RU2335459C1 - Method of deaerated salty water desalination and device for its implementation - Google Patents

Method of deaerated salty water desalination and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2335459C1
RU2335459C1 RU2007109239/15A RU2007109239A RU2335459C1 RU 2335459 C1 RU2335459 C1 RU 2335459C1 RU 2007109239/15 A RU2007109239/15 A RU 2007109239/15A RU 2007109239 A RU2007109239 A RU 2007109239A RU 2335459 C1 RU2335459 C1 RU 2335459C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
evaporator
desalination
condenser
pressure
Prior art date
Application number
RU2007109239/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Васильевич Ведерников (RU)
Михаил Васильевич Ведерников
Максим Михайлович Пеньков (RU)
Максим Михайлович Пеньков
Леонид Аркадьевич Сырцов (RU)
Леонид Аркадьевич Сырцов
Алексей Петрович Софьин (RU)
Алексей Петрович Софьин
Валерь н Михайлович Мороз (RU)
Валерьян Михайлович Мороз
Игорь Васильевич Наумчик (RU)
Игорь Васильевич Наумчик
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского
Priority to RU2007109239/15A priority Critical patent/RU2335459C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2335459C1 publication Critical patent/RU2335459C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124Water desalination

Abstract

FIELD: technological processes; motors and pumps.
SUBSTANCE: device for desalination of deaerated salty water contains reservoir of deaerated salty water 1, manifold of salty water supply for desalination 2, regenerative heat exchanger 3, evaporator 4 with heater 5, detector of water level 6 in evaporator 4, steam pipeline 7, ascending section 8 of steam pipeline 7, vacuum valve 9, sensor of gas phase parameters 10, screen 11, descending section 12 of steam pipeline 7, condenser 13, device for condensation heat exhaust 14, manifold of fresh water bleed 15, reservoir of fresh water escape 16, device for heat removal from evaporator 17, manifold for brine bleed 18, heat removal device 19 from manifold 18, start up pump 20, water radiator 21, sea 22. Low pressure in communicating cavities of evaporator 4 and condenser 13 is generated at the account of hydrostatic vacuumisation with column of salty water and brine from level of liquid in manifolds 2 and 18, on which full pressure of liquid is equal to atmospheric, to the level of salty water in evaporator 4 and column of fresh water from its level in manifold 15, on which full pressure of fresh water is equal atmospheric, to the level of fresh water in condenser 13.
EFFECT: minimisation of water boiling temperature in evaporator to possibility to use low potential heat in technological process.
8 cl, 1 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к технологии опреснения морской воды дистилляционным методом. Предпочтительная область применения данного изобретения - опреснение морской воды для потребителей с малым расходом пресной воды, например для систем капельного полива растений в районах с засушливым климатом и большим количеством солнечных дней.The claimed invention relates to desalination technology of sea water by distillation method. The preferred field of application of this invention is the desalination of sea water for consumers with a low consumption of fresh water, for example, for drip irrigation systems in areas with an arid climate and a large number of sunny days.

Известен способ опреснения соленой воды и устройство для его осуществления [3]. Способ, описанный в [3], предполагает нагрев соленой воды, в том числе и в магистрали ее подвода, парообразование при низком давлении в полости испарения, последующие конденсацию пара и отвод пресной воды. Низкое давление в полости испарения создается эжекцией пара путем подачи на выход из полости в качестве активного потока части опресненной воды. Подача соленой воды в полость испарения осуществляется в диспергированном виде и тангенциально. Для реализации данного способа предлагаемое устройство включает испарительную камеру с тангенциально установленным диспергирующим устройством и нагревателем, каналы подвода соленой воды и отвода рассола, канал отвода пара из испарителя в резервуар сбора опресненной воды. В канале подвода соленой воды установлено нагревательное устройство. В канале отвода пара размещено одно или несколько эжектирующих устройств с установленным за ними теплообменником. Опреснительная установка оснащена блоком управления.A known method of desalination of salt water and a device for its implementation [3]. The method described in [3] involves the heating of salt water, including in the supply line, vaporization at low pressure in the evaporation cavity, subsequent condensation of the steam and the removal of fresh water. Low pressure in the evaporation cavity is created by steam ejection by supplying part of the desalinated water as an active stream to the outlet from the cavity. Salt water is supplied to the evaporation cavity in a dispersed form and tangentially. To implement this method, the proposed device includes an evaporation chamber with a tangentially mounted dispersing device and a heater, channels for supplying salt water and brine removal, a channel for removing steam from the evaporator to the desalinated water collection tank. A heating device is installed in the channel for supplying salt water. One or more ejection devices with a heat exchanger installed behind them are placed in the steam exhaust channel. The desalination plant is equipped with a control unit.

Недостатками данного способа являются: необходимость организации посредством насосной подачи принудительной циркуляции части пресной воды через эжектор и подачи соленой воды под давлением на диспергаторы для ее распыления и тангенциального ввода в полость испарителя; наличие в испарителе тумана из капель соленой воды, образовавшегося после ее диспергирования, который вместе с водяным паром может увлекаться в эжектор и далее - в резервуар для сбора опресненной воды; необходимость регулирования соотношения расходов соленой воды на опреснение и пресной воды для активного потока эжектора, обеспечивающего устойчивость работы опреснителя.The disadvantages of this method are: the need to organize by pumping the forced circulation of part of the fresh water through the ejector and supplying salt water under pressure to the dispersants for spraying and tangential entry into the cavity of the evaporator; the presence in the evaporator of a mist of droplets of salt water formed after its dispersion, which together with water vapor can be entrained in the ejector and further into the reservoir for collecting desalinated water; the need to regulate the ratio of the costs of salt water for desalination and fresh water for the active flow of the ejector, ensuring the stability of the desalination plant.

Перечисленные недостатки повышают стоимость пресной воды, так как на подачу воды при помощи насосов требуются дополнительные энергозатраты. Кроме того, сосуществование двух потоков в одном объеме полости испарения в ряде случаев может оказаться невозможным без применения в опреснительной установке, кроме блока управления, достаточно быстродействующих исполнительных органов автоматики. В противном случае может произойти, например, переполнение полости испарения соленой водой или, наоборот, при ее недостаточной подаче, в районе частично заполненных отверстий для удаления рассола будут развиваться неустойчивые колебательные процессы (на границе полости испарения и частично заполненной отходящим потоком рассола магистрали его отвода).These shortcomings increase the cost of fresh water, since additional energy costs are required to supply water using pumps. In addition, the coexistence of two streams in the same volume of the evaporation cavity may in some cases be impossible without the use of a sufficiently high-speed automatic control unit in addition to the control unit in a desalination plant. Otherwise, for example, overfilling of the evaporation cavity with salt water or, conversely, with insufficient supply, unstable oscillatory processes will develop in the region of partially filled holes for removing the brine (at the boundary of the evaporation cavity and the discharge pipe of the brine that is partially filled with the effluent stream) .

Известен способ опреснения и установка для его реализации [2, с.27, 28]. Способ предполагает нагрев соленой воды, в том числе и регенеративный в магистрали ее подвода, парообразование при низком давлении в полости испарения, последующие конденсацию пара и отвод пресной воды. Низкое давление в сообщающихся полостях испарения и конденсации создается эжекцией из них насыщенного пара. При этом в качестве активного потока используется пар, направляемый для нагрева опресняемой воды. В испарителе организованы принудительная подача и циркуляция опресняемой соленой воды, отвод рассола и опресненной воды. В испарителе и конденсаторе создается разность температур за счет одновременного нагрева опресняемой воды и охлаждения полости конденсатора.A known method of desalination and installation for its implementation [2, p.27, 28]. The method involves the heating of salt water, including regenerative in the supply line, vaporization at low pressure in the evaporation cavity, subsequent condensation of the steam and removal of fresh water. Low pressure in the communicating cavities of evaporation and condensation is created by ejection of saturated vapor from them. In this case, steam directed to heat desalinated water is used as an active stream. In the evaporator, the forced supply and circulation of desalinated salt water, the removal of brine and desalinated water are organized. A temperature difference is created in the evaporator and condenser due to the simultaneous heating of desalinated water and cooling of the cavity of the condenser.

Опреснитель, описанный в [2, с.27, 28] имеет магистрали подвода соленой воды на опреснение и отвода рассола, насос циркуляции опресняемой воды через нагреватель и отвода рассола, насос отвода опресненной воды, испаритель и конденсатор, связанные друг с другом посредством короткого паропровода, регулятор уровня опресняемой воды в испарителе.The desalination plant described in [2, p.27, 28] has highways for supplying salt water for desalination and brine removal, a pump for circulating desalinated water through a heater and a brine outlet, a desalination water pump, an evaporator and a condenser connected to each other via a short steam line , regulator of desalinated water level in the evaporator.

В результате проведенного сопоставительного анализа последних двух способов опреснения и устройств для их реализации, по числу признаков, общих с заявляемым способом и устройством, последний способ опреснения и устройство для его реализации [2, с.27, 28] выбраны в качестве прототипа. Прототип обладает следующими недостатками:As a result of a comparative analysis of the last two desalination methods and devices for their implementation, according to the number of features common with the claimed method and device, the last desalination method and device for its implementation [2, p.27, 28] are selected as a prototype. The prototype has the following disadvantages:

- для эжекционного вакуумирования полости испарителя и для нагрева опресняемой воды требуется перегретый пар, то есть требуется высокотемпературный источник тепла, что практически исключает возможность использования низкопотенциального тепла в технологическом процессе опреснения;- for ejection evacuation of the evaporator cavity and for heating desalinated water, superheated steam is required, that is, a high-temperature heat source is required, which virtually eliminates the possibility of using low-grade heat in the desalination process;

- для организации всех видов движения жидкостей применяются насосы.- pumps are used to organize all types of fluid movement.

Перечисленные недостатки обусловливают необходимость применения мощных источников энергии (электроэнергия, топливо) и соответствующих устройств (котлы, паропроводы высокого давления, постоянно работающие насосы). Все это повышает стоимость пресной воды, усложняет опреснители и понижает их надежность.These shortcomings necessitate the use of powerful energy sources (electricity, fuel) and related devices (boilers, high pressure steam lines, constantly running pumps). All this increases the cost of fresh water, complicates desalination and reduces their reliability.

Задачей изобретения является разработка способа дистилляционного опреснения воды и создание устройства для его реализации, которое позволяло бы использовать низкопотенциальное тепло. Предлагаемый способ и устройство позволяют:The objective of the invention is to develop a method of distillation desalination of water and the creation of a device for its implementation, which would allow the use of low-grade heat. The proposed method and device allows:

- минимизировать температуру кипения воды в испарителе до уровня, при котором появляется возможность использовать в технологическом процессе низкопотенциальное тепло (солнечную энергию, тепловые сбросы энергогенерирующих установок и т.п.);- minimize the boiling point of water in the evaporator to a level at which it becomes possible to use low-grade heat in the process (solar energy, thermal discharges of power generating plants, etc.);

- организовать движение потоков соленой воды, рассола, пресной воды без задействования механизмов (насосы, регуляторы);- organize the movement of streams of salt water, brine, fresh water without involving mechanisms (pumps, regulators);

- минимизировать энергопотребление процесса опреснения от энергоисточников искусственного происхождения (традиционная энергетика);- minimize the energy consumption of the desalination process from energy sources of artificial origin (traditional energy);

- поднять без использования насосов уровень в резервуаре опресненной воды по сравнению с уровнем в резервуаре забора соленой воды на опреснение;- to raise, without using pumps, the level in the desalinated water tank compared to the level in the salt water intake tank for desalination;

- упростить технологию и применяемое технологическое оборудование и перевести процесс опреснения в режим саморегуляции.- simplify the technology and the used technological equipment and transfer the desalination process to self-regulation mode.

Указанный выше технический результат при осуществлении заявленного устройства основывается на следующих физических свойствах жидкостей.The above technical result in the implementation of the claimed device is based on the following physical properties of liquids.

Известно, что условием кипения жидкостей является равенство давления насыщенного пара данной жидкости давлению окружающей среды. Насыщенный пар находится в динамическом равновесии с жидкостью. То есть насыщенное состояние пара характеризует такое состояние системы «жидкость - пар», при котором число молекул, уходящих из жидкости в паровое пространство в единицу времени, равно числу молекул, возвращающихся за то же время из парового пространства в жидкость. Для воды давление насыщенного пара является функцией только ее температуры и солености (и не зависит, например, от наличия или отсутствия в одном объеме с парами воды других газов).It is known that the condition for boiling liquids is the equality of the saturated vapor pressure of a given liquid to the ambient pressure. Saturated steam is in dynamic equilibrium with a liquid. That is, the saturated state of steam characterizes such a state of the "liquid-vapor" system, in which the number of molecules leaving the liquid in the vapor space per unit time is equal to the number of molecules returning from the vapor space to the liquid in the same time. For water, the pressure of saturated steam is a function of only its temperature and salinity (and does not depend, for example, on the presence or absence of other gases in the same volume as water vapor).

Повышение температуры жидкости сопровождается ростом давления насыщенного пара над ее поверхностью. При температуре пресной воды 100°С давление ее насыщенного пара становится равным атмосферному (0,101 МПа) [1, с.170, 462; 2, с.10], что и соответствует условию кипения воды при атмосферном давлении (на нулевой глубине или по ее поверхности). При изменении давления (окружающей среды или в самой жидкости, например на разных глубинах или в разных точках потока жидкости) соответственно изменяется и температура кипения: рост давления приводит к росту температуры кипения, понижение давления приводит к снижению температуры кипения.An increase in the temperature of a liquid is accompanied by an increase in the pressure of saturated vapor above its surface. At a fresh water temperature of 100 ° C, the pressure of its saturated steam becomes equal to atmospheric (0.101 MPa) [1, p. 170, 462; 2, p.10], which corresponds to the condition of boiling water at atmospheric pressure (at zero depth or along its surface). With a change in pressure (in the environment or in the liquid itself, for example at different depths or at different points in the liquid flow), the boiling temperature also changes accordingly: an increase in pressure leads to an increase in the boiling temperature, a decrease in pressure leads to a decrease in the boiling temperature.

Условием конденсации пара является равенство текущего давления пара давлению насыщенного пара при данной температуре. Если текущее давление пара меньше давления насыщенного пара при данной температуре, то для приведения пара к условиям конденсации надо либо понизить его температуру, либо изотермически поднять его давление.The condition for vapor condensation is the equality of the current vapor pressure to the saturated vapor pressure at a given temperature. If the current vapor pressure is less than the saturated vapor pressure at a given temperature, then to bring the steam to the conditions of condensation it is necessary either to lower its temperature or to increase its pressure isothermally.

Известно, что для снижения температуры кипения по дистилляционному методу опреснения в испарителе опреснителя при помощи различных технических устройств снижают давление [см., например, 2, с.13-15, 27, 28]. Если в испарителе и конденсаторе температуры равны, то для конденсации паров воды в конденсаторе их необходимо изотермически компримировать [2, с.13, 14], то есть посредством компрессора одновременно удалять пары из испарителя и повышать их давление в конденсаторе. Так как давление пара не может быть выше значения давления насыщенного пара при данной температуре, за компрессором в данном случае и будет происходить конденсация.It is known that to reduce the boiling point by the distillation method of desalination, the pressure in the desalination evaporator is reduced by various technical devices [see, for example, 2, pp. 13-15, 27, 28]. If the temperatures in the evaporator and the condenser are equal, then to condense the water vapor in the condenser, they must be isothermally compressed [2, p.13, 14], that is, by means of a compressor, simultaneously remove the vapor from the evaporator and increase their pressure in the condenser. Since the vapor pressure cannot be higher than the saturated vapor pressure at a given temperature, condensation will occur behind the compressor in this case.

Недостатками способа опреснения, при реализации которого требуется компримирование пара [2, с.13, 14], являются дополнительные энергопотери на работу компрессора, увеличение на эту же величину потребного теплоотвода от конденсатора, усложнение опреснителя и как следствие - снижение его надежности. По этой причине чаще всего, для реализации процесса конденсации в конденсаторе, в нем понижают температуру по сравнению с температурой в испарителе [2, с.27, 28], а не устанавливают в опреснителях компрессоры между испарителем и конденсатором.The disadvantages of the desalination method, the implementation of which requires compression of the steam [2, p.13, 14], are additional energy losses for the compressor, an increase in the required heat sink from the condenser by the same amount, complication of the desalination plant and, as a consequence, a decrease in its reliability. For this reason, most often, to implement the condensation process in a condenser, the temperature is lowered in it compared to the temperature in the evaporator [2, p.27, 28], and compressors between the evaporator and the condenser are not installed in desalination plants.

Для снижения давления в испарителе опреснителя применяются вакуумные насосы [2, с.30, 31], как правило, эжекционного типа, активным потоком в которых может выступать часть отводимой опресненной воды [3] или поток пара, направляемый, например, на теплообменник нагревателя адиабатического опреснителя [2, с.27, 28].To reduce the pressure in the desalination evaporator, vacuum pumps are used [2, p.30, 31], as a rule, of the ejection type, the active stream in which may be part of the discharged desalinated water [3] or the steam stream directed, for example, to the heat exchanger of the adiabatic heater desalination plant [2, p.27, 28].

Повышение солености воды приводит к понижению давления насыщенного пара над ее поверхностью по сравнению с пресной водой. Как правило, величина этого понижения давления насыщенного пара характеризуется таким показателем как депрессия давления насыщенного пара над поверхностью раствора. Депрессия давления насыщенного пара равна разности давления насыщенного пара над поверхностью пресной воды и раствора. Депрессия давления насыщенного пара возникает из-за того, что в приповерхностном слое раствора вместо части молекул воды пребывают ионы и молекулы солей, препятствующие выходу молекул воды из жидкости в паровое пространство. С повышением концентрации солей депрессия насыщенного пара линейно возрастает [2, с.14].An increase in the salinity of the water leads to a decrease in the pressure of saturated steam above its surface compared to fresh water. As a rule, the magnitude of this decrease in saturated vapor pressure is characterized by such an indicator as the depression of saturated vapor pressure above the solution surface. The saturated vapor pressure depression is equal to the difference in saturated vapor pressure above the surface of fresh water and the solution. Depression of saturated vapor pressure occurs due to the fact that in the surface layer of the solution, instead of a part of the water molecules, there are ions and salt molecules that impede the exit of water molecules from the liquid into the vapor space. With an increase in the concentration of salts, the depression of saturated steam increases linearly [2, p.14].

Известно, что отношение величины депрессии давления насыщенного пара над раствором к величине давления насыщенного пара над пресной водой слабо зависит от температуры и в диапазона от 5°С до 100°С остается величиной практически постоянной [табл.1.9 и 1.10, 2, с.10]. Так, для солености 30 г/л это соотношение принимает значение 0,0155 при температуре 5°С и значение 0,0160 в диапазоне температур от 25°С до 100°С. Для солености 36 г/л (морская вода) это соотношение в диапазоне температур от 5°С до 100°С имеет значение 0,0192. То есть депрессия для солености 30 г/л при температуре 40°С составляет 120 Па, а для солености 36 г/л составляет 144 Па.It is known that the ratio of the value of the saturated vapor pressure depression over the solution to the value of the saturated steam pressure over fresh water weakly depends on temperature and remains practically constant in the range from 5 ° C to 100 ° C [Tables 1.9 and 1.10, 2, p. 10 ]. So, for a salinity of 30 g / l, this ratio takes a value of 0.0155 at a temperature of 5 ° C and a value of 0.0160 in the temperature range from 25 ° C to 100 ° C. For salinity 36 g / l (sea water), this ratio in the temperature range from 5 ° C to 100 ° C has a value of 0.0192. That is, the depression for salinity of 30 g / l at a temperature of 40 ° C is 120 Pa, and for salinity of 36 g / l it is 144 Pa.

При нагреве пресной воды в диапазоне температур от 20°С до 40°С повышение давления насыщенного пара над ее поверхностью, приходящееся на 1°С, составляет приблизительно 250 Па/1°С. Отсюда следует, что, если в испарителе опреснителя температура соленой воды с концентрацией соли 30 г/л будет равна, например, 40°С, то для получения такого же давления насыщенного пара над пресной водой в конденсаторе ее температура должна быть ниже температуры соленой воды в испарителе всего лишь на 0,5°С. Если температура в конденсаторе будет на 1°С ниже температуры в испарителе, то перепад давлений между испарителем и конденсатором составит 125 Па, что приведет к движению пара от испарителя по направлению к конденсатору. Идеальную скорость такого потока можно определить из равенства перепада давлений, создавшего поток, и давления полного торможения данного потока (скоростного напора или динамического давления газа

Figure 00000002
[1, с.124]).When fresh water is heated in the temperature range from 20 ° C to 40 ° C, an increase in the saturated vapor pressure above its surface per 1 ° C is approximately 250 Pa / 1 ° C. It follows that if the salt water temperature in a desalination evaporator with a salt concentration of 30 g / l is, for example, 40 ° C, then to obtain the same saturated steam pressure over fresh water in the condenser, its temperature should be lower than the salt water temperature in evaporator only 0.5 ° C. If the temperature in the condenser is 1 ° C lower than the temperature in the evaporator, then the pressure difference between the evaporator and the condenser will be 125 Pa, which will lead to the movement of steam from the evaporator towards the condenser. The ideal speed of such a flow can be determined from the equality of the differential pressure that created the flow and the pressure of the complete braking of the flow (velocity head or dynamic gas pressure
Figure 00000002
[1, p.124]).

Для указанного перепада давлений в 125 Па при плотности насыщенного пара воды 0,0512 кг/м3, соответствующей 40°С [2, с.10, табл.1.10], равный ему по величине скоростной напор (динамическое давление газа) создаст поток этого пара со скоростью 68,5 м/с. То есть при указанных значениях перепада давлений и плотности пара такой будет идеальная скорость движения пара в паропроводе между испарителем и конденсатором. Указанным значениям скорости и плотности пара соответствует удельный массовый расход

Figure 00000003
. Для морской воды с соленостью 36 г/л и депрессией давления насыщенного пара над ней в 144 Па перепад давления при той же разности температур в 1°С составит 106 Па. Идеальная скорость равновеликого ему по скоростному напору потока пара составит 62,5 м/с. Удельный массовый расход этого потока пара составляет
Figure 00000004
.For the specified pressure drop of 125 Pa at a density of saturated water vapor of 0.0512 kg / m 3 corresponding to 40 ° C [2, p.10, Table 1.10], a velocity head equal to it in magnitude (dynamic gas pressure) will create a flow of this steam at a speed of 68.5 m / s. That is, at the indicated pressure drop and vapor density values, this will be the ideal steam speed in the steam line between the evaporator and the condenser. Specified values of steam velocity and density correspond to specific mass flow rate
Figure 00000003
. For sea water with a salinity of 36 g / l and a saturated vapor pressure depression of 144 Pa above it, the pressure drop at the same temperature difference of 1 ° C will be 106 Pa. The ideal speed of a steam flow equal to it in terms of velocity pressure will be 62.5 m / s. The specific mass flow rate of this steam stream is
Figure 00000004
.

Из физики известно, что если «бесконечно длинную» прямую трубку, закрытую с одного конца, полностью заполнить деаэрированной жидкостью и затем поставить ее вертикально, погрузив открытый конец трубки в сосуд с данной жидкостью, то ее уровень в трубке установится на такой высоте, при которой внутри трубки, на уровне, совпадающем с уровнем жидкости в открытом сосуде, сумма давления насыщенных паров над зеркалом жидкости в трубке и давления столба жидкости в ней будет равна давлению окружающего воздуха. На практике этим пользуются, в частности, при определении атмосферного давления при помощи ртутных барометров. Такой гидростатический столб нередко называют атмосферным гидростатическим столбом данной жидкости. Давление пара над жидкостью в такой трубке будет равно давлению насыщенного пара данного вещества при температуре жидкости в ней. Для воды в диапазоне температур 20°С...45°С величина давления насыщенного пара составляет РS=2,3...10 кПа (0,023...0,1 атм). Ртуть при температуре 20°С имеет давление насыщенного пара РS≈1,63·10-4 кПа (1,6·10-6 атм) [1, табл.24а, 25, 26, с.467, 468]. Так как указанные величины давлений насыщенного пара многократно ниже атмосферного, то можно говорить о гидростатическом вакуумировании пространства над зеркалом жидкости в трубке.It is known from physics that if a “infinitely long” straight tube, closed at one end, is completely filled with a deaerated liquid and then placed vertically by immersing the open end of the tube in a vessel with this liquid, then its level in the tube will be established at such a height that inside the tube, at a level coinciding with the liquid level in the open vessel, the sum of the saturated vapor pressure above the liquid mirror in the tube and the pressure of the liquid column in it will be equal to the pressure of the surrounding air. In practice, this is used, in particular, when determining atmospheric pressure using mercury barometers. Such a hydrostatic column is often called the atmospheric hydrostatic column of a given liquid. The vapor pressure above the liquid in such a tube will be equal to the saturated vapor pressure of a given substance at the temperature of the liquid in it. For water in the temperature range of 20 ° С ... 45 ° С, the saturated vapor pressure is Р S = 2.3 ... 10 kPa (0.023 ... 0.1 atm). Mercury at a temperature of 20 ° C has a saturated vapor pressure P S ≈1.63 · 10 -4 kPa (1.6 · 10 -6 atm) [1, Tables 24a, 25, 26, p. 467, 468]. Since the indicated values of saturated vapor pressure are many times lower than atmospheric, we can talk about hydrostatic evacuation of the space above the liquid mirror in the tube.

Как известно из физики, высота атмосферного гидростатического столба деаэрированной жидкости определяется формулойAs is known from physics, the height of the atmospheric hydrostatic column of a deaerated liquid is determined by the formula

Figure 00000005
Figure 00000005

где ρ - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения. При давлении атмосферы на уровне моря Ратм=101,3 кПа и указанных выше давлениях насыщенного пара высота атмосферного гидростатического столба пресной воды в диапазоне температур 20°С...45°С не может быть выше 10,11 м...10,03 м соответственно.where ρ is the density of the liquid, g is the acceleration of gravity. At atmospheric pressure at sea level P atm = 101.3 kPa and the above saturated vapor pressures, the height of the atmospheric hydrostatic column of fresh water in the temperature range of 20 ° C ... 45 ° C cannot be higher than 10.11 m ... 10, 03 m respectively.

Если в жидкости растворен газ (например, в воде при нормальных условиях концентрация растворенных газов, главным образом воздуха, составляет около 0,012 г/л), то давление газа над зеркалом жидкости при гидростатическом вакуумировании будет складываться из парциальных давлений насыщенного пара воды и газов, вышедших из воды при понижении давления. Давление вышедших газов будет определяться не только их исходной концентрацией в воде, но и соотношением объемов парового пространства над зеркалом жидкости и объемом вышедших газов, то есть конструктивными особенностями устройства, в котором гидростатический способ вакуумирования применен. Так как данное соотношение, кроме этого, будет во многом определяться и технологией процесса опреснения, то вопрос опреснения недеаэрированной соленой воды является предметом отдельного исследования и в настоящей заявке не рассматривается.If a gas is dissolved in a liquid (for example, in water under normal conditions, the concentration of dissolved gases, mainly air, is about 0.012 g / l), then the gas pressure above the liquid mirror during hydrostatic evacuation will be the sum of the partial pressures of saturated steam of water and gases released out of water under pressure. The pressure of the released gases will be determined not only by their initial concentration in the water, but also by the ratio of the volumes of the vapor space above the liquid mirror and the volume of the released gases, i.e. the design features of the device in which the hydrostatic method of evacuation is applied. Since this ratio, in addition, will be largely determined by the technology of the desalination process, the question of desalination of undeaerated salt water is the subject of a separate study and is not considered in this application.

В заявляемом способе минимально возможное давление насыщенного пара для данной температуры в полости испарения (долее - испаритель) и в полости конденсации (далее - конденсатор) достигается и поддерживается естественным образом за счет использования эффекта гидростатического вакуумирования объема над зеркалом жидкости. Удаление из испарителя образующегося рассола в водоем (например, в море), откуда происходит забор воды на деаэратор и последующее опреснение, происходит благодаря его более высокой плотности по сравнению с морской водой при одинаковых с ней температурах. Поступление деаэрированной соленой воды из ее резервуара в испаритель происходит благодаря конвективному движению воды по цепочке «резервуар соленой деаэрированной соленой воды - магистраль ее подачи на опреснение - испаритель - магистраль отвода рассола - море», которое и возникает в магистрали отвода рассола вследствие указанного превышения плотностью рассола плотности морской воды и движения рассола по направлению на выход из испарителя. Теплоподвод к опресняемой воде происходит по мере ее продвижения по магистрали подвода воды на опреснение и в испарителе от низкопотенциального источника тепла. Кипение соленой воды в испарителе происходит при автомодельно поддерживающихся температуре и давлении вследствие подведения тепла и отводе образующегося пара. Так как давление пара в испарителе за счет гидростатического вакуумирования всегда будет равно давлению насыщения при данной температуре, кипение воды в испарителе будет происходить при любом температурном перепаде между источником тепла и нагревателем испарителя. То есть производительность установки не будет определяться температурой источника тепла. Это обстоятельство позволяет использовать для нагрева опресняемой воды, например, солнечную радиацию, промышленные тепловые сбросы.In the inventive method, the minimum possible saturated vapor pressure for a given temperature in the evaporation cavity (hereinafter referred to as the evaporator) and in the condensation cavity (hereinafter referred to as the condenser) is achieved and maintained naturally by using the effect of hydrostatic evacuation of the volume above the liquid mirror. Removal of the resulting brine from the evaporator into a body of water (for example, into the sea), from where water is taken to the deaerator and subsequent desalination, occurs due to its higher density compared to sea water at the same temperatures. The intake of deaerated salt water from its tank to the evaporator occurs due to the convective movement of water along the chain "tank of salt deaerated salt water - the line for its supply to desalination - the evaporator - the brine drain line - the sea", which occurs in the brine drain line due to the indicated excess in brine density the density of sea water and the movement of the brine in the direction to exit the evaporator. The heat supply to the desalinated water occurs as it moves along the water supply line for desalination and in the evaporator from a low-grade heat source. The boiling of salt water in the evaporator occurs at self-sustaining temperature and pressure due to the addition of heat and the removal of generated steam. Since the vapor pressure in the evaporator due to hydrostatic evacuation will always be equal to the saturation pressure at a given temperature, boiling water in the evaporator will occur at any temperature difference between the heat source and the evaporator heater. That is, the performance of the installation will not be determined by the temperature of the heat source. This circumstance makes it possible to use, for example, solar radiation, industrial thermal discharges for heating desalinated water.

Гидростатическое вакуумирование осуществляется по всем трем магистралям: подвода соленой воды на опреснение, отвода рассола, отвода пресной воды. Перемещение пара из полости испарителя в сообщающуюся с ней полость конденсатора происходит под действием имеющегося между ними перепада давления насыщенного пара, вызванного разностью температур между полостью испарителя и полостью конденсатора.Hydrostatic evacuation is carried out on all three highways: supply of salt water for desalination, removal of brine, removal of fresh water. The movement of steam from the evaporator cavity into the condenser cavity communicating with it occurs under the influence of the saturated vapor pressure difference between them caused by the temperature difference between the evaporator cavity and the condenser cavity.

Испарение воды в испарителе и сток рассола способствуют снижению уровня жидкости в нем, однако действие стабильного атмосферного давления на противоположной стороне гидростатического столба соленой воды, подаваемой на опреснение, способствует восстановлению этого уровня. Таким образом, уровень жидкости в испарителе стабилизируется в пределах незначительных колебаний давления атмосферы и незначительных колебаний температуры в испарителе. По аналогичному механизму стабилизируется уровень жидкости и в конденсаторе. Также естественным путем осуществляется не только стабилизация уровня жидкости в испарителе, но и движение в нем соленой воды от выхода из магистрали подачи соленой воды на опреснение к входу в магистраль отвода рассола. Так как плотность соленой по мере ее перехода в рассол воды (по мере испарения из нее пресной воды) повышается, то атмосферный гидростатический столб рассола будет иметь высоту ниже атмосферного гидростатического столба соленой воды, поступающей на опреснение, уже при одинаковом законе изменения в них температуры по высоте. Если при этом рассол еще будет и охлаждаться, то это приведет к появлению естественного стока жидкости из испарителя в магистраль отвода рассола. В тех случаях, когда сброс рассола происходит в море, для охлаждения рассола до температуры морской воды организуется теплообмен между ними. Так как поток рассола является сплошным, то не имеет значение конкретное место или участок охлаждения рассола.Evaporation of water in the evaporator and brine runoff contribute to a decrease in the liquid level in it, however, the effect of stable atmospheric pressure on the opposite side of the hydrostatic column of salt water supplied for desalination helps to restore this level. Thus, the liquid level in the evaporator is stabilized within the limits of slight fluctuations in atmospheric pressure and slight fluctuations in temperature in the evaporator. By a similar mechanism, the liquid level in the condenser is stabilized. Also, not only stabilization of the liquid level in the evaporator is carried out naturally, but also the movement of salt water in it from the outlet from the salt water supply line to desalination to the entrance to the brine removal line. Since the density of saline increases as it passes into brine (as fresh water evaporates from it), the atmospheric hydrostatic column of the brine will have a height lower than the atmospheric hydrostatic column of salt water entering desalination, even with the same law that the temperature height. If the brine still cools, this will lead to the appearance of a natural liquid flow from the evaporator to the brine drain line. In cases where the brine is discharged into the sea, heat exchange between them is organized to cool the brine to the temperature of sea water. Since the brine flow is continuous, it does not matter the specific location or area of cooling of the brine.

Подведение тепла к пару, например, находящемуся в паропроводе, препятствует его конденсации. В связи с этим пар, подогреваемый на восходящем участке паропровода, можно поднять и на некоторую высоту Н, на эту же высоту можно поднять и уровень воды в резервуаре сбора опресненной воды по сравнению с уровнем соленой воды в резервуаре ее забора на опреснение.The supply of heat to steam, for example, located in the steam line, prevents its condensation. In this regard, the steam heated in the ascending section of the steam pipeline can also be raised to a certain height N, and the water level in the desalinated water collection tank can be raised to the same height as compared to the salt water level in the desalination withdrawal tank.

Указанный технический результат при осуществлении заявленного способа достигается благодаря следующему. Магистрали подвода соленой деаэрированной соленой воды на опреснение выбраны с таким полным перепадом высот, чтобы в испарителе оставался слой жидкости. В этом слое от точки выхода из магистрали соленой воды на опреснение по направлению к точке выхода в магистраль отвода рассола формируется поток кипящей на поверхности нагревателя деаэрированной опресняемой соленой воды. Суммарная высота столба жидкости в каждой из этих двух магистралей и слоя жидкости в испарителе над открывающимися соответствующими отверстиями в эти магистрали, измеренная от того уровня магистралей, где абсолютное давление в них соответствует атмосферному, равна атмосферному гидростатическому столбу находящихся в них жидкостей. Магистраль отвода пресной воды выбрана с таким полным перепадом высот, чтобы суммарная высота столба жидкости в ней и слоя пресной воды в конденсаторе была бы равна высоте атмосферного гидростатического столба пресной воды.The specified technical result in the implementation of the claimed method is achieved due to the following. The desalination lines of saline deaerated salt water for desalination were selected with such a complete difference in elevation that a layer of liquid remained in the evaporator. In this layer, from the exit point from the salt water main to the desalination towards the outlet point to the brine outlet, a flow of deaerated desalinated saline water boiling on the surface of the heater is formed. The total height of the liquid column in each of these two lines and the liquid layer in the evaporator above the corresponding openings in these lines, measured from the level of the lines where the absolute pressure in them corresponds to atmospheric, is equal to the atmospheric hydrostatic column of the liquids contained in them. The freshwater discharge line is chosen with such a complete difference in elevation that the total height of the liquid column in it and the layer of fresh water in the condenser is equal to the height of the atmospheric hydrostatic column of fresh water.

При использовании устройства в районах с высокой солнечной активностью магистраль подвода соленой деаэрированной воды на опреснение, испаритель, теплоприемник лучистой солнечной энергии нагревателя испарителя и восходящая часть паропровода расположены на освещенной стороне, а магистрали отвода пресной воды и рассола, ниспадающая часть паропровода, конденсатор и устройства отвода от них тепла в окружающую среду расположены на затененной стороне опреснителя.When using the device in areas with high solar activity, the saline deaerated water supply line for desalination, the evaporator, the radiant solar energy receiver of the evaporator heater and the ascending part of the steam pipe are located on the lit side, and the freshwater and brine drain pipes, the falling part of the steam pipe, condenser and drain devices from them heat to the environment are located on the shaded side of the desalination plant.

Конденсатор, магистрали отвода рассола и пресной воды посредством тепловых мостов или теплообменника связаны с магистралью подачи соленой воды на опреснение по схеме регенеративного теплообмена с ней.The condenser, brine and fresh water drain lines through thermal bridges or a heat exchanger are connected to the saline water supply line for desalination according to the regenerative heat exchange scheme with it.

Для подъема на высоту Н уровня пресной воды в резервуаре ее сбора или подъема самого резервуара на эту высоту по сравнению с уровнем воды в резервуаре деаэрированной соленой воды паропровод имеет восходящий участок с перепадом высот не менее Н, связанный на этом участке с источником тепла, поддерживающим температуру пара в нем не ниже, чем в испарителе. Это позволяет на такую же высоту Н поднять конденсатор и начало магистрали отвода пресной воды.To raise the level of fresh water in the collection tank to a height H or to raise the tank itself to this height compared to the water level in the deaerated salt water tank, the steam line has an ascending section with a height difference of at least N, connected in this section with a heat source that maintains the temperature the steam in it is not lower than in the evaporator. This allows you to raise the capacitor to the same height H and the beginning of the freshwater drain line.

На чертеже изображена принципиальная гидравлическая схема опреснительной установки.The drawing shows a schematic hydraulic diagram of a desalination plant.

Устройство для опреснения (чертеж) включает резервуар соленой деаэрированной воды 1, магистраль подачи соленой деаэрированной воды на опреснение 2, регенеративный теплообменник 3 (между магистралью подачи соленой воды на опреснение и магистралью отвода рассола), испаритель 4, нагреватель испарителя 5, датчик уровня воды в испарителе 6, паропровод 7, восходящий участок 8 паропровода 7, вакуумный вентиль 9, датчик параметров газовой фазы (давление, температура) 10, экран 11, нисходящий участок 12 паропровода 7, конденсатор 13, устройством сброса теплоты конденсации 14 (воздушный радиатор конденсатора), магистраль отвода пресной воды 15, резервуар сбора пресной воды 16, устройство отвода тепла от испарителя 17, магистраль отвода рассола 18, устройство теплоотвода от магистрали отвода рассола 19 (воздушный радиатор магистрали отвода рассола), пусковой насос 20 (например, эжекционного типа), водяной радиатор магистрали отвода рассола 21, море 22.The desalination device (drawing) includes a tank of salt deaerated water 1, a line for supplying salt deaerated water for desalination 2, a regenerative heat exchanger 3 (between the line for supplying salt water for desalination and the brine removal line), an evaporator 4, an evaporator heater 5, a water level sensor in evaporator 6, steam line 7, upstream section 8 of steam line 7, vacuum valve 9, gas phase parameter sensor (pressure, temperature) 10, screen 11, downward section 12 of steam line 7, condenser 13, heat discharge device condensation condenser 14 (condenser air cooler), fresh water discharge pipe 15, fresh water collection tank 16, heat removal device from the evaporator 17, brine pipe 18, heat removal device from the brine pipe 19 (air radiator of the brine pipe), starting pump 20 (for example, ejection type), a water radiator of the brine outlet line 21, sea 22.

На схеме (чертеж) обозначено:On the diagram (drawing) is indicated:

- h1 - высота атмосферного гидростатического столба соленой деаэрированной воды;- h 1 - the height of the atmospheric hydrostatic column of salt deaerated water;

- h2 - высота атмосферного гидростатического столба рассола;- h 2 - the height of the atmospheric hydrostatic column of brine;

- h3 - высота атмосферного гидростатического столба пресной воды;- h 3 - the height of the atmospheric hydrostatic column of fresh water;

- Н - перепад высот на восходящем участке 8 паропровода 7 и высота подъема уровня пресной воды в резервуаре ее сбора 16 или подъема самого резервуара 16 по сравнению с уровнем воды в резервуаре соленой деаэрированной воды 1;- N - elevation on the ascending section 8 of the steam line 7 and the height of the rise in fresh water in the collection tank 16 or the rise of the tank 16 in comparison with the water level in the tank of salt deaerated water 1;

- Q1 - тепловой поток от источника тепла к магистрали подвода соленой воды на опреснение 2 (например, поток лучистой солнечной энергии, поглощенный магистралью подвода соленой воды на опреснение 2);- Q 1 is the heat flux from the heat source to the desalination water supply line 2 for desalination 2 (for example, radiant solar energy flux absorbed by the salt water supply line for desalination 2);

- Q2 - тепловой поток от источника тепла, поглощенный нагревателем испарителя 5 (например, лучистый поток солнечной энергии, поглощенный тепловоспринимающей поверхностью нагревателя испарителя);- Q 2 is the heat flux from the heat source absorbed by the heater of the evaporator 5 (for example, the radiant flux of solar energy absorbed by the heat-absorbing surface of the evaporator heater);

- Q3 - тепловой поток от источника тепла к восходящему участку 8 паропровода 7 (например, поток лучистой солнечной энергии, поглощенный восходящим участком паропровода);- Q 3 is the heat flux from the heat source to the ascending section 8 of the steam line 7 (for example, the flux of radiant solar energy absorbed by the ascending section of the steam line);

- q1 - теплота конденсации пресной воды;- q 1 - heat of condensation of fresh water;

- q2 - теплоотвод от рассола, находящегося в испарителе;- q 2 - heat sink from the brine in the evaporator;

- q3, q4 - тепловые потоки от рассола в воздух и в морскую воду соответственно;- q 3 , q 4 - heat fluxes from brine into air and sea water, respectively;

-

Figure 00000006
- давление насыщенного пара в испарителе;-
Figure 00000006
- saturated vapor pressure in the evaporator;

- - давление насыщенного пара в конденсаторе.- - saturated vapor pressure in the condenser.

Магистраль подвода воды на опреснение 2 связана с испарителем 4. На участке между резервуаром деаэрированной соленой воды 1 и испарителем 4 к находящейся в ней соленой воде подводится тепловая энергия Q1 (например, поток лучистой солнечной энергии). Причем при реализации схемы регенеративного теплообмена на отрезке от резервуара соленой деаэрированной соленой воды 1 до испарителя 4 магистраль подвода воды на опреснение 2 в тепловом отношении через регенеративный теплообменник 3 связана с магистралью отвода рассола 18. К нагревателю испарителя 5 подводится тепловая энергия Q2 (например, поток лучистой солнечной энергии). Испаритель 4 через паропровод 7 связан с конденсатором 13. Причем при реализации схемы подъема уровня пресной воды в резервуаре ее сбора 16 или подъема самого резервуара 16 на высоту Н (по сравнению с уровнем соленой воды в резервуаре ее подачи на опреснение 1) к восходящему участку 8 паропровода 7 высотой Н подводится тепловая энергия Q3 (например, поток лучистой солнечной энергии). В испарителе 4, со стороны, противоположной нагревателю испарителя 5, и выше входа в магистраль отвода рассола 18 установлено устройство отвода тепла от испарителя 17 (тепло q2). Полость паропровода 7 связана через вакуумный вентиль 9 с системой вакуумирования. Паровое пространство испарителя, паропровода или конденсатора связано с датчиком параметров газовой фазы (давление, температура) 10. Нисходящий участок 12 паропровода 7, конденсатор 13 со связанным с ним в тепловом отношении устройством сброса 14 теплоты конденсации q1 (воздушным радиатором конденсатора), магистраль отвода пресной воды 15, магистраль отвода рассола 18 находятся на неосвещенной стороне, например за экраном 11. Магистраль отвода рассола 18 в тепловом отношении связана с устройством теплоотвода 19 (например, с воздушным радиатором) и ниже уровня моря 22 - с водяным радиатором 21, отводящими от рассола тепло q3 и q4 соответственно. В магистрали отвода рассола 18 или на ее конце находится пусковой насос 20 (например, насос эжекционного типа). В испарителе 4 установлен датчик уровня воды 6. Уровень воды в резервуаре деаэрированной соленой воды 1 поддерживается одинаковым или выше уровня воды в море 22.The water supply line for desalination 2 is connected to the evaporator 4. In the area between the deaerated salt water tank 1 and the evaporator 4, the thermal energy Q 1 is supplied to the salt water therein (for example, a flux of radiant solar energy). Moreover, when implementing the regenerative heat transfer scheme over the segment from the salt-water tank of the deaerated salt water 1 to the evaporator 4, the water supply line for desalination 2 is thermally connected through the regenerative heat exchanger 3 to the brine removal line 18. Heat energy Q 2 is supplied to the evaporator heater 5 (for example, flux of radiant solar energy). The evaporator 4 is connected through a steam line 7 to a condenser 13. Moreover, when implementing a scheme for raising the level of fresh water in its collection tank 16 or raising the tank 16 to a height N (compared to the level of salt water in its supply tank for desalination 1) to the ascending section 8 steam pipe 7 of height H is supplied with thermal energy Q 3 (for example, a flux of radiant solar energy). In the evaporator 4, on the side opposite to the heater of the evaporator 5, and above the entrance to the brine outlet 18, a heat removal device is installed from the evaporator 17 (heat q 2 ). The cavity of the steam line 7 is connected through a vacuum valve 9 with a vacuum system. The vapor space of the evaporator, steam line or condenser is connected to the gas phase parameter sensor (pressure, temperature) 10. The downward section 12 of the steam line 7, the condenser 13 with the heat-condensing device 14 connected to it in thermal relation q 1 (condenser air radiator), exhaust pipe fresh water 15, the brine outlet pipe 18 is on the unlit side, for example behind the screen 11. The brine pipe 18 is thermally connected to the heat sink device 19 (for example, with an air radiator) and below sea level 22 - with a water radiator 21, the heat q 3 and q 4 taking away from the brine, respectively. In the brine outlet line 18 or at its end is a start-up pump 20 (for example, an ejector type pump). A water level sensor 6 is installed in the evaporator 4. The water level in the deaerated salt water tank 1 is maintained at or above the sea level 22.

Заявляемый способ опреснения деаэрированной соленой воды реализуется в заявляемом устройстве следующим образом. Перед началом процесса опреснения резервуар соленой воды 1, подаваемой на опреснение, заполняется деаэрированной соленой водой, резервуар сбора пресной воды 16 заполняется пресной водой. После этого через вакуумный вентиль 9, находящийся в районе верхней точки паропровода 7, внутренний объем опреснительной установки вакуумируется, что приводит к заполнению магистралей 2, 15 и 18, испарителя и конденсатора водой из соответствующих резервуаров, удалению газов, растворенных в морской воде и в пресной воде, попавшей при вакуумировании опреснительной установки в соответствующие магистрали 18 и 15. Вакуумная система задействуется до момента стабилизации давления, то есть до завершения выхода из воды, находящейся в указанных магистралях 18 и 15, полостях испарителя и конденсатора остаточных растворенных газов. Затем вакуумный вентиль 9 закрывается. После закрытия вентиля 9 уровни жидкости в испарителе 4, и конденсаторе 13 установятся на высотах атмосферных гидростатических столбов h1 и h3 относительно резервуаров соленой 1 и пресной 16 воды соответственно, а в сообщающихся полостях и испарителя 4, и конденсатора 13 установится равное давление насыщенного водяного пара

Figure 00000008
. Если уровень воды в резервуаре деаэрированной пресной воды 1 выше, чем в море 22, то вода из него начнет сразу же перетекать в море по схеме сифона (то есть по магистрали подвода соленой деаэрированной воды на опреснение 1, через полость испарителя 4 и по магистрали отвода рассола 18).The inventive method of desalination of deaerated salt water is implemented in the inventive device as follows. Before the desalination process begins, the salt water tank 1 supplied for desalination is filled with deaerated salt water, the fresh water collecting tank 16 is filled with fresh water. After that, through the vacuum valve 9, located near the upper point of the steam pipe 7, the internal volume of the desalination plant is evacuated, which leads to filling lines 2, 15 and 18, the evaporator and condenser with water from the respective tanks, removing gases dissolved in sea water and fresh water water that got into the corresponding lines 18 and 15 during the evacuation of the desalination plant. The vacuum system is activated until the pressure stabilizes, that is, until the exit from the water in the specified lines is completed Rals 18 and 15, the cavities of the evaporator and condenser of residual dissolved gases. Then the vacuum valve 9 is closed. After closing valve 9, the liquid levels in the evaporator 4, and the condenser 13 are set at the heights of the atmospheric hydrostatic columns h 1 and h 3 relative to the tanks of salt 1 and fresh water 16, respectively, and equal pressure of saturated water will be established in the communicating cavities of both the evaporator 4 and condenser 13 couple
Figure 00000008
. If the water level in the reservoir of deaerated fresh water 1 is higher than in sea 22, then the water from it will immediately flow into the sea according to the siphon scheme (i.e., along the supply line of salt deaerated water for desalination 1, through the cavity of the evaporator 4 and along the discharge line brine 18).

При подводе тепла Q2 через нагреватель испарителя 5 к воде, находящейся в испарителе 4, начинается ее кипение. Давление насыщенного пара в этой полости возрастает и становится выше, чем в конденсаторе 13 (

Figure 00000009
). Это приводит к перетеканию пара по паропроводу 7 в конденсатор 13, к которому тепло не подводилось, сохранившему по этой причине в момент запуска прежнюю температуру, то есть более низкую температуру, чем температура в испарителе 5. В конденсаторе 13 пары воды конденсируются, отдавая теплоту конденсации q1 сначала на нагрев массы конденсатора, устройства сброса теплоты конденсации 14 (воздушному радиатору конденсатора), а затем и окружающему воздуху.When heat Q 2 is supplied through the heater of the evaporator 5 to the water in the evaporator 4, its boiling begins. The saturated vapor pressure in this cavity increases and becomes higher than in the condenser 13 (
Figure 00000009
) This leads to the flow of steam through the steam line 7 to the condenser 13, to which heat was not supplied, which for this reason retained the same temperature at the time of start-up, that is, a lower temperature than the temperature in the evaporator 5. In the condenser 13, water vapor condenses, giving off the heat of condensation q 1 first to heat the mass of the condenser, the condensation heat discharge device 14 (condenser air cooler), and then to the surrounding air.

Одновременно с этим к воде, находящейся в магистрали подвода соленой деаэрированной воды на опреснение 2, подводится тепло Q1. Нагрев и вызванное им понижение плотности соленой воды в магистрали 2 и одновременно с этим протекающие процессы кипения соленой воды в испарителе сброса части тепла (тепло q1) через устройства отвода тепла от испарителя 17 со стороны, противоположной нагревателю 5, вызывают повышение плотности рассола и инициируют конвективное движение по контуру «магистраль подвода соленой воды 2 - полость испарителя 4 - магистраль отвода рассола 18» в направлении от резервуара деаэрированной соленой воды 1 к морю 22. Если уровень в резервуаре деаэрированной соленой воды 1 одинаков с уровнем моря 22, то интенсивность конвективного движения будет возрастать только лишь по мере прогрева магистрали подвода соленой деаэрированной воды на опреснение 2. Этот процесс может занять много времени. В этом случае для ускорения запуска включается малорасходный пусковой насос 20, который интенсифицирует движение по магистрали отвода рассола 18 и далее - движение жидкости в испарителе 4 и приток воды из резервуара 1 в испаритель 4.At the same time, heat Q 1 is supplied to the water located in the line for supplying salt deaerated water to desalination 2. The heating and the resulting decrease in the density of salt water in line 2 and, at the same time, the processes of boiling of salt water in the evaporator to discharge part of the heat (heat q 1 ) through the heat removal devices from the evaporator 17 from the side opposite to the heater 5, cause an increase in the density of the brine and initiate convective movement along the contour "salt water supply line 2 - evaporator cavity 4 - brine removal line 18" in the direction from the deaerated salt water tank 1 to the sea 22. If the level in the tank is deaerated of salt water 1 is the same as sea level 22, then the intensity of convective motion will increase only as the heating line for supplying salt deaerated water for desalination 2. This process can take a lot of time. In this case, to speed up the start-up, a low-start-up start-up pump 20 is activated, which intensifies the movement along the brine outlet 18 and then the movement of liquid in the evaporator 4 and the flow of water from the tank 1 to the evaporator 4.

На установившемся режиме к воде при ее движении по магистрали подвода соленой деаэрированной соленой воды на опреснение 2 от внешнего источника тепла подводится тепло Q1 (например, низкопотенциальное тепло поглощенного солнечного потока) и в регенеративном теплообменнике 3 подводится тепло от отводимого рассола. В испарителе 4 к опресняемой воде от нагревателя 5 подводится тепло Q2, что приводит к ее кипению при низком давлении. Образовавшийся пар пребывает в состоянии насыщения и создает в испарителе 4 давление

Figure 00000010
. Нисходящий участок 12 паропровода 7, конденсатор 13, устройство отвода от него теплоты конденсации 14, магистраль отвода рассола 18, ее устройство теплоотвода от нее 18 находятся на затененной стороне, например за экраном 10, что исключает возможность их нагрева солнечными лучами. В связи с этим одновременно с процессами нагрева и кипения соленой воды в испарителе 4 происходит охлаждение конденсатора 13 за счет сброса теплоты конденсации q1 через устройство сброса теплоты конденсации 14 (например, через воздушный радиатор конденсатора). Вследствие этого пар конденсируется, его давление
Figure 00000011
падает и становится ниже, чем в испарителе. Имеющийся перепад давления заставляет двигаться пар от испарителя 4 к конденсатору 13 по паропроводу 7. На восходящем участке 8 паропровода 7 к пару подводится тепло Q3, которое повышает его температуру выше точки конденсации и одновременно совершает на этом участке работу по подъему пара на высоту Н. Это позволяет поднять уровень воды в конденсаторе 13 и соответственно в резервуаре пресной воды 16 на ту же высоту Н.In the steady state, when it moves along the line for supplying salt deaerated salt water to desalination 2 from the external heat source, heat Q 1 is supplied (for example, low-grade heat of the absorbed solar stream) and heat from the brine removed is supplied in the regenerative heat exchanger 3. In the evaporator 4, heat Q 2 is supplied to the desalinated water from the heater 5, which leads to its boiling at low pressure. The resulting vapor is in a state of saturation and creates a pressure in the evaporator 4
Figure 00000010
. The descending section 12 of the steam pipe 7, the condenser 13, the device for removing condensation heat 14 from it, the brine removal pipe 18, its heat removal device from it 18 are located on the shaded side, for example, behind the screen 10, which excludes the possibility of heating by sunlight. In this regard, simultaneously with the processes of heating and boiling of salt water in the evaporator 4, the condenser 13 is cooled due to the condensation heat q 1 being discharged through the condensation heat discharging device 14 (for example, through a condenser air cooler). As a result, the vapor condenses, its pressure
Figure 00000011
drops and becomes lower than in the evaporator. The existing pressure drop makes the steam move from the evaporator 4 to the condenser 13 through the steam line 7. In the ascending section 8 of the steam pipe 7 heat Q 3 is supplied to the steam, which increases its temperature above the condensation point and at the same time performs work on raising the steam to a height N. This allows you to raise the water level in the condenser 13 and, accordingly, in the fresh water tank 16 to the same height N.

При использовании для опреснения солнечного тепла в первой половине дня из-за повышения интенсивности солнечного нагрева температура и давление пара, измеренные датчиком параметров газовой фазы (давление, температура) 10 в сообщающихся полостях испарителя 4, паропровода 7 и конденсатора 13, будут возрастать. Поэтому строго пропорционально этому (при неизменном давлении окружающего воздуха) будет понижаться уровень жидкости в испарителе 4, измеренный датчиком 6. Во второй половине дня процесс будет носить обратный характер. Однако в связи с тем, что произвести полную деаэрацию соленой воды достаточно сложно, по мере работы опреснителя возможно накопление газов в указанных полостях. Признаком накопления газов будет несоответствие между величиной понижения уровня жидкости в испарителе 4, параметрами газовой фазы и давлением окружающего воздуха. Для удаления накопившегося газа через вакуумный вентиль 9 задействуется вакуумная система.When used to desalinate solar heat in the morning, due to an increase in the intensity of solar heating, the temperature and vapor pressure measured by the gas phase parameter sensor (pressure, temperature) 10 in the communicating cavities of the evaporator 4, steam pipe 7 and condenser 13 will increase. Therefore, strictly proportional to this (at a constant ambient pressure), the liquid level in the evaporator 4, measured by the sensor 6, will decrease. In the afternoon, the process will be reversed. However, due to the fact that it is rather difficult to make a complete deaeration of salt water, the accumulation of gases in the indicated cavities is possible with the desalination plant. A sign of gas accumulation will be a mismatch between the magnitude of the decrease in the liquid level in the evaporator 4, the parameters of the gas phase and the ambient air pressure. To remove the accumulated gas through the vacuum valve 9, a vacuum system is activated.

ЛитератураLiterature

1. Кухлинг X. Справочник по физике: Пер. с нем. - М.: Мир, 1982. - 520 с., ил.1. Kuhling X. Handbook of Physics: Trans. with him. - M .: Mir, 1982. - 520 p., Ill.

2. Пельцин И.Э., Клячко В.А. Опреснение воды. - М.: Изд. литературы по строительству, 1968. - 220 с., ил.2. Peltsin I.E., Klyachko V.A. Desalination of water. - M.: Publishing. literature on construction, 1968. - 220 p., ill.

3. Способ опреснения соленой воды и устройство для его реализации. - Заявка на изобретение RU 2004118163/15. Дата подачи заявки 2004.06.15, дата публикации заявки 2005.11.20. Кл. 7 C02F 1/04.3. The method of desalination of salt water and a device for its implementation. - Application for invention RU 2004118163/15. Application filing date 2004.06.15, publication date 2005.11.20. Cl. 7 C02F 1/04.

Claims (8)

1. Способ опреснения деаэрированной соленой воды, включающий ее подвод, в том числе и с одновременным нагревом, нагрев и парообразование при низком давлении, последующее охлаждение и конденсацию пара в конденсаторе, отвод пресной воды и рассола, отличающийся тем, что низкое давление в сообщающихся полостях испарителя и конденсатора создается за счет гидростатического вакуумирования столбом соленой воды и рассола от уровня жидкости в соответствующих магистралях, на котором полное давление жидкости равно атмосферному, до уровня соленой воды в испарителе и столбом пресной воды от ее уровня в магистрали отвода пресной воды, на котором полное давление пресной воды равно атмосферному, до уровня пресной воды в конденсаторе.1. The method of desalination of deaerated salt water, including its supply, including with simultaneous heating, heating and vaporization at low pressure, subsequent cooling and condensation of steam in the condenser, drainage of fresh water and brine, characterized in that the low pressure in the communicating cavities the evaporator and the condenser are created by hydrostatic evacuation by a column of salt water and brine from the liquid level in the corresponding highways, on which the total liquid pressure is atmospheric to the salt level in ode in the evaporator and a column of fresh water from its level in the fresh water outlet, at which the total fresh water pressure is equal to atmospheric, to the level of fresh water in the condenser. 2. Способ опреснения деаэрированной соленой воды по п.1, отличающийся тем, что подвод соленой воды на опреснение в испаритель происходит естественным образом по мере парообразования части воды за счет сохранения равенства давлений на входе в магистраль ее подвода: со стороны резервуара деаэрированной соленой воды - давления окружающей среды в этой точке и со стороны магистрали - суммы давлений насыщенного пара в испарителе и гидростатического давления столба соленой воды, находящейся в магистрали ее подвода на опреснение и в испарителе; отвод пресной воды из конденсатора происходит естественным образом за счет сохранения равенства давлений на выходе из магистрали ее отвода: со стороны резервуара пресной воды - давления окружающей среды в этой точке и со стороны магистрали отвода пресной воды - суммы давлений насыщенного пара в конденсаторе и гидростатического давления столба пресной воды, находящейся в магистрали ее отвода и в конденсаторе; отвод рассола из испарителя и его свободное истечение в море осуществляется благодаря его более высокой плотности по сравнению с плотностью морской воды при равных с ней температурах и происходит за счет создания в магистрали отвода рассола средней температуры жидкости ниже, чем в магистрали подвода соленой воды на опреснение, и выравнивания температур рассола и морской воды по мере его продвижения к точке выхода в море из магистрали отвода рассола.2. The method of desalination of deaerated salt water according to claim 1, characterized in that the supply of salt water for desalination to the evaporator occurs naturally as part of the water vaporizes due to the preservation of equal pressures at the inlet to the supply line: from the side of the deaerated salt water tank - environmental pressure at this point and from the main — the sum of the saturated vapor pressures in the evaporator and the hydrostatic pressure of the column of salt water located in its main for desalination and in the evaporator; fresh water is diverted from the condenser naturally due to the preservation of equal pressure at the outlet of the drain pipe: from the side of the fresh water tank - environmental pressure at this point and from the side of the fresh water drain - the sum of saturated steam pressures in the condenser and the column hydrostatic pressure fresh water located in the line of its branch and in the condenser; the brine is removed from the evaporator and its free flow into the sea is due to its higher density compared to the density of sea water at temperatures equal to it and occurs due to the creation of an average liquid temperature lower in the brine removal line than in the saline water supply for desalination, and equalizing the temperatures of the brine and seawater as it moves to the point of exit to the sea from the brine discharge line. 3. Способ опреснения деаэрированной соленой воды по п.2, отличающийся тем, что нагрев соленой воды в магистрали ее подвода на опреснение и в испарителе осуществляется за счет подвода низкопотенциальной энергии тепла, например энергии промышленных тепловых сбросов, поглощенной солнечной энергии с освещенной стороны опреснительной установки.3. The method of desalination of deaerated salt water according to claim 2, characterized in that the heating of salt water in the supply line for desalination and in the evaporator is carried out by supplying low-potential heat energy, for example, energy from industrial heat discharges, absorbed solar energy from the illuminated side of the desalination plant . 4. Способ опреснения деаэрированной соленой воды по п.3, отличающийся тем, что подъем уровня в резервуаре пресной воды на высоту Н относительно уровня воды в резервуаре соленой деаэрированной воды, подаваемой на опреснение, осуществляется за счет подведения тепла к пару на восходящем участке паропровода с перепадом высот не менее Н.4. The method of desalination of deaerated salt water according to claim 3, characterized in that the rise in the level in the fresh water tank to a height N relative to the water level in the tank of salt deaerated water supplied for desalination is carried out by supplying heat to the steam in the upstream section of the steam line with height difference of at least N. 5. Устройство для опреснения деаэрированной соленой воды, содержащее испаритель с нагревателем, магистраль подвода соленой воды на опреснение, связанную с источником тепла, магистраль отвода рассола, связанную с приемником тепла, магистраль отвода пресной воды, конденсатор, паропровод, связывающий испаритель с конденсатором, систему контроля параметров, отличающееся тем, что вертикальная составляющая длины магистралей подвода соленой воды на опреснение и отвода рассола, измеренная от уровня, на котором полное давление жидкостей в них равно атмосферному, до испарителя меньше высоты атмосферного гидростатического столба этих жидкостей, уравновешенного с одной стороны давлением, равным атмосферному, и с другой стороны давлением насыщенного пара опресняемой воды при температуре в испарителе, на величину толщины слоя жидкости в испарителе в точках ввода в него этих магистралей, а вертикальная составляющая магистрали отвода пресной воды от уровня, на котором полное давление жидкости в ней равно атмосферному, до конденсатора равна или меньше на величину толщины слоя жидкости в конденсаторе высоты атмосферного гидростатического столба пресной воды, уравновешенного с одной стороны давлением, равным атмосферному, и с другой стороны давлением насыщенного пара пресной воды при температуре в конденсаторе.5. Device for desalination of deaerated salt water, comprising an evaporator with a heater, a salt water supply line for desalination associated with a heat source, a brine removal line connected to a heat receiver, a fresh water removal line, a condenser, a steam line connecting the evaporator to the condenser, a system control of parameters, characterized in that the vertical component of the length of the lines for supplying salt water for desalination and brine removal, measured from the level at which the total pressure of the liquids in them As atmospheric, to the evaporator it is less than the height of the atmospheric hydrostatic column of these liquids, balanced on the one hand by the pressure equal to atmospheric, and on the other hand by the saturated steam pressure of desalinated water at the temperature in the evaporator, by the thickness of the liquid layer in the evaporator at the points of entry of these highways , and the vertical component of the freshwater discharge line from the level at which the total liquid pressure in it is equal to atmospheric to the condenser is equal to or less by the value of the liquid layer thickness the height of the atmospheric hydrostatic column of fresh water in the condenser, balanced on the one hand by the pressure equal to atmospheric, and on the other hand, by the pressure of saturated fresh water vapor at the temperature in the condenser. 6. Устройство для опреснения деаэрированной соленой воды по п.5, отличающееся тем, что магистраль подвода соленой деаэрированной воды на опреснение, теплоприемник лучистой солнечной энергии нагревателя испарителя и испаритель находятся на освещенной стороне установки, а ниспадающая часть паропровода, конденсатор и магистрали отвода рассола и пресной воды и устройства теплоотвода от них находятся на затененной стороне установки в условиях теплообмена с окружающим воздухом.6. The device for desalination of deaerated salt water according to claim 5, characterized in that the line for supplying salt deaerated water for desalination, the heat sink of radiant solar energy of the evaporator heater and the evaporator are located on the illuminated side of the installation, and the falling part of the steam pipe, condenser and brine removal lines and fresh water and heat removal devices from them are located on the shaded side of the installation in conditions of heat exchange with ambient air. 7. Устройство для опреснения деаэрированной соленой воды по пп.5 и 6, отличающееся тем, что ее паропровод на своем восходящем участке с перепадом высот Н связан с источником тепла, а ее конденсатор, магистраль отвода пресной воды, резервуар пресной воды или уровень в нем подняты также на высоту Н относительно уровня воды в резервуаре с деаэрированной соленой водой, подаваемой на опреснение.7. A device for desalination of deaerated salt water according to claims 5 and 6, characterized in that its steam pipe in its ascending section with a vertical drop H is connected to a heat source, and its condenser, freshwater drain pipe, fresh water tank or level in it also raised to a height H relative to the water level in the tank with deaerated salt water supplied for desalination. 8. Устройство для опреснения деаэрированной соленой воды по пп.6 и 7, отличающееся тем, что при заборе на опреснение воды из резервуара деаэрированной морской соленой воды, уровень которой находится на уровне моря, и отводе рассола в море магистраль отвода рассола в тепловом отношении, например через теплообменник, связана с морем.8. A device for desalination of deaerated salt water according to claims 6 and 7, characterized in that when desalinating water from a tank of deaerated sea salt water, the level of which is at sea level, and the brine is drained into the sea, the brine removal line is heat-treated, for example through a heat exchanger connected to the sea.
RU2007109239/15A 2007-03-13 2007-03-13 Method of deaerated salty water desalination and device for its implementation RU2335459C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007109239/15A RU2335459C1 (en) 2007-03-13 2007-03-13 Method of deaerated salty water desalination and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007109239/15A RU2335459C1 (en) 2007-03-13 2007-03-13 Method of deaerated salty water desalination and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2335459C1 true RU2335459C1 (en) 2008-10-10

Family

ID=39927781

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007109239/15A RU2335459C1 (en) 2007-03-13 2007-03-13 Method of deaerated salty water desalination and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2335459C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2617489C1 (en) * 2016-06-15 2017-04-25 Общество с ограниченной ответственностью "Смарт-Тек" (ООО "Смарт-Тек") Device for water desalination
CN106629943A (en) * 2017-02-25 2017-05-10 广西壮族自治区特种设备检验研究院 Seawater desalting device
RU2664943C2 (en) * 2016-06-14 2018-08-23 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Method for vacuum conversion of salt water and device for its implementation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АПЕЛЬЦИН И.Э., КЛЯЧКО В.А. Опреснение воды. - М.: Изд. литературы по строительтву, 1968, с.220, рис.5.10. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2664943C2 (en) * 2016-06-14 2018-08-23 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Method for vacuum conversion of salt water and device for its implementation
RU2617489C1 (en) * 2016-06-15 2017-04-25 Общество с ограниченной ответственностью "Смарт-Тек" (ООО "Смарт-Тек") Device for water desalination
CN106629943A (en) * 2017-02-25 2017-05-10 广西壮族自治区特种设备检验研究院 Seawater desalting device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3558436A (en) Distilation apparatus for desalinisation of saline water to recover fresh water as condensate
US7431806B2 (en) Low energy vacuum distillation method and apparatus
ES2447827T3 (en) Thermodynamic machine and procedure for its operation
US20060157335A1 (en) Low energy vacuum distillation method and apparatus
US20070193870A1 (en) Solar-powered desalination system
Choi Thermal type seawater desalination with barometric vacuum and solar energy
US7811420B2 (en) Isothermal gas-free water distillation
RU2335459C1 (en) Method of deaerated salty water desalination and device for its implementation
US3330740A (en) Apparatus for solar distillation of liquids
WO2004074187A1 (en) A process, system and design for desalination of sea water
CN107428561B (en) Fresh water generator
CA2733171C (en) Method for evaporation and possible distillation of fluids using a heat pump
RU2393995C1 (en) Method of desalinating sea water and installation for desalinating sea water
US10550008B2 (en) Low energy fluid purification system
US7041198B2 (en) Distillation system
RU150516U1 (en) SUNNY DESALER
Murugana et al. Experimental investigation on the effect of basin pressure in a single basin solar still
CN104058474A (en) Natural circulating solar seawater desalination device employing pulse flash evaporation
RU2664943C2 (en) Method for vacuum conversion of salt water and device for its implementation
WO2006075930A1 (en) Method for producing distilled water and device for carrying out said method
WO2013098950A1 (en) Ammonia absorption type cooling device utilizing solar energy or surplus energy
KR101147182B1 (en) Automatic multistage solar-thermal desalination system
RU2732929C1 (en) Seawater desalting method
Ahmed et al. A review of vacuum solar desalination powered by renewable energy: Recent trends
CN104261500B (en) A kind of stirling heat pump multi-stage distilled seawater desalination device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090314