RU2789939C1 - Method for desalination of salt and mineralized water and device for its implementation - Google Patents
Method for desalination of salt and mineralized water and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2789939C1 RU2789939C1 RU2022115630A RU2022115630A RU2789939C1 RU 2789939 C1 RU2789939 C1 RU 2789939C1 RU 2022115630 A RU2022115630 A RU 2022115630A RU 2022115630 A RU2022115630 A RU 2022115630A RU 2789939 C1 RU2789939 C1 RU 2789939C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- salt
- chamber
- vapor
- water vapor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения пресной воды, извлекаемой из морской воды и других видов соленой и избыточно минерализованной воды дистилляционным способом, и может быть использовано для обеспечения водоснабжения в районах с недостаточными запасами пресной воды, для опреснения промышленных сточных вод, а также в установках регенерации воды из смывной воды и мочи в системах жизнеобеспечения космических аппаратов.The invention relates to a technology for obtaining fresh water extracted from sea water and other types of saline and excessively mineralized water by distillation, and can be used to provide water supply in areas with insufficient fresh water supplies, for desalination of industrial wastewater, as well as in water regeneration plants from wash water and urine in spacecraft life support systems.
Известен способ опреснения морской воды, включающий подачу опресняемой воды под давлением в зону испарения, испарение при пониженном давлении с отводом образовавшейся парогазовой смеси в зону конденсации, конденсацию пара путем контакта с охлаждаемой циркулирующей пресной водой, вывод выделившихся газов и опресненной воды и слив рассола, причем процессы испарения и конденсации осуществляют в соответствующих зонах, расположенных на высоте, превышающей барометрическую высоту столба опресняемой воды над свободной поверхностью морской воды, отвод образовавшейся парогазовой смеси в зону конденсации осуществляют по сужающемуся каналу с повышением скорости смеси до скорости, равной 0,6-1,0 от скорости звука, давление циркулирующей пресной воды на входе в зону конденсации поддерживают на уровне, достаточном для реализации режима сверхзвукового течения паро-газожидкостной смеси в зоне конденсации, при этом вывод выделившихся газов осуществляют непрерывно (патент RU 2393995 С1, опубликовано 10.07.2010).A known method of desalination of sea water, including the supply of desalinated water under pressure to the evaporation zone, evaporation at reduced pressure with the removal of the resulting gas-vapor mixture into the condensation zone, condensation of steam by contact with cooled circulating fresh water, the removal of released gases and desalinated water and draining the brine, and evaporation and condensation processes are carried out in the respective zones located at a height exceeding the barometric height of the column of desalinated water above the free surface of sea water, the resulting vapor-gas mixture is removed to the condensation zone through a narrowing channel with an increase in the mixture velocity to a velocity equal to 0.6-1, 0 from the speed of sound, the pressure of circulating fresh water at the inlet to the condensation zone is maintained at a level sufficient to implement the mode of supersonic flow of the vapor-gas-liquid mixture in the condensation zone, while the release of released gases is carried out continuously (patent RU 2393995 C1, published 10.0 7.2010).
Известен способ получения чистой воды из водного солевого раствора, например, морских и минерализованных вод и промышленных стоков, включающий нагрев, испарение, отвод пара из парового пространства на конденсацию, процессы испарение-конденсация проводят в термостате с температурой окружающей среды и выше, подвод солевого раствора на испарение и отвод конденсата чистой воды и солевого раствора с повышенной концентрацией солей осуществляется посредством противоточного теплообменника, а между процессами испарения чистой воды из водного солевого раствора и ее конденсацией включен процесс адиабатного сжатия пара, позволяющий возвратить в цикл (регенерировать) теплоту конденсации (патент RU 2565187 С1, опубликовано 20.10.2015).A known method for obtaining pure water from an aqueous salt solution, for example, sea and mineralized waters and industrial effluents, including heating, evaporation, steam removal from the steam space for condensation, evaporation-condensation processes are carried out in a thermostat with an ambient temperature and above, the supply of saline for the evaporation and removal of condensate of pure water and salt solution with a high concentration of salts is carried out by means of a countercurrent heat exchanger, and between the processes of evaporation of pure water from an aqueous salt solution and its condensation, the process of adiabatic vapor compression is included, which makes it possible to return to the cycle (regenerate) the heat of condensation (patent RU 2565187 C1, published 10/20/2015).
Известен способ опреснения морской воды, заключающийся в подаче опресняемой воды в зону испарения, в нагревании и последующем испарении опресняемой воды при одновременном понижении давления в зоне испарения, в отводе образующегося пара в зону конденсации с возможностью конденсации пара посредством его контакта с поверхностью охлаждаемого циркулирующей водой холодильника, а также в выводе опресненной воды и сливе рассола, опресняемую воду в зоне испарения размещают в открытых одиночных сосудах или в группе механически связанных открытых сосудов, обеспечивают ее циркуляцию в зоне испарения, производят циркуляцию парогазовой смеси через опресняемую воду, а также осуществляют вибрационное воздействие на сосуды с опресняемой водой (патент RU 2598087 С1, опубликовано 20.09.2016).A known method of desalination of sea water, which consists in the supply of desalinated water to the evaporation zone, in heating and subsequent evaporation of desalinated water while lowering the pressure in the evaporation zone, in the removal of the resulting steam into the condensation zone with the possibility of steam condensation through its contact with the surface of a refrigerator cooled by circulating water , as well as in the outlet of desalinated water and the drain of brine, the desalinated water in the evaporation zone is placed in open single vessels or in a group of mechanically connected open vessels, ensures its circulation in the evaporation zone, circulates the vapor-gas mixture through the desalinated water, and also carries out a vibrational effect on vessels with desalinated water (patent RU 2598087 C1, published on September 20, 2016).
Известна установка для опреснения морской воды, содержащая бак с морской водой, систему испарения, систему подвода тепловой энергии, систему сепарации, включающую теплообменник-холодильник, сепаратор, накопительную емкость для пресной воды, внутри бака с морской водой в нижней его части установлены трубы для обогрева воды, сообщенные с системой подвода тепловой энергии, в верхней части бака над зеркалом воды расположены форсунки для подачи горячего воздуха, сообщенные с системой подвода тепловой энергии, на верхней крышке бака установлена вертикальная труба, в нижней и верхней частях которой имеются штуцеры соответственно подвода и отвода морской воды, сообщенные с баком трубопроводом, в котором установлен насос, выход вертикальной трубы сообщен с системой сепарации (патент RU 125185, опубликовано 27.02.2013).Known installation for desalination of sea water containing a tank of sea water, an evaporation system, a system for supplying thermal energy, a separation system, including a heat exchanger-refrigerator, a separator, a storage tank for fresh water, pipes for heating are installed inside the tank with sea water in its lower part. of water, connected with the thermal energy supply system, in the upper part of the tank above the water mirror there are nozzles for supplying hot air, connected with the thermal energy supply system, a vertical pipe is installed on the top cover of the tank, in the lower and upper parts of which there are fittings for supply and discharge, respectively sea water, communicated with the tank by a pipeline in which the pump is installed, the outlet of the vertical pipe is connected to the separation system (patent RU 125185, published on February 27, 2013).
Известен опреснитель морской воды, содержащий рабочую камеру из теплоизолирующего материала, в которой размещены ТЭБ(термоэлектрические батареи), рабочая камера установки разделена на следующие зоны: зона испарения и зона конденсации, в состав рабочей камеры входят каналы для подвода морской воды, отвода пресной воды и отвода концентрированного рассола, тепловыделяющие спаи одной ТЭБ приведены в тепловой контакт с игольчатым радиатором, расположенным в канале подвода морской воды, а теплопоглощающие спаи выведены в зону конденсации и приведены в тепловой контакт с теплопоглощающими спаями другой ТЭБ, через игольчатый радиатор, питание ТЭБ осуществляется посредством программируемого источника электрической энергии, рабочая камера содержит волнообразную металлическую сетку, расположенную в зоне конденсации под углом, нагреватель, поверхность которого приведена в тепловой контакт с тепловыделяющими спаями ТЭБ через игольчатый радиатор, теплообменник, состоящий из трех секций: секции пресной воды, секции морской воды и секции концентрированного рассола, а также канал подачи воздуха в зону конденсации, который ускоряет процесс конденсации за счет обдува пара и смешивания с ним в зоне конденсации (патент RU 2448909, опубликовано 27.04.2012).Known desalter of sea water, containing a working chamber made of heat-insulating material, in which thermoelectric batteries (thermoelectric batteries) are placed, the working chamber of the installation is divided into the following zones: an evaporation zone and a condensation zone, the working chamber includes channels for supplying sea water, draining fresh water and of concentrated brine, the heat-releasing junctions of one thermopile are brought into thermal contact with the needle radiator located in the sea water supply channel, and the heat-absorbing junctions are brought into the condensation zone and brought into thermal contact with the heat-absorbing junctions of another thermopile, through the needle radiator, the thermopile is powered by a programmable source of electrical energy, the working chamber contains a wave-like metal mesh located at an angle in the condensation zone, a heater, the surface of which is brought into thermal contact with the heat-generating junctions of the thermopile through a needle radiator, a heat exchanger consisting of three sections: th water, sections of sea water and sections of concentrated brine, as well as a channel for supplying air to the condensation zone, which accelerates the condensation process by blowing steam and mixing with it in the condensation zone (patent RU 2448909, published 04/27/2012).
Недостатком известных способов и устройств для опреснения соленой минерализованной воды является сложность их промышленной реализации. Также известные технические решения характеризуются значительными энергетическими затратами на производство единицы объема пресной воды, что связано с необходимостью нагрева объема воды до температуры кипения исходной воды либо на создание пониженного давления (вакуума) в зоне испарения воды. Кроме того, выход пресной воды не превышает половины от объема (не более 50%) исходной соленой или морской воды. Получающийся побочно концентрированный рассол соленой или морской воды необходимо утилизировать без нарушения экологических норм, что также требует дополнительных как энергетических, так и материальных затрат.The disadvantage of the known methods and devices for desalination of salty mineralized water is the complexity of their industrial implementation. Also, the known technical solutions are characterized by significant energy costs for the production of a unit volume of fresh water, which is associated with the need to heat the volume of water to the boiling point of the source water or to create a reduced pressure (vacuum) in the water evaporation zone. In addition, the output of fresh water does not exceed half of the volume (no more than 50%) of the original salt or sea water. The resulting secondary concentrated salt or sea water brine must be disposed of without violating environmental standards, which also requires additional energy and material costs.
Наиболее близким к заявленному является способ опреснения морской воды, заключающийся в том, что морскую воду после предварительной обработки подают в ультразвуковую резонаторную форсунку, из которой диспергированная морская вода поступает в испарительную камеру, образовавшийся в которой водяной пар поступает в теплообменную камеру для конденсации, а образовавшиеся в процессе испарения сухие частицы соли за счет гравитационных сил оседают в нижней части испарительной камеры, после конденсации в теплообменной камере пресная вода собирается в емкость для пресной воды (патент CN 101838079, опубликовано 27.06.2012).Closest to the claimed method is the method of desalination of sea water, which consists in the fact that sea water after pre-treatment is fed into an ultrasonic resonator nozzle, from which dispersed sea water enters the evaporation chamber, the water vapor formed in which enters the heat exchange chamber for condensation, and the resulting during the evaporation process, dry salt particles due to gravitational forces settle in the lower part of the evaporation chamber, after condensation in the heat exchange chamber, fresh water is collected in a fresh water tank (CN patent 101838079, published 06/27/2012).
Кроме того, наиболее близким к заявленному является устройство для опреснения морской воды, содержащее установку для предварительной фильтрации соленой воды, выход которой соединен с проточной ультразвуковой резонаторной форсункой, обеспечивающей непрерывное распыление морской воды в испарительную камеру, выполненную в форме цилиндрического электрического индуктора высокой частоты с металлическими пластинами внутри, которые обеспечивают за счет индукции электромагнитного поля высокой частоты нагрев до температуры кипения распыленной морской воды, камера для испарения в нижней части снабжена емкостью для сбора соли с патрубком для слива воды, а в верхней части снабжена патрубком для отвода образовавшегося пара в камеру для конденсации, выполненной в виде змеевиковой трубы, размещенной в емкости с охлаждающей средой и на выходе которой размещен резервуар с вентиляционным отверстием для накопления пресной воды (патент CN 101838079, опубликовано 27.06.2012).In addition, the closest to the claimed is a device for seawater desalination, containing a plant for preliminary filtration of salt water, the output of which is connected to a flow-through ultrasonic resonator nozzle that provides continuous spraying of seawater into the evaporation chamber, made in the form of a high-frequency cylindrical electric inductor with metal plates inside, which provide, due to the induction of a high-frequency electromagnetic field, heating to the boiling point of atomized sea water, the evaporation chamber in the lower part is equipped with a salt collection container with a pipe for draining water, and in the upper part it is equipped with a pipe for removing the resulting steam into the chamber for condensation made in the form of a coiled pipe placed in a container with a cooling medium and at the outlet of which there is a tank with a vent for the accumulation of fresh water (CN patent 101838079, published 06/27/2012).
Общим недостатком известного способа и устройства для опреснения морской воды является невозможность их реализации для полноценного опреснения морской или соленой воды независимо от концентрации солей в воде. Это обусловлено тем, что непрерывное поточное распыление морской воды ультразвуковыми форсунками непосредственно в испарительную камеру создает избыточное давление и соответственно поток водяного пара совместно с мелкодисперсными сухими частицами солей, которые образуются в результате мгновенного вскипания диспергированной морской воды. Причем увлекаемые потоком водяного пара мелкодисперсные частицы соли за счет аэродинамических сил давления, которые превышают силу тяжести для конкретной частицы соли, перемещаются в зону конденсации. При этом частицы соли возвращаются путем растворения в образующийся конденсат, а также частично потоком пара они переносятся в резервуар для накопления пресной воды, в которой они продолжают растворяться. В результате вместо пресной воды получается частично обессоленный раствор морской или соленой воды, кроме того через вентиляционное отверстие в резервуаре для накопления пресной воды осуществляется унос несконденсированных паров воды (примерно 20% общего объема образующегося пара) совместно с мелкодисперсными частицами солей в пропорции, соответствующей концентрации солей в исходной морской воде. Следует также отметить, что при распылении ультразвуковыми форсунками морской воды непосредственно в испарительную камеру наблюдается эффект коалесценции мелких капель диспергированной морской воды в капли большого размера, которые испаряются частично, причем большая по размеру их часть не подвержена уносу с образовавшимся водяным паром и она оседает в исходном соленом виде на стенках испарительной камеры в виде крупных капель, которые в последующем стекают в нижнюю часть испарительной камеры дополнительно смешиваясь с небольшой долей частиц солей, не унесенных вместе с водяным паром. При этом образуется рассол большей концентрации, чем в исходной морской воде.A common disadvantage of the known method and device for desalination of sea water is the impossibility of their implementation for the full desalination of sea or salt water, regardless of the concentration of salts in the water. This is due to the fact that the continuous in-line spraying of sea water by ultrasonic nozzles directly into the evaporation chamber creates excess pressure and, accordingly, a flow of water vapor together with fine dry salt particles that form as a result of instantaneous boiling of dispersed sea water. Moreover, finely dispersed salt particles entrained by the flow of water vapor due to aerodynamic pressure forces, which exceed the force of gravity for a particular salt particle, move into the condensation zone. In this case, the salt particles are returned by dissolution to the resulting condensate, and also partially by the steam flow they are transferred to the reservoir for the accumulation of fresh water, in which they continue to dissolve. As a result, instead of fresh water, a partially desalinated solution of sea or salt water is obtained, in addition, non-condensed water vapor (approximately 20% of the total volume of steam formed) is carried away through the vent in the fresh water storage tank together with fine salt particles in a proportion corresponding to the salt concentration in the original sea water. It should also be noted that when sea water is sprayed by ultrasonic nozzles directly into the evaporation chamber, the effect of coalescence of small drops of dispersed sea water into large drops is observed, which partially evaporate, moreover, a large part of them is not subject to entrainment with the formed water vapor and it settles in the initial salt form on the walls of the evaporation chamber in the form of large drops, which subsequently flow into the lower part of the evaporation chamber, additionally mixing with a small proportion of salt particles that are not carried away with water vapor. In this case, a brine of a higher concentration is formed than in the original sea water.
Изложенные в предыдущем абзаце физические явления и результаты проявления этих явлений наблюдались в лабораторной экспериментальной установке с прозрачными стенками из оргстекла, изготовленной автором для проверки работоспособности известного способа и устройства для опреснения морской воды по патенту CN 101838079.The physical phenomena described in the previous paragraph and the results of the manifestation of these phenomena were observed in a laboratory experimental setup with transparent walls made of plexiglass, made by the author to test the performance of the known method and device for seawater desalination according to patent CN 101838079.
Таким образом, практическое воплощение изобретения по патенту CN 101838079 показало невозможность его эффективной реализации в том виде, в каком оно приведено в формуле и описании изобретения, включая графические материалы.Thus, the practical implementation of the invention according to the patent CN 101838079 showed the impossibility of its effective implementation in the form in which it is given in the claims and description of the invention, including graphic materials.
Технической задачей настоящего изобретения является создание экологичной и высокоэффективной в энергетическом отношении технологии опреснения соленой (морской) и минерализованной воды.The technical objective of the present invention is to create an environmentally friendly and energy-efficient technology for desalination of salt (sea) and mineralized water.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание способа и устройства для опреснения соленой (морской) и минерализованной воды, которые обеспечивают при минимальных энергетических затратах поточное производство пресной воды в объеме не менее 80% от исходного объема не опресненной воды и смеси сухих солей для последующего их использования в различных отраслях промышленности.The technical result of the present invention is the creation of a method and device for the desalination of salt (sea) and mineralized water, which provide, at minimum energy costs, the in-line production of fresh water in a volume of at least 80% of the initial volume of non-desalinated water and a mixture of dry salts for their subsequent use in various industries.
Технический результат достигается тем, что в способе опреснения соленой и минерализованной воды, заключающемся в том, что соленую воду после предварительной обработки распыляют с помощью ультразвуковых колебаний с образованием монодисперсной диспергированной среды, которую подвергают испарению с образованием водяного пара и мелкодисперсных частиц солей, выделившийся водяной пар подвергают конденсации посредством теплообменника - холодильника, получившаяся вода самотеком поступает в накопительную емкость, согласно изобретению, распыление морской воды осуществляют в слое воды либо путем фонтанирования в распылительной емкости посредством установленных в ней ультразвуковых преобразователей, полученную монодисперсную диспергированную среду посредством постоянного воздушного потока направляют в испарительную камеру с тепловым нагревателем для непрерывного образования водяного пара и мелкодисперсных частиц солей, поток которых в виде паро-солевой смеси поступает в камеру принудительной сепарации частиц соли от водяного пара, в результате сепарации частицы соли накапливаются в солесборниках камеры принудительной сепарации, а водяной пар после сепарации поступает в теплообменник - холодильник для конденсации и дальнейшего накопления стекающей пресной воды в накопительную емкость, воздушная полость которой сообщается с воздушной полостью распылительной емкости посредством вентиляционного канала, обеспечивая при этом замкнутый по контуру сквозной воздушный поток паровоздушной среды.The technical result is achieved by the fact that in the method of desalination of salt and mineralized water, which consists in the fact that salt water after pre-treatment is sprayed using ultrasonic vibrations with the formation of a monodisperse dispersed medium, which is subjected to evaporation with the formation of water vapor and fine particles of salts, the released water vapor subjected to condensation by means of a heat exchanger - refrigerator, the resulting water flows by gravity into the storage tank, according to the invention, sea water is sprayed in a layer of water or by spouting in the spray tank using ultrasonic transducers installed in it, the resulting monodispersed dispersed medium is sent to the evaporation chamber by means of a constant air flow with a thermal heater for the continuous formation of water vapor and fine salt particles, the flow of which in the form of a steam-salt mixture enters the forced separation chamber separation of salt particles from water vapor, as a result of separation, salt particles accumulate in the salt collectors of the forced separation chamber, and water vapor after separation enters the heat exchanger - refrigerator for condensation and further accumulation of flowing fresh water into a storage tank, the air cavity of which communicates with the air cavity of the spray tank by means of a ventilation duct, while providing a through air flow of the steam-air medium closed along the contour.
Кроме того, устройство для осуществления предложенного способа, содержащее установку для предварительной фильтрации соленой воды, выход которой соединен с устройством ультразвукового распыления соленой воды, подаваемой в диспергированном виде в испарительную камеру, выход из которой соединен с входом теплообменника - холодильника для конденсации водяного пара, на выходе из которого размещена накопительная емкость для пресной воды, согласно изобретению, устройство ультразвукового распыления соленой воды выполнено в виде распылительной емкости, вход которой соединен с выходом установки предварительной фильтрации соленой воды, в распылительной емкости установлены ультразвуковые преобразователи, обеспечивающие распыление в слое либо фонтанированием соленой воды, выход распылительной емкости соединен с входом испарительной камеры с тепловым нагревателем для подачи в нее полученной монодисперсной диспергированной среды, выход испарительной камеры соединен с входом сепарационной камеры для подачи в нее образовавшейся паро-соляной смеси, сепарационная камера снабжена солесборниками для накопления отделившихся от водяного пара солей, а выход сепарационной камеры соединен с входом теплообменника - холодильника для подачи в него очищенного от частиц солей водяного пара для его последующей конденсации и получения пресной воды, которая вытекает из выхода теплообменника -холодильника в емкость для накопления пресной воды, причем воздушная полость этой емкости посредством вентиляционного канала соединена с распылительной емкостью, образуя при этом замкнутый по контуру сквозной воздушный поток паровоздушной среды, для чего в вентиляционном канале установлен, по крайней мере, один воздушный вентилятор.In addition, a device for implementing the proposed method, containing a plant for preliminary filtration of salt water, the output of which is connected to a device for ultrasonic atomization of salt water supplied in dispersed form to the evaporation chamber, the output of which is connected to the inlet of a heat exchanger - refrigerator for condensing water vapor, on the outlet of which is a storage tank for fresh water, according to the invention, the device for ultrasonic spraying of salt water is made in the form of a spray tank, the inlet of which is connected to the outlet of the salt water pre-filtration unit, ultrasonic transducers are installed in the spray tank, providing spraying in a layer or spouting salt water , the outlet of the spray tank is connected to the inlet of the evaporation chamber with a thermal heater for supplying the resulting monodisperse dispersed medium into it, the outlet of the evaporation chamber is connected to the inlet of the separation chamber for giving it the resulting steam-salt mixture, the separation chamber is equipped with salt collectors for the accumulation of salts separated from the water vapor, and the outlet of the separation chamber is connected to the inlet of the heat exchanger - refrigerator for supplying water vapor purified from salt particles for its subsequent condensation and obtaining fresh water, which flows from the outlet of the heat exchanger-refrigerator into a tank for accumulating fresh water, and the air cavity of this tank is connected to the spray tank by means of a ventilation channel, thus forming a through air flow of a vapor-air medium closed along the contour, for which at least one air fan.
Предложенные способ опреснения соленой воды и устройство для его осуществления основаны на физических принципах акустического распыления жидкостей с помощью колебаний в ультразвуковом диапазоне (Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. Ред. И.П. Голямина. - М:» Советская энциклопедия», 1979, с. 297-298). При этом можно использовать две разновидности ультразвукового распыления жидкости: распыление в слое или распыление в фонтане. Распыление в слое, практически, осуществляется на поверхности слоя (0,5-1,5 мм) жидкости, покрывающей поверхность ультразвукового преобразователя (излучателя). При таком распылении используются колебания с частотой в диапазоне 27-50 кГц, образующиеся при распылении капли жидкости составляют в диаметре десятки мкм. Производительность ультразвукового распыления в слое достигает несколько десятков литров в час на один ультразвуковой преобразователь частоты 27 кГц с потребляемой мощностью менее 100 Вт. Распыление в фонтане, как правило, осуществляют с помощью волн ультразвукового преобразователя (излучателя) частотой 1-3 мГц, излучаемых из глубины жидкости (2,5-8,5 см). При распылении в фонтане образуются капли диаметром 2-4 мкм, максимальная производительность такого распыления составляет примерно 400-500 мл в час на один ультразвуковой преобразователь частоты 1 мГц с потребляемой мощностью 20-25 Вт. Образовавшаяся в результате распыления монодисперсная среда (аэрозоль) является достаточно устойчивой в течение достаточного времени, необходимого для преобразования этой среды в пресную воду и осушенную смесь солей. После ультразвукового распыления соленой воды (независимо от разновидности такого распыления) полученная монодисперсная среда подается на испарение для получения смеси водяного пара и мелкодисперсных частиц солей. Испарение может осуществляться с использованием различных физических принципов: электрическим нагревом, нагревом волнами СВЧ, газовыми горелками и т.п. Следует заметить, что на этом этапе опреснения фазовое состояние капель воды преобразуется в другое фазовое состояние - пар, а растворенные в каплях воды соли преобразуются в твердые мелкодисперсные частицы. Следующим этапом опреснения является разделение паро-солевой смеси на два компонента: пар и мелкодисперсные частицы солей. Этот процесс осуществляют камере сепарации, в которой также можно использовать различные физические принципы разделения твердых частиц от газов: центробежные силы; электростатические поля, аэродинамические силы и т.п.В камере сепарации осуществляют также сбор (накопление) укрупнившихся частиц солей в сухом виде с помощью съемных солесборников. Из камеры сепарации пар поступает в теплообменник -холодильник, в котором происходит конденсация пара и окончательное получение пресной воды. Охлаждение до необходимой точки росы в теплообменнике - холодильнике возможно также с использованием различных физических принципов: охлаждение с помощью хладоносителя (вода, фреон и др.); термоэлектрического эффекта Пельтье: вихревого эффекта Ранка и т.п. Пресная вода из теплообменника - холодильника стекает в накопительную емкость, воздушная полость которой сообщается с воздушной полостью распылительной емкости с помощью вентиляционного канала, образующего замкнутый по контуру сквозной воздушный поток паровоздушной среды с помощью установленного в нем вентилятора. За счет этого обеспечивается принудительная подача монодисперсной диспергированной среды на испарение, последующие сепарацию и конденсацию пара. При этом в теплообменнике - холодильнике производится конденсация примерно 60% от объема пара, получившегося на выходе из камеры сепарации. Среда, оставшаяся в парообразном состоянии с температурой 50-60°С, поступая в воздушную полость накопительной емкости, смешиваясь с воздухом, поступает в вентиляционный канал и с воздушным потоком возвращается в распылительную емкость. В распылительной емкости паровоздушная смесь смешивается с монодисперсной средой, обеспечивая при этом ее нагрев, и уменьшая в дальнейшем энергетические затраты на испарение. В результате замкнутого паровоздушного контура опреснительного устройства и непрерывной подачи соленой воды в распылительную емкость обеспечивается непрерывный процесс опреснения без тепловых потерь и выброса пара. В результате опреснению с минимальными энергетическими затратами подвергается практически весь объем воды, содержащийся в исходном объеме соленой воды.The proposed method for desalination of salt water and a device for its implementation are based on the physical principles of acoustic atomization of liquids using vibrations in the ultrasonic range (Ultrasound. Little Encyclopedia. Head. Ed. I.P. Golyamin. - M: "Soviet Encyclopedia", 1979, p. 297-298). In this case, two types of ultrasonic liquid atomization can be used: layer atomization or fountain atomization. Spraying in the layer, in practice, is carried out on the surface of the layer (0.5-1.5 mm) of the liquid covering the surface of the ultrasonic transducer (emitter). In such spraying, oscillations with a frequency in the range of 27-50 kHz are used, the liquid droplets formed during spraying are tens of microns in diameter. The performance of ultrasonic spraying in the layer reaches several tens of liters per hour per ultrasonic frequency converter 27 kHz with a power consumption of less than 100 W. Spraying in the fountain, as a rule, is carried out using waves of an ultrasonic transducer (emitter) with a frequency of 1-3 MHz, emitted from the depth of the liquid (2.5-8.5 cm). When spraying in a fountain, drops with a diameter of 2-4 microns are formed, the maximum productivity of such spraying is approximately 400-500 ml per hour for one 1 MHz ultrasonic frequency converter with a power consumption of 20-25 W. The monodisperse medium (aerosol) formed as a result of spraying is sufficiently stable for a sufficient time necessary for the transformation of this medium into fresh water and a dried mixture of salts. After ultrasonic atomization of salt water (regardless of the type of such atomization), the resulting monodisperse medium is fed to evaporation to obtain a mixture of water vapor and fine salt particles. Evaporation can be carried out using various physical principles: electrical heating, microwave heating, gas burners, etc. It should be noted that at this stage of desalination, the phase state of water droplets is transformed into another phase state - steam, and the salts dissolved in water drops are converted into solid fine particles. The next stage of desalination is the separation of the steam-salt mixture into two components: steam and fine salt particles. This process is carried out by a separation chamber, in which various physical principles for separating solid particles from gases can also be used: centrifugal forces; electrostatic fields, aerodynamic forces, etc. In the separation chamber, coarse salt particles are also collected (accumulated) in dry form using removable salt collectors. From the separation chamber, the steam enters the heat exchanger-refrigerator, in which the steam condenses and the final production of fresh water takes place. Cooling to the required dew point in the heat exchanger - refrigerator is also possible using various physical principles: cooling with the help of a coolant (water, freon, etc.); thermoelectric Peltier effect: Ranque vortex effect, etc. Fresh water from the heat exchanger-cooler flows into the storage tank, the air cavity of which communicates with the air cavity of the spray tank using a ventilation channel, which forms a through air flow of the steam-air medium closed along the contour with the help of a fan installed in it. Due to this, a forced supply of a monodisperse dispersed medium for evaporation, subsequent separation and condensation of the vapor is ensured. At the same time, approximately 60% of the volume of steam produced at the outlet of the separation chamber is condensed in the heat exchanger - refrigerator. The medium remaining in a vapor state with a temperature of 50-60°C enters the air cavity of the storage tank, mixes with air, enters the ventilation duct and returns to the spray tank with the air flow. In the spray tank, the vapor-air mixture is mixed with the monodisperse medium, while providing its heating, and further reducing the energy costs for evaporation. As a result of the closed steam-air circuit of the desalination device and the continuous supply of salt water to the spray tank, a continuous desalination process is ensured without heat loss and steam emission. As a result, almost the entire volume of water contained in the initial volume of salt water is subjected to desalination with minimal energy costs.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема установки для опреснения соленой и минерализованной воды.The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows a diagram of a plant for the desalination of salt and mineralized water.
Устройство для опреснения соленой (минерализованной) воды содержит установку 1 для предварительной фильтрации соленой воды, выход которой соединен с входом распылительной емкости 2. В распылительной емкости 2, заполненной до постоянно поддерживаемого уровня фильтрованной соленой водой, в толще воды размещены ультразвуковые преобразователи (излучатели) 3, подсоединенные к ультразвуковому генератору (условно не показано) и закрепленные на общей излучающей пластине 4, установленной в плавающей кассете 5. Плавающая кассета 5 обеспечивает постоянство толщины поверхностного слоя жидкости над пластиной 4, что способствует эффективному и устойчивому по производительности ультразвуковому распылению соленой воды. Количество ультразвуковых преобразователей 3 выбирается из требуемой производительности распыления соленой воды. Например, для производительности распыления соленой воды 500 литров в час достаточно 6-8 ультразвуковых преобразователей с частотой 27 мГц и суммарной потребляемой мощностью 300-400 Вт. В качестве излучающей пластины 4 можно использовать металлический лист толщиной 3 мм из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. Выход 6 из распылительной емкости 2 совмещен с входом в испарительную камеру 7, в которой установлен электрический тепловой нагреватель 8, подсоединенный к регулируемому блоку питания 9 для выбора оптимального рабочего электрического напряжения. Тепловой нагреватель 8 выполнен проточного воздушного типа с системой пластинчатых каналов, обеспечивающих мгновенное испарение мелкодисперсных капель монодиспергированной среды, полученной на выходе распылительной емкости 2. Температура внутри пластинчатых каналов нагревателя 8 поддерживается блоком питания 9 и встроенной системой термостатирования на уровне не менее 150°С. Выход 10 испарительной камеры совмещен с входом сепарационной камеры 11 для подачи в нее образовавшейся в результате испарения паро-соляной смеси. В сепарационной камере 11 для принудительного разделения водяного пара от твердых частиц солей установлен вал 12, на котором закреплены лопатки 13 и лопасти 14 для создания принудительного аэродинамического потока внутри камеры 11. Вал 12 соединен с валом электродвигателя 15, который обеспечивает его вращение со скоростью не менее 5000 оборотов в минуту. В зоне вращения лопаток 13 на осевой периферии сепарационной камеры 11 установлены солесборники 16 для накопления отделившихся за счет центробежных сил вращения от водяного пара солей. Солесборники 16 могут быть выполнены съемными для его замены после наполнения солями, для этого сепарационная камера 11 может быть снабжена боковыми люками или крышкой в зависимости от конкретной конструкции солесборников. Выход 17 сепарационной камеры 11 совмещен с входом теплообменника - холодильника 18 для подачи освобожденного от солей водяного пара на конденсацию. Теплообменник -холодильник 18 может быть выполнен с каналами для конденсации щелевого или трубчатого типа, вокруг которых осуществляется постоянный отбор тепла, например, за счет холодной (при температуре 14-16°С) проточной воды. Эти каналы могут быть установлены наклонно по отношению к горизонту, как показано на чертеже, в этом случае получившаяся в результате конденсации пара пресная вода самостоятельно стекает в емкость 19 для накопления пресной воды. Воздушная полость 20 емкости 19 накопления пресной воды посредством вентиляционного канала 21 сообщается с распылительной емкостью 2 для возвращения несконденсированного водяного пара в зону распыления соленой воды, подогревая в результате монодиспергированную смесь соленой воды. Это в дальнейшем снижает тепловые затраты энергии на испарение монодиспергированной смеси воды и солей. В вентиляционном канале 21 установлен, по крайней мере, один воздушный вентилятор 22, обеспечивающий замкнутый по контуру опреснителя сквозной воздушный поток паровоздушной среды, что позволяет дополнительно обеспечить принудительную подачу распыленной соленой воды в испарительную камеру 7 и далее, как описано выше. Вентилятор 22 может также подключаться к регулируемому блоку питания (условно не показано) для возможности регулирования производительности устройства по воздушному потоку паровоздушного контура. После набора определенного объема пресной воды в накопительной емкости 19, она сливается для дальнейшего использования, а вновь получаемая пресная вода снова продолжает накапливаться в емкости 19.The device for desalination of salty (mineralized) water contains a plant 1 for preliminary filtration of salty water, the output of which is connected to the inlet of the spray tank 2. In the spray tank 2, filled to a constantly maintained level with filtered salt water, ultrasonic transducers (emitters) 3 are placed in the water column. connected to an ultrasonic generator (conditionally not shown) and fixed on a common radiating
Для обеспечения правильной и эффективной работы предложенного устройства для опреснения соленой (минерализованной) воды необходимо соблюдать следующий порядок действий для начала работы опреснительного устройства:To ensure the correct and efficient operation of the proposed device for desalination of salty (mineralized) water, the following procedure must be followed to start the operation of the desalination device:
- в первую очередь необходимо включить вентилятор 22 для создания воздушного потока в сквозном контуре устройства, который включает в себя все укрупненные элементы (распылительная емкость 2, испарительная камера 7 и т.д.) и вентиляционный канал 21;- first of all, it is necessary to turn on the
- во вторую очередь следует включить электродвигатель 15, что позволит исключить воздушные пробки в испарительной камере 7 тепловом нагревателе 8;- secondly, turn on the
- в третью очередь включают тепловой нагреватель 8;- third turn on the
- в последнюю очередь включаются ультразвуковые преобразователи 3. Работа опреснительного устройства по вышеописанной технологии может осуществляться непрерывно с постоянной подачей соленой воды в распылительную емкость 2.-
Для проведении профилактических и регламентных работ, в том числе для опорожнения солесборников 16, остановку работы опреснительного устройства осуществляют в следующей последовательности:To carry out preventive and routine maintenance, including emptying
- выключают ультразвуковые преобразователи 3;- turn off
- через 3-5 минут отключают тепловой нагреватель 8;- after 3-5 minutes turn off the
- через 5 минут выключают электродвигатель 15;- after 5 minutes turn off the
- еще через 5 минут выключают вентилятор 22.- after another 5 minutes turn off the
После завершения профилактических и регламентных работ опреснительное устройство включается в порядке, изложенном выше.After the completion of preventive and routine maintenance, the desalination device is switched on in the manner described above.
Автором была разработана и изготовлена экспериментальная установка на основании настоящего изобретения, испытания которой подтвердили эффективность предложенного технического решения. В экспериментальной установке объем полученной пресной воды составил 80,36% от исходного объема соленой воды, что связано с тем, что из-за упрощения конструкции и технических сложностей не была обеспечена полная герметичность паровоздушного тракта установки.The author developed and manufactured an experimental setup based on the present invention, the tests of which confirmed the effectiveness of the proposed technical solution. In the experimental installation, the volume of fresh water obtained was 80.36% of the initial volume of salt water, which is due to the fact that, due to the simplification of the design and technical difficulties, the complete tightness of the steam-air path of the installation was not ensured.
Для сравнения полученного результата можно привести известные данные о степени опреснения соленой воды разными способами:To compare the result obtained, we can cite the known data on the degree of desalination of salt water in different ways:
- при использовании обратного осмоса выход пресной воды составляет от 15% до 25% от исходного объема соленой воды, получаемый побочно рассол подлежит либо сливу, либо утилизации с дополнительными затратами;- when using reverse osmosis, the yield of fresh water is from 15% to 25% of the initial volume of salt water, the resulting brine is either drained or disposed of at additional costs;
- при классической дистилляции выход пресной воды составляет от 30% до 50% от исходного объема соленой воды, получаемый побочно рассол подлежит либо сливу, либо утилизации с дополнительными затратами.- with classical distillation, the yield of fresh water is from 30% to 50% of the initial volume of salt water, the resulting brine is either drained or disposed of at additional costs.
Таким образом, предложенная технология опреснения соленой (минерализованной) воды значительно повышает по эффективности технические характеристики как технологии в целом, так и конкретных конструктивных исполнений опреснительных установок, основанных на данной технологии опреснения воды.Thus, the proposed technology for desalination of salty (mineralized) water significantly increases the efficiency of the technical characteristics of both the technology as a whole and specific designs of desalination plants based on this desalination technology.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2789939C1 true RU2789939C1 (en) | 2023-02-14 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU227722U1 (en) * | 2023-12-12 | 2024-07-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Псковский государственный университет" | Ultrasonic water purification device |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5207928A (en) * | 1991-05-23 | 1993-05-04 | Lerner Eric J | Method for desalination and fresh water recovery |
FR2809385A1 (en) * | 2000-05-26 | 2001-11-30 | Tsb Internat | METHOD AND INSTALLATION FOR PURIFICATION AND DESALINATION OF SEA WATER |
CN101838079B (en) * | 2010-04-21 | 2012-06-27 | 王剑波 | Ultrasonic atomization and vaporization seawater desalination desalting device and method |
RU2617489C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-04-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Смарт-Тек" (ООО "Смарт-Тек") | Device for water desalination |
CN106830149A (en) * | 2017-04-21 | 2017-06-13 | 宁夏大学 | A kind of high salt water treatment facilities of utilization ultrasonic atomizatio combination solar energy evaporation |
CN206279038U (en) * | 2016-11-30 | 2017-06-27 | 北京中科奥倍超声波技术研究院 | Ultrasonic wave cyclone type sea water desalinating unit |
RU2709665C1 (en) * | 2019-03-11 | 2019-12-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) | Seawater desalting method |
RU2732606C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-09-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) | Method of seawater desalination with associated salt extraction |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5207928A (en) * | 1991-05-23 | 1993-05-04 | Lerner Eric J | Method for desalination and fresh water recovery |
FR2809385A1 (en) * | 2000-05-26 | 2001-11-30 | Tsb Internat | METHOD AND INSTALLATION FOR PURIFICATION AND DESALINATION OF SEA WATER |
CN101838079B (en) * | 2010-04-21 | 2012-06-27 | 王剑波 | Ultrasonic atomization and vaporization seawater desalination desalting device and method |
RU2617489C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-04-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Смарт-Тек" (ООО "Смарт-Тек") | Device for water desalination |
CN206279038U (en) * | 2016-11-30 | 2017-06-27 | 北京中科奥倍超声波技术研究院 | Ultrasonic wave cyclone type sea water desalinating unit |
CN106830149A (en) * | 2017-04-21 | 2017-06-13 | 宁夏大学 | A kind of high salt water treatment facilities of utilization ultrasonic atomizatio combination solar energy evaporation |
RU2709665C1 (en) * | 2019-03-11 | 2019-12-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) | Seawater desalting method |
RU2732606C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-09-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) | Method of seawater desalination with associated salt extraction |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU227722U1 (en) * | 2023-12-12 | 2024-07-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Псковский государственный университет" | Ultrasonic water purification device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6699369B1 (en) | Apparatus and method for thermal desalination based on pressurized formation and evaporation of droplets | |
CN108147608B (en) | Multi-effect evaporation crystallization system and method for treating power plant brine wastewater by using compressed air and heat pump | |
CN106422378B (en) | Method and apparatus for Water warfare | |
WO2006138516A2 (en) | Air heated diffusion driven water purification system | |
JP2016530096A (en) | Systems including condensing devices such as bubble column condensers | |
US10144655B2 (en) | Systems and methods for distillation of water from seawater, brackish water, waste waters, and effluent waters | |
US7608171B2 (en) | Distillation system and process | |
JP2003506201A (en) | Method and apparatus for economical solid-liquid separation in water-based solutions | |
CN106219647A (en) | A kind of efficient sea water desalting equipment | |
KR102464461B1 (en) | Vaporization system for treating high salinity and high concentration wastewater | |
CN103550941B (en) | Low-temperature evaporation and concentration device and high-concentration waste water concentration method | |
CN212700588U (en) | Multi-effect falling film evaporation concentrator unit system | |
KR101690065B1 (en) | Apparatus for removing pollutant in evaporated concentrating system | |
RU2613920C1 (en) | Autonomous desalination plant | |
US11753313B2 (en) | Rapid evaporation of water for desalination and dewatering using nanobubbles and micro-droplets | |
CN210261427U (en) | Concentration and separation device for air contact circulating wastewater | |
Essa et al. | Critical issues on advancements and challenges in HDH desalination units | |
RU2789939C1 (en) | Method for desalination of salt and mineralized water and device for its implementation | |
RU81720U1 (en) | DESCRIPTION INSTALLATION | |
JPH05104076A (en) | Method and device for treating waste liquid | |
CN104961178A (en) | Evaporation type liquid concentration treatment system and treatment method thereof | |
CN209635926U (en) | Falling film evaporation couples absorption refrigeration high-salt sewage processing equipment | |
CN109824107B (en) | Power plant wastewater evaporation treatment method and wastewater evaporation treatment system thereof | |
KR900006420B1 (en) | Spray cryslallization | |
US10414670B2 (en) | Systems and methods for distillation of water from seawater, brackish water, waste waters, and effluent waters |