Вакуумная опреснительная установка для воды с сепарацией паров дистиллята Российский патент 2023 года по МПК C02F1/14 

Изобретение относится к технологии опреснения воды и может быть использовано для локального водоснабжения пресной водой населенных пунктов, жилищных, общественных и промышленных зданий.

Известен дистиллятор (Патент РФ 2064318, МПК B01D 3/00), содержащий вертикальную камеру с крышкой и нагревательными элементами испарителя, патрубки входа исходной жидкости и выхода дистиллята и отработанной жидкости, холодильник, концентратор, экранирующее устройство, сборник отработанной жидкости, блок управления, а также распределитель исходной жидкости установленный под крышкой на входе в полость камеры в виде распределительной платы с каналами, оси выходных отверстий которых тангенциально направлены к внутренней поверхности камеры. Вытекающие по каналам распределителя струи жидкости приобретают вращательное движение относительно распределителя и под действием центробежных сил равномерно растекаются по внутренней поверхности испарителя, нагреваются до температуры кипения и образования пара дистиллята.

Обильное выделение пара поднимает давление в полости камеры, под действием которого происходит отвод пара через полость конденсатора в холодильник, откуда конденсат стекает в сборник дистиллята.

Наиболее близким аналогом, взятым в качестве прототипа, является вакуумная опреснительная установка с генерацией электроэнергии (Патент РФ 2648057, МПК C02F 1/14, В01D 1/00), содержащая герметичную камеру с водяной ванной и испарителем, подключенным к солнечному коллектору через насос, вакуумные насосы, теплообменник для конденсации пара дистиллята, рекуперативный теплообменник для передачи тепла от удаляемого рассола исходной воде, трубопроводы с трехходовыми кранами и блок управления. Образующийся в процессе кипения исходной воды пар дистиллята откачивается вакуумными насосами, поступает в теплообменник, в котором охлаждается до образования конденсата дистиллята.

Существенными недостатками известных установок является низкая производительность, а также снижение качества получаемого дистиллята вследствие содержания в нем не полностью удаленных из образующего его пара растворенных в исходной воде солей химических элементов. Эти два недостатка тесно взаимосвязаны. Их устранение может быть осуществлено за счет повышения интенсивности кипения исходной воды, что вызывает более интенсивное парообразование. Образующиеся при этом частицы пара отличаются по размерам и массе друг от друга за счет содержания в них солей химических элементов, растворенных в исходной воде. С увеличением интенсивности кипения с целью увеличения производительности возрастает количество образующихся частиц пара. При этом, частицы пара дистиллята с более высоким содержанием солей, как и частицы пара с меньшим их содержанием, после охлаждения и конденсации образуют дистиллят не отвечающий требуемому качеству, который нуждается в проведении дополнительного опреснения, что вызывает увеличение временных и энергетических затрат.

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются повышение производительности опреснительных установок и качества получаемого с их помощью дистиллята.

Решение поставленных задач обеспечивается за счет того, что в вакуумной опреснительной установке для воды с сепарацией паров дистиллята, содержащей последовательно соединенные системой трубопроводов насос для подачи исходной воды, рекуперативный теплообменник, герметичную камеру с водяной ванной и с соединенным с солнечным коллектором через насос испарителем, вакуумный насос, теплообменник для конденсации паров дистиллята и сборник дистиллята, между герметичной камерой и вакуумным насосом установлен сепаратор паров дистиллята с корпусом в виде цилиндра с герметичной полостью, сообщающейся с полостью камеры. На входе в полость сепаратора закреплен диск с выполненными на одинаковом расстоянии от центра и с одинаковым окружным шагом отверстиями, оси которых расположены под углом к плоским образующим поверхностям и тангенциально направлены к цилиндрической образующей диска, причем последняя имеет выполненные по всей ее длине параллельные оси диска пазы, открытые в сторону плоских образующих поверхностей. Эти пазы создают с внутренней поверхностью корпуса сепаратора отверстия, площадь поперечных сечений которых меньше площади поперечных сечений отверстий в диске.

Между совокупностью заявляемых признаков изобретения и ожидаемыми техническими результатами, получаемыми с помощью предлагаемой вакуумной опреснительной установки, существует следующая причинно-следственная связь.

Применение в составе вакуумной опреснительной установки сепаратора паров дистиллята позволяет интенсифицировать процесс парообразования, поскольку исключает попадание через откачивающий вакуумный насос в конденсатор пара частиц пара с высоким содержанием в них растворенных в исходной воде солей химических элементов, благодаря действию на них центробежных сил, создаваемых при вращении струй пара, вытекающих через отверстия в диске сепаратора, способствующих перемещению и оседанию этих частиц на поверхности полости сепаратора, стекающих затем по ней под действием гравитационных сил обратно в ванну герметичной камеры.

На фиг. 1 представлена схема установки; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1.

Вакуумная опреснительная установка (фиг. 1) содержит герметичную камеру с водяной ванной 1, соединенную с насосом 2 подачи исходной воды проходящим через рекуперативный теплообменник 3 трубопроводом 4 со встроенным трехходовым краном 5, посредством которого насос подачи исходной воды соединен с теплообменником 6 для конденсации паров дистиллята. Через упомянутый рекуперативный теплообменник проходит также трубопровод 7 для слива из ванны герметичной камеры остатков выпариваемой исходной воды в виде рассола.

Внутри водяной ванны ниже уровня воды размещен испаритель 8, подключенный к солнечному коллектору 9 через насос 10, предназначенный для циркуляции теплоносителя.

Находящаяся выше уровня заполнения исходной водой полость 11 герметичной камеры с ванной соединена посредством сообщающейся с ней герметичной полости 12 диаметром D корпуса сепаратора паров дистиллята 13 в виде цилиндра, трубопровода 14 и последовательно расположенных вакуумного насоса 15 и упомянутого выше теплообменника для конденсации паров дистиллята со сборником дистиллята 16.

На входе в полость сепаратора установлен диск 17 с выполненными на одинаковом расстоянии R от центра (фиг. 2) и с одинаковым окружным шагом отверстиями 18, оси которых расположены под углом α к плоским образующим поверхностям и тангенциально направлены к цилиндрической образующей поверхности диска, причем последняя имеет параллельные оси диска пазы 19, открытые в сторону плоских образующих поверхностей, образующих с цилиндрической поверхностью полости корпуса сепаратора отверстия 20, площадь поперечных сечений которых S2 меньше площади поперечных сечений отверстий в диске S1.

В состав блока управления (на фигурах не показан) входят датчики верхнего и нижнего уровней воды в ванне камеры для управления насосом подачи исходной воды и трехходовым краном, датчик температуры для управления насосом солнечного коллектора, датчик давления для управления вакуумным насосом.

Предлагаемая вакуумная опреснительная установка для воды с сепарацией паров дистиллята работает следующим образом.

Трехходовой кран 5 (фиг. 1) переключается в положение, при котором ванна герметичной камеры 1 предварительно наполняется исходной водой насосом 2. При прохождении очередной порции исходной воды через рекуперативный теплообменник 3 происходит ее подогрев за счет передачи тепла от удаляемого из ванны по трубопроводу 7 горячего рассола.

Вакуумный насос 15 откачивает из установки воздух для достижения необходимого для работы разряжения, ускоряющего процесс закипания исходной воды. Предварительно нагретый в солнечном коллекторе 9 теплоноситель подается насосом 10 в испаритель 8, в результате чего вода в ванне камеры 1 нагревается и при достижении температуры насыщения, соответствующей уровню вакуума, начинает кипеть.

Образующийся пар дистиллята откачивается вакуумным насосом 15 из полости 11 герметичной камеры 1 преимущественно через отверстия 18 и поступает в герметичную полость 12 корпуса сепаратора 13, так как площадь поперечных сечений S1 этих отверстий больше площади поперечных сечений S2 отверстий 20.

Поскольку оси отверстий 18 направлены тангенциально к цилиндрической поверхности полости 12 корпуса сепаратора 13, направление движения струй пара дистиллята, вытекающих из отверстий 18, также будет тангенциальным относительно поверхности полости 12. Таким образом, струи пара дистиллята, направленные по касательной к цилиндрической поверхности полости 12, приобретают вращательное движение относительно ее оси. Струи пара дистиллята, поступающие из полости 11 в полость 12 через отверстия 20, находясь под действием вращающихся струй пара, также приобретают вращательное движение.

Под действием центробежных сил частицы пара дистиллята, обладающие большей массой за счет содержащихся в них растворенных в исходной воде минеральных солей, будут перемещаться к поверхности полости 12 корпуса сепаратора и, достигнув ее, оседать на ней, образуя тонкий слой воды, который под действием сил гравитации будет стекать в ванну камеры 1 через отверстия 20. Частицы пара дистиллята, обладающие сравнительно меньшей массой, вследствие меньшего количества содержащихся в них солей, будут откачиваться вакуумным насосом 15 и поступать в теплообменник 6 по продолжению трубопровода 14, конденсироваться за счет охлаждения исходной водой, подаваемой насосом 2 через переключенный соответствующих образом трехходовой кран 5.

Образовавшаяся вследствие конденсации пара дистиллированная вода стекает в сборник 16.

Изобретение относится к технологии опреснения воды и может быть использовано для локального водоснабжения пресной водой населенных пунктов, жилищных, общественных и промышленных зданий. Вакуумная опреснительная установка содержит последовательно соединенные системой трубопроводов насос 2 для подачи исходной воды, рекуперативный теплообменник 3, герметичную камеру 1 с водяной ванной и с соединенным с солнечным коллектором 9 через насос 10 испарителем 8, вакуумный насос 15, теплообменник 6 для конденсации паров дистиллята и сборник дистиллята 16. Герметичная камера 1 снабжена сепаратором паров дистиллята 13 с корпусом в виде цилиндра с герметичной полостью 12, сообщающейся с полостью камеры. На входе в камеру закреплен диск 17 с выполненными на одинаковом расстоянии от центра и с одинаковым окружным шагом отверстиями 18, оси которых расположены под углом к плоским образующим поверхностям и тангенциально направлены к цилиндрической образующей диска. Цилиндрическая образующая имеет выполненные по всей ее длине параллельные оси диска пазы 19. Пазы 19 открыты в сторону плоских образующих поверхностей и создают с внутренней поверхностью корпуса сепаратора отверстия 20. Площадь поперечных сечений отверстий 20 меньше площади поперечных сечений отверстий 18 в диске 17. Технический результат: повышение производительности вакуумных опреснительных установок и качества получаемого дистиллята. 2 ил.

Вакуумная опреснительная установка для воды с сепарацией паров дистиллята, содержащая последовательно соединенные системой трубопроводов насос для подачи исходной воды, рекуперативный теплообменник, герметичную камеру с водяной ванной и с соединенным с солнечным коллектором через насос испарителем, вакуумный насос, теплообменник для конденсации паров дистиллята и сборник дистиллята, отличающаяся тем, что герметичная камера снабжена сепаратором паров дистиллята с корпусом в виде цилиндра с герметичной полостью, сообщающейся с полостью камеры, на входе в которую закреплен диск с выполненными на одинаковом расстоянии от центра и с одинаковым окружным шагом отверстиями, оси которых расположены под углом к плоским образующим поверхностям и тангенциально направлены к цилиндрической образующей диска, причем последняя имеет выполненные по всей ее длине параллельные оси диска пазы, открытые в сторону плоских образующих поверхностей, создающие с внутренней поверхностью корпуса сепаратора отверстия, площадь поперечных сечений которых меньше площади поперечных сечений отверстий в диске.