NL1021572C2

NL1021572C2 - Desalination apparatus, includes nebuliser for supplying brine aerosol to evaporation chamber

Info

Publication number: NL1021572C2
Application number: NL1021572A
Authority: NL
Inventors: Willibald Matheus Petrus Ahout
Original assignee: Chemical Trading Holding B V
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-04-06

Abstract

Brine is converted into an aerosol using a nebuliser (2) and this aerosol is supplied to an evaporation chamber (4) where it is converted into the vapor phase. An apparatus for separating at least one solid component from a liquid, especially water, comprises an evaporator device for converting the liquid into the vapor phase and a device for separating the solid component from this phase. The evaporator device comprises a nebuliser and the apparatus includes an evaporation chamber which receives the aerosol and converts it into the vapor phase. The separator device removes the solid component from the aerosol after it has been converted into the vapor phase.

Description

Inrichting voor het afscheiden van ten minste één vaste component uit een vloeistof, in het bijzonder water.Device for separating at least one solid component from a liquid, in particular water.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het afscheiden van ten minste één vaste component uit een vloeistof, in het bijzonder water, omvattende 5 verdampingsmiddelen om de vloeistof in een dampfase te brengen alsmede scheidingsmiddelen om de ten minste ene vaste component van de dampfase van de vloeistof af te scheiden.The present invention relates to a device for separating at least one solid component from a liquid, in particular water, comprising evaporating means for bringing the liquid into a vapor phase and separating means for removing the at least one solid component from the vapor phase of to separate the liquid.

Een inrichting van de in de aanhef genoemde soort vindt met name toepassing als inrichting voor het ontzilten van zout water, in het bijzonder zeewater. De ontzilting van 10 zeewater is op veel plaatsen wereldwijd de enige haalbare oplossing om te voorzien in zoet drink- en irrigatiewater en daarmee de sleutel tot een verdere ontwikkeling van deze gebieden. Dusverre toegepaste ontziltingsinstallaties berusten ofwel op een scheidingstechniek op basis van membranen ofwel op de verdamping van zout (zee)water. Een bezwaar van de eerste techniek is dat dergelijke membranen relatief 15 kostbaar zijn en zich mede daardoor minder lenen voor economische toepassing op een industriële schaal. Verdampingstechnieken vergen daarentegen veel energie om de benodigde verdampingswarmte te kunnen leveren.A device of the type mentioned in the preamble finds application in particular as a device for the desalination of salt water, in particular sea water. The desalination of 10 seawater is in many places worldwide the only viable solution to provide fresh drinking and irrigation water and thus the key to the further development of these areas. Desalination plants used so far are based either on a separation technique based on membranes or on the evaporation of salt (sea) water. A drawback of the first technique is that such membranes are relatively expensive and, partly as a result, less suitable for economic application on an industrial scale. Evaporation techniques, on the other hand, require a lot of energy to be able to supply the required evaporation heat.

Met de onderhavige uitvinding wordt ondermeer beoogd in een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te voorzien die zich leent voor economische toepassing op 20 industriële schaal.The present invention has for its object, inter alia, to provide a device of the type mentioned in the preamble which is suitable for economic application on an industrial scale.

Om het beoogde doel te bereiken heeft een inrichting van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding als kenmerk dat de verdampingsmiddelen ten minste een vemevelaar omvatten om uit de vloeistof een nevel te vormen, dat de inrichting een verdampingskamer omvat welke is ingericht om daarin de nevel te ontvangen en in de 25 dampfase te brengen en dat de scheidingsmiddel zijn ingericht om de ten minste ene component van de dampfase van de nevel af te scheiden. Dankzij de daarbij toegepaste verneveling van de vloeistof voorafgaand aan de verdamping daarvan, kan tegen relatief geringe energieconsumptie het verdampingsoppervlak daarvan belangrijk worden vergroot, waardoor de verdamping gemakkelijker plaatsvindt. Aldus blijkt reeds bij LA021204NL.wpd * a — / uingcvmgMciupcuuuui, vaiuu iv 11 ζ,υ v^, ixu ïciduci giuic vciudinpuigs^ajjacucn van water haalbaar zonder dat daarvoor een additionele warmtebron is vereist. De vaste component precipiteert daarbij tot kleine kristallen of anderszins minuscule vaste deeltjes die in de damp worden meegevoerd en als zodanig kunnen worden 5 weggevangen. De inrichting volgens de uitvinding is aldus bijzonder geschikt om te worden ingezet als ontziltingsinrichting in die gebieden op aarde waarin andere technieken voor de levering van drinkwater en irrigatiewater-levering niet haalbaar zijn en die zich veelal kenmerken door relatief warme klimatologische omstandigheden.In order to achieve the intended object, a device according to the invention of the type mentioned in the preamble is characterized in that the evaporating means comprise at least one atomizer to form a mist from the liquid, the device comprises an evaporating chamber which is arranged to to receive mist and bring it into the vapor phase and that the separating means are adapted to separate the at least one component of the vapor phase from the mist. Thanks to the atomization of the liquid used prior to the evaporation thereof, the evaporation surface thereof can be increased considerably against relatively low energy consumption, so that the evaporation takes place more easily. Thus it appears already with LA021204EN.wpd * a - / uingcvmgMciupcuuuui, vaiuu iv 11 ζ, υ v ^, ixuïciduci giuic vciudinpuigs ^ ajjacucn of water feasible without requiring an additional heat source. The solid component thereby precipitates into small crystals or otherwise miniscule solid particles that are entrained in the vapor and can be captured as such. The device according to the invention is thus particularly suitable for use as a desalination device in those areas on earth in which other techniques for supplying drinking water and irrigation water supply are not feasible and which are often characterized by relatively warm climatic conditions.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is de inrichting volgens de uitvinding gekenmerkt 10 doordat de vemevelaar een piëzo-elektrisch element omvat. Door een dergelijk piëzo-elektrisch element hoog-frequent aan te sturen kan het element in een ultrasone trilling worden gebracht. In contact met de vloeistof spat aldus een uiterst fijne nevel uit de vloeistof.In a preferred embodiment the device according to the invention is characterized in that the nebulizer comprises a piezo-electric element. By driving such a piezoelectric element high-frequency, the element can be brought into an ultrasonic vibration. Thus, in contact with the liquid, an extremely fine mist splashes out of the liquid.

Op zichzelf kan de vaste component binnen het kader van de uitvinding op diverse 15 wijzen uit de dampfase worden afgescheiden. Een bijzondere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft in dit verband als kenmerk dat de scheidingsmiddelen een micro-poreus filter omvatten dat in staat is de dampfase van de nevel door te laten onder invanging van de ten minste ene vaste component. De vloeistofdamp zal in dit geval het filter betrekkelijk moeiteloos passeren en kan aan het 20 eind van het proces in gezuiverde vorm worden gewonnen. De vaste componenten blijven evenwel in het filter achter en kunnen periodiek al of niet tezamen met het filter worden verwijderd.The solid component itself can be separated from the vapor phase in various ways within the scope of the invention. A particular embodiment of the device according to the invention is characterized in this connection in that the separating means comprise a microporous filter which is capable of passing the vapor phase of the mist while entraping the at least one solid component. The liquid vapor in this case will pass through the filter relatively effortlessly and can be recovered in purified form at the end of the process. However, the solid components remain in the filter and can be removed periodically with or without the filter.

Met het oog op een vol-continu bedrijf heeft een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding als kenmerk dat de scheidingsmiddelen een 25 elektrostatisch geladen element omvatten dat in staat is de ten minste ene component uit de dampfase van de nevel aan te trekken. Het elektrostatisch geladen element is bijvoorbeeld een plaat of een al of niet lopende eindloze band waar de verdampte vloeistof langs wordt geleid. Door de elektrostatische lading zal met name de vaste -3- deeltjes of kristallen door het element worden aangetrokken terwijl de vloeistofnevel vrijelijk kan passeren. Aldus zal de vaste component als poeder of stof neerslaan op het element zodat deze zich relatief eenvoudig laat verwijderen.With a view to fully continuous operation, a further preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that the separating means comprise an electrostatically charged element which is capable of attracting the at least one component from the vapor phase of the mist. The electrostatically charged element is, for example, a plate or an endless belt, whether or not running, along which the evaporated liquid is guided. Due to the electrostatic charge, the solid particles or crystals in particular will be attracted by the element while the liquid mist can pass freely. The solid component will thus deposit on the element as powder or dust so that it can be removed relatively easily.

Voor een voldoende hoge doorvoercapaciteit is een verdere voorkeursuitvoeringsvorm 5 van de inrichting volgens de uitvinding gekenmerkt doordat in althans een verlengde van een stroompad van de vloeistofnevel ventilatiemiddelen zijn aangebracht welke zijn ingericht om een geforceerde stroom langs de scheidingsmiddelen tot stand te brengen. Door de kracht van de aldus geforceerde nevel stroom te regelen kan de doorvoersnelheid van de vloeistofnevel in de inrichting naar wens worden beïnvloed.For a sufficiently high throughput capacity, a further preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that ventilation means are arranged in at least an extension of a flow path of the liquid spray which are adapted to create a forced flow along the separating means. By controlling the force of the thus-forced mist stream, the speed of passage of the liquid mist in the device can be influenced as desired.

10 Aan het einde van het proces dient de vernevelde en vervolgens verdampte vloeistof in gezuiverde vorm te worden terug gewonnen. Hierbij komt warmte vrij die elders in de inrichting nuttig zou kunnen worden ingezet. In een bijzondere uitvoeringsvorm heeft de inrichting volgens de uitvinding dan ook als kenmerk dat daarin een condensatiekamer is voorzien om de dampfase van de nevel in een vloeistoffase te brengen en dat tussen 15 de condensatiekamer en de verdampingskamer ten minste één warmtewisselaar is aangebracht.At the end of the process, the sprayed and subsequently evaporated liquid must be recovered in purified form. This releases heat that could be usefully deployed elsewhere in the establishment. In a special embodiment the device according to the invention therefore has the feature that a condensation chamber is provided therein to bring the vapor phase of the mist into a liquid phase and that at least one heat exchanger is arranged between the condensation chamber and the evaporation chamber.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en een bijbehorende tekening. In de tekening toont: figuur 1 een dwarsdoorsnede van een inrichting volgens een uitvoeringsvoorbeeld 20 van de uitvinding.The invention will now be further elucidated with reference to an exemplary embodiment and an accompanying drawing. In the drawing: figure 1 shows a cross-section of a device according to an exemplary embodiment of the invention.

De figuur is overigens zuiver schematisch en niet op schaal getekend. Met name zijn ter wille van de duidelijkheid sommige dimensies in meer of mindere mate sterk overdreven weergegeven. Overeenkomstige delen zijn in de figuur zoveel mogelijk met eenzelfde verwijzingscijfer aangeduid.The figure is purely schematic and not drawn to scale. In particular, for the sake of clarity, some dimensions are strongly exaggerated to a greater or lesser extent. Corresponding parts are designated in the figure as far as possible with the same reference numeral.

25 De in figuur 1 getoonde inrichting voor het afscheiden van ten minste één vaste component uit een vloeistof kan worden toegepast voor het ontzilten van zout water, meer bepaald zeewater. Daartoe wordt het zeewater, na eerst een grove mechanische y ' > filtratie te hebben ondergaan, ingelaten in een reservoir 1. Dit reservoir 1 staat via een leiding IS in open communicatie met een vemevelaar 2 welke in staat is uit het zoute zeewater een zoute nevel 3 te vormen. In dit voorbeeld is uitgegaan van een vemevelaar op basis van een piëzo-elektrisch element 21, hoewel binnen het kader van de uitvinding 5 ook andere vemevelingsprincipes, bijvoorbeeld onder hoge druk, kunnen worden toegepast. Een piëzo-elektrisch element 21 geeft echter een uiterst fijne nevel die zich reeds bij kamertemperatuur bijzonder gemakkelijk laat verdampen.The device shown in Figure 1 for separating at least one solid component from a liquid can be used for the desalination of salt water, in particular sea water. To this end, the seawater, after having first undergone a coarse mechanical filtration, is introduced into a reservoir 1. This reservoir 1 is in open communication with a nebulizer 2 via a pipe IS which is capable of a salty mist from the salty seawater 3 to form. This example is based on a nebulizer based on a piezoelectric element 21, although other nebulizing principles, for example under high pressure, can also be applied within the scope of the invention. A piezoelectric element 21, however, produces an extremely fine mist which can be evaporated particularly easily at room temperature.

De aldus uit de vloeistof gevormde nevel 3 treedt een verdampingskamer 4 van de inrichting binnen. In deze kamer wordt een omgevingstemperatuur van minimaal zo’n 10 20 ’C gehandhaafd, wat gewoonlijk niet meer vergt dan een warmtecontact met de buitenwereld. Dankzij het door de nevelvorming sterk vergrote oppervlak van de vloeistof gaat de zojuist gevormde nevel over in een dampfase van de vloeistof. Eventuele vaste bestanddelen in de vloeistof precipiteren tot kleine deeltjes of, in het geval van zouten, kristallen, die als een stofwolk in de lucht blijven hangen.The mist 3 thus formed from the liquid enters an evaporation chamber 4 of the device. In this room, an ambient temperature of at least around 10 20 "C is maintained, which usually requires no more than heat contact with the outside world. Thanks to the surface of the liquid greatly enlarged by the mist formation, the mist that has just been formed passes into a vapor phase of the liquid. Any solid constituents in the liquid precipitate into small particles or, in the case of salts, crystals, which remain in the air like a cloud of dust.

15 Door middel van een ventilator 5 wordt in de inrichting een geforceerde luchtstroom op gang gebracht waardoor de vloeistofdamp en de geprecipiteerde deeltjes worden meegevoerd. De luchtstroom wordt door een filter 6 geleid waarin de vaste bestanddelen achterblijven. De waterdamp passeert het filter om tegen het dak van de installatie in een daartoe voorziene condensatiekamer 7 neer te slaan. De gecondenseerde vloeistof 20 wordt vanuit de condensatiekamer 7 in een daartoe voorzien uitlaatreservoir 8 opgevangen en is althans in hoofdzaak vrij van zouten of andere vaste bestanddelen. Periodiek wordt het filter 6 verwisseld om verzadiging daarvan te voorkomen.A forced air flow is started in the device by means of a fan 5, as a result of which the liquid vapor and the precipitated particles are entrained. The air stream is passed through a filter 6 in which the solid components remain. The water vapor passes through the filter to deposit against the roof of the installation in a condensation chamber 7 provided for this purpose. The condensed liquid 20 is collected from the condensation chamber 7 in an outlet reservoir 8 provided for this purpose and is at least substantially free of salts or other solid components. The filter 6 is periodically exchanged to prevent saturation thereof.

De bij de condensatie van de neveldamp vrijkomende warmte kan nuttig worden gebruikt ten behoeve van een voorverwarming van de vloeistof in het inlaatreservoir 2. 25 Hiertoe wordt tussen de condensatiekamer en het reservoir 2 een, niet nader getoonde, warmtewisselaar toegepast.The heat released during the condensation of the mist vapor can be usefully used for the purpose of pre-heating the liquid in the inlet reservoir 2. For this purpose, a heat exchanger (not shown) is used between the condensation chamber and the reservoir 2.

-5--5-

Aldus kan op een zeer economische wijze water worden ontzilt of anderszins vaste componenten van een vloeistof worden afgescheiden.Water can thus be desalinated in a very economical way or solid components can be separated from a liquid in some other way.

Hoewel de uitvinding hiervoor aan de hand van slechts dit ene voorbeeld nader werd toegelicht, moge het duidelijk zijn dat de uitvinding daartoe geenszins is beperkt.Although the invention has been further elucidated above with reference to only this one example, it will be clear that the invention is by no means limited thereto.

5 Integendeel zijn voor een gemiddelde vakman nog vele variaties en verschijningsvormen mogelijk zonder van hem te vergen het kader van de uitvinding te verlaten. Zo kan ten aanzien van de verdampingskamer eventueel worden uitgegaan van bijverwarming door een externe energiebron of de zon. Ook kan de omgevingsdruk in de verdampingskamer worden geoptimaliseerd ten behoeve van het verdampingsproces 10 dat daar dient plaats te vinden. In plaats van een microporeus filter kan ook worden uitgegaan van een membraanfilter en kunnen andere scheidingstechnieken worden toegepast, bijvoorbeeld een centrifugaal/cycloontechnieken, om de vaste component van de neveldamp af te scheiden.On the contrary, many variations and appearances are still possible for a person skilled in the art without having to leave the scope of the invention. With regard to the evaporation chamber, for example, additional heating by an external energy source or the sun can possibly be assumed. The ambient pressure in the evaporation chamber can also be optimized for the purpose of the evaporation process 10 which must take place there. Instead of a microporous filter, a membrane filter can also be used and other separation techniques, for example centrifugal / cyclone techniques, can be used to separate the solid component from the mist vapor.

Claims

Device for separating at least one solid component from a liquid, in particular water, comprising evaporating means for bringing the liquid into a vapor phase and separating means for separating the at least one solid component from the vapor phase of the liquid characterized in that the evaporating means comprise at least one atomizer to form a mist from the liquid, the device comprises an evaporation chamber which is adapted to receive the mist therein and to bring it into the vapor phase and that the separating means are adapted to separating at least one component from the vapor phase of the mist.

Device as claimed in claim 1, characterized in that the nebulizer comprises a piezo-electric element.

3. Device as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the separating means comprise a microporous filter which is capable of passing the vapor phase of the mist while trapping the at least one solid component.

Device as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the separating means comprise an electrostatically charged element which is able to attract the at least one component from the vapor phase of the mist.

5. Device as claimed in any of the foregoing claims, characterized in that ventilation means are arranged in at least an extension of a flow path of the liquid spray which are adapted to create a forced flow along the separating means.

6. Device as claimed in any of the foregoing claims, characterized in that a condensation chamber is provided therein for bringing the vapor phase of the mist into a liquid phase and that at least one heat exchanger is arranged between the condensation chamber and the evaporation chamber.