СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЕССОЛЕННОЙ ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C02F1/04 B01D3/00 

Область техники

Заявляемое изобретение относится к способам получения обессоленной воды, а также воды с низким (менее 1 г/л) содержанием солей. Более конкретно изобретение относится к способам очистки воды методом дистилляции с использованием тепла конденсации, за счет сжатия пара.

Изобретение найдет применение для опреснения морской воды, очистки сильно засоленных и сточных вод, а также очистки воды от радиоактивного загрязнения.

Предшествующий уровень техники

Наиболее распространенным в мировой практике способом очистки воды с высоким содержанием солей и примесей является метод дистилляции. Для экономии энергии, затрачиваемой на испарение воды, используют две разные схемы. Метод многоступенчатой дистилляции и дистилляцию с компрессией образующегося пара.

Известен способ и устройство для получения дистиллированной воды (патент США US 3649469), включающий ее нагревание в парогенераторе с образованием пара, последовательную конденсацию и испарение пара в каскаде испарителей с последовательным снижением давления между ними. К недостаткам способа относятся сложность и высокая стоимость каскада испарителей и недостаточные экономичность и производительность процесса.

Известен способ и устройство для парокомпрессионной дистилляции (патент США US 2619453), принятый за прототип, включающий нагревание жидкости в испарителе с образованием пара, конденсацию пара, сброс концентрированного раствора, сжатие пара до давления выше давления испарения компрессором с внешним приводом, рекуперацию тепловой энергии пара. К недостаткам способа относятся недостаточные экономичность, производительность процесса и низкое качество дистиллята.

Для осуществления этого способа используют устройство, описанное в (US 2619453), принятое за прототип, включающее испаритель, компрессор с внешним приводом, конденсатор с теплообменником, в котором конденсация пара после его сжатия идет в испарителе. К недостаткам способа относится недостаточная качество дистиллята и малая экономичность и производительность процесса.

Раскрытие изобретений

Задачей, на решение которой направлена заявленная группа изобретений, является разработка способа получения обессоленной воды, который позволил бы более экономично осуществлять процесс, увеличить его производительность и получать воду более высокого качества.

Техническим результатом, достигаемым при реализации группы изобретений, является достижение высокого качества получаемой обессоленной чистой воды, увеличение скорости испарения и снижение энергетических затрат.

Указанный технический результат достигается за счет того, что реализуется способ получения обессоленной воды, включающий ее нагревание в испарителе с образованием пара, конденсацию пара, сброс концентрированного раствора, сжатие пара до давления выше давления испарения компрессором, использование энергии пара на испарение воды, характеризующийся тем, что проводят очистку пара центрифугированием, вращение компрессора осуществляют турбиной, которую вращают паром, получаемым в котле-парогенераторе из очищенной воды, несконденсированный пар сжимают компрессором и подают в инжектор, который эжектирует пар из испарителя, общий поток пара из инжектора направляют в газожидкостную центрифугу, нагревание воды и ее испарение в испарителе осуществляют паром, не только сжатым в компрессоре, но и отработанным паром из турбины.

Сущность данного способа заключается в том, что в отличие от прототипа, в котором при испарении исходной воды пар получается загрязненным солями, т.к. поток пара при испарении захватывает микрокапли воды, содержащие соли, а также твердые солевые аэрозоли, чем обусловлено низкое качество получаемой обессоленной воды, в заявляемом способе проводят очистку пара, который выходит из испарителя, центрифугированием в газожидкостной центрифуге и таким способом эффективно очищают исходный пар от твердых и жидких аэрозолей. Для этого можно использовать газожидкостную центрифугу по патенту RU 2206388. Высокая эффективность очистки пара от аэрозолей в газожидкостной центрифуге позволяет увеличивать скорость испарения воды без снижения качества получаемого дистиллята. Причем очищенный пар сжимают компрессором, привод которого осуществляют турбиной, которую вращают паром, получаемым в котле-парогенераторе из очищенной воды. Это позволяет резко увеличить экономичность процесса, используя энергию пара от парогенератора, вращающего турбину, для адиабатического сжатия и нагрева чистого пара, идущего от центрифуги, компрессором.

Причем в испарителе полезно используется как тепловая энергия пара, сжатого в компрессоре, так и отработанного пара из турбины. Использование паровой турбины в качестве привода компрессора позволяет снизить затраты на сжатие пара в 5-8 раз по сравнению с компрессором, вращение которого осуществляют электродвигателем. Ηесконденсированный очищенный пар, который вместе с конденсатом попадает из теплообменников испарителя в сборник конденсата, направляют в компрессор, который адиабатически сжимает его и направляет в инжектор. Инжектор обеспечивает более интенсивное испарение воды в испарителе, а также повышает давление на входе в газожидкостную центрифугу, что способствует увеличению производительности и повышению качества конечного продукта. С увеличением давления пара на входе в газожидкостную центрифугу увеличиваются обороты ротора центрифуги, а коэффициент очистки растет пропорционально квадрату числа оборотов.

Реализация способа получения обессоленной воды предлагаемым способом ведет к тому, что увеличивается производительность и экономичность процесса, т.е. снижаются затраты энергии на единицу продукции, и достигается более высокая степень очистки исходной воды.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для получения обессоленной воды, включающее испаритель, компрессор, конденсатор, характеризуется тем, что содержит газожидкостную центрифугу, котел-парогенератор, компрессор соединен напрямую с паровой турбиной и включен в паровой контур, соединяющий газожидкостную центрифугу и нагревательные элементы испарителя, а также в паровой контур, соединяющий сборник конденсата, испаритель и газожидкостную центрифугу, паровая турбина соединена с котлом-парогенератором, нагревательными элементами испарителя, паровой инжектор соединен паропроводами с испарителем, сборником конденсата и газожидкостной центрифугой.

При таком выполнении устройства увеличивается производительность и экономичность процесса, т.е. снижаются затраты энергии на единицу продукции, и достигается более высокая степень очистки исходной воды.

Более подробно предлагаемый способ будет описан ниже при описании работы устройства для осуществления предлагаемого способа.

Краткое описание фигур чертежей

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

На фиг. 1 изображена схема установки для очистки воды.

Предлагаемое устройство содержит котел-парогенератор 1, испаритель 2, двухсекционный компрессор 3, приводимый в движение турбиной 4, газожидкостную центрифугу 5, сборник конденсата 6, конденсатор остаточных паров очищенной воды 7, дефлегмационную емкость 8, теплообменники 9, инжектор 10.

Осуществление группы изобретений

Предлагаемое устройство для получения обессоленной воды работает следующим образом. Соленая вода через систему теплообменников 9 подается в аппарат-испаритель 2, в котором она нагревается до кипения и образуется первичный пар. Далее первичный пар поступает в газожидкостную центрифугу 5, в которой происходит его очистка от примесей. Очищенный пар поступает в компрессор 3, в котором происходит его адиабатическое сжатие с повышением температуры пара, превышающей температуру кипения воды в испарителе 2. Затем сжатый пар проходит по системе теплообменников 9 испарителя 2, конденсируется и конденсат стекает в приемную емкость-сборник конденсата 6. Для обеспечения работы турбины часть дистиллята поступает в котел-парогенератор 1. Котел-парогенератор нагревает дистиллированную воду от внешнего источника тепла, например газовой горелки. Образуется вторичный пар высокого давления, который приводит во вращение турбину 4, напрямую соединенную с компрессором 3. Отработанный в турбине пар поступает в систему теплообменников 9 испарителя 2, конденсируется и в виде дистиллята поступает в емкость-сборник конденсата. Для повышения степени очистки пара часть дистиллята направляют в дефлегмационную емкость 8, из которой дистиллят подается в центрифугу 5. Несконденсировавшийся очищенный пар, который вместе с конденсатом попадает из теплообменников испарителя 9 в сборник конденсата 6, направляют во вторую секцию компрессора 3, который адиабатически сжимает его и направляет в инжектор 10. Инжектор 10 обеспечивает интенсификацию процесса испарения воды в испарителе 2, создавая дополнительное разрежение, а также повышает давление пара на входе в газожидкостную центрифугу 5. Поскольку очищенный пар циркулирует в замкнутом контуре, отпадает необходимость в применении дополнительных аппаратов, которые используют в каскадных схемах. Это позволяет снизить капитальные затраты на установку.

Пример 1

Морская вода, солевой состав которой приведен ниже, была подвергнута обработке на установке, описанной выше.

Параметры рабочего режима.

Температура воды в испарителе - 95°C.

Давление в испарителе - 0,8 атм.

Скорость испарения - 30 кг/час.

Скорость вращения ротора центрифуги - 60 об/сек

Скорость вращения ротора турбокомпрессора - 30000 об/сек

Степень сжатия пара в первой секции компрессора - 1,3

Степень сжатия пара во второй секции компрессора - 1,4

Температура пара на выходе из первой секции компрессора - 104°C

Давление пара на входе в турбину - 55 атм.

Расход пара через турбину - 11,5 кг/час.

Давление пара на выходе из турбины - 1,17 атм.

Доля испаряемой воды - 65%

Для охлаждения конденсатора 7 (См. Фиг. 1) использовалась морская вода с температурой 15°C.

Расход тепловой энергии составил - 5 кВт

Морская вода - хлористый натрий 27 г/л, хлористый магний 3,8 г/л, сернокислый магний 1,7 г/л, сернокислый кальций 1,2 г/л, сернокислый калий 0,9 г/л, остальные соли - примерно 0,5%.

В результате работы установки был получена дистиллированная вода с общим содержанием солей менее 5 мг/л. Содержание натрия в ионной форме не более 0,01 мг/л, кальция не более 0,05 мг/л, магния не более 0,01 мг/л. Стоимость энергетических затрат составила 29 руб. за тонну дистиллята (Тариф на газ в г. Новороссийске - 3,8 руб./м куб.)

Изобретение относится к способам получения обессоленной воды, а также воды с низким (менее 1 г/л) содержанием солей. Более конкретно изобретение относится к способам очистки воды методом дистилляции с использованием тепла конденсации, за счет сжатия пара. Способ получения обессоленной воды включает ее нагревание в испарителе с образованием пара, конденсацию пара, сброс концентрированного раствора, сжатие пара до давления выше давления испарения компрессором, использование энергии пара на испарение воды. Проводят очистку пара центрифугированием, вращение компрессора осуществляют турбиной, которую вращают паром, получаемым в котле-парогенераторе из очищенной воды, несконденсированный пар сжимают компрессором и подают в инжектор, который эжектирует пар из испарителя, общий поток пара из инжектора направляют в газожидкостную центрифугу, нагревание воды и ее испарение в испарителе осуществляют паром, не только сжатым в компрессоре, но и отработанным паром из турбины. Устройство для получения обессоленной воды включает испаритель, компрессор, конденсатор, газожидкостную центрифугу, котел-парогенератор, компрессор соединен напрямую с паровой турбиной и включен в паровой контур, соединяющий газожидкостную центрифугу и нагревательные элементы испарителя, а также в паровой контур, соединяющий сборник конденсата, испаритель и газожидкостную центрифугу, паровая турбина соединена с котлом-парогенератором, нагревательными элементами испарителя, паровой инжектор соединен паропроводами с испарителем, сборником конденсата и газожидкостной центрифугой. Техническим результатом изобретения является достижение высокого качества получаемой обессоленной чистой воды, увеличение скорости испарения и снижение энергетических затрат. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Способ получения обессоленной воды, включающий ее нагревание в испарителе с образованием пара, конденсацию пара, сброс концентрированного раствора, сжатие пара до давления выше давления испарения компрессором, использование энергии пара на испарение воды, отличающийся тем, что проводят очистку пара центрифугированием, вращение компрессора осуществляют турбиной, которую вращают паром, получаемым в котле-парогенераторе из очищенной воды, несконденсированный пар сжимают компрессором и подают в инжектор, который эжектирует пар из испарителя, общий поток пара из инжектора направляют в газожидкостную центрифугу, нагревание воды и ее испарение в испарителе осуществляют паром, не только сжатым в компрессоре, но и отработанным паром из турбины.

2. Устройство для получения обессоленной воды, включающее испаритель, компрессор, конденсатор, отличающееся тем, что содержит газожидкостную центрифугу, котел-парогенератор, компрессор соединен напрямую с паровой турбиной и включен в паровой контур, соединяющий газожидкостную центрифугу и нагревательные элементы испарителя, а также в паровой контур, соединяющий сборник конденсата, испаритель и газожидкостную центрифугу, паровая турбина соединена с котлом-парогенератором, нагревательными элементами испарителя, паровой инжектор соединен паропроводами с испарителем, сборником конденсата и газожидкостной центрифугой.