Установка для электродиализного опреснения соленых вод Советский патент 1991 года по МПК B01D61/54 G05D27/00 

/I

i

16

Изобретение относится к области опреснению, к методам и средствам опреснения соленых вод на основе гелиоэнергетических энергоустановок, а именно к аппаратам и технологии фотоэлек- тродиализного опреснения.

Цель изобретения - уменьшение энергозатрат и повышение технико-экономических показателей.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема установки; на фиг. 2 - функциональная схема установки.

Установка для осуществления фото- электродиализного опреснения соленых вод содержит фотоэлектрическую батарею 1 с клеммами 2 и 3,электродиализный аппарат 4, ресивер 5. компрессор б с электроприводом (электродвигателем) 7, бак 8 исходной воды, стабилизатор 9 тока, переключатели 10, 11 и 12, пневмолинии 13, секции 14 опреснения и 15 концентрации бака 8 исходной воды, форсунки 16 и 17, входные патрубки 18 и 19 камер аппарата 4, сливные патрубки 20 и 21 аппарата 4, верхние основания 22 и 23 секций бака 8 исходной воды С отверстиями 24 и 25, трехходовой кран 26, регулируемый элемент 2.1 стабилизатора9 с управляющим электродом 28. выход 29 импульсного генератора 30, времязадающую цепь 31, магниточувствительный датчик 32, электромагнит 33 с обмоткой 34, входной электрод 35, выходной электрод 36, выпрямитель 37, механическую связь 38 переклю- чателей 11 и 12, вывод 39 обмотки электромагнита 33.

Известно, что расходы электроэнергии на электродиализ - WT и перекачивание воды из рассола через камеры электродиализ- ного аппарата - WH определяют соотношениями

.)j

WH 2 1,2

101 Ь V

э к Q Н

(З.Т),8-(Сн-Ск),

(Л

где - ток, пропускаемый через электродиализный аппарат, А;

Т - время пропускания тока, ч;

г - выход по току;

Еэ - потеря напряжения на электродах аппарата, В;

Ек - потеря напряжения на камерах аппарата. В;

Q - расход воды насоса, л . с

Н - напор развиваемый насосом, м;

т/э , /н - КПД электродвигателя (0,45 - 0,47) и насоса (0,7-0,8);

Сн - начальная степень минерализации исходной воды, г-экв/м 3; Ск конечная степень минерализации

опресняемой воды, г-экв/м 3.

Алгоритм принципа работы установки описывается следующим образом с учетом вышеприведенных выражений (1)-(3):

0 K.......C..C..

Задан н к

Uaa F- Uaa эЭу3a j

Ч)

где Сн, Ск - начальная и конечная степени

5 минерализации опресняемой воды;

АСзадан - заданное снижение степени минерализации исходной опресняемой воды;

Он - подача воды из секции бака исход0 ной воды в камеры опреснения и концентрирования электродиализного аппарата; Г} - выход по току; Ро - атмосферное давление; Р1 - заданное давление сжатого воздуха

5 в ресивере;

Кэду - электрическое напряжение на клеммах электродиализного аппарата; F - постоянная Фарадея. Предварительные операции. С учетом

0 назначения установки и фотоэлектродиа- лизного опреснения при данных рабочих условиях эксплуатации и, в первую очередь, диапазона степени минерализации А Сзадан опресняемой воды определяют производи5 тельность установки СЬду по данному способу, Расчетным или экспериментальным путем устанавливают параметры фотоэлектрической батареи 1: выходной токЗф, напряжение 11Эду и ее мощность Р,

0 обеспечивающих проведение операций и режимов фотоэлектродиализного опреснения. Суметом пределов нестабильности солнечного излучения устанавливают запас по (мощности Р)для фотоэлектрической

5 батареи 1 и пределы регулирования стабилизатора тока Зет. Комплектуют установку, реализующую способ, агрегатом и элементами, осуществляют их монтаж и сборку; Основные операции. Наполняют секции

0 опреснения 14 и концентрирования 15 бака 8 и бака 8 исходной водой и определяют начальную степень минерализации опресняемой воды, подключают фотоэлектрическую батарею 1 к компрессору 6 и

5 закачивают ресивер 5 сжатым воздухом до давления, обеспечивающего достижение заданного снижения степени минерализации Д Сзадан опресняемой воды. Переключают фотоэлектрическую батарею со

стабилизатором 9 тока к электродиализному аппарату 4 и проводят фотоэлектродиа- лиз, а нестабильность уровня солнечного излучения, падающего на фотоэлектрическую батарею корректируют стабилизацией выходного токаПст фотоэлектрической батареи 1. Стабилизацию выходного осуществляют посредством изменения сопротивления RB магниточувствительного датчика 32, который включают во времяза- поминающую цепь 31 импульсного генератора 30, управляющего регулируемым элементом 27 в цепи батареи 1, причем фактическое значение выходного тока Зф батареи 1 преобразуют в индукцию магнитного поля В, которым воздействуют на магнито- чувствительный датчик 32. Подключение и отключение фотоэлектрической батареи 1 к электродиализному аппарату 4 и звену электродвигатель - компрессор - ресивер 5 производят следующим образом. При уровне солнечного излучения 400 Вт. и более поочередно, а при уровне 800 Вт- и более параллельно электродиализному аппарату подключают обмотку электродвигателя. Подают сжатый воздух в бак 8 исходной воды, а именно в секции опреснения 14 и концентрирования 15 создают во- довоздушные смеси перед входными патрубками 18 и 19 электродиализного аппарата 4, которые подают в камеры опреснения и концентрирования аппарата 4, и со сливных патрубков 21 и 20 водовоздушные смеси направляют в соответствующие секции 14 и 15 бака 8 исходной воды для циркуляции и опреснения исходной воды до заданного снижения степени минерализации согласно выражению (1). Завершают процесс фотоэлектродиализа путем подачи опресненной воды и рассола соответственно через фильтры очистки, бактерицидной обработки (не показаны) потребителю (резервуар сбора пресной воды) и в резервуар сброса рассола (канализацию). Вышеописанный процесс повторяют с новой порцией исходной опресняемой воды.

Установка работает следующим образом.

В секциях опреснения 14 и концентрирования 15 исходного бака 8 находится опресняемая вода (предварительно подвергнутая очистке и бактерицидной обработке). Сжатый воздух, закачанный до давления Pi в ресивере 5, через переключающий трехходовый клапан 26, подают в секции 14 и 15 исходного блока 8 через форсунки 16 и 17. Образованная водовоз- душная смесь поступает по входным патрубкам 18 и 19 электродиализного аппарата 4 в камеры опреснения и концентрирования

соответственно (см. фиг. 1). При этом через электродиализный аппарат протекает стабилизированный ток Зет от фотоэлектрической батареи 1. Со сливных патрубков 21 и 5 20 аппарата 4 воздушная смесь направляется в секции 14 и 15 исходного бака 8, при этом водовоздушная смесь разделяется: отработанный воздух через выходные отверстия 24 и 25 в верхних основаниях 22 и 23 0 секций 14 и 15 бака 8 стравливается наружу, а вода и рассол восполняют динамический уровень в секциях 14 и 15. Далее процесс кругооборота воды и рассола от исходного бака 8 к электродиализному аппарату 4 про- 5 должается и их циркуляция заканчивается при установлении давления сжатого воздуха Ро, т. е. при достижении заданного снижения степени минерализации АСзадан опресняемой воды. После подачи пресной 0 воды и рассола потребителю и сброса рассола цикл работы установки продолжают. Благодаря тому, что через электродиализный аппарат 4 протекает стабилизированный ток Зет, обеспечивается высокая 5 воспроизводимость технологического процесса, его качество и надежная работа установки. При этом звено ресивер 5 - компрессор 6 - электродвигатель 7 (см. фиг. 1), создающее сжатый воздух, выполняет 0 две функции: первая - сжатым воздухом транспортируют воду и рассол через камеры опреснения и концентрирования аппарата 4, вторая - турбулизирующий поток водо- воздушной смеси исключает осадкообразо- 5 вание и отравление мембран аппарата 4, а также устраняет явление поляризации мембран аппарата 4.

Так как основным.технологическим параметром установки фотоэлектродиализа 0 является электрический токЗст рассмотрим его стабилизацию при воздействиях солнечного излучения Ф(400-800) Вт- и более. При наличии солнечного излучения Вт - на выходе фотоэлектриче- 5 ской батареи 1 появляется электрический ток Зф, который через электромагнит 33 и регулируемый элемент 27 поступает на выпрямитель 37 (см. фиг. 2). При этомЗф, протекающий через электромагнит 33, создает 0 индукцию магнитного поля В, которая воз- .действует на магниточувствительный датчик 34, включенный во времязадающую цепочку 31 импульсного генератора 30 и имеющий сопротивление RB, следователь- 5 но, с выхода генератора 30 импульсы с частотой тв и длительностью Тв поступают на регулируемый элемент 27 и управляют его рабочей точкой таким образом, что на выходе выпрямителя 37 существует заданный

ток let, протекающий через электродвигатель 7. В это время ресивер 5 заполняется сжатым воздухом, нагнетаемым компрессором 6, насаженным на вал электродвигателя 7. По достижении заданного давления fPi сжатого воздуха в ресивере 5 трехвходовым переключающим клапаном 26 открывают доступ сжатого воздуха в секции 14 и 15 бака и перекрывают выход компрессора 5 с одновременным отключением электродвигателя 7 и выключением электродиализного аппарата 4 переключателем 10.

При увеличении уровня солнечного излучения Ф 400 Вт. возрастает ток Эф фотоэлектрической батареи 1, а значит, и индукция магнитного поля В. В результате возрастает и сопротивление RB магниточув- ствительного датчика 34, а это уменьшает частоту тв генератора 30 и увеличивает длительность импульсов Тв, но скважность импульсов уменьшается, что приводит к поддержанию тока Зет на выходе выпрямителя 37 неизменным. И наоборот, с уменьшением уровня солнечного излучения Фдо 400 Вт происходят обратные изменения в перечисленных элементах и, таким образом, стабилизируется заданное значение тока Зет в течение всего процесса фото- электродиализа.

При воздействии солнечного излучения Ф 800 Вт (регистрация уровня солнечного излучения осуществляется средствами измерений оптических величин - актинометром, пиранометром или по показаниям амперметра, включенного непосредственно в цепь батареи) переключателем 11 можно подключить электродвигатель 7 параллельно электродиализному аппарату 4 и проводить периодическое заполнение сжатым воздухом ресивера 5. Необходимость такой работы установки может возникнуть для увеличения производительности установки по сравнению с заданной производительностью СЬадан или для облегчения

режима работы регулируемого элемента 27 стабилизатора 9. Поэтому назначение переключателя 12 обусловлено изменением установки индукции магнитного поля В,

определяющего значение тока 1ст стабилизатора 9, причем переключатель 12 жесткой механической связью соединен с переключателем 11. В остальном процессы, протекающие в стабилизаторе 9 при уровнях

солнечного излучения Вт м или Вт . , идентичны.

Формула изобретения Установка для электродиализного опреснения соленых вод, содержащая фотоэлектрическую батарею, к которой подключен электродиализный аппарат, помещенный в бак исходной воды, который разделен на секцию опресненной воды и

секцию концентрирования, электродиализный аппарат содержит анионно- и катионно- обменную мембраны, расположенные в его камерах, снабженных входными патрубками, сообщающимися с секциями опресненной воды и концентрирования бака исходной воды, фотоэлектрическая батарея, кроме того, соединена с блоком контроля и управления, а также ресивер, связанный через трехходовой клапан с компрессором, который снабжен электроприводом, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат и повышения технико-экономических показателей, в ее состав введены две форсунки, установленные в нижних частях

секций опресненной воды и концентрирования бака исходной воды, соосно с входными патрубками камер электродиализного -аппарата, первая и вторая форсунки соединены с выходом трехходового крана, верхние основания секций опресненной3воды и концентрирования снабжены отверстиями для отвода воздуха, электропривод компрессора через блок контроля и управления соединен с фотоэлектрической батареей.

Фиг.2

Изобретение относится к методам и средствам опреснения соленых вод на основе гелиоэнергетических энергоустановок, а именно к аппаратам и технологии фотоэлектродиализного опреснения. Целью изобретения является уменьшение энергозатрат и повышение технико-экономических показателей. Установка для электродиализного опреснения соленых вод содержит фотоэлектрическую батарею 1, электродиализный аппарат 4, ресивер 5, компрессор 6 с электродвигателем7, бак 8 исходной воды, систему управления, форсунки 16 и 17, установленные в нижней части секций Т4 и 15 бака опресненной воды. Новым в установке является поочередное включение в работу нагрузки солнечной батареи и размещение форсунок в нижней части бака исходной воды, в верхних основаниях 22 и 23 которого выполнены отверстия 24 и 25. 2 ил.