RU2664943C2 - Method for vacuum conversion of salt water and device for its implementation - Google Patents
Method for vacuum conversion of salt water and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2664943C2 RU2664943C2 RU2016123618A RU2016123618A RU2664943C2 RU 2664943 C2 RU2664943 C2 RU 2664943C2 RU 2016123618 A RU2016123618 A RU 2016123618A RU 2016123618 A RU2016123618 A RU 2016123618A RU 2664943 C2 RU2664943 C2 RU 2664943C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boiling
- water
- condensation
- cavity
- salt water
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 304
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 title claims abstract description 192
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 159
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 105
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 103
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 claims abstract description 65
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 61
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 claims abstract description 39
- 239000012267 brine Substances 0.000 claims abstract description 31
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 31
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 18
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 15
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 abstract description 2
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 171
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 18
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 238000011549 displacement method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
- C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
- B01D3/10—Vacuum distillation
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к технологии опреснения морской воды вакуумным дистилляционным методом. Предпочтительные области применения данного изобретения - опреснение воды, например, морской воды и обезвреживание непригодной для употребления пресной воды в районах с засушливым климатом и большим количеством солнечных дней в условиях ограниченного или полного отсутствия электроснабжения, например, - для жизнеобеспечения автономных подразделений (отдельных воинских подразделений, погранзастав, геологических баз и т.п.), а также для обеспечения чистой пресной водой сельскохозяйственных производств.The claimed invention relates to the technology of desalination of sea water by vacuum distillation method. Preferred fields of application of this invention are desalination of water, for example, sea water and neutralization of unsuitable fresh water for use in areas with an arid climate and a large number of sunny days in conditions of limited or complete lack of power supply, for example, for the life support of autonomous units (individual military units, frontier posts, geological bases, etc.), as well as to provide clean fresh water for agricultural production.
Известен способ опреснения соленой воды и устройство для его осуществления [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. Класс 7 C02F 1/04]. Данный способ предполагает нагрев соленой воды, в том числе и в магистрали ее подвода, парообразование при низком давлении в полости кипения, последующие конденсацию пара и отвод пресной воды. Вакуумирование в полости кипения создается эжекцией пара путем подачи на выход из нее в качестве активного потока части опресненной воды. Подача соленой воды в полость кипения осуществляется в диспергированном виде и тангенциально.A known method of desalination of salt water and a device for its implementation [Method of desalination of salt water and a device for its implementation. - Application for invention RU 2004118163/15. Application submission date 2004.06.15., Publication date 2005.11.20.
Для реализации данного способа предлагаемое устройство включает полость кипения с тангенциально установленным диспергирующим устройством и нагревателем, каналы подвода соленой воды и отвода рассола, канал отвода пара из полости кипения в резервуар сбора опресненной воды. В канале подвода соленой воды также установлен нагреватель. В канале отвода пара размещены эжектирующие устройства с установленным за ними теплообменником.To implement this method, the proposed device includes a boiling cavity with a tangentially mounted dispersing device and a heater, channels for supplying salt water and brine removal, a channel for removing steam from the boiling cavity to the desalinated water collection tank. A heater is also installed in the salt water supply channel. Ejection devices with a heat exchanger installed behind them are placed in the steam exhaust channel.
Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:
- сложность в удалении неконденсируемых газов деаэрации соленой воды, обусловленная постоянной принудительной подачей соленой воды под давлением на диспергаторы;- the difficulty in removing non-condensable salt water deaeration gases, due to the constant forced supply of salt water under pressure to dispersants;
- наличием тумана из капель соленой воды, образовавшегося после ее диспергирования возможность попадания соленых капель в эжектор и далее -в резервуар для сбора опресненной воды;- the presence of fog from drops of salt water, formed after its dispersion, the possibility of salt drops falling into the ejector and then into the reservoir for collecting desalinated water;
- значительное энергопотребление на единицу массы получаемой пресной воды.- significant energy consumption per unit mass of fresh water received.
Перечисленные недостатки повышают стоимость пресной воды и делают невозможным опреснение воды в условиях недостаточного электроснабжения.These shortcomings increase the cost of fresh water and make it impossible to desalinate water in conditions of insufficient power supply.
Известен способ опреснения и установка для его реализации [Апельцин И.Э., Клячко В.А. Опреснение воды. - М: Изд. литературы по строительству, 1968. - 220 с., ил.]. Данный способ предполагает парообразование и конденсацию при низком давлении, которое в сообщающихся полостях кипения и конденсации создается эжекцией насыщенного пара из полости конденсации. При этом в качестве активного потока используется пар, направляемый для нагрева опресняемой воды. В полости кипения организованы принудительная подача и циркуляция опресняемой соленой воды, отвод рассола и опресненной воды. Между полостями кипения и конденсации создается разность температур за счет одновременного нагрева полости кипения и охлаждения полости конденсации.A known method of desalination and installation for its implementation [Apeltsin I.E., Klyachko V.A. Desalination of water. - M: Publ. literature on construction, 1968. - 220 p., ill.]. This method involves vaporization and condensation at low pressure, which in the communicating boiling and condensing cavities is created by ejection of saturated steam from the condensation cavity. In this case, steam directed to heat desalinated water is used as an active stream. In the boiling cavity, the forced supply and circulation of desalinated salt water, the removal of brine and desalinated water are organized. Between the boiling and condensation cavities, a temperature difference is created by simultaneously heating the boiling cavity and cooling the condensation cavity.
Опреснитель, описанный в [Апельцин И.Э., Клячко В.А. Опреснение воды. - М: Изд. литературы по строительству, 1968. - 220 с., ил.] имеет магистрали подвода соленой воды на опреснение и отвода рассола, регулятор уровня опресняемой воды в испарителе, полости кипения и конденсации, связанные друг с другом посредством короткого паропровода, насосы циркуляции опресняемой воды через нагреватель, отвода рассола, отвода опресненной воды.Desalination plant described in [Apeltsin I.E., Klyachko V.A. Desalination of water. - M: Publ. literature on construction, 1968. - 220 pp., ill.] It has highways for supplying salt water for desalination and brine removal, a regulator of the level of desalinated water in the evaporator, boiling and condensation cavities connected to each other by means of a short steam pipe, circulation pumps for desalinated water through heater, brine outlet, desalinated water outlet.
Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:
- высокое энергопотребление для получения пара высокого давления (и, следовательно, - высокой температуры), используемого для эжекционного вакуумирования;- high energy consumption to produce high pressure steam (and, therefore, high temperature) used for ejection evacuation;
- потребность в высокотемпературном источнике тепла и в непрерывной работе насоса подачи пресной воды на парогенератор эжектора.- the need for a high-temperature heat source and for continuous operation of the pump for supplying fresh water to the ejector steam generator.
Перечисленные недостатки, как и в предыдущем аналоге, повышают стоимость пресной воды и делают невозможным опреснение воды в условиях недостаточного электроснабжения.These shortcomings, as in the previous analogue, increase the cost of fresh water and make it impossible to desalinate water in conditions of insufficient power supply.
Известно, что в опресняемой воде содержатся неконденсируемые растворенные газы, которые выходят из воды и снижают производительность конденсатора опреснителя. Для их удаления традиционно применяется дополнительное вакуумирование, например - упомянутым выше эжектированием полости конденсации или с использованием роторных и поршневых вакуумных систем с селекцией неконденсируемой и конденсируемой и фаз и, возвратом конденсируемой фазы в рабочий контур либо ее отводом. Применяется также общеизвестный вытеснительный метод (например, удаление воздуха из систем оборотного теплоснабжения, или удаление воздуха из различных гидравлических систем автомобиля).It is known that desalinated water contains non-condensable dissolved gases that escape from the water and reduce the performance of the desalination condenser. For their removal, additional evacuation is traditionally used, for example, by the aforementioned ejection of a condensation cavity or using rotary and piston vacuum systems with selection of non-condensable and condensable phases and returning the condensed phase to the working circuit or its removal. A well-known displacement method is also used (for example, removing air from the circulating heat supply systems, or removing air from various hydraulic systems of a car).
Известен способ вакуумного опреснения деаэрированной соленой воды и устройство для его реализации [Способ получения дистиллированной воды и устройство для его реализации. - Заявка на изобретение 2005100268/15 от 20 июня 2006]. Способ предполагает гидростатическое вакуумирование единой полости кипения-конденсации по линиям подачи соленой воды, отвода рассола и отвода пресной воды, непрерывную насосную подачу опресняемой воды и использование для кипения и конденсации холодильный цикл, удаление неконденсируемых газов методом вытеснения опресненной водой.A known method of vacuum desalination of deaerated salt water and a device for its implementation [Method for producing distilled water and a device for its implementation. - Application for invention 2005100268/15 of June 20, 2006]. The method involves hydrostatic evacuation of a single boiling-condensation cavity along the supply lines of salt water, the removal of brine and the removal of fresh water, the continuous pump supply of desalinated water and the use of a refrigeration cycle for boiling and condensation, the removal of non-condensable gases by the method of displacing desalinated water.
Недостатками данного способа и устройства являются:The disadvantages of this method and device are:
- сложность в одновременной реализации двух конкурирующих процессов: гидростатическое вакуумирование магистрали подачи соленой воды ее непрерывное напорное пополнение;- the complexity in the simultaneous implementation of two competing processes: hydrostatic evacuation of the salt water supply line, its continuous pressure head replenishment;
- из-за принудительной подачи соленой воды увеличивается поступление в опреснитель растворенных газов, активно выходящих из соленой воды в вакуумной полости испарителя-конденсатора, что приводит к увеличению числа циклов вытеснения неконденсируемых газов в расчете на один литр получаемой пресной воды;- due to the forced supply of salt water, the flow of desalinated gases into the desalination plant, actively leaving the salt water in the vacuum cavity of the evaporator-condenser, increases, which leads to an increase in the number of displacement cycles of non-condensable gases per one liter of fresh water produced;
- в полости кипения-конденсации при вытеснении из нее неконденсируемых газов опресненной водой происходит ее смешивание с соленой водой, всегда находящейся в нижней части данной полости.- in the boiling-condensation cavity, when non-condensable gases are displaced from desalinated water, it is mixed with salt water, which is always located in the lower part of this cavity.
Известен способ вакуумного опреснения деаэрированной соленой воды и устройство для его реализации [Способ опреснения деаэрированной соленой воды и устройство для его осуществления. - Патент на изобретение №2335459 от 2008 г. Заявка №2007109239, приоритет от 13 марта 2007 г]. Данный способ предполагает гидростатическое вакуумирование парового пространства над зеркалом жидкостей в сообщающихся полостях кипения и конденсации до уровней давления насыщенного пара в каждой из этих полостей. Данный способ, предполагает нагрев соленой воды, в том числе и регенеративный в магистрали ее подвода, парообразование при низком давлении в полости кипения, последующие конденсацию пара в полости конденсации и отвод из нее опресненной воды, отвод рассола из полости кипения.A known method of vacuum desalination of deaerated salt water and a device for its implementation [Method of desalination of deaerated salt water and a device for its implementation. - Patent for invention No. 2335459 of 2008; Application No. 2007109239, priority of March 13, 2007]. This method involves hydrostatic evacuation of the vapor space above the liquid mirror in the communicating boiling and condensing cavities to the saturated vapor pressure levels in each of these cavities. This method involves the heating of salt water, including regenerative in the supply line, vaporization at low pressure in the boiling cavity, subsequent condensation of the steam in the condensation cavity and the removal of desalinated water from it, the removal of brine from the boiling cavity.
Давление насыщенного пара, соответствующее данной температуре и солености опресняемой воды, достигается и поддерживается в полости кипения естественным образом за счет ее гидростатического вакуумирования. То есть - за счет подъема полости кипения на высоту, превышающую высоту атмосферного гидростатического столба опресняемой соленой воды относительно резервуара ее подачи в опреснитель, например - моря, являющегося одновременно и резервуаром сброса рассола, с которым полость кипения связана соответствующими магистралями. Аналогично осуществляется и гидростатическое вакуумирование полости конденсации, которая поднята на соответствующую высоту относительно резервуара сбора опресненной воды.The saturated steam pressure corresponding to a given temperature and salinity of desalinated water is achieved and maintained in the boiling cavity naturally due to its hydrostatic evacuation. That is, by raising the boiling cavity to a height exceeding the height of the atmospheric hydrostatic column of the desalinated salt water relative to the reservoir for supplying it to the desalination plant, for example, the sea, which is also a brine discharge tank with which the boiling cavity is connected by the corresponding highways. Similarly, hydrostatic evacuation of the condensation cavity is carried out, which is raised to an appropriate height relative to the desalinated water collection tank.
К полости кипения тепло подводится, а от полости конденсации равное или даже большее количество тепла отводится. По этой причине температура и, соответственно давление насыщенного пара, в полости кипения выше, чем в полости конденсации. За счет этого перепада давления насыщенного пара происходит его движение из полости кипения в полость конденсации.Heat is supplied to the boiling cavity, and an equal or even greater amount of heat is removed from the condensation cavity. For this reason, the temperature and, correspondingly, the pressure of saturated steam in the boiling cavity is higher than in the condensation cavity. Due to this differential pressure of saturated steam, it moves from the boiling cavity to the condensation cavity.
Реализация способа, описанного в [Способ опреснения деаэрированной соленой воды и устройство для его осуществления. - Патент на изобретение №2335459 от 2008 г. Заявка №2007109239, приоритет от 13 марта 2007 г.], основана на достижении в полостях кипения и конденсации и постоянном поддержании в них методом гидростатического вакуумирования условия, общего и для кипения, и для конденсации вещества. Этим условием является равенство давления насыщенного пара вещества давлению окружающей среды (то есть - давлению в данном объеме) [см. стр. 168, 468 - табл. 26 в справочнике: Кухлинг X. Справочник по физике: Пер. с нем. - М.: Мир, 1982. - 520 с., ил.,].The implementation of the method described in [Method of desalination of deaerated salt water and a device for its implementation. - Patent for invention No. 2335459 from 2008; Application No. 2007109239, priority dated March 13, 2007], is based on the achievement of conditions in the boiling and condensation cavities and constant maintenance in them by the method of hydrostatic evacuation for both boiling and condensation of the substance . This condition is the equality of the saturated vapor pressure of the substance to the pressure of the environment (that is, to pressure in a given volume) [see p. 168, 468 - tab. 26 in the reference book: Kuhling X. Physics reference: Per. with him. - M .: Mir, 1982. - 520 p., Ill.,].
Физическая суть данного способа следующая. Если подаваемая вода полностью деаэрирована, то за счет гидростатического вакуумирования полостей кипения и конденсации в них кроме насыщенного пара воды нет других газов. Соответственно и давление среды в этих полостях над зеркалом жидкости будет равно давлению только одного газа - насыщенного пара воды. По этой причине, если к полости кипения, отвакуумированной гидростатическим способом, будет подводиться тепло, то кипение в ней соленой воды начнется, и будет происходить при той текущей температуре, с которой она поступила в полость кипения.The physical essence of this method is as follows. If the supplied water is completely deaerated, then, due to hydrostatic evacuation of the boiling cavities and condensation, there are no other gases in addition to saturated water vapor. Accordingly, the pressure of the medium in these cavities above the liquid mirror will be equal to the pressure of only one gas - saturated steam of water. For this reason, if heat is supplied to the boiling chamber evacuated by a hydrostatic method, then the boiling of salt water in it will begin, and will occur at the current temperature with which it entered the boiling cavity.
Соответственно в полости конденсации, поднятой на указанную для нее высоту по отношению к приемнику опресненной воды и отвакуумированной гидростатическим способом, вследствие теплоотвода будет происходить конденсация пара.Accordingly, in the condensation cavity raised to the height indicated for it with respect to the desalinated water receiver and evacuated hydrostatically, steam condensation will occur due to heat removal.
Если в подаваемой воде растворены газы, то они при понижении давления по мере приближения воды к отвакуумированной полости кипения и затем при кипении будут выходить из воды. Общее давление в газовой полости станет равно сумме давления насыщенного пара и давления газов дегазации воды. Это приведет к росту температуры кипения.If the gases are dissolved in the supplied water, then they will decrease when the pressure decreases as the water approaches the evacuated boiling cavity and then will come out of the water when boiling. The total pressure in the gas cavity will be equal to the sum of the saturated vapor pressure and the pressure of the gas degassing water. This will increase the boiling point.
При реализации данного способа по мере выкипания воды в полости кипения в эту полость из резервуара соленой воды под действием атмосферного давления будут поступать новые порции соленой воды со скоростями на входе в испаритель, близкими к нулю.When this method is implemented, as water boils in the boiling cavity, new portions of salt water with velocities at the inlet of the evaporator close to zero will come into this cavity from the salt water tank under atmospheric pressure.
Для удаления из полости кипения рассола, имеющего более высокую плотность, чем поступающая на опреснение соленая вода, от него в полости кипения, в области, примыкающей к точке стока рассола, частично отводится тепло. Это приводит к дополнительному повышению плотности рассола и способствует его удалению из полости кипения. Дополнительная интенсификация процесса удаления рассола достигается за счет отбора от него тепла в линии отведения рассола и повышения за счет этого его плотности.To remove brine from the boiling cavity that has a higher density than the salt water supplied to desalination, heat is partially removed from it in the boiling cavity, in the region adjacent to the brine drain point. This leads to an additional increase in the density of the brine and contributes to its removal from the boiling cavity. Additional intensification of the brine removal process is achieved by taking heat from it in the brine removal line and increasing its density due to this.
При реализации данного способа конденсирующаяся вода постоянно стремится повысить уровень жидкости в полости конденсации. Однако в связи с тем, что полость конденсации через магистраль отвода опресненной воды связана с соответствующим открытым резервуаром, весь приход конденсата будет туда свободно стекать.When implementing this method, condensing water constantly seeks to increase the liquid level in the condensation cavity. However, due to the fact that the condensation cavity through the desalinated water discharge line is connected to the corresponding open reservoir, the entire condensate flow will flow freely there.
При реализации данного способа массообмен между полостью кипения и связанными с ней резервуарами, а также массообмен между полостью конденсации и связанным с ней резервуаром опресненной воды будут происходить вследствие стремления системы «внутренние полости опреснителя - внешняя атмосфера» к состоянию статического равновесия при выполнении условия равенства внешнего атмосферного давления сумме следующих давлений:When implementing this method, the mass transfer between the boiling cavity and the reservoirs connected with it, as well as the mass transfer between the condensation cavity and the desalinated water reservoir associated with it will occur due to the tendency of the system “internal desalination cavities - external atmosphere” to the state of static equilibrium under the condition of equality of the external atmospheric pressure is the sum of the following pressures:
- для полости кипения - сумме давления насыщенного пара воды, соответствующего температуре в данной полости, давления неконденсируемых газов (если соленая вода предварительно не деаэрируется) и гидростатического давления столба соленой воды (или рассола - для магистрали отвода рассола);- for the boiling cavity - the sum of the pressure of saturated steam of water corresponding to the temperature in this cavity, the pressure of non-condensable gases (if salt water is not previously deaerated) and the hydrostatic pressure of the column of salt water (or brine - for the brine outlet line);
- для полости конденсации - сумме давления насыщенного пара воды, соответствующего температуре в данной полости, давления неконденсируемых газов и гидростатического давления столба опресненной воды.- for the condensation cavity, the sum of the pressure of saturated water vapor corresponding to the temperature in the cavity, the pressure of non-condensable gases and the hydrostatic pressure of the desalinated water column.
Из-за разности температур и соответственно давлений насыщения в полостях опреснителя возникает поток пара в сторону полости конденсации.Due to the temperature difference and, correspondingly, saturation pressures, a steam flow in the desalination cavities towards the condensation cavity occurs.
При такой организации кипячения деаэрированной соленой воды не требуется высокая температура источника тепла для работы нагревателя в полости кипения. Единственное требование к уровню температуры нагревателя следующее: ее минимальное значение должно быть выше температуры соленой воды в исходном резервуаре на суммарную величину температурных потерь на стенке теплообменника, составляющих, как правило, (1…3)°C, температурного напора на дополнительный подогрев соленой воды на ≈0,5°C (по сравнению с пресной) и еще ≈0,5°C на обеспечение работы выхода парового пузыря (работы по преодолению сил поверхностного натяжения соленой воды). Это позволяет использовать для реализации заявляемого способа низкопотенциальные источники тепла, например, солнечную радиацию либо промышленные тепловые сбросы.With this organization of boiling deaerated salt water, a high temperature of the heat source is not required for the heater to operate in the boiling cavity. The only requirement for the temperature level of the heater is as follows: its minimum value must be higher than the temperature of the salt water in the original tank by the total value of temperature losses on the wall of the heat exchanger, which, as a rule, are (1 ... 3) ° C, the temperature head for additional heating of salt water at ≈0.5 ° C (compared to fresh) and another ≈0.5 ° C to ensure the work function of the steam bubble (work to overcome the surface tension of salt water). This allows you to use for the implementation of the proposed method low-grade heat sources, for example, solar radiation or industrial thermal discharges.
Опреснитель как устройство, описанный в [Способ опреснения деаэрированной соленой воды и устройство для его осуществления. - Патент на изобретение №2335459 от 2008 г. Заявка №2007109239, приоритет от 13 марта 2007 г], включает резервуар соленой воды, магистраль ее подачи на опреснение, регенеративный теплообменник, полость кипения (испаритель), нагреватель полости кипения, датчик уровня воды в полости кипения, паропровод, датчик параметров газовой фазы (давление, температура), полость конденсации (конденсатор), устройство сброса тепла конденсации, магистраль отвода опресненной воды, резервуар сбора опресненной воды.Desalination plant as a device described in [Method for desalination of deaerated salt water and a device for its implementation. - Patent for invention No. 2335459 of 2008; Application No. 2007109239, priority of March 13, 2007], includes a salt water tank, a desalination supply line, a regenerative heat exchanger, a boiling chamber (evaporator), a boiling chamber heater, a water level sensor in boiling cavities, steam pipe, gas phase parameter sensor (pressure, temperature), condensation cavity (condenser), condensation heat rejection device, desalinated water drain pipe, desalinated water collection tank.
В результате проведенного сопоставительного анализа рассмотренных выше способов опреснения и устройств для их реализации, по числу признаков, общих с заявляемым способом и устройством, способ опреснения и устройство для его реализации, описанный в [Способ опреснения деаэрированной соленой воды и устройство для его осуществления. - Патент на изобретение №2335459 от 2008 г. Заявка №2007109239, приоритет от 13 марта 2007 г], выбран в качестве прототипа.As a result of the comparative analysis of the above desalination methods and devices for their implementation, according to the number of features common with the claimed method and device, the desalination method and device for its implementation described in [Desalination method of deaerated salt water and a device for its implementation. - Patent for invention No. 2335459 of 2008; Application No. 2007109239, priority of March 13, 2007], is selected as a prototype.
Прототип обладает следующим недостатком: необходимость использования деаэрированной соленой воды и включение деаэратора в составе опреснителя.The prototype has the following disadvantage: the need to use deaerated salt water and the inclusion of a deaerator in the desalination unit.
В противном случае в сообщающихся полостях кипения и конденсации, как указывалось выше, будет происходить постепенное накопление неконденсируемых газов. При этом будет развиваться следующая последовательность событий. Во-первых, выход неконденсируемых газов в сообщающиеся полости кипения и конденсации приведет к пропорциональному росту суммарного давления пара и газа. Оно превысит значение давления насыщенного пара, соответствующего данной температуре. Кипение на время прекратится, и подводимое тепло станет расходоваться не на фазовый переход воды, а на увеличение температуры соленой воды до новой точки кипения, соответствующей данному суммарному давлению. Теоретически из-за накопления неконденсируемых газов температура кипения может достигнуть температурного максимума низкопотенциального источника тепла.Otherwise, in the communicating boiling and condensation cavities, as indicated above, a gradual accumulation of non-condensable gases will occur. In this case, the following sequence of events will develop. First, the release of non-condensable gases into the communicating boiling and condensing cavities will lead to a proportional increase in the total vapor and gas pressure. It will exceed the value of the saturated vapor pressure corresponding to a given temperature. Boiling for a while will stop, and the supplied heat will be consumed not for a phase transition of water, but for an increase in the temperature of salt water to a new boiling point corresponding to a given total pressure. Theoretically, due to the accumulation of non-condensable gases, the boiling point can reach the temperature maximum of a low-grade heat source.
Во-вторых, присутствие неконденсируемых газов значительно снижает интенсивность теплоотдачи от пара к теплоотводящим поверхностям в конденсаторе, что в первую очередь и снижает производительность опреснителя [Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М. «Энергия», 1973. 320 с., стр. 141]. Кроме этого накопление неконденсируемой фазы в полостях кипения и конденсации приведет к постепенному переходу режима струйного течения пара из полости кипения в полость конденсации в режим его диффузионного движения. При этом коэффициент диффузии водяного пара по мере роста давления неконденсируемой фазы будет снижаться, что также приводит к снижению производительности опреснителя.Secondly, the presence of non-condensable gases significantly reduces the intensity of heat transfer from steam to the heat-removing surfaces in the condenser, which primarily reduces the performance of the desalination plant [Mikheev MA, Mikheeva IM The basics of heat transfer. M. "Energy", 1973. 320 S., p. 141]. In addition, the accumulation of the non-condensable phase in the boiling and condensing cavities will lead to a gradual transition of the regime of jet stream of steam from the boiling cavity to the condensation cavity into the mode of its diffusion motion. In this case, the diffusion coefficient of water vapor will decrease as the pressure of the non-condensable phase increases, which also leads to a decrease in the desalination capacity.
В-третьих, повышение давления в полости кипения приводит к пропорциональному понижению в ней уровня воды, что может привести к оголению части поверхности нагревателя то есть - к снижению площади поверхности теплоподвода к соленой воде. Это также снижает производительность опреснителя. В пределе возможно снижение уровня соленой воды вплоть до нижней точки нагревателя и потеря контакта соленой воды с нагревателем.Thirdly, an increase in pressure in the boiling cavity leads to a proportional decrease in the water level in it, which can lead to exposure of a part of the surface of the heater, i.e., to a decrease in the surface area of the heat supply to salt water. It also reduces the performance of the desalination plant. In the limit, it is possible to reduce the level of salt water up to the lower point of the heater and the loss of contact of salt water with the heater.
При отсутствии системы глубокой деаэрации соленой воды для реализации способа по прототипу потребуется применение соответствующей системы отвода неконденсируемых газов (неконденсируемой фазы) из полостей кипения и конденсации, например, вакуумных насосов либо потребуется достаточно частая остановка опреснителя на проведение операции по удалению неконденсируемых газов методом вытеснения.In the absence of a deep salt water deaeration system, to implement the prototype method, it will be necessary to use an appropriate system for removing non-condensable gases (non-condensable phase) from boiling and condensation cavities, for example, vacuum pumps, or a desalination plant needs to be stopped frequently enough to carry out an operation to remove non-condensable gases by displacement.
Для промышленных опреснителей наличие системы глубокой деаэрации соленой воды и (или) системы вакуумирования полостей кипения и конденсации либо системы удаления неконденсируемой фазы, отвечающих указанным выше требованиям, не является фактором, заметно усложняющим и удорожающим опреснитель. Однако для небольших опреснительных установок, предназначенных в первую очередь для бытовой эксплуатации, например, в фермерских хозяйствах или для жизнеобеспечения автономных подразделений подобное усложнение нежелательно.For industrial desalination plants, the presence of a deep salt water deaeration system and / or a vacuum system for boiling and condensation cavities or a non-condensable phase removal system that meets the above requirements is not a factor that significantly complicates and makes the desalination plant more expensive. However, for small desalination plants intended primarily for domestic use, for example, in farms or for the life support of autonomous units, this complication is undesirable.
Задачей изобретения является разработка такого способа вакуумного опреснения с гидростатическим вакуумирование полостей кипения и конденсации и создание такого устройства для его реализации, которые бы позволили снизить частоту выполнения циклов удаления неконденсируемых газов, например, методом вытеснения, в расчете на единицу массы получаемой опресненной воды при опреснении соленой воды, не подвергнутой глубокой деаэрации.The objective of the invention is to develop such a method of vacuum desalination with hydrostatic evacuation of boiling and condensation cavities and to create such a device for its implementation that would reduce the frequency of cycles of removal of non-condensable gases, for example, by displacement, per unit mass of desalinated water produced by desalination with salt water not subjected to deep deaeration.
Сущность изобретения видна из сопоставления совокупности общих с прототипом и отличительных существенных признаков. Заявляемое изобретение как способ опреснения соленой воды имеет следующие общие с прототипом существенные признаки:The invention is visible from a comparison of the totality of common with the prototype and distinctive essential features. The invention as a method of desalination of salt water has the following essential features in common with the prototype:
- гидростатическое вакуумирование полостей кипения и конденсации соленой и пресной водой соответственно;- hydrostatic evacuation of boiling and condensation cavities with salt and fresh water, respectively;
- кипячение соленой воды в полости кипения и конденсация водяного пара в полости конденсации;- boiling salt water in the boiling cavity and condensation of water vapor in the condensation cavity;
- удаление из полостей кипения и конденсации накопившихся неконденсируемых газов.- removal from the boiling cavities and condensation of accumulated non-condensable gases.
Заявляемое изобретение как способ опреснения соленой воды по сравнению с прототипом имеет следующие отличительные существенные признаки.The invention as a method of desalination of salt water in comparison with the prototype has the following distinctive essential features.
Первым отличительным существенным признаком предлагаемого способа от прототипа и аналогов является то, что полости кипения и конденсации при выполнении их гидростатического вакуумирования заполняют соленой и пресной водой соответственно, и на это время указанные полости разобщают.The first distinctive essential feature of the proposed method from the prototype and analogues is that the boiling and condensation cavities are filled with salt and fresh water, respectively, during hydrostatic evacuation, and these cavities are disconnected for this time.
Вторым отличительным существенным признаком предлагаемого способа от прототипа является то, что кипячение соленой воды производят с периодическим пополнением полости кипения соленой водой (по мере ее выкипания) вплоть до достижения концентрации соли, близкой к точке насыщения, либо до накопления предельного количества неконденсируемых газов в полостях кипения и конденсации, после чего указанные полости также разобщают.The second distinctive essential feature of the proposed method from the prototype is that salt water is boiled with periodic replenishment of the boiling cavity with salt water (as it boils away) until a salt concentration close to the saturation point is reached, or until the maximum amount of non-condensable gases in the boiling cavities accumulates and condensation, after which these cavities are also disconnected.
Третьим отличительным существенным признаком предлагаемого способа от прототипа является то, что вытеснение неконденсируемых газов из разобщенных полостей кипения и конденсации производят соленой и пресной водой соответственно, а полость кипения при сливе из нее концентрированного рассола сообщают с атмосферой.The third distinctive essential feature of the proposed method from the prototype is that the non-condensable gases are displaced from the separated boiling and condensation cavities by salt and fresh water, respectively, and the boiling cavity is drained from the concentrated brine with the atmosphere.
Заявляемое изобретение как устройство для опреснения соленой воды имеет следующие общие с прототипом и аналогами существенные признаки:The invention as a device for desalination of salt water has the following common features with the prototype and analogues:
- сообщающиеся друг с другом по линии движения пара полости кипения и конденсации;- communicating with each other along the line of steam movement of the boiling and condensing cavity;
- наличие магистралей соленой и пресной воды, связанных с полостями кипения и конденсации соответственно;- the presence of highways of salt and fresh water associated with boiling and condensation cavities, respectively;
Заявляемое изобретение как устройство опреснения соленой воды имеет по сравнению с прототипом следующие отличительные существенные признаки.The claimed invention as a device for desalination of salt water has, in comparison with the prototype, the following distinctive essential features.
Первым отличительным существенным признаком предлагаемого устройства является то, что в линии движения пара из полости кипения в полость конденсации установлен клапан, закрывающийся при заполнении полостей кипения и конденсации соответствующими жидкостями и выполнении их гидростатического вакуумирования, при удалении из них накопившихся неконденсируемых газов методом вытеснения, при сливе концентрированного рассола из полости кипения.The first distinctive essential feature of the proposed device is that in the line of steam from the boiling cavity to the condensation cavity, a valve is installed that closes when the boiling and condensation cavities are filled with the corresponding liquids and perform hydrostatic evacuation, while the accumulated non-condensable gases are removed by displacement, when draining concentrated brine from a boiling cavity.
Вторым отличительным существенным признаком предлагаемого устройства является оснащение полостей кипения и конденсации управляемыми клапанами (клапанами перелива), открывающимися в соответствующих полостях при выполнении операций по их заполнению, а в полости кипения кроме этого и при сливе концентрированного рассола.The second distinctive essential feature of the proposed device is the equipping of boiling and condensation cavities with controlled valves (overflow valves) that open in the respective cavities when filling operations are performed, and in the boiling cavity, moreover, when the concentrated brine is drained.
Третьим отличительным существенным признаком предлагаемого устройства является то, что магистраль соленой воды имеет два параллельных участка: участок подачи и участок слива. На участке подачи последовательно насосу соленой воды установлен управляемый клапан, который открывается одновременно с включением насоса соленой воды при заполнении полости кипения перед ее гидростатическим вакуумированием и при удалении из полости кипения неконденсируемых газов методом вытеснения, на участке слива установлен управляемый клапан, который открывается при гидростатическом вакуумировании полости кипения и при сливе из нее концентрированного рассола (рапы).The third distinctive essential feature of the proposed device is that the salt water line has two parallel sections: the supply section and the discharge section. A controllable valve is installed in the supply section sequentially to the salt water pump, which opens simultaneously with the salt water pump being turned on when the boiling cavity is filled before hydrostatic evacuation and when non-condensable gases are removed from the boiling cavity by a displacement method, a controllable valve is installed in the discharge section, which opens when hydrostatic evacuation boiling cavity and when draining from it concentrated brine (brine).
Совокупность общих с прототипом и новых существенных признаков заявляемого изобретения достаточна для достижения следующих технических результатов.The combination of common with the prototype and new significant features of the claimed invention is sufficient to achieve the following technical results.
Первым достигаемым техническим результатом при осуществлении заявляемого способа опреснения является резкое снижение притока неконденсируемых газов в полости кипения и конденсации и соответствующее уменьшение числа циклов их удаления из данных полостей в расчете на единицу массы получаемой пресной воды. Это обусловлено тем, что по мере выхода неконденсируемых газов из соленой воды и их последующего вытеснения из полостей кипения и конденсации снижается и их остаток в соленой воде, находящейся в полости кипения и в магистрали соленой воды. По этой причине при периодическом пополнении полости кипения в находящейся в ней соленой воде не только не будет восстанавливаться исходная концентрация растворенных газов, но от цикла к циклу вытеснения неконденсируемых газов произойдет и последовательное снижение концентрации газов, растворенных в соленой воде. Это приведет, в свою очередь, к увеличению продолжительности каждого последующего отрезка времени между операциями удаления неконденсируемых газов, то есть - к снижению частоты проведения операции вытеснения в расчете на единицу массы получаемой опресненной воды. Причем снижение частоты будет пропорционально отношению объемов соленой воды в полости кипения и в магистрали соленой воды.The first technical result achieved in the implementation of the proposed method of desalination is a sharp decrease in the influx of non-condensable gases in the boiling and condensation cavity and a corresponding decrease in the number of cycles of their removal from these cavities per unit mass of fresh water obtained. This is due to the fact that as non-condensable gases exit from salt water and are subsequently displaced from boiling and condensing cavities, their remainder in salt water located in the boiling cavity and in the salt water line also decreases. For this reason, with periodic replenishment of the boiling cavity in the salt water contained in it, not only the initial concentration of dissolved gases will not be restored, but from the cycle to the cycle of displacement of non-condensable gases, a sequential decrease in the concentration of gases dissolved in salt water will occur. This, in turn, will lead to an increase in the duration of each subsequent time interval between the operations of removal of non-condensable gases, that is, to a decrease in the frequency of the operation of displacement per unit mass of desalinated water obtained. Moreover, the decrease in frequency will be proportional to the ratio of the volumes of salt water in the boiling cavity and in the salt water line.
Вторым достигаемым техническим результатом при осуществлении заявляемого способа, является снижение требований к глубине деаэрации (дегазации) соленой воды, подаваемой на опреснение.The second technical result achieved in the implementation of the proposed method is to reduce the requirements for the depth of deaeration (degassing) of salt water supplied for desalination.
Кроме этого, вследствие того, что клапан подачи соленой воды практически все время закрыт (он открывается только на момент пополнения полости кипения соленой водой, при заполнении полости кипения для вытеснения неконденсируемых газов или перед началом опреснения) исключается диффузионное поступление растворенных солей от рассола в полости кипения и в магистрали соленой воды в емкость предварительной подготовки (частичной деаэрации) соленой воды. Поэтому третьим (дополнительным) достигаемым техническим результатом при осуществлении заявляемого способа является получение технологического отхода в виде рассола высокой концентрации (рапа) - сырья для получения поваренной и других солей, входящих в состав опресняемой воды.In addition, due to the fact that the salt water supply valve is closed almost all the time (it opens only when the boiling cavity is replenished with salt water, when the boiling cavity is filled to displace non-condensable gases or before desalination begins), the diffusion of dissolved salts from the brine into the boiling cavity is excluded and in the salt water line to the tank for the preliminary preparation (partial deaeration) of salt water. Therefore, the third (additional) achievable technical result in the implementation of the proposed method is to obtain technological waste in the form of a high concentration brine (brine) - raw materials for the production of table salt and other salts that make up desalinated water.
Увеличение массовой доли выхода дистиллята и снижение числа циклов удаления неконденсируемого газа, приходящихся на единицу массы дистиллята, приводит к снижению суммарных затрат электроэнергии на опреснение воды. Это особенно важно при применении предлагаемого изобретения в районах, где нет электрических сетей, но есть возможность использования солнечных батарей с накопителями электроэнергии в качестве источника электроэнергии для работы насосов и автоматики. Возможен также вариант применения ручных насосов (вместо центробежных) и полного отказа от применения автоматики.An increase in the mass fraction of the yield of distillate and a decrease in the number of cycles of removal of non-condensable gas per unit mass of distillate leads to a decrease in the total energy consumption for desalination. This is especially important when applying the invention in areas where there are no electric networks, but there is the possibility of using solar panels with energy storage devices as a source of electricity for pumps and automation. There is also the option of using hand pumps (instead of centrifugal pumps) and a complete rejection of the use of automation.
Так как в предлагаемом изобретении по сравнению с прототипом возможно опреснение как недеаэрированной, так и частично деаэрированной воды, то достигаемым техническим результатом при осуществлении заявляемого устройства вакуумного опреснения соленой воды является его упрощение (нет необходимости в системе глубокой деаэрации опресняемой воды). Такое упрощение приводит к повышению надежности устройств опреснения соленой воды и снижению стоимости опресненной воды.Since in the present invention, in comparison with the prototype, desalination of both undeaerated and partially deaerated water is possible, the achieved technical result when implementing the inventive device for vacuum desalination of salt water is its simplification (there is no need for a system for deep deaeration of desalinated water). This simplification leads to an increase in the reliability of salt water desalination devices and a decrease in the cost of desalinated water.
Суть изобретения поясняет чертеж (см. фиг. 1). На нем позициями обозначено:The invention is illustrated in the drawing (see Fig. 1). On it, the positions indicated:
1. Резервуар нулевого уровня соленой воды.1. A tank of zero salt water level.
2. Нулевой уровень в линии соленой воды.2. Zero level in the salt water line.
3. Приемник тепла предварительного нагрева, например, солнечный коллектор.3. Preheating heat receiver, such as a solar collector.
4. Расходный бак системы предварительной подготовки и частичной деаэрации соленой воды.4. The supply tank of the system of preliminary preparation and partial deaeration of salt water.
5. Равновесный уровень высоты атмосферного гидростатического столба соленой воды.5. The equilibrium level of the height of the atmospheric hydrostatic column of salt water.
6. Приемник тепла фазового перехода воды, например, солнечный коллектор.6. The receiver of the heat of the phase transition of water, for example, a solar collector.
7. Датчик минимального уровня соленой воды.7. Minimum salt water level sensor.
8. Датчик наличия жидкости в линии сброса перелива соленой воды.8. The presence of liquid in the discharge line overflow of salt water.
9. Клапан перелива соленой воды.9. Salt water overflow valve.
10. Датчик давления в линии сброса перелива соленой воды.10. The pressure sensor in the discharge line overflow of salt water.
11. Датчик отсутствия жидкости выше максимального уровня воды в полости кипения.11. The lack of fluid sensor is above the maximum water level in the boiling cavity.
12. Вакуумметр.12. The vacuum gauge.
13. Клапан перелива опресненной воды.13. Overflow valve for desalinated water.
14. Датчик наличия жидкости в линии сброса перелива опресненной воды.14. The presence of fluid in the discharge line overflow of desalinated water.
15. Датчик давления в линии сброса перелива опресненной воды.15. The pressure sensor in the discharge line overflow of desalinated water.
16. Уровень максимальной высоты атмосферного гидростатического столба опресненной воды.16. The level of the maximum height of the atmospheric hydrostatic column of desalinated water.
17. Полость конденсации.17. The condensation cavity.
18. Магистраль опресненной воды.18. The highway of desalinated water.
19. Насос подачи опресненной воды (например, центробежный).19. Desalinated water supply pump (for example, centrifugal).
20. Нулевой уровень гидростатического вакуумирования в линии опресненной воды.20. Zero level of hydrostatic evacuation in the desalinated water line.
21. Емкость выдачи опресненной воды потребителю.21. The capacity for the issuance of desalinated water to the consumer.
22. Емкость приема опресненной воды.22. The capacity for receiving desalinated water.
23. Магистраль соленой воды.23. The line of salt water.
24. Насос подачи соленой воды (например, центробежный).24. Salt water pump (for example, centrifugal).
25. Клапан слива соленой воды.25. Salt water drain valve.
26. Регенеративный теплообменник системы предварительного подогрева и частичной деаэрации соленой воды.26. Regenerative heat exchanger of the preheating system and partial deaeration of salt water.
27. Клапан подачи соленой воды.27. Salt water supply valve.
28. Полость кипения.28. The boiling cavity.
29. Датчик температуры и солености воды.29. Temperature and salinity sensor.
30. Клапан сообщения полостей кипения и конденсации.30. Valve communication cavities boiling and condensation.
31. Датчик отсутствия жидкости выше максимального уровня воды в полости конденсации.31. Sensor lack of fluid above the maximum water level in the condensation cavity.
На чертеже (фиг. 1) обозначено:In the drawing (Fig. 1) is indicated:
Q1 - тепло предварительного нагрева воды;Q 1 - heat pre-heating water;
Q2 - тепло фазового перехода воды.Q 2 is the heat of the phase transition of water.
Реализация заявляемого способа вакуумного опреснения соленой воды и работа устройства для его осуществления происходит следующим образом.The implementation of the proposed method of vacuum desalination of salt water and the operation of the device for its implementation is as follows.
Если позволяет мощность источника низкопотенциального тепла, то целесообразно к соленой воде от приемника тепла предварительного нагрева 3 (см. фиг. 1) подводить тепло Q1. Это позволит нагревать соленую воду в расходном баке 4 системы предварительной подготовки и производить ее частичную деаэрацию за счет снижения растворимости газов в воде при ее нагреве. Приемником тепла предварительного нагрева 3 (тепла Q1) может служить, например, солнечный коллектор.If the power of the source of low-grade heat allows, it is advisable to supply heat Q 1 to the salt water from the preheating heat receiver 3 (see Fig. 1). This will allow to heat salt water in the
Для заполнения соленой водой полости кипения 28 закрывается клапан сообщения полостей кипения и конденсации 30, и посредством насоса подачи соленой воды 24 через открытый клапан подачи соленой воды 27 и магистраль соленой воды 23 происходит заполнение полости кипения 28 (клапан слива соленой воды 25 закрыт). При этом для выпуска воздуха из полости кипения 28 на время ее заполнения открыт клапан перелива соленой воды 9, находящийся в верхней части полости кипения 28. Заполнение полости кипения 28 производится до момента срабатывания датчика наличия жидкости в линии сброса перелива соленой воды 8. После чего закрываются клапан перелива соленой воды 9 и клапан подачи соленой воды 27, а также отключается насос подачи соленой воды 24. Затем открывается клапан слива соленой воды 25, и соленая вода под действием гравитационных сил начнет стекать в резервуар нулевого уровня соленой воды 1. Еще до приближения уровня соленой воды к равновесному уровню 5 сработает датчик 11 отсутствия жидкости выше максимального уровня воды в полости кипения. Затем через заданный промежуток времени (выбирается опытно для гарантированного установления равновесного уровня 5 в полости кипения 28) закрывается клапан слива соленой воды 25.To fill the boiling chamber with
Необходимо отметить, что высота равновесного уровня 5, на котором остановится соленая вода в полости кипения 28, будет определяться давлением ее насыщенного пара, соответствующим температуре соленой воды, а также количеством вышедших из воды растворенных газов. Факт достижения гидростатического равновесия в полости кипения можно установить, например, по прекращению стока излишка соленой воды из резервуара нулевого уровня соленой воды 1.It should be noted that the height of the
Соленость и связанная с ней плотность воды на положение равновесного уровня 5 в полости кипения 28 влияет значительно меньше. Необходимо отметить также, что соленость воды, в пределах солености вод в естественных водоемах, слабо влияет на давление насыщенного пара.The salinity and the density of water associated with it affect the position of the
Если для целей опреснения используется солнечное тепло, то вследствие суточного колебания тепловых потоков температура соленой воды в полости испарения 28 и, следовательно, давление насыщенного пара воды будут изменяться. Следовательно, будет изменяться и высота ее равновесного уровня 5. В любом случае, с учетом колебаний величины атмосферного давления и суточного изменения температуры соленой воды (то есть ее плотности), высота равновесного уровня 5 относительно нулевого уровня в линии соленой воды 2 не будет превосходить отметку в 10 м, то есть - максимальную высоту атмосферного гидростатического столба пресной воды.If solar heat is used for desalination, then due to the daily fluctuation of heat fluxes, the temperature of the salt water in the
После закрытия клапана подачи соленой воды 27 пополняется расходный бак системы предварительного подогрева и частичной деаэрации соленой воды 4 для подготовки следующей порции соленой воды.After closing the salt
Одновременно или последовательно с заполнением полости кипения 28 посредством насоса подачи опресненной воды 19 через магистраль опресненной воды 18 производится заполнение полости конденсации 17 (для этого емкость приема опресненной воды 22 должна быть предварительно заполнена). При этом для выпуска воздуха из полости конденсации 17 открыт клапан перелива опресненной воды 13, находящийся в верхней части полости конденсации 17. Заполнение полости конденсации 17 производится до момента срабатывания датчика наличия жидкости в линии перелива опресненной воды 14. После чего клапан перелива опресненной воды 13 закрывается и отключается насос подачи опресненной воды 19. После его остановки прямо через полость этого насоса опресненная вода под действием гравитационных сил начнет стекать обратно в емкость приема опресненной воды 22. При приближении уровня пресной воды к равновесному уровню 16 сработает датчик 31 отсутствия жидкости выше максимального уровня воды в полости конденсации 17. Затем через определенный промежуток времени (определяется опытным путем) уровень воды в полости конденсации 17 примет равновесное состояние.Simultaneously or sequentially with filling the boiling
Равновесный уровень (высота атмосферного гидростатического столба опресненной воды в полости конденсации 17 относительно нулевого уровня гидростатического вакуумирования в линии опресненной воды 20 будет определяться температурой воды в полости конденсации 17 и атмосферным давлением. Он не будет превосходить отметку в 10 м, то есть максимальную высоту атмосферного гидростатического столба пресной воды.The equilibrium level (the height of the atmospheric hydrostatic column of desalinated water in the
После срабатывания датчика 11 - датчика отсутствия жидкости выше максимального уровня воды в полости кипения 28 и датчика 31 - датчика отсутствия жидкости выше максимального уровня воды в полости конденсации 17 и установления гидростатического равновесия открывается клапан сообщения полостей кипения и конденсации 30. То есть срабатывание и датчика 31, и датчика 11 является достаточным условием для исключения случайного попадания соленой воды из полости кипения 28 в полость конденсации 17 и наоборотAfter actuation of the
Далее начинается кипячение соленой воды в полости кипения 28. От приемника тепла фазового перехода воды 6, например, солнечного коллектора, через теплообменники, находящиеся, например, на внешней поверхности полости кипения 28 (как показано на чертеже фиг. 1) к соленой воде начинает подводиться тепло фазового перехода воды Q2. При этом поднимется давление насыщенного пара в полости кипения 28, и он через клапан сообщения полостей кипения и конденсации 30 начинает перемещаться в полость конденсации 17. Там пар сконденсируется вследствие отвода этого же тепла Q2 в окружающую среду, например, через оболочку полости конденсации 17.Next, boiling of salt water in the boiling
Капли конденсата стекают вниз, стремясь тем самым повысить уровень воды в полости конденсации 17. Однако эта полость напрямую связана с емкостью приема опресненной воды 22 (на чертеже фиг. 1 - через центробежный насос подачи опресненной воды 19), сообщающейся с атмосферой. Вследствие существующего баланса давлений: с одной стороны - суммарного гидростатического давления столба пресной воды и давления насыщенного пара и неконденсируемых газов в полости конденсации 17, и с другой стороны - атмосферного давления, весь образующийся конденсат будет стекать в емкость приема опресненной воды 22, сохраняя границу раздела фаз в полости конденсации 17 на прежнем уровне.Drops of condensate flow downward, thereby trying to increase the water level in the
Вся опресненная вода при достижении ею в емкости приема опресненной воды 22 нулевого уровня гидростатического вакуумирования в линии опресненной воды 20 перетекает в емкость выдачи опресненной воды потребителю 21.All desalinated water when it reaches in the desalination water receiving tank 22 a zero level of hydrostatic evacuation in the desalinated
По мере нагрева и кипячения соленой воды в полости кипения 28 будет происходить выход растворенных в воде неконденсируемых газов в паровое пространство. При этом суммарное давление пара и неконденсируемых газов в сообщающихся полостях кипения 28 и конденсации 17 будет расти, что фиксируется вакуумметром 12 и сравнивается системой управления с суммой табличного значения давления насыщения, которое соответствует данной температуре и солености воды (определяемых датчиком солености и температуры воды 29) и допускаемого давления неконденсируемых газов. Эта сумма не должна превосходить некоторую предельную величину.As the salt water is heated and boiled in the boiling
Из-за присутствия неконденсируемых газов движение пара как сплошной среды постепенно переходит в диффузионную форму, что снижает расход пара из полости кипения 28 в полость конденсации 17. Кроме этого непосредственно у поверхности стенки в полости конденсации 17 (поверхность теплоотвода) неконденсируемые газы затрудняют контакт молекул воды с поверхностью теплоотвода и снижают на этой поверхности коэффициент теплоотдачи от пара к стенке.Due to the presence of non-condensable gases, the movement of steam as a continuous medium gradually transforms into a diffusion form, which reduces the flow of steam from boiling
Так как клапаны слива соленой воды 25 и подачи соленой воды 27 закрыты рост давления в полостях кипения 28 и конденсации 17 приводит к превышению скорости понижения уровня воды в полости конденсации 17 по сравнению со скоростью понижения уровня соленой воды в полости кипения 28 (по мере ее выкипания). Вследствие снижения уровня воды в полости конденсации 17 будет увеличиваться площадь отвода тепла Q2 от водяного пара в окружающую среду. Это в какой-то мере компенсирует снижение производительности устройства опреснения, вызванного появлением неконденсируемых газов. Однако негативное влияние механизма диффузии паров воды через неконденсируемые газы к поверхности теплоотвода в полости конденсации 17 со временем станет преобладающим.Since the valves for draining
Для восстановления производительности устройства опреснения неконденсируемые газы из сообщающихся полостей кипения 28 и конденсации 17 удаляются вытеснением: из полости кипения 28 вытеснение производится соленой водой, а из полости конденсации 17 - опресненной водой. Для исключения перетекания жидкостей из одной полости устройства опреснения, в другую во время вытеснения неконденсируемых газов закрывается клапан сообщения полостей кипения и конденсации 30. Затем запускается насос подачи соленой воды 24 и открывается клапан подачи соленой воды 27 и запускается насос подачи опресненной воды 19. При подъеме уровня соленой воды в полости кипения 28 накопившиеся в ней неконденсируемые газы соберутся перед клапаном перелива соленой воды 9, и при достижении давления перед ним, равному атмосферному, по срабатыванию датчика давления в линии сброса перелива соленой воды 10 клапан перелива соленой воды 9 откроется. Неконденсируемые газы будут вытеснены в линию сброса перелива соленой воды. При срабатывании датчика наличия жидкости в линии сброса перелива соленой воды 8 закроются клапаны перелива соленой воды 9 и подачи соленой воды 27, отключится насос подачи соленой воды 24, откроется клапан слива соленой воды 25. После этого в результате слива избыточного количества соленой воды произойдет гидростатическое вакуумирование полости кипения 28 аналогично описанному выше. Через заданный промежуток времени после срабатывания датчика 11 - датчика отсутствия жидкости выше максимального уровня воды в полости кипения (промежуток времени, достаточный для установления равновесного уровня в полости кипения 28), либо после прекращения стока излишка соленой воды из резервуара нулевого уровня соленой воды 1 закроется клапан слива соленой воды 25. Полость кипения 28 подготовлена к продолжению работ.To restore the performance of the desalination device, non-condensable gases from the communicating boiling
Аналогично происходит вытеснение неконденсируемых газов из полости конденсации. После закрытия клапана сообщения полостей кипения и конденсации 30 включается насос подачи опресненной воды 19. При подъеме уровня воды в полости конденсации 17 накопившиеся в ней неконденсируемые газы соберутся перед клапаном перелива опресненной воды 13, и при достижении давления перед ним, равного атмосферному, по команде датчика давления жидкости в линии сброса перелива опресненной воды 15 откроется клапан перелива опресненной воды 13. Несконденсированные газы будут вытолкнуты в линию сброса перелива опресненной воды. При срабатывании датчика наличия жидкости в линии сброса перелива опресненной воды 14 закрывается клапан перелива опресненной воды 13 и отключается насос подачи опресненной воды 19. Произойдет гидростатическое вакуумирование полости конденсации 17. После срабатывания датчика отсутствия жидкости выше максимального уровня воды в полости конденсации 30 полость конденсации 17 считается подготовленной к новому циклу опреснения (установление в ней равновесного гидростатического уровня произойдет далее естественным образом). Затем открывается клапан сообщения полостей кипения и конденсации 30 и начинается новый цикл опреснения.Similarly, non-condensable gases are displaced from the condensation cavity. After closing the valve for reporting boiling and
Так как после закрытия клапана подачи соленой воды 27 полость кипения 28 разобщена с источником соленой воды (расходным баком системы предварительной подготовки соленой воды 3), то по мере выкипания воды ее уровень в полости кипения 28 будет снижаться. Он опустится до минимально допустимого уровня, который контролируется по датчику минимального уровня соленой воды 7. Далее для восполнения уровня соленой воды в полости кипения 28 открывается клапан подачи соленой воды 27. Вода из расходного бака системы предварительной подготовки и частичной деаэрации соленой воды 4 под действием атмосферного давления через полость насоса подачи соленой воды 24 поднимется по магистрали соленой воды 23 в полость кипения 28. Через заданный промежуток времени (достаточный для установления в полости кипения равновесного уровня воды 28) клапан подачи соленой воды 27 закроется.Since after closing the salt
По мере выкипания воды в полости кипения 28 и пополнения этой полости новыми порциями соленой порциями воды в ней будет повышаться концентрация соли. Это приведет, как отмечалось выше, к росту температуры кипения воды и ее приближению к температурному порогу низкопотенциального источника тепла Q2. По этой причине при достижении предельного значения концентрации соли, определенной, например, по датчику солености и температуры воды 29 будет произведено удаление концентрированного рассола из полости кипения. Для этого полость кипения 28 и полость конденсации 17 разобщаются путем закрытия клапана сообщения полостей кипения и конденсации 30. Затем откроются клапан слива соленой воды 25 и клапан перелива соленой воды 9 (для обеспечения поступления воздуха в полость кипения 28 и свободного слива концентрированного рассола). При сливе концентрированного рассола от него через регенеративный теплообменник системы предварительного подогрева и частичной деаэрации соленой воды 26 в подготавливаемую соленую воду отводится запасенное тепло. После удаления концентрированного рассола клапан перелива соленой воды 9 остается открытым, а клапан слива соленой воды 25 закрывается. Затем открывается клапан подачи соленой воды 27 и запускается насос подачи соленой воды 24. Происходит заполнение магистрали соленой воды 23 и полости кипения 28 новой порцией соленой воды вплоть до срабатывания датчика наличия жидкости в линии сброса перелива соленой воды 8. Затем закрываются клапан перелива соленой воды 9 и клапан подачи соленой воды 27, отключается насос подачи соленой воды 24 и на заданный промежуток времени открывается клапан слива соленой воды 25. После этого в результате слива избыточного количества соленой воды произойдет гидростатическое вакуумирование полости кипения 17, после чего откроется клапан сообщения полостей кипения и конденсации 30 и опреснение возобновляется.As water boils in boiling
Факт достижения предельной концентрации соли может быть определен не только по датчику солености воды, но и по разнице температур, установившейся естественным образом в полостях кипения и конденсации. Это обусловлено тем, что температура кипения соленой воды непрерывно растет по мере повышения ее солености, а температура в полости конденсации остается примерно на одном уровне (при неизменности температуры окружающего воздуха как среды - приемника тепла конденсации воды).The fact of reaching the maximum salt concentration can be determined not only by the salinity sensor of the water, but also by the temperature difference established naturally in the boiling and condensation cavities. This is due to the fact that the boiling point of salt water continuously increases as its salinity increases, and the temperature in the condensation cavity remains approximately at the same level (with the temperature of the surrounding air being the same as the medium - the receiver of heat of condensation of water).
Таким образом, за счет использования новых существенных отличий изобретения по сравнению с прототипом получены указанные выше технические результаты, что позволило решить поставленную задачу изобретения.Thus, through the use of new significant differences of the invention compared with the prototype, the above technical results are obtained, which allowed us to solve the problem of the invention.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016123618A RU2664943C2 (en) | 2016-06-14 | 2016-06-14 | Method for vacuum conversion of salt water and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016123618A RU2664943C2 (en) | 2016-06-14 | 2016-06-14 | Method for vacuum conversion of salt water and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016123618A RU2016123618A (en) | 2017-12-19 |
| RU2664943C2 true RU2664943C2 (en) | 2018-08-23 |
Family
ID=60718333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016123618A RU2664943C2 (en) | 2016-06-14 | 2016-06-14 | Method for vacuum conversion of salt water and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2664943C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4302297A (en) * | 1977-05-24 | 1981-11-24 | Humiston Gerald F | Desalination apparatus with power generation |
| US4319965A (en) * | 1980-09-18 | 1982-03-16 | Parker Sidney A | Barometric distillation system |
| RU2004118163A (en) * | 2004-06-15 | 2005-11-20 | Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (RU) | METHOD FOR DESALTING SALT WATER AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
| RU2005100268A (en) * | 2005-01-12 | 2006-06-20 | Виктор Александрович Черныш (RU) | METHOD FOR PRODUCING DISTILLED WATER AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
| RU2335459C1 (en) * | 2007-03-13 | 2008-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского | Method of deaerated salty water desalination and device for its implementation |
-
2016
- 2016-06-14 RU RU2016123618A patent/RU2664943C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4302297A (en) * | 1977-05-24 | 1981-11-24 | Humiston Gerald F | Desalination apparatus with power generation |
| US4319965A (en) * | 1980-09-18 | 1982-03-16 | Parker Sidney A | Barometric distillation system |
| RU2004118163A (en) * | 2004-06-15 | 2005-11-20 | Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (RU) | METHOD FOR DESALTING SALT WATER AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
| RU2005100268A (en) * | 2005-01-12 | 2006-06-20 | Виктор Александрович Черныш (RU) | METHOD FOR PRODUCING DISTILLED WATER AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
| RU2335459C1 (en) * | 2007-03-13 | 2008-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского | Method of deaerated salty water desalination and device for its implementation |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АПЕЛЬЦИН И.Э, КЛЯЧКО В.А, Опреснение воды, Москва, Стройиздат, 1968, с. 220. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016123618A (en) | 2017-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3140986A (en) | Method and apparatus for producing electrical power and distilling water by use of geothermal energy | |
| CN103964523B (en) | Optically focused evaporation pulsation is from water lift solar energy desalinator | |
| CN105936522A (en) | Structure compact type seawater desalination device | |
| US3372691A (en) | Method and system for maintaining a vertically varying concentration in a liquid solution and for converting bodies of water into efficient solar collectors | |
| CN105174589B (en) | The hotting mask coupling seawater desalination plant of low temperature exhaust heat driving | |
| US20040055866A1 (en) | Desalinization still | |
| CN101219817A (en) | Multiple-effect distillation device and method for desalting sea water or brackish water only by using solar | |
| US4328788A (en) | Heat storage in a pond containing a saturated aqueous saline solution | |
| CN1600694A (en) | Energy saving spraying distillation type seawater desalination method under negative pressure and equipment | |
| JP6585576B2 (en) | Water distillation system | |
| KR102068530B1 (en) | Combination of Multiple Effect Distillation and Multistage Flash Evaporation Systems | |
| NL2009557C2 (en) | A method and device for treating a fluid. | |
| RU2664943C2 (en) | Method for vacuum conversion of salt water and device for its implementation | |
| CN103253722B (en) | Plate type low-temperature multieffect seawater desalting device and method | |
| RU2335459C1 (en) | Method of deaerated salty water desalination and device for its implementation | |
| US10550008B2 (en) | Low energy fluid purification system | |
| CN110608201A (en) | Hydraulic equipment | |
| CN104058474A (en) | Natural circulating solar seawater desalination device employing pulse flash evaporation | |
| CN105439349A (en) | Solar energy sea water desalination system | |
| US4227489A (en) | Method and device for feeding a system for generating and distributing vapor condensable into make-up liquid | |
| RU194759U1 (en) | STEAM-AIR DESALERATION SYSTEM | |
| CN203307080U (en) | Plate type low-temperature multi-effect sea water desalting device | |
| CN202880943U (en) | Solar sea water desalinization device based on centrifugal atomization technology | |
| EA008492B1 (en) | Method and plant for desalinating salt-containing water | |
| RU2038108C1 (en) | Method to control liquid volume and salinity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180827 |