ES2951035T3 - Sistema para descontaminar agua y generar vapor de agua - Google Patents

Abstract

Un sistema y método para procesar un fluido, que incluye descontaminar agua y generar vapor de agua, incluye introducir el fluido en un recipiente. El fluido se mueve a través de una serie de bandejas giratorias separadas alternativamente por deflectores estacionarios para hacer girar y calentar el fluido para efectuar su vaporización para producir un vapor que tiene al menos algunos de los contaminantes separados del mismo. El vapor se retira del recipiente para condensarlo aparte de los contaminantes separados y el agua restante. El vapor puede pasar a través de una turbina conectada a un generador eléctrico. Se pueden emplear sensores en un controlador para ajustar la velocidad de rotación de las bandejas o la entrada de fluido al recipiente en respuesta a las condiciones detectadas. El fluido tratado puede recircularse y reprocesarse a través del recipiente para aumentar su purificación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema para descontaminar agua y generar vapor de agua

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema para descontaminar agua y generar vapor de agua.

La desalinización (también desalación o desalinización) se refiere a uno de los muchos procesos para eliminar el exceso de sal, minerales y otros contaminantes naturales o no naturales del agua. Históricamente, la desalinización convertía el agua de mar en agua potable a bordo de los barcos. Los procesos modernos de desalinización todavía se utilizan en barcos y submarinos para garantizar un suministro constante de agua potable para la tripulación. Sin embargo, la desalinización se usa cada vez más en regiones áridas que tienen escasos recursos de agua dulce. En estas regiones, el agua salada del océano se desaliniza en agua dulce apta para el consumo (es decir, potable) o para riego. El producto de desecho altamente concentrado del proceso de desalinización se conoce comúnmente como salmuera, y la sal (NaCl) es un subproducto principal típico. El interés más moderno en la desalinización se centra en el desarrollo de procesos rentables para proporcionar agua dulce para su uso en regiones áridas donde la disponibilidad de agua dulce es limitada.

La desalinización a gran escala suele ser costosa y generalmente requiere grandes cantidades de energía y una infraestructura costosa. Por ejemplo, la planta de desalinización más grande del mundo utiliza principalmente destilación instantánea de múltiples etapas y puede producir 300 millones de metros cúbicos (m3) de agua por año. La planta desalinizadora más grande de los Estados Unidos desaliniza 25 millones de galones (95,000 m3) de agua por día. En todo el mundo, aproximadamente 13,000 plantas desalinizadoras producen más de 12,000 millones de galones (45 millones de m3) de agua al día. Por tanto, existe una necesidad constante en la técnica de mejorar los métodos de desalinización, a saber, reducir los costes y mejorar la eficiencia de los sistemas relacionados.

La desalinización se puede realizar mediante muchos procesos diferentes. Por ejemplo, varios procesos utilizan métodos simples de desalinización basados en la evaporación, como la evaporación de efecto múltiple (MED o simplemente ME), la evaporación por compresión de vapor (VC) y la evaporación-condensación. En general, la evaporación-condensación es un proceso natural de desalinización realizado por la naturaleza durante el ciclo hidrológico. En el ciclo hidrológico, el agua se evapora a la atmósfera desde fuentes como lagos, océanos y arroyos. El agua evaporada luego entra en contacto con el aire más frío y forma rocío o lluvia. El agua resultante generalmente está libre de impurezas. El proceso hidrológico se puede replicar artificialmente mediante una serie de procesos de evaporación-condensación. En el funcionamiento básico, el agua salada se calienta hasta la evaporación. La sal y otras impurezas se disuelven en el agua y quedan durante la etapa de evaporación. El agua evaporada es luego condensada, recolectada y almacenada como agua dulce. A lo largo de los años, el sistema de evaporación y condensación se ha mejorado mucho, especialmente con el advenimiento de tecnología más eficiente que facilita el proceso. Sin embargo, estos sistemas aún requieren un aporte de energía significativo para evaporar el agua. Un procedimiento alternativo de desalinización basado en la evaporación incluye la destilación instantánea de múltiples etapas, como se describe brevemente anteriormente. La destilación instantánea de varias etapas utiliza la destilación al vacío. La destilación al vacío es un proceso de hervir agua a una presión inferior a la atmosférica mediante la creación de un vacío dentro de la cámara de evaporación. Por lo tanto, la destilación al vacío opera a una temperatura mucho más baja que MED o VC y, por lo tanto, requiere menos energía para evaporar el agua y separar los contaminantes de la misma. Este proceso es particularmente deseable en vista de los crecientes costes de energía.

Los métodos alternativos de desalinización pueden incluir procesos basados en membranas como ósmosis inversa (RO), reversión de electrodiálisis (EDR), nanofiltración (NF), ósmosis directa (FO) y destilación por membrana (MD). De estos procesos de desalinización, la ósmosis inversa es la más utilizada. La ósmosis inversa utiliza membranas semipermeables y presión para separar la sal y otras impurezas del agua. Las membranas de ósmosis inversa se consideran selectivas. Es decir, la membrana es altamente permeable a las moléculas de agua mientras que es altamente impermeable a la sal y otros contaminantes disueltos en ella. Las propias membranas se almacenan en contenedores caros y altamente presurizados. Los recipientes disponen las membranas para maximizar el área superficial y el caudal de agua salada a su través. Los sistemas de desalinización por ósmosis convencional suelen utilizar una de dos técnicas para desarrollar alta presión dentro del sistema: (1 ) bombas de alta presión; o (2 ) centrífugas. Una bomba de alta presión ayuda a filtrar el agua salada a través de la membrana. La presión en el sistema varía según la configuración de la bomba y la presión osmótica del agua salada. La presión osmótica depende de la temperatura de la solución y de la concentración de sal disuelta en ella. Alternativamente, las centrífugas suelen ser más eficientes, pero son más difíciles de implementar. La centrífuga hace girar la solución a altas velocidades para separar materiales de diferentes densidades dentro de la solución. En combinación con una membrana, las sales suspendidas y otros contaminantes están sujetos a una aceleración radial constante a lo largo de la membrana. Un problema común con la ósmosis inversa en general es la eliminación de sal suspendida y la obstrucción de la membrana con el tiempo.

Los gastos operativos de las plantas de desalinización de agua por ósmosis inversa están determinados principalmente por los costes de energía necesarios para impulsar la bomba de alta presión o la centrífuga. Se puede integrar un sistema de recuperación de energía hidráulica en el sistema de ósmosis inversa para combatir el aumento de los costes de energía asociados con los procesos que ya consumen mucha energía. Se trata de recuperar parte de la energía de entrada. Por ejemplo, las turbinas son particularmente capaces de recuperar energía en sistemas que requieren altas presiones operativas y grandes volúmenes de agua salada. La turbina recupera energía durante una caída de presión hidráulica. Así, la energía se recupera en un sistema de ósmosis inversa basado en diferenciales de presión entre lados opuestos de la membrana. La presión en el lado del agua salada es mucho mayor que la presión en el lado del agua desalada. La caída de presión produce una energía hidráulica considerable recuperable por la turbina. Por lo tanto, la energía producida entre las secciones de alta y baja presión de la membrana de ósmosis inversa se aprovecha y no se desperdicia por completo. La energía recuperada se puede utilizar para impulsar cualquiera de los componentes del sistema, incluida la bomba de alta presión o la centrífuga. Las turbinas ayudan a reducir los gastos generales de energía para realizar la desalinización.

En general, los sistemas de ósmosis inversa suelen consumir menos energía que la destilación térmica y, por lo tanto, son más rentables. Si bien la ósmosis inversa funciona bien con soluciones de agua algo salobre, la ósmosis inversa puede sobrecargarse y ser ineficiente cuando se usa con soluciones muy saladas, como el agua salada del océano. Otros métodos de desalinización menos eficientes pueden incluir intercambio iónico, congelación, desalinización geotérmica, humidificación solar (HDH o MEH), cristalización de hidrato de metano, reciclaje de agua de alta calidad o hipertermia inducida por RF. Independientemente del proceso, la desalinización sigue siendo intensiva en energía. Los costes futuros y la viabilidad económica continúan dependiendo tanto del precio de la tecnología de desalinización como de los costes de la energía necesaria para operar el sistema.

En otro procedimiento alternativo de desalinización, el documento US 4,891,140 A divulga un procedimiento para separar y eliminar minerales disueltos y material orgánico del agua mediante destilación destructiva. Aquí, el agua se calienta a vapor bajo presión controlada. Las partículas de sal disueltas y otros contaminantes caen de la solución a medida que el agua se evapora. Una centrífuga de hidrociclón integrada acelera el proceso de separación. El agua limpia calentada a alta presión transfiere energía de regreso al sistema a través del intercambio de calor y un motor hidráulico. Por lo tanto, el uso de energía neta es relativamente menor que los procesos antes mencionados. De hecho, el uso de energía neta es esencialmente equivalente a la pérdida por bombeo y la pérdida de calor por la operación del equipo. Una ventaja particular de este diseño es que no hay membranas que reemplazar. Este proceso elimina los productos químicos y otros materiales que, de otro modo, dañarían o destruirían los dispositivos de desalinización basados en membranas.

Otra patente, US 4,287,026 A, divulga un procedimiento y un aparato para eliminar sal y otros minerales en forma de sólidos disueltos de la sal y otras aguas salobres para producir agua potable. El agua es forzada a través de varias etapas de desalinización a alta temperatura y a altas velocidades centrífugas. Preferentemente, los componentes interiores hacen girar el agua a velocidades de hasta Mach 2 para separar y suspender eficientemente la sal disuelta y otros sólidos disueltos del agua vaporizada. La sal suspendida y otros minerales son forzados centrífugamente hacia afuera para ser descargados por separado del vapor de agua. El vapor o vapor separado y purificado se vuelve a condensar en agua potable. El sistema requiere significativamente menos energía operativa que la ósmosis inversa y sistemas de filtración similares para purificar el agua de manera eficiente y económica. Un inconveniente de este diseño es que el eje giratorio está integrado en una cámara vertical. Como resultado, las secciones del eje giratorio solo están sólidamente ancladas a la unidad base mediante un cojinete y una tapa de cojinete. A altas velocidades de rotación (p. ej., superiores a Mach 1), las vibraciones provocan una falla excesiva del eje del cojinete y del sello. Otro inconveniente es que una serie de cámaras se atornillan juntas en secciones de alojamiento. Las placas perforadas se acoplan a estas secciones mediante un sello de junta tórica. Los sellos de la carcasa y de la junta tórica tienden a desgastarse con el tiempo debido a la penetración de sal debido a que las múltiples cámaras y las secciones de la carcasa están conectadas a través de una pluralidad de tuercas y pernos. En particular, el montaje del diseño de Wallace es especialmente laborioso. El mantenimiento es igualmente intensivo en mano de obra, ya que lleva mucho tiempo desmontar cada una de las secciones de la carcasa, incluidas las juntas tóricas, las tuercas y los pernos. Por supuesto, el dispositivo debe volver a montarse después de realizar el mantenimiento necesario. Cada sección de la carcasa debe volver a ensamblarse con cuidado para garantizar un sellado adecuado entre ellas. El sistema también es propenso a una variedad de problemas de torsión y mantenimiento a medida que el dispositivo envejece, como fugas en las juntas tóricas. Además, el eje giratorio está conectado a la fuente de energía mediante una transmisión por engranajes, lo que contribuye a los problemas de confiabilidad antes mencionados asociados con los cojinetes, ejes y sellos. El sistema tampoco da a conocer un medio para regular la velocidad de las secciones del eje giratorio según la presión osmótica del agua salada que se desaliniza. Por lo tanto, el funcionamiento estático de la desalinizadora Wallace no es tan eficiente como el de otros dispositivos desalinizadores modernos. En el documento WO2009/158345 A1 se describe un sistema y procedimiento para descontaminar agua y generar vapor de agua. El agua se mueve a través de bandejas móviles y deflectores fijos y se calienta para vaporizarla, eliminando así algunos de los contaminantes. El vapor eliminado se limpia y se puede mover a través de una turbina conectada a un generador eléctrico.

Por lo tanto, existe la necesidad en la técnica de un sistema mejorado que incluya sensores para monitorizar la información del sistema en tiempo real y controles para ajustar la operación mecánica del sistema para maximizar la descontaminación del agua, como la desalinización del agua. y minimizar el consumo de energía. Dicho sistema debe incorporar además múltiples ciclos de reciclaje para aumentar la recuperación de agua potable de aproximadamente el ochenta por ciento a aproximadamente entre el noventa y seis por ciento y el noventa y nueve por ciento, debe incorporar un sistema de recuperación asistido por polímeros para extraer los elementos traza de los compuestos residuales y debe consumir menos energía que otros sistemas de desalinización conocidos en la técnica. La presente invención satisface estas necesidades y proporciona otras ventajas relacionadas.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención está dirigida a un sistema para procesar fluidos, un recipiente alargado que define una cámara interior que tiene una entrada de fluido y un eje giratorio a través del recipiente, en el que dicho recipiente alargado y eje giratorio están orientados horizontalmente; medios para comprimir centrífuga y axialmente un fluido a través del recipiente, donde los medios para comprimir centrífuga y axialmente comprenden un conjunto próximo de bandejas y deflectores espaciados alternativamente, las bandejas unidas al eje y que tienen una pluralidad de palas a través de las cuales pasa el fluido, el deflectores unidos al recipiente y que tienen una pluralidad de aberturas a través de las cuales pasa el fluido, donde cada una de la pluralidad de palas y la pluralidad de aberturas tienen una entrada de un primer diámetro y una salida de un segundo diámetro más pequeño; medios para hacer girar el eje para accionar los medios para comprimir centrífuga y axialmente; un medio para bombear axialmente el fluido a través del recipiente que comprende una cámara de admisión dispuesta entre la entrada de fluido y los medios para comprimir centrífuga y axialmente, donde la cámara de admisión funciona como una bomba axial una vez que el sistema funciona a una velocidad de rotación operativa; y una salida de fluido en el recipiente donde los deflectores se extienden desde la pared del recipiente a través de la cámara y terminan cerca del eje dejando una abertura central entre los deflectores y el eje y las bandejas están fijadas al eje y tienen palas dispuestas a través de ellas. Una pluralidad de bandejas está dispuesta dentro de la cámara interior en relación espaciada entre sí. Las bandejas incluyen palas a través de las cuales pasa el fluido, tanto líquido como preferentemente vapor. Las palas incluyen una entrada de un primer diámetro y una salida de un segundo diámetro más pequeño. Una pluralidad de deflectores, típicamente placas con aberturas, está dispuesta entre las bandejas. Preferentemente, una mejora adicional es que al menos una de las bandejas incluye un director de flujo que se extiende desde una cara frontal de la misma y está configurado para dirigir el flujo del fluido hacia la periferia de la bandeja.

Preferentemente, el recipiente comprende un conjunto distal de bandejas y deflectores espaciados alternativamente, las bandejas unidas al eje y que tienen una pluralidad de palas a través de las cuales pasa el fluido, los deflectores unidos al recipiente y que tienen una pluralidad de aberturas a través de las cuales pasa el fluido. , en el que cada una de la pluralidad de palas y la pluralidad de aberturas tiene una entrada de un primer diámetro y una salida de un segundo diámetro más pequeño y en el que el conjunto distal de bandejas y deflectores espaciados alternativamente funciona como una turbina de gas sin luz o una turbina hidráulica/de agua , debido a un cambio en la naturaleza del fluido y su flujo.

Preferentemente, los medios para comprimir centrífuga y axialmente vaporizan al menos parte del fluido a través de la cavitación de manera que el fluido comprende sólidos disueltos no vaporizados, un líquido y un vapor.

Más preferentemente, los medios para comprimir centrífuga y axialmente provocan la compresión centrífuga del fluido, lo que da como resultado que los sólidos disueltos no vaporizados y al menos parte del líquido se muevan hacia una pared exterior del recipiente, donde preferentemente, los medios para comprimir centrífuga y axialmente la compresión provoca la compresión del flujo axial del líquido y el vapor aumentando la presión del fluido.

Preferentemente, la salida de fluido comprende salidas separadas de líquido y vapor, más preferentemente el sistema comprende además un medio para descargar el fluido en las salidas separadas de líquido y vapor que comprende una cámara de descarga que tiene un manguito interno que define un pasaje anular en comunicación con la salida de líquido, dando como resultado una reducción de la presión y una separación física de los sólidos disueltos no vaporizados y el líquido del vapor.

Un eje giratorio pasa a través de los deflectores y se une a la bandeja para hacer girar las bandejas dentro de la cámara interior, mientras que los deflectores permanecen estacionarios. Un accionamiento hace girar el eje. Típicamente, se dispone un espacio o una capa o manguito de material de baja fricción, o cojinetes, entre los deflectores y el eje.

Se forma una salida de contaminantes en el recipiente y, por lo general, en comunicación fluida con un tanque de agua contaminada. Un manguito interno está dispuesto en la cámara interior corriente abajo de las bandejas y deflectores. El manguito interno está próximo a la salida de contaminantes y forma un pasaje anular que va desde la cámara interior hasta la salida de contaminantes. También se forma una salida de vapor de agua en el recipiente y está en comunicación con un tanque de recuperación de vapor para condensar el vapor en agua líquida. Preferentemente, una mejora adicional es que al menos un tanque de agua contaminada tratada se acopla de forma fluida al recipiente para reprocesar el agua contaminada haciendo pasar de nuevo el agua contaminada tratada a través del sistema.

Preferentemente, una mejora adicional es que se usa un controlador para ajustar la velocidad de rotación del eje o la entrada de agua en el recipiente. Al menos un sensor está en comunicación con el controlador. Al menos un sensor está configurado para determinar al menos uno de: 1 ) la velocidad de rotación del eje o las bandejas, 2 ) la presión de la cámara interior, 3) la temperatura del fluido, 4) la velocidad de entrada del fluido o 5) el nivel de contaminantes en el fluido a ser procesado.

Preferentemente, una mejora adicional es que una turbina está conectada a la salida de vapor del recipiente y conectada operativamente a un generador eléctrico. El fluido se calienta al menos hasta su temperatura de ebullición para crear vapor, y el vapor y/o vapor de agua pasan a través de la turbina conectada operativamente al generador eléctrico. Puede disponerse un retorno de fluido tratado entre la turbina y la entrada de fluido del recipiente. Alternativamente, el eje puede extenderse fuera del recipiente y acoplarse directa o indirectamente a un generador eléctrico.

Preferentemente, una mejora adicional es que el sistema está conectado a una estructura portátil, que puede transportarse en un camión semirremolque, contenedor ISO o similares.

Preferentemente, una mejora adicional es que en el uso, para la descontaminación del fluido y la generación del vapor, se introduce un fluido que tiene contaminantes en el recipiente. El fluido se mueve a través de la serie de platos giratorios alternativamente separados por los deflectores estacionarios para hacer girar y calentar el fluido para efectuar la vaporización del mismo para producir un vapor del que se han separado al menos algunos de los contaminantes. Por lo general, el fluido se calienta a por lo menos cien grados Fahrenheit (37,7 °C), pero menos de doscientos doce grados Fahrenheit (100 °C), si el sistema no incluye una turbina y un generador eléctrico. Preferentemente, la temperatura del vapor se eleva a una temperatura de pasteurización. Esto se hace girando las bandejas a una velocidad en la que la temperatura del vapor alcanza la temperatura de pasteurización.

El vapor se extrae del recipiente para condensarlo aparte de los contaminantes separados y el fluido restante. El vapor pasa a través de un tanque de recuperación que tiene miembros separados en una trayectoria de flujo del vapor para la coalescencia o condensación a líquido.

Preferentemente, una mejora adicional es que se detectan ciertas condiciones, que incluyen al menos una de: 1) entrada de fluido en el recipiente, 2) la velocidad de rotación de las bandejas, 3) presión dentro del recipiente, 4) temperatura del fluido, o 5) nivel de contaminantes separados. La velocidad de rotación de las bandejas o la entrada de agua en el recipiente se puede ajustar en respuesta a las condiciones detectadas. También se puede detectar el nivel de fluido y contaminantes separados en un tanque de retención o la concentración de contaminantes en el fluido tratado, y los fluidos y contaminantes separados se pueden reprocesar recirculando a través del recipiente.

Un sistema según la presente invención para procesar fluidos comprende un recipiente alargado que tiene una entrada de fluido y un eje a través del recipiente. El sistema incluye medios para comprimir centrífuga y axialmente un fluido, tanto líquido como vapor pero principalmente vapor, a través del recipiente. El sistema también incluye medios para hacer girar el eje para accionar los medios para comprimir centrífuga y axialmente. El recipiente también incluye una salida de fluido, que preferentemente comprende salidas separadas de líquido y vapor.

Los medios para la compresión centrífuga y axial comprenden un primer conjunto de bandejas y deflectores espaciados alternativamente. Las bandejas están unidas al eje y tienen una pluralidad de palas a través de las cuales pasa el fluido, tanto líquido como vapor. Los deflectores están unidos al recipiente y tienen una pluralidad de aberturas a través de las cuales pasa el fluido, tanto líquido como vapor.

Los medios para hacer girar el eje comprenden un segundo conjunto de bandejas y deflectores espaciados alternativamente que funcionan como una turbina de gas sin luz o una turbina hidráulica/de agua. Al igual que con los medios de compresión centrífuga y axial, las bandejas están unidas al eje y tienen una pluralidad de palas a través de las cuales pasa el fluido. Los deflectores están unidos al recipiente y tienen una pluralidad de aberturas a través de las cuales pasa el fluido. Preferentemente, una mejora adicional es que las palas de las bandejas en los medios para comprimir centrífuga y axialmente están orientadas en un ángulo diferente de las palas de las bandejas y los medios para hacer girar el eje.

El sistema comprende además un medio para bombear axialmente el fluido a través del recipiente. Los medios de bombeo axial comprenden una cámara de admisión dispuesta entre la entrada de fluido y los medios de compresión centrífuga y axial. La cámara de admisión funciona como una bomba axial una vez que el sistema funciona a una velocidad de rotación operativa.

El medio para comprimir centrífuga y axialmente vaporiza al menos parte del fluido a través de la cavitación de manera que el fluido comprende sólidos disueltos no vaporizados, un líquido y un vapor. Los medios para la compresión centrífuga y axial provocan la compresión centrífuga del fluido, lo que da como resultado que los sólidos disueltos no vaporizados y al menos parte del líquido se muevan hacia una pared exterior del recipiente. Los medios para comprimir centrífuga y axialmente provocan una compresión de flujo axial del líquido y el vapor aumentando la presión del fluido.

El sistema comprende además un medio para descargar el fluido en salidas separadas de líquido y vapor. Este medio de descarga comprende una cámara de descarga que tiene un manguito interior que define un paso anular en comunicación con la salida del líquido. La separación del fluido en las salidas separadas de líquido y vapor da como resultado una reducción de la presión y una separación física de los sólidos disueltos no vaporizados y el líquido del vapor.

A continuación, se presenta una descripción más detallada que ilustra, tomada junto con los dibujos adjuntos, a modo de ejemplo, los principios de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Los dibujos adjuntos ilustran la invención, en la medida en que se describe una cámara de admisión como medio para bombear axialmente el fluido a través del recipiente, donde la cámara de admisión está dispuesta entre la entrada de fluido y los medios para comprimir centrífuga y axialmente, y funciona como un bomba axial una vez que el sistema se hace funcionar a una velocidad de rotación de operación, y en la medida en que los deflectores se extienden desde la pared del recipiente a través de la cámara y terminan próximos al eje dejando una abertura central (59) entre los deflectores y el eje ( visible en las figuras 7, 21, 24 y 27). En tales dibujos:

La FIGURA 1 es una vista superior esquemática y parcialmente seccionada de un sistema para descontaminar agua y generar vapor de agua, de acuerdo con la presente invención;

La FIGURA 2 es una vista lateral esquemática y parcialmente seccionada del sistema de la FIG. 1;

La FIGURA 3 es una vista desde arriba que ilustra el recipiente de procesamiento de agua que tiene una parte superior del mismo abierta;

La FIGURA 4 es una vista de extremo del recipiente de procesamiento de agua horizontal unido a un marco portátil, de acuerdo con la presente invención;

La FIGURA 5 es una vista desde arriba de una bandeja giratoria que tiene una pluralidad de palas en su interior;

La FIGURA 6 es una vista en sección transversal de una porción de la bandeja y una pala de la misma; La FIGURA 7 es una vista desde arriba de un deflector, utilizado de acuerdo con la presente invención; La FIGURA 8 es una vista lateral de una bandeja que tiene un director de agua colocado delante de la misma; La FIGURA 9 es una vista en sección transversal de una parte del deflector, que ilustra una abertura cónica del mismo;

La FIGURA 10 es un esquema que ilustra el motor eléctrico acoplado a la transmisión y luego acoplado al eje del recipiente de procesamiento de agua, de acuerdo con la presente invención;

La FIGURA 11 es una ilustración esquemática del sistema similar a la FIG. 1, pero que ilustra la incorporación de una caja de control y varios sensores, que forman parte de una mejora preferible;

La FIGURA 12 es una vista esquemática superior del sistema, que incorpora una turbina y un generador eléctrico, que son parte de una mejora preferible;

La FIGURA 13 es una vista de extremo del recipiente de procesamiento de agua, que ilustra una salida de vapor del mismo;

La FIGURA 14 es una vista lateral esquemática del sistema de la FIG. 12;

La FIGURA 15 es una vista esquemática frontal y parcialmente seccionada de un sistema de descontaminación de agua y generación de vapor de agua, que forman parte de una mejora preferible; La FIGURA 16 es un primer plano de las bandejas y deflectores del sistema de la FIG. 15 indicado por el círculo 16;

La FIGURA 17 es una vista en perspectiva inferior del recipiente con la entrada y las salidas representadas en el sistema de la FIG. 15;

La FIGURA 18 es una sección transversal del recipiente de la FIG. 17 tomada a lo largo de la línea 18-18 del mismo;

La FIGURA 19 es una ilustración del eje con bandejas y deflectores del sistema de la FIG. 15;

La FIGURA 20 es una ilustración de una bandeja del sistema de la FIG. 15;

La FIGURA 21 es una ilustración de un deflector del sistema de la FIG. 15;

La FIGURA 22 es una vista lateral de una bandeja indicada por la línea 22-22 en la FIG. 20;

La FIGURA 23 es una vista lateral opuesta de la bandeja indicada por la línea 23-23 de la FIG. 20; La FIGURA 24 es una vista lateral de un deflector indicado por la línea 24-24 en la FIG. 21;

La FIGURA 25 es una vista en sección transversal parcial del eje, la bandeja y el deflector dispuestos en el recipiente;

La FIGURA 26 es una vista en sección transversal de una bandeja tomada a lo largo de la línea 26-26 de la FIG. 20;

La FIGURA 27 es una vista en sección transversal de un deflector tomada a lo largo de la línea 27-27 de la FIG. 21;

La FIGURA 28 es un diagrama esquemático de una pantalla de control para un sistema que es parte de una mejora preferible; y

La FIGURA 29 es una ilustración esquemática de los procesos que ocurren en varios puntos a lo largo del recipiente de procesamiento de agua de la presente invención que son parte de una mejora preferible.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS

Como se muestra en los dibujos, con fines ilustrativos, la presente invención reside en un sistema para descontaminar agua y generar vapor de agua. El sistema de la presente invención es particularmente adecuado para la desalinización de agua salada, como la del océano u otras aguas salobres, así como agua de río u otros líquidos/lodos. Este tratamiento preferido se usará aquí con fines de ejemplo, aunque los expertos en la técnica entenderán que el sistema de la presente invención podría usarse para descontaminar otras fuentes de agua. La presente invención se puede utilizar para eliminar sólidos disueltos o suspendidos (descontaminación), así como metales pesados y otros contaminantes. Además, como se describirá con más detalle en este documento, el sistema de la presente invención se puede usar en asociación con agua relativamente limpia para crear vapor de agua, en forma de vapor, que tiene una presión y temperatura suficientes para pasar a través de un turbina que está operativamente conectada a un generador eléctrico para la generación de electricidad u otras aplicaciones de calentamiento de vapor.

En la siguiente descripción, se describen múltiples realizaciones del sistema para descontaminar agua y generar vapor de agua. Se hará referencia a los componentes funcionalmente equivalentes usando números de referencia idénticos con referencia a las figuras del dibujo.

Con referencia ahora a las FIGS. 1 y 2, el sistema, al que generalmente se hace referencia con el número de referencia 10, incluye un recipiente o cámara de procesamiento de agua 12 que define una cámara interior 14, en la que la sal y otros sólidos disueltos y contaminantes se eliminan del agua para producir agua potable esencialmente libre de minerales. Preferentemente, una mejora adicional es que el recipiente de procesamiento 12 recibe agua contaminada de un tanque de alimentación 16 a través de una válvula de entrada 18 a través de un tubo de tanque de alimentación 20. En esta ilustración, la válvula de entrada 18 ingresa al recipiente 12 lateralmente a través de una pared lateral. Esta válvula de entrada 18 se puede colocar alternativamente como se describe a continuación. La fuente de agua puede ser agua de mar o de océano, otras aguas salobres o incluso agua contaminada con otros contaminantes. Además, la presente invención prevé suministrar el agua contaminada directamente desde la fuente, en la que el tanque de alimentación 16 no necesariamente se puede usar.

Con referencia ahora a la FIG. 3, en una mejora adicional preferible, el recipiente 12 se compone de una carcasa inferior y una porción de carcasa superior 12 b de manera que las porciones de carcasa inferior y superior 12 a y 12 b se pueden abrir o quitar entre sí para acceder al contenido dentro la cámara interior 14 del recipiente 12. El recipiente 12 también se puede construir como una sola unidad en oposición a las porciones inferior y superior de la carcasa. El recipiente de procesamiento de agua 12 incluye, dentro de la cámara interior 14, una pluralidad de bandejas giratorias 22 espaciadas entre sí y que tienen un deflector 24 dispuesto entre cada par de bandejas 22. Como se explicará con más detalle en este documento, las bandejas giratorias 22 incluyen un una pluralidad de palas 26 formadas a su través y los deflectores 24 típicamente comprenden placas que tienen una pluralidad de aberturas 28 formadas a su través. Los deflectores 24 están fijados al recipiente 12 para que estén estacionarios. Los deflectores 24 pueden comprender una parte inferior dispuesta en la carcasa inferior 12a del recipiente y una parte superior unida y dispuesta en la carcasa superior 12 b del recipiente 12 y diseñada para formar un solo deflector cuando las carcasas inferior y superior 12a y 12b del recipiente 12 están acopladas entre sí y cerradas. Alternativamente, cada deflector 24 puede comprender una sola pieza que está unida a la carcasa inferior 12 a o a la carcasa superior 12 b en la realización anterior o en múltiples puntos en la realización de una sola unidad. En cualquiera de las realizaciones, el deflector 24 permanecerá generalmente estacionario mientras el agua y el vapor de agua pasan a través del mismo.

Una unidad de frecuencia variable 30 regula la velocidad a la que el motor eléctrico 32 impulsa una transmisión 34 y un eje correspondiente 36. El eje 36 está acoplado de forma giratoria a cojinetes o similares, normalmente cojinetes sin fricción lubricados con aceite sintético, acopladores Schmitt o cerámicos. cojinetes 38 y 40 en extremos generalmente opuestos del recipiente 12. El eje 36 se extiende a través de las bandejas 22 y los deflectores 24 de manera que sólo las bandejas 22 son rotadas por el eje. Es decir, las bandejas 22 están acopladas al eje 36. Se colocan cojinetes o un material de baja fricción, como una capa o manguito de teflón, entre el eje giratorio 36 y el deflector de la placa de apertura 24 para reducir la fricción entre ellos, pero estabiliza y sostiene el eje giratorio 36. No se prefiere el teflón ya que podría deshilacliarse y contaminar el fluido.

Como puede verse en los dibujos, el recipiente de procesamiento de agua 12 está orientado generalmente de forma horizontal. Esto contrasta con el dispositivo Wallace '026 en el que la cámara de procesamiento de agua estaba orientada generalmente de forma vertical y la parte superior del eje giratorio estaba asegurada por un cojinete y una tapa de cojinete, que sostenía la propia cámara. Como resultado, las secciones del eje giratorio solo estaban sólidamente ancladas a la base de la unidad. A altas velocidades de operación rotacional, las vibraciones dentro del sistema causan fallas excesivas en los cojinetes, ejes y sellos. Por el contrario, el montaje horizontal del recipiente de procesamiento de agua 12 en una estructura de marco 42 distribuye la carga rotacional a lo largo del recipiente 12 y reduce las vibraciones, como las vibraciones armónicas, que de otro modo podrían causar fallas excesivas en cojinetes, ejes y sellos. Además, el montaje del recipiente 12 en la estructura de marco 42 mejora la portabilidad del sistema 10, como se describirá con más detalle en el presente documento. Soporta el eje 36 que gira muy rápidamente a través de cada deflector 24 estabiliza aún más el eje y el sistema y reduce las vibraciones y los daños causados por ello.

Como se mencionó anteriormente, el eje 36 y las bandejas 22 giran a una velocidad muy alta, como Mach 2, aunque velocidades más lentas como Mach 1.7 han demostrado ser efectivas. Esto mueve el agua a través de las palas 26 de las bandejas 22 , que giran y calientan el agua de manera que se forma vapor de agua, y los contaminantes, sales y otros sólidos disueltos quedan atrás y caen del vapor de agua. La mayor parte del agua de entrada se vaporiza por 1 ) destilación al vacío y 2 ) cavitación creada tras el impacto con la primera bandeja giratoria 22 , la compresión del flujo centrífugo y axial hace que aumenten las temperaturas y las presiones, ya que existe una correlación directa entre las RPM del eje y el aumento o disminución de la temperatura presión. Luego, el agua y el vapor de agua pasan a través de las aberturas 28 de los deflectores 24 antes de ser procesados nuevamente a través de la siguiente bandeja giratoria 22 con palas 26. Las configuraciones de las bandejas 22 y los deflectores 24 están diseñadas para minimizar o eliminar el arrastre y la fricción en la rotación del eje 36 proporcionando espacio suficiente en el perímetro de las bandejas 22 y a través de la abertura central 59 de los deflectores 24. Al mismo tiempo, se minimizan fugas alrededor del perímetro de las bandejas 22 y a través de la abertura central 59 de los deflectores 24 para aumentar la eficiencia.

A medida que el agua y el vapor de agua pasan a través de cada subcámara del recipiente 12, la temperatura del vapor de agua aumenta de manera que se crea vapor de agua adicional y deja las sales, los sólidos disueltos y otros contaminantes en el agua restante. Las fuerzas centrífugas sobre el agua y los contaminantes la empujan hacia la pared de la cámara interior 14 y hacia un conjunto de canales 44 que dirigen los contaminantes y el agua no vaporizada a una salida 46. El vapor de agua que se genera pasa a través de una salida de vapor de agua 48 formada en el recipiente 12. Así, el vapor de agua y los contaminantes y el agua restante se separan entre sí.

Como se mencionó anteriormente, las bandejas 22 son rotadas por el eje 36. El eje 36 está soportado dentro del interior del recipiente de procesamiento de agua 12 por una pluralidad de cojinetes, como se mencionó anteriormente. Los cojinetes suelen ser cojinetes sin fricción lubricados con aceite sintético, acero o cerámica. Los sistemas de desalinización de la técnica anterior incorporan cojinetes de rodillos estándar que fallarían con altas velocidades de rotación y altas temperaturas. Por lo tanto, los sistemas de desalinización conocidos en la técnica anterior tenían altas tasas de fallas asociadas con los cojinetes de rodillos estándar. En la presente invención, los cojinetes sin fricción lubricados, los cojinetes de bolas de acero sellados o los cojinetes cerámicos 38 y 40 son más duraderos que los cojinetes de rodillos estándar y fallan con menos frecuencia a altas temperaturas y velocidades de rotación. Además, el eje 36 puede estar soportado intermitentemente por materiales de baja fricción, como manguitos de teflón o cojinetes 50 dispuestos entre la placa deflectora 24 y el eje 36. Esto asegura aún más la distribución uniforme del peso y las fuerzas en el eje 36 y mejora la operación. y longevidad del sistema.

Con particular referencia ahora a las FIGS. 5 y 6, se muestra una bandeja ejemplar 22, que tiene una pluralidad de palas 26 formadas a través de ella. Aunque en la FIG. 5, se apreciará que el número puede variar y puede ser de varias docenas en una sola bandeja 22 , por lo que la línea de puntos representa múltiples palas de una variedad de números.

La FIG. 6 es una vista en sección transversal de la bandeja 22 y la pala 26 formada en ella. En una realización según la invención, las palas 26 se estrechan de manera que el diámetro de su entrada 52 es mayor que el diámetro de su salida 54. La pala cónica 26 es esencialmente un tubo Venturi que tiene la abertura vertical o entrada 52 sustancialmente perpendicular a la superficie horizontal de la base de la bandeja giratoria 22. El líquido y el vapor se aceleran a través de la pala cónica 26 porque la pala cónica tiene un volumen mayor en la entrada 52 del mismo y un volumen menor al escape o salida 54 del mismo. El cambio de volumen desde la entrada hasta la salida de la pala cónica 26 provoca un aumento de la velocidad debido al efecto Venturi. Como resultado, el agua líquida y el vapor de agua se aceleran y agitan aún más, lo que resulta en aumentos de temperatura y presión. Esto permite además la separación de los contaminantes del interior del vapor de agua. La pala cónica 26 puede unirse a la bandeja giratoria 22 por cualquier medio conocido en la técnica.

Una vez más, se apreciará que habrá palas 26 más o menos cónicas distribuidas en toda el área de la bandeja giratoria 22 , el número y tamaño particular de las palas 26 variará dependiendo de las condiciones operativas del sistema 10 de la presente invención. Además, el ángulo de la pala 26, ilustrado como aproximadamente cuarenta y cinco grados en la fig. 6, se puede variar de bandeja a bandeja 22. Es decir, aumentando el ángulo de la pala giratoria, como por veinticinco grados a treinta y un grados a treinta y seis grados en la bandeja siguiente, a cuarenta grados, cuarenta -cinco grados en una bandeja siguiente, etc. el aumento del ángulo de la pala 26 de la bandeja giratoria 22 acomoda los aumentos de presión del vapor de agua que se acumula a medida que el vapor de agua pasa a través del recipiente 12. El aumento del ángulo también puede utilizarse para agitar y crear vapor de agua más, y aumentar la presión del vapor de agua, que puede utilizarse en una turbina de vapor, como se describirá con más detalle en este documento.

Con referencia ahora a las FIGS. 7 y 9, en la fig. 7 se muestra un deflector 24 en forma de placa perforada. En este caso, el deflector 24 se forma como un primer miembro de placa 56 y un segundo miembro de placa 58 que están conectados por conectores 60 a la pared interna del recipiente 12. Los conectores 60 pueden comprender pernos, espigas, varillas o cualquier otro medio de conexión que sea adecuado. Alternativamente, como se describió anteriormente, el deflector 24 se puede formar como una sola unidad conectada a la carcasa superior o inferior del recipiente 12a y 12b. Cuando se forman como elementos de placas dobles 56 y 58, preferentemente los elementos de placas 56 y 58 se acoplan entre sí cuando el recipiente 12 está cerrado para formar efectivamente un solo deflector 24.

Como se ha descrito anteriormente, se forman una pluralidad de aberturas 28 a través de la placa deflectora 24. La FIG. 9 es una vista en sección transversal de una de tales aberturas 28. Similar a la bandeja descrita anteriormente, la abertura incluye preferentemente una entrada 62 que tiene un diámetro que es mayor que su salida 64, de modo que la abertura 28 se estrecha, lo que aumentará la la presión y la velocidad del agua y el vapor de agua que pasa a su través, aumentando aún más la temperatura y creando vapor adicional a partir del agua. Similar a la bandeja 22 descrita anteriormente, las aberturas 28 se pueden formar en toda la placa deflectora, como se representa por la serie de líneas discontinuas. El número y tamaño particular de las aberturas 28 puede variar dependiendo de las condiciones operativas del sistema 10.

Con referencia ahora a la FIG. 8, el eje 36 se ilustra extendiéndose a través de la bandeja giratoria 22. Preferentemente, una mejora adicional es que un director de agua 66 en forma de cono se coloca delante de la bandeja 22. Por ejemplo, el director 66 puede tener un ángulo de cuarenta y cinco grados. para desviar el agua y el vapor restantes que pasan a través de la abertura central 59 del deflector 24 desde el eje 36 y hacia la periferia o el borde exterior de la bandeja 22 para una mejor vaporización y un mayor porcentaje de recuperación de agua potable.

Haciendo referencia de nuevo a las FIGS. 3 y 4, como se mencionó anteriormente, en una mejora particularmente preferida, el recipiente 12 se puede formar en dos carcasas o secciones 12a y 12b. Esto permite una rápida inspección y reemplazo de los componentes del recipiente, según sea necesario. Preferentemente, la pared de la cámara interior 14 y cualquier otro componente, como las bandejas 22, las placas deflectoras 24, el eje 36, etc., se tratan con Melonite u otra sustancia resistente a la corrosión y que reduce la fricción. Por supuesto, estos componentes pueden estar compuestos por materiales que son resistentes a la corrosión y tienen un bajo coeficiente de fricción, como acero inoxidable pulido o similares. Las secciones inferior y superior 12a y 12b del recipiente 12 están preferentemente interconectadas de manera que cuando están cerradas son sustancialmente herméticas al aire y al agua. Además, el recipiente cerrado 12 debe ser capaz de soportar altas temperaturas y presiones debido a la vaporización de agua en el mismo durante el funcionamiento del sistema 10.

Con referencia ahora a las FIGS. 1, 2 y 10, típicamente una transmisión 34 interconecta el motor eléctrico 32 y el eje de accionamiento 36. El motor 32 puede ser un motor de combustión (gasolina, diesel, gas natural, etc.), un motor eléctrico, una turbina de gas u otros medios conocidos para proporcionar impulso. La velocidad de la transmisión 34 se establece mediante el accionamiento de frecuencia variable 30. El accionamiento de frecuencia variable 30 está regulado principalmente por un controlador informatizado 68, como se describirá con más detalle en este documento. El eje 36 puede ser accionado por correa o engranaje. Como se describe a continuación, el motor 32 también se puede conectar directamente al eje 36. Con referencia particular a la fig. 10, el eje 70 del motor está conectado a un eje intermedio 72 por una correa 74. El eje intermedio 72 está conectado al eje por otra correa 76. El sistema industrial de correa y polea de alta velocidad que se muestra en la FIG. 10 impulsa el eje 36 dentro del recipiente de procesamiento de agua 12. Como se muestra, una pluralidad de correas 74 y 76 y un conjunto de ejes intermedios 72 aumentan la velocidad de salida de rotación en el eje 36 por un múltiplo de la velocidad de entrada de rotación aplicada por el motor eléctrico 32 en el eje de transmisión del motor eléctrico 70. Por supuesto, la relación entre la velocidad de entrada de rotación y la velocidad de salida de rotación se puede cambiar cambiando las velocidades de rotación relativas de las correas 74 y 76 y los ejes intermedios correspondientes 72. Acoplando el eje de transmisión del motor eléctrico 70 al eje 36 a través de las correas 74 y 76 y el eje intermedio 72, y agregando un acoplador Schmitt en el eje 36 entre la transmisión 34 y la cámara 12, la presente invención es capaz de evitar los problemas de vibración y confiabilidad que afectan a otros sistemas de desalinización de la técnica anterior.

Con referencia nuevamente a la FIG. 1, como se mencionó anteriormente, el vapor de agua se dirige a través de una salida de vapor de agua 48 del recipiente 12. El vapor de agua viaja a través de un tubo de recuperación 78 a un recipiente o tanque de recuperación de vapor 80. El vapor de agua luego se condensa y se fusiona en agua líquida dentro del tanque de recuperación de vapor 80. Para facilitar esto, una mejora adicional preferible es que una pluralidad de miembros separados 82, como en forma de persianas, se colocan en la vía de flujo del vapor de agua de manera que el vapor de agua pueda fusionarse y se condensan en las persianas y se convierten en agua líquida. Luego, el agua líquida se mueve a un tanque de almacenamiento de agua potable 84 o a un tanque de pasteurización y retención 86. Si el agua y el vapor de agua en el recipiente 12 se calientan a la temperatura necesaria para la pasteurización, a fin de matar microorganismos dañinos, larvas de mejillón cebra , y otros organismos nocivos, el agua líquida puede mantenerse en el tanque de retención 86.

Con referencia ahora a las FIGS. 15-27, se muestra otra realización del sistema 10 y el recipiente de procesamiento de agua 12. La FIG. 15 ilustra el sistema general 10 que incluye la construcción alternativa de una sola pieza del recipiente 12. En esta realización, el recipiente 12 tiene una construcción similar a la realización descrita anteriormente, que incluye elementos tales como la cámara interior 14, la válvula de entrada 18, las bandejas 22 que tiene palas 26, los deflectores 24 tienen aberturas 28, la salida de salmuera 46 y la salida de vapor 48. La válvula de entrada 18 comprende múltiples entradas, preferentemente al menos dos, al recipiente 12. Estas entradas 18 están dispuestas en el extremo del recipiente alrededor del eje 36 para distribuir más uniformemente el fluido a través de la cámara interior 14. Un eje 36 soportado por cojinetes cerámicos 38, 40 pasa por el centro de las bandejas 22 y los deflectores 24.

Las bandejas 22 están fijadas al eje 36 y se extienden hacia afuera, hacia la pared de la cámara interior 14, como se describió anteriormente. Los deflectores 24 comprenden una sola pieza que se extiende desde las paredes de la cámara interior 14 hacia el eje 36 con una abertura central 59 que forma un espacio entre los deflectores 24 y el eje 36 como se ha descrito anteriormente. Los deflectores 24 se fijan preferentemente a las paredes de la cámara interior mediante tornillos o espigas 60 también como se ha descrito anteriormente. En una mejora particularmente preferida, el recipiente 12 incluye seis bandejas 22 y cinco deflectores 24 dispersados alternativamente a través de la cámara interior 14.

En esta mejora adicional preferida, la cámara interior 14 incluye un manguito interno 45 dispuesto cerca de la salida de salmuera 46. El manguito interno 45 tiene una forma anular con un diámetro ligeramente menor que el diámetro de la cámara interior 14. El el manguito interno 45 se extiende desde un punto corriente abajo de la última bandeja 22 hasta otro punto inmediatamente corriente abajo de la salida de salmuera 46. Se crea un pasaje anular 47 entre el manguito interno 45 y la pared exterior de la cámara interior 14. En una construcción típica, el manguito interno 45 tiene una longitud de unas seis pulgadas (15,2 cm) y el paso anular 47 tiene una anchura de aproximadamente 1-1 A pulgadas (2,54 cm a 3,81 cm). Este pasaje o canal anular 47 captura la salmuera o el material contaminado que sale de las bandejas giratorias 22 hacia la pared exterior de la cámara 14 como se describe anteriormente. Este pasaje anular 47 facilita el movimiento de la salmuera o el material contaminado hacia la salida 46 y minimiza las posibilidades de contaminación de la descarga de vapor o la acumulación de material dentro de la cámara 14.

La FIGURA 16 ilustra un primer plano de las bandejas 22 y los deflectores 24. Se puede ver claramente cómo los deflectores 24 se extienden desde la pared del recipiente 12 a través de la cámara 14 y terminan cerca del eje 36. También se puede ver cómo las bandejas 22 están fijadas al eje 36 y tienen palas 26 dispuestas a través de ellas como se describe. Preferentemente, se dispone un cono 66 en cada bandeja 22 para desviar cualquier fluido que fluya a lo largo del eje como se describe anteriormente (FIG. 8). La FIG. 17 ilustra una vista externa del recipiente 12 que indica las entradas 18, las salidas 46, 48 y el eje 36. Normalmente, los extremos del recipiente 12 estarían cerrados y sellados contra fugas. Se muestran abiertos aquí para mayor claridad y facilidad de ilustración. La FIG. 18 ilustra una sección transversal del recipiente 12 mostrado en la FIG. 17, que ilustra además los componentes internos, incluidas las bandejas 22, los deflectores 24, el manguito interno 45 y el pasaje anular 47. La FIG. 19 ilustra el eje 36 con bandejas 22 y deflectores 24 aparte del recipiente 12.

Las FIGURAS 20 y 21 ilustran la bandeja 22 y el deflector 24, respectivamente. Las FIGS. 22, 23 y 26 ilustran varias vistas y secciones transversales de la bandeja 22 en la FIG. 20. Las FIGS. 24 y 27 ilustran de manera similar varias vistas y secciones transversales del deflector 24 en la FIG. 21. Como se ha comentado, la bandeja 22 incluye palas 26 que atraviesan el cuerpo de la bandeja 22. Las palas 26 incluyen una entrada de pala 52 y una salida de pala 54 configuradas como se ha descrito anteriormente. La entrada de pala 52 está preferentemente orientada de manera que la abertura mire en la dirección de rotación alrededor del eje. Esto maximiza la cantidad de fluido que entra en la entrada 52 de la pala y pasa a través de la pluralidad de palas. El ángulo de las palas 26 en las sucesivas bandejas 22 se puede ajustar como se ha descrito anteriormente. El deflector 24 también incluye una pluralidad de aberturas 28 configuradas y perfiladas (FIG. 9) como se describe anteriormente. La FIG. 25 ilustra el eje 36 y un emparejamiento de una bandeja 22 con un deflector 24. Las flechas indican la dirección de rotación del eje y, en consecuencia, la bandeja 22 en esta figura particular. Las palas 26 con la entrada de pala 52 se ilustran mirando en la dirección de la rotación, es decir, fuera de la página, en la mitad superior de la figura. En la mitad inferior de la figura, la pala 26 con la entrada de pala 52 también se ilustra orientada en la dirección de rotación, es decir, hacia la página, mientras la bandeja 22 gira con el eje 36. La dirección de rotación puede ser en sentido horario o antihorario. Como se describe en la mejora anterior, la entrada 52 de la pala tiene un diámetro mayor que la salida 54 de la pala para aumentar el caudal y disminuir la presión del fluido.

En una mejora adicional preferible cuando el objetivo principal del sistema 10 es eliminar los contaminantes del agua contaminada, como el agua salada, para tener agua potable, la temperatura del vapor de agua se calienta a entre cien grados Fahrenheit (37,7 °C) y menos de doscientos doce grados Fahrenheit (100 °C). Incluso más preferentemente, el vapor de agua se calienta entre ciento cuarenta grados Fahrenheit (60 °C) y ciento setenta grados Fahrenheit (76,6 °C) con fines de pasteurización. Sin embargo, la temperatura del vapor de agua se mantiene al mínimo y casi siempre por debajo de los doscientos doce grados Fahrenheit (100 °C), de modo que el agua no hierve y se convierte en vapor, que es más difícil de condensar y coalescer de vapor de agua a agua líquida. El aumento de las RPM da como resultado un aumento de la temperatura y la presión. Las RPM se pueden ajustar para lograr las temperaturas deseadas.

El agua se hierve y la temperatura del vapor de agua se eleva por encima de los doscientos doce grados Fahrenheit (100 °C), preferentemente solo en los casos en que la generación de vapor es deseable para calentar, generar electricidad y otros fines, como se explicará más detalladamente. descrito en este documento. Esto permite que la presente invención pasteurice el vapor de agua y condense y fusione el vapor de agua en agua líquida sin sistemas complejos de refrigeración o condensación, que a menudo requieren electricidad y energía adicionales.

Preferentemente, una mejora adicional es que el agua contaminada, denominada salmuera en los procesos de desalinización, se recoge en la salida 46 y se traslada a un tanque de eliminación de salmuera 88. Como se muestra en la FIG. 1, se pueden agregar polímeros u otros productos químicos 90 a la salmuera para recuperar oligoelementos, etc. Además, la sal de la salmuera se puede procesar y usar para diversos fines, incluida la generación de sal de mesa, salmuera agrícola y/o fertilizante.

Preferentemente, una mejora adicional es que el agua contaminada tratada se reprocesa reciclando los contaminantes y el agua restante a través del sistema nuevamente. Esto se puede hacer varias veces de modo que la cantidad de agua potable extraída del agua contaminada aumente, hasta un noventa y nueve por ciento. Esto se puede hacer dirigiendo los contaminantes y el agua residual desde la salida 46 a un primer tanque 92 de reprocesamiento de salmuera o contaminante. El agua residual restante, en forma de salmuera u otros contaminantes, se vuelve a introducir a través de la entrada 18 del recipiente 12 y reprocesado y recirculado a través del recipiente 12 , como se ha descrito anteriormente. Se extraerá agua potable adicional en forma de vapor de agua para condensar y recolectar en el tanque de recuperación de vapor 80. Los contaminantes restantes y las aguas residuales luego se dirigen a una segunda salmuera o tanque de reprocesamiento de contaminantes 94. La concentración de contaminantes o salmuera será mucho mayor en el tanque de reprocesamiento 92. Una vez que se ha acumulado un nivel suficiente de agua residual o salmuera en el tanque de reprocesamiento 92, esta agua contaminada pasa a través de la entrada 18 y circula y procesa a través del sistema 10, como se describe anteriormente. El vapor de agua potable extraído se elimina en la salida 48 y se convierte en agua líquida en el tanque de recuperación de vapor 80, como se describe anteriormente. Los contaminantes resultantes y las aguas residuales pueden luego colocarse en otro tanque de reprocesamiento, o en el tanque de eliminación de salmuera 88. Se anticipa que un paso inicial de agua de mar producirá, por ejemplo, un ochenta por ciento a un noventa por ciento de agua potable. El primer reprocesamiento arrojará una cantidad adicional de agua potable, de manera que el total de agua potable extraída está entre el noventa por ciento y el noventa y cinco por ciento. Pasar la salmuera y el agua restante a través del sistema nuevamente puede producir hasta un noventa y nueve por ciento de recuperación de agua potable, al reciclar la salmuera con un aumento mínimo o nulo en el coste unitario. Además, esto reduce el volumen de la salmuera o de los contaminantes, lo que puede facilitar la recuperación de elementos traza y/o reducir los costes de eliminación de los mismos.

Con referencia ahora a la fig. 11, una mejora adicional preferible es que se integra un sistema informático en el sistema 10 de la presente invención que regula el accionamiento de frecuencia variable 30 basándose en mediciones tomadas de una pluralidad de sensores que leen continuamente la temperatura, la presión, el caudal, las tasas de rotación de componentes y capacidad restante de una variedad de tanques conectados al recipiente de procesamiento de agua 12. Por lo general, estas lecturas se toman en tiempo real.

Por ejemplo, se pueden emplear sensores de temperatura y/o presión 96 para medir la temperatura del agua o el vapor de agua dentro o fuera del recipiente 12, así como su presión según sea necesario. En respuesta a estas lecturas del sensor, la caja de control 68 hará que el variador de frecuencia 30 mantenga la velocidad de rotación del eje 36, disminuya la velocidad de rotación del eje 36 o aumente la velocidad de rotación del eje 36 para mantener la temperatura y la presión, reducen la temperatura y la presión, o aumentan la presión y la temperatura, respectivamente, del agua y del vapor de agua. Esto se puede hacer, por ejemplo, para asegurar que la temperatura del vapor de agua esté a la temperatura de pasteurización necesaria para matar todos los microorganismos dañinos y otros organismos en el mismo. Como alternativa, o además de, se puede usar un sensor para detectar la velocidad de rotación (RPMS) del eje 36 y/o las bandejas 22 para garantizar que el sistema esté funcionando correctamente y que el sistema esté generando el vapor de agua necesario a una temperatura y/o presión deseados. El controlador computarizado también puede ajustar la cantidad de entrada de agua a través de la entrada 18 (GPMS) para que se ingrese la cantidad adecuada de agua en cuanto a la cantidad de vapor de agua y agua residual que se elimina para que el sistema 10 funcione de manera eficiente. La caja de control 68 puede ajustar el caudal de agua que entra en el recipiente 12 , o incluso ajustar la entrada de agua.

La FIGURA 28 ilustra una mejora adicional preferible que es esquemáticamente una pantalla de ordenador 112 o una configuración similar. Esta pantalla de ordenador ilustra esquemáticamente el recipiente 12 con las diversas entradas y salidas 18, 46, 48, así como el eje 36 y la pluralidad de bandejas 22. El eje 36 tiene múltiples sensores de vibración y temperatura 114 dispuestos a lo largo de su longitud. Los cojinetes 38, 40 también incluyen sensores de vibración y temperatura 114. Los sensores de vibración y temperatura 114 están configurados para detectar vibraciones horizontales y verticales en cada punto, así como la temperatura del eje 36 generada por la fricción de rotación. Los cojinetes 38, 40 incluyen líneas de suministro de aceite 116a y retorno 116b para proporcionar lubricación a los mismos. Las entradas 18 y la salida de salmuera 46 incluyen medidores de flujo 118 para detectar los caudales correspondientes. Los sensores de temperatura y presión 96 están dispuestos por todo el recipiente 12. Los sensores de temperatura y presión 96 también están dispuestos por todo el recipiente 12 para tomar medidas en varios puntos predeterminados.

Como se indicó anteriormente, el agua contaminada puede provenir de un tanque de alimentación 16, o puede ser de cualquier otro número de tanques, incluidos los tanques de reprocesamiento 92 y 94. También se contempla que el tanque de almacenamiento de agua recolectada podría acoplarse de forma fluida a la entrada 18 para garantizar que el agua se purifique hasta cierto nivel o para otros fines, como cuando se genera vapor que requiere una mayor pureza del agua que la que puede proporcionar el agua contaminada. Como tal, uno o más sensores 98 pueden rastrear los datos dentro de los tanques para determinar los niveles, concentraciones o caudales de agua o agua residual/salmuera dentro de los tanques o fuera de los tanques. El controlador 68 se puede usar para cambiar la entrada y salida de los tanques, como cuando la salmuera se reprocesa desde un primer tanque de reprocesamiento de salmuera 92 al segundo tanque de reprocesamiento de salmuera 94 y, finalmente, al tanque de eliminación de salmuera 88, como se describe arriba. Por lo tanto, cuando el primer tanque de reprocesamiento de salmuera alcanza un nivel predeterminado, el flujo de fluido desde el tanque de alimentación 16 se corta y, en su lugar, se proporciona fluido desde el primer tanque de reprocesamiento de salmuera 92 hacia el recipiente 12. Los contaminantes tratados y las aguas residuales restantes luego se dirigen en el segundo tanque de reprocesamiento de salmuera 94, hasta que alcanza un nivel predeterminado. Luego, el agua se dirige desde el segundo tanque de reprocesamiento de salmuera 94 a través del sistema y el recipiente de procesamiento de agua 12 hasta, por ejemplo, el tanque de eliminación de salmuera 88. El agua de salmuera en el primer tanque de reprocesamiento 92 puede ser aproximadamente el veinte por ciento del agua contaminada, incluyendo la mayor parte de los sólidos disueltos totales. La salmuera residual que finalmente se dirige al tanque de eliminación de salmuera 88 solo puede comprender el uno por ciento del agua contaminada introducida inicialmente en el sistema de descontaminación 10 a través del tanque de alimentación 16. Por lo tanto, se pueden usar los sensores de temperatura y presión, RPM y medidores de flujo para controlar la salida de agua deseada, incluidos los controles de temperatura del vapor de agua que dan como resultado agua pasteurizada.

El controlador 68 se puede usar para dirigir la unidad de frecuencia variable 30 para accionar el motor 32 de modo que el eje 36 gire a una velocidad lo suficientemente alta como para que la rotación de las bandejas hierva el agua de entrada y cree vapor de una temperatura y presión deseadas, como se ilustra en la FIG. 12. La FIG. 12 ilustra una turbina de vapor 100 integrada en el sistema 10. La turbina de vapor 100 también puede usarse con el recipiente representado en las FIGS. 15-27. Se podría generar vapor de agua en forma de vapor en el recipiente de procesamiento de agua 12 para impulsar una turbina de vapor de baja temperatura y alta presión alimentando la salida de vapor 48 a una entrada en la turbina 100. La turbina 100 está a su vez acoplada a un generador eléctrico 102, para la generación rentable y económica de electricidad. Alternativamente, el eje 36 del recipiente 12 puede extenderse para hacer girar el generador 102 directa o indirectamente.

En el caso de una turbina de vapor, el vapor de agua puede calentarse a más de seiscientos grados Fahrenheit (315 °C) y presurizarse a más de mil seiscientas libras por pulgada cuadrada (psi) (110 bar), que es adecuado para accionar la turbina de vapor 100. Aparte de la mayor velocidad de las bandejas, la incorporación de la naturaleza cónica de las palas 26 de las bandejas 22, y la naturaleza cónica de las aberturas 28 de los deflectores de la placa de abertura 24 también facilitan la generación de vapor de agua y vapor. El aumento de los ángulos de las palas 26, como de veinticinco grados en una primera bandeja a cuarenta y cinco grados en una última bandeja, también aumenta la generación de vapor de agua en forma de vapor y aumenta la presión del mismo para poder accionar la turbina de vapor 100. Las FIGS. 13 y 14 ilustran una mejora preferible adicional, en la que se forma una salida de vapor 104 en un extremo del recipiente 12 y la turbina de vapor 100 está directamente conectada a ella de manera que el vapor presurizado pasa a través de la turbina 100 para hacer girar las palas 106 y eje 108 del mismo para generar electricidad a través del generador eléctrico acoplado al mismo. Una salida de vapor de agua 110 transporta el vapor de agua a un contenedor de recuperación de vapor 80 o similar. El tanque de recuperación 80 puede necesitar incluir tuberías, condensadores, refrigeración, etc. adicionales para enfriar el vapor o el vapor de agua a alta temperatura para condensarlo en agua líquida.

Por supuesto, los expertos en la materia apreciarán que el vapor generado por el sistema 10 se puede utilizar preferentemente para otros fines, como calefacción, extracción de petróleo de pozos de petróleo y pozos de alquitrán y esquisto y similares, etc.

También se apreciará que en una mejora preferible adicional, la presente invención, por medio de los sensores y el controlador 68, puede generar vapor de agua a una temperatura y/o presión más bajas para la producción de agua potable, cuyo vapor de agua se dirige a través de la salida 48 directamente hacia un contenedor de recuperación de vapor, y el sistema se aceleró para crear vapor de agua a alta temperatura o vapor para pasar a través de la turbina de vapor 100 para generar electricidad según sea necesario. Por ejemplo, durante las horas de la noche, el sistema 10 puede usarse para generar agua potable cuando se necesita muy poca electricidad. Sin embargo, durante las horas del día, el sistema 10 puede ajustarse para generar vapor y electricidad.

Como se describió anteriormente, muchos de los componentes de la presente invención, incluidos la unidad de frecuencia variable 30, el motor eléctrico 32, la transmisión 34 y el recipiente de procesamiento de agua 12 y los componentes del mismo pueden unirse preferentemente a un marco 42 que es portátil. Todo el sistema 10 de la presente invención se puede diseñar para encajar en un contenedor ISO de cuarenta pies de largo (12,2 m). Este contenedor se puede aislar con una unidad de refrigeración (HVAC) para un entorno operativo controlado y envío y almacenamiento. Los diversos tanques, incluido el tanque de alimentación, el tanque de recuperación de vapor, el tanque portátil de almacenamiento de agua y los tanques de reprocesamiento o eliminación de contaminantes/salmuera, pueden colocarse en el contenedor transportable o transportarse por separado y conectarse a los puertos de entrada y salida según sea necesario. Por lo tanto, todo el sistema 10 de la presente invención se puede transportar fácilmente en un contenedor ISO, o similar, a través de un barco, semirremolque o similar. Así, el sistema 10 de la presente invención se puede llevar a donde se necesite para hacer frente a desastres naturales, operaciones militares, etc., incluso en lugares remotos. Tal disposición da como resultado un alto nivel de movilidad y un rápido despliegue y puesta en marcha del sistema 10 de la presente invención.

La FIGURA 29 ilustra esquemáticamente los procesos que ocurren en varios puntos, es decir, subcámaras, en todo el recipiente 12. La cámara interior 14 del recipiente 12 está efectivamente dividida en una serie de subcámaras como se ilustra. El recipiente 12 contiene cinco subcámaras que realizan las funciones de una bomba de flujo axial, un compresor de flujo axial, un compresor de flujo centrífugo, una turbina de gas no iluminada y/o una turbina hidráulica/de agua. En funcionamiento, el sistema 10 tiene la capacidad de vaporizar el agua a través de un proceso mecánico, lo que permite una desalinización, descontaminación y vaporización eficientes y efectivas de una variedad de fluidos dañados. Antes de ingresar al recipiente 12, el fluido puede estar sujeto a un paso de pretratamiento 120 en el que el fluido pasa a través de filtros y varios otros procesos para separar los contaminantes que se eliminan más fácilmente o que pueden dañar o degradar la integridad del sistema 10. Al pasar a través de las entradas 18, el fluido ingresa a una cámara de admisión 122 que tiene un efecto sobre el fluido similar a una bomba de flujo axial una vez que el sistema 10 alcanza su velocidad de rotación operativa. Se puede cerrar una bomba iniciadora externa (no mostrada) de modo que el sistema 10 extraiga el agua contaminada a través de la entrada, es decir, la cámara de admisión funciona como una bomba de flujo axial, sin la operación continua de la bomba iniciadora. Una reducción significativa en la presión de la cámara de admisión hace que se produzca destilación al vacío o vaporización a temperaturas inferiores a 212 °F (100 °C). Siguiendo la cámara de admisión 122, el fluido se encuentra con la primera bandeja 22 donde ingresa a la primera cámara de procesamiento 124. Esta primera cámara de procesamiento actúa como un compresor de flujo centrífugo y como un compresor de flujo axial a través de la acción combinada de la bandeja giratoria 22 y el deflector adyacente 24. Un alto porcentaje del agua de entrada se vaporiza a través de la cavitación al impactar con la bandeja giratoria de alta velocidad 22 en la primera cámara de procesamiento 124. Se produce un proceso de compresión de flujo centrífugo dentro de la primera cámara de procesamiento 124 y cada cámara de procesamiento posterior. El proceso de compresión de flujo centrífugo arroja los sólidos disueltos no vaporizados y al menos parte del agua líquida a la pared exterior de la cámara de procesamiento 124. Esta acción separa los sólidos disueltos y la mayor parte del líquido restante del vapor. También ocurre un proceso de compresión de flujo axial dentro de la primera cámara de procesamiento 124 y cada cámara subsiguiente. Este proceso de compresión de flujo axial comprime el vapor y el líquido, lo que también aumenta la presión y la temperatura dentro de la cámara de procesamiento. La segunda cámara de procesamiento 126 y la tercera cámara de procesamiento 128 funcionan de manera similar combinando la acción del compresor de flujo centrífugo y las características del compresor de flujo axial de la primera cámara de procesamiento 124.

En el momento en que el fluido llega a la cuarta cámara de procesamiento 130, ha sido sometido a procesos de compresión de flujo centrífugo y flujo axial de manera que la naturaleza del fluido y su flujo a través del recipiente 12 ha cambiado. En la cuarta cámara de procesamiento, el fluido se comporta como si estuviera pasando a través de una turbina de gas no iluminada o una turbina hidráulica/de agua provocando la rotación del eje 36. La quinta cámara de procesamiento 132 combina este proceso de turbina de gas no iluminada o turbina hidráulica/de agua. Los procesos de turbina de las cámaras de procesamiento cuarta y quinta 130, 132 suministran una medida de fuerza para impulsar la rotación del eje 36 de tal manera que la potencia del motor 32 puede reducirse sin pérdida de funcionalidad en el sistema 10. Después de salir de la quinta cámara de procesamiento 132 el fluido se ha separado en un alto grado de tal manera que casi todos los contaminantes en forma de salmuera pasan a través del pasaje anular 47 a la salida 46 y el vapor purificado pasa a través de la parte central de la cámara interior 14 a la salida de vapor 48. Las operaciones de turbina de las cámaras de procesamiento cuarta y quinta 130, 132 permiten la operación continua del sistema 10 con una entrada de energía reducida (hasta en un 25%) en comparación con una fase de inicio una vez que se alcanza el equilibrio en la operación es alcanzado.

Después de la quinta cámara de procesamiento 132, el sistema incluye una cámara de descarga. La cámara de descarga 134, que es más grande que cualquiera de las cámaras de procesamiento anteriores, contiene las dos salidas de descarga 46, 48. El gran aumento de volumen da como resultado una reducción drástica de la presión y una separación física de los sólidos disueltos y el agua restante del vapor

Las dimensiones del recipiente 12 se configuran preferentemente de modo que las cámaras de procesamiento combinadas, 124-132 ocupen aproximadamente la mitad de la longitud total. La cámara de descarga 134 ocupa aproximadamente un tercio de la longitud total.

El resto de la longitud del recipiente, aproximadamente un sexto de la longitud total, está ocupado por la cámara de admisión 122. Las cámaras de procesamiento 124-132 se dividen en aproximadamente tres quintos de funcionalidad de compresor y dos quintos de funcionalidad de turbina. Una vez que el fluido sale de la última cámara de procesamiento 132, ha logrado una vaporización de aproximadamente el ochenta por ciento cuando ingresa a la cámara de descarga 134 y se dirige a las respectivas salidas 46, 48.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (10) para procesar fluidos, que comprende:

un recipiente alargado (12) que define una cámara interior (14) que tiene una entrada de fluido (18) y un eje giratorio (36) a través del recipiente (12), en el que dicho recipiente alargado (12) y eje giratorio (36) están orientados horizontalmente ;

medios para comprimir centrífuga y axialmente un fluido a través del recipiente (12 ), en los que los medios para comprimir centrífuga y axialmente comprenden un conjunto próximo de bandejas (22) y deflectores (24) espaciados alternativamente, las bandejas (22) unidas al eje ( 36) y que tiene una pluralidad de palas (26) a través de las cuales pasa el fluido, los deflectores (24) unidos al recipiente (12) y que tiene una pluralidad de aberturas (28) a través de las cuales pasa el fluido, donde cada uno de la pluralidad de las palas (26) y una pluralidad de aberturas (28) tienen una entrada (52, 62) de un primer diámetro y una salida (54, 64) de un segundo diámetro más pequeño;

medios (30, 32, 34) para girar el eje (36) para accionar los medios para comprimir centrífuga y axialmente;

un medio para bombear axialmente el fluido a través del recipiente que comprende una cámara de admisión (122 ) dispuesta entre la entrada de fluido y los medios de compresión centrífuga y axial, donde la cámara de admisión (122 ) funciona como una bomba axial una vez que el sistema (10) está funcionar a una velocidad de rotación operativa; y

una salida de fluido en el recipiente

caracterizado porque

los deflectores (24) se extienden desde la pared del recipiente (12) a través de la cámara (14) y terminan próximos al eje (36) dejando una abertura central (59) entre los deflectores (24) y el eje (36) y las bandejas (22) están fijadas al eje (36) y tienen palas (26) dispuestas a su través.

2. El sistema (10) de la reivindicación 1, en el que el recipiente (12) comprende un conjunto distal de bandejas (22) y deflectores (24) espaciados alternativamente, las bandejas (22) unidas al eje (36) y que tienen una pluralidad de palas (26) a través de las cuales pasa el fluido, los deflectores (24) unidos al recipiente (12) y que tienen una pluralidad de aberturas (28) a través de las cuales pasa el fluido, donde cada una de la pluralidad de palas (26) y la pluralidad de aberturas (28) tienen una entrada (52, 62) de un primer diámetro y una salida (54, 64) de un segundo diámetro más pequeño y donde el conjunto distal de bandejas (22) y deflectores (24) espaciados alternativamente funciona como un turbina de gas no iluminada o una turbina hidráulica/de agua, debido a un cambio en la naturaleza del fluido y su flujo.

3. El sistema (10) de la reivindicación 1 o 2, donde el medio de compresión centrífuga y axial descrito en la reivindicación 1 vaporiza al menos parte del fluido por cavitación de manera que el fluido comprende sólidos disueltos no vaporizados, un líquido y un vapor.

4. El sistema (10) de la reivindicación 3, donde el medio de compresión centrífuga y axial descrito en la reivindicación 1 provoca la compresión centrífuga del fluido, dando como resultado que los sólidos disueltos no vaporizados y al menos parte del líquido se desplacen hacia una pared exterior del recipiente (12 ).

5. El sistema (10) de la reivindicación 3, en el que los medios de compresión centrífuga y axial descritos en la reivindicación 1 provocan una compresión de flujo axial del líquido y el vapor aumentando la presión del fluido.

6. El sistema (10) de la reivindicación 3, en el que la salida de fluido comprende salidas separadas de líquido y vapor.

7. El sistema (10) de la reivindicación 6, que comprende además un medio para descargar el fluido en las salidas separadas de líquido y vapor que comprenden una cámara de descarga que tiene un manguito interno que define un pasaje anular en comunicación con la salida de líquido, lo que resulta en una reducción de la presión y una separación física de los sólidos disueltos no vaporizados y el líquido del vapor.