SE448085B - Anordning for avsaltning av saltvatten med membrandestillation - Google Patents

Description

Nedan beskrives uopfinningen närmare i i44a 0s5.jfisao 1 Öet_kan bara ske genom att öka flödena genom avsaltningsenheten av det upp- K värmde saltvattnet respektive kvlvattnet; Detta medför att stora mängder saltvatten måste uppvärmas. Vidare mäste-stora kylvattenmängder pumoas genom destillationsenheten.

För att en*dy1ik proeass skalv fungera tiiifredscäiiande måste ti11för:_va::en förbehandlas genom filtrering och kemikaliebehandling. Att utnyttja stora mäng- der vatten medför således dels en kostnadskrävande upovärmning dels en kostnads- káävandesförbehandlrng. '_ Föreliggande uppfinning löser detta problem_så att endast mindre mängder till-rr fört kallt saltvatten behöver uppvärmasïoch-mindre mängder kallt saitvatten,' _ behöver tillföras för kylning samtidigt som en betydande del av den från det varma saltvattnet till det kallare saltvattnet överförda energin'tillvaratagesÄ ïGenom.uppfinningen erhålles även en synnerligen lätt reglering av processen, Föreliggande.uphfinning-hänför sig således till en anordning för avsaltning av saltvatten, innefattande en destillationsenhet vilken innefattar dels ett poröst .hydrofobt membran genom vilket ånga kan passera men vilket förhindrar passage av ,vatten,;dels en kondensationsyta anordnad på avstånd från membranet, vilken de- 'stillationsanordning vjdare innefattar en första enhet för att uppvärma och le- 'kda det vatten som skall destilleras på en sida om membranet och en andra enhet anordnad att.leda vatten -som är kallare än nämnda vatten, på den från membra- net vända sidan av kondensationsytan där mellan nämnda membran och kondensations- I yta destillerat vatten uppsamlas och_avtappas, och utmärkes av att nämnda första enhet innefattar en sluten rörslinga seriekopplad med.destillationsenhetens var- «ma sida att nämnda andra enhet innefattar en sluten rörslïnga seriekopplad med ' destillationsenhetens kalla sida att en avtappningsventil förefínns för avtapp- ning av vatten från den första enhetens rörslinga, av att dels en påfyllnings- ventil för påfvllning av vatten, dels en rörlednino för avtaponíng av vatten -från den andra enhetens rörslinga förefinns och av att den första och den and- ra enhetens rörslingor är förbundna med varandra medelst en förbindelseledning, samt av att en värmeväxlare eller motsvarande förefinns ansluten till den förs- _ ta enhetens rörslinga för tillförsel av energi till det i den första enhetens rörslinga förefintliga vattnet; anslutning till ett på.bifogade'riInfng" fvisat utföringsexempel av uppfinningen där figur I schematiskt visar ett flö- desschema över en anordning enligt uppfinningen; zu 'UF ft- w' agilt 448 nas I figur l visas schematiskt ett tvärsnitt av en destillationsenhet l, vilken inmeåttar ovannämnda kassett, innefattande ett poröst hydrofobt 'V membran 2 genom vilket ånga kan passera men vilket förhhíddah“ passage av vätska och_en_kondensationsyta som utgöres av en plastfilm 3 anord- nad på avstånd från membranet. Mellan membranet 2 och plastfilmen 3 före- 'finns.en luftspalt Q vilken är försedd med en kanal eller liknande föri' förbindelse med atmosfären, ““,såsom pilen 5 visar; I luftspaitens Å ned- _ re ände förefinns en kanal 6 eller liknande för avledande av i luftspal- ten kondenserat färskvatten, såsom pilen 2 visar. Membranet 2 och plast- filmen 3 kan vara upphänuda_i vilken som helst lämplig ' .konstruktion.

I På ena sidan av enheten l förefinns en första kammare 10 för att leda den vätska som skall destilleras, såsom pilen 8 utvisar, så att vätskan täck- -er membranets från luftspalten vända sida.

På den andra sidan av enheten l förefinns en andra kammare l0'för att le- da en vätska, som är kallare än den vätska som skall destilleras, såsom pilen 9 utvisar; så att den kallare vätskan täcker plastfilmens från luft- i spalten; vända sida. _ Enligt.uppfinningen innefattar nämnda första enhet en sluten första rör-g - slinga ll,i2,l3 seriekonplad med destillationsenhetens första kammare~l0; Även den andra enheten innefattar en sluten, andra, rörslinga lÄ,l5,l6 seriekoppiad med destillationsenhetens andra kammare 101 Vidare förefinns avtaponingsventil lf för avtappning av vatten från den -första enhetens rörslïnga il,l2,l3 1 den av pilarna 19 utvisade riktning- fien. En rörledníng l8 löper från den slutna rörslingan ll,12,l3 ut till 7 ett avlopp via avtappningsventiien 17; En påfyllnínasventíl Zu för påfvllning av vatten till den andra enhetens rörslinga_lü,l5,l6 förefinns placerad på en rörledning 21 avsedd för till- försel av havsvatten med normal havsvattentemperatur; i den av pilen 22 visade riktninaen. vilken rörledning 21 är ansluten till den andra enhet- ens rörslinga lÄ,l5,i6.

Från den andra enhetens rörslinga lÄ.l5.l6 löper även en rörledning 23 för favtappning-av vatten från den andra enhetens rörslinga i den av pilen ZÄ angivna riktningen.

Vidare är de två enheternas'rörslingon förbundna med varandra på ett stäl- ile, nämligen med en förbindeseledning 25. Genom denna förblndelseledning 25 överföres vid drift íntermíttent eller kontinuerligt vatten från den 448 085% andra enheten till den första enheten; såsom den streckade pilen 26 ut- visar. Pilarna 8,27 visar flödesriktnínoen i den första rörslingan 11,12, 13 och pilarna 9,28 visar flödesriktninoen i den andra rörslingan 14,15, 16. i En pump 29, 30 finns i respektive rörslinga för att framdriva vattnet._ Vidare finns en pump 31 för att pumpa havsvatten in i den andra rörslinqan via röret 21.

Producerat destillerat vatten avledes genom ett rör 32 till ett uppsamlings- kärl 33 eller en förbrukare.

I varie destillationsanordning förefinns normalt ett mycket stort antal destillationsenheter l parallellkopplade _ _ K med varandra) även om endast en enhet för tydlighets skull visas i figur l.

Uppsamlinuskärlet 33_har givetvis en mycket större volym än vad som framgår av figur iii förhållande till destillationsenheten l.

I figur l anger siffran 3Å havsytan, även om anordningen givetvis kan pla- ceras på annat ställe än i omedelbar anslutning till havet.

Enligt uppfinningen är nämnda avtappningsventil 17 styrd medelst ett styr- organ 35, via elektriska ledare 36. Ventilen 17 är lämpligen en magnet- ventil d.v.s en ventil styrd av ett elektromadnetiskt organ 37. Styrorgan- et 35 är anordnat att styra ventilen l7 i beroende av en sional från en givare 38 i form av en salinitetsmätare av i och för sig känt slag. Sig- nalen vidarebefordras i en elektrisk ledare 57. Denna signal utgör ärvärde.

Styrorqanet 35 innefattar en inställningsanordnino 39, exempelvis 1 form av en potentiometer¿ för inställning av ett börvärde, eller ett börvärdes- intervall.

När vattnet i den första rörslingan ll;l2,l3 destilleras transporteras ånga denom membranet 2,_varför salthalten i rörslingan stiger. Härvid er- håller styrorganet 35 en_siqnal från salinitetsmätaren 38 indikerande en' förhöid'salthalt, Styrorganet 35 är härvid anordnat att styra avtappnings- ventilen 17 att öppna förbindelsen mellan den första rörslingan och den fria atmosfären; i fiqur 1 illustrerat med havsytan 3#. Påfyllning av nytt vatten sker från den andra rörslingan lh,l5,l6 via nämnda förhindelseled- ning 25 synkront med att vatten avtappas genom rörledningen 18. Eftersom salthalten hos vattnet i den andra rörslingan är lägre än den förhöjda salthalten i den första rörslingan siunker vid nämnda påfvllnino salt- halten i den första rörslingan. När salthalten sjunkit till en förut- 11)' 'irl- »z f. 5 448 085 bestämd medelst inställningsorganet inställd nivå är styrorganet 35 anord- gnat att styra avtappninqsventilen l7 att stänga.

Den första rörslingan påfylles således endast med vatten från den andra f rörslingan via den enda förbindelseledningen 25 rörslingorna emellan.

Nytt vatten tillföres anordningen som helhet endast via den ovan nämnda päfvllnlnasventiien 20. d.v.s. till den andra rörslingan lß,l5,l6.

V Även påfyllningsventilen 20 är en ventil som är styrd av ett elektromag- netiskt organ ÅO, d.v.s. en magnetventil. Påfyllningsventilen 20 är styrd * medelst ett stvrorgan 35, vilket företrädesvis är detsamma som styr avtapp- ningsventilen l7, men vilket kan vara ett separat styrorgan. Étyrorganet styr påfylininqsventilen via elektriska ledare 56. lStyrorganet 35 är anordnat att styra påfyllning-av vatten till den andra_ rörslingan lh,l5,l6 i beroende av en signal via elektriska ledare Ål frånlr en temperaturglvare H2 på så sätt att en förutbestämd.temneratur vidmakt- hålles i den andra enhetens rörslinga.

Denna signal utgör ärvärde. Styrorganet 35 innefattar en inställnlngsanord- _ ning H3, exempelvis i form av en potentiometer, för inställning av ett. börvärde eller ett börvärdesintervall.

För att en effektiv destillation skall erhållas måste det föreligqa en ' temperaturskílinad mellan de båda enheternas resp. rörslingor. Genom att via påfyllningsventilen 20 påfvlla vatten intermittent eller kontinu- erligt samtidigt som den påfyilda mängden väsentligen understiger flödet l rörslingan i#,l5,l6 uppnås att en tillräckligt låg temperatur vidmakt- hålies i den andra enheten utan att därför stora vattenmängder behöver till- föras den andra enheten kontinuerligt. Härigenom behöver sâledes en * 1 mindre mängd vatten filtreras och kemíkaliebehandlas än vad som skulle vara fallet om den mängd vatten som påfylldes den andra enheten skulle vara lika med flödet i den andra enheten. l figur l visas en filterinos- och .kemikalïebehandlíngssteg #4 endast schematiskt.

Eftersom en förutbestämd lägre temperatur skall upprätthållas i den and- ra enheten fordras dock, om en särskild kylanordning saknas i den andra enhetens rörslinga, att den via påfyllningsventílen påfyllda mängden vat- ten Överstiger den mängd som via förbindelseledningen 25 överföres till _ den första rörslingan- Av detta skäl finns nämnda rörledning 23 för av- tappning av vatten från den andra rörsllngan. -448 'G85 Enligt en föredragen utföringsform löper nämnda rörledning 23 via ett *kärl ÅS försett med ett breddavlopp H6, från vilket breddavlopp en rör- ledning #7 löper ut i havet 3Ä{ I Kärlets 45 volym är enligt en utföringsform tillräcklig för att ersätta den volym som vid ett och samma tillfälle avtappas från den första enhet- en via avtappninqsventilen l7. Härigenom behöver inte en avtappning av vatten från den första enheten vara.synkroníserad med en motsvarande på- fyllning av vatten till den andra enheten via påfvllningsventilen 20.

Enligt en utföringsform är kärlet 45 försett med en nivågivare #8, vil- ken via ledare Ä9 avger en Första elektrisk signal till styrorganet 35 när vattennivån i kärlet sjunkit till en förutbestämd nivå. När så sker. är styrorganet 15 anordnat att öppna påfyllningsventilen 20 och hålla den öppen till dess att enandra signal till styrorganet. 35 avges från nivågivaren H8- ,vilken andra signal avges när nivån återställts till en förutbestämd nivå.

Enligt en annan föredragen alternativ utföringsform är dock nämnda styr- organ 35 anordnat att öppna påfyllningsventilen 20 samtidigt med att nämn- da avtappningsventil l7 öppnas så att vatten synkront påfylles den andra .enheten när vatten överföres via förbindelseledningen 25 till den första enheten.

Fö? att erhålla erforderlig temperatur på vattnet i den första enheten strömmar detta via en värmeväxlare till vilken en energikälla 51 är an- sluten.

Energikällan Sl kan vara av vilket-som helst lämpligt slag men kan före- trädesvis utgöras av en spillvärmekälla. Exempelvis kan värmekällan utgör- as av en dieselmotors kylvattensystem, där dieselmotorn används för att §“produoera elenergiför att driva nämnda pumpar och styrorgan. I varmare län- \\der kan även solpaneler utnyttjas antingen separat eller i kombination med en spillvärmekälla. Förutsatt att tillgången på elenergi är god kan el- energi utnyttias som energikälla 51.

En membrandestillationsprocess enligt ovan nämnda svenska patent har vi- sat sig ha den egenskapen att flödet genom membranet Z ökar starkt pro- gressivt med en ökad temperatur hos det vatten som skall destilleras. D Kvlvattnet i den andra enheten fiüntsätts då hållas vid en i huvudsak kon- stant nivå.

Detta medför applicerat på föreliggande uppfinning att processen blir självreglerande på så sätt att processen själv finner sin arbetspunkt, .Éfiß ~4 Yes vi 448 oss på grund av att i den första enheten destilleras den mängd vatten som mot- svarar tillförd energimängd, varvid även en motsvarande mängd förvärmt vatten tillföres den första enhetens rörslinga från den andra enhetens rör- siinga via förbindelseledningen. Även tiilförseln av vatten till den andra enhetens rörslinga för_bibehållande av den förutbestämda temperaturen i denna beror direkt av mängden destillerat vatten.

Som exempel kan nämnas att när vattnet_i den första enheten har en temperatur av 80°C och vattnet i den andra enheten tillåtes ha en temperatur av 60°C kan flödena 1 processen förhålla sig på följande sätt: Mängd destillerat vatten via rörledningen 32: Mängd avtappat vatten från den andra enheten via rörledningen 23: Mängd avtappat vatten från den första enheten via rörledningen 18 = 1=lÛ§2 De energiförluster som uppkommer i en process av detta slag beror främst på värmetransport genom membranet 2. Genom att en särskild kylslinga, näm- ligen den andra rörslingan,.förefinns omhändertages en betydande del av ,energiförlusterna genom att dess vatten uppvärms. Eftersom detta vatten överföres till den första rörslingan tillföres således den första enheten^ förvärmt vatten.

Såsom är tydligt av det ovan sagda löser föreliggande uppfinning de inled- ,ningsvis omnämnda problemen avseende stora mängder vatten som skall filt- reras, kemikaliebehandlas, och uppvärmas. Vidare tillvaratages en betydande del av genom membranet transporterad energi. Dessutom finner anordningen själv sin arbetspunkt i beroende av tillförd energi.

I För att ytterligare höja anordningens_effektivitet och minska behovet av ~ den mängd vatten som måste_tillföras; förefinns enligt en föredragen ut- föringsform en uppvärmningsanordning innefattande en värmepump 52 av i och för sig känt slag, Värmepumpem 52 evaporator 53 är ansluten till den andra rörslingan via en värmeväxlare och dess kondensor Sh är ansluten till den;första rörslingan via en värmeväxlare. Genom värmepumpen över- föres således energi från den andra enheten tili.den första enheten såsom pilen 55 antyder.

* Enligt en modifierad utföringsform innefattar värmepumpen en andra evaporator 56 ansluten via en värmeväxlare till rörledningen 6 genom vilken destillat avledes ur anordningen. Härigenom tillvaratages en del av destillatets I värmeinnehåll. 448.035 j¿ Genom utnyttjande_av en värmepump på ovan angivet sätt tillvaratages i huvud- sak all förlustenergi från destillationsprocessen. l figur l betecknar siffrQrna,58,59,6O envägsventiler som endast tillåter a strömning av vatten I riktning från den ofyllda sidan mot den fyllda sidan av ventïlen.' Ovan har uppfinningen beskrivits.i samband med ett utföringsexempel. Emeller- tid kan det i utföringsexemplet visade utförandet varieras. Sålunda kan in- gående komponenter utbytas.mot andra komponenter med ekvivalent funktion, »och rörsystemets i figur 1 schematiskt angivna.kopplingsschema kan varieras utan att frångå uppfinningstanken, nämligen att anordna en första enhet i vilken det varma vattnet strömmar i en slinga, att anordna en andra enhet i vilken det kallare-mattnettströmmar isen slinga och att förena dessa* slingor så att påfyllning till den första enheten sker medelst vatten från den andra enheten.

Föreliggande uppfinning skall således inte anses begränsad till det ovan angivna utföringsexemplet utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav »angivna ram. fi:- lv

Claims (5)

1. .is ag. IQ' 9 A 448 oss Patentkrav l. Anordning för avsaltning av saltvatten, ê}nnèfattan¿e en de- stillatíonsenhet vilken innefattar dels ett poröst hydrofobt membran ge- nom vilket ånga kan passera men vilket förhindrar passage av vatten, dels_ en kondensationsvta anordnad på avstånd.från membranet, vilken destilla- tionsanordning vidare innefattar en första enhet för att uppvärma och_1eàa Heta vatten som skall destilleras på en-sida omimembranet och en andra enhet anordnad att leda .Va;¿ea',} som är kallare än nämnda vatten, på den från membranet vända sidan av kondensatlonsytan där mellan nämnda membran och kondensationsyta destlllerat vatten uppsamlas och avtappas, k ä n n e t e c k n a d av, att nämnda första enhet innefattar en sluten rörslinqa (ll,l2,l3) seriekopplad med destillationsenhetens (1) varma sida (l0) att nämnda andra enhet innefattar en sluten rörslinga (ië,l5,i6) _seriekoDplad med destillationsenhetens (1) kalla sida(lÛÜfatt en avtabp- ninqsventíl (l7) förefinns för avtappning av vatten från den första en- ~hetens rörslinga (ll,l2,l3), av att dels en påfyllningsventil (20) för påfyllning av vatten, dels en rörledning (23) för avtaponing av vatten från den andra enhetens rörslinga (lÄ,l5;l6) förefinns och av att den första och den andra enhetens rörsllngor är förbundna med varandra medelst en förblndelselednlng(25)§Samt av att en värmeväxlare(50)eller motsvarande förefinns amluten flll iæn första enhetens rörslinga(11,1Z,13)för üllñrsd av energi till det i den första enhetens rörslinga förefintliqa vattnetï

2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av, att nämnda av- tappningsventil (l7) är styrd medelst ett styrorgan (35) anordnat att styra avtappning av vatten i beroende av en signal från en salinitetsmätare (38) i den första enhetens rörslinga lll,l2,l3) på så sätt att en förut- _ bestämd salthalt vidmakthålls I den första enhetens rörslinaa (ll,l2,l3),

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av, att påfvll- ningsventilen (ZÛ) är styrd medelst ett styrorgan (35) anordnat att sty- ra påfyllning i beroende av en signal från en temperaturgívare G52) på så sätt att en förutbestämd temperatur vidmakthålles i den andra enhetens rörslinqa (l4,l5,l6). ' Ä.

4. Anordning enliot krav 2 och 3, k ä n n e t e c k n a d av, att nämn- da styrorgan (35) är anordnat att öppna nämnda påfyllningsventil (20) samtidigt med att nämnda avtappnlngsventil (l7) öppnas.

5. Anordning enligt krav l,2,3 eller Å, k ä n n e t e c k n a d av, att den andra enhetens nämnda rörledning (23) löper via ett kärl (#5) försett med ett breddavlopp (A6).