RU2800347C2 - Light and heavy water separator - Google Patents

Light and heavy water separator Download PDF

Info

Publication number
RU2800347C2
RU2800347C2 RU2021132337A RU2021132337A RU2800347C2 RU 2800347 C2 RU2800347 C2 RU 2800347C2 RU 2021132337 A RU2021132337 A RU 2021132337A RU 2021132337 A RU2021132337 A RU 2021132337A RU 2800347 C2 RU2800347 C2 RU 2800347C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
pipeline
heat exchanger
outlet
heavy
Prior art date
Application number
RU2021132337A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021132337A (en
Inventor
Сергей Иванович Ивандаев
Original Assignee
Сергей Иванович Ивандаев
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Иванович Ивандаев filed Critical Сергей Иванович Ивандаев
Publication of RU2021132337A publication Critical patent/RU2021132337A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2800347C2 publication Critical patent/RU2800347C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: purifying demineralized sea water from heavy water.
SUBSTANCE: unit consists of a regenerative heat exchanger for pre-cooling water, a cooler and a heavy water freezer. Additionally, it has a device for preparing a crystallization seed in form of a suspension of solid micro- and nanoparticles, connected by a finished suspension pipeline to a mixer at the outlet pipeline of the regenerative water pre-cooling heat exchanger. The pre-cooling heat exchanger is connected to the first flashing heat exchanger, the outlet pipeline through which steam is connected to the water ejector. The outlet of the ejector is connected to the inlet pipeline of the regenerative heat exchanger, and its water inlet is connected to the outlet pipeline of the regenerative heat exchanger. The outlet pipeline of the first flashing water heat exchanger is connected to the second flashing heat exchanger, the outlet pipeline through which steam is connected to the water ejector. The water inlet of the ejector is connected to the purified water pipeline. The water outlet of the second heat exchanger is connected to a water clarification coagulation tank. The purified water tank is connected to the suspension ultrafilter. The ultrafilter water outlet is connected by a purified water pipeline to the cooling medium inlet of the regenerative water pre-cooling heat exchanger. The solid phase outlets of the water clarification coagulation tank and the ultrafilter are connected to the heavy water separator, the solid phase outlet of which is connected to the suspension preparation device, and the water outlet is connected to the heavy water storage tank.
EFFECT: obtaining water with a reduced content of heavy water at low energy consumption during operation.
2 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Известно, что природные воды содержат как молекулы легкой воды H2O, так и молекулы D2O, где D изотоп водорода с молекулярной массой, равной 2. Кроме того, тяжелая вода содержит и тяжелые изотопы кислорода 18O и тритий. Легкая протиевая вода Н2О считается «живой» и поддерживает жизнедеятельность растений и животных, а тяжелая, дейтериевая вода относится к условной категории «мертвой» и губительна для всего живого. При опреснении морской воды с целью удовлетворения растущих потребностей в пресной воде, в том числе питьевой, возникает опасность существенного роста употребления тяжелой воды. Это связано с тем, что вода морей и океанов содержит повышенное содержание тяжелой воды, которое сохраняется и в опресненной морской воде. Так на полуострове Мангышлак (Каспийское море, Казахстан) в 1973 году были построены атомная электростанция и мощная опреснительная установка для снабжения водой жителей и экономики нового города Шевченко (ныне Актау). В результате употребления этой воды для питья, еды, полива пищевых растений и содержания домашних животных в городе возросло количество онкологических заболеваний и случаев появления мертворожденных детей.It is known that natural waters contain both H 2 O light water molecules and D 2 O molecules, where D is a hydrogen isotope with a molecular weight of 2. In addition, heavy water also contains heavy oxygen isotopes 18 O and tritium. Light protium water H 2 O is considered "alive" and supports the vital activity of plants and animals, and heavy, deuterium water belongs to the conditional category of "dead" and is detrimental to all living things. When seawater is desalinated to meet the growing demand for fresh water, including drinking water, there is a danger of a significant increase in the use of heavy water. This is due to the fact that the water of the seas and oceans contains an increased content of heavy water, which is also preserved in desalinated sea water. So on the Mangyshlak peninsula (Caspian Sea, Kazakhstan) in 1973, a nuclear power plant and a powerful desalination plant were built to supply water to the inhabitants and the economy of the new city of Shevchenko (now Aktau). As a result of the use of this water for drinking, eating, watering food plants and keeping pets, the number of cancers and cases of stillborn children in the city has increased.

В связи с этим в странах Средиземноморья и Персидского залива, в которых сосредоточено более 50% опреснительных установок, имеющихся в мире, разрешают использовать уже существующие на их территориях опреснительные установки только для технических и хозяйственных нужд, исключающих попадание опресненной воды внутрь живых организмов. Питьевая и пищевая вода завозится из-за рубежа и продается в бутылках и/или на разлив.In this regard, in the countries of the Mediterranean and the Persian Gulf, in which more than 50% of the world's desalination plants are concentrated, it is allowed to use the desalination plants already existing on their territories only for technical and economic needs, excluding the ingress of desalinated water into living organisms. Drinking and food water is imported from abroad and sold in bottles and / or on tap.

В связи с возрастающим дефицитом пресной воды предложены различные методы и устройства очистки обессоленной морской воды от тяжелой воды, например, изотопный обмен, электролиз, вакуумная заморозка с последующим оттаиванием. Однако в силу сложности этих процессов рассматривается, как правило, получение относительно небольших количеств легкой протиевой воды, в частности для оздоровления человека, выпуска косметики, использования в селекционной работе с растениями и т.д.In connection with the growing shortage of fresh water, various methods and devices for purifying desalinated sea water from heavy water have been proposed, for example, isotope exchange, electrolysis, vacuum freezing followed by thawing. However, due to the complexity of these processes, as a rule, the production of relatively small amounts of light protium water is considered, in particular, for the improvement of a person, the production of cosmetics, use in plant breeding, etc.

Известно устройство (RU 98995) разделения легкой и тяжелой воды для получения пищевой протиевой талой воды с пониженным содержанием дейтерия, трития, солей и вредных примесей и повышенной биологической активностью. Устройство состоит из двух сообщающихся емкостей, расположенных друг над другом и соединенных между собой, в каждой емкости установлено по одному датчику объема воды, для контроля объема ее замерзания, которые подключены к входам управляющего устройства (УУ). Верхняя емкость заполняется водой и все устройство помещается в морозильную камеру холодильника или на улицу. При понижении температуры сначала замерзает «тяжелая» вода, что фиксируется датчиком и УУ подает сигнал либо открывает сливной клапан. В результате вода сливается в нижнюю емкость. При дальнейшем понижении температуры часть оставшейся воды начинает замерзать. Когда объем замерзшей воды достигнет примерно 2/3 содержимого нижней емкости, срабатывает датчик и УУ подает сигнал готовности. По этому сигналу извлекают емкость из морозильной камеры и сливают остатки незамерзшей воды. При этом, лед, оставшийся в емкости, служит для получения талой биологически активной воды.A device (RU 98995) is known for separating light and heavy water to produce food protium melt water with a reduced content of deuterium, tritium, salts and harmful impurities and increased biological activity. The device consists of two communicating containers located one above the other and interconnected, each container has one water volume sensor to control its freezing volume, which are connected to the inputs of the control device (CU). The upper container is filled with water and the entire device is placed in the freezer of the refrigerator or outside. When the temperature drops, “heavy” water first freezes, which is detected by the sensor and the control unit gives a signal or opens the drain valve. As a result, the water drains into the lower tank. As the temperature drops further, some of the remaining water begins to freeze. When the volume of frozen water reaches approximately 2/3 of the contents of the lower tank, the sensor is triggered and the control unit gives a ready signal. At this signal, the container is removed from the freezer and the remaining unfrozen water is drained. At the same time, the ice remaining in the container serves to obtain melted biologically active water.

Недостатком такого устройства является то, что для замораживания воды в емкости при теплообмене через стенку необходим градиент температур. При этом на внутренней стенке сосуда, заполненного водой, будет температура существенно ниже нулевой, т.е. ниже температуры замерзания протиевой воды. Поэтому в верхнем сосуде фактически будет происходить одновременное замерзание как тяжелой, так и легкой воды. Это фактически сводит на нет эффект разделения тяжелой и легкой воды при замораживании. При создании же очень малого перепада температур, который бы обеспечил начальное замерзание только тяжелой воды, процесс потребует значительного времени, что не применимо для высокопроизводительного производственного процесса.The disadvantage of such a device is that a temperature gradient is required to freeze the water in the container during heat exchange through the wall. In this case, on the inner wall of the vessel filled with water, the temperature will be significantly below zero, i.e. below the freezing point of protium water. Therefore, in the upper vessel, in fact, simultaneous freezing of both heavy and light water will occur. This effectively negates the effect of separation of heavy and light water during freezing. When creating a very small temperature difference, which would ensure the initial freezing of only heavy water, the process will require a significant time, which is not applicable for a high-performance production process.

Известно устройство ВИН-4 «Надiя» (Мосин О.В. Очистка воды от тяжелых изотопов дейтерия, трития и кислорода. Сантехника, Отопление, Кондиционирование. №9, 2012) по производству «легкой» воды с пониженным на 30-35% содержанием дейтерия и трития, использующая свойство молекулы воды с дейтерием и тритием находиться в метастабильно-твердом неактивном состоянии при низкой температуре. «Легкая» вода интенсивно испаряется в вакуумной емкости, а затем улавливается при помощи морозильного устройства, превращаясь в лед. «Тяжелая» же вода, находясь в неактивном твердом состоянии и обладая значительно меньшим парциальным давлением, остается в испарительной емкости исходной воды вместе с растворенными в воде солями и примесями. Когда толщина льда на поверхности трубчатых элементов морозильника достигает заранее заданной величины, процесс испарения прекращают. Вакуумный насос выключают, включают источники ультрафиолетового и инфракрасного излучений, а в вакуумную емкость вводят очищенный воздух или смесь газов, затем доводят давление до уровня атмосферного или выше него.Known device VIN-4 "Nadia" (Mosin O.V. Purification of water from heavy isotopes of deuterium, tritium and oxygen. Plumbing, Heating, Air Conditioning. No. 9, 2012) for the production of "light" water with a 30-35% reduced content of deuterium and tritium, using the property of a water molecule with deuterium and tritium to be in a metastable-solid inactive state at low temperature. "Light" water evaporates intensively in a vacuum tank, and then is captured by a freezer, turning into ice. “Heavy” water, being in an inactive solid state and having a much lower partial pressure, remains in the evaporation tank of the source water along with salts and impurities dissolved in water. When the thickness of ice on the surface of the tubular elements of the freezer reaches a predetermined value, the evaporation process is stopped. The vacuum pump is turned off, sources of ultraviolet and infrared radiation are turned on, and purified air or a mixture of gases is introduced into the vacuum container, then the pressure is brought to the atmospheric level or above it.

По мере облучения и таяния льда талая вода поступает в сборную емкость и проходит минерализацию, приобретая целебные биологически активные свойства.As the ice is irradiated and melted, melt water enters the collection tank and undergoes mineralization, acquiring healing biologically active properties.

Недостатком такого устройства является то, что в одном аппарате проводят несколько операций. Так, сначала, снижая давление в емкости, проводят удаление растворенных в воде газов, т.е. деаэрацию воды. После удаления газов начинают испарение воды и накопление льда. Для получения льда используют охлаждаемые трубчатые поверхности морозильника. Обрастая льдом, эти поверхности постепенно теряют в эффективности теплоотдачи. Для восстановления эффективного теплообмена трубчатые поверхности морозильника нужно размораживать. Все это требует периодического цикла работы устройства, что не позволяет организовать промышленное производство с большими объемами получаемой воды.The disadvantage of such a device is that several operations are carried out in one apparatus. So, first, by reducing the pressure in the tank, the gases dissolved in water are removed, i.e. water deaeration. After the gases are removed, the evaporation of water and the accumulation of ice begin. To obtain ice, cooled tubular surfaces of the freezer are used. Overgrown with ice, these surfaces gradually lose their heat transfer efficiency. To restore efficient heat transfer, the tubular surfaces of the freezer must be defrosted. All this requires a periodic cycle of operation of the device, which does not allow organizing industrial production with large volumes of water produced.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание устройства для высокопроизводительного непрерывного отделения тяжелой воды от легкой с низким расходом энергии.The problem to be solved by the present invention is the creation of a device for high-performance continuous separation of heavy water from light water with low energy consumption.

Техническим результатом, достигаемым в заявленном изобретении, является устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелой воды при низком расходе энергии при работе этого устройства.The technical result achieved in the claimed invention is a device for producing water with a reduced content of heavy water at low energy consumption during operation of this device.

Получение технического результата изобретения осуществляют за счет того, что устройство разделения воды, состоящее из регенеративного теплообменника предварительного охлаждения воды, охладителя и вымораживателя тяжелой воды, дополнительно имеет устройство подготовки кристаллизационной затравки в виде суспензии твердых микро- и наночастиц, соединенное трубопроводом готовой суспензии со смесителем на выходном трубопроводе регенеративного теплообменника предварительного охлаждения воды. Этот трубопровод подключен к первому теплообменнику мгновенного вскипания, являющемуся охладителем воды. Выходной трубопровод по пару первого теплообменника мгновенного вскипания соединен трубопроводом с водяным эжектором, выход которого подключен трубопроводом к входному трубопроводу регенеративного теплообменника. Вход водяного эжектора по воде трубопроводом, на котором установлен нагнетательный насос, подключен к выходному трубопроводу регенеративного теплообменника. Выходной трубопровод первого теплообменника мгновенного вскипания по воде трубопроводом соединен со вторым теплообменником мгновенного вскипания, являющимся вымораживателем тяжелой воды. Выходной трубопровод по пару второго теплообменника мгновенного вскипания соединен трубопроводом с водяным эжектором, вход которого по воде трубопроводом, на котором установлен нагнетательный насос, подключен к трубопроводу очищенной воды. Выходной трубопровод по воде второго теплообменника мгновенного вскипания трубопроводом, на котором установлен откачивающий насос, соединен с емкостью осветления воды коагуляцией. Емкость осветления по очищенной воде трубопроводом, на котором установлен насос, подключена к ультрафильтру суспензии. Выход ультрафильтра по воде подключен трубопроводом ко входу по охлаждающей среде регенеративного теплообменника предварительного охлаждения воды, при этом выходы по твердой фазе емкости осветления воды коагуляцией и ультрафильтра трубопроводами подключены к отделителю тяжелой воды. Выход отделителя тяжелой воды по твердой фазе подключен трубопроводом к устройству подготовки суспензии, а выход по воде подключен трубопроводом к накопительной емкости тяжелой воды.Obtaining the technical result of the invention is carried out due to the fact that the water separation device, consisting of a regenerative water pre-cooling heat exchanger, a cooler and a heavy water freezer, additionally has a device for preparing a crystallization seed in the form of a suspension of solid micro- and nanoparticles, connected by a finished suspension pipeline to a mixer at the outlet pipeline of the regenerative water pre-cooling heat exchanger. This pipeline is connected to the first flash heat exchanger, which is a water cooler. The steam outlet pipeline of the first flash heat exchanger is connected by a pipeline to a water ejector, the outlet of which is connected by a pipeline to the inlet pipeline of the regenerative heat exchanger. The inlet of the water ejector through the water is connected by a pipeline on which the pressure pump is installed to the outlet pipeline of the regenerative heat exchanger. The outlet pipeline of the first flash water heat exchanger is connected by a pipeline to the second flash heat exchanger, which is a heavy water freezer. The steam outlet pipeline of the second flash heat exchanger is connected by a pipeline to a water ejector, the inlet of which is connected to the purified water pipeline by a pipeline on which a pressure pump is installed. The water outlet pipeline of the second flash heat exchanger is connected by a pipeline on which the exhaust pump is installed to the water clarification tank by coagulation. The clarification tank for purified water is connected to the suspension ultrafilter by a pipeline on which the pump is installed. The outlet of the ultrafilter by water is connected by a pipeline to the inlet of the cooling medium of the regenerative heat exchanger of pre-cooling of water, while the outlets of the solid phase of the water clarification tank by coagulation and the ultrafilter are connected by pipelines to the heavy water separator. The output of the heavy water separator in the solid phase is connected by a pipeline to the suspension preparation device, and the water outlet is connected by a pipeline to the heavy water storage tank.

Второй теплообменник мгновенного вскипания, емкость осветления воды коагуляцией, ультрафильтр суспензии и соединяющие их трубопроводы с насосами имеют теплоизоляцию, обеспечивающую поддержание температуры протекающих в них процессов равной 0.1-0.2°С.The second flash heat exchanger, water clarification tank by coagulation, suspension ultrafilter and pipelines connecting them with pumps are thermally insulated to maintain the temperature of the processes occurring in them equal to 0.1-0.2°C.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом на фиг.1.The proposed device is illustrated by the drawing in Fig.1.

На фиг.1 трубопровод 1 обрабатываемой воды подключен к регенеративному теплообменнику 2 предварительного охлаждения. На выходном трубопроводе 3 предварительно охлажденной воды теплообменника 2 установлен смеситель 4, к которому трубопроводом 5 подключено устройство 6 подготовки легководной суспензии микро- и наночастиц (кристаллизационной затравки). Трубопровод 3 подключен к входу первого теплообменника 7 мгновенного вскипания, являющегося охладителем воды. Выход по пару теплообменника 7 трубопроводом 8 соединен с входом в водяной эжектор 9 по эжектируемой среде, выход из которого трубопроводом 10 соединен с трубопроводом 1 регенеративного теплообменника 2 предварительного охлаждения. Вход по воде водяного эжектора 9 трубопроводом 11, на котором установлен насос 12, подключен к трубопроводу 3 предварительно охлажденной воды. Водяной выход теплообменника 7 трубопроводом 13 подключен ко второму теплообменнику 14 мгновенного вскипания, являющимся вымораживателем тяжелой воды. Паровой выход теплообменника 14 трубопроводом 15 подключен к входу в водяной эжектор 16 по эжектируемой среде. Водяной выход теплообменника 14 трубопроводом 17, на котором установлен откачивающий насос 18, подключен к емкости 19 осветления воды. Выход емкости 19 по осветленной воде трубопроводом 20, на котором установлен насос 21, соединен со входом в ультрафильтр 22. Выход ультрафильтра 22 по воде подключен трубопроводом 23 к входу по охлаждающей среде регенеративного теплообменника 2 предварительного охлаждения исходной воды. К трубопроводу 23 также подключен трубопровод 24, который соединен с устройством 6 подготовки легководной суспензии. Выходы по твердой фазе емкости 19 осветления воды коагуляцией и ультрафильтра 22 трубопроводами 25 подключены к отделителю тяжелой воды 26. Выход отделителя 26 по твердой фазе трубопроводом 27 подключен к устройству 6 подготовки легководной суспензии, а выход по тяжелой воде трубопроводом 28 подключен к накопительной емкости тяжелой воды (не показано). Водяной эжектор 16 по эжектирующей воде подключен трубопроводом 29, на котором установлен насос 30, к трубопроводу 24. Трубопровод 31 водяного эжектора 16 отводит воду в трубопровод 23 (не показано). Теплообменник 14, емкость 19 осветления воды коагуляцией, ультрафильтр 22, насосы 18 и 21, трубопроводы 17 и 25 имеют теплоизоляцию 32, показанную условно.In figure 1 pipeline 1 treated water is connected to the regenerative heat exchanger 2 pre-cooling. A mixer 4 is installed on the outlet pipeline 3 of the pre-chilled water of the heat exchanger 2, to which a device 6 for preparing a light-water suspension of micro- and nanoparticles (crystallization seed) is connected by pipeline 5. The pipeline 3 is connected to the inlet of the first flash heat exchanger 7, which is a water cooler. The steam outlet of the heat exchanger 7 is connected by pipeline 8 to the inlet to the water ejector 9 through the ejected medium, the outlet of which is connected by pipeline 10 to pipeline 1 of the regenerative heat exchanger 2 pre-cooling. The water inlet of the water ejector 9 is connected by the pipeline 11, on which the pump 12 is installed, to the pipeline 3 of pre-chilled water. The water outlet of the heat exchanger 7 is connected by pipeline 13 to the second flash heat exchanger 14, which is a heavy water freezer. The steam outlet of the heat exchanger 14 is connected by pipeline 15 to the inlet to the water ejector 16 through the ejected medium. The water outlet of the heat exchanger 14 pipeline 17, which has a suction pump 18, is connected to the tank 19 of water clarification. The outlet of the container 19 for clarified water is connected by a pipeline 20, on which the pump 21 is installed, to the inlet to the ultrafilter 22. The outlet of the ultrafilter 22 for water is connected by a pipeline 23 to the inlet for the cooling medium of the regenerative heat exchanger 2 for pre-cooling the source water. Also connected to conduit 23 is conduit 24, which is connected to the device 6 for preparing a light water slurry. The solid phase outlets of the vessel 19 for clarification of water by coagulation and the ultrafilter 22 are connected by pipelines 25 to the heavy water separator 26. The solid phase outlet of the separator 26 is connected by pipeline 27 to the device 6 for preparing a light water suspension, and the heavy water outlet is connected by pipeline 28 to the heavy water storage tank (not shown). The water ejector 16 is connected to the pipeline 24 through the ejection water, on which the pump 30 is installed, to the pipeline 24. The pipeline 31 of the water ejector 16 discharges water into the pipeline 23 (not shown). Heat exchanger 14, tank 19 for clarification of water by coagulation, ultrafilter 22, pumps 18 and 21, pipelines 17 and 25 have thermal insulation 32, shown conventionally.

Устройство работает следующим образом. Предварительно очищенная деаэрированная вода по трубопроводу 1 подается в регенеративный теплообменник 2 предварительного охлаждения, где охлаждается. В смеситель 4, установленный на выходном трубопроводе 3 предварительно охлажденной воды, по трубопроводу 5 из устройства 6 подают подготовленную легководную суспензию. Хорошо перемешанная вода с твердыми микро- и наночастицами распыляется в первый теплообменник 7 мгновенного вскипания, являющийся охладителем. В теплообменнике 7 распыленная вода охлаждается до температуры примерно 3°С. Образующийся при этом пар по трубопроводу 8 откачивается водяным эжектором 9. Эжектирующей средой при этом является предварительно охлажденная вода из трубопровода 3, которая насосом 12 по трубопроводу 11 нагнетается в водяной эжектор 9. В результате повышения давления и конденсации пара по трубопроводу 10 вода возвращается в трубопровод 1 на вход теплообменника 2. Охлажденная вода из теплообменника 7 по трубопроводу 13 подается во второй теплообменник 14 мгновенного вскипания, являющийся вымораживателем тяжелой воды. За счет откачки пара по трубопроводу 15 в теплообменнике 14 поддерживается давление, при котором температура кипения воды равна 0.1 - 0.2°С.При этом тяжелая вода замерзает на частицах суспензии, на которых формируются центры кристаллизации тяжелой воды. Пар по трубопроводу 15 откачивают водяным эжектором 16. При этом эжектирующей средой является очищенная от примеси тяжелых изотопов холодная вода, которая по трубопроводу 29 нагнетается насосом 30 в эжектор 16. После сжатия и конденсации пара в эжекторе 16 воду из него отводят по трубопроводу 31. Воду из теплообменника 14 мгновенного вскипания с образовавшимися на центрах кристаллизации частицами льда тяжелой воды, откачивают насосом 18 и по трубопроводу 17 подают в осветлитель 19. Осветленную воду насосом 21 по трубопроводу 20 закачивают в ультрафильтр 22, где вода окончательно очищается от твердых частиц с кристаллами тяжелой воды. Чистая вода, из которой удалена твердая фаза с кристаллами тяжелой воды, по трубопроводу 23 поступает в регенеративный теплообменник 2, где предварительно охлаждает поступающую на очистку свежую воду. Часть чистой воды по трубопроводу 24 подают в устройство 6 для приготовления легководной суспензии. Твердую фазу из емкости 19 осветления воды коагуляцией и ультрафильтра 22 трубопроводами 25 подают в отделитель 26 тяжелой воды. Здесь смесь твердых частиц и кристаллов тяжелой воды нагревают, тяжелая вода переходит в жидкую фазу. Жидкую фазу от твердой отделяют центробежной сепарацией и ультрафильтрацией (не показано). Твердую фазу высушивают и по трубопроводу 27 возвращают (показано условно) в устройство 6 подготовки легководной суспензии.The device works as follows. The pretreated deaerated water is fed through the pipeline 1 to the pre-cooling regenerative heat exchanger 2, where it is cooled. In the mixer 4, installed on the output pipeline 3 of pre-cooled water, the prepared light-water suspension is fed through the pipeline 5 from the device 6. Well-mixed water with solid micro- and nanoparticles is sprayed into the first flash heat exchanger 7, which is a cooler. In the heat exchanger 7, the atomized water is cooled to a temperature of about 3°C. The resulting steam is pumped out through the pipeline 8 by the water ejector 9. The ejecting medium is pre-chilled water from the pipeline 3, which is pumped by the pump 12 through the pipeline 11 into the water ejector 9. As a result of the increase in pressure and condensation of the steam through the pipeline 10, the water returns to the pipeline 1 to the inlet of the heat exchanger 2. The cooled water from the heat exchanger 7 through the pipeline 13 is supplied to the second heat exchanger 14 instantaneously boiled iya, which is a heavy water freezer. Due to the pumping of steam through the pipeline 15, the pressure is maintained in the heat exchanger 14, at which the boiling point of water is 0.1 - 0.2 ° C. In this case, heavy water freezes on suspension particles, on which centers of heavy water crystallization are formed. Steam is pumped out through pipeline 15 by water ejector 16. In this case, the ejecting medium is cold water purified from impurities of heavy isotopes, which is pumped through pipeline 29 by pump 30 into ejector 16. After compression and condensation of steam in ejector 16, water is removed from it through pipeline 31. Water from flash heat exchanger 14 with heavy water ice particles formed at crystallization centers, is pumped out by pump 18 and fed through pipeline 17 to clarifier 19. Clarified water is pumped by pump 21 through pipeline 20 into ultrafilter 22, where the water is finally purified from solid particles with heavy water crystals. Pure water, from which the solid phase with heavy water crystals has been removed, enters the regenerative heat exchanger 2 through pipeline 23, where it pre-cools the fresh water supplied for purification. Part of the clean water through the pipeline 24 is fed into the device 6 for the preparation of a light water suspension. The solid phase from the tank 19 clarification water coagulation and ultrafilter 22 pipelines 25 served in the separator 26 heavy water. Here, a mixture of solid particles and heavy water crystals is heated, the heavy water passes into the liquid phase. The liquid phase is separated from the solid by centrifugal separation and ultrafiltration (not shown). The solid phase is dried and returned via line 27 (illustrated tentatively) to the device 6 for preparing a light water suspension.

При точном поддержании давления в теплообменнике 14, за счет наличия теплоизоляции 32, показанной условно, температура воды в теплообменнике 14, емкости 19 осветления воды коагуляцией, ультрафильтре 22, в насосах 18 и 21 и трубопроводах 17 и 25 поддерживается равной 0.1-0.2°С, что позволяет вымораживать примесь тяжелой воды на центрах кристаллизации и отделять твердую фазу с кристаллами льда тяжелой воды от жидкой легкой воды.With accurate pressure maintenance in the heat exchanger 14, due to the presence of thermal insulation 32, shown conditionally, the temperature of the water in the heat exchanger 14, tank 19 for clarification of water by coagulation, ultrafilter 22, in pumps 18 and 21 and pipelines 17 and 25 is maintained equal to 0.1-0.2 ° C, which allows you to freeze out the admixture of heavy water at the crystallization centers and separate the solid phase with ice crystals of heavy water from liquid light water.

Пример 1. Известно (М.П. Вукалович, И.И. Новиков. Техническая термодинамика, М. 1968, стр. 484), что в пароэжекторных холодильных машинах, работающих на водяном паре, без затруднений достигается температура 0°С. При этом давление пара составляет примерно 0.0062 бар. В предложенной установке обрабатываемая вода является рабочим телом такой пароэжекторной холодильной машины. Примем, что температура воды за теплообменником 2 равна 10°С, а в теплообменнике 7 равна 3°С. Тогда энтальпия воды на входе в теплообменник 7 равна 41.99 кДж/кг (С.Л. Ривкин, А.А. Александров. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М. Энергия, 1980), а энтальпия насыщенной воды в теплообменнике 7 равна 12.6 кДж/кг, при этом теплота испарения равна 2493.9 кДж/кг. Отсюда при вскипании воды в теплообменнике 7 образуется (41.99-12.6)72493.9=0.01178 кг пара на каждый кг поданной воды. Соответственно, 0.9882 кг воды поступает в теплообменник 14. При температуре 1°С в теплообменнике 14 энтальпия воды на линии насыщения равна 4.17 кДж/кг, а теплота испарения 2498.6 кДж/кг. Отсюда при вскипании воды в теплообменнике 14 образуется (12.6-4.17)/2498.6=0.003374 кг пара. Если бы в теплообменнике 14 поддерживались параметры, соответствующие тройной точке воды (t=0.01°С, р=611.657 Па), то при вскипании образовывалось (12.6-0.000614)/2501=0.00504 кг пара. Таким образом, эжектором 9 откачивается 0.01178 кг пара на каждый кг поданной воды, а эжектором 16 откачивается 0.003334 - 0.00504 кг пара.Example 1. It is known (MP Vukalovich, II Novikov. Technical thermodynamics, M. 1968, p. 484) that in steam jet refrigeration machines operating on water vapor, a temperature of 0°C is easily reached. The steam pressure is approximately 0.0062 bar. In the proposed installation, treated water is the working fluid of such a steam jet refrigeration machine. Let us assume that the temperature of the water behind the heat exchanger 2 is 10°C, and in the heat exchanger 7 it is 3°C. Then the enthalpy of water at the inlet to heat exchanger 7 is 41.99 kJ/kg (S.L. Rivkin, A.A. Alexandrov. Thermophysical properties of water and water vapor. M. Energia, 1980), and the enthalpy of saturated water in heat exchanger 7 is 12.6 kJ/kg, while the heat of evaporation is 2493.9 kJ/kg. Hence, when water boils in heat exchanger 7, (41.99-12.6)72493.9=0.01178 kg of steam is formed for each kg of supplied water. Accordingly, 0.9882 kg of water enters heat exchanger 14. At a temperature of 1°C in heat exchanger 14, the enthalpy of water at the saturation line is 4.17 kJ/kg, and the heat of vaporization is 2498.6 kJ/kg. Hence, when water boils in heat exchanger 14, (12.6-4.17)/2498.6=0.003374 kg of steam is formed. If the parameters corresponding to the triple point of water (t=0.01°C, p=611.657 Pa) were maintained in the heat exchanger 14, then (12.6-0.000614)/2501=0.00504 kg of steam would be formed during boiling. Thus, ejector 9 pumps out 0.01178 kg of steam for each kg of supplied water, and ejector 16 pumps out 0.003334 - 0.00504 kg of steam.

Claims (2)

1. Установка разделения легкой и тяжелой воды, состоящая из регенеративного теплообменника предварительного охлаждения воды, охладителя и вымораживателя тяжелой воды, отличающаяся тем, что она дополнительно имеет устройство подготовки кристаллизационной затравки в виде суспензии твердых микро- и наночастиц, соединенное трубопроводом готовой суспензии со смесителем на выходном трубопроводе регенеративного теплообменника предварительного охлаждения воды, который подключен к первому теплообменнику мгновенного вскипания, являющемуся охладителем воды, выходной трубопровод по пару которого соединен трубопроводом с водяным эжектором, выход которого подключен трубопроводом к входному трубопроводу регенеративного теплообменника, а вход его по воде трубопроводом, на котором установлен нагнетательный насос, подключен к выходному трубопроводу регенеративного теплообменника, выходной трубопровод первого теплообменника мгновенного вскипания по воде трубопроводом соединен со вторым теплообменником мгновенного вскипания, являющимся вымораживателем тяжелой воды, выходной трубопровод по пару которого соединен трубопроводом с водяным эжектором, вход которого по воде трубопроводом, на котором установлен нагнетательный насос, подключен к трубопроводу очищенной воды; выход второго теплообменника по воде трубопроводом, на котором установлен откачивающий насос, соединен с емкостью осветления воды коагуляцией, которая по очищенной воде трубопроводом, на котором установлен насос, подключена к ультрафильтру суспензии, выход ультрафильтра по воде подключен трубопроводом очищенной воды к входу по охлаждающей среде регенеративного теплообменника предварительного охлаждения воды, при этом выходы по твердой фазе емкости осветления воды коагуляцией и ультрафильтра трубопроводами подключены к отделителю тяжелой воды, выход которого по твердой фазе подключен трубопроводом к устройству подготовки суспензии, а выход по воде подключен трубопроводом к накопительной емкости тяжелой воды.1. Installation for the separation of light and heavy water, consisting of a regenerative heat exchanger for pre-cooling water, a cooler and a heavy water freezer, characterized in that it additionally has a device for preparing a crystallization seed in the form of a suspension of solid micro- and nanoparticles, connected by a finished suspension pipeline to a mixer on the outlet pipeline of the regenerative water pre-cooling heat exchanger, which is connected to the first flash heat exchanger, which is a water cooler, the outlet pipeline through the steam of which it is connected by a pipeline to a water ejector, the outlet of which is connected by a pipeline to the inlet pipeline of the regenerative heat exchanger, and its inlet through the water by a pipeline on which the pressure pump is installed, is connected to the outlet pipeline of the regenerative heat exchanger, the outlet pipeline of the first instantaneous boiling heat exchanger in water is connected by a pipeline to the second flashing heat exchanger, which is a heavy water freezer, the outlet pipeline through which steam is connected by a pipeline to a water ejector, the inlet of which is connected through the water by a pipeline , on which the pressure pump is installed, is connected to the purified water pipeline; the water outlet of the second heat exchanger is connected by a pipeline, on which the pumping pump is installed, to the coagulation water clarification tank, which is connected to the suspension ultrafilter through the purified water through the pipeline on which the pump is installed, the ultrafilter water outlet is connected by the purified water pipeline to the coolant inlet of the regenerative water pre-cooling heat exchanger, while the solid phase outlets of the coagulation water clarification tank and the ultrafilter are connected by pipelines to the heavy water separator, the outlet of which is solid th phase is connected by pipeline to the suspension preparation device, and the water outlet is connected by pipeline to the heavy water storage tank. 2. Установка разделения легкой и тяжелой воды по п. 1, отличающаяся тем, что второй теплообменник мгновенного вскипания, являющийся вымораживателем тяжелой воды, емкость осветления воды коагуляцией, ультрафильтр суспензии и соединяющие их трубопроводы с насосами имеют теплоизоляцию, обеспечивающую поддержание температуры протекающих в них процессов равной 0,1-0,2°С.2. Installation for the separation of light and heavy water according to claim 1, characterized in that the second flash heat exchanger, which is a heavy water freezer, a water clarification tank by coagulation, a suspension ultrafilter and pipelines connecting them with pumps, have thermal insulation that ensures that the temperature of the processes occurring in them is maintained at 0.1-0.2 ° C.
RU2021132337A 2021-11-08 Light and heavy water separator RU2800347C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021132337A RU2021132337A (en) 2023-05-10
RU2800347C2 true RU2800347C2 (en) 2023-07-20

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6156210A (en) * 1997-03-14 2000-12-05 Sadkhin; Grigory Method for treating water
RU2278717C2 (en) * 2000-08-10 2006-06-27 КРАЙТЕК Лтд. Method and device for continuous crystallization of liquid by freezing
RU2711357C1 (en) * 2019-06-27 2020-01-16 Общество с ограниченной ответственностью "МАКСИМУМ" System of water purification by recrystallisation and heat exchange device for system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6156210A (en) * 1997-03-14 2000-12-05 Sadkhin; Grigory Method for treating water
RU2278717C2 (en) * 2000-08-10 2006-06-27 КРАЙТЕК Лтд. Method and device for continuous crystallization of liquid by freezing
RU2711357C1 (en) * 2019-06-27 2020-01-16 Общество с ограниченной ответственностью "МАКСИМУМ" System of water purification by recrystallisation and heat exchange device for system

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
И. Киршенбаум "Тяжелая вода. Физические свойства и методы анализа", издательство "Иностранная литература", Москва, 1953 г., с. 382-388, 399-409. *
МОСИН О.В. "Очистка воды от тяжелых изотопов дейтерия, трития и кислорода", СОК N9, 2012. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kalista et al. Current development and future prospect review of freeze desalination
CN103449548B (en) Marine heat pipe type seawater desalination device
CN102583848A (en) Seawater freezing and desalting system based on liquefied natural gas cold energy and desalting method thereof
CN109942137B (en) Combined supply system for seawater desalination by ammonia absorption refrigeration coupling membrane distillation driven by marine waste heat
CN105884107B (en) A kind of freezing method water treatment facilities and its operation method
CN106219647A (en) A kind of efficient sea water desalting equipment
CN103613155B (en) Heat pipe-type low temperature two sea water desalting equipment
JP2007309295A (en) Desalination power generation plant
CN103663589B (en) Seawater desalinization method and seawater desalinization device
US3404536A (en) In situ flash freezing and washing of concentrated solutions
CN102173526A (en) Method for using brine generated after seawater desalination as circulating cooling water for cooling tower of power plant
CN101792193B (en) Device and method for desalting seawater by using cold energy of liquefied natural gas
CN205773859U (en) A kind of freezing method water treatment facilities
Macias-Bu et al. Technical and environmental opportunities for freeze desalination
WO2015004650A1 (en) A method and installation for production of crystal salt and fresh water from sea water and other saliferous solution
RU2800347C2 (en) Light and heavy water separator
Najim et al. Experimental study on progressive freeze-concentration based desalination employing a rectangular channel crystallizer
RU2315002C2 (en) Thermoelectric apparatus used for continuous production of the sweet water by the method of the sea water freezing-out
Sahith et al. Technologies in desalination
CN203754456U (en) Nitrogen circulation type low-temperature evaporation concentration device
CN203183922U (en) Membrane component and high-efficiency energy-saving sea water desalination device with same
RU2777112C1 (en) Light and heavy water separation method and water separation device
CN107585939A (en) A kind of ship sea water desalinating unit and its application process
CN103435117A (en) Heat pump type atmospheric pressure vapor compression distillation sea water desalination and water and salt combined production device
CN204643890U (en) A kind of vacuum flashing formula seawater desalination system utilizing phase-change microcapsule