UA53239C2 - Method for desalination and concentration of aqueous solutions by multi-stage freezing-out and multi-stage desalter- concentrator for realizing the same - Google Patents
Method for desalination and concentration of aqueous solutions by multi-stage freezing-out and multi-stage desalter- concentrator for realizing the same Download PDFInfo
- Publication number
- UA53239C2 UA53239C2 UA2002042927A UA2002042927A UA53239C2 UA 53239 C2 UA53239 C2 UA 53239C2 UA 2002042927 A UA2002042927 A UA 2002042927A UA 2002042927 A UA2002042927 A UA 2002042927A UA 53239 C2 UA53239 C2 UA 53239C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- ice
- stage
- concentration
- solution
- concentrate
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 72
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 60
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 52
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000012267 brine Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 27
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims abstract 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 198
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 49
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 44
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 38
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N Heavy water Chemical compound [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 claims description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 14
- 239000006163 transport media Substances 0.000 claims description 13
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 11
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 10
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 claims description 9
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 claims description 9
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 5
- CYRMSUTZVYGINF-UHFFFAOYSA-N trichlorofluoromethane Chemical compound FC(Cl)(Cl)Cl CYRMSUTZVYGINF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims description 5
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims description 5
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 4
- 238000010309 melting process Methods 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 3
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 abstract description 16
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 14
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 abstract description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 2
- 235000012206 bottled water Nutrition 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 abstract 1
- 235000008504 concentrate Nutrition 0.000 description 51
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 20
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 16
- 239000000047 product Substances 0.000 description 14
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 11
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 235000015203 fruit juice Nutrition 0.000 description 7
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 6
- JGQFVRIQXUFPAH-UHFFFAOYSA-N α-citronellol Chemical compound OCCC(C)CCCC(C)=C JGQFVRIQXUFPAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 5
- 235000019674 grape juice Nutrition 0.000 description 5
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 235000015197 apple juice Nutrition 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 235000021579 juice concentrates Nutrition 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 3
- 241000219095 Vitis Species 0.000 description 2
- 235000009754 Vitis X bourquina Nutrition 0.000 description 2
- 235000012333 Vitis X labruscana Nutrition 0.000 description 2
- 235000014787 Vitis vinifera Nutrition 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000000249 desinfective effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 235000012055 fruits and vegetables Nutrition 0.000 description 2
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 244000301682 Heliotropium curassavicum Species 0.000 description 1
- 235000015854 Heliotropium curassavicum Nutrition 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008121 dextrose Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000000796 flavoring agent Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 235000013355 food flavoring agent Nutrition 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 235000019990 fruit wine Nutrition 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N hydrazine Substances NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000007721 medicinal effect Effects 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 235000015205 orange juice Nutrition 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002304 perfume Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical compound C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002760 rocket fuel Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000006188 syrup Substances 0.000 description 1
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 description 1
- 150000003892 tartrate salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000052 vinegar Substances 0.000 description 1
- 235000021419 vinegar Nutrition 0.000 description 1
- 238000011514 vinification Methods 0.000 description 1
- 235000013522 vodka Nutrition 0.000 description 1
- 235000014101 wine Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
Landscapes
- Non-Alcoholic Beverages (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
Description
Винахід відноситься до виморажуючого способу опріснення солених вод і очистки будь-яких забруднених водних розчинів - для отримання очищеної талої полегшеної питної води, а також концентрирування водних розчинів, наприклад харчових рідин - фруктових соків, цукрових розчинів, розсолів, технологічних розчинів хімічної, харчової, фармацевтичної промисловості з метою отримання концентратів будь-якого ступеня концентрації вплоть до євтектичної, при якої можуть бути отримані і кристали другої твердої фази - солей, цукру та інш. Виморажуючий метод опріснення і концентрирування водних розчинів складається із 3-х принципиво необхідних операцій: 1. виморажування льоду із соленого, харчового або любого іншого водного розчину; 2. сепарації кристалів льоду від концентрату і промивка цього льоду від покриваючих кристаліки льоду концентратної плівки; 3. плавлення льоду.The invention relates to a freezing method of desalination of salt water and purification of any contaminated aqueous solutions - for obtaining purified melt lightened drinking water, as well as concentrating aqueous solutions, for example food liquids - fruit juices, sugar solutions, brines, technological solutions of chemical, food, pharmaceutical industry in order to obtain concentrates of any degree of concentration up to eutectic, at which crystals of the second solid phase - salts, sugar, etc. can be obtained. The freezing method of desalination and concentration of aqueous solutions consists of 3 fundamentally necessary operations: 1. freezing of ice from salty, food or any other aqueous solution; 2. separation of ice crystals from the concentrate and washing of this ice from the ice crystals covering the concentrate film; 3. ice melting.
В результаті здійснення вказаних процесів одержується 2 продукта - чиста тала вода питного стандарту і концентрат, концентрація котрого залежить від степеня обезвожування вихідного водного розчину. В залежності від виду кінцевого продукту одна і та ж установка називається опріснювачем або концентратором.As a result of the specified processes, 2 products are obtained - pure melt water of drinking standard and concentrate, the concentration of which depends on the degree of dehydration of the original aqueous solution. Depending on the type of final product, the same installation is called a desalination plant or a concentrator.
Запропоновано багато способів, схем і конструкцій виморажуючих опреснювачів-концентраторов (ВОК).Many methods, schemes and designs of freezing desalination concentrators (VOK) have been proposed.
Виморажування льоду із водного розчину (плавлення льду) здійснюють: 1. неконтактно, тобто теплоту льодоутворення (плавлення) відводять (підводять) через теплопередаючу поверхню; 2. контактно, тобто в виморажуючем розчині (на льоду) кипить (конденсується) рідкий хладоагент (пар хладоагенту).Freezing of ice from an aqueous solution (melting of ice) is carried out: 1. non-contact, that is, the heat of ice formation (melting) is removed (fed) through a heat-transfer surface; 2. contact, i.e. liquid refrigerant (refrigerant vapor) boils (condenses) in the antifreeze solution (on ice).
Сепарацію і промивку льоду від концентрату здійснюють в гидроциклонах, центріфугах, сепараційно- промивочних колонах.Separation and washing of ice from the concentrate is carried out in hydrocyclones, centrifuges, separation and washing columns.
Найбільш повно рівень техники концентрування харчових рідин (фруктових соків) описан у книзі - Л. Пап.The most complete level of the technique of concentrating food liquids (fruit juices) is described in the book - L. Pap.
Концентрирование вьімораживанием, Москва, Изд-во «Легкая и пищевая промьішленность», 1982г. На с.50-52 цієї книги описан багатоступеневий спосіб, застосовуємий у Німеччині, для різних харчових рідин. Суспензія кристалів льоду і концентрату у кожній із 3-х ступенів утворюється у 2 зтапи. Зародиші кристалів льоду утворюються в попередньому кристалізаторі, що охолоджується до температури мінус 10"С, і обладнаний скребковим ножом. Потім ця суспензія подається у другий кристалізатор, що охолоджується до температури - --50"С, де утворюються великі кристали льоду. Для сепарації суспензії і промивки льоду пристосовується центріфуга бесперервної дії. Для запобігання окислення соку пристосовується інертний газ.Concentration by freezing, Moscow, Light and Food Industry Publishing House, 1982. Pages 50-52 of this book describe a multi-step method used in Germany for various food liquids. A suspension of ice crystals and concentrate in each of the 3 stages is formed in 2 melts. The nuclei of ice crystals are formed in the previous crystallizer, which is cooled to a temperature of minus 10"C, and is equipped with a scraper knife. Then this suspension is fed into the second crystallizer, which is cooled to a temperature of ---50"C, where large ice crystals are formed. A continuous centrifuge is used to separate the suspension and wash the ice. Inert gas is used to prevent juice oxidation.
Після другого кристалізатору суспензія поділяється в центріфугі. Відділений концентрат подається в другий ступінь (обладнання її аналогічно обладнанню 1-ого ступіня аналогічні і процеси, відміна - збільшується концентрація концентрату), а потім в таку ж третю ступінь, після котроупконцентрат відводиться як продукт.After the second crystallizer, the suspension is separated in a centrifuge. The separated concentrate is fed to the second stage (its equipment is similar to the equipment of the 1st stage and the processes are similar, withdrawal - the concentration of the concentrate increases), and then to the same third stage, after which the concentrate is removed as a product.
Лід після усіх 3-х ступеней змішується і плавиться у плавильнику.The ice after all 3 stages is mixed and melted in the melter.
Недоліки цього способу і схеми наступні; 1.Низькі температури льодоутворення приводять к збільшеним витратам електроенергії; 2.Необхідність мати ненадійний механізм соскребування льоду в кристалізаторах;.The disadvantages of this method and scheme are as follows; 1. Low temperatures of ice formation lead to increased electricity consumption; 2. The need to have an unreliable mechanism for scraping ice in crystallizers;
З.Сепарація і промивка льоду від коцентрату виробляється у кожній ступені, що приводить у 2-0 |і особливо 3-оі ступенях до недоотмивці льоду з огляду високих концентрацій вихідного концентрату перед операцієй промивки і зайвим утратам сухих речовин.C. Separation and washing of ice from the concentrate is carried out in each stage, which leads to under-washing of ice in stages 2-0 and especially 3 due to high concentrations of the original concentrate before the washing operation and excessive loss of dry substances.
Відомий багатоступеневий виморажуючий спосіб концентрування водних розчинів і установка для нього здійснення |див. ОШ.5. Раїепі Ме4666484, Мау 19,1987, Мийізіаде їееге сопсепігайіпод ргосезз апа аррагайшв). В цьому способі - прототипі вихідний водний розчин виморажується в 3-х ступенях, в котрих здійснюються процеси генерування льоду (в кожухотрубчатих вертикальних іспарителях - льодогенераторах І-ЛГ) і росту кристалів льоду (в місткостях-кристалізаторах Кр). В межтрубної просторині другого І-ЛГ2 і третього І-ЛГз кипить хладоагент, відводя теплоту льодоутворення, а в трубках за допомогою рециркуляційних насосів циркулює водний розчин, в котром генеруються зародиші льоду, котрі потім, попадая у другий кристалізаторA known multi-stage freezing method for concentrating aqueous solutions and an installation for its implementation | see OSH.5. Raiepi Me4666484, Mau 19,1987, Miyiziade iyeege sopsepigayipod rgosez apa arragaishv). In this method - a prototype, the initial aqueous solution is frozen in 3 stages, in which the processes of ice generation (in shell-and-tube vertical evaporators - I-LH ice generators) and ice crystal growth (in Kr crystallizing tanks) are carried out. Refrigerant boils in the intertube space of the second I-LH2 and the third I-LHz, removing the heat of ice formation, and in the tubes, with the help of recirculation pumps, an aqueous solution circulates, in which ice nuclei are generated, which then, falling into the second crystallizer
Кр» і третій Крз, зростають до розмірів 100-200тКт. Між другими І-ЛГ» і Крг та третьїімі І-ЛГз і Крз розташован шнек, дно корпусу котрого перфорировано отворами. Льодорозсольна суспензія із І рубок І-ЛГ» і І-ЛГз тече на вітки шнеку і далі через його дону перфорацію попадає в Кр и Крз, при цьому крупні кристали льоду не проходять через перфорацію шнеку і переміщаються в перший кристалізатор (у цього Крі нема сопутствуючого І-ЛГз), відкіля після кристалізації і отбору нових кристалів льоду другим шнеком виводяться з установки. Вихідний водний розчин (наприклад фруктовий сік) вводиться в перший кристалізатор Крі, змішуясь з льодом з третього І-ЛГз і другого І-ЛГ». Кінцевий концентрат в якости продукту відбирається з третього Крз. Від першого Крі по напряму ко другому І-ЛГо-Кр» і третьому тандемів І-ЛГз-Крз концентрація концентруємого розчину і пропорційно його в'язкість збільшуються.Kr" and the third Krz, grow to the size of 100-200 tKt. Between the second I-LH" and Krg and the third I-LHz and Krz there is an auger, the bottom of the body of which is perforated with holes. The ice-brine suspension from the first cuttings I-LH" and I-LHz flows on the branches of the auger and then through its bottom perforation enters the Kr and Krz, while the large ice crystals do not pass through the perforation of the auger and move into the first crystallizer (this Kr does not have an accompanying I-LHz), from where, after crystallization and selection of new ice crystals, they are removed from the installation by the second auger. The initial aqueous solution (for example, fruit juice) is introduced into the first Kree crystallizer, mixing with ice from the third I-LHz and the second I-LH." The final concentrate as a product is selected from the third Krz. From the first Kry in the direction to the second I-LGho-Kr" and the third of the I-LHz-Krz tandems, the concentration of the concentrated solution and proportionally its viscosity increase.
Недоліки цього способу і пристрою наступні: 1. Неможливо получити полегшену воду (тобто воду з зниженим утриманням важкої води ДгО), яка має доказаний сприятливий вплив на живі біологичні об'єкти (і на людину). 2. Вивод льоду з першого кристалізатору Крі за допомогою шнека - утрудливий, поскільки лід знаходиться у середовищі водної фази і ефекти його вспливання і ковзання у рідині перешкоджують (експериментально встановлено!) його переміщенню. Турбулізація Крі мішалками не усуває цієї труднощі тому, що в . льодяній масі при її накопиченні і при роботі мішалок утворюються канали, які заповнені розчином, в котрих і обертаються лопасті мішалок, а вкруг їх формується «стоячий» лід. 3. Змішення вихідного розчину з льодом в першій ступені кристалізації після другої і третьої ступеней виморажування не дозволяє повністю використувати потенціал цього приймання (для зменьшення в'язкісті розсолу поверхневої плівки, що покриває кристали льоду, і полегшення їх наступної промивки від цього розсолу). Переважно це приймання використувати не під час першого льодоутворення, як у прототипі, а вже після його здійснення. Недолік цей, не очевидний на перший погляд, з огляду ефекта рециркуляції в 1-ій ступені дуже істотний, що показує наступний приклад. Хай вихідний апельсиновий сік має концентраціюThe disadvantages of this method and device are as follows: 1. It is impossible to obtain lightened water (that is, water with a reduced content of heavy water DgO), which has a proven beneficial effect on living biological objects (and on humans). 2. Removal of ice from the first Kree crystallizer using an auger is difficult, since the ice is in the aqueous phase environment and the effects of its floating and sliding in the liquid prevent (experimentally established!) its movement. Turbulization of Kree with stirrers does not eliminate this difficulty because in . ice mass during its accumulation and during the operation of agitators, channels are formed, which are filled with solution, in which the blades of the agitators rotate, and "standing" ice forms around them. 3. Mixing the original solution with ice in the first stage of crystallization after the second and third stages of freezing does not allow to fully use the potential of this reception (to reduce the viscosity of the brine of the surface film covering the ice crystals and facilitate their subsequent washing from this brine). It is preferable to use this reception not during the first ice formation, as in the prototype, but already after its implementation. This drawback, which is not obvious at first glance, is very significant in view of the effect of recirculation in the 1st stage, as the following example shows. Let the original orange juice have a concentration
(висловленую опосередньо як приведено в опису прототипу через одиниці в'язкісті Вгіх і в першому приближенні прямо пропорційну ій) бо-120од. (його видаток Со-2бгаллонів/хв - будемо вказувати для облегшення експертизи значення одиниць вимірювання ті ж самі, що приведені у патенті-прототипі /див. таблицу в столбцях 5 и 6/). Після 1-ої ступені концентрація сконцентрованного сіку буде 51-180д. і видаток його рециркуляції в 1-о0ї ступені дорівнює С1-74гал/хв, після 2-ої 52-З0од, після 3-ої - 53-450од. Зміщення вихідного соку з рециркулятом 1-ої ступені дає концентрацію суміші(expressed indirectly as given in the description of the prototype through the units of viscosity Vhih and in the first approximation directly proportional to iy) bo-120od. (its output is So-2bgallons/min - we will indicate, to facilitate the examination, the values of the units of measurement are the same as those given in the prototype patent /see the table in columns 5 and 6/). After the 1st stage, the concentration of concentrated juice will be 51-180d. and the cost of its recirculation in the 1st stage is equal to С1-74 gal/min, after the 2nd stage it is 52-С0од, after the 3rd stage - 53-450од. The displacement of the original juice with the recirculate of the 1st stage gives the concentration of the mixture
Зсуміш-(05оа1 51) (Сбо-С1)-(26 12-74 18)/(26-4-74)-16 ,440од.Mixture-(05oa1 51) (Sbo-C1)-(26 12-74 18)/(26-4-74)-16 ,440 units.
Кристали льоду на вихіді із Крз і будуть забруднені плівкою з цього концентрату. Коли ж вихідний сік подавати на зміщення з льодом, попередньо вже віддренірованому на шнекі від концентрату, то його поверхня плівка буде мати концентрацію рівну практично 5о-12од. Такий лід промити від концентратної плівки легше.Ice crystals at the exit from Krz will be contaminated with a film from this concentrate. When the original juice is fed to the displacement with ice, previously already drained on the auger from the concentrate, then its surface film will have a concentration equal to almost 5o-12od. Such ice is easier to wash off from a concentrated film.
Крім того в прототипі невелика кількість вихідного розчину змішується з великою кількістю рециркуляційного концентрату, який має понижену температуру, що практично не підвищує температуру вихідного льоду, що в свою чергу підвищує в'язкість концентратної плівки. Відмова від приймання прототипу, як це і зроблено у нашій пропозиції і в цьому пункті зрівняння сприятливо для кращої відмивки льоду від концентрату і зменьшенню утрат сухих речовин з льодом. 4. В концентруємому розчині по ходу його руху по ступеням виморажування збільшується концентрація, тобто знижується рівноважна температура заморожування. Кипіння ж хладоагенту в ступенях іспарителей- льодогенераторів в прототипі підтримується холодильною машиною при постійній температурі, котра для забезпечення теплопередачі повинна бути нижче самій нижчей температури заморажування, тобто такой ж, як в І-ЛГз. Це приводить до великої різниці температур між температурами заморажування розчину і температурою кипіння хладоагенту в 2-х перших ступенях концентрування, що приводить до незворотним загубам роботи, а, головне, к утворенню умов наморажування льоду з циркулюючого розчину на внутрішній поверхні трубок іспарителя. Зауважемо, що умова незабиваємості трубок льодом складається не тільки в забезпеченні високої швидкісті циркуляції розчину в трубках, не тільки гидрофобністю внутрішній поверхні трубок, не тільки малою кількістю льоду в потоці (до 5-7905), але і малою різницею температур при відводі теплоти льодоутворення, яка не перевищує згідно досвідним данним 3,5"С. В прототипі ця умова не забезпечується. А щоб приблизитесь к виконанню цієї умови в прототипі - треба поставити другу холодильну машину. 5. В прототипі не забезпечується концентрування фруктових соків і цукрового розчину до концентрацій порядку 6095 і температур до мінус 21 "С, при котрих густий сироп має високу в'язкість (більше 800« 1073 Па»с) і малу швидкість росту кристалів, а тім більш не досягається концентрація евтектики (64,995 для цукрів), при котрій разом з льодом кристалізується і друга тверда фаза - кристали солей, цукрів і інш., причому ці дві тверді фази, що знаходяться у рівновазі з своїм насиченим розчином необхідно розділити з технично приємлімою швидкістю. Відомо ряд устріїв для відділення і промивки кристалів льоду від розсолу (концентрату) - центріфуги, отжимні шнеки, гідроциклони, дренажні і витиснітельні промивочні колони.In addition, in the prototype, a small amount of the original solution is mixed with a large amount of recirculation concentrate, which has a reduced temperature, which practically does not increase the temperature of the original ice, which in turn increases the viscosity of the concentrate film. Refusal to accept the prototype, as it is done in our proposal and in this equalization point, is favorable for better washing of ice from the concentrate and reduction of losses of dry substances with ice. 4. In the course of its movement through the degrees of freezing, the concentration increases in the concentrated solution, that is, the equilibrium temperature of freezing decreases. The boiling of the refrigerant in the stages of the evaporator-ice generators in the prototype is supported by a refrigerating machine at a constant temperature, which to ensure heat transfer must be below the lowest freezing temperature, that is, the same as in I-LHz. This leads to a large temperature difference between the freezing temperatures of the solution and the boiling temperature of the refrigerant in the first 2 stages of concentration, which leads to irreversible losses of work, and, most importantly, to the formation of conditions for freezing of ice from the circulating solution on the inner surface of the evaporator tubes. We note that the condition for the tubes not to be blocked by ice consists not only in ensuring high speed circulation of the solution in the tubes, not only in the hydrophobicity of the inner surface of the tubes, not only in a small amount of ice in the flow (up to 5-7905), but also in a small temperature difference when removing the heat of ice formation, which, according to experimental data, does not exceed 3.5"С. In the prototype, this condition is not met. And in order to come close to fulfilling this condition in the prototype, a second refrigerator must be installed. 5. In the prototype, the concentration of fruit juices and sugar solution to concentrations of the order 6095 and temperatures down to minus 21 "C, at which the thick syrup has a high viscosity (more than 800-1073 Pa"s) and a low rate of crystal growth, and moreover, the eutectic concentration (64.995 for sugars) is not reached, at which, together with ice also crystallizes the second solid phase - crystals of salts, sugars, etc., and these two solid phases, which are in equilibrium with their saturated solution, must be separated and pour at a technically acceptable speed. A number of devices are known for the separation and washing of ice crystals from brine (concentrate) - centrifuges, squeeze screws, hydrocyclones, drainage and extrusion washing columns.
Найбільшу ефективність і промислове розповсюдження має витиснітельна сепараційно-промивочна колонаThe most efficient and industrial distribution is the displacement separation and washing column
СПК, що робе з протитиском (примітка: принцип дії і гідромеханіка цієї СПК описані у довіднику «Различнье области применения холода», Москва, Агропромиздат, 1985, глава 9 «Опреснение соленой водьі», см. с.247- 248).SPK, which works with back pressure (note: the principle of action and hydromechanics of this SPK are described in the handbook "Different areas of cold application", Moscow, Agropromizdat, 1985, chapter 9 "Opresnenie solenoy vodyi", see p. 247-248).
СПК буває в плані коловою і прямокутною. В середній частині колони на ії боковій поверхні розташовувається фільтруюча сітка, через котру фільтрується розеол, а лід при своєму руху вверх через цю сітку не пропускається. Льодорозсольна суспензія насосом подається в нижню частину колони, розеол відводиться через фільтруючу сітку, а лід, сформувавшись в пористий поршень, рухається «насосною» силою вверх, промиваючись від поверхневої розсольної плівки, що покриває кристали льоду, противоточним рухом вниз промивочної води. В верхній частині колони відмитий лід розбивається обертаючимся ножом - скрепером або конвейерною лентою і скидується в суміжний з колоною карман, відкиля направляється гидротранспортом в плавильник льоду-конденсатор хладоагенту.SPK can be circular or rectangular in plan. In the middle part of the column, on its side surface, there is a filter mesh through which roseol is filtered, and the ice does not pass through this mesh during its upward movement. The ice-brine suspension is supplied by the pump to the lower part of the column, the roseol is removed through the filter mesh, and the ice, having formed into a porous piston, moves upward by the "pumping" force, being washed from the surface brine film covering the ice crystals by the countercurrent downward movement of washing water. In the upper part of the column, the washed ice is broken by a rotating knife - a scraper or a conveyor belt and is dumped into a pocket adjacent to the column, from where it is sent by hydraulic transport to the ice melter-condenser of the refrigerant.
Недоліки такої СПК - наявність механічного пристрою в верхній частині колони, направляючого льодяну масу в плавильник льоду-конденсатор хладоагенту, і труднощі з організацією ефективного процесу транспортування і плавлення льоду - конденсації агенту в апараті.The disadvantages of this SPK are the presence of a mechanical device in the upper part of the column, which directs the ice mass into the ice melter-condenser of the refrigerant, and difficulties in organizing an effective process of transportation and melting of ice - condensation of the agent in the apparatus.
Задачею винаходу є створення способу опріснення і концентрування водних розчинів багатоступеневим виморожуванням та багатоступеневого виморожуваючого опріснювача-концентратора, які дозволили би опріснення з отриманням полегшеної води і з більш глибоким витяганням опрісненої води з вихідного соленого розчину до його розділення до сухої остачі (примітка: технологія опріснення морської води і одночасово її концентрування до 17-20965 - і до сухої остачі - в теперішній час розроблена автором для витягання метану з морських величезних покладів газогідратів метану /100 триліонів м3/, захоронених на дні шельфу Чорного моря; цим концентратом морської води буде виплавлюватися метан з газогідратів, а подорожна чиста тала опріснена вода використовуваться як високоякісна питна вода для арідного Криму); концентрування харчових рідин до більш високих концентрацій - біля 6095, перемагає заслон високої в'язкісті високонцентрованих, наприклад, сіків при низьких температурах до евтектичних концентрацій; зменшеня капитальних витрат на холодильну машину і упрощения її експлуатації.The task of the invention is to create a method of desalination and concentration of aqueous solutions by multi-stage freezing and a multi-stage freezing desalinator-concentrator, which would allow desalination with obtaining light water and with deeper extraction of desalinated water from the original saline solution before its separation to the dry residue (note: the technology of sea desalination of water and simultaneously concentrating it to 17-20965 - and to dry matter - is currently developed by the author to extract methane from the sea's huge deposits of methane gas hydrates /100 trillion m3/, buried at the bottom of the Black Sea shelf; this seawater concentrate will melt methane from gas hydrates, and travel pure thawed desalinated water is used as high-quality drinking water for arid Crimea); concentration of food liquids to higher concentrations - around 6095, overcomes the veil of high viscosity of highly concentrated, for example, juices at low temperatures to eutectic concentrations; reduction of capital costs for the refrigerating machine and simplification of its operation.
Поставлена задача вирішується тим що при роботі у режимі опріснення в першому ступені спочатку переводять у лід не більш 3-595 від вихідного розчину і цей лід скидають як збагачений важкою водою, а залишаючийся вихідний розчин рівно як і вихідний розчин у випадку роботи у режимі концентрування змішують з льодом після його вихіду з першого ступеня льодогенерування і перед його поданням на сепарацію та промивку.The problem is solved by the fact that when working in the desalination mode in the first stage, no more than 3-595 of the initial solution is first transferred to ice and this ice is dumped as enriched with heavy water, and the remaining initial solution is mixed just like the initial solution in the case of operation in the concentration mode with ice after it leaves the first stage of ice generation and before it is submitted for separation and washing.
При цьому як хладоагент який відводить теплоту льодогенерування при своєму кипинні, використовують неазеотропну сумішь хладоагентів, наприклад Ф22-Ф142в, яку вводять противотоком з ходом опріснюємого розчину у останню по ходу опріснюємого або концентруємого розчину ступінь льодогенерування і виводиму з першого по ходу опріснюємого або концентруємого розчину ступеня льодогенерування; при цьому концентрацію неазеотропної суміші хладоагентів встановлюють із розрахунку - добуток масової долі легкокиплячого компоненту (наприклад Ф22) на теплоту його пароутворення дорівнює теплоті процесу плавлення льоду.At the same time, a non-azeotropic mixture of refrigerants, for example Ф22-Ф142в, is used as a refrigerant that removes the heat of ice generation during its boiling, which is introduced countercurrently with the flow of the desalinated solution into the last stage of ice generation along the course of the desalinated or concentrated solution and is withdrawn from the first stage of the desalinated or concentrated solution ice generation; at the same time, the concentration of a non-azeotropic mixture of refrigerants is determined by calculating - the product of the mass fraction of a low-boiling component (for example, F22) and the heat of its vaporization is equal to the heat of the ice melting process.
У випадку утворення в останьому ступені льодогенерування і росту кристалів льоду високов'язких концентратів, а рівно і одночасово з льодом і генерування і росту другої твердої фази - наприклад, кріїсдлів солей, цукру і інш., що кристалізуються у евтектичній точці, у останньому тупені концентрат опріснюємого (концентруємого) розчину для зменшення його в'язкості виморажують у суміші з проміжним малов'язким при температурах від -102С до -302С (в'язкість не більш 1 103Па с) транспортним носієм.In the case of the formation in the last stage of ice generation and the growth of ice crystals of highly viscous concentrates, and equally and simultaneously with the ice and the generation and growth of the second solid phase - for example, crystals of salts, sugar, etc., which crystallize at the eutectic point, in the last blunted concentrate the desalinated (concentrated) solution is frozen in a mixture with an intermediate low-viscosity transport medium at temperatures from -102С to -302С (viscosity no more than 1 103 Pa s) to reduce its viscosity.
Як транспортний носій пристосовують незмішувані з водою рідини -наприклад, кремнійорганичну рідину (сілікон), недогріті або киплячі хладоагенти, наприклад, фреон 11, вуглекислоту та інш. або гази, наприклад азот, пари вуглекислоти, діоксіда сіри та інш., з котрими виморажуваний концентрат турбулентно реціркулірують у процесі генерування кристалів льоду (і кристалів другої твердої фази) і в процесі росту цих вищезгаданих кристалів.Liquids immiscible with water are used as a transport medium - for example, organosilicon liquid (silicone), unheated or boiling refrigerants, for example, Freon 11, carbon dioxide, etc. or gases, such as nitrogen, carbon dioxide vapors, sulfur dioxide, etc., with which the frozen concentrate is turbulently recirculated in the process of generating ice crystals (and crystals of the second solid phase) and in the growth process of these aforementioned crystals.
Запропонований спосіб здійснюється в пристрої багатступеневого виморажуючого опріснювача- концентратора, в котрому іспарителі - льодогенератори нахилені до місткостеи-кристалізаторів під кутом 115-302; шнек з того боку, котра видає лід на сепараційно-промивочну колону, з'єднаний з вхідом змішувального бака і піднятий; шнек(ї) нахилений(и) під кутом 10-20" до горизонталі; сепараційно-промивочна колона має у своїй верхній частині з одного боку зігнутий козирьок, що утворює з верхньою кромкою колони на и протилежному боці рівнопрохідний з перерізом колони прохід для перевалювання льоду і його зміни направлення руху на 1802 в суміжну камеру, в котру вбудований зрошувальний конденсатор хладоагенту- плавильник льоду; вхіди рідкого хладоагенту в іспарителі-льодогенератори і вихіди хладоагенту з них проходять послідовно через ступені опріснення і концентрування розчинів противотоком з ходом зневоднюваного розчину.The proposed method is carried out in the device of a multi-stage freezing desalination concentrator, in which the evaporator - ice generators are inclined to the crystallisers at an angle of 115-302; the auger on the side that delivers ice to the separation and washing column is connected to the inlet of the mixing tank and raised; the auger(s) is inclined at an angle of 10-20" to the horizontal; the separation and washing column has a bent visor in its upper part on one side, which forms a passage with the upper edge of the column on the opposite side parallel to the cross-section of the column for passing ice and its changes in the direction of movement to 1802 in the adjacent chamber, in which the irrigation condenser of the refrigerant-ice melter is built in; the liquid refrigerant inputs to the evaporators-ice generators and the refrigerant outputs from them pass sequentially through the degrees of desalination and concentration of the solutions countercurrently with the flow of the dehydrated solution.
При цьому перша за ходом вихідного розчину у режимі опріснення місткість-кристалізатор має у тильному перерізі корпусу шнека знімне вікно для вивалення і сбросу важководного льоду; крім того ця місткість- кристалізатор при роботі у режимі концентрування має регулятор рівня рідкої фази, який підтримує рівень суспензії вище рівня нижньої отвірної шнека на 1/4 його діаметра; при цьому між виходом суспензії з місткісті - кристалізатора цього ступеня і входом у трубний простір іспарителя-льодогенератора цього ж ступеня встановлений рециркуляційний пульсаційний компресор.At the same time, the first flow of the initial solution in the desalination mode, the capacity-crystallizer has a removable window in the back section of the auger body for pouring out and dumping heavy water ice; in addition, this capacity-crystallizer when working in the concentration mode has a liquid phase level regulator, which maintains the suspension level above the level of the lower screw hole by 1/4 of its diameter; at the same time, a recirculation pulsation compressor is installed between the exit of the suspension from the capacity of the crystallizer of this stage and the entrance to the pipe space of the evaporator-ice generator of the same stage.
Суть винаходу показана на фіг.1 и 2.The essence of the invention is shown in Fig. 1 and 2.
Фіг.1 - схема і конструктивне рішення багатоступеневого виморажуючого опріснювача-концентратора ВОК.Fig. 1 - scheme and design solution of a multi-stage freezing desalination concentrator VOK.
Фіг2 - конструктивне рішення першої для режима опріснення і третьої для режима концентрування харчових рідин - по ходу переробляємого розчину - ступені опріснення - концентрування.Fig. 2 is a constructive solution of the first for the desalination mode and the third for the concentration mode of food liquids - along the course of the processed solution - the degree of desalination - concentration.
На фіг.1 приведена схема ВОК, який складається з: - системи ввода вихідного розчину - вивода продуктів опріснення-концентрування; - ступенів генерування льоду і росту кристалів льоду; - сепараційне - промивочної колони; - Холодильної машини.Fig. 1 shows the scheme of the VOK, which consists of: - the system of inputting the initial solution - the output of desalination-concentration products; - degrees of ice generation and growth of ice crystals; - separation - washing column; - Refrigerator.
Згідно фіг.1 система ввода вихідного розчину - вивода продуктів опріснення-концентрування складається з насосу подання вихідного розчину 4, фільтрів грубої очистки вихідного розчину 5 і тонкої очистки опрісненої води 6, попереднього теплообмінника 7, джерела ультрафіолетового випромінювання 8 (бактерицидноїїлампи для обеззаражування опрісненої води). Ступенів генерування льоду і росту кристалів льоду - три (справа наліво на фіг.ї вони визначені - 1,2,3). Кожна ступень включає в себе кожухотрубчатий іспаритель хладоагенту - льдогенератор І-ЛГ і під ним місткість-кристалізатор Кр. Між І-ЛГ ї Кр розташований шнек, який переміщає лід від усіх трьох ступеней. 1-а і 2-а ступені конструктивно однакові. 3-я ступень має відміни. В режимі опріснення вихідний солений розчин «проходить» ступені в такій послідовності: 3, потім 1, потім 2.According to Fig. 1, the system of input of the initial solution - output of desalination-concentration products consists of a pump for supplying the initial solution 4, filters for coarse cleaning of the initial solution 5 and fine cleaning of desalinated water 6, a preliminary heat exchanger 7, a source of ultraviolet radiation 8 (bactericidal lamp for disinfecting desalinated water) . There are three stages of ice generation and growth of ice crystals (from right to left in the figure, they are defined as 1, 2, 3). Each stage includes a shell-and-tube evaporator of the refrigerant - the I-LH ice generator and below it a capacity-crystallizer Kr. Between I-LH and Kr there is an auger that moves ice from all three stages. The 1st and 2nd stages are structurally the same. The 3rd degree has cancellations. In the desalination mode, the initial saline solution "goes through" stages in the following sequence: 3, then 1, then 2.
В режимі концентрування вихідний харчовий розчин (наприклад виноградний сік) «проходить» ступені в такій послідовності: 1,2,3.In the concentration mode, the original food solution (for example, grape juice) "goes through" stages in the following sequence: 1,2,3.
В ступені 1 іспаритель-льдогенератор І-ЛГі складається з корпусу 9, 2-х трубних гратів 10 і трубок 11.In stage 1, the I-Lhi evaporator-ice generator consists of a body 9, 2 tube grates 10 and tubes 11.
Місткість-кристалізатор Крі цієї ступені включає місткість 12, мішалку 13, турбулізуючі перегородки 14 і рециркуляційний насос 15. Крі може мати суміжні стінки з іншими аналогічними апаратами, а може мати і окремий корпус.The Kree crystallizer capacity of this stage includes a capacity 12, a stirrer 13, turbulating partitions 14 and a recirculation pump 15. The Kree can have adjacent walls with other similar devices, or it can have a separate body.
Шнек 27 складається з корпусу 28, нижня частина котрого перфорирована отворами з діаметром 0,2мм, і власне витків шнека 29. Ліва частина витків шнека 29 - з'ємна (це власне другий шнек 29а, припіднятий правим кінцем на кут 10-20"), має стиковочний вузел 30 (шлицеве з'єднання), дозволяючий міняти стики шнеків на протилежний з правою незмінною його частиною. В режимі опріснення ліва частина шнека 29а має ліву навивку витків, що переміщує лід вліво; в режимі концентрування ліва частина шнека 29а (перевернута на 1807) має праву навивку витків, що переміщує лід вправо. Лівий торец шнека 29а має вікно 31, відкрите в режимі опріснення для вивалювання тяжководного льоду, і закрите герметичною кришкою 32 в режимі концентрування харчових рідин. Шнеки мають також редуктор 33, забезпечующий іх обертання з швидкістю 10-20об/хв, і електродвигун 34. Правий відкритий торец шнека 27 - з сторони, котра видає лід на сепараційно- промивочну колону, - з'єднаний з вхідом змішувального баку 35 і припіднят під кутом 10-20" до горизонталі.The auger 27 consists of a body 28, the lower part of which is perforated with holes with a diameter of 0.2 mm, and actually the turns of the auger 29. The left part of the turns of the auger 29 is removable (it is actually the second auger 29a, the right end of which is raised to an angle of 10-20") , has a joint assembly 30 (slot connection), allowing to change the joints of the screws to the opposite with the right unchanged part of it. In the desalination mode, the left part of the screw 29a has a left winding of turns, which moves the ice to the left; in the concentration mode, the left part of the screw 29a (inverted on 1807) has a right winding of turns, which moves the ice to the right. The left end of the auger 29a has a window 31, which is open in the desalination mode for pouring out heavy water ice, and is closed by a hermetic cover 32 in the mode of concentration of food liquids. The augers also have a reducer 33, which ensures their rotation with a speed of 10-20 rpm, and an electric motor 34. The right open end of the auger 27 - from the side that delivers ice to the separation and washing column - is connected to the inlet of the mixing tank 35 and raised by d at an angle of 10-20" to the horizontal.
Бак 35 має мішалку 36, турбулізуючі перегородки 37 і насос 38.The tank 35 has a stirrer 36, turbulating partitions 37 and a pump 38.
Сепараційно - промивочна колона СПК складається з прямокутного в плані (тобто при виді зверху) корпусу 39 і розташованої на боковій поверхні СПК фільтраційних грат 40, маючих розміри отворів «в світу» 100- 200мкм (через ці отвори стікає розеол /концентрат/, але затримуються кристали льоду - навіть в тому випадку, коли кристали мають і менші розміри - працює добре відомий «ефект натовпу»). В верхній своїй частині СПК має з однієї сторони зігнутий козирьок 41, утворюючий з верхней кромкой колони на її протилежній стороні 42 рівнопрохідній з перерізом колони проход 43 для перевалювання льоду і його зміни направлення руху на 1802 в суміжну камеру 44, в котру вбудований зрошувальний конденсатор хладоагенту-плавильник льоду 45.The separation and washing column of the SPK consists of a rectangular in plan (i.e., when viewed from above) body 39 and filter grates 40 located on the side surface of the SPK, having the size of holes "in the world" of 100-200 μm (through these holes roseol /concentrate/ flows, but is retained ice crystals - even in the case when the crystals have smaller sizes - the well-known "crowd effect" works). In its upper part, the SPK has a bent visor 41 on one side, forming from the upper edge of the column on its opposite side 42 a passage 43 parallel to the cross-section of the column for rolling ice and changing its direction of movement to 1802 in the adjacent chamber 44, in which the refrigerant irrigation condenser is built - ice melter 45.
Холодильна машина (ХМ) складається з одноступеневого компресора 46, конденсатору хладоагента - плавильнику льоду 45, повітряного додаткового конденсатору 47, теплообмінника 48, ресиверів рідкого хладоагенту 49 і 50 і дроселюючих вентилів 51 і 52. ХМ скомутована так, що при відкритих усіх вентилях, визначених літерою О, установка працює в режимі опріснення, а при відкритих усіх вентилях, визначених літерою К, працює в режимі концентрування. Електромагнітни вентилі О і К переключаються усі одночасно (команда «усі вдруг»).The refrigerating machine (HM) consists of a single-stage compressor 46, a refrigerant condenser - an ice melter 45, an additional air condenser 47, a heat exchanger 48, liquid refrigerant receivers 49 and 50 and throttling valves 51 and 52. The HM is switched so that when all the valves defined with the letter O, the installation works in the desalination mode, and when all the valves identified by the letter K are open, it works in the concentration mode. Solenoid valves O and K are all switched simultaneously ("all at once" command).
Згідно фіг.2 ступень З має іспаритель-льодогенератор І-ЛГз 3, місткість-кристалізатор Крз 54, насоси 20 і 21, мішалку 55, регулятор рівня рідкої фази 57, пульсаційний компресор 58. Іспаритель - льодогенератор І-ЛГз нахилений к місткості-кристалізатору Крз під кутом 15-30" (ця ж особливість конструкції є і в ступенях 1 і 2; це передбачено для того, щоб в випадку помилки персоналу - збільшенню різниці температур при теплопередачі в І-ЛГ більш 3,5"С і можливому при такої помилки відкладенню льоду на внутрішній поверхні трубок іспарителя - можно було б, зупинив роботу ступені (на 3-5хв) і нагрів міжгрубну просторинь горячим хладоагентом після нагнетания компресору, дати можливість трубному льоду швидко /1-2хв/ зсунутись на витки шнека).According to Fig. 2, stage C has an evaporator-ice generator I-LHz 3, a capacity-crystallizer Krz 54, pumps 20 and 21, a mixer 55, a liquid phase level regulator 57, a pulsation compressor 58. The evaporator-ice generator I-LHz is inclined to a capacity-crystallizer Krz at an angle of 15-30" (the same feature of the design is also in stages 1 and 2; this is provided so that in the event of a staff error - an increase in the temperature difference during heat transfer in I-LH by more than 3.5"C and possible with such errors in the deposition of ice on the inner surface of the evaporator tubes - it would be possible, by stopping the operation of the stage (for 3-5 minutes) and heating the intercoarse space with a hot refrigerant after pumping the compressor, to allow the tube ice to quickly (1-2 minutes) move onto the turns of the screw).
В схемі ступені З передбачено також сепаратор транспортного носія 70 з лініямі вороття носія 71 і вивода продуктового концентрату 72. Конструкція сепаратору 70 і принцип його дії можуть бути різними і на схемі не деталізовані. Він може бути: - просто відстойник - коли щільністі рідкого носія і продуктового концентрату відмінні на великість не менш 10Окг/м2; - він може бути у вигляді іспарителя з теплообмінником, коли носій - це легкокипляча рідина, наприклад Ф- 11, СО» або 50»; - він може бути і у вигляді дегазаційної колони, в котрій з концентрату мембраний компресор відбирає розчиненний носій -газ; - в випадку, якщо в ступені З процеси кристалізації проводяться в евтектичній точці, коли разом з кристалами льоду утворюються більш тяжкі кристали цукрів, то сепаратор 70 може бути виконаний у вигляді шнека, котрий ці кристали цукрів буде віджимати від насиченого розчину, висушивати досуха і видавати у вигляді сухого розчиненого порошку (автор по такому устрію має ас. СССР Ме1576125, патенти УкраїниIn the scheme of step C, there is also a separator of the transport medium 70 with the lines of return of the medium 71 and the output of the product concentrate 72. The design of the separator 70 and the principle of its action can be different and are not detailed in the diagram. It can be: - simply a settling tank - when the densities of the liquid carrier and the product concentrate differ by at least 10Okg/m2; - it can be in the form of an evaporator with a heat exchanger, when the carrier is a low-boiling liquid, for example F-11, СО» or 50»; - it can also be in the form of a degassing column, in which a membrane compressor selects a dissolved gas carrier from the concentrate; - in the event that in stage C the crystallization processes are carried out at the eutectic point, when heavier sugar crystals are formed together with ice crystals, then the separator 70 can be made in the form of a screw, which will squeeze these sugar crystals from the saturated solution, dry them to dryness and release in the form of a dry dissolved powder (the author has such a device ass. USSR Me1576125, patents of Ukraine
Ме13808 и Ме23240). Теплофизичні властивості деяких опріснюємих і концентруємих розчинів і транспортних носіїв, використовуємих в теперішньому винаході в ступені ЗMe13808 and Me23240). Thermophysical properties of some desalination and concentrating solutions and transport media used in the present invention in degree C
Таблиця - сн Температура, Тиск, Концентрація, Щільність, В'язкість,Table - temperature, pressure, concentration, density, viscosity,
З. Фреон!ї!ї -:/// | 77770 | 25.73 | -:(- | 1557. | боб --1111111111Ї7111лео | 1576 | / - | 1579, | 0685109 ( 4. Фреонї2 /-:/ | 77/07 | 2219 | 7 .-:(- | 1426. | 0316109 -к- 11111117 7111820 | 1527 | ..- | 1465 | 0345109 ( о5.ВугллекислотаСО» | -3 | 2421 | -(- | 998 | 050 --11111117111ла3 | 71787 | /- 77171 | 77777 об.Диоксидсіри ХО | о | лоб | --"- | 1460 | дело -к- 11111111 Ї711»3 | 533 | 7777-7177 1487 | 045103Z. Freon!i!i -:/// | 77770 | 25.73 | -::- | 1557. - 11111117 7111820 | 1527 | ..- | 1465 | 0345109 ( o5. Carbon dioxide CO» | -3 | 2421 | -(- | 998 | 050 --11111117111la3 | 71787 | // 77171 | 77777 ob. Sulfur dioxide HO | o | --"- | 1460 | case -k- 11111111 Y711»3 | 533 | 7777-7177 1487 | 045103
В режимі опріснення ВОК працює наступним чином. Вихідний солений розчин насосом 4 подається в фільтр грубої очистки 5, в котром розчин очищується від грубих взвесей розміром до 5мкм. Потім розчин охолоджується в попередньому теплообміннику 7 до 3-57С і направляється по трубопроводу 69 в місткість - кристалізатор 54 (Крз). Із Крз розчин вибирається насосом 21 і по лініям 22 і 25 подається в трубну просторинь іспарителя-льдогенератору ступені З (І-ЛГз). Під час руху по трубкам вниз розчин охолоджується за рахунок холоду (теплоти пароутворення) киплячего в межтрубної просторині хладоагенту, частково виморажується і разом з кристалами льоду стікає з нижчей частини І-ЛГз на витки шнеку 29а і потім через його донну перфорацію корпусу 28 в Крз. Роботой холодильної машини (тобто виратой хладоагенту, що подається в І-In the desalination mode, the VOK works as follows. The initial saline solution is fed by the pump 4 to the coarse filter 5, in which the solution is cleaned of coarse suspensions up to 5 μm in size. Then the solution is cooled in the previous heat exchanger 7 to 3-57C and sent through pipeline 69 to the capacity - crystallizer 54 (Krz). From Krz, the solution is selected by pump 21 and is fed through lines 22 and 25 into the pipe space of the evaporator-ice generator of stage C (I-LHz). During the movement down the tubes, the solution is cooled due to the cold (heat of vaporization) of the refrigerant boiling in the intertube space, partially freezes and, together with the ice crystals, flows from the lower part of the I-LHz to the turns of the screw 29a and then through its bottom perforation of the housing 28 in the Krz. The operation of the refrigerating machine (i.e., the amount of refrigerant supplied to the I-
ЛгГз) холодопродукційність І-ЛГз створюють таку, щоб при роботі в режимі опріснення в першой ступені виморажувалось по масі не більш 3-595 від вихідного розчину.LhGz) cold productivity of I-LHz is created in such a way that when working in the desalination mode in the first stage, no more than 3-595% of the initial solution freezes by mass.
Цей лід збагачений тяжкою водою ДгО. Збагачення засновано на ефекті збільшеної температури льодоутворення тяжкої води (13,8"С) - термодинамичному факторі. Цей фактор (необхідний, але не достатній) повинен бути зміцнений кінетичним фактором - перемішуванням розчину в процесі його льодоутворення, щоб перешкодити при утворенні льоду Д»2О зменшенню концентрації тяжководних молекул у поверхні льодоутворення з огляду зменшеної їх рухливисті (в 10 разів) у порівнянні з молекулами легководними, тобтоThis ice is enriched with heavy water DgO. Enrichment is based on the effect of the increased temperature of ice formation of heavy water (13.8"С) - a thermodynamic factor. This factor (necessary, but not sufficient) must be strengthened by a kinetic factor - mixing of the solution during its ice formation in order to interfere with the formation of D»2O ice decrease in the concentration of heavy water molecules at the surface of ice formation due to their reduced mobility (by 10 times) compared to light water molecules, i.e.
Нго.Ngo.
При попаданні в полость шнеку лід затримується перфорацією корпусу шнека і його витками 29а пересувається ліворуч по напряму до вікна 31 (кришка 32 в цьому режимі отодвинута від вікна 31), перевалюється через вікно 31 в воронку і разом з транспортною водою (перелив її через вікно 31) по лінії 23 за допомогою насосу 20 скидається в канализацію. Скидання «першого льоду» (його утворення в обсязі потоку і не затримання на стінках трубок дуже залежить від інтенсивності турбулізації потоку у стінок трубок 1-When the ice enters the auger cavity, it is retained by the perforation of the auger body and moves with its turns 29a to the left in the direction of the window 31 (the cover 32 is moved away from the window 31 in this mode), overflows through the window 31 into the funnel and together with the transport water (it overflows through the window 31 ) along line 23 is discharged into the sewer using pump 20. Discharge of the "first ice" (its formation in the volume of the flow and not being retained on the walls of the tubes depends very much on the intensity of the turbulence of the flow at the walls of the tubes 1-
ЛГз) забезпечує полегшення опрісненої талої води (тобто зменшення утримання дейтерія в опрісненої води на 10-2590 в порівнянні з тієї кількості, яка звичайно знаходиться в природній воді, в котрій його утримання складає 0,035--0,0495 мольних).LHz) provides relief of desalinated melt water (that is, a decrease in the content of deuterium in desalinated water by 10-2590 compared to the amount that is usually found in natural water, in which its content is 0.035-0.0495 mol).
Діапазон 3-595 скидуваємого льоду обгрунтовується так: при перевищуванні 595 занадто збільшується загуба роботи на виморажування «не продукта»; при зменшенні нижче 395 важко регулювання цього малого потоку і, крім того, Є можливисть не досягнути мети цієї операції - полегшення ще невимороженого розчину, що залишається.The 3-595 range of discarded ice is justified as follows: when exceeding 595, the loss of work on freezing "non-product" increases too much; when decreasing below 395, it is difficult to regulate this small flow and, in addition, there is a possibility of not achieving the goal of this operation - the relief of the still unfrozen solution that remains.
Невиморожений в ступені З вихідний розчин (у вигляді рециркулята після насосу 21) по лінії 26 направляють в змішувальний бак 35, в якому він змішується з льодом, пересуваємим праворуч в цей бак шнеком 27 (більш певно - його витками 29). Турбулизація в баку 35 льодорозсольної суспензії забезпечує її вибір разом з льодом насосом 38 і подання її по лінії 74 в нижню частину сепараційно-промивочної колониThe unfrozen source solution (in the form of recirculate after pump 21) is sent along line 26 to mixing tank 35, where it is mixed with ice moved to the right into this tank by screw 27 (more likely - by its turns 29). Turbulization in the tank 35 of the ice-brine suspension ensures its selection together with the ice by the pump 38 and its delivery along the line 74 to the lower part of the separation and washing column
СПК. В цьому апараті суспензія рухається верх. Розеол фільтрується через фільтраційні грати 40 і по лінії 75 повертається на зрошування верхньої частини льоду, пересуваємим шнеком 27 праворуч між ступеню 1 і баком 35. Цей розеол, що має меньшу концентрацію у порівнянні з розсольною плівкою на льоду, попередньо промиває цей лід перед його вступом в бак 35 і потім стікає по нахилу ліворуч (10-20" нахилу достатньо для стоку рідини ліворуч, нахил з кутом більш 207 робити нерационально з огляду збільшення вертикального габариту 1-оїі ступені) вниз через перфорацію дна корпусу шнека в місткість-кристалізатор 1-ої ступені Крі.SPK In this device, the suspension moves upwards. The roseol is filtered through the filter grates 40 and is returned to the top ice irrigation line 75 by the movable auger 27 to the right between stage 1 and the tank 35. This roseol, having a lower concentration compared to the brine film on the ice, prewashes this ice before it enters. into tank 35 and then flows down the slope to the left (a 10-20" slope is enough for the liquid to flow to the left, it is irrational to make a slope with an angle of more than 207 in view of the increase in the vertical dimensions of the 1st stage) down through the perforation of the bottom of the auger housing into the capacity-crystallizer 1- 8th degree of Cree.
Колоборот розсолу - бак 35, лінія 74, нижня частина СПК, грати 40, лінія 75, права частина шнеку між І-ЛГі і баком 35 - попередньо сприятствує далі ефектівній роботі СПК, а саме: - підвищує температуру льоду, що запобігає його змерзанню внизу СПК; - зменьшує концентрацію розсольної плівки, що покриває кристали льоду; - зменьшує в'язкість розсолу, що покращує фильтрацію розсолу внизу СПК -спочатку через масу льоду, а потім і через ячейки фільтраційних грат.The circulation of brine - tank 35, line 74, the lower part of the SPK, grid 40, line 75, the right part of the auger between I-LGi and tank 35 - preliminarily promotes the further effective operation of the SPK, namely: - increases the temperature of the ice, which prevents it from freezing at the bottom SPK; - reduces the concentration of the brine film covering the ice crystals; - reduces the viscosity of the brine, which improves the filtration of the brine at the bottom of the SPK - first through the mass of ice, and then through the cells of the filtration grates.
З дна Крі насос 15 відбирає розеол і направляє його більшу частину по лінії 17 в трубну просторинь І-ЛГІі.From the bottom of the Kri, the pump 15 selects roseol and directs most of it along the line 17 into the pipe space of the I-LGIi.
При циркуляції розсолу по трубкам небхідно витримувати умови його незамерзання і затикання трубок льдом, що забезпечується високою швидкістю потоку, малою різницьою температур між температурою замерзання розчину при данної концентрації і температурою кипіння хладоагенту в межтрубної просторині. В трубках І-ЛГі генеруються зародиші льоду, їх розміри по причині вьюокої швидкісті потоку (1м/с) - невелики (1-10Омкм). Такі мікророзміри льоду забезпечують їх проход через льодяну масу, транспортуємую шнеком зліва направо, а також через перфорацію дна шнеку в місткість-кристалізатор Крз. Обсяг Кр розраховується на час пребування розсолу в ньому порядка 5-вмін, що забезпечує вирост кристалів льоду при турбулизації суспензії мішалкою 13 до розмірів 150-250мкм. При рециркуляції разсолу по кільцу (насос 15, лінія 17, трубки І-ЛГі, шнек з льодом) льодяна маса в полості шнека как класификатор пропускає дрібні кристали-зародиші і затримує відносно великі кристали льоду, формуючи з них сніжну масу, підвержену транспортировці.During the circulation of brine through the tubes, it is necessary to withstand the conditions of its non-freezing and clogging of the tubes with ice, which is ensured by the high flow rate and the small temperature difference between the freezing temperature of the solution at a given concentration and the boiling temperature of the refrigerant in the intertube space. Ice nuclei are generated in the I-LH tubes, their sizes are small (1-10μm) due to the high velocity of the flow (1m/s). Such microsizes of ice ensure their passage through the ice mass transported by the auger from left to right, as well as through the perforation of the bottom of the auger into the Krz crystallizer capacity. The volume of Kr is calculated for the time the brine stays in it for about 5 minutes, which ensures the growth of ice crystals when the suspension is turbulated with a stirrer 13 to the size of 150-250 μm. When brine is recirculated through the ring (pump 15, line 17, I-Lhi tubes, auger with ice), the ice mass in the cavity of the auger as a classifier passes small seed crystals and retains relatively large ice crystals, forming from them a snow mass subjected to transportation.
В І-ЛГ: концентрація розсолу по солям збільшується до оптимальної; звичайно в цієй ступені виморажується біля 8095 льоду. Меньшу частину рециркуляту насос 15 направляє по трубі 18 во 2-у ступень виморажування - спочатку на поверхню льоду, пересуваємого шнеком між І-ЛГ» і І-ЛГі з метою його часткової промивки, а потім і в Кр».In I-LH: the concentration of brine by salts increases to the optimum; usually, at this level, about 8095 ice is frozen. The pump 15 directs a smaller part of the recirculated water through the pipe 18 to the 2nd stage of freezing - first to the surface of the ice, which is moved by the auger between I-LH" and I-LGi for the purpose of its partial washing, and then to Kr".
Процеси в ступені 2 аналогичні процесам в ступені 1 (при цьому труба 21 перекрита запорним вентилем - не показаний). Концентрація розсолу збільшується до кінцевої, при котрій він виводится із Кро за допомогою насосу 19 по трубопроводу 71 і через теплообмінник 7.The processes in stage 2 are similar to the processes in stage 1 (at the same time, the pipe 21 is blocked by a shut-off valve - not shown). The concentration of the brine increases to the final one, at which it is removed from the Kro using the pump 19 through the pipeline 71 and through the heat exchanger 7.
Після відділення льоду від розсолу в середній частини СПК лід рухається вверх, промиваясь від поверхневої розсольної плівки противоточним опусканням промивочної води з лінії 76, котра пронизує пористий льодяний поршень і потім в районі фільтраційної грати підмішується к фільтруємому розсолу. В верхній частині СПК промита від розсолу льодяна маса за допомогою направляючого козирька 41 повертає свій рух на 180" і опускається в суміжну камеру 44. Переріз 43, рівнопрохідний з перерізом СПК, не пресує сніжну масу і не зменшує її пористость і проникливість, що не погіршує процес промивки. В суміжній камері 44 льодяна маса розжижається прісною водою, подаваємою по лінії 77, і контактується з поверхнею вбудованого зрошувального конденсатору хладоагенту-плавильнику льоду 45. В цьому апараті конденсується хладоагент, розплавлюючи лід теплом своєї конденсації. Тала вода з дна камери 44 відбирається насосом 78, частина її (більша) рециркулює по лінії 77 знову в камеру 44 - для збільшення коефіцієнту тепловіддачі з боку льодоводяної суспензії, частина по лінії 76 поступає в СПК як промивочна вода, а частина, що залишилась, по лінії 80 через теплообмінник 7, фільтр тонкої очистки 6 і обеззаражуваючий устрій 8 виводиться з ВОК як продуктова чиста тала полегшена обеззаражувана питна вода високої якості.After the ice is separated from the brine in the middle part of the SPK, the ice moves up, being washed from the surface brine film by the countercurrent lowering of the washing water from line 76, which penetrates the porous ice piston and then mixes with the filterable brine in the area of the filtration grate. In the upper part of the SPK, the ice mass washed from the brine with the help of the guide visor 41 turns its movement by 180" and descends into the adjacent chamber 44. The section 43, parallel to the section of the SPK, does not compress the snow mass and does not reduce its porosity and permeability, which does not impair washing process. In the adjacent chamber 44, the ice mass is liquefied by fresh water supplied through line 77 and is in contact with the surface of the built-in irrigation condenser of the ice-melting refrigerant 45. In this apparatus, the refrigerant condenses, melting the ice with the heat of its condensation. The melt water from the bottom of the chamber 44 is removed by pump 78, part of it (larger) is recirculated through line 77 again into chamber 44 - to increase the heat transfer coefficient from the ice-water suspension, part through line 76 enters the SPK as washing water, and the remaining part through line 80 through heat exchanger 7, a fine filter 6 and a disinfecting device 8 are discharged from the VOK as a product of pure, lightened, disinfected drinking water high quality
Холодильна машина в режимі опріснення працює наступним чином. Компресор 46 стискає неазеотропну сумішь хладоагентів (нагадуємо: сумішь називається неазеотропною, коли її рівноважні склади рідкої і газової фаз розрізняються; в диаграмі температура - склад при постійному тиску така сумішь зображується «рибкою», в котрій верхня крива, яка показує склад газової фази, не перетиняється з нижчею кривою, що показує склад рідкої рівноважної фази; характерна особливість такої суміші - при постійних тисках вона кипіть і конденсується при перемінних температурах (при кипінні спочатку переважно википає при найнизчей температурі легкокиплячий (нижчекиплячий) компонент, тобто той компонент /в нашому випадку - Ф22/, котрий має при однаковому тиску з другим компонентом більш низьку температуру насичення, після чого начинає википати другий компонент - тяжкокиплячий /вищекиплячий, в нашому випадку - Ф142в/, причому температура кипіння такої суміши поступово підвищується; при конденсації такої суміші спочатку конденсується практично повністю тяжкокиплячий компонент, а другий компонент буде конденсуватися при тому ж спільном тиску суміші, але при зниженрі температурі і під своїм парциальним тиском). Після компресору 46 стиснута сумішь поступає в додатковий конденсатор 47, в котрому за рахунок теплообміну з повітрям конденсується тяжкокиплячий компонент - Ф142в. Парорідинна сумішь по трубі 81, через теплообмінник 48 і по трубі 82 поступає в ресивер 50, в котрому рідка і газова фази розділюються. Рідка фаза - переважно тяжкокиплячий компонент (Ф142в)- дроселюється в дросельному вентилі 51 і тече на змішення з легсокиплячим компонентом (Ф22). Газова фаза з ресивера 50 - в основному легкокиплячий компонент (Ф22) -поступає по лінії 83 в зрошувальний конденсатор 45, вбудований в камеру 44 СПК. Тут легксокиплячий компонент конденсується при теплопередачі з льодом і вже як рідина стікає в ресивер 49, відкіля він по лінії 89 і після дроселювання в дросельному вентилі 52 тече на змішення з тяжкокиплячим компонентом (Ф142в). Сумішь хладоагентів в режимі опріснення проходить через іспарителі-льодогенератори противотоком опріснюємому розсолу. Це означає, що коли опріснюємий розчин переходить з однієї ступені льодогенерування в другу ступень в послідовності ступеней -53-51-»2-», то неазеотропна сумішь в цьому режимі проходить назустріч (противотоком), тобто в послідовності ступеней «-34-14-24-. Електромагнітни клапани, визначені на фіг.1 літерою О - усі відкриті, а клапани, визначені літерою К - усі закриті.The refrigerator in desalination mode works as follows. Compressor 46 compresses a non-azeotropic mixture of refrigerants (recall: a mixture is called non-azeotropic when its equilibrium compositions of the liquid and gas phases differ; in the temperature-composition diagram at constant pressure, such a mixture is represented by a "fish", in which the upper curve, which shows the composition of the gas phase, does not intersects with the lower curve, which shows the composition of the liquid equilibrium phase; a characteristic feature of such a mixture is that it boils at constant pressures and condenses at variable temperatures (during boiling, the low-boiling (low-boiling) component first boils off at the lowest temperature, that is, the component /in our case - Ф22/, which has a lower saturation temperature at the same pressure as the second component, after which the second component begins to boil out - a hard-boiling /high-boiling one, in our case - Ф142в/, and the boiling point of such a mixture gradually rises; when condensing such a mixture, it initially condenses almost completely hard-boiling component, and the second component will condense at the same common pressure of the mixture, but with a decrease in temperature and under its partial pressure). After the compressor 46, the compressed mixture enters the additional condenser 47, in which the high-boiling component - F142v - is condensed due to heat exchange with air. The vapor-liquid mixture flows through the pipe 81, through the heat exchanger 48 and through the pipe 82 into the receiver 50, in which the liquid and gas phases are separated. The liquid phase - mainly the high-boiling component (Ф142в) - is throttled in the throttle valve 51 and flows to mix with the low-boiling component (Ф22). The gas phase from the receiver 50 - mainly the low-boiling component (F22) - flows through the line 83 into the irrigation condenser 45, built into the chamber 44 of the SPK. Here, the low-boiling component condenses during heat transfer with ice and already as a liquid flows into the receiver 49, from where it flows along line 89 and after throttling in the throttle valve 52 to mix with the high-boiling component (F142b). The mixture of refrigerants in the desalination mode passes through the evaporators-ice generators countercurrently to the desalinated brine. This means that when the desalinated solution passes from one stage of ice generation to the second stage in the sequence of stages -53-51-"2-", then the non-azeotropic mixture in this mode passes in the opposite direction (countercurrent), i.e. in the sequence of stages "-34-14- 24-. The electromagnetic valves identified in Fig. 1 with the letter O are all open, and the valves identified with the letter K are all closed.
Спочатку рідка сумішь хладоагентів поступає в І-ЛГ» по лінії 84 і частково википає (1-а порція - в основному википає легкокиплячий компонент) при найнизчій температурі, після чого вона у вигляді парорідиної суміші поступає в І-ЛГ; по лінії 85 і далі википає (2-а порція), потім вона у вигляді парорідиної суміші з великим утриманням пару легкокиплячого компонента поступає по лінії 65 в І-ЛГз, в котрому википає повністю тяжкокиплячий компонент і далі сумішь паров по лінії 66 відводиться з І-ЛГз, проходить, нагріваясь, через теплообмінник 48 і лінію 88 до всасу компресору 46.First, the liquid mixture of refrigerants enters the I-LH" along line 84 and partially boils off (the 1st portion - mainly the low-boiling component boils off) at the lowest temperature, after which it enters the I-LH in the form of a vapor-liquid mixture; along line 85 and further boils off (the 2nd portion), then it, in the form of a vapor-liquid mixture with a large retention of vapor of a low-boiling component, flows along line 65 into the I-LHz, in which the completely hard-boiling component boils off, and then the vapor mixture is removed from the I along line 66 -LHz, passes, heating up, through the heat exchanger 48 and the line 88 to the suction of the compressor 46.
В режимі концентрування ВОК працює в основному аналогичним чином, але має і відзнаки, яки обумовлені особо високою в'язкістю фруктово-овочевої і іншої цукроутримуючої сировини на заключному етапі концентрування. Вихідний фруктовий сік (наприклад- яблучній сік) насосом 4 подається в фільтр 5, в котрому сік відфільтровується від часточек взвішених речовин. Потім сік охолоджується в попередньому теплообміннику 7 до 3-57С і направляється по трубопроводу 70 в змішувальний бак 35, в котрому він змішується з льодом, пересуваемим шнеком 27 праворуч з усіх ступеней льдогенерування в цей бак.In the mode of concentration, the VOK works basically in a similar way, but it also has distinctions due to the particularly high viscosity of fruit and vegetable and other sugar-containing raw materials at the final stage of concentration. The initial fruit juice (for example, apple juice) is fed by the pump 4 to the filter 5, in which the juice is filtered from particles of suspended substances. Then the juice is cooled in the preliminary heat exchanger 7 to 3-57C and sent through the pipeline 70 to the mixing tank 35, in which it is mixed with ice moved by the screw 27 to the right from all stages of ice generation into this tank.
Турбулизація в баке 35 льодорозсольної суспензії забезпечує її вибір разом з льодом насосом 38 і подання ії по лінії 74 в нижню частину сепараційно-промивочної колони СПК. Робота СПК в режимі концентрування ничим не відрізняється від роботи цього ж апарату в режимі опріснення, вже описаного раніше. З СПК сік фільтрується через фільтраційну грату 40 і по лінії 75 повертається на зрошування верхньої частини льоду, пересуваемим шнеком 27 праворуч між ступеню 71 і баком 35. Цей сік, що маєть меншу концентрацію у порівнянні з концентратною плівкою на льоду, попередньо промиває цей лід перед його поступом в бак 35 і потім стікає по нахилу ліворуч і вниз через перфорацію дна корпусу шнека 27 в місткість-кристалізатор 1-ої ступені Крі, змішуваясь в ньому з концентратом 1-оі ступені і підвищуя скачком свою концентрацію до приблизно 2595 по закону кристалізатора змішення.Turbulization in the tank 35 of the ice-brine suspension ensures its selection together with the ice by the pump 38 and its delivery along the line 74 to the lower part of the separation and washing column SPK. The operation of the SPK in the concentration mode is no different from the operation of the same device in the desalination mode, already described earlier. From the SPK, the juice is filtered through the filter grate 40 and along the line 75 is returned to the irrigation of the upper part of the ice, moved by the auger 27 to the right between the stage 71 and the tank 35. This juice, which has a lower concentration compared to the concentrate film on the ice, pre-washes this ice before by its progress into tank 35 and then flows down the slope to the left and down through the perforation of the bottom of the screw housing 27 into the capacity-crystallizer of the 1st stage Kree, mixing in it with the concentrate of the 1st stage and suddenly increasing its concentration to approximately 2595 according to the law of the mixing crystallizer .
З днища Крі концентрат 1-оїі ступені відбирається насосом 15 і по лінії 17 подається в трубну просторинь 1-ої ступені іспарителя-льдогенератору І-ЛГі. При руху по трубкам вниз цей концентрат охолоджується за рахунок теплоти пароутворення киплячего в межтрубної просторині хладоагенту, частково виморажується і разом з кристалами льоду стікає із нижчей частини І-ЛГі на шнек 27 і потім через його донну перфорацію корпусу 28 в Крі. В місткість-кристалізатор 2-ої ступені Кр» концентрат 1-ої ступені поступає по лінії 18, стікає на льодяну масу, пересуваемую витками шнеку 29 в интервал! між Кр» і Крі, промивая лід від плівки концентрату 2-оїі ступені. В апаратах 2-ої ступені льодогенерування І-ЛГ»-Кр» процеси протекають аналогично процесам 1-ої ступені І-ЛГі-Крі, але при більш високої концентрації (35-г4095). Приблизно 88-9295 води з вихідного сіку витягується в ступенях 1 і 2.From the bottom of the Kri, the concentrate of the 1st stage is taken by the pump 15 and fed through the line 17 into the pipe space of the 1st stage of the evaporator-ice generator I-Lhi. When moving down the tubes, this concentrate is cooled due to the heat of vaporization of the refrigerant boiling in the intertube space, partially freezes and, together with ice crystals, flows from the lower part of the I-LGi to the auger 27 and then through its bottom perforation of the housing 28 in the Kree. In the capacity-crystallizer of the 2nd stage Kr», the concentrate of the 1st stage enters through the line 18, flows onto the ice mass, which is moved by the turns of the screw 29 in the interval! between Kr» and Kr, washing the ice from the film of concentrate of the 2nd degree. In the devices of the 2nd stage of ice generation I-LH"-Kr" the processes take place similarly to the processes of the 1st stage I-LHi-Kri, but at a higher concentration (35-g4095). Approximately 88-9295 of water from the source juice is extracted in stages 1 and 2.
В ступень З концентрат 2-оі ступені поступає по лінії 21, стікає на льодяну масу, пересуваемую витками шнеку 29а праворуч в интервалі між Крз і Кр, промивая лід от плівки концентрату 3-і ступені. В апаратах 3-ої ступені льодогенерування І-ЛГз-Крз процеси протекають аналогично процесам 2-оїі ступені І-ЛГ»-Кр», але при більш високої концентрації (55-7090). Концентрування провадиться хочь до параметрів евтектичної точки, котра, наприклад для розчину цукроза-декстроза -вода має концентрацію 64,995 при температурі -17"С, а для виноградного сіку в залежності від сорту винограду - концентрацію біля 6795 при температурі біля -217С. В цієй останньої ступені витягується біля 1095 води. Концентрат сіку при такої високої концентрації і низької температурі має високу в'язкість - більш 800 103Па с, котра утруднює транспорт концентрату і всі інши процеси з ним -масопередачу, теплопередачу, турбулизацію, дифузію, зрівнення градиентів концентрацій і температур, розділення 2-х твердих фаз - кристалів льоду і цукрів, сепарацію і промивку кристалів льоду від концентрату. Для уникання цієї труднощі, тобто для зменшення в'язкісті турбулізуєого і транспортуєого концентрату в тандемі І-ЛГз-Крз в випадку утворення в останній ступені льодогенерування і росту кристалів льоду з високов'язких концентратів, а рівно і одночасно з льодом і генерування і росту другої твердої фази - наприклад, кристалів солей, цукрів і інш., яки кристалізуються в евтектичній точці, в останній ступені концентрат опрісняємого (концентруємого) розчину для зменшення його в'язкісті виморажують у суміші з проміжним малов'язким при температурах від -107С до -302С (в'язкість не більш 1 103Па с) транспортним носієм.In step C, the concentrate of the 2nd degree enters through line 21, flows onto the ice mass, which is moved by the turns of the screw 29a to the right in the interval between Krz and Kr, washing the ice from the film of the concentrate of the 3rd degree. In the devices of the 3rd stage of ice generation I-LHz-Krz, the processes proceed similarly to the processes of the 2nd stage I-LH»-Kr», but at a higher concentration (55-7090). Concentration is carried out at least to the parameters of the eutectic point, which, for example, for a solution of sucrose-dextrose - water has a concentration of 64.995 at a temperature of -17"C, and for grape juice, depending on the grape variety, a concentration of about 6795 at a temperature of about -217C. In this last degrees is extracted at about 1095 water. At such a high concentration and low temperature, the juice concentrate has a high viscosity - more than 800 103 Pa s, which complicates the transport of the concentrate and all other processes with it - mass transfer, heat transfer, turbulence, diffusion, equalization of concentration and temperature gradients , separation of 2 solid phases - ice crystals and sugars, separation and washing of ice crystals from the concentrate. To avoid this difficulty, that is, to reduce the viscosity of the turbulized and transported concentrate in the I-LHz-Krz tandem in the case of formation in the last stage of ice generation and the growth of ice crystals from highly viscous concentrates, and equally and simultaneously with ice and the generation and growth of the second solid phase - for example, crystals of salts, sugars, etc., which crystallize at the eutectic point, in the last stage, the concentrate of the desalinated (concentrating) solution is frozen in a mixture with an intermediate low-viscosity at temperatures from -107С to -302С to reduce its viscosity (viscosity no more than 1 103 Pa s) by means of transport.
У якості транспортного носія пристосовують незмішувані з водою рідини -наприклад, кремнійорганичну рідину (сілікон), недогріті або киплячі хладоагенти, наприклад, фреон 11, вуглекислоту та інш. або гази, наприклад азот, пари вуглекислоти, діоксіда сіри та інш., з котрими виморажуваємий концентрат турбулентно реціркулірує у процесі генерування кристалів льоду (і кристалів іншої твердої фази) і в процесі росту цих вишезгаданих кристалів. Кремнійорганичну рідину (сілікон) використують у випадку концентрування техничних розчинів (наприклад ракетного топлива - гидразина). Хладоагенти (Ф11, 134а, 142в і інш.) пристосуваєми у випадку виробництва питної води. Вуглекислоту і діоксід сіри дозволено Мінздравом використовувати у виробництві концентратів з фруктових сіків і винопродуктів. Діоксід сіри пристосовується в технолога виноробства для запобігання процесу окислення виноградного сусла. В випадку пристосування вуглекислотиLiquids immiscible with water are used as a transport medium - for example, organosilicon liquid (silicone), underheated or boiling refrigerants, for example, Freon 11, carbon dioxide, etc. or gases, such as nitrogen, carbon dioxide vapors, sulfur dioxide, etc., with which the freezable concentrate turbulently recirculates in the process of generating ice crystals (and crystals of another solid phase) and in the process of growth of these aforementioned crystals. Silicon-organic liquid (silicone) is used in the case of concentration of technical solutions (for example, rocket fuel - hydrazine). Refrigerants (F11, 134a, 142c, etc.) are used in the case of drinking water production. Carbon dioxide and sulfur dioxide are allowed by the Ministry of Health to be used in the production of concentrates from fruit juices and wine products. Sulfur dioxide is used by the winemaking technologist to prevent the oxidation process of grape must. In case of adaptation of carbon dioxide
З-я ступень генерування і росту кристалів може бути і відділена від перших 2-х ступеней і не мати з ними спільного шнеку (що може бути доцільним в окремих пристосуваннях) з огляду високого тиску вуглекислоти і малих розмірів апаратів 3-й ступені. Теперішнє заявочне рішення відноситься і к цьому частковому випадку.The 3rd stage of crystal generation and growth can be separated from the first 2 stages and not have a common screw with them (which may be appropriate in some devices) due to the high pressure of carbon dioxide and the small size of the 3rd stage devices. The current application decision also applies to this partial case.
Обсягова доля «с» транспортного носія, який циркулює разом з концентруємим розчином (концентратом сіку) в тандемі І-ЛГз-Крз, залежить від в'язкісті дисперсної фази пд - конкретного розчину (концентрату сіка) - і в'язкісті суцільної фази пе - транспортного носія - і придатна в інтервалі о-0,6-0,8 з таким розрахунком, щоб в'язкість суміші розчин «т носій не пребільшувала верхнього значення її транспортабельності, рівної приблизноThe volume fraction "c" of the transport medium, which circulates together with the concentrated solution (juice concentrate) in the I-LHz-Krz tandem, depends on the viscosity of the dispersed phase pd - a specific solution (juice concentrate) - and the viscosity of the solid phase pe - of the transport medium - and is suitable in the range o-0.6-0.8 with such a calculation that the viscosity of the mixture of solutions and media does not exaggerate the upper value of its transportability, equal to approximately
Чсуміш--10 103Па с. Наприклад в'язкість суміші цукровий розчин (Т- -202С, концентрація - 6095, в'язкість цієї дисперсної фази пде800 103Па с) я рідкий фреон 11 (Т- -202С, в'язкість цієї суцільной фази пс-0,685 103Па с) при о-0,4 згідно формулі Бачинского рівнаChsumish--10 103Pa p. For example, the viscosity of a mixture of sugar solution (T-202C, concentration - 6095, viscosity of this dispersed phase pde800 103Pa s) and liquid Freon 11 (T-202C, viscosity of this solid phase ps-0.685 103Pa s) at o-0.4 according to the formula of the Bachinsky equation
Чсуміші-(Яей1-030111--41 Ботд/(Яд--пе)1-(0,685 103/(1-0,431(11--11,5 0,4 800 1033/1800 103--0,685 103)Ц-1,82 103Па б.Chsumishi-(Yai1-030111--41 Botd/(Yad--pe)1-(0.685 103/(1-0.431(11--11.5 0.4 800 1033/1800 103--0.685 103)Ц-1 ,82 103Pa b.
В режимі концентрування кришка 32 прижата герметично к вікну 31, що дозволяє (див. фіг.1 і 2) за допомогою регулятору рівня рідкої фази 57 підтримувати рівень суспензії вище рівня нижчеї образуючої витків шнеку 29а на 1/4 його діаметру. Це приймання запобігає замазання отворов днища корпусу шнека льодом і забезпечує «злив» в потоці разом з насиченим концентратом і дрібних але тяжелих, кристалів цукрів в Крз.In the concentration mode, the lid 32 is pressed hermetically to the window 31, which allows (see fig. 1 and 2) to maintain the level of the suspension above the level of the lower forming turns of the screw 29a by 1/4 of its diameter with the help of the liquid phase level regulator 57. This reception prevents the holes of the bottom of the auger body from being clogged with ice and ensures "draining" in the flow together with the saturated concentrate and small but heavy sugar crystals in the Krz.
Коли рівень буде менш 1/4 діаметра шнеку, то більша права сторона днища шнеку буде осушеною і замазаною льодом; коли цей рівень буде більше 1/4 діаметра шнеку, то зменшується ефект промивки пересуваемої праворуч льодяної маси від плівки концентрату за рахунок зрошення цього льоду рідиною з лінії 21.When the level is less than 1/4 of the auger diameter, the larger right side of the bottom of the auger will be drained and smeared with ice; when this level is more than 1/4 of the diameter of the auger, the effect of washing the ice mass moving to the right from the concentrate film due to irrigation of this ice with liquid from line 21 is reduced.
За допомогою пульсаційного компресору 58 забепечується циркуляція газа-носія, турбулизуючого рідку густу фазу як в трубках іспарителя-льодогенератору І-ЛГз, так і в кристалізаторі Крз.With the help of the pulsation compressor 58, the circulation of the carrier gas, which turbulates the liquid thick phase, is ensured both in the tubes of the evaporator-ice generator I-LHz and in the Krz crystallizer.
З нижчей частини Крз концентрат виводиться по лині| 24 за допомогою насосу 20, відділяється від транспортного носія в сепараторі 70 і виводиться из ВОК(а) по лінії 72 в якості продукту. Рециркуляційний концентрат повертається в Крз по лінії 71.From the lower part of the Krz, the concentrate is removed via a line 24 with the help of the pump 20, is separated from the transport medium in the separator 70 and is removed from the VOK(a) along the line 72 as a product. The recirculation concentrate is returned to Krz on line 71.
В режимі концентрування сіків рідка сумішь хладоагентів поступаєть спочатку в І-ЛГз по лінії 87 і частково викіпає (1-а порція - в основному викіпає легкокиплячий компонент) при наінизчей температурі, після чого вона у вигляді паро рідкої суміші поступаєть в І-ЛГ»о по лінії 67 і далі викіпає (2-а порція), потім вона у вигляді парорідкої суміші з великим утриманням пару легкокиплячого компоненту поступає по лінії 85 в І-ЛГ', в котрому викіпає повністю тяжкокиплячий компонент і далі сумішь парів по лінії 86 відводиться з І-ЛГ, проходить, нагріваючись, через теплообмінник 48 і лінію 88 на всас компресору 46. Неазеотропна сумішь в цьому режимі проходить в послідовності ступеней «-14-24-34-, а концентруємая харчова рідина (фруктові сіки, кроме виноградного /по цьому сіку - див.нижче/) переходить з одної ступені льодогенеруваня в другу ступень в послідовательності ступеней -51-32-53-».In the juice concentration mode, the liquid mixture of refrigerants first enters the I-LHz along line 87 and partially boils (the 1st portion - mainly the low-boiling component boils) at the lowest temperature, after which it enters the I-LH»o in the form of a vapor-liquid mixture along line 67 and further boils (the 2nd portion), then it, in the form of a vapor-liquid mixture with a large retention of vapor of a low-boiling component, flows along line 85 into the I-LH', in which all the high-boiling component boils off, and then the mixture of vapors is diverted along line 86 I-LH passes, being heated, through the heat exchanger 48 and the line 88 on the suction of the compressor 46. The non-azeotropic mixture in this mode passes in the sequence of stages "-14-24-34-, and the concentrated food liquid (fruit juices, except grape juice / according to juice - see below/) passes from one stage of ice generation to the second stage in the sequence of stages -51-32-53-".
При роботі на яблучному сіку, наприклад, режим роботи холодильної машини наступний: - в іспарителях при своєму ході від І-ЛГз до І-ЛГі неазеотропна сумішь хладоагентів викіпає при перемінної температурі от мінус 217"С до мінус 9"С, при цьому тиск кипіння суміші постійний і рівняється 469,3кПа (парциальний тиск кипіння Ф22 рівняється 382 кПа, парциальний тиск кипіння Ф142в рівняється 87,3кПа); - в конденсаторі хладоагенту - плавильнику льоду 45 неазеотропна сумішь хладоагентів, що збагаченаWhen working on apple juice, for example, the mode of operation of the refrigerating machine is as follows: - in the evaporators, during its movement from I-LHz to I-LHi, the non-azeotropic mixture of refrigerants boils at a variable temperature, from minus 217"C to minus 9"C, while the boiling pressure of the mixture is constant and is equal to 469.3 kPa (the partial boiling pressure of F22 is equal to 382 kPa, the partial boiling pressure of F142 is equal to 87.3 kPa); - in the refrigerant condenser - ice melter 45 non-azeotropic mixture of refrigerants enriched
Ф22, конденсується практично при постійної температурі ї8"С і постійному тиску 1,24МПа (парциальний тиск конденсації Ф22 рівняється 641 МТкПа); - в додатковому конденсаторі (повітряному) 47 з неазеотропної суміші хладоагентів при постійному тиску 1,24МПа конденсується практично тільки Ф142в (при своєму парциальному тиску 601 ,2кПа).F22 condenses practically at a constant temperature of 8"C and a constant pressure of 1.24 MPa (the partial pressure of condensation of F22 is equal to 641 MTkPa); - in an additional condenser (air) 47 from a non-azeotropic mixture of refrigerants at a constant pressure of 1.24 MPa, practically only F142b condenses (at to its partial pressure of 601.2 kPa).
Концентрацію неазеотропної суміші хладоагентів встановлюють з розрахунку-добуток масової долі легкокиплячого компоненту (в нашому прикладі Ф22) на теплоту його пароутворення дорівнює теплоті процесу плавлення льоду. Таки соовідносини компонентів в суміші обумовлювани кількістью маємого льоду. Якщо Ф22 буде більше, ніж в вказаному соовідносині, то достатний легкокиплячий компонент не буде сконденсований в плавильнику-конденсаторі 45 і для його конденсації в додатковому конденсаторі 47 треба бути підвищити тиск (це перевитрати роботи). Якщо Ф22 буде менш, ніж в вказаному соовідносині, то для расплавления всього льоду в плавильнику-конденсаторі 45 треба бути в нього направляти підвищену кількість тяжкокиплячого компоненту (Ф142в), котрий буде конденсуватися все рівно при тому ж тиску і той ж самій температурі, при котрих він конденсується в повітряному додатковому конденсаторі 47, тобто в плавильнику-конденсаторі 45 буде висока різниця температур при теплопередачі, що збільшує необратимисть (це перевитрати роботи).The concentration of a non-azeotropic mixture of refrigerants is determined by calculating the product of the mass fraction of the low-boiling component (in our example F22) and the heat of its vaporization is equal to the heat of the ice melting process. Such ratios of components in the mixture are determined by the amount of ice we have. If F22 is greater than in the specified ratio, then a sufficient low-boiling component will not be condensed in the condenser-melter 45, and for its condensation in the additional condenser 47, the pressure must be increased (this is an overrun of work). If F22 is less than in the specified ratio, then in order to melt all the ice in the condenser-melter 45, it is necessary to send an increased amount of the hard-boiling component (F142v) into it, which will condense all the same at the same pressure and the same temperature, at which it condenses in the air additional condenser 47, that is, in the condenser-melter 45 there will be a high temperature difference during heat transfer, which increases irreversibility (this is an overrun of work).
Крім того при високий температурі в плавильнику-конденсаторі 45 робота СПК 36 стає неустойчивою, промивочна вода, що стікає вниз в СПК, стає занадто підогрітою, що приводить к расплавлению частки льоду ще в процесі його промивки від концентрату.In addition, at a high temperature in the condenser-melter 45, the operation of the SPK 36 becomes unstable, the washing water flowing down into the SPK becomes too heated, which leads to the melting of a particle of ice even in the process of washing it from the concentrate.
Для різних режимів ВОК концентрація суміші різна. Наприклад при концентруванні яблучного сіку з початковою концентрацією сухих речовин 1395 до кінцевої концентрації 4095 оптимальні соовідносиниThe concentration of the mixture is different for different VOK modes. For example, when concentrating apple juice with an initial concentration of dry substances of 1395 to a final concentration of 4095, the optimal ratio
Фф22:Ф142в будуть 61,5:38,5. При концентруванні цього ж сіку з початковою концентрацією сухих речовин 13905 до кінцевої концентрації барвника - ароматизатору 6095 оптимальні соовідносини Ф22:Ф142в будуть 66,7:34.3.Ff22:F142v will be 61.5:38.5. When concentrating the same juice with an initial concentration of dry substances of 13905 to a final concentration of dye - flavoring agent of 6095, the optimal ratio of Ф22:Ф142v will be 66.7:34.3.
При концентруванні виноградного сіку ВОК працює в послідовності ступеней такою ж, як і для режима опріснення, тобто розчин переходить з одної ступені льодогенерування в другу ступень в послідовності ступеней -»3-51-»2-». Це пояснюється тім, що спочатку з виноградного сіку треба усунуть солі винокаменої кислоти, яки кристалізуються при охолодженні сіку до температур ж27--27"Сб. В цьому випадку ці солі осаждаються в Крз і виводяться з ВОК(а) через сепаратор транспортного носія 70.When concentrating grape juice, VOK works in the same sequence of steps as for the desalination mode, that is, the solution goes from one stage of ice generation to the second stage in the sequence of stages -»3-51-»2-». This is explained by the fact that, first of all, the tartaric acid salts must be removed from the grape juice, which crystallize when the juice is cooled to temperatures of 27--27"Сb. In this case, these salts are deposited in the Krz and removed from the VOK(a) through the separator of the transport medium 70.
В теперішньому способі перевод в лід 3-595 від вихідного розчину і скидання цього тяжководного льоду дозволяє получити полегшену питну воду, яка має сприятливий біологичний і медицинский ефект.In the current method, transferring 3-595 from the original solution to ice and dumping this heavy-water ice makes it possible to obtain light drinking water that has a beneficial biological and medical effect.
Змішення вихідного розчину з льодом після виходу льоду з першої ступені льодогенерування і перед його поданням на сепарацію и промивку дозволяє підвищити температуру суспензії, зменшити концентрацію розсолу (концентрату на поверхні кристалів льоду), зменшити в підсумку в'язкість розсолу (концентрату) і поліпшити ефективність операції сепарації і промивки льоду від розсолу (концентрату).Mixing the initial solution with ice after the ice is released from the first stage of ice generation and before it is submitted to separation and washing allows to increase the temperature of the suspension, reduce the concentration of brine (concentrate on the surface of ice crystals), ultimately reduce the viscosity of the brine (concentrate) and improve the efficiency of the operation separation and washing of ice from brine (concentrate).
Використування в якості хладоагенту неазеотропної суміші хладоагентів, наприклад Ф22-Ф142в, яку вводять противотоком з ходом опріснюємого розчину у останню по ходу опріснюємого або концентруємого розчину ступень льодогенерування і виводімую з першої по ходу опріснюємого або концентруємого розчину ступені льодогенерування (що конструктивно досягається тим, що вхіди рідкого хладоагенту в іспарителі- льодогенератори і виходи хладоагенту з них проходять послідовательно через ступені опріснення і концентрування розчинів противотоком з ходом обезвожуваємого розчину), дозволяє з огляду підтримування перемінної температури кипіння хладоагентів в усіх І-ЛГ, що збігається по темпу своього зрісту з зрістом температури заморажування концентруємого розчину (лічба в сторону його вхіда в ВОК), підтримувати малу різницю температур при теплопередачі порядка 3,5"С, що задовольняє умові незамерзування внутрішній поверхні трубок іспарителя льодом. Встановлення правила розрахунку концентрації неазеотропної суміші хладоагентів дозволяє зменшити витрати роботи на опріснення (концентрування). Вьіморажування в останній ступені концентрата опріснюємого (концентруємого) розчину в суміші з проміжним малов'язким при температурах від -107С до -30"С транспортним носіїм. зменшує сумарну в'язкість суспензії, що забезпечує проведення процесу кристаллизації льоду до звтектичних концентрацій (з випаданням другої твердої фази - кристалів солей або інших речовин, наприклад цукрів). Тобто це приймання дозволяє зняти обмеження досягнення крайніх степеней концентрування вихідної, наприклад, харчової рідини (сіків, молока, винопродуктів, уксусу, пива і інш.)The use as a refrigerant of a non-azeotropic mixture of refrigerants, for example Ф22-Ф142в, which is introduced countercurrently with the flow of the desalinated solution into the last step of the desalinated or concentrated solution of the ice generation stage and removed from the first step of the desalinated or concentrated solution of the ice generation stage (which is constructively achieved by the fact that the inputs of liquid refrigerant in the evaporator-ice generators and the refrigerant exits from them pass successively through the stages of desalination and concentration of solutions countercurrently with the flow of the dewatered solution), allows, from the point of view, to maintain the variable boiling temperature of refrigerants in all I-LHs, which coincides in terms of its growth rate with the growth of the freezing temperature of the concentrated solution (the number in the direction of its entrance into the VOK), maintain a small temperature difference during heat transfer of the order of 3.5"C, which satisfies the condition that the inner surface of the evaporator tubes is not frozen by ice. Establishing the rule for calculating the concentration of non-azeotropic mixture of refrigerants allows to reduce costs of work on desalination (concentration). Freezing in the last stage of the concentrate of the desalinated (concentrating) solution in a mixture with an intermediate low-viscosity transport medium at temperatures from -107C to -30"C reduces the total viscosity of the suspension, which ensures the process of ice crystallization to zvtectic concentrations (with the precipitation of the second solid phase - crystals of salts or other substances, for example sugars).That is, this acceptance allows you to remove the limitation of reaching the extreme degrees of concentration of the original, for example, food liquid (juices, milk, wine products, vinegar, beer, etc.)
Нахил іспарителей - льодогенераторів к місткістям-кристалізаторам під кутом 15-30" спрощує експлуатацію при помилках персоналу.The inclination of the evaporators - ice generators to the crystallizers at an angle of 15-30" simplifies operation in case of personnel errors.
Нахил шнеку (ів) під кутом 10-20" до горизонталі зменшує засолоненість льоду по мірі його переміщення шнеком зліва праворуч (по схемі), що потім полегчить промивку льоду в сепараційно-промивочній колоні.The inclination of the auger(s) at an angle of 10-20" to the horizontal reduces the salinity of the ice as it moves through the auger from left to right (according to the diagram), which will then facilitate the washing of the ice in the separation-washing column.
Наявність зігнутого козирька в СПК і рівнопроходного перерізу колони для перевалювання льоду і зменення його направлення руху на 1807 в суміжну камеру, в котру вбудован зрошувальний конденсатор хладоагенту-плавильник льоду, забезпечивая рух льоду без його підпресовування, дозволяєть спростити конструкцію СПК (нема механічного устрія), а головне - примусово подати лід в конденсатор хладоагенту- плавильник льоду під тиском насосу 38, що утворює ефект прижиму льоду к поверхні конденсатору- плавильнику, що збільщує коефіцієнт тепловіддачі со сторони льоду, що плавиться, к стінке трубок конденсатору -плавильнику. А саме цей зовнішній коефіцієнт тепловіддачі - головний термичний опір, що зменщує загальний коефіцієнт теплопередачі в цьому апараті.The presence of a bent visor in the SPK and a straight cross-section of the column for rolling ice and changing its direction of movement to 1807 in an adjacent chamber, in which an irrigation condenser of the refrigerant-ice melter is built-in, ensuring the movement of ice without pressing it, allows to simplify the design of the SPK (no mechanical device), and the main thing is to forcibly feed ice into the condenser of the refrigerant-ice melter under the pressure of the pump 38, which creates the effect of pressing the ice to the surface of the condenser-melter, which increases the coefficient of heat transfer from the side of the melting ice to the wall of the tubes of the condenser-melter. Namely, this external heat transfer coefficient is the main thermal resistance that reduces the overall heat transfer coefficient in this device.
Наявність в першій по ходу вихідного розчину в режимі опріснення місткісті-кристалізаторі з'ємного вікна, розташованого у тильному перерізі корпусу шнека, забезпечує вивалення і скидання тяжководного льоду зThe presence of a removable window located in the rear cross-section of the auger housing in the desalination mode of the initial solution in the desalination mode of the auger housing ensures the precipitation and discharge of heavy water ice from
ВОК і в підсумку продуцирования полегшеної води.VOK and, as a result, the production of light water.
Наявність в цієї ж місткісті-кристалізаторі при роботі в режимі концентрування регулятору рівня рідкої фази, що підтримує рівень суспензії вишче рівня нижчей образуючої шнеку на 1/4 його діаметру, забезпечує розділення кристалів двух видів - тяжелих кристалів солі (цукрів), що осідають при затопленні нижчей кромки шнека 29а і потім опускаються в місткісті-кристалізаторі Крз, і крупних кристалів (около 200мкм) льоду, які пересуваються шнеком 29а праворуч; Наявність між вихідом суспензії з місткісті-кристалізатору Крз і вхідом в трубну просторинь іспарителя-льодогенератора І-ЛГз рециркуляційного пульсаційного компресору сприяє турбулизації газом (транспортним носієм) суспензії при її руху по тракту цього тандему, прочищає перфорацію дна корпусу шнека 29а, що в сумі сприятствує здійсненню процесі в цьому тандемі. Сума заявлених приймань во взаємозв'язку забезпечує универсальність роботи ВОК - на будь-якої вихідної водної сировині (солевої, харчової), з будь-якою ступіню обезвожування, з отриманням будь-яких концентратів, що істотно розширює краї його пристосування (особливо це доцільно в нових вьіморажуваючих технологіях виробництва цукру і водки /замість пристосовуваємого зараз енергомарнотратного випарювання/, розчинених фруктово-овочових порошків, концентратів і порошків з термолабильної сировини /яка не «терпить» процесів нагріву/ фармацептичної і парфумної промисловисті).The presence in the same capacity-crystallizer when working in the concentration mode of the liquid phase level regulator, which maintains the suspension level above the level of the lower forming screw by 1/4 of its diameter, ensures the separation of two types of crystals - heavy crystals of salt (sugars) that settle during flooding the lower edge of the screw 29a and then fall into the Krz crystallizer capacity, and large crystals (about 200 μm) of ice that move through the screw 29a to the right; The presence between the exit of the suspension from the capacity-crystallizer Krz and the entrance to the pipe space of the evaporator-ice generator I-LHz of the recirculation pulsation compressor contributes to the turbulence of the suspension with gas (transport medium) during its movement along the path of this tandem, cleans the perforation of the bottom of the auger housing 29a, which in total contributes implementation of the process in this tandem. The sum of the declared acceptances in conjunction ensures the universality of the work of the VOK - on any raw water raw material (salt, food), with any degree of dehydration, with the production of any concentrates, which significantly expands the scope of its adaptation (this is especially appropriate in new freezing technologies for the production of sugar and vodka /instead of the energy-wasting evaporation currently in use/, dissolved fruit and vegetable powders, concentrates and powders from thermolabile raw materials /which do not "tolerate" heating processes/ of the pharmaceutical and perfume industry).
82 І я щ шин шї 50 пининийшшшо; п- «ФЕНИНИМИшишИ ві 7 3"82 And I sh shin shi 50 pininyshshsho; p- "FENNYMYSHISHY at 7 3"
Ї 88 пе Я ф ву РЕ ШЧ8НВ-- ГК т 52 59 39 чі кох осіх жо сно 26 ооо ост ага: ооо, ДИНИ БАТАЛСЬІ 45 вс; і? 86 ИН т 25| 66 й Фі 87 78 - Ї 5 40 акY 88 pe I f vu RE SHCH8NV-- GK t 52 59 39 chi koh osih zho sno 26 ooo ost aga: ooo, DYNY BATALS'I 45 sun; and? 86 IN t 25| 66 and Phi 87 78 - Y 5 40 ac
УМ Не о - 3 и 35 за 1 Я. су ЩоUM Ne o - 3 and 35 for 1 Ya. su What
Зі ся з Дей І й ши гм пере ЙЕ: 1 ІZ sya z Dei I y shi hm per YE: 1 I
Ге етя сені сзвй 5» 36 в. і нести / о т -- - «Ша: ще іє з жо з - т ва 21 54 І що ть оглх8х кі в КА й г ми я Го 4 79 з8-С у кФ ЩІ шини м| ох 1-1 Ден укітня - розчин т -2З 5 Прісна (5 вода 6 8 фіг.Ge etya seni szvy 5" 36 c. and carry / o t -- - "Sha: sche ie z zho z - t va 21 54 And what t oglh8h ki in KA and g we I Go 4 79 z8-S in kF SHCHI tires m| oh 1-1 Den ukotnya - solution t -2З 5 Fresh (5 water 6 8 fig.
26 г Що /65 , Дек, пі СИ т-во 621 8 З нена, 22 58 пан я І) і хо 19а и Чи т 5 м 5 --І5)26 g What /65 , Dec, pi SI t-vo 621 8 Z nena, 22 58 pan i I) i ho 19a i Chi t 5 m 5 --I5)
ТШЦТЦШЦТТТТ УТШЦТЦЦЦTTTT U
7-х лет ше | я7 years old I
З окт т 5) вн ОО) 6 - о ' - ,жь9 о пн я ї и -0ВШВЗЗ-5.-2-252-2З..- 0 0 Ш5З 56565СО-ШО- ! 72 Фіг 2From Oct. 5) Vn. 72 Fig. 2
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA2002042927A UA53239C2 (en) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | Method for desalination and concentration of aqueous solutions by multi-stage freezing-out and multi-stage desalter- concentrator for realizing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA2002042927A UA53239C2 (en) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | Method for desalination and concentration of aqueous solutions by multi-stage freezing-out and multi-stage desalter- concentrator for realizing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA53239C2 true UA53239C2 (en) | 2007-06-11 |
Family
ID=38438978
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UA2002042927A UA53239C2 (en) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | Method for desalination and concentration of aqueous solutions by multi-stage freezing-out and multi-stage desalter- concentrator for realizing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA53239C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105776397A (en) * | 2016-04-14 | 2016-07-20 | 新奥科技发展有限公司 | Salt-containing wastewater freezing treatment system and method thereof |
-
2002
- 2002-04-11 UA UA2002042927A patent/UA53239C2/en unknown
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105776397A (en) * | 2016-04-14 | 2016-07-20 | 新奥科技发展有限公司 | Salt-containing wastewater freezing treatment system and method thereof |
CN105776397B (en) * | 2016-04-14 | 2019-05-03 | 新奥科技发展有限公司 | Salty wastewater freezing treatment system and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rahman et al. | Freezing‐melting process and desalination: I. Review of the state‐of‐the‐art | |
US20130134102A1 (en) | Process and apparatus for water purification | |
RU2623256C2 (en) | Device and method for desalination of water | |
US8677769B2 (en) | Mineral recovery system for desalination | |
CN111072205A (en) | Process and system for zero discharge recovery of sodium sulfate from high-salt high-COD wastewater | |
US4112702A (en) | Freeze desalination and concentration apparatus | |
Rahman et al. | Freezing‐Melting Desalination Process | |
US12187625B2 (en) | Zero liquid discharge eutectic freeze desalination with intermediate cold liquid | |
Raventós et al. | 11 Freeze Concentration Applications in Fruit Processing | |
Macias-Bu et al. | Technical and environmental opportunities for freeze desalination | |
UA53239C2 (en) | Method for desalination and concentration of aqueous solutions by multi-stage freezing-out and multi-stage desalter- concentrator for realizing the same | |
Ahmed et al. | Treatment of highly saline brines using a static freeze crystallisation process | |
NL1007846C2 (en) | Method and device for the freeze concentration of substances. | |
US20220267173A1 (en) | Systems and methods for separating soluble solutions | |
UA53239A (en) | method for desalination and concentration of aqueous solutions by multi-stage freezing-out and multi-stage desalter- concentrator for realizing the same | |
US20240425387A1 (en) | Method and device for desalinating water | |
Rahman et al. | The Freezing–Melting Process in Liquid Food Concentration | |
US3253419A (en) | Batch fractional crystallization and purification | |
WO2004045738A2 (en) | Freeze concentration system | |
Hamid et al. | Application of Progressive Freeze Concentration for Water Purification using Rotating Crystallizer with Anti-super cooling Holes | |
DK160355B (en) | PROCEDURE AND PLANT FOR EXTRACTION OF SOLID MATERIALS FROM SOLUTIONS BY CRYSTALLIZATION | |
CN214571325U (en) | Energy-saving saline-alkali water multistage freezing and desalting device | |
US6467305B1 (en) | Method and apparatus for crystallization from liquids | |
Rao | Concentration of apple juice | |
JPWO2006003968A1 (en) | Freeze-thaw concentrate and suspended solids separator |