RU2612290C1 - Способ обработки жидкостей и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ обработки жидкостей и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2612290C1 RU2612290C1 RU2016112955A RU2016112955A RU2612290C1 RU 2612290 C1 RU2612290 C1 RU 2612290C1 RU 2016112955 A RU2016112955 A RU 2016112955A RU 2016112955 A RU2016112955 A RU 2016112955A RU 2612290 C1 RU2612290 C1 RU 2612290C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- vortex
- steam generator
- condenser
- water
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 45
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N Heavy water Chemical compound [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 24
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 17
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 11
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 11
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 5
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 4
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 4
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N Protium Chemical compound [1H] YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 241000720974 Protium Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 210000004102 animal cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 238000010352 biotechnological method Methods 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002777 nucleoside Substances 0.000 description 1
- 125000003835 nucleoside group Chemical group 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 229910001256 stainless steel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
- C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F5/00—Softening water; Preventing scale; Adding scale preventatives or scale removers to water, e.g. adding sequestering agents
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B3/00—Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
- F28B1/00—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам и устройствам вихревой термической дистилляции жидкостей, вод океанов и морей, засоленных подземных вод, для эффективного низко затратного получения требуемых объемов опресненной воды для сельских, коммунальных, промышленных и иных нужд жизнедеятельности индивидов. Способ обработки жидкостей заключается в том, что сначала исходную жидкость подают в вихревой парогенератор, где ее подвергают принудительному вихревому вращению, посредством которого из центральной части вращающейся жидкости выделяют пар, затем пар подают в центральную часть вихревого пароконденсатора, подвергая его вращению посредством завихрителей, при этом в указанную центральную часть пароконденсатора одновременно с паром подают из приемной емкости струю конденсата, который под действием вращающейся массы пара распадается, оседая на стенках вихревого пароконденсатора, после чего обработанную жидкость отводят в приемную емкость, а часть ее возвращают в центральную часть вихревого пароконденсатора. Устройство для обработки жидкостей содержит парогенератор, источник исходной жидкости, резервуар приема обработанной жидкости, устройство снабжено пароконденсатором, соединенным с парогенератором, при этом парогенератор выполнен в виде реакционной камеры, оснащенной ротором с приводом вращения, ротор имеет турбинные лопатки, в верхней части этой камеры выполнены криволинейные каналы для закручивания потока, а соединенный с парогенератором пароконденсатор имеет завихрители потока пара и патрубок ввода конденсата в камеру конденсации, имеющую рубашку охлаждения. Изобретение обеспечивает очистку больших масс воды на станциях централизованного водоснабжения с низкими капитальными и эксплуатационными затратами. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.
Description
Изобретение относится к технологии обработки, разделения и очистки различных жидкостей и предназначено для эффективного низко затратного получения требуемых объемов опресненной воды из вод океанов, морей и засоленных подземных вод для сельских, коммунальных, промышленных и иных нужд жизнедеятельности индивидов.
Глобальной проблемой современного человечества становится проблема получения пригодной для питья пресной воды. Так, например, ряд стран азиатского, африканского, арабского и прочих регионов земли, располагают большими запасами подземных вод с общей минерализацией от 1 до 35 г/л, не используемых для нужд водоснабжения из-за высокого содержания растворенных в воде солей. Эти воды могут стать источниками водоснабжения только при условии их экономически выгодного способа опреснения.
Необходимо отметить, что при выборе метода опреснения воды следует уделять внимание наличию в морской воде дейтерия в виде тяжелой воды D2O. Соотношение между тяжелой и обычной водой в природных водах составляет 1:5500. Разные природные воды содержат различное содержание дейтерия. Обычная водопроводная вода содержит около 100 г дейтерия на тонну воды, а морская вода - от 130 до 150 г дейтерия на тонну воды.
Физико-химические свойства тяжелой воды отличаются от свойств обычной воды. Молекулярная масса D2O на 10% превышает массу Н2O, что приводит к существенным различиям в физических, химических и биологических свойств тяжелой воды.
Тяжелая вода кипит при 101,44°C, замерзает при 3,82°C, имеет плотность при 20°C 1,105 г/см3, причем максимум плотности приходится не на 4°C, как у обычной воды, а на 11,2°C (1,106 г/см3). Большая прочность связи D-O по сравнению с Н-О обусловливает различия в кинетике реакций тяжелой и обычной воды. Подвижность дейтерия D+ меньше, чем подвижность протия Н+, константа ионизации тяжелой воды в пять раз меньше константы ионизации обычной воды. Химические реакции и биохимические процессы в D2O значительно замедлены. В смесях тяжелой воды с обычной водой с большой скоростью происходит изотопный обмен: Н2O+D2O=HDO.
Тяжелая вода в высоких концентрациях токсична для организма. Для животных клеток предельная концентрация D2O составляет 25 об. %, для клеток растений - 50 об. %, для простейших - 70-80% [Мосин О.В. Исследование методов биотехнологического получения аминокислот, белков и нуклеозидов, меченых стабильными изотопами 2Н и 13С с высокими уровнями изотопного обращения. Автореф. дисс. к.х-н. - М: МГАТХТ им. М.В. Ломоносова, 1996].
Главная задача опреснения воды в том, чтобы проводить процесс с минимальной затратой энергии и минимальными расходами на оборудование.
Это требование важно, потому что страна, которая вынуждена в большей мере полагаться на опресненную воду, должна выдерживать экономическую конкуренцию с другими странами, располагающими более обширными и дешевыми источниками пресной воды [Орлов Н.С. Промышленное применение мембранных процессов. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007].
Из уровня техники известны судовые опреснительные установки, использующие для нагрева и испарения морской воды тепло, получаемое от выхлопных газов судовых двигателей или от отработанного пара судовой силовой установки [Судовые водоопреснительные установки. Издательство Л. Судостроение, 1970].
Данные конструкции имеют значительные массогабаритные характеристики при не высокой производительности и малой экономичности.
Так судовая установка компрессорного типа, фирмы «Курита» при габаритах 1000 мм × 1500 мм и высотой 1700 мм производит 208 литров дистиллированной воды в час при мощности компрессора, сжимающего пар, 7.5 кВт и мощности нагревателя 10 кВт. Кроме того, сама конструкция установки не гарантирует высокое качество получаемой дистиллированной воды, по причине возможного каплеуноса испаряемой морской воды в конденсатор.
Более того - подобные установки зачастую требуют применения химических реактивов для борьбы с накипью, образующейся на поверхностях нагрева [Алиев A.M. и др. Применение методики гидратообразования для оценки обессоливания воды. Прикладная химия №51 (4) / 2008].
Малая производительность подобных установок обусловлена ограничением по величине нагрева исходной воды - не более 75°C. В противном случае наблюдается резкий рост отложений накипи на поверхностях нагрева и быстрое падение производительности комплекса, с возможностью выхода опреснительной установки из строя.
Использование тепла выхлопных газов от силовой установки судна напрямую, для обогрева испарителя, вызывает большие конструктивные сложности по причине их излишне высокой температуры и практической невозможности обеспечения равномерного нагрева всей площади поверхности теплообмена.
Известен способ электролитической обработки воды с целью улучшения ее свойств в проточной гидравлической системе, включающей три последовательно соединенных между собой диафрагменных электролизера, в которых воду последовательно обрабатывают в катодной камере первого электролизера, затем в анодных камерах второго и третьего электролизеров [US №3910829, 204-151, 1975 г.].
Недостатком этого способа является то, что обработанная вода в итоге не отвечает требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Кроме того, способ требует помимо трех диафрагменных электролизеров наличия системы, синхронно задающей режимы работы электролизеров, что значительно усложняет практическую реализацию способа и снижает надежность работы узлов и агрегатов используемого оборудования.
Известен способ опреснения морской воды, включающий перемешивание аммиака (NH3) с исходной водой с образованием гидроксида аммония (NH4OH) для вступления его в реакцию с молекулами соли NaCl, присутствующими в исходной воде, и разупрочнения связи в молекулах NaCl, распыление указанной воды в виде мелких брызг в верхней части закрытой технологической камеры, воздействие на распыленную воду эффективным количеством отработанного газа сжигания (CO2) для вступления в реакцию с указанными разупрочненными молекулами, образования и удаления твердых веществ: карбоната натрия (Na2CO3) и хлорида аммония (NH4Cl) в отстойнике, расположенном ниже указанной технологической камеры [RU №2239602, C02F 1/00, 2000 г.].
Недостатки этого способа состоят в том, что рассеивание мелких брызг энергозатратно и практически невозможно при высокой производительности опреснения, а использование аммиака и углекислого газа значительно повышает стоимость каждой единицы объема опресненной воды и не исключает остаточное наличие токсичных реагентов в получаемой воде.
Кроме того, способ предназначен в основном для опреснения воды с максимальной концентрацией соли 22%, тогда как наибольшая концентрация соли в морской и океанической воде не превышает 5%.
Наиболее близким по технической сущности является, по мнению заявителя, процесс обработки жидкости, реализуемый аппаратом мгновенного вскипания [RU №2406021, МПК7 F22B 3/04].
В данном устройстве жидкость сжимается внешним насосом и нагревается внешним обогревателем до температуры ниже точки кипения.
Проходя через закручивающее устройство, выполненное в виде тангенциального ввода в плоскую камеру разгона, жидкость начинает вращаться, заполняя пространство разгонной камеры, кроме ее центральной зоны. При этом, по закону сохранения количества движения, с уменьшением радиуса закрутки растет скорость движения, а по закону Бернулли с увеличением скорости падает давление; в центральной зоне камеры образуется зона пониженного давления, и жидкость начинает испаряться.
Существенным недостатком этого процесса является то, что площадь образуемой поверхности испарения незначительна, а энергетические затраты на сжатие жидкости достаточно велики, поэтому данный процесс и реализующий его аппарат дистиллирования не перспективен ввиду незначительной производительности и несущественной эффективности.
Технической задачей изобретения является повышение энергоэффективности процесса и увеличение производительности, а также снижение массогабаритных характеристик и энергетических затрат, повышение качества получаемого дистиллята и обеспечение надежности работы установки в заданном технологическом процессе.
Для решения технической задачи разработанный способ обработки жидкостей включает процессы парогенерации и пароконденсации, осуществляемые в поле действия центробежно-гравитационных сил, причем процесс парогенерации осуществляется не на поверхности нагрева, а в толще вращающейся жидкости. Устройство для осуществления способа содержит вихревой парогенератор, вихревой пароконденсатор, три теплообменника, три насоса, двигатель, регулирующую арматуру, два обратных клапана, расходную и приемную емкости с соединительными трубопроводами, блок автоматики и отличается следующими конструктивными особенностями, поясненными чертежами.
Устройство для реализации способа показано на прилагаемых чертежах, где:
на Фиг. 1 показан вихревой парогенератор;
на Фиг. 2 показан разрез вихревого парогенератора по А-А;
на Фиг. 3 показан вихревой пароконденсатор;
на Фиг. 4 показан разрез вихревого пароконденсатора по Б-Б;
на Фиг. 5 показана принципиальная схема устройства для осуществления способа обработки жидкостей.
Устройство для реализации способа содержит:
1. Вихревой парогенератор;
2. Внешний нагреватель;
3. Двигатель;
4. Сальник;
5. Паровой патрубок;
6. Вихревой пароконденсатор;
7. Выходной патрубок рубашки охлаждения;
8. Входной патрубок рубашки охлаждения;
9. Выходной патрубок конденсата;
10. Входной патрубок конденсата;
11. Обратный клапан;
12. Насос высокого давления;
13. Обратный клапан;
14. Выходной патрубок конденсата к потребителю;
15. Приемная емкость конденсата;
16. Блок управления;
17. Циркуляционный насос;
18. Расходная емкость;
19. Первичный теплообменник;
20. Вторичный теплообменник;
21. Управляемый вентиль расхода исходной жидкости;
22. Входной патрубок исходной жидкости;
23. Циркуляционный насос;
24. Выходной патрубок рассола;
25. Теплообменник-рекуператор;
26. Управляемый вентиль сброса расхода рассола;
27. Патрубок сброса рассола;
28. Втулка;
29. Завихрители вихревого парогенератора;
30. Ротор парогенератора;
31. Завихрители вихревого пароконденсатора;
32. Наружная поверхность струи конденсата;
33. Рубашка охлаждения вихревого пароконденсатора;
34. Поверхность раздела жидкость-пар;
35. Поверхность раздела пар-жидкость.
Вихревой парогенератор 1 выполнен в виде цилиндрической неподвижной конструкции, имеющей на внешней поверхности нагревательный элемент 2, в нижней части цилиндрического корпуса по оси расположен входной патрубок исходной, дистиллируемой жидкости (например, морской воды) 22, в верхней части корпуса паровой патрубок 5, и выход в средней рассола 24. По оси парогенератора расположена втулка 28, в осевом канале которой расположен ротор парогенератора 30, приводимый в движение двигателем 3. Уплотнение пары ротор-корпус осуществляется сальником 4. При этом, на верхней торцевой поверхности втулки 28 расположено четное число тангенциальных каналов, образующих систему симметричных лопаточных завихрителей 29. Сама втулка выполнена из материала с высокой теплопроводностью и стойкостью к коррозии в морской воде и агрессивным жидкостям, например, из нержавеющих сплавов стали марки S44660, бронзы или мельхиора. На горизонтальных, верхних и нижних, торцевых поверхностях ротора 30 выполнены лопатки по типу применяемых в центробежных водяных насосах. Для повышения энергоэффективности выходной патрубок рассола 24 соединен с теплообменником-рекуператором 25 трубопроводом, оснащенным теплоизоляцией. Также, с целью повышения энергоэффективности, трубопроводы, соединяющие теплообменник-рекуператор 25 с вторичным теплообменником 20, покрыты теплоизоляцией. Циркуляция теплоносителя в контуре теплообменник-рекуператор 25 - вторичный теплообменник 20 осуществляется с помощью циркуляционного насоса 23. Вихревой пароконденсатор 6 выполнен в виде цилиндрической неподвижной конструкции, имеющей расположенный на верхней крышке, по оси конструкции, входной патрубок 10 для струи конденсата, подаваемого из приемной емкости конденсата 15 насосом высокого давления 12, через обратный клапан 11. На боковой поверхности вихревого пароконденсатора 6, в верхней части, расположен входной паровой патрубок 5, соединенный, покрытым термоизоляцией трубопроводом, с паровым патрубком 5 парогенератора. На боковой поверхности вихревого пароконденсатора 6, в верхней части, расположен выходной патрубок 7 рубашки охлаждения 33, соединенный покрытым теплоизоляцией трубопроводом с первичным теплообменником 19. В нижней части вихревого пароконденсатора 6, на его боковой поверхности, расположен входной патрубок 8 рубашки охлаждения 33, для охлаждающей жидкости, подаваемой циркуляционным насосом 17 из первичного теплообменника 18, в нижней части боковой поверхности вихревого пароконденсатора 6 расположен выходной патрубок конденсата 9, соединенный через обратный клапан 13 с приемной емкостью конденсата 15. Вихревой пароконденсатор 6 представляет собой конструкцию, состоящую из водоструйного вакуумного эжектора и вихревого устройства, снабженного внешней рубашкой охлаждения, системами контроля и управления процессами. Для обеспечения закрутки парового потока, входящего в вихревой пароконденсатор 6, пароподводящие каналы в камеру смещения выполнены в виде тангенциальных каналов 31, конструктивно выполненных по типу тангенциальных каналов 29 вихревого парогенератора 1.
Устройство для реализации способа обработки жидкостей работает следующим образом.
Приемную емкость 15 заполняют конденсатом до минимального уровня, обеспечивающего надежную работу насоса высокого давления 12, от которого струя конденсата, пройдя обратный клапан 11 и входной патрубок 10, попадает в полость пароконденсатора 6 в качестве активного потока. В полости парогенератора образуется разрежение, которое через паровой патрубок 5 передается в полость вихревого парогенератора 1 и далее, через входной патрубок исходной жидкости 22 и регулируемый вентиль 21 проникает через вторичный теплообменник 20 и первичный теплообменник 19 в расходную емкость 18. При этом управляемый вентиль сброса рассола 26 закрыт по команде блока управления 16. Под действием разрежения из расходной емкости 18 засасывается исходная жидкость, заполняя полость парогенератора 1 до необходимого уровня. Заполнение контролируется соответствующей системой управления и программатором, расположенном в блоке управления 16. Автоматика включает нагревательный элемент 2, который конструктивно может иметь любое исполнение и конструкцию, обеспечивающее равномерный по площади прогрев наружной стенки вихревого парогенератора 1, а затем включает двигатель 3 и одновременно циркуляционные насосы 17 и 23. Под действием вращающегося ротора 30, исходная вода проходит по каналу между втулкой 28 вихревого парогенератора 1 и его стенкой, обогреваемой внешним нагревателем 2. Одновременно, лопатки, расположенные на нижней горизонтальной поверхности ротора, начинают засасывать новую порцию воды из расходной емкости 18. Часть жидкости сбрасывается в выходной патрубок рассола 24 и, отдав тепло в теплообменнике-рекуператоре 25, через регулируемый вентиль сброса рассола 26 поступает в патрубок сброса рассола 27 и, далее, в емкость рассола (не показана на схеме). Расход рассола (5-15% от объема исходной жидкости) регулируется программатором, расположенном в блоке управления 16. Остальная часть жидкости, проходя тангенциальные каналы 29, расположенные на верхней торцевой поверхности втулки 28, образует водяное быстро вращающееся кольцо в верхней части вихревого парогенератора 1, которое далее, в осевом канале центрального тела, принимает параболическую, условно показанную форму поверхности раздела жидкость-пар 34.
Давление на обогреваемую стенку вихревого парогенератора 1 со стороны вращающейся жидкости практически исключает закипание жидкости в канале «стенка-втулка» и резко увеличивает скорость теплообмена между нагревателем и жидкостью. Падение давления в приосевых слоях жидкости, близких к поверхности раздела жидкость-пар 34, вызывает интенсивное парообразование, усиливающееся от разрежения, создаваемого вихревым пароконденсатором 6. Парообразование приводит к снижению температуры циркулирующей жидкости и, для обеспечения большей производительности установки, втулка 28 вихревого парогенератора 1 выполнена из материала с высокой теплопроводностью, что позволяет несколько подогреть слой вращающейся жидкости на внутренней поверхности осевого канала втулки 28. Образовавшийся в парогенераторе 1 пар через паровой патрубок 5 засасывается в вихревой пароконденсатор 6. Пройдя тангенциальные каналы 31, пар начинает интенсивно вращаться, уплотняясь под действием центробежно-гравитационных сил. Вращающаяся масса пара обеспечивает распад компактной водяной струи конденсата, наружная поверхность которой условно показана как 34, истекающей из входного патрубка конденсата 10. Распадение струи жидкости на отдельные капли, двигающиеся по спиральным траекториям, резко увеличивают площадь теплообмена пара жидкости, соответственно, увеличивая производительность вихревого пароконденсатора 6. Оседающие на стенках капли жидкости постепенно принимают форму вращающегося параболоида, условно показанного в виде поверхности раздела пар-жидкость 35. Сконденсировавшаяся дистиллированная вода через обратный клапан 13 попадает в приемную емкость 15, и далее через выходной патрубок конденсата к потребителю 14. Выделяющееся при конденсации тепло поглощается рубашкой охлаждения 33 и с помощью первичного теплообменника 19 возвращается в систему, подогревая входящую жидкость. Циркуляция теплоносителя в контуре рубашка охлаждения 33 - первичный теплообменник 19 осуществляется с помощью циркуляционного насоса 17.
Направление движения потоков в установке показаны стрелками.
Сфера применения данного способа и устройства не ограничивается только областью опреснения морской воды. Способ и устройство может с успехом применяться для энергоэффективной дистилляции практически любых жидкостей и сточных вод, прошедших предварительную очистку от биологических загрязнителей.
В сравнении: затраты энергии при опреснении на обратный осмос составляют 195-200 МДж/м3, затраты энергии на опреснение термической дистилляцией составляют 130-200 МДж/м3, а при использовании метода вихревого дистиллированния затраты энергии составляют не более 5,0-7,0 МДж/м3.
Как указано выше, общими недостатками известных способов и устройств для опреснения морской воды и оборудования, работающего с применением метода электродиализа и гиперфильтрации (обратного осмоса), является то, что оно более-менее экономично при солесодержании 25 г/л, ионным обменом - менее 25 г/л [Алиев A.M., Юсифов и др. Применение методики гидратообразования для оценки обессоливания воды. Прикладная химия, №51 (4) / 2008].
По этой причине из всего объема получаемой в мире опресненной воды 96% приходится на долю дистилляционных опреснительных установок, 2,9% - электродиализных, 1% - обратноосмотических и 0,1% - на долю замораживающих и ионообменных опреснительных установок [Свитцов А.А. Введение в мембранные технологии. - М.: «ДеЛи принт», 2006; Каграманов Ш.Г. Диффузионные мембранные процессы. Ч. 2. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007; Орехов И.И., Обрезков Д.И. Вымораживание. Холод в процессах химической технологии. Л., 1980; Пап. Л. Концентрирование вымораживанием. - М., 1982].
Настоящее изобретение предлагает дешевый способ производства необходимых объемов опресненной морской воды и засоленных подземных вод без использования дорогостоящих химических веществ и без значительных затрат электроэнергии, как, например, при электродиализе или обратном осмосе (Фюрон Р. Проблемы воды на земном шаре. М., 1966 г.).
И самое важное, данный способ и устройство позволяют не только дистиллировать морские, засоленные или загрязненные воды, но и в едином цикле, без дополнительных процедур вымораживания и сопутствующих ему энергозатрат, удалять из состава получаемой воды вредные примеси и любое содержание дейтерия, что делает ее пригодной к питьевому применению при незначительной доработке - насыщения кислородом и минералами на установке фотохимической очистки воды, или при ее размещении в водоемах открытого хранения.
Экспериментальная проверка показателей разработанного способа при его реализации описанным устройством выявила следующие данные, приводимые в таблице.
Claims (2)
1. Способ обработки жидкостей, заключающийся в том, что сначала исходную жидкость подают в вихревой парогенератор, где ее подвергают принудительному вихревому вращению, посредством которого из центральной части вращающейся жидкости выделяют пар, затем пар подают в центральную часть вихревого пароконденсатора, подвергая его вращению посредством завихрителей, при этом в указанную центральную часть пароконденсатора одновременно с паром подают из приемной емкости струю конденсата, который под действием вращающейся массы пара распадается, оседая на стенках вихревого пароконденсатора, после чего обработанную жидкость отводят в приемную емкость, а часть ее возвращают в центральную часть вихревого пароконденсатора.
2. Устройство для обработки жидкостей, содержащее парогенератор, источник исходной жидкости, резервуар приема обработанной жидкости, характеризующееся тем, что оно снабжено пароконденсатором, соединенным с парогенератором, при этом парогенератор выполнен в виде реакционной камеры, оснащенной ротором с приводом вращения, ротор имеет турбинные лопатки, в верхней части этой камеры выполнены криволинейные каналы для закручивания потока, а соединенный с парогенератором пароконденсатор имеет завихрители потока пара и патрубок ввода конденсата в камеру конденсации, имеющую рубашку охлаждения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016112955A RU2612290C1 (ru) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | Способ обработки жидкостей и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016112955A RU2612290C1 (ru) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | Способ обработки жидкостей и устройство для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2612290C1 true RU2612290C1 (ru) | 2017-03-06 |
Family
ID=58459610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016112955A RU2612290C1 (ru) | 2016-04-06 | 2016-04-06 | Способ обработки жидкостей и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2612290C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2678065C1 (ru) * | 2017-12-01 | 2019-01-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Комбинированная установка опреснения морской воды и выработки электроэнергии |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU46534A1 (ru) * | 1934-09-22 | 1936-04-30 | ков А.И. Козь | Конденсатор |
| SU375464A1 (ru) * | 1971-04-27 | 1973-03-23 | Всесоюзная | |
| FR2300962A1 (fr) * | 1975-02-13 | 1976-09-10 | Organo Synthese Ste Fse | Procede et appareillage pour la recuperation de calories |
| US4065527A (en) * | 1976-02-19 | 1977-12-27 | Graber David A | Method and apparatus for interaction of gas and liquid |
| RU2406021C1 (ru) * | 2009-10-12 | 2010-12-10 | Юрий Михайлович Красильников | Аппарат мгновенного вскипания |
| RU2412909C1 (ru) * | 2009-09-01 | 2011-02-27 | Борис Алексеевич Зимин | Опреснительная установка |
| RU2422368C2 (ru) * | 2008-12-15 | 2011-06-27 | Борис Алексеевич Зимин | Способ перегонки многокомпонентных жидкостей |
| RU2461772C1 (ru) * | 2011-04-27 | 2012-09-20 | Борис Алексеевич Зимин | Способ получения чистого пара с последующей конденсацией его с получением обессоленной воды |
-
2016
- 2016-04-06 RU RU2016112955A patent/RU2612290C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU46534A1 (ru) * | 1934-09-22 | 1936-04-30 | ков А.И. Козь | Конденсатор |
| SU375464A1 (ru) * | 1971-04-27 | 1973-03-23 | Всесоюзная | |
| FR2300962A1 (fr) * | 1975-02-13 | 1976-09-10 | Organo Synthese Ste Fse | Procede et appareillage pour la recuperation de calories |
| US4065527A (en) * | 1976-02-19 | 1977-12-27 | Graber David A | Method and apparatus for interaction of gas and liquid |
| RU2422368C2 (ru) * | 2008-12-15 | 2011-06-27 | Борис Алексеевич Зимин | Способ перегонки многокомпонентных жидкостей |
| RU2412909C1 (ru) * | 2009-09-01 | 2011-02-27 | Борис Алексеевич Зимин | Опреснительная установка |
| RU2406021C1 (ru) * | 2009-10-12 | 2010-12-10 | Юрий Михайлович Красильников | Аппарат мгновенного вскипания |
| RU2461772C1 (ru) * | 2011-04-27 | 2012-09-20 | Борис Алексеевич Зимин | Способ получения чистого пара с последующей конденсацией его с получением обессоленной воды |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2678065C1 (ru) * | 2017-12-01 | 2019-01-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Комбинированная установка опреснения морской воды и выработки электроэнергии |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103304088B (zh) | 一种基于正渗透的高含盐废水的回用处理方法 | |
| US20170233264A1 (en) | Desalination system for the production of potable water | |
| AU2009217223B2 (en) | Method for desalinating water | |
| CN103449548B (zh) | 船用热管式海水淡化装置 | |
| CN101838079B (zh) | 超声波雾化汽化海水淡化脱盐装置及方法 | |
| RU2554720C1 (ru) | Опреснительная установка и ее термоумягчитель | |
| CN201587871U (zh) | 多级真空蒸馏海水淡化装置 | |
| CN106219647A (zh) | 一种高效海水淡化装置 | |
| WO2004074187A1 (en) | A process, system and design for desalination of sea water | |
| CN101205086A (zh) | 海水淡化浓盐水真空膜蒸馏工艺 | |
| Chandwankar et al. | Thermal processes for seawater desalination: Multi-effect distillation, thermal vapor compression, mechanical vapor compression, and multistage flash | |
| RU2612290C1 (ru) | Способ обработки жидкостей и устройство для его осуществления | |
| CN203360034U (zh) | 一种真空蒸馏式海水淡化设备 | |
| Scelfo et al. | Demonstration of ultra-high-water recovery and brine concentration in a prototype evaporation unit: Towards zero liquid discharge desalination | |
| RU2393995C1 (ru) | Способ опреснения морской воды и установка для опреснения морской воды | |
| KR20180068465A (ko) | 태양광 및 폐열을 이용한 해수 담수화장치, 담수 및 천일염 제조장치 | |
| Xevgenos et al. | Integrated brine management: A circular economy approach | |
| RU2767966C1 (ru) | Способ опреснения воды и устройство для его осуществления | |
| US20050115878A1 (en) | System for desalinating and purifying seawater and devices for the system | |
| RU64200U1 (ru) | Дистиллятор | |
| US3640850A (en) | Multistage vapor-liquid contact process for producing fresh water from salt water | |
| CN109851134A (zh) | 一种基于引射空化技术的常温低压海水淡化系统 | |
| CN208678828U (zh) | 一种膜蒸馏耦合mvr浓缩强腐蚀性溶液系统 | |
| JP2013167156A (ja) | 流体膜分離発電システム | |
| CN101481152B (zh) | 一种海水淡化发生器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180407 |