УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКОЙ ВОДЫ

Полезная модель относится к области создания установок для получения обессоленной воды из морских и природных солоноватых и соленых вод, которые могут быть использованы в пищевой, сельскохозяйственной, нефтяной и газовой промышленностях, а также применяться для различных нужд населения.
Известен патент РФ №2206510 от 20.06.2003 «Установка для опреснения морской воды». Установка состоит из вертикальных рядов горизонтально установленных горячих панелей и вертикальных рядов холодных панелей, которые установлены с зазором между ними в вакуумированном корпусе. Нагрев и испарение морской воды осуществляют на внешних сторонах горячих панелей, а конденсацию полученного пара производят на внешних сторонах холодных панелей, для чего по внутренним полостям горячих панелей прокачивают рабочее тело (нагретая вода) от дополнительного источника тепла, а по внутренним полостям холодных панелей прокачивают морскую воду.
Известен «Теплонасосный опреснитель соленой воды» по патенту RU №2363662 от 10.08.2009, который является наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели.
Опреснитель содержит камеру испарения соленой воды, камеру конденсации паров пресной воды, замкнутый контур рабочего вещества, оснащенный компрессором и содержащий в камере испарения теплообменник «рабочее вещество - соленая вода» нагрева соленой воды, а также установленный в камере конденсации паров пресной воды теплообменник «рабочее вещество - пары пресной воды» конденсации паров пресной воды. Выход компрессора соединен с входом в теплообменник «соленая вода - рабочее вещество» нагрева соленой воды. Выход рабочего вещества из теплообменника «соленая вода - рабочее вещество» нагрева соленой воды соединен с входом рабочего вещества в теплообменник «рабочее вещество - пары пресной воды» камеры конденсации пресной воды. Выход рабочего вещества из теплообменника «рабочее вещество - пары пресной воды» конденсации паров пресной воды соединен с входом в компрессор. Контур подвода поступающей на опреснение соленой воды включает камеру нагрева, при этом к нижней части камеры нагрева подсоединена оснащенная насосом система подвода соленой воды, а к верхней части камеры подсоединена система отвода нагретой соленой воды в верхнюю часть дополнительно установленного скруббера.
В качестве рабочего вещества используют низкокипящие рабочие вещества, например диоксид углерода, галогенозамещенные углеводороды, углеводороды или смеси на их основе.
Задачей полезной модели является создание экологически чистой установки для опреснения морской воды полностью исключающей применение жидкого, твердого и газообразного топлива.
Техническим результатом при использовании изобретения является сокращение удельного потребления энергии на опреснение соленой воды, повышение экологической безопасности процесса опреснения соленой воды, получение возможности расширения диапазона производительности опреснительных установок, а также повышение их надежности за счет обеспечения возможности полной автоматизации процесса.
Технический результат достигается за счет создания установки для опреснения морской воды, в которой в качестве нагревательного элемента и хладагента используется полупроводниковый высокотемпературный материал, не наносящий вред окружающей среде.
Установка обеспечивает, нормированный уровень параметров обессоленной морской воды с рН от 5,5 - 6.
Установка выполнена с последовательно-параллельной сборкой термоэлектрической гидродинамической установки для предварительного нагрева воды и термоэлектрической тепловой машины и установок для обессоливания воды, что обеспечивает необходимую производительность опреснительной установки.
Установка включает устройство предварительного подогрева поступающей на опреснение соленой воды, устройства для обессоливания воды, с расположенными в них теплообменниками и сборниками пресной воды.
Устройство предварительного подогрева поступающей на опреснение соленой воды выполнено в виде термоэлектрической гидродинамической установки, которая подсоединена к промежуточному теплообменнику, снабженным патрубком для подачи горячего рассола, промежуточный теплообменник гидравлически связан с теплообменниками, расположенными в устройствах для обессоливания морской воды, которые гидравлически связаны с термоэлектрической тепловой машиной, обеспечивающей нагрев рассола до заданных температур.
Теплообменники, расположенные в устройствах для обессоливания морской воды работают при давлениях, понижающихся от последнего устройства к первому по линии технологического процесса, при этом последнее устройство гидравлически связано с термоэлектрической тепловой машиной, выходной патрубок термоэлектрической тепловой машины гидравлически связан с устройством для обессоливания морской воды, работающем при более низком давлении, выходной патрубок которого связан с первым устройством для обессоливания воды, которое подсоединено трубопроводом подачи горячего рассола к промежуточному теплообменнику а также к емкости для хранения обессоленной воды.
Установка для обессоливания воды дополнительно включает трехступенчатую установку, установленную на линии подачи воды на опреснение, и подключенную к термоэлектрической гидродинамической установке для предварительного нагрева морской воды, при этом установка содержит устройство для очистки воды от механических примесей, крупнодисперсных частиц и микроорганизмов, газораделитель для очистки воды от избыточных газосодержащих фракций СО, С02, N2, СН4, подключенный к термоэлектрической гидродинамической установке.
Термоэлектрические тепловая машина и гидродинамическая термоэлектрическая установка для предварительного нагрева воды выполнены с использованием термоэлектрических элементов Пелтье по патенту РФ на полезную модель №82137 от 20. 04.2009 г.
Предлагаемое устройство может быть выполнено в контейнерном исполнении в виде отдельно смонтированных и связанных между собой гидравлически и электрически устройств с выделенным пультом автоматического управления и обеспечивает опреснение морской вода при любых климатических условиях.
Установка для опреснения морской воды может быть оснащена всеми необходимыми приборами контроля работы устройств и механизмов. Применяемое в процессе производства контрольно-измерительное оборудование - контролеры температуры, датчики давления и уровнемеры устанавливаются на измерительных узлах КИПиА, электрически связанных с пультом управления работы опреснительной установки.
На фиг.1 представлена схема опреснительной установки где:
1 - насос для подачи воды, 2 - трехступенчатая установка для очистки морской воды (включает очистку от механических примесей - первая ступень, очистку от мелкодисперсных частиц - вторая ступень, очистку от микроорганизмов - третья ступень), 3 - трубопровод для вывода примесей из установки очистки, 4 - газовый разделитель для очистки воды от избыточных газосодержащих фракций, 5 - трубопровод для вывода избыточных газосодержащих фракций в морской воде, 6 -гидродинамическая термоэлектрическая установка, 7 - теплообменник для предварительного нагрева рассола, 8 - трубопровод для частичной подачи рассола в теплообменник 7, 9 - трубопровод для слива рассола, 10 - емкость для хранения обессоленной воды, 11 - трубопровод для подачи горячего рассола, 12, 13, 14 - устройства для обессоливания морской воды, 15, 16, 17 - теплообменники для конденсации обессоленной воды, 18 - термоэлектрическая тепловая машина для нагрева рассола, карманы для сбора пресной воды 19, 20, 21.
Морская вода насосом 1 подается в трехступенчатую установку очистки от механических примесей, мелко дисперсных частиц и микроорганизмов 2. Из установки очистки 2 по трубопроводу 3 механические примеси и микроорганизмы выводятся в промежуточную емкость хранения для последующей утилизации, а очищенная морская вода от примесей поступает в циклонный газовый разделитель 4, где из морской воды выделяются избыточные газосодержащие фракции СО, С02, N2, СН, которые по трубопроводу 5 выводятся в окружающую среду.
Для предварительного нагрева, очищенная от механических примесей и газов морская вода, через инжекционный патрубок подается в гидродинамическую термоэлектрическую установку 6, где нагревается до заданной температуры. Холодный спай термоэлектрической батареи установленной на наружной поверхности корпуса гидродинамической установки охлаждается морской водой и гидравлически связан с насосом 1 подающим на вход опреснительной установки морскую воду.
Предварительно подогретая морская вода из гидродинамической термоэлектрической установки 6 подается в теплообменник 7, где смешивается с горячим рассолом поступающим по трубопроводу 8. Далее морская вода, разбавленная порцией рассола по трубопроводу 11 подается в теплообменники 12, 14, 16, которые установлены в устройствах для обессоливания воды 13, 15, 17. Теплообменники 12, 14, 16, гидравлически связанны с термоэлектрической тепловой машиной.
Рассол поступающий в термоэлектрическую тепловую машину через теплообменники 12, 14, 16, которые установлены в устройствах 13, 15, 17, нагревается, причем в каждом теплообменнике температура рассола становиться все выше. Тепловая энергия поступает к рассолу от водяного пара, конденсирующегося на поверхности теплообменников 12, 14, 16 в устройствах 13, 15, 17. Сконденсировавшийся пар, являющийся пресной водой, собирают в карманах 19, 20, 21 и откачивают по трубопроводу 22 в емкость хранения обессоленной воды 10. Предварительно нагретый рассол из теплообменника 16, поступает в термоэлектрическую тепловую машину 18, где нагревается до заданной температуры и по трубопроводу 23 подается в устройство для обессоливания 17. Термоэлектрическая тепловая машина обеспечивает большую часть тепловой энергии для нагрева рассола вводимого в систему опреснительной установки. Проточный канал тепловой машины разделен на ступени нагрева равной длины и обеспечивает равномерный нагрев рассола в каждой ступени - от первой ступени к последующей ступени, скачкообразно. Так как площадь внутреннего сечения теплового реактора значительно больше площади сечения входного отверстия инжекционного патрубка, поэтому в нем происходит резкое снижение давления и разряжение внутри теплового реактора. Установленные на наружной поверхности твердотельные полупроводниковые преобразователи обеспечивают тепловую нагрузку внутри реактора до 50 Вт/см. Падение давления в тепловом реакторе обеспечивает быстрый нагрев рассола и способствует образованию парогазовой смеси в диапазоне температур от 80-90°С. Образовавшаяся парогазовая смесь попадает в верхнюю часть теплового реактора, в которой установлены ускоритель, распылительные форсунки и отражатель, обеспечивающие образование аэрозольного облака, насыщенного мелкодисперсной влагой молекул воды.
Из термоэлектрической тепловой машины 18 горячий рассол в виде парогазовой смеси поступает в устройство для обессоливания 17, где поддерживается пониженное давление. Поскольку давление в устройстве 17 понижено, часть рассола нагретого до заданной температуры испаряется и после конденсации на поверхности теплообменника 16 превращается в пресную воду, которая стекает в карман 19 Для испарения воды требуется энергия. Когда вода испаряется с поверхности занимаемой рассолом в устройстве 17, происходит охлаждение поверхности, остающаяся после испарения часть рассола охлаждается. Из рактора 17 рассол поступает в устройство 15, где давление ниже чем в устройстве 17. Здесь происходит испарение еще некоторого количества воды, а оставшийся рассол еще больше охлаждается. Из устройства 15 рассол поступает в устройство 13, где давление ниже чем в устройстве 15. В устройстве 13 также происходит испарение некоторого количества воды. Пресная вода накопленная в карманах 19, 20, 21 по трубопроводу 22 самовсасывающим насосом подается в емкость хранения обессоленной воды 10. На каждой последующей стадии рассол становится все более концентрированным и все более охлаждается. На последней стадии одна часть рассола, который содержит приблизительно 7% солей по весу, смешивается с вновь поступающей морской водой, а другая часть рассола отводится. Регулированное содержание концентрации солей, отводимое из установки обеспечивает экологическую безопасность, связанную со сливом рассола (концентрата) в морскую акваторию.
Установка отличается тем, что часть рассола поступает на повторную тепловую обработку, тем самым, обеспечивая регулированное содержание концентрации солей отводимых из установки, что обеспечивает экологическую безопасность, связанную со сливом рассола (концентрата) в морскую акваторию.