RU2565187C1 - Method of producing pure water from sea and salt water, industrial effluent and apparatus therefor - Google Patents
Method of producing pure water from sea and salt water, industrial effluent and apparatus therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2565187C1 RU2565187C1 RU2014125457/05A RU2014125457A RU2565187C1 RU 2565187 C1 RU2565187 C1 RU 2565187C1 RU 2014125457/05 A RU2014125457/05 A RU 2014125457/05A RU 2014125457 A RU2014125457 A RU 2014125457A RU 2565187 C1 RU2565187 C1 RU 2565187C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pure water
- heat
- evaporation
- condensation
- salt solution
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обратимых энергетических циклов и может быть использовано при создании устройств для разделения смесей жидкостей с различной температурой кипения, составляющих многокомпонентную смесь. Наиболее предпочтительная область способа получения чистой воды из морских и минерализованных вод, промышленных стоков и устройства для его осуществления применения - получение чистой воды из водного солевого раствора, например морских и минерализованных вод и промышленных стоков, дистилляционным методом.The invention relates to the field of reversible energy cycles and can be used to create devices for separating mixtures of liquids with different boiling points that make up a multicomponent mixture. The most preferred area of the method for producing pure water from sea and mineralized waters, industrial effluents and devices for its implementation is the production of pure water from an aqueous saline solution, for example, sea and mineralized waters and industrial effluents, by distillation.
Наиболее распространенный способ получения чистой воды из водных солевых растворов включает в себя процесс кипения раствора для получения пара воды и с дальнейшей его конденсацией в жидкую фазу.The most common method for producing pure water from aqueous salt solutions involves the process of boiling a solution to produce water vapor and then condensing it into a liquid phase.
Исходя из термодинамических соображений, можно построить на близких к равновесным и обратимым процессам цикл производства чистой воды, в котором затраченная работа на производство единицы массы чистой воды в зависимости от степени солености водного солевого раствора будет минимальна. Такой идеализированный цикл будет обладать наивысшей эффективностью, а техническое совершенство устройства, в котором этот цикл реализован, можно принимать за образец (эталон), по которому сверяют другие способы получения чистой воды.Based on thermodynamic considerations, it is possible to build a production cycle for pure water on close to equilibrium and reversible processes, in which the work spent on the production of a unit mass of pure water, depending on the degree of salinity of the aqueous salt solution, is minimal. Such an idealized cycle will have the highest efficiency, and the technical perfection of the device in which this cycle is implemented can be taken as a sample (standard) by which other methods of obtaining pure water are verified.
В известном способе получения пресной воды [1] необходимую работу получают за счет использования разности температур, образованной за счет солнечного подогрева соленой воды и охлаждения пресной воды подземными природными источниками. Максимальная эффективность такого устройства получения энергии возможна только при соблюдении условий изотермичности нагрева и охлаждения (цикл Карно), однако нагрев и охлаждение осуществляется с потоками жидкости, что резко снижает эффективность такого метода и приводит к большим затратам теплоты и холода для производства чистой воды.In the known method for producing fresh water [1], the necessary work is obtained by using the temperature difference formed by solar heating of salt water and cooling of fresh water by underground natural sources. The maximum efficiency of such an energy generating device is possible only if the conditions of isothermal heating and cooling (Carnot cycle) are met, however, heating and cooling are carried out with fluid flows, which dramatically reduces the efficiency of this method and leads to high costs of heat and cold for producing pure water.
Известен способ [2] опреснения деаэрированной соленой воды, в котором испаритель и конденсатор чистой воды разнесены в разные температурные зоны. Испаритель находится на солнечной стороне, а конденсатор в тени. Такая установка потребляет максимальное количество энергии, так как подводимая солнечная лучистая энергия переводится в низкопотенциальную теплоту и с небольшим понижением ее потенциала сбрасывается в окружающую среду.A known method [2] desalination of deaerated salt water, in which the evaporator and condenser of pure water are spaced in different temperature zones. The evaporator is on the sunny side, and the condenser is in the shade. Such an installation consumes the maximum amount of energy, since the supplied solar radiant energy is converted into low-grade heat and, with a slight decrease in its potential, is discharged into the environment.
Известен способ [3] дистилляции однородных жидкостей и разделения смесей жидкостей с использованием эффекта Пельтье, на горячих спаях которых происходит испарение воды, а на холодных - ее конденсация.A known method [3] is the distillation of homogeneous liquids and the separation of mixtures of liquids using the Peltier effect, on hot junctions which evaporate water, and on cold - its condensation.
При таком способе получения чистой воды из водного солевого раствора в термоэлектрическом преобразователе с учетом его низкого КПД вырабатывается существенно больше теплоты на испарение воды из солевого раствора по сравнению с полученным холодом для конденсации воды, что приводит к снижению эффективности предлагаемого способа.With this method of obtaining pure water from an aqueous salt solution in a thermoelectric converter, taking into account its low efficiency, significantly more heat is generated for the evaporation of water from the salt solution compared to the resulting cold for condensing water, which reduces the efficiency of the proposed method.
В известном способе [4], взятом за прототип, применена перегонка, включающая нагрев слоя солевого раствора, испарение чистой воды из поверхности испарения солевого раствора, отвод пара из парового пространства и конденсацию его на поверхности конденсации, находящейся внутри капилляров, из которых конденсат чистой воды выводится в накопитель. При этом каждый капилляр, проходя сквозь зеркало испарения солевого раствора, возвращает зеркалу солевого раствора теплоту фазового перехода от стекающего по капиллярным каналам конденсата чистой воды.In the known method [4], taken as a prototype, distillation is applied, including heating a layer of saline solution, evaporating clean water from the surface of the saline solution, removing steam from the vapor space and condensing it on the condensation surface inside the capillaries, from which there is pure water condensate It is output to the drive. In this case, each capillary passing through the mirror of the saline solution evaporation returns the heat of phase transition from the condensate of pure water flowing through the capillary channels to the mirror of the saline solution.
Главным недостатком такого способа является то, что предложенный способ передачи (регенерации) теплоты фазового перехода конденсации чистой воды зеркалу солевого раствора малоэффективен, так как осуществляется не по кратчайшему пути в виде - испарение воды из солевого раствора и далее конденсация чистой воды, а с применением комбинированного пути, при котором включен дополнительный промежуточный процесс теплопередачи для нагрева солевого раствора.The main disadvantage of this method is that the proposed method of transferring (regenerating) the heat of the phase transition of the condensation of pure water to a salt solution mirror is ineffective, since it is carried out not by the shortest path in the form of - evaporation of water from a salt solution and then condensation of pure water, but using a combined ways in which an additional intermediate heat transfer process for heating the saline solution is included.
Это снижает как термодинамическую эффективность цикла выделения чистой воды из солевого раствора, так и производительность представленного устройства.This reduces both the thermodynamic efficiency of the cycle of separation of pure water from saline, and the performance of the presented device.
Отмеченные недостатки устранены в предложенном способе осуществления цикла, состоящего из процессов, близких к обратимым и равновесным, а между процессами испарения чистой воды из солевого раствора и ее конденсацией включен процесс адиабатного сжатия паров воды.The noted drawbacks are eliminated in the proposed method for implementing a cycle consisting of processes that are close to reversible and equilibrium, and an adiabatic compression of water vapor is included between the processes of evaporation of pure water from a saline solution and its condensation.
На фиг. 1 представлено в идеализированной постановке устройство для получения чистой воды с применением процессов, близких к обратимым и равновесным.In FIG. 1 presents in an idealized formulation a device for producing pure water using processes close to reversible and equilibrium.
Устройство состоит из резервуара испарителя-конденсатора 1, наполненного водным солевым раствором 4, поступающим из бассейна 20 с помощью насоса 16 последовательно по трубопроводам 15 и 13, через регенеративный теплообменник 22 и далее по трубопроводу 10 в резервуар испарителя-конденсатора 1.The device consists of a tank of the evaporator-
Паровое пространство 23 резервуара испарителя-конденсатора 1 соединено с конденсатором пара 5 трубопроводом 6, на линии которого установлен компрессор 7. Из конденсатора 5 чистая вода поступает по трубопроводу 11 в регенеративный теплообменник 22 и далее в сборник чистой воды 19 через регулятор давления 17 и трубопровод 18.The vapor space 23 of the evaporator-
Аналогичным образом рассол (водный солевой раствор, обогащенный солями) из резервуара испарителя-конденсатора 1 поступает по трубопроводу 8 в регенеративный теплообменник 22 и далее в сборник рассола 21 через регулятор давления 14 и трубопроводу.Similarly, the brine (aqueous salt solution enriched with salts) from the tank of the evaporator-
Резервуар испарителя-конденсатора 1 с подводимыми и отводимыми трубопроводами и компрессором 7, а также регенеративный теплообменник 22 размещены в термостате 2 с теплоизоляционным материалом 3, для стабилизации температуры которого имеется нагревательный элемент 9.The tank of the evaporator-
Представленное идеализированное устройство работает следующим образом.Presented idealized device operates as follows.
Примем один из вариантов температурного режима работы испарителя-конденсатора при котором равновесная температура солевого раствора соответствует давлению окружающей среды, то есть 1 ата. Допускаем, что равновесная температура кипения солевого раствора равняется 100 °С.We take one of the options for the temperature regime of the evaporator-condenser at which the equilibrium temperature of the saline solution corresponds to the ambient pressure, that is, 1 ata. We assume that the equilibrium boiling point of the saline solution is 100 ° C.
Наполняем с помощью насоса 15 резервуар испарителя-конденсатора 1 до рабочего уровня из бассейна солевого раствора 20 через трубопроводы 15 и 13, регенеративный теплообменник 22 и трубопровод 10.Using a
Устанавливаем температуру термостата с помощью нагревательного элемента на уровне 100 °С с небольшим, на несколько градусов, превышением над равновесной температурой, чтобы сдвинуть процесс в сторону испарения солевого раствора в резервуаре испарителя-конденсатора 1.We set the temperature of the thermostat with the help of a heating element at the level of 100 ° С with a slight, by several degrees, excess over the equilibrium temperature in order to shift the process towards the evaporation of the saline solution in the tank of the evaporator-
Устанавливаем в регуляторах давления 17 и 18 значения, превышающие давление окружающей среды на несколько десятых долей ата, для каждого регулятора.We set the
Включается компрессор 7, который поджимает образующийся водяной пар из паровой полости 23, по трубопроводу подает его в конденсатор 5, где образуется конденсат чистой воды, который по трубопроводу 11 поступает в регенеративный теплообменник 22, откуда при температуре окружающей среды через регулятор давления 17 и далее при давлении окружающей среды по трубопроводу 18 стекает в сборник чистой воды 19.A
Рассол также поступает по трубопроводу 8 в регенеративный теплообменник 22, откуда при температуре окружающей среды через регулятор давления 14 и далее при давлении окружающей среды по трубопроводу 12 стекает в сборник рассола 21.The brine also enters through the
Термодинамическая эффективность рассмотренного способа получения чистой воды из водного солевого раствора определяется только подведенной механической энергией, подводимой к компрессору 7 для сжатия водяного пара.The thermodynamic efficiency of the considered method for producing pure water from an aqueous salt solution is determined only by the supplied mechanical energy supplied to the
При условии идеальной тепловой изоляции 3 в термостате 2, идеального теплообмена в противоточном регенеративном теплообменнике 22 и равенстве нулю алгебраической суммы потенциальных энергии жидкостных потоков поступающих на высоту Н в испаритель-конденсатор и отводимых от него, работа, подводимая к компрессору 7 для сжатия водяного пара, является минимально необходимой работой выделения чистой воды из водного солевого раствора, а сам способ получения чистой воды из водного солевого раствора является с термодинамической точки зрения совершенным, так как построен на процессах, близких к обратимым и равновесным.Under the condition of perfect
Рассмотренный идеализированный цикл может служить эталоном, с помощью которого можно определять степень термодинамической эффективности других циклов для выделения чистой воды из водного солевого раствора.The idealized cycle considered can serve as a standard by which it is possible to determine the degree of thermodynamic efficiency of other cycles for the separation of pure water from an aqueous salt solution.
Отличительным признаком реального устройства от идеализированного является то, что цикл выделения единицы массы продукта, в данном случае чистой воды, из водного солевого раствора осуществляется за конкретное время. Поэтому увеличение производительности технического устройства всегда связано со снижением эффективности цикла в сравнении с идеализированным.A distinctive feature of a real device from an idealized one is that the cycle of isolating a unit mass of a product, in this case pure water, from an aqueous saline solution takes a specific time. Therefore, an increase in the productivity of a technical device is always associated with a decrease in cycle efficiency in comparison with an idealized one.
Так для повышения производительности устройства необходимо интенсифицировать процессы испарения-конденсации, для чего необходимо, чтобы компрессор создавал дополнительную разность давлений по отношению к равновесным состояниям в испарительной и конденсирующей зон, кроме того, интенсифицировать теплообмен в теплообменнике-регегераторе и возвратить в цикл потенциальную энергию отводимых жидкостных потоков.So, to increase the productivity of the device, it is necessary to intensify the processes of evaporation-condensation, for which it is necessary that the compressor creates an additional pressure difference with respect to the equilibrium states in the evaporation and condensing zones, in addition, to intensify the heat transfer in the heat exchanger-regenerator and return the potential energy of the liquid streams.
Ниже приводятся варианты устройств получения чистой воды из водного солевого раствора, принцип действия которых основан на рассмотренном выше способе.The following are options for devices for producing pure water from aqueous saline, the principle of operation of which is based on the above method.
На фиг. 2 представлено реальное устройство выделения чистой воды из водного солевого раствора, техническое совершенство которого с максимальной термодинамической эффективностью реализует заложенные принципы в идеализированном процессе.In FIG. 2 presents a real device for the separation of pure water from an aqueous salt solution, the technical perfection of which implements the principles laid down in an idealized process with maximum thermodynamic efficiency.
Техническая реализация устройства позволяет проводить процесс в испарителе-конденсаторе в широком диапазоне температур и давлений включая испарение в вакууме при температуре, близкой к температуре окружающей среды, и давлениях более 1 атмосферы и температуре более 100 °С.The technical implementation of the device allows the process in the evaporator-condenser in a wide range of temperatures and pressures, including evaporation in vacuum at a temperature close to ambient temperature and pressures of more than 1 atmosphere and a temperature of more than 100 ° C.
Устройство состоит из резервуара испарителя-конденсатора 1, наполненного морской водой 4, поступающей из бассейна 20 морской воды с помощью насоса 16 последовательно по трубопроводам 15 и 13, через регенеративный теплообменник 22 и далее по трубопроводу 10 в резервуар испарителя-конденсатора.The device consists of a tank of the evaporator-
В паровом пространстве 30 резервуара испарителя-конденсатора 1 установлен экран 31 для предотвращения уноса капельной жидкости из кипящего водного солевого раствора. В качестве экрана может быть пористая теплоаккумулирующая набивка, перфорированные пластины, набранные металлические полосы, образующие лабиринтные каналы, сетка и т.д.In the
Для сброса выделившихся и накопившихся газов в паровом пространстве 30 установлен вентиль 35.To discharge the released and accumulated gases in the
Паровое пространство 30 соединено с конденсатором пара 5 трубопроводом 6, на линии которого установлен компрессор 7. Из конденсатора пара 5 чистая вода поступает по трубопроводу 11 в высокоразвитый регенеративный теплообменник 22 и далее в сборник чистой воды 19 через регулятор давления 32 и трубопровод 18.The
Аналогичным образом рассол из резервуара испарителя-конденсатора поступает по трубопроводу 8 в регенеративный теплообменник 22 и далее в сборник рассола 21 через регулятор давления 33 и трубопровод 12.Similarly, the brine from the tank of the evaporator-condenser enters through a
Резервуар испарителя-конденсатора 1 с подводимыми и отводимыми трубопроводами и компрессором 7, а также регенеративный теплообменник 22 размещены в термостате 2 с теплоизоляционным материалом 3 и нагревательным элементом 9.The reservoir of the evaporator-
Нагревательный элемент 9 может использовать как электрическую энергию, так и теплоту теплоносителя в жидкой или газообразной фазе.The
В качестве регуляторов давления 32 и 33 могут служить, например, гидромоторы, в которых давление на входе можно задавать производительностью по жидкости (гидромотор с регулируемой по наклону косой шайбой).As
Механическая энергия, подводимая к насосу 16, включает в себя энергию, отводимую от регуляторов давления 32 и 33 по системе связи 34. Управление режимом работы устройства для выделения чистой воды из водного солевого раствора осуществляется с помощью различных датчиков. Так установленные в испарителе-конденсаторе датчики РИ и РК измеряют значения давлений в полостях испарения и конденсации чистой воды соответственно.The mechanical energy supplied to the
Температура водного солевого раствора осуществляется с помощью датчика температуры ТЖ.The temperature of the aqueous salt solution is carried out using a temperature sensor T W.
Уровень водного солевого раствора в резервуаре испарителя-конденсатора 1 фиксируется датчиком h.The level of aqueous saline in the tank of the evaporator-
Значения температур жидкостных потоков регенеративного теплообменника 22 со стороны окружающей среды определяются датчиками;The temperature values of the liquid flows of the
ТВ - поступающего потока водного солевого раствора,T In the incoming stream of aqueous saline,
ТД - отводимого потока чистой воды,T M - bleed stream of clean water,
ТР - отводимого потока рассола.T P - diverted brine flow.
Для представленного устройства характерны три основных режима работы:The presented device is characterized by three main operating modes:
Режим 1. Испарение чистой воды в конденсаторе-испарителе осуществляется при температуре окружающей среды в вакууме, соответствующем давлению насыщенных паров воды.
При наличии водяного столба Н, равного расстоянию между зеркалами жидкостей h в испарителе-конденсаторе 1 и приемниками жидкостей 19, 20 и 21, более 10 метров, что соответствует давлению в 1 атмосферу и подаче насосом 16 на эту же высоту солевого раствора перепад давления на гидромоторе 32 также соответствует высоте столба жидкости Н.If there is a water column H equal to the distance between the liquid mirrors h in the evaporator-
Аналогичным образом рассол из резервуара испарителя-конденсатора поступает по трубопроводу 8 в регенеративный теплообменник 22 и далее в сборник рассола 21 через регулятор давления 33 и трубопровод 12. В качестве регулятора давления в этом случае также служит гидромотор с перепадом давления жидкости на нем, также равным Н.Similarly, the brine from the reservoir of the evaporator-condenser enters through the
Режим 2. Испарение чистой воды в конденсаторе-испарителе осуществляется при температуре находящейся в промежутке между температурой окружающей среды и температурой, равной 100 °С (например 50 °С), с давлением, соответствующим давлению насыщенных паров воды при выбранной температуре процесса испарения.
При этом режиме работы испарение чистой воды в испарителе-конденсаторе происходит при меньшей глубине вакуума (например, с давлением насыщенных паров воды для 50 °С). Для реального устройства высота Н может быть уменьшена с учетом этой глубины вакуума, поэтому жидкостные напоры на насосе 16 и гидромоторах 32, 33 также уменьшаются, вплоть до нуля при температуре испарителя-конденсатора, равной 100 °С.In this operating mode, the evaporation of pure water in the evaporator-condenser occurs at a shallower depth of vacuum (for example, with a pressure of saturated water vapor at 50 ° C). For a real device, the height H can be reduced taking into account this vacuum depth, therefore, the liquid heads at the
Режим 3. Испарение чистой воды в конденсаторе-испарителе осуществляется при температуре выше 100 °С (например 150 °С), с давлением, соответствующим давлению насыщенных паров воды при выбранной температуре процесса испарения.
При этом режиме принимается Н=0, а значения давлений на насосе 16 и гидромоторах 32, 33 равны давлению насыщенных паров воды, например, при температуре 150 °С.In this mode, H = 0 is assumed, and the pressure values at the
Представленное устройство на фиг. 2 работает следующим образом.The device shown in FIG. 2 works as follows.
Примем один из вариантов температурного режима работы испарителя-конденсатора, при котором равновесная температура кипения морской воды соответствует давлению выше окружающей среды, например 2 ата. Допускаем, что равновесная температура кипения солевого раствора равняется 120 °С [5].We take one of the variants of the temperature regime of the evaporator-condenser, in which the equilibrium boiling point of sea water corresponds to a pressure above the environment, for example 2 ata. We assume that the equilibrium boiling point of the saline solution is 120 ° C [5].
Наполняем с помощью насоса 15 резервуар испарителя-конденсатора 1 до рабочего уровня h из резервуара солевого раствора 20 через трубопроводы 15 и 13, регенеративный теплообменник 22 и трубопровод 10.Using a
Устанавливаем температуру термостата с помощью нагревательного элемента на уровне 120 °С и подъем давления пара в резервуаре испарителя - конденсатора до 2 ата. Включаем компрессор 7, который поджимает пар и посылает его в конденсатор 5, откуда конденсированная чистая вода по трубопроводу 11 поступает в регенеративный теплообменник 22 и, приобретая температуру ТД на выходе, равную температуре окружающей среды τ, поступает в гидромотор 32, выполняющий роль регулятора давления. При этом отводимая механическая мощность от гидромотора включает в себя потенциальную энергию столба высотой Н жидкости.We set the temperature of the thermostat with the help of a heating element at the level of 120 ° С and increase of steam pressure in the tank of the evaporator - condenser to 2 at. We turn on the
Рассол из резервуара испарителя-конденсатора 1 поступает по трубопроводу 8 также в регенеративный теплообменник 22 и приобретая температуру ТР на выходе, равную температуре окружающей среды, поступает в гидромотор 33, выполняющий роль регулятора давления. При этом отводимая механическая мощность от гидромотора также включает в себя потенциальную энергию столба высотой Н жидкости.The brine from the reservoir of the evaporator-
Механическая энергия с гидромоторов потребляется насосом 16.The mechanical energy from the hydraulic motors is consumed by the
В реальном устройстве вследствие потерь на преодоление гидравлических сопротивлений в теплообменниках, отличных от 100% КПД гидромоторов, имеется небольшой дефицит механической энергии для работы насоса 16. Поэтому эта энергия подводится от отдельного источника (на Фиг. 2. этот источник энергии не показан).In a real device, due to losses in overcoming hydraulic resistance in heat exchangers other than 100% of the efficiency of hydraulic motors, there is a slight shortage of mechanical energy for
Основным потребителем механической энергии в устройстве является компрессор, который обеспечивает испарительно-конденсационный процессы за счет создания необходимого превышения давления конденсации водяного пара над давлением парообразования.The main consumer of mechanical energy in the device is a compressor, which provides evaporation and condensation processes by creating the necessary excess of the condensation pressure of water vapor over the vaporization pressure.
Повышая давление конденсации пара с помощью компрессора, можно интенсифицировать процессы как конденсации чистой воды, так и кипения водного солевого раствора в объеме, что увеличивает производительность устройства по производству чистой воды. Капельно-паровой поток при интенсификации процессов испарения водного солевого раствора, проходя через лабиринты экрана 31, сепарируется от капельной жидкости, которая стекает обратно в резервуара 1.By increasing the vapor condensation pressure with the help of a compressor, it is possible to intensify the processes of both condensation of pure water and boiling of an aqueous salt solution in a volume, which increases the productivity of the device for producing pure water. The droplet-vapor stream during the intensification of the processes of evaporation of an aqueous salt solution, passing through the labyrinths of the
Кроме того, компрессор 7 выполняет функции производства дополнительного количества теплоты на компенсацию тепловых потерь в термостате 2.In addition, the
На фиг. 3 представлено реальное устройство выделения чистой воды из водного солевого раствора, техническое совершенство которого с максимальной термодинамической эффективностью реализуется с помощью применения теплообменников-регенераторов с теплоаккумулирующей набивкой и с обратимым теплообменом.In FIG. Figure 3 presents a real device for the separation of pure water from an aqueous salt solution, the technical perfection of which is realized with maximum thermodynamic efficiency by using heat exchangers-regenerators with heat-accumulating packing and with reversible heat transfer.
Устройство состоит из блока, включающего в себя левую 43 и правую 44 колонну, состоящие из идентичных теплообменников-регенераторов 46 и 45 с теплоаккумулирующей набивкой, в верхней части которых имеются экраны Ал и Ап для предотвращения уноса капель жидкости из зон кипения Вл и Вп соответственно.The device consists of a unit including a left 43 and a right 44 column, consisting of identical heat exchangers-
Для увеличения зон кипения колонна в зоне кипения может иметь расширение, как показано на фиг. 4.To increase the boiling zones, the column in the boiling zone may have an expansion, as shown in FIG. four.
Верхние части колонн соединяются полостью парового пространства коллектора 42, в средней части которого установлен реверсивный компрессор 68 (например, компрессор типа Рутс [6]). В верхней части коллектора 42 по разные стороны компрессора 68 установлены краны 69 и 70 для сброса выделившихся и накопившихся растворенных газов.The upper parts of the columns are connected by the cavity of the vapor space of the
Нижние части левой и правой колонны подсоединены к насосу 64 подачи водного солевого раствора из резервуара 61 посредством управляемых кранов 62 и 63 соответственно.The lower parts of the left and right columns are connected to the
Краны 55, 53 и 51 служат для отвода из левой колонны соответственно:
- возвратной части солевого раствора посредством регулятора давления 57 и далее по магистрали 60 в бассейн 61,- the return part of the saline by means of a
- рассола посредством регулятора давления 58 и далее по магистрали 66 в сборник рассола (сборник рассола не показан),- brine by means of a
- чистой воды посредством регулятора давления 59 и далее по магистрали 67 в сборник чистой воды (сборник чистой воды не показан).- pure water by means of a
Аналогичным образом управляемые краны 56, 54 и 52 служат соответственно для отвода из правой колонны возвратной части солевого раствора, рассола и чистой воды.Similarly, controlled taps 56, 54 and 52 respectively serve to divert the return portion of saline, brine and clean water from the right column.
Теплоаккумулирующей набивкой теплообменников-регенераторов могут быть пористые тела, гранитная крошка, сетка и т д.The heat-accumulating packing of heat exchangers-regenerators can be porous bodies, granite chips, mesh, etc.
Колонны размещены термостате 40 с теплоизоляцией 41 и нагревательными элементами 49 и 50.The columns are placed
Температурные режимы левой и правой колонн контролируются верхними датчиками температуры ТВЛ и ТВП и нижними ТНЛ и ТНП соответственно. Датчики давления для контроля давления на входе и выходе компрессора 68, регуляторов давления 57, 58, 59 и насоса 64 на чертеже не показаны.The temperature conditions of the left and right columns are controlled by the upper temperature sensors T VL and T VP and lower T NL and T NP, respectively. Pressure sensors for monitoring the pressure at the inlet and outlet of the
Представленное устройство на фиг. 3 работает следующим образом.The device shown in FIG. 3 works as follows.
Примем один из вариантов температурного режима работы колонн, при котором равновесная температура кипения водного солевого раствора соответствует давлению выше окружающей среды, например 2 ата. Допускаем, что равновесная температура кипения воды равняется 120 °С [5].Let us take one of the variants of the temperature regime of the columns at which the equilibrium boiling point of the aqueous saline solution corresponds to a pressure above the environment, for example, 2 ata. We assume that the equilibrium boiling point of water is 120 ° C [5].
Колонны работают в противофазе - если в одной осуществляется процесс парообразования, то в другой происходит конденсация. Так по окончании времени τ равного половины цикла τ(1/2)ц процесс парообразования меняется на противоположный, то есть на процесс конденсации. Поэтому рассмотрим работу одной колонны, например правой 44.The columns work in antiphase - if the process of vaporization is carried out in one, then condensation occurs in the other. So at the end of time τ equal to half the cycle τ (1/2) процесс the process of vaporization changes to the opposite, that is, to the condensation process. Therefore, we consider the operation of one column, for example, the right 44.
Для выхода на установившийся режим необходимо осуществить запуск устройства, для чего проводятся следующие операции:To reach the steady state, it is necessary to start the device, for which the following operations are carried out:
- Устанавливается на регуляторах давления 57, 58 и 59 значение 2 ата;- The value of 2 ata is set on the
- Включается насос 64, открываются краны 63 и 62 и открываются краны 69 и 70.- The
- Заполняются водным солевым раствором из бассейна 61 колонны 44 и 43 до уровня h, после чего насос 64 отключается и закрываются краны 63 и 62, а также 69 и 70;- They are filled with aqueous saline from the
- С помощью нагревателей 49, 50 устанавливается температура термостатирования 120 °С;- Using
- После начала кипения водяного солевого раствора в зонах кипения ВЛ и ВП пар вместе с воздухом, находящиеся в паровом пространстве 42, сбрасываются в атмосферу через краны 69 и 70, для чего последние на короткое время открываются, например на 0,5-1,0 секунды.- After the start of the boiling water of a saline solution in the boiling zones B L and B P, the steam together with the air in the
С этого момента тепловое состояние установки и давление пара в паровом пространстве коллектора 42 позволяет осуществить выход на установившийся режим и выполнить цикл по выделению чистой воды из водного солевого раствора.From this moment on, the thermal state of the installation and the vapor pressure in the vapor space of the
Необходимо отметить, что принятые значения равновесных значений давлений и температуры приняты для идеализированного случая без учета солености воды, атмосферного давления, а также режимных и конструктивных характеристик, заложенных в реальном устройстве, которые увеличивают потери, приходящиеся как на внутреннюю, так и внешнюю необратимость цикла выделения воды из водного солевого раствора.It should be noted that the accepted values of the equilibrium values of pressures and temperatures are taken for an idealized case without taking into account water salinity, atmospheric pressure, as well as operating and structural characteristics embedded in a real device, which increase the losses attributable to both internal and external irreversibility of the allocation cycle water from an aqueous saline solution.
Сюда можно отнести тепловые потери в теплоизоляции термостата и тепловые потери в теплообменниках-регенераторах с теплоаккумулирующей набивкой, которые компенсируются подводимой к компрессору 68 избыточной мощностью.This includes heat losses in the thermal insulation of the thermostat and heat losses in heat exchangers-regenerators with heat-accumulating packing, which are compensated by the excess power supplied to the
Кроме того, работа, подводимая к компрессору, должна обеспечить дополнительную степень сжатия для обеспечения необходимой интенсификации процессов испарения и конденсации.In addition, the work supplied to the compressor should provide an additional degree of compression to ensure the necessary intensification of the processes of evaporation and condensation.
Рассмотрим работу основных процессов цикла, осуществляемую в правой колонне.Consider the work of the main cycle processes carried out in the right column.
1 - В течение первой половины цикла τ(1/2)ц осуществляется движение жидкости вверх.1 - During the first half of the cycle τ (1/2) C , the liquid moves upward.
Для этого включается насос 64, открываются краны 63, 55 и включается компрессор 68, создающий разрежение в паровом пространстве правой колонны, что приводит к началу кипения водного солевого раствора в зоне кипения ВП колонны 44.To do this, turn on the
Водяной пар компрессором перегоняется в левую колонну, а подпитка водного солевого раствора в зону кипения осуществляется снизу колонны.The water vapor is distilled by the compressor into the left column, and the aqueous saline is fed to the boiling zone from the bottom of the column.
На фиг. 5. показана стационарная тепловая волна, которая образуется от движения вверх водного солевого раствора в моменты времени τ0, τ2, τ2, τ3. За все время продвижения тепловой волны вверх в зоне кипения генерируется пар, а в самой зоне кипения образуется рассол.In FIG. 5. A stationary heat wave is shown, which is formed from the upward movement of an aqueous salt solution at time instants τ 0 , τ 2 , τ 2 , τ 3 . For the entire time the heat wave moves upward, steam is generated in the boiling zone, and a brine is formed in the boiling zone itself.
Обозначения Т0 и ТН соответствуют температуре окружающей среды и термостата соответственно.Legend T 0 and T H correspond to the ambient temperature and the thermostat respectively.
Кипение останавливают в момент времени τ(1/2)ц, при достижении зоны кипения ВП гребнем тепловой волны с (Т=ТН).Boiling is stopped at time τ (1/2) n, when the boiling zone VP thermal wave crest (T = T H).
Вторая половина цикла начинается при движении тепловой волны вниз, для чего включается реверс движения жидкости в колонне и реверс компрессора 68. Для этого закрывается кран 63, открывается кран 62 и генерируемый пар в левой колонне, по образцу генерации пара в правой колонне, поступает в правую колонну. Вращение роторов компрессора 68 (то что возможно для компрессора типа Рутса) включают на противоположное.The second half of the cycle begins when the heat wave moves down, for which the reverse movement of liquid in the column and the reverse of
Компрессор поджимает пар в коллекторе 42 со стороны правой колонны и заставляет его конденсироваться в зоне ВП, а образующаяся при этом чистая вода движется вниз, толкая перед собой объем рассола.The compressor presses the steam in the manifold 42 from the side of the right column and causes it to condense in the zone B P , and the pure water generated in this case moves downward, pushing the brine volume in front of it.
Этот процесс выталкивания объема с повышенной концентрацией солей аналогичен работе колонок газовых анализаторов с несущим газом.This process of pushing out a volume with an increased concentration of salts is similar to the operation of gas analyzer columns with carrier gas.
Одновременно с движением объема рассола происходит движение тепловой волны от τ(1/2)ц, τ4, τ5, τ6 до τ1ц, фиг. 6.Simultaneously with the movement of the brine volume, a heat wave moves from τ (1/2) q , τ 4 , τ 5 , τ 6 to τ 1c , FIG. 6.
Ввиду того, что скорость движения объема рассола может превышать скорость продвижения тепловой волны в 2; 3 и более раз в зависимости от характеристик применяемой конструкции, то это позволяет за время второй половины цикла (τ(1/2)ц - τ1ц) отвести из колонны объем водного солевого раствора, находящегося в колонне, объем рассола и объем части чистой воды, которая конденсируется и транспортируется вниз по колонне во время второй половины цикла. В моменты появления на выходе из колонны водного солевого раствора открывается кран 56, рассол отводится при включении крана 54 и чистая вода при включении крана 52.Due to the fact that the speed of movement of the brine volume can exceed the speed of advancement of the heat wave in 2; 3 or more times depending on the characteristics of the applied structure, this allows during the second half of the cycle (τ (1/2) c - τ 1c ) to withdraw from the column the volume of aqueous saline solution in the column, the volume of brine and the volume of part of pure water which condenses and is transported down the column during the second half of the cycle. At the moments of the appearance of an aqueous salt solution at the outlet of the column, the
Далее цикл повторяется.Next, the cycle repeats.
Источники информацииInformation sources
1. Патент RU №2184592.1. Patent RU No. 2184592.
2. Патент RU №2335459.2. Patent RU No. 2335459.
3. Патент RU №2408539.3. Patent RU No. 2408539.
4. Патент RU №2362606.4. Patent RU No. 2362606.
5. Н.Б.Варгафтик. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Издательство "Наука", 1972.5. N.B. Vargaftik. Handbook of thermophysical properties of gases and liquids. M .: Publishing house "Science", 1972.
6. А.К.Михайлов, В.П.Ворошилов. Компрессорные машины. Учебник для вузов. - М: Энергоатомиздат, 1989.6. A.K. Mikhailov, V.P. Voroshilov. Compressor machines. Textbook for high schools. - M: Energoatomizdat, 1989.
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014125457/05A RU2565187C1 (en) | 2014-06-24 | 2014-06-24 | Method of producing pure water from sea and salt water, industrial effluent and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014125457/05A RU2565187C1 (en) | 2014-06-24 | 2014-06-24 | Method of producing pure water from sea and salt water, industrial effluent and apparatus therefor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2565187C1 true RU2565187C1 (en) | 2015-10-20 |
Family
ID=54327077
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014125457/05A RU2565187C1 (en) | 2014-06-24 | 2014-06-24 | Method of producing pure water from sea and salt water, industrial effluent and apparatus therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2565187C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2487884A (en) * | 1945-12-12 | 1949-11-15 | Little Inc A | Vapor-compression distillation |
WO1992003203A1 (en) * | 1990-08-23 | 1992-03-05 | Asger Gramkow | An apparatus and a method for treating emulsified liquids |
RU94045274A (en) * | 1992-03-23 | 1996-07-27 | Эф Эс Ар Пейтентед Текнолоджиз | Apparatus and method of liquid distillation and purification |
RU2362606C2 (en) * | 2006-10-30 | 2009-07-27 | Павел Алексеевич Кучер | Method for surface distillation of fluids |
RU2429896C2 (en) * | 2006-02-11 | 2011-09-27 | Н2ОГмбХ | Device for treatment of process or industrial effluents |
-
2014
- 2014-06-24 RU RU2014125457/05A patent/RU2565187C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2487884A (en) * | 1945-12-12 | 1949-11-15 | Little Inc A | Vapor-compression distillation |
WO1992003203A1 (en) * | 1990-08-23 | 1992-03-05 | Asger Gramkow | An apparatus and a method for treating emulsified liquids |
RU94045274A (en) * | 1992-03-23 | 1996-07-27 | Эф Эс Ар Пейтентед Текнолоджиз | Apparatus and method of liquid distillation and purification |
RU2429896C2 (en) * | 2006-02-11 | 2011-09-27 | Н2ОГмбХ | Device for treatment of process or industrial effluents |
RU2362606C2 (en) * | 2006-10-30 | 2009-07-27 | Павел Алексеевич Кучер | Method for surface distillation of fluids |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ali et al. | Recycling brine water of reverse osmosis desalination employing adsorption desalination: A theoretical simulation | |
Alsaman et al. | Performance evaluation of a solar-driven adsorption desalination-cooling system | |
Saidur et al. | An overview of different distillation methods for small scale applications | |
Gude et al. | Desalination at low temperatures and low pressures | |
Ali et al. | Adsorption assisted double stage cooling and desalination employing silica gel+ water and AQSOA-Z02+ water systems | |
Shen et al. | Analysis of a single-effect mechanical vapor compression desalination system using water injected twin screw compressors | |
Ibarra-Bahena et al. | Experimental assessment of a hydrophobic membrane-based desorber/condenser with H2O/LiBr mixture for absorption systems | |
Rahimi-Ahar et al. | Experimental investigation of a solar vacuum humidification-dehumidification (VHDH) desalination system | |
Rahimi-Ahar et al. | Solar assisted modified variable pressure humidification-dehumidification desalination system | |
Sözen et al. | Performance improvement of absorption heat transformer | |
Li et al. | Techno-economic feasibility of absorption heat pumps using wastewater as the heating source for desalination | |
Thu et al. | Performance investigation of advanced adsorption desalination cycle with condenser–evaporator heat recovery scheme | |
El-Sharkawy et al. | Performance improvement of adsorption desalination plant: experimental investigation | |
Chen et al. | On the second law analysis of a multi-stage spray-assisted low-temperature desalination system | |
US20140262739A1 (en) | Method of forming underground cavern and desalinization process | |
US20210380437A1 (en) | Solar ocean thermal energy seawater distillation system | |
Bilgil et al. | An experimental study on desalination at vacuum environment under low pressure and low condensation temperatures | |
Kumar et al. | Analysis of a jet-pump-assisted vacuum desalination system using power plant waste heat | |
Ibarra-Bahena et al. | Novel intermittent absorption cooling system based on membrane separation process | |
Beniwal et al. | Thermodynamics analysis of a novel absorption heat transformer-driven combined refrigeration and desalination system | |
EP3334907B1 (en) | Thermodynamic engine | |
Shafieian et al. | Performance analysis of a solar-driven integrated direct-contact membrane distillation and humidification–dehumidification system | |
CN102408139B (en) | Solar magnetic-refrigeration seawater desalination device and seawater desalination method thereof | |
Yang | Pressure effect on an ocean-based humidification-dehumidification desalination process | |
RU2565187C1 (en) | Method of producing pure water from sea and salt water, industrial effluent and apparatus therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190625 |