Мобильный аппарат для дистилляции жидкости
MOBILE EQUIPMENT FOR LIQUID DISTILLATION

Изобретение относится к технологии получения дистиллированной воды и иных жидкостей и может быть использовано в медицине, фармакологии, пищевой, химической и других отраслях промышленности.
Известно устройство для получения обессоленной воды, включающее испаритель, компрессор, конденсатор, а также газожидкостную центрифугу, котел-парогенератор, компрессор соединенный напрямую с паровой турбиной и включенный в паровой контур, соединяющий газожидкостную центрифугу и нагревательные элементы испарителя, а также паровой контур, соединяющий сборник конденсата, испаритель и газожидкостную центрифугу, при этом паровая турбина соединена с котлом-парогенератором, нагревательными элементами испарителя, паровой инжектор соединен паропроводами с испарителем, сборником конденсата и газожидкостной центрифугой (RU 2567615 С1, 10.11.2015).
Известна опреснительная установка, включающая испарительную камеру, барботажную камеру, конденсатор, снабженный сборником дистиллята, ванну для рассола, снабженную сборником осадка, насос для подачи опресняемой воды через деаэратор в ванну для рассола, питательный насос для подачи концентрированного рассола из ванны для рассола в испарительную камеру, верхняя часть которой соединена через фильтр-уловитель сухих частиц со смесителем, обеспечивающим поступление перегретого пара через ванну для рассола в нижний открытый торец барботажной камеры, размещенный в концентрированном рассоле ванны для рассола, в верхнем торце барботажной камеры размещен сепаратор для разделения пара на два потока, по ходу первого потока пара расположен конденсатор, по ходу второго потока пара расположены последовательно соединенные компрессор, перегреватель пара и смеситель, опреснительная установка дополнительно снабжена тепловым насосом, обеспечивающим передачу тепла от конденсатора к перегревателю пара (RU 81720 U1, 27.03.2009).
Известен проточный дистиллятор, содержащий соосно установленные цилиндры, образующие полости испарителя и конденсатора, закрытые с двух сторон крышками, с размещенными внутри поплавком, дистанционно соединенным с питательным клапаном и нагревательным элементом, при этом между испарителем и конденсатором в паровой зоне установлен нагнетатель, кроме того, нагревательный элемент расположен в верхней части конденсатора, прилегая к цилиндру испарителя, внутренний цилиндр со стороны испарителя оребрен съемными и разборными пластинами, в полости конденсатора на уровне закипания воды в испарителе установлено разделительное кольцо с регулируемым сопротивлением прохода (RU 2090511 С1, 20.09.1997).
Известен дистиллятор, включающий испаритель и конденсатор, полости которых образуют теплообменник, нагревательный элемент, нагнетатель, средство, обеспечивающее разность давлений пара в верхней части испарителя и конденсатора, патрубки слива конденсата, слива рассола и подачи жидкости на дистилляцию, при этом нагреватель установлен в верхней части испарителя на границе максимального уровня кипящей жидкости, а нагнетатель установлен в верхней части конденсатора, примыкающей к испарителю, патрубок слива рассола размещен таким образом, что один конец его закреплен в стенке испарителя на высоте, соответствующей границе максимального уровня кипящей жидкости, а другой конец указанного патрубка снабжен клапаном регулирования скорости слива рассола, при этом патрубок слива рассола образует с патрубком подачи жидкости на дистилляцию теплообменник, а средство, обеспечивающее разность давлений пара в верхней части испарителя и конденсатора, выполнено в виде регулируемого клапана и установлено вне зоны испарителя и зоны конденсатора (RU 55766 U1, 27.08.2006).
Наиболее близким техническим решением является дистиллятор, содержащий испаритель с теплообменником нагрева испаряемой жидкости и сепаратором для отделения пара, теплообменник подогрева, поступающий для опреснения холодной исходной жидкости, конденсатор пара и систему сбора дистиллята, при этом подача и нагрев жидкости в испарителе осуществляется роторным импульсным аппаратом, вход которого соединен с выходом теплообменника испарителя первой ступени, а выход - с входными патрубками теплообменника испарителя первой ступени (RU 64200 U1, 27.06.2007).
Недостатками известных устройств является высокое удельное энергопотребление при дистилляции воды, относительно невысокое качество дистиллята, а также сложность конструкций аппаратов для дистилляции.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание мобильного энергоэффективного аппарата для дистилляции жидкости.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в снижении удельного энергопотребления при дистилляции воды, повышение качества и стерильности дистиллята, упрощение конструкции аппарата, при повышение его надежности, а также повышение производительности мобильного дистиллятора.
Для достижения указанного технического результата предложен мобильный аппарат для дистилляции жидкости, содержащий компактный разборный парогенератор для испарения исходной жидкости с установленным каплеотбойником в верхней части, компрессор, насос, электронагреватель, дроссельное устройство, холодильник, конденсатор паров дистиллята, рекуперативный теплообменник для передачи теплоты от удаляемого из аппарата концентрированного рассола к подаваемой в аппарат исходной жидкости, рекуперативный теплообменник для передачи теплоты от удаляемого из установки дистиллята к подаваемой в установку исходной жидкости, рекуперативный теплообменник для подогрева исходной жидкости теплом компрессора, насос для подачи исходной жидкости в парогенератор, электронагреватель для предварительного нагрева исходной воды, расположенный в нижней части парогенератора, а также замкнутый герметичный контур теплового насоса, который состоит из компрессора, нагревателя, дроссельного устройства, холодильника, соединенных системой трубопроводов, при этом компактный разборный парогенератор представляет собой теплообменный аппарат канального вида, в межтрубном пространстве которого осуществляется вынужденное движение исходной жидкости и ее частичное выпаривание, на входе жидкости в парогенератор и выходе дистиллята из конденсатора установлены датчики расхода жидкости и дистиллята. При этом парогенератор выполнен таким образом, что межтрубное пространство, предназначенное для выпаривания исходной жидкости, образовано поверхностями обечайки, вытеснителя и витой медной трубки, выполненной с возможностью конденсации внутри ее рабочего вещества теплового насоса. При этом парогенератор выполнен с возможностью отвода перегретых паров дистиллята через центральное отверстие (на чертеже не показано) в вытеснителе парогенератора, контактируя с горячей стенкой камеры выпаривания.
На фиг. 1 представлена схема устройства.
Мобильный аппарат для дистилляции жидкости содержит:
1 - компрессор объемного принципа действия;
2 - нагреватель;
3 - дроссельное устройство;
4 - холодильник;
5 - парогенератор;
6 - конденсатор;
7 - рекуперативный теплообменник для передачи теплоты от удаляемого из аппарата дистиллята к подаваемой в аппарат исходной жидкости;
8 - рекуперативный теплообменник для передачи теплоты от удаляемого из аппарата концентрированного рассола к подаваемой в аппарат исходной жидкости;
9 - рекуперативный теплообменник (9) для подогрева исходной жидкости теплом компрессора;
10 - насос;
11 - электронагреватель.
Мобильный аппарат для дистилляции жидкости работает следующим образом.
Исходная жидкость (например, вода) подается насосом 10 последовательно через рекуперативные теплообменники 7, 8 и 9, в которых нагревается обратными потоками дистиллята, концентрированного рассола и теплом сжатия рабочего вещества теплового насоса, после чего попадает в парогенератор 5, где происходит ее догрев до температуры кипения и частичное выпаривание при контакте с горячими стенками нагревателя 2 за счет теплоты конденсации рабочего вещества теплового насоса. При этом образующийся дистиллят в паровой фазе перемещается в конденсатор 6 за счет разности плотностей пара, где отдает тепло кипящему рабочему веществу теплового насоса в холодильнике 4 и конденсируется, после чего в жидкой фазе отводится из конденсатора 6 и, проходя через рекуперативный теплообменник 7, поступает потребителю.
Не выпаренная жидкость в виде рассола сливается из нижней части парогенератора 5 и затем, проходя рекуперативный теплообменник 8, удаляется из системы.
В замкнутом герметичном контуре теплового насоса реализуется обратный термодинамический цикл на рабочем веществе низкого давления (например, пентане), состоящий из последовательных процессов: кипение рабочего вещества в холодильнике 4, перемещения и сжатия рабочего вещества компрессором 1, конденсация рабочего вещества в нагревателе 2, дросселирования рабочего вещества с давления конденсация до давления кипения в дроссельном устройстве 3. При этом процессы фазового перехода рабочего вещества теплового насоса находятся на температурном уровне, соответствующем температуре фазового перехода жидкости при атмосферном давлении с учетом температурного напора на теплообменных аппаратах. Работа в контуре теплового насоса обеспечивает перенос тепла конденсации паров дистиллята на более высокий температурный уровень, соответствующий температуре кипения исходной жидкости.
Для упрощения вывода установки на рабочий режим при первоначальном запуске включается электронагреватель 11 для выпаривания части исходной жидкости, предварительно поданной в парогенератор 5, что позволяет практически сразу вывести тепловой насос на рабочие параметры.
Для обеспечения автономной бесперебойной работы установки предусмотрено регулирование расхода исходной жидкости и отношения объема дистиллята к объему исходной жидкости, которое осуществляется по сигналу датчиков расхода жидкости и дистиллята, установленных на входе жидкости в парогенератор 5 и выходе дистиллята из конденсатора 6.
Реализация заявленного изобретения позволяет снизить удельное энергопотребление при дистилляции воды, повысить качество и стерильность дистиллята, значительно упростить конструкцию аппарата при повышении его надежности.