURAS de 1 a 4;

FIGURA 5B é uma vista da elevação frontal de uma modalidade de um propulsor que pode ser usado com o compressor da FIGURA 5A;

FIGURA 5C é uma vista da elevação frontal de uma modalidade de uma ventoinha canalizada que pode ser usada com o compressor da FIGURA 5A; FIGURA 6 é um diagrama esquemático de um outro sistema

de dessalinização usando múltiplos ejetores de jato como fonte de vapor, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 7 é um diagrama esquemático de um outro sistema de dessalinização usando múltiplos ejetores de jato como fonte de vapor, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 8 é um diagrama esquemático de um outro sistema de dessalinização usando múltiplos ejetores de jato como fonte de vapor, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 9A é uma vista da seção transversal da elevação lateral de uma modalidade de um ejetor de jato que pode ser usado com as modalidades das FIGURAS 6 a 8;

FIGURA 9B é uma vista da seção transversal da elevação lateral de uma outra modalidade de um ejetor de jato que pode ser usado com as modalidades das FIGURAS 6 a 8; FIGURA 9C é uma vista da seção transversal da elevação lateral de uma outra modalidade de um ejetor de jato que pode ser usado com as modalidades das FIGURAS 6 a 8;

FIGURA 9D é uma vista da seção transversal frontal ao longo da linha 192 da FIGURA 9C;

FIGURA IOA é uma vista da seção transversal plana de um evaporador, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA IOB é uma vista da seção transversal da elevação lateral de um evaporador, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 11 é uma vista da seção transversal da elevação frontal de um evaporador, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 12A é uma vista em perspectiva dos cassetes e ejetores de jato usados dentro de um evaporador, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 12B é uma vista da seção transversal da elevação frontal dos ejetores de jato da FIGURA 12A;

FIGURA 13A é uma vista da elevação frontal de um prato de trocador de calor que pode ser usado para formar uma porção de um dos cassetes da FIGURA 12A;

FIGURA 13B é uma vista da elevação frontal do prato do trocador de calor da FIGURA 13A com as arestas dobradas ao longo das linhas pontilhadas do prato do trocador de calor mostrado na FIGURA 13A; FIGURA 13C é uma vista da seção transversal da elevação lateral do prato do trocador de calor da FIGURA 13B;

FIGURA 13D é uma vista da seção transversal da elevação lateral do prato do trocador de calor da FIGURA 13B;

FIGURA 14A é uma vista da elevação frontal de um outro prato de trocador de calor que pode ser usado para formar uma porção de um dos cassetes da FIGURA 12A; FIGURA 14B é uma vista da elevação frontal do prato de

trocador de calor da FIGURA 14A com as arestas dobradas ao longo das linhas pontilhadas do prato do trocador de calor mostrado na FIGURA 14A;

FIGURA 14C é uma vista da seção transversal da elevação lateral da folha de metal da FIGURA 14B;

FIGURA 14D é uma vista da seção transversal da elevação lateral da folha de metal da FIGURA 14B;

FIGURA 15A é uma vista em perspectiva parcial de um conjunto de cassetes, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 15B é uma vista em perspectiva parcial ampliada da FIGURA 15A mostrando as aletas que são formadas nas arestas;

FIGURA 15C é uma vista da elevação lateral parcial ampliada da FIGURA 15A; FIGURA 16A é uma vista em perspectiva parcial de um outro conjunto de cassete, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 16B é uma vista em perspectiva parcial ampliada da FIGURA 16A mostrando as arestas;

FIGURA 16C é uma vista da elevação lateral parcial ampliada da FIGURA 16A;

FIGURA 17A é uma vista plana parcial ampliada de dois pratos de trocador de calor que são montados em conjunto demonstrados com cavidades tendo superfícies planas;

FIGURA 17B é uma vista plana parcial ampliada de dois pratos de trocador de calor que são montados em conjunto com depressões demonstradas em várias das cavidades;

FIGURA 18A é uma vista plana parcial ampliada de dois pratos de trocador de calor que foram unidos usando um encaixe soldado;

FIGURA 18B é uma vista plana parcial de dois pratos de trocador de calor que foram unidos usando um encaixe soldado;

FIGURA 18C é uma vista plana parcial de dois pratos de

trocador de calor que foram unidos usando um grampo dobrado;

FIGURA 18D é uma vista plana parcial de dois pratos de trocador de calor que foram unidos usando um grampo dobrado, no qual as arestas dos pratos de trocador de calor são criadas de modo que o grampo dobrado seja seguramente mantido na posição;

FIGURA 18E é uma vista plana parcial de dois pratos de trocador de calor que foram unidos usando um parafuso ou rebite;

FIGURA 18F é uma vista plana parcial de dois pratos de trocador de calor que foram unidos usando um separador estendido que é integralmente formado na aresta de um prato de trocador de calor; FIGURA 19 é um diagrama esquemático de um sistema de

dessalinização usando um sistema de troca iônica, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 20 é um diagrama esquemático de um sistema de dessalinização usando um material abrasivo, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 21 é um diagrama esquemático de um sistema de dessalinização usando um material abrasivo e um material precipitado, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 22 é um diagrama esquemático de um sistema de dessalinização em que o vapor que deixa o evaporador final é condensado e descarregado, de acordo com modalidades particulares;

FIGURA 23 é um diagrama esquemático de um sistema de dessalinização em que o vapor que deixa o evaporador final é condensado e descarregado, de acordo com modalidades particulares; FIGURA 24 é um diagrama esquemático de um sistema de dessalinização usando duas fontes de vapor em que o vapor que deixa o evaporador final é condensado e descarregado, de acordo com modalidades particulares; e FIGURA 25 é um diagrama esquemático de um sistema de

dessalinização em que o vapor que deixa o evaporador inicial é condensado e descarregado, de acordo com modalidades particulares; e

FIGURA 26 é um gráfico que mostra o coeficiente de transferência de calor total como uma função da temperatura de condensação lateral e a diferença de temperatura total entre o vapor de condensação e a água em ebulição. DESCRIÇÃO DETALHADA DE ALGUMAS MODALIDADES Agora em referência aos desenhos, a FIGURA 1 é um diagrama esquemático de um sistema de dessalinização usando uma única fonte de vapor, de acordo com modalidades particulares. O sistema de dessalinização 10 é adaptado para aceitar a água salgada em uma entrada de alimentação desgaseifiçada 12, destilar em pelo menos uma porção da água destilada a partir da água salgada, e prover água destilada na linha de saida de água destilada 14 e salmoura concentrada na linha de saida de salmoura concentrada 16. O sistema de destilação de água 10 possui vários evaporadores de água 20, vários trocadores de calor 22 que são acoplados em cada um dos evaporadores de água 20, e um compressor 24 que é acoplado a cada um dos evaporadores de água 20. O compressor 24 é acoplado a cada um dos evaporadores de água em uma forma de cascata tal que cada evaporador de água sucessivo tenha uma pressão operacional e temperatura relativamente menor do que o evaporador de água 20 a montante. Nessa forma, a água pode ser removida de forma progressiva ou evaporada a partir da água salgada.

O vapor de condensação no evaporador de água 20 a montante causa mais vapor para ferver a partir da água salgada. Esse vapor cai em cascata para o próximo evaporador de água 20 a jusante, onde o condensa e vaporiza mais água. Assim, conforme o vapor avança do evaporador 20d para o evaporador 20a, sua temperatura diminui e conforme a água salgada avança do evaporador 20a para o evaporador 20d, a concentração de sal aumenta. Consequentemente, o vapor de temperatura mais alta é usado para vaporizar a água salgada mais concentrada enquanto que a água salgada menos concentrada é vaporizada com vapor mais frio. Isso tira vantagem da relativa facilidade (e trabalho correspondentemente menor) de extração de água a partir de água salgada menos concentrada. A diferença de temperatura entre os evaporadores pode ser tão pequena quanto uma fração de um grau. Em algumas modalidades, a diferença de temperatura entre os evaporadores de água 20 é entre -17 e -14 graus Celsius (um e seis graus Fahrenheit). Conforme mostrado, a água salgada desgaseifiçada é

introduzida na entrada de alimentação de água desgaseifiçada 12 e dentro de um trocador de calor em coontracorrente 26 que possui salmoura concentrada e água destilada fluindo na direção oposta. 0 trocador de calor 26 pode ajudar a pré-aquecer a solução de salmoura antes de entrar no evaporador 20a. A água salgada desgaseifiçada entra em um primeiro evaporador de água 20a, onde uma porção da água vaporiza. A água salgada remanescente, que está agora em alta concentração salina do que estava na alimentação desgaseifiçada 12, é bombeada para um trocador de calor em contracorrente 22a para o segundo evaporador de água 20b, onde a água adicional é vaporizada. O trocador de calor em contracorrente 22a ajuda a aquecer a água salgada antes de entrar no evaporador de água 20b, que está a uma temperatura e pressão maior que no evaporador 20a. Esse processo é repetido tantas vezes quanto necessário. Na FIGURA 1, um total de quatro evaporadores de água 20a, 20b, 20c e 20d são mostrados; contudo, pode ser usado qualquer número de evaporadores de água 20. Usando quatro evaporadores, ou quatro estágios, para cada quilo de vapor introduzido no evaporador de água 20d podem ser gerados quatro quilos de produto liquido (água destilada 14). Assim, a energia inicial é reciclada quatro vezes de modo que o calor de condensação daquele vapor esperado seja fornecido a cada um dos quatro evaporadores de água 20. Uma outra vantagem dos quatro estágios é que apenas um quarto do vapor usado pelos evaporadores de água 20 vai realmente para o compressor 24. Assim, o compressor 24 pode ser um quarto do tamanho de um compressor necessário para um sistema de dessalinização de um único estágio.

A água salgada vaporizada do primeiro trocador de calor 20a entra na entrada 28 do compressor 24. Se desejado, a água liquida atomizada pode ser adicionada à entrada 28 do compressor para manter o compressor 24 frio. Isso pode ajudar a impedir o vapor de superaquecimento. Por causa do compressor 24 estar comprimindo contra cada um dos quatro estágios, a taxa de compressão é muito maior do que se houvesse apenas um estágio único (para cada estágio adicional, a razão total de compressão é multiplicada pela taxa de compressão para aquele estágio adicional). Um compressor tradicional tipicamente superaquecerá quando estiver comprimindo em maiores taxas de compressão. Isso pode requerer mais energia para ser posta no sistema para superar o vapor aquecido que seria necessário para o vapor não superaquecido. Isso é baseado na idéia de que quanto mais quente o gás no compressor, mais energia é necessária para comprimi-lo. Assim, em modalidades particulares, ao invés de deixar o vapor superaquecer, o liquido é pulverizado para dentro do compressor para mantê-lo na curva de saturação e evitar o superaquecimento. O liquido pulverizado dentro do compressor pode ser água salgada ou água destilada dependendo das necessidades, desejos ou preferências, operacionais. Como pode ser aparente pela introdução da água no compressor 24, alguma água pode vaporizar, criando, assim, criando vapor adicional que pode ser condensado. Pelo fato de, na modalidade ilustrada, ser a água salgada que está sendo alimentada no compressor 24 não apenas a água ajuda a manter o compressor 24 resfriado, mas também dessalina um tanto de água salgada ao mesmo tempo. Dessa forma, como pode ser evidente, o compressor 24 não pode ser apenas capaz de lidar com o vapor, mas também com liquido. Por exemplo, em modalidades particulares, um compressor de gerotor disponível da StarRotor Corporation pode ser usado.

Se for adicionado excesso de água líquida ao compressor 24, o excesso pode ser removido em um tambor de knock-out 30. Uma porção da alimentação desgaseifiçada 12 pode ser também alimentada no tambor de knock-out 30. Esse fornecimento de líquido pode ser usado para pulverizar o compressor 24. Enquanto o tambor de knock-out 30 descrito é mostrado com água salgada, em outras modalidades o tambor de knock-out pode ser preenchido com água destilada. A água atomizada pode ser qualquer tipo de água. Em

uma modalidade, a água atomizada pode ser água salgada. Coforme a água evapora no compressor 24, a concentração de sal aumenta. Uma porção desse sal concentrado deve ser purgada do sistema, e ser recuperada como produto concentrado da linha de saída de salmoura concentrada 16. É adicionada Nova alimentação desgaseifiçada 32 para compensar a concentração de sal que é purgada do tambor knock-out 30. Uma função do tambor de knock-out 30 pode ser para manter a água salgada que é pulverizada no compressor 24 da entrada do evaporador de água 20d com o vapor que é condensado neste.

O vapor de alta pressão que sai do compressor 24 é alimentado ao evaporador 20d que opera na pressão mais alta. Esse vapor sendo fornecido ao evaporador 20d pode ser de uma temperatura maior do que o vapor fornecido ao evaporador 20c. Conforme esses vapores condensam, eles provocam a evaporação de água da água salgada. Esses vapores, que estão a uma temperatura menor que os vapores que alimentam o evaporador 20d, são passados para o próximo evaporador de água 20c, que é operado a uma pressão menor, onde condensam. Esse processo é repetido para todos os outros evaporadores 20b e 20a configurados no sistema. Enquanto os vapores se movem, em geral, do evaporador 20d para o evaporador 20a, se resfriando progressivamente em cada etapa, a alimentação desgaseifiçada 12 fornece água salgada que se move, em geral, do evaporador 20a para o evaporador 20d. Conforme a água salgada se move do evaporador 20d, a concentração salina aumenta gradualmente conforme a água evapora. Quando a água salgada finalmente deixa o evaporador 20d, esta é relativamente concentrada e a uma temperatura relativamente alta. Esse fluido quente concentrado, então, passa pelos trocadores de calor 22 e 26 antes de ser expelido como produto concentrado 16. Conforme passa pelos trocadores de calor 22 e 26, o produto concentrado é resfriado. O calor que é removido do produto concentrado é usado para aumentar a temperatura da água salgada que está entrando, respectivamente, nos evaporadores de água 20. Dependendo das necessidade do operador do sistema de dessalinização 10, tanto o produto concentrado 16 e/ou a água destilada 14 podem ser coletados para uso posterior. Quaisquer não condensáveis (por exemplo, ar ou gás)

que entrem com a linha de alimentação desgaseifiçada de entrada 12 devem ser purgados do sistema. Como mostrado na FIGURA 1, é assumido que todos os trocadores de calor operem acima de 1 atmosfera (1 atm) , de modo que os não condensáveis possam ser diretamente purgados. Se o sistema fosse operado abaixo de 1 atmosfera, uma bomba a vácuo (não mostrada especificamente) pode ser necessária para remover os não condensáveis. Em ambos os casos, um condensador 36 é localizado antes da purga de modo que o vapor d'água possa ser recuperado antes dos não condensáveis serem removidos. Em algumas modalidades, os não condensáveis podem ser purgados do sistema de dessalinização como uma corrente lenta que é, finalmente, descarregada para o exterior. 0 condensador de calor 36 assegura que qualquer vapor d'água que pode ser misturado com os não condensáveis é recuperado antes dos não condensáveis serem descarregados. Se o sistema de dessalinização for operado em alta pressão, a energia pode ser recuperada nas turbinas 56. Essa energia pode ser reinvestida na bomba 57 usada para pressurizar a alimentação desgaseifiçada 12.

O compressor 24 pode ser acionado por qualquer

dispositivo impulsionador tal como uma máquina ou motor elétrico. Na FIGURA 1, o compressor 24 é acionado por uma turbina a gás e ciclos combinados tal como um motor de ciclo de Brayton 40 e um motor de ciclo de Rankine 42. Em um motor de ciclo de Brayton 40, o ar é comprimido usando um compressor de ar 44, o combustível é adicionado ao ar comprimido em uma câmara de combustão 4 6 e queimado, e o gás quente de alta pressão é expandido através de um expansor 48. 0 gás que sai de baixa pressão é muito quente e pode ser usado para vaporizar um líquido no motor de Rankine durante seu ciclo de estabilização, que nesse caso, é um trocador de calor 50.

No motor de ciclo de Rankine 42, um fluido de alta pressão é aquecido no trocador de calor 50. 0 fluido quente de alta pressão se expande em um expansor 52, onde o trabalho é retirado. 0 vapor que sai do expansor 52 é condensado para um líquido em um condensador 54, que é, então, bombeado de volta para o trocador de calor 50.

Em condições ideais, o expansor de Rankine 52 permite que o líquido condense no expansor 52 durante o processo de expansão. Se isso ocorre, reduz a carga térmica sobre o condensador 54, diminui o tamanho físico do expansor 52, e permite que o ciclo seja mais eficiente devido, de certa forma, ao calor latente ser convertido em trabalho. Em uma modalidade, pode ser um expansor de gerotor. Em uma outra modalidade, o expansor de gerotor pode ser disponível da StarRotor Corporation, localizada em Bryan, Texas.

Em princípio, muitos fluidos de Rankine podem ser usados; contudo, alguns fluidos são melhores que outros. Um fluido deve ser selecionado que está acima da pressão supercrítica quando entra no expansor e ser abaixo da pressão supercrítica quando sair do expansor. Por seleção de um fluido que está acima da pressão supercrítica quando entra no expansor (por exemplo, metanol), há apenas trocadores de calor sensíveis no fluido, pois extrai contracorrentemente a energia térmica do gás de exaustão que sai do ciclo de Brayton. Isso permite que a temperatura de aproximação seja mais uniforme através do trocador de calor, que aumenta a eficiência do sistema. Se o fluido sofre mudanças de calor latente no trocador de calor de alta temperatura, são requeridas grandes aproximações de temperatura no trocador de calor, que reduzem a eficiência do sistema.

A FIGURA 2 é um diagrama esquemático de um outro sistema de dessalinização usando uma fonte única de vapor, de acordo com modalidades particulares. A alimentação de entrada desgaseifiçada 12, a linha de saída de água 14, a linha de saída de salmoura concentrada 16, evaporadores de água 20, trocadores de calor 22, compressor 24, motor de ciclo de Brayton 40, e motor de ciclo de Rankine 42 são semelhantes à modalidade da FIGURA 1. 0 sistema de dessalinização 60 difere, contudo, em que a entrada da alimentação desgaseifiçada 12 é acoplada ao evaporador 20d que é operável na pressão e temperatura mais alta. Essa modalidade pode ser desejável quando a alimentação desgaseifiçada tiver componentes com características de solubilidade reversa. Por exemplo, carbonato de cálcio torna-se menos solúvel quando se torna mais quente.

Como pode ser evidente, pela introdução da alimentação desgaseifiçada no evaporador 20d, a concentração de água salgada diminui quando se move do evaporador de água 20d para o evaporador de água 20a. Isso é o oposto de como a concentração de sal mudou entre os evaporadores 20 na FIGURA 1. Entretanto, a temperatura e a pressão ainda aumentam do evaporador de água mais a esquerda 20a para o evaporador de água mais a direita 20d. A FIGURA 3 é um diagrama esquemático de um sistema de

dessalinização que usa múltiplas fontes de vapor, de acordo com modalidades particulares. O sistema de dessalinização 70 é semelhante ao sistema de dessalinização 10 da FIGURA 1, em que o sistema de dessalinização 70 também usa uma serie de evaporadores 20, operando cada um a uma concentração de sal diferente. Nesta modalidade particular, entretanto, cada evaporador 20 tem seu próprio compressor 24 dedicado. Nesse caso, é possível para cada evaporador operar em temperaturas quase idênticas, que podem eliminar a necessidade de trocadores de calor entre cada estágio de evaporação. Os compressores mostrados na FIGURA 3 podem ser acionados através de quaisquer meios; nesse caso, motores elétricos 72 são mostrados. Semelhante às modalidades anteriores, a concentração de sal vai aumentando lentamente conforme passa por cada evaporador. . Consequentemente, a solução é a mais fortemente concentrada no evaporador 20a e a menos fortemente concentrada no evaporador de água 20d. Dessa maneira, pode ser que o compressor 24 que serve de evaporador de água 20a possa ter o trabalho mais difícil porque está trabalhando com a solução mais fortemente concentrada. Em algumas modalidades, os compressores 24 podem ser mais eficientes em baixas taxas de compressão de 1,05 ou 1,03 a um.

A FIGURA 4 é um diagrama esquemático de um outro sistema de dessalinização que usa múltiplas fontes de vapor, de acordo com modalidades particulares. O sistema de dessalinização 80 é semelhante ao sistema de dessalinização 70 da FIGURA 3 em que o sistema de dessalinização 80 também usa uma série de evaporadores 20, cada um operando em diferentes concentrações de sal. Nesta modalidade particular, cada compressor 24 trabalha com dois evaporadores de água 20. Adicionalmente, os evaporadores de água 20 que trabalham por um único compressor 24 podem operar em diferentes temperaturas. Isso pode ser facilitado pelo uso de trocadores de calor em contracorrente 22 entre os estágios trabalhados por um único compressor 24.

A FIGURA 5A é uma vista da seção transversal da

elevação lateral de uma modalidade de um compressor que pode ser usado com as modalidades da FIGURA 1 até a 4; e as FIGURA 5B e 5C são exemplos de tipos diferentes de impulsores que podem ser usados com o compressor da FIGURA 5A. 0 compressor 24 pode ser usado com os sistemas de dessalinização 10, 60, 70 e 80 descritos acima. Dependendo da modalidade, o compressor 24 pode ser projetado para pressões relativamente baixas, mas altas velocidades. 0 compressor 24 pode ter uma seção convergente de tubo 24a, e uma seção divergente de tubo 24b que são acopladas junto a uma seção de gargalo 24c. Esse pode ser semelhante a um venturi. Um impulsor 24d é provido para gerar fluxo através do compressor 24. 0 impulsor 24d pode ser um propulsor 24d' ou uma ventoinha canalizada 24d". Adicionalmente, um alinhador de fluxo 24e pode ser provido para remover o movimento rotacional da energia de robbing do vapor. Para economizar as despesas de desenvolvimento, o impulsor 24d' ou ventoinha canalizada 24d" pode ser adaptada a partir de aplicações aeroespaciais. Por exemplo, o propulsor 24d' pode ser um propulsor usado em um suporte plano e a ventoinha canalizada 24d" pode de um motor a jato. Isso pode ser executado ajustando a pressão de vapor tal que a densidade do vapor seja semelhante ao ar na altitude onde o propulsor 24d' ou a ventoinha canalizada 24d" é projetada para operar. Sem levar em consideração o tipo de impulsor 24d que é usado, o compressor 24 pode usar um impulsor 24d para acelerar o fluxo de vapor de modo que seja movido a uma alta velocidade. Por causa do alinhador de fluxo 24e ser a jusante do impulsor 24d, ele pode ser capaz de reduzir a quantidade de giros no vapor. Isso pode ser desejável porque muitas vezes o movimento rotatório é a energia desperdiçada que fornece pouco ou nenhum beneficio. A medida que o vapor se desloca pelo alinhador de fluxo 24e, o diâmetro do compressor 24 começa a aumentar e então a velocidade do vapor começa a diminuir. Esse decréscimo na velocidade é convertido em energia de pressão.

A FIGURA 6 é um diagrama esquemático de um outro sistema de dessalinização que usa múltiplos ejetores de jato como fontes de vapor, de acordo com modalidades particulares. A entrada de alimentação desgaseifiçada 12, linha de saida de água 14, linha de saida de salmoura concentrada 16, e evaporadores de água 20 são semelhantes à modalidade da FIGURA 1. O sistema de dessalinização 90 difere, contudo, em que cada um dos compressores são implementados usando ejetores de jato 92. Em determinadas modalidades, os ejetores de jato 92 podem ser vantajosos, em que podem comprimir grandes volumes de vapor, que permite o sistema de evaporação 90 operar em temperaturas e pressões reduzidas. Isso reduz os custos dos vasos e reduz o tamanho do trocador de calor sensível que pré-aquece a água de alimentação com a salmoura e a água destilada que saem. A energia impulsionadora requerida por cada ejetor de jato 92 é fornecida por um compressor mecânico 94. Conforme mostrado na FIGURA 6, os vapores de entrada no compressor mecânico 94 são fornecidos a partir de uma linha de fluido de baixa pressão 96 de cada um dos ejetores de jato 94. Em modalidades particulares, o compressor 94 pode receber o fluido de baixa pressão da linha de fluido de baixa pressão 96 e comprimi-lo a uma taxa de cinco ou seis. Esse vapor de alta pressão é, então, introduzido no gargalo do ejetor de jato 92. O vapor de alta pressão é o que é usado para gerar a compressão necessária para o respectivo evaporador 20.

A FIGURA 7 é um diagrama esquemático de um outro sistema de dessalinização que usa ejetores de jato como fontes de vapor, de acordo com modalidades particulares. O sistema de dessalinização 100 é semelhante ao sistema de dessalinização 90, exceto que o compressor 24 é alimentado por uma linha de alta pressão 102 a partir de cada um dos ejetores de jato 92. Em outras palavras, os ejetores de jato 92 podem ajudar a pré-comprimir o vapor que vai para o compressor 24. Um eventual benefício do presente pode ser que ele tenha as exigências de tamanho/potência do compressor 24 um pouco menores por causa do vapor que vai para ele já estar levemente pré-comprimido.

A FIGURA 8 é um diagrama esquemático de um outro sistema de dessalinização que usa múltiplos ejetores de jato como fontes de vapor, de acordo com modalidades particulares. A entrada de alimentação desgaseifiçada 12, a linha de saida de água 14, a linha de saida de salmoura concentrada 16, e os evaporadores de água 20 são semelhantes aos retratados na FIGURA 1. Nessa modalidade particular, contudo, cada ejetor de jato 92 trabalha com múltiplos evaporadores 20. Adicionalmente, os evaporadores de água 20 trabalham com um único compressor que pode operar em diferentes temperaturas. Isso pode ser facilitado pelo uso de trocadores de calor de contracorrente 22 entre os estágios trabalhados com um único ejetor de jato 92.

As FIGURAS 9A-9C são vistas da seção transversal da elevação lateral de diferentes ejetores de jato que podem ser usados com as modalidades das FIGURAS 6 a 8 e a FIGURA 9D é uma vista da seção transversal frontal ao longo da linha 192 da FIGURA 9C. Os ejetores de jato retratados nas FIGURAS 9A-9C, em geral, incluem duas entradas e uma saida. A primeira entrada é localizada no lado esquerdo do ejetor de jato 92 e recebe vapor de baixa pressão, baixa velocidade. A segunda entrada fornece vapor de alta pressão, alta velocidade da linha de entrada 93. Essas duas entradas misturam dentro da garganta formada do ejetor de jato 92 e produz uma saída de vapor que tem uma pressão e velocidade que está entre aquela do vapor das duas entradas. Os ejetores de jato 92 podem ter eficiências relativamente altas quando são comprimidos a uma taxa de compressão de 1,03 ou 1,05.

0 ejetor de jato retratado na FIGURA 9A mostra um ejetor de jato de área constante 92a, onde o fluido impulsionador é alimentado em uma única etapa. 0 fluido impulsionador pode ser fornecido através da linha de entrada 93. Em modalidades particulares, o fluido impulsionador pode ser vapor de alta pressão.

A FIGURA 9B mostra uma outra modalidade de um ejetor de jato 92b que tem um bocal de duas fases 92b' que é adaptado para permitir a adição proqressiva do fluido impulsionador. 0 bocal de duas fases 92b' pode ser mais eficiente do que um bocal de fase única retratado na FIGURA 9A. O bocal de duas fases 92b' permite que o vapor de alta pressão seja introduzido nas duas fases, que reduz a diferença de velocidade entre o vapor de baixa velocidade que entra no ejetor de jato 92 a partir da esquerda e o vapor de alta velocidade que entra através do bocal de duas fases 92b' . Desse modo, a primeira fase do bocal de duas fases pode ajudar a pré-acelerar vapor de baixa velocidade antes de alcançar a segunda fase. Embora as duas fases sejam mostradas na FIGURA 9B, outras modalidades podem usar fases adicionais. A FIGURA 9C retrata um outro ejetor de jato 92c que usa um bocal de duas fases 92c' . 0 bocal de duas fases 92c' inclui quatro bicos individuais de bocal, bico central de bocal 92c'' e bicos perímetro de bocal 92c''' . Como pode ser visto na FIGURA 9D, o bico central de bocal 92c' ' é cercado por três bicos de perímetro de bocal 92c''' igualmente espaçados. O bico central de bocal 92c'' se estende mais afastado a jusante do que os bicos de perímetro de bocal 92 c' ' ' . Assim, o vapor de alta pressão é liberado nas duas fases, primeiro através dos bicos de perímetro de bocal 92c''' e, então, a jusante através do bico central de bocal 92c' ' . Enquanto os três bicos de perímetro de bocal 92c''' são retratados, outras modalidades podem usar mais ou menos bicos de perímetro de bocal. Além disso, algumas modalidades podem balancear os bicos de bocal de forma diferente, por exemplo, o bico central de bocal 92c' ' pode estar a montante dos bicos de perímetro de bocal 92c''' ou todos os quatro bicos de bocal podem ser do mesmo comprimento (por exemplo, todos se estendendo dentro do ejetor de jato 92 numa mesma distancia).

A FIGURA IOA é uma vista da seção transversal plana de um evaporador e a FIGURA IOB é uma vista da seção transversal da elevação lateral de um evaporador, conforme modalidades particulares. Os trocadores de calor 22 podem estar contidos dentro de um tubo fechado 120. Nessa modalidade particular, o trocador de calor 26 pode ser distribuído através de cada um dos evaporadores de água 20, tal que a evaporação eficiente do vapor d' água de cada um dos evaporadores de água 20 possa ocorrer. Como mostrado na FIGURA 10B, a linha de entrada da alimentação desgaseifiçada 12 fornece um ponto de entrada para água salgada. Como a água é vaporizada nos evaporadores de água 20, a porta 98' é fornecida que provê uma saída para o vapor de água destilada. A bomba de líquido 24 é provida para mandar a água salgada da linha de entrada da alimentação desgaseif içada 12 para cada um de uma pluralidade de ejetores de jato 92. Os ejetores de jato 92 podem induzir alguns fluxos entro da água salgada para ajuda a mover o líquido. Isso pode ajudar com a transferência de calor e permitir que o evaporador de água seja menor. Usando esse processo, a água pode ser vaporizada a partir da água salgada para obter água destilada.

A FIGURA 10A mostra um caminho que pode ser tomado pelo vapor d'água através dos evaporadores de água 20. O vapor que entra através da porta 98" passa através dos pratos ocasionando o aquecimento e a fervura da água salgada. Induzindo a água salgada a uma fervura, o vapor segue um caminho de zig-zag através do evaporador 20, saindo, eventualmente, como água condensada por uma saída (por exemplo, a saída 14 da FIGURA 11) . Como o vapor progride da esquerda para a direita, os defletores juntos se aproximam cada vez mais. Isso pode ajudar a manter uma velocidade relativamente constante (por exemplo, cerca de 1, 524 m/s) (5 ft/s) apesar da perda de vapor da condensação. A medida que o vapor passa através dos pratos defletidos de trocador de calor e a água condensa, a fase vapor pode se tornar enriquecida com não condensáveis. Esses não condensáveis podem ser purgados através da saida 74. Assim, o vapor d'água destilada dos evaporadores de água 20 pode ser usado para aquecer a água salgada nos subseqüentes evaporadores de água 20. Uma linha de saida de água destilada (por exemplo, a saida 14 da FIGURA 11) fornece uma saida para a água destilada condensada do sistema de dessalinização. A FIGURA 11 é uma vista da seção transversal da

elevação frontal de um evaporador, de acordo com modalidades particulares. Os quadrantes superior 122 e inferior 124 contêm água salgada de baixa pressão e os quadrantes da esquerda 128 e da direita 130 contêm vapor de alta pressão e água destilada. A água evapora do sal e sai do topo através da saida 98' . A diferença de pressão entre a água salgada de baixa pressa e o vapor d'água de alta pressão pode ser fornecida por um compressor ou ejetor de jato (não mostrado de forma especifica na FIGURA 11). Os quadrantes da esquerda 128 e da direita 130 são fornecidos com o vapor de alta pressão, que condensa dentro dos pratos. O condensado coleta no fundo dos quadrantes da esquerda 128 e da direita 130 e sai através da porta 14. Em uma modalidade, as extremidades dos pratos de trocador de calor podem ser vedadas ao tubo usando vedações infláveis.

A FIGURA 12A mostra os evaporadores de água 20 e

ejetores de jato 92 removidos do tubo fechado 120. A FIGURA 12B mostra uma vista da seção transversal da elevação frontal dos ejetores de jato 92 da FIGURA 12A que circula água liquida através dos trocadores de calor, que podem aumentar a transferência de calor.

O evaporador de água 20 integrado e o trocador de calor 26 serão descritos agora. A FIGURA 13A mostra uma chapa de metal 140 que pode ser usada para formar uma porção do evaporador de água 20 integrado e o trocador de calor 26 da FIGURA 12. A chapa de metal 140 é mostrada na FIGURA 13A tendo sido cortada no seu formato desejado e em um número de cavidades 142 formada nesse. Adicionalmente, arestas 14 6 são integralmente formadas nos quatro cantos da chapa de metal 140. A FIGURA 13B mostra uma chapa de metal 140 da FIGGURA 13A em que dobras foram formadas na chapa 140 ao logo das linhas pontilhadas 144. As FIGURAS 13C e 13D mostram as vistas da seção transversal da chapa 140 tomadas ao longo das linhas 13C e 13D respectivamente.

As FIGURAS 14A até 14D mostram uma outra modalidade de uma chapa 150 de metal que pode ser usada para formar o evaporador de água 20 e o trocador de calor 2 6 da FIGURA 12. A chapa de metal 150 é idêntica à chapa de metal 140 exceto que não existem dobras nos cantos da chapa 150. A chapa de metal que é mostrada na FIGURA 14A foi cortada no seu formato desejado e um número de orifícios 152 foram formados nessa. A FIGURA 14B mostra a chapa de metal 150 da FIGURA 14A em que as dobras foram formadas na chapa 150 ao longo das linhas pontilhadas 154. As FIGURAS 14C e 14D mostram as vistas da seção transversal da chapa 150 tomada ao longo das linhas 14C e 14D, respectivamente. A FIGURA 15A mostra uma porção montada do evaporador

de água 20 e trocador de calor 26 da FIGURA 13 que foi construída usando um número de chapas de metal 140 que foram empilhadas, uma sobre a outra. A FIGURA 15B mostra uma vista parcial, ampliada da FIGURA 15A retratando a estrutura formada por cada uma das aletas 146. A FIGURA 15C mostra uma vista da elevação lateral ampliada da FIGURA 15A.

A FIGURA 16A mostra uma porção montada do evaporador de água 20 e trocador de calor 26 da FIGURA 14 que foi construído usando um número de chapas de metal 150 que foram empilhadas, uma sobre a outra. A FIGURA 16B mostra uma vista parcial, ampliada, da FIGURA 16A que retrata uma porção do canto de duas chapas de metal 150. A FIGURA 16C mostra uma vista da elevação lateral ampliada da FIGURA 16A. A FIGURA 17A mostra uma modalidade de uma chapa de orifícios 142 ou 152 que compreende um aspecto da presente invenção. Como mostrado, cada um dos orifícios 142 ou 152 tem uma região plana 156 tal que, quando uma outra chapa 140 ou 150 for colocada adjacente a esta, não haverá uma tendência a deslizamentos laterais, que ocorreriam se os bicos fossem redondos ou pontiagudos. Em uma outra modalidade mostrada na FIGURA 17B, os orifícios 142 ou 152 de uma chapa 140 ou 150 podem ser formados com uma depressão 158 que é adaptada para se adequar ao contorno externo de um outro orifício associado 142 ou 152 a partir de uma outra chapa 140 ou 150.

As FIGURAS 18A até 18F mostram vários tipos de encaixes que podem ser usados para conectar uma chapa 140 ou 150 a uma outra. A FIGURA 18A mostra um encaixe soldado 160. A FIGURA 18B mostra um encaixe soldado 162. A FIGURA 18C mostra um grampo dobrado 164 que é usado para unir as extremidades. A FIGURA 18D mostra uma outra modalidade de um grampo dobrado 164, em que as arestas da chapa 140 ou 150 são levantadas para que o grampo dobrado seja seguramente mantido no lugar. A FIGURA 18E mostra um rebite ou parafuso 168 que fosse usado para prender as arestas das chapas 140 ou 150 juntos. A FIGURA 18F mostra uma aleta 170 que é integralmente formada nas arestas de uma chapa 140 ou 150. Durante a montagem, esta aleta é entortada ao redor da aresta de uma chapa adjacente 140 ou 150. A FIGURA 19 é um diagrama esquemático de um sistema de dessalinização que usa um sistema de troca iônica, de acordo com modalidades particulares. 0 sistema de dessalinização 180 provê um sistema trocador de ions que remove seletivamente os ions sulfato. Exemplos de resina que pode ser operáveis para remover ions sulfato são Purolite A-830W (disponível da Purolite Company) e Relite MGl /P (disponível da Residdion S.R.L., Mitsubish Chemical Company).

Na FIGURA 19, o ácido é adicionado à alimentação

fresca no compartimento de mistura 182 para baixar o pH. Qualquer material ácido adequado pode ser usado, tal como o ácido clorídrico, ácido fosfórico, ou ácido sulfúrico. Em uma modalidade, o ácido sulfúrico pode ser usado devido ao seu custo relativamente baixo. 0 pH que sai do misturador é de aproximadamente 3 a 6. Essa água acidif içada é adicionada na exaustão do leito do trocador de íon 184, que é carregado com ions cloreto. Como a água salgada passa através da exaustão do leito do trocador de ions 184, os ions sulfato se ligam e os ions cloreto são liberados. É possível a remoção de aproximadamente 95 % dos ions sulfato. 0 pH que sai da exaustão do leito de troca iônica 184 é aproximadamente 5,0 a 5,2. Essa água dessulfonada flui para um separador a vácuo 186 onde o dióxido de carbono dissolvido é removido; o vapor de baixa pressão é adicionado como um caso de carreador. Em algumas modalidades, outras técnicas de desgaseificação podem ser usadas, tais como dispositivos que usam um vácuo para puxar os gases através de uma membrana. 0 liquido que sai do separador a vácuo 186 tem um pH de aproximadamente 7,0 a 7,2. Este contém uma baixa concentração de ions sulfato e carbonato, que reduz os problemas de incrustação nos trocadores de calor. A água salgada desgaseifiçada flui para dentro do sistema de dessalinização 188. Muitos tipos diferentes de sistemas de dessalinização podem ser empregados, tais como os sistemas de dessalinização 10, 60, 70, 80, 90, 100, ou 110. Δ FIGURA 19, contudo, é mostrada usando o sistema de dessalinização 70. A água de salmoura concentrada que sai dos evaporadores 20 e usada para regenerar a regeneração do leito do trocador de ions 190. Tipicamente, a concentração da água de salmoura é de 2,5 a 4,0 vezes mais concentrada que a água salgada da alimentação.

A FIGURA 20 é um diagrama esquemático de um sistema de dessalinização usando um material abrasivo, de acordo com modalidades particulares. O sistema de dessalinização 200 pode ser operável para reduzir a formação de incrustação na superfície do trocador de calor pela inclusão de um material abrasivo, tal como pequenas esferas de borracha, ou pequenos pedaços de arame cortado com a água salgada. 0 material abrasivo pode ser introduzido na água salgada na linha 204 e ser removido da água de salmoura concentrada na linha 206 usando um separador de material abrasivo 202, que emprega métodos adequados, tais como filtração, decantação, ou imãs.

A FIGURA 21 é um diagrama esquemático de um sistema de dessalinização que usa um material abrasivo e um material precipitado, de acordo com modalidades particulares. O sistema de dessalinização 210 fornece dois sistemas para reduzir a formação de incrustação nas superfícies internas do evaporador de água 20 e trocador de calor 26. Em uma modalidade, um separador de material abrasivo 202 pode ser implementado de modo que funcione de uma forma semelhante ao separador de material abrasivo 202 da FIGURA 20. Modalidades particulares fornecem um separador de material precipitado 230 que distribui o material precipitado na água salgada na linha 232 e recupera o precipitado da linha 234. Adição de pequenas partículas de precipitado na água salgada atua como cristais de sementes que fornecem sítios de nucleação. Como a solução salina supersatura, ao invés da ocorrência de precipitação sobre as superfícies de metal, o precipitado preferirá formar sobre os cristais de sementes porque a área superficial é muito maior do que a superfície do metal. Além disso, diferente da superfície de metal, os cristais de sementes têm uma estrutura cristalina semelhante ao precipitado formado recentemente, que facilita a formação do precipitado sobre o cristal de semente ao invés da superfície de metal. O precipitado é , removido por um método adequado (por exemplo, filtração,

centrifugação) no separador 230. Uma porção do precipitado é devolvida como cristais de sementes e o excesso é purgado do sistema.

A FIGURA 22 é um diagrama esquemático de um sistema de

dessalinização em que o vapor que deixa o evaporador final é condensado e descarregado, de acordo com modalidades particulares. O sistema de dessalinização 220 é adaptado para aceitar a água salgada em uma linha de entrada de água salgada 12, destila pelo menos uma porção de água destilada da água salgada, e fornece água destilada em uma linha de saida de água destilada 14 e salmoura concentrada na linha de saida de salmoura concentrada 16. O sistema de dessalinização de água 220 possui vários evaporadores de água 20, vários trocadores de calor 22 que são acoplados entre cada um dos evaporadores de água 20, e um ejetor de jato 92 que é acoplado a um dos evaporadores de água 20d (que pode funcionar como um evaporador de compressão de vapor). O vapor pressurizado pode ser fornecido a outros evaporadores 20a, 20b, e 20c em uma forma de cascata tal que cada evaporador de água sucessivo 20a, 20b, e 20c (que podem funcionar como evaporadores de efeitos múltiplos) tem uma pressão operacional relativamente menor do que o evaporador de água a montante 20d. Nessa maneira, a água pode ser progressivamente removida ou evaporada da água salgada. Conforme mostrado, a água salgada desgaseifiçada é introduzida na entrada de alimentação de água desgaseif içada 12 e em um trocador de calor em contracorrente 26 que tem salmoura concentrada e água destilada fluindo na direção oposta. A água salgada desgaseifiçada entra em um primeiro evaporador de água 20d, onde uma porção de água vaporiza. A água salgada remanescente é bombeada através de um trocador de calor em contracorrente 22c para o interior do segundo evaporador de água 20c, onde água adicional é vaporizada. Este processo é repetido quantas vezes forem desejadas. Como mostrado, um total de quatro evaporadores de água 20a, 20b, 20c, e 20d são mostrados; contudo, qualquer quantidade de evaporadores de água 20 pode ser usada. O vapor de alta pressão, tal como pode ser fornecido

de uma caldeira, entra no ejetor de jato 92 através da linha 93 e fornece a energia impulsionadora necessária para comprimir o vapor d'água da linha de entrada 28 para a linha de saida 30. Assim, as altas pressões resultantes no evaporador de água 20d induzem o vapor d'água a condensar. Como esses vapores se condensam, eles induzem a água a evaporar a partir da água salgada. Esses vapores se condensam no próximo evaporador 20c, que é operado a uma pressão mais baixa. Esse processo é repetido para todos os outros evaporadores 20b, e 20a configurados no sistema. Quaisquer não condensáveis que entrem com a linha de entrada de água salgada 12 podem ser purgados do sistema. Como mostrado na FIGURA 22, é presumido que todos os trocadores de calor operam acima de 1 atmosfera (atm), então, os não condensáveis podem ser diretamente purgados. Se o sistema fosse operado abaixo de 1 atmosfera, uma bomba a vácuo (não mostrada especificamente) pode ser necessária para remover os não condensáveis. Em ambos os casos, um condensador 36 é localizado antes da purga 38 de modo que o vapor d'água possa ser recuperado antes dos não condensáveis serem removidos. 0 ejetor de jato 92 serve para pressurizar o vapor d'água da linha de entrada 28 para a linha de saida 30.

A FIGURA 23 é um diagrama esquemático de um outro sistema de dessalinização em que o vapor que deixa o evaporador final é condensado e descarregado, de acordo com modalidades particulares. A linha de entrada de água salgada 12, linha de saida de água 14, linha de entrada de salmoura concentrada 16, evaporadores de água 20, trocadores de calor 22, e ejetores de jato 92 são semelhantes ao sistema de dessalinização 210 da FIGURA 22. O sistema de dessalinização 230 difere, contudo, em que a linha de entrada do ejetor de jato 92 é acoplada ao segundo evaporador de água 24c. A FIGURA 24 é um diagrama esquemático de um sistema de

dessalinização que usa duas fontes de vapor, em que o vapor que deixa o evaporador final é condensado e descarregado, de acordo com modalidades particulares. Essa modalidade é semelhante ao sistema de dessalinização 210 da FIGURA 22, em que o sistema de dessalinização 240 também usa uma série de evaporadores 20, cada um operando a uma concentração salina diferente. Nessa modalidade particular, contudo, vários evaporadores de água 20c e 20d possuem seus próprios ejetores de jato 92 dedicados. Na FIGURA 24, o primeiro 20d e o segundo 20c evaporadores de água são cada um mostrados com seus próprios ejetores de jato 92 dedicados. Contudo, pode ser apreciado que quaisquer dos evaporadores de água 24a, 24b, 24c, ou 24d podem ser configurados com seus próprios ejetores de jato 92.

A FIGURA 25 é um diagrama esquemático de um sistema de dessalinização, no qual o vapor que deixa o evaporador inicial é condensado e descarregado, de acordo com modalidades particulares. A linha de entrada de água salgada 12, linha de saida de água 14, linha de saida de salmoura concentrada 16, e evaporadores de água 20 são semelhantes ao sistema de dessalinização 210 da FIGURA 22. O sistema de dessalinização 250 difere, contudo, em que a linha de alimentação desgaseifiçada 12 é acoplada ao evaporador de água 20a que não é diretamente acoplado ao ejetor de jato 92. Ou seja, a linha de alimentação desgaseif içada 12 é acoplada a um evaporador de água subsequente 20a que está a jusante da série de evaporadores de água 20 em cascata.

A FIGURA 26 é um gráfico que mostra o coeficiente de transferência de calor total como uma função da temperatura de condensação lateral e a diferença de temperatura total ente o vapor que condensa e a água fervente. O gráfico mostra o coeficiente de transferência de calor total como uma função da temperatura de condensação lateral e diferença de temperatura total (ΔΤ) entre o vapor que condensa e a água fervente. Este gráfico mostra que o coeficiente de transferência de calor total aumenta drasticamente quando as temperaturas de condensação lateral aumentam para cerca de 171,11 0C (340 °F). Acima desta temperatura, é difícil manter a condensação gota a gota, que possui uma transferência de calor drasticamente melhor do que a condensação de filmwise. A condensação gota a gota é promovida com uma superfície hidrofóbica (por exemplo, ouro, cromo, prata, nitreto de titânio, Teflon). Uma superfície hidrofóbica preferida é criada pela ligação covalente de uma monocamada de produtos químicos orgânicos hidrofóbicos diretamente à superfície de um trocador de calor de metal (cobre) usando diazônio.

Acima de 120 0C (248 °F) há uma tendência para a água do mar depositar crosta sobre as superfícies do trocador de calor. Em geral, é desejável que o lado da água salgada do trocador de calor deva ser antiaderente. Acima de 120 0C (248 °F), uma superfície antiaderente é particularmente útil se os ions de cálcio, de magnésio, sulfato e carbonato estiverem presentes na água. Se o trocador for feito de titânio, este possui naturalmente uma superfície antiaderente. É também possível revestir o metal com superfícies antiaderentes, tais como a seguir:

a. Revestimento de Teflon sobre metal. Revestimentos da DuPont Silverstone Teflon usados como utensílios para cozinha pode manter temperatura de 290 °C.

b. Alumínio pode ser anodizado duro seguido por inclusão de PTFE (politetrafluoroetileno).

c. Aliminização a vácuo de aço carbono, seguido por anodização duro e inclusão de PTFE.

d. Revestimento por impacto de alumínio, aço carbono, ou bronze naval com PPS (sulfeto de polifenileno) ou liga PPS/PTFE.

e. Nitreto de titânio, carboneto de titânio, ou boreto de titânio aplicado na deposição física de vapor.

Tais revestimentos seriam aplicados à lateral do trocador de calor que fosse exposto à água salgada quente. De modo ideal, o metal base consistiria de um material resistente à água salgada, tal como bronze naval ou almirantado. Usando essa abordagem, se o revestimento falhar, o trocador de calor pode se sujar, mas isso não o perfuraria ou vazaria.

Em temperaturas menores (< ca. 120°C), a superfície antiaderente pode não ser necessária; contudo, a resistência de água salgada pode ser transmitida pela deposição de vapor a arco catódico de titânio ou outros metais, tais como alumínio ou aço carbono.

Como uma alternativa para o revestimento da superfície metálica, é possível ligar um fino filme de polímero - tal como PVDF (Fluoreto de Polivinilideno) ou PTFE - usando adesivos e/ou laminação a quente.

Caso ocorra sujeira, o trocador de calor pode ser retirado temporariamente de serviço para limpeza das superfícies com ácidos diluídos ou outros limpadores adequados.

Embora a presente invenção tenha sido descrita em várias modalidades, uma miríade de mudanças, variações, alterações, transformações, e modificações podem ser sugeridas ao versado na técnica, e pretende-se que a presente invenção abranja tais mudanças, variações, alterações, transformações, e modificação que se inserem no espírito e escopo das reivindicações anexas.

Claims (61)

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de dessalinização caracterizado pelo fato de compreender: Uma pluralidade de evaporadores compreendendo pelo menos um primeiro evaporador e um último evaporador, dispostos na forma de cascata tal que uma concentração de sal em uma solução de salmoura aumente conforme a solução de salmoura passe através da pluralidade de evaporadores a partir do primeiro evaporador para o último evaporador; Uma pluralidade de trocadores de calor, uma entrada de cada evaporador acoplado a pelo menos uma entrada da respectiva pluralidade de trocadores de calor; e Fonte de vapor acoplada a pelo menos um evaporador da pluralidade de evaporadores.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada um dos trocadores de calor estar disposto tal que a temperatura da solução de salmoura seja aumentada antes da solução de salmoura entrar no respectivo evaporador.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada um dos trocadores de calor estar disposto tal que a temperatura da solução de salmoura seja reduzida antes da solução de salmoura entrar no respectivo evaporador.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidade de evaporadores estar ainda disposta na forma de cascata tal que a pressão de cada evaporador aumente a partir do primeiro evaporador para o último evaporador.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidade de evaporadores estar ainda disposta na forma de cascata tal que a pressão de cada evaporador diminua a partir do primeiro evaporador para o último evaporador.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma bomba acoplada ao primeiro evaporador, a bomba operável para abastecer o primeiro evaporador com a solução de salmoura.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma bomba acoplada ao último evaporador, a bomba operável para abastecer ao último evaporador com solução de salmoura.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de vapor compreender um compressor operável para comprimir um fluido junto com o vapor.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de vapor compreender um compressor ciclo de Rankin.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de vapor ser impulsionada por um motor de ciclo de Brayton.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de vapor compreender um ejetor de jato.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o ejetor de jato ser fornecido com vapor de alta pressão de uma caldeira a vapor.

13. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de vapor ser acoplada ao último evaporador.

14. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de vapor ser acoplada ao último evaporador e pelo menos um evaporador adicional, mas menor do que a pluralidade de evaporadores.

15. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidade de evaporadores compreender uma pluralidade de pares de pratos de evaporadores, os pares de pratos de evaporador dispostos dentro dos evaporadores, em que um primeiro prato evaporador de um par de pratos de evaporador compreende uma pluralidade de cavidades semi-esféricas e um segundo prato evaporador do par de pratos de evaporador compreender uma pluralidade de cavidades semi-esféricas, cada cavidade tendo uma porção côncava para impedir o movimento lateral dos pratos de evaporador.

16. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pluralidade de evaporadores compreender uma pluralidade de pares de pratos de evaporador cobertos por uma camada de material impermeável a água.

17. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma pluralidade de ejetores de jato dentro de cada evaporador da pluralidade de evaporadores, os ejetores de jato operáveis para agitar a solução de salmoura dentro do respectivo evaporador.

18. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um trocador de ion através do qual a solução de salmoura passa antes de entrar em qualquer evaporador da pluralidade de evaporadores, o trocador de ion operável para remover seletivamente os ions sulfato.

19. Sistema de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de compreender ainda um compartimento de mistura contendo uma solução acida, a solução de salmoura sendo misturada com a solução ácida antes de entrar no trocador de ions.

20. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um separador a vácuo operável para remover dióxido de carbono da solução de salmoura ante de entrar em qualquer evaporador da pluralidade de evaporadores.

21. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um separador de material abrasivo operável para adicionar o material abrasivo à solução de salmoura antes de entrar em qualquer evaporador da pluralidade de evaporadores.

22. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda um separador de material precipitado operável para adicionar o material precipitado à solução de salmoura antes de entrar em qualquer evaporador da pluralidade de evaporadores.

23. Sistema de dessalinização caracterizado pelo fato de compreender: Uma pluralidade de evaporadores compreendendo pelo menos um primeiro evaporador e um último evaporador disposto na forma de cascata tal que uma concentração de sal em uma solução de salmoura aumente conforme a solução de salmoura passe pela pluralidade de evaporadores a partir do primeiro evaporador para o último evaporador; e Uma pluralidade de fontes de vapor, cada fonte de vapor acoplada a pelo menos um da pluralidade de evaporadores.

24. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de um número da pluralidade de evaporadores ser igual a um número da pluralidade de fontes de vapor e cada evaporador da pluralidade de evaporadores ser acoplado a uma fonte de vapor diferente da pluralidade de fontes de vapor.

25. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de pelo menos uma fonte de vapor da pluralidade de fontes de vapor ser acoplada a um primeiro número de evaporadores, o primeiro número sendo maior que um.

26. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de compreender ainda um segundo número de trocadores de calor, o segundo número sendo um número menor do que o primeiro número, cada um do segundo número de trocadores de calor acoplados a um dos evaporadores da pluralidade de evaporadores tal que cada trocador de calor do segundo número de trocadores de calor esteja funcionalmente entre dois do primeiro número dos evaporadores.

27. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de compreender ainda um trocador de calor acoplado ao primeiro evaporador e operável para aquecer a solução de salmoura antes da solução de salmoura entrar no primeiro evaporador.

28. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de a pluralidade de fontes de vapor compreender uma pluralidade de tubos convergentes/ divergentes tendo uma turbina disposta nestes.

29. Sistsma de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de a pluralidade de fontes de vapor compreender uma pluralidade de venturis, cada venturi compreendendo um impulsor.

30. Sistema de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma pluralidade de alinhadores de fluxo, cada alinhador de fluxo dentro da pluralidade de venturis e a jusante do impulsor.

31. Sistema de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de o impulsor compreender um propulsor acionável para uso com um suporte plano.

32. Sistema de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de o propulsor compreender uma ventoinha acionável para uso com um motor a jato de um avião.

33. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de a pluralidade de fontes de vapor compreender uma pluralidade de ejetores de jato.

34. Sistema de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de cada um da pluralidade de ejetores de jato ser vapor de alta pressão alimentado a partir de um compressor.

35. Sistema de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de o compressor ser alimentado de vapor de baixa pressão de cada um da pluralidade de evaporadores.

36. Sistema de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de o compressor ser alimentado de vapor de média pressão de cada um da pluralidade de ejetores de jato.

37. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de a pluralidade de evaporadores compreender uma pluralidade de pares de pratos de evaporador, os pares de pratos de evaporadores dispostos dentro dos evaporadores onde um primeiro prato evaporador de um par de pratos de evaporador compreende uma pluralidade de cavidades semi-esféricas e um segundo prato evaporador do par de pratos evaporadores compreende uma pluralidade de cavidades semi-esféricas, cada cavidade possuindo uma porção côncava para impedir o movimento lateral dos pratos evaporadores.

38. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de a pluralidade de evaporadores compreender uma pluralidade de pares de pratos evaporadores revestidos por uma camada de material impermeável a água.

39. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma pluralidade de ejetores de jato dentro de cada evaporador da pluralidade de evaporadores, a pluralidade de evaporadores de jato operáveis para agitar a solução de salmoura dentro do respectivo evaporador.

40. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de compreender ainda um trocador de ions através do qual a solução de salmoura passa antes de entrar em qualquer evaporador da pluralidade de evaporadores, o trocador de ions operável para remover seletivamente os ions sulfato.

41. Sistema de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de compreender ainda um compartimento de mistura contendo uma solução ácida, a solução de salmoura sendo misturada com a solução ácida antes de entrar no trocador de ions.

42. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de compreender ainda um separador a vácuo operável para remover dióxido de carbono da solução de salmoura antes de entrar em qualquer evaporador da pluralidade de evaporadores.

43. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de compreender ainda um separador de material abrasivo operável para adicionar o material abrasivo à solução de salmoura antes de entrar em qualquer evaporador da pluralidade de evaporadores.

44. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de compreender ainda um separador de material precipitado operável para adicionar o material precipitado à solução de salmoura antes de entrar em qualquer evaporador da pluralidade de evaporadores.

45. Método para dessalinização de uma solução de salmoura caracterizado pelo fato de compreender: Receber uma solução de salmoura; Aquecer a solução de salmoura antes da água não destilada entrar em um primeiro evaporador de uma pluralidade de evaporadores; Destilar a solução de salmoura em uma porção de liquido destilada e uma quantidade reduzida de solução de salmoura, a quantidade reduzida da solução de salmoura sendo mais concentrada do que a solução de salmoura antes de entrar no primeiro evaporador; Bombear a quantidade reduzida da solução de salmoura através da pluralidade de evaporadores; no qual o bombeamento da quantidade reduzida da solução de salmoura através da pluralidade de evaporadores compreende: Aquecer a quantidade reduzida da solução de salmoura antes para a água não destilada reduzida entrar em um evaporador subsequente da pluralidade de evaporadores; e Destilar a solução de salmoura reduzida em uma porção do liquido destilado e uma quantidade adicional reduzida de solução de salmoura, a quantidade adicional reduzida de solução de salmoura sendo mais concentrada do que a quantidade reduzida da solução de salmoura antes de entrar no evaporador subsequente; e Sob um último evaporador da pluralidade de evaporadores que destilam a porção adicional reduzida da solução de salmoura, descarregar a porção adicional reduzida da solução de salmoura como produto concentrado.

46. Método de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de compreender: Gerar uma primeira corrente de vapor; Transportar a primeira corrente de vapor para o último evaporador da pluralidade de evaporadores; e Para cada evaporador da pluralidade de evaporadores: Gerar dentro do evaporador uma segunda corrente de vapor; e Transportar a segunda corrente de vapor para um evaporador subsequente.

47. Método de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de a geração de uma primeira corrente de vapor compreender a mistura dentro de um compressor da solução de salmoura ou liquido destilado com o vapor.

48. Método de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de a geração de uma primeira corrente de vapor compreender: Gerar uma corrente de vapor de alta pressão; e Combinar dentro de um ejetor de jato a corrente de vapor de alta pressão com uma corrente de vapor de baixa pressão a partir do último evaporador, a combinação resultante na primeira corrente de vapor.

49. Método de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de ainda compreender: Gerar uma primeira corrente de vapor; Transportar a primeira corrente de vapor para o último evaporador da pluralidade de evaporadores; e Para cada evaporador da pluralidade de evaporadores: Gerar dentro do evaporador uma segunda corrente de vapor; e Transportar a segunda corrente de vapor para um evaporador subsequente.

50. Método de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de a geração de uma primeira corrente de vapor compreender a mistura dentro de um compressor da solução de salmoura ou liquido destilado com o vapor.

51. Método de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de a geração de uma primeira corrente de vapor compreender: Gerar uma corrente de vapor de alta pressão; e Combinar dentro de um ejetor de jato a corrente de vapor de alta pressão com uma corrente de vapor de baixa pressão a partir do primeiro evaporador, a combinação resultante na primeira corrente de vapor.

52. Método de acordo com a reivindicação 51, caracterizado pelo fato de compreender ainda a agitação da solução de salmoura dentro de cada evaporador da pluralidade de evaporadores com uma pluralidade de ejetores de jato dentro de cada evaporador da pluralidade de evaporadores.

53. Método de acordo com a reivindicação 51, caracterizado pelo fato de compreender ainda trocas de ions dentro da solução de salmoura em um trocador de ions antes da solução de salmoura entrar em qualquer evaporador da pluralidade de evaporadores.

54. Método de acordo com a reivindicação 53, caracterizado pelo fato de compreender ainda a mistura de uma solução acida com a solução de salmoura antes da solução de salmoura entrar no trocador de ions.

55. Método de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de compreender ainda a remoção de dióxido de carbono da solução de salmoura antes de entrar em qualquer evaporador da pluralidade de evaporadores.

56. Método de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de compreender ainda a adição de um material abrasivo à solução de salmoura antes de entrar em qualquer evaporador da pluralidade de evaporadores.

57. Método de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de compreender ainda a adição de um material precipitado à solução de salmoura antes de entrar em qualquer evaporador da pluralidade de evaporadores.

58. Ejetor de jato caracterizado pelo fato de compreender: Um percurso compreendendo em uma primeira extremidade uma primeira entrada operável para receber uma corrente de vapor de baixa pressão e em uma segunda extremidade, oposta à primeira extremidade, uma primeira saida operável para expelir uma corrente de vapor de média pressão; e Um mecanismo de liberação de alta pressão acoplado ao percurso e operável para liberar uma corrente de vapor de alta pressão na corrente de vapor de baixa pressão em estágios, cujo primeiro estágio é a montante de um último estágio.

59. Ejetor de jato de acordo com a reivindicação 58, caracterizado pelo fato de o mecanismo de distribuição de alta pressão compreender uma pluralidade de bocais nos quais um primeiro número da pluralidade de bocais sejam dispostos ao redor do perímetro de pelo menos um bocal adicional, e pelo menos um bocal adicional sendo a jusante do primeiro número da pluralidade de bocais.

60. Ejetor de jato de acordo com a reivindicação 58, caracterizado pelo fato de o mecanismo de distribuição de alta pressão compreender três bocais dispostos ao redor do perímetro de um quarto bocal tal que os três bocais ao redor do perímetro sejam eqüidistantes um ao outro e a montante do quarto bocal.

61. Ejetor de jato de acordo com a reivindicação 58, caracterizado pelo fato de: O percurso compreender ainda uma passagem restrita, a passagem restrita sendo mais estreita do que a primeira extremidade e a segunda extremidade e se estendendo ao longo de uma porção do percurso menor do que um comprimento do percurso; e 0 mecanismo de distribuição de alta pressão ser acoplado ao percurso para que o mecanismo de distribuição de alta pressão seja operável para liberar a corrente de vapor de alta pressão na passagem de dentro da passagem restrita.