ОПРЕСНИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Заявленная полезная модель относится к машиностроению, в частности к устройствам для обессоливания жидкостей методом дистилляции, в особенности к низкоэнергетичным и экологически чистым опреснительным установкам, и может быть использовано для опреснения морских, минерализованных вод и промышленных стоков с содержанием в том числе радиоактивных элементов.
Задачу извлечения растворенных примесей и солей из воды можно решить методом термодистилляции. Предлагается установка, в которой передача тепла к испаряемой воде происходит путем прямого контакта теплоносителя (перегретого водяного пара) с опресняемой водой в дисперсно-капельном и барботажном режимах.
Известен опреснитель морской воды, содержащий насос отбора морской воды, блок камер с конденсаторами, влагоотделителями, смесителями и теплообменниками, к которым компрессором через нагреватель подается горячий воздух и морская вода, и систему водопроводов с запорными и обратными клапанами. См., например, описание к авторскому свидетельству SU 1669468, опубликованному 15.08.91. Бюл. 30. Этот опреснитель сложен в изготовлении, энергоемок, требует значительных эксплуатационных затрат.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип. Является опреснитель, (см. устройство опреснителя по патенту RU 2013315, публикованному 30.05.94. Бюл. 10). Насос по патрубкам подает опресняемую воду в нагреватель, где она нагревается до необходимой температуры и поступает по патрубку в цилиндрическую камеру, в которой возникает эффект объемного кипения. Образующийся пар поступает в конденсатор, а образующийся дистиллят собирается в отдельной камере, из которой она может подаваться потребителю. Рассол удаляется из цилиндрической камеры насосом и может либо сливаться, либо поступать на вторичный цикл. Этот способ предполагает сложную в изготовлении установку, которая будет энергоемкой и потребует значительных эксплуатационных затрат.
Хотя по сравнению с аналогом этот опреснитель более прост и экономичен в изготовлении, его эксплуатация предполагает плановые остановки для профилактических работ поддержания режима вращения. А производительность впрямую зависит от размера установки. При этом увеличение размеров установки ведет к увеличению энергетических
затрат, и в конечном итоге повышаются затраты на единицу объема получаемой пресной воды.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель является получение дистиллята с помощью более простого и надежного в эксплуатации устройства. Технический результат заключается в уменьшении энергозатрат на единицу объема получаемой продукции - пресной воды; упрощение сервисного обслуживания; полное выпаривание растворенных солей и примесей; обеспечение экологической чистоты благодаря отсутствию обратных сбросов в окружающую водную среду растворов с повышенной соленостью и температурой; уменьшение тепловых выбросов тепла в окружающую среду благодаря использованию тепловых насосов; отсутствие ограничений на размеры и мощность отдельных ступеней и установки в целом.
Технический результат достигается тем, что заявленная опреснительная установка, включает 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, дополнительно (установка) снабжена тепловым насосом, обеспечивающим передачу тепла от конденсатора в перегреватель пара.
Испарительная камера может быть снабжена диспергатором-разбрызгивателем и парогенератором.
Барботажная камера может быть снабжена рассекателем пара, размещенным в нижнем ее торце.
Для обеспечения технического результата непосредственно в испарительную и барботажную камеры вводится в качестве теплоносителя поток перегретого водяного пара, который вызывает кипение жидкости. Водяной пар отдает тепло фазового перехода в конденсаторе и превращается в дистиллат, а осадок и примеси, перешедшие в твердое
состояние, задерживаются в фильтре и сборнике осадка. Тепловой насос переносит низкопотенциальное тепло из зоны конденсации в перегреватель пара.
Схематично опреснительная установка представлена на фиг.1. Установка скомпонована в 2 контура и состоит из следующих основных элементов:
(первый контур):
1 - Испарительная камера 1-го контура;
1.1 - Парогенератор;
1.2 - Питательный насос;
1.3 - Диспергатор-разбрызгиватель;
1.4 - Фильтр-уловитель сухих частиц;
(второй контур):
2 - Барботажная камера 2-го контура;
2.1 - Рассекатель пара;
2.2 - Сепаратор;
2.3 - Компрессор пара;
2.4 - Перегреватель пара;
2.5 - Смеситель;
2.6 - Конденсатор;
2.7 - «Теплый ящик»;
2.8 - Тепловой насос;
2.9 - Деаэратор;
2.10 - Питательный насос;
2.11 - Фильтр водозаборник опресняемой воды;
2.12 - Ванна для рассола со сборником осадка.
В 1-м контуре концентрированный рассол, который подается питательным насосом (1.2) из ванной для рассола 2.12 2-го контура, и диспергатором (1.3) разбрызгивается в виде капель в испарительной камере (1) в потоке перегретого пара или пламени водородно-кислородной горелки, поступающего из парогенератора (1.1). Вода из капель испаряется, как результат капли окончательно высыхают, твердые частицы солей и примесей, образовавшиеся в результате высыхания капель, уносятся потоком пара, собираются в фильтре (1.4) и в дальнейшем утилизируются. После фильтра сухой пар поступает в смеситель (2.5).
Барботажная камера (2) 2-го контура представляет собой цилиндрическую емкость, открытую с нижнего торца. Часть потока пара направляется в конденсатор (2.6) из камеры (2) после сепаратора (2.2). Другая часть потока сжимается компрессором пара (2.3), нагревается в перегревателе (2.4) и поступает в смеситель (2.5). Поток перегретого пара из смесителя (2.5) через рассекатель (2.1) в виде пузырьков вводится в нижнюю часть барботажной камеры непосредственно в объем соленой воды ванны, имеющей температуру вскипания. Избыточное тепло пара приводит к испарению воды.
В процессе испарения повышается концентрация солей в растворе, раствор становится более плотным, в нем создаются условия для выпадения солей в осадок. Концентрированный раствор перекачивается насосом (1.2) в 1-й контур, а осадок опускается в нижнюю часть барботажной камеры, затем в ванну для рассола и поступает в сборник осадка (2.12).
В целях повышения КПД тепло, которое сбрасывается в конденсаторе (2.6) при конденсации пара, посредством теплового насоса (2.8) переносится в перегреватель пара (2.4). Таким образом, тепло, которое было затрачено для фазового перехода из жидкости в пар, утилизируется в фазовом переходе пар-жидкость в конденсаторе и снова возвращается в рабочий цикл. В процессе опреснения нарабатывается дистиллированная вода, которая собирается в «теплом ящике» (2.7).
В накопителе осадка и в фильтре собираются выпавшие в осадок и осушенные соли и прочие примеси. Сбор осадка не представляет трудности, поскольку барботажный и испарительный объемы открыты в нижней части. Осадок собирается в нижней части установки естественным образом. Концентрированные солевые растворы и прочие загрязнения не сбрасываются в окружающую среду, что весьма существенно для обеспечения экологической чистоты производства.
Осадок на стенках рабочих сосудов и трубопроводов не оказывает существенного влияния на работу установки в целом, поскольку перенос тепла в зонах испарения осуществляется непосредственно через границу пар-жидкость. Отсутствие необходимости передачи тепла через твердую стенку существенно снижает уровень требований к выбору конструкционных материалов, возможно использование недорогих конструкционных металлических сплавов, бетона, керамики, пластиков, древесины и пр.
Применение теплового насоса для отбора низкопотенциального тепла в конденсаторе и выделения высокопотенциального тепла в пароперегревателе позволяет увеличить КПД установки.