Спосіб обробки водних розчинів багатоступеневим виморожуванням та багатоступеневий виморожуючий пристрій для його здійснення

1 Спосіб опріснення і концентрування водних розчинів багатоступеневим виморожуванням, що включає багатоступеневе за допомогою киплячого холодоагенту виморожування льоду з водного розчину, що опріснюється (концентрується), з роздільними рециркуляційними процесами генерування льоду і росту кристалів льоду в кожному ступені і при послідовному зневодненні розчину з збільшенням його концентрації, сепарацію та промивку льоду від сконцентрованого розсолу (концентрату) і плавлення льоду за рахунок конденсації холодоагенту з отриманням опрісненої талої води і розсолу (концентрату) потрібної концентрації, який відрізняється тим, що при роботі у режимі опріснення в першому ступені спочатку переводять у лід не більш 3-5% від вихідного розчину і цей лід скидають, як збагачений важкою водою, а вихідний розчин, що залишився, однаково як і вихідний розчин у випадку роботи у режимі концентрування змішують з льодом після його виходу з першого ступеня льодогенерування і перед його поданням на сепарацію та промивку, як холодоагент, який відводить теплоту льодогенерування при своєму КИПІННІ, використовують неазеотропну суміш холодоагентів, наприклад Ф22-Ф142в, яку вводять протитоком з ходом опріснюваного розчину у останній за ходом опріснюваного або концентрованого розчину ступінь льодогенерування і виводять з першого за ходом опріснюваного або концентрованого розчину ступеня льодогенерування, у випадку утворення в останньому ступені льодогенерування і росту кристалів льоду високов'язких концентратів, а однаково і одночасно з льодом, і генерування і росту другої твердої фази, наприклад кристалів солей, цукру і інш , що кристалізуються у евтектичній точці, в останньому ступені концентрат опріснюваного (концентрованого) розчину для зменшення його в'язкості виморожують у суміші з проміжним малов'язким при температурах від -10°С до -30°С (в'язкість не більш 1-10 Па'с) транспортним носієм 2 Спосіб опріснення і концентрування водних розчинів багатоступеневим виморожуванням по п 1, який відрізняється тим, що концентрацію неазеотропної суміші холодоагентів встановлюють із розрахунку - добуток масової частки легкокиплячого компонента (наприклад Ф22) на теплоту його пароутворення дорівнює теплоті процесу плавлення льоду 3 Спосіб опріснення і концентрування водних розчинів багатоступеневим виморожуванням по п 1, який відрізняється тим, що як транспортний носій використовують незмішувані з водою рідини, наприклад кремнієорганічну рідину (силікон), недогріті або киплячі холодоагенти, наприклад фреон 11, вуглекислоту та інш або гази, наприклад азот, пари вуглекислоти, дюксиду сірки та інш , з якими виморожуваний концентрат турбулентно рециркулює у процесі генерування кристалів льоду (і кристалів другої твердої фази) і в процесі росту цих вищезгаданих кристалів 4 Багатоступеневий виморожуючий опріснювачконцентратор, що містить ступені, які складаються з випарника-льодогенератора для генерування льоду і роздільно під ним місткості-кристалізатора для росту кристалів льоду (а в останньому ступені і можливим одночасно з льодом генерування і росту кристалів другої фази), шнек(и), розташований(і) між випарниками-льодогенераторами і місткостями-кристалізаторами льоду і призначений(і) для транспортування і виводу льоду від ступенів генерування і росту льоду, рециркуляційні насоси, сепараційно-промивальну прямокутну у плані колону для відділення і промивання льоду від розсолу або концентрату і холодильну установку, що складається з компресора, конденсатора, додаткового конденсатора, випарників, розташованих у міжтрубних просторах льодогенераторів, ресиверів і дроселюючих вентилів, який відрізняється тим, що випарники-льодогенератори нахилені до місткостей-кристалізаторів під кутом 15-30°, шнек з того боку, з якого видається лід на сепараційнопромивальну колону, з'єднаний з входом змішувального бака і піднятий, шнек(и) нахилений(і) під кутом 10-20° до горизонталі, сепараційнопромивальна колона містить у своїй верхній час со сч со ю 53239 тині з одного боку зігнутий козирок, що утворює з верхньою кромкою колони на її протилежному боці рівнопрохідний з перерізом колони прохід для перевалювання льоду і його зміни направлення руху на 180° в суміжну камеру, в котру вбудований зрошувальний конденсатор холодоагентуплавильник льоду, входи рідкого холодоагенту в випарники-льодогенератори і виходи холодоагенту з них проходять послідовно через ступені опріснення і концентрування розчинів протитоком з ходом зневоднюваного розчину 5 Багатоступеневий виморожуючий опріснювачконцентратор по п 4, який відрізняється тим, що перша за ходом вихідного розчину у режимі опріснення місткість-кристалізатор містить у тильному перерізі корпусу шнека знімне вікно для вивалювання і скидання важководного льоду, крім цього, ця місткість-кристалізатор при роботі у режимі концентрування містить регулятор рівня рідкої фази, який підтримує рівень суспензії вище рівня нижньої твірної шнека на 1/4 його діаметра, при цьому між виходом суспензії з місткостікристалізатора цього ступеня і входом у трубний простір випарника-льодогенератора цього ж ступеня встановлений рециркуляційний пульсаційний компресор аВинахід відноситься до виморажуючого способу опріснення солених вод і очистки будь-яких забруднених водних розчинів - для отримання очищеної талої полегшеної питної води, а також концентрирування водних розчинів, наприклад харчових рідин - фруктових соків, цукрових розчинів, розсолів, технологічних розчинів хімічної, харчової, фармацевтичної промисловості з метою отримання концентратів будь-якого ступеня концентрації вплоть до евтектичної, при якої можуть бути отримані і кристали другої твердої фази солей, цукру та інш Виморажуючий метод опріснення і концентрирування водних розчинів складається із 3-х принципиво необхідних операцій концентрату у кожній із 3-х ступенів утворюється у 2 этапи Зародиші кристалів льоду утворюються в попередньому кристалізаторі, що охолоджується до температури мінус 10°С, і обладнаний скребковим ножом Потім ЦЯ суспензія подається у другий кристалізатор, що охолоджується до температури -ЗО -ь -50°С, де утворюються великі кристали льоду Для сепарації суспензії і промивки льоду пристосовується центріфуга бесперервної дії Для запобігання окислення соку пристосовується інертний газ 1 виморажування льоду із соленого, харчового або любого іншого водного розчину, 2 сепарації кристалів льоду від концентрату і промивка цього льоду від покриваючих кристаліки льоду концентратної плівки, 3 плавлення льоду В результаті здійснення вказаних процесів одержується 2 продукта - чиста тала вода питного стандарту і концентрат, концентрація котрого залежить від степеня обезвожування вихідного водного розчину В залежності від виду кінцевого продукту одна і та ж установка називається опріснювачем або концентратором Запропоновано багато способів, схем і конструкцій виморажуючих опреснювачівконцентраторів (ВОК) Виморажування льоду із водного розчину (плавлення льду) здійснюють 1 неконтактно, тобто теплоту льодоутворення (плавлення) відводять (підводять) через теплопередаючу поверхню, 2 контактно, тобто в виморажуючем розчині (на льоду) кипить (конденсується) рідкий хладоагент (пар хладоагенту) Сепарацію і промивку льоду від концентрату здійснюють в гидроциклонах, центріфугах, сепараційно-промивочних колонах Найбільш повно рівень техники концентрування харчових рідин (фруктових соків) описан у книзі - Л Пап Концентрирование вымораживанием, Москва, Изд-во «Легкая и пищевая промышленность», 1982г На с 50-52 цієї книги описан багатоступеневий спосіб, застосовуємий у Німеччині, для різних харчових рідин Суспензія кристалів льоду і Після другого кристалізатору суспензія поділяється в центріфуп Відділений концентрат подається в другий ступінь (обладнання и аналогічно обладнанню 1-ого ступіня аналогічні і процеси, відміна - збільшується концентрація концентрату), а потім в таку ж третю ступінь, після котроупконцентрат відводиться як продукт Лід після усіх 3-х ступеней змішується і плавиться у плавильнику Недоліки цього способу і схеми наступні, 1 Низькі температури льодоутворення приводять к збільшеним витратам електроенергії, 2 Необхідність мати ненадійний механізм соскребування льоду в кристалізаторах, 3 Сепарація і промивка льоду від коцентрату виробляється у кожній ступені, що приводить у 2-ої і особливо З-оі ступенях до недоотмивці льоду з огляду високих концентрацій вихідного концентрату перед операцієй промивки і зайвим утратам сухих речовин Відомий багатоступеневий виморажуючий спосіб концентрування водних розчинів і установка для нього здійснення (див U S Patent №4666484, May 19,1987, Multistage freeze concentrating process and apparatus) В цьому способі - прототипі вихідний водний розчин виморажується в 3-х ступенях, в котрих здійснюються процеси генерування льоду (в кожухотрубчатих вертикальних іспарителях - льодогенераторах І-ЛГ) і росту кристалів льоду (в місткостях-кристалізаторах Кр) В межтрубної просторині другого І-ЛГг і третього І-ЛГз кипить хладоагент, відводя теплоту льодоутворення, а в трубках за допомогою рециркуляційних насосів циркулює водний розчин, в котром генеруються зародиші льоду, котрі потім, попадая у другий кристалізатор Крг і третій Крз, зростають до розмірів 100-ь200ткт Між другими І-ЛГг і Крг та третьімі І-ЛГз і Крз розташован шнек, дно корпусу 53239 котрого перфорировано отворами Льодорозсольна суспензія із І рубок І-ЛГг і І-ЛГз тече на вітки шнеку і далі через його дону перфорацію попадає в Крг и Крз, при цьому крупні кристали льоду не проходять через перфорацію шнеку і переміщаються в перший кристалізатор (у цього Крі нема сопутствуючого І-ЛГз), ВІДКІЛЯ після кристалізації і отбору нових кристалів льоду другим шнеком виводяться з установки Вихідний водний розчин (наприклад фруктовий сік) вводиться в перший кристалізатор Крі, змішуясь з льодом з третього IЛГз і другого І-ЛГг Кінцевий концентрат в якости продукту відбирається з третього Крз Від першого Крі по напряму ко другому І-ЛГг-Крг і третьому тандемів І-ЛГз-Крз концентрація концентруемого розчину і пропорційно його в'язкість збільшуються Недоліки цього способу і пристрою наступні 1 Неможливо получити полегшену воду (тобто воду з зниженим утриманням важкої води ДгО), яка має доказаний сприятливий вплив на живі бюлогичні об'єкти (і на людину) 2 Вивод льоду з першого кристалізатору Крі за допомогою шнека - утрудливий, поскільки лід знаходиться у середовищі водної фази і ефекти його вспливання і ковзання у рідині перешкоджують (експериментально встановленої) його переміщенню Турбулізація Крі мішалками не усуває цієї труднощі тому, що в льодяній масі при її накопиченні і при роботі мішалок утворюються канали, які заповнені розчином, в котрих і обертаються лопасті мішалок, а вкруг їх формується «стоячий» лід 3 Змішення вихідного розчину з льодом в першій ступені кристалізації після другої і третьої ступеней виморажування не дозволяє повністю використувати потенціал цього приймання (для зменьшення В'ЯЗКІСТІ розсолу поверхневої плівки, що покриває кристали льоду, і полегшення їх наступної промивки від цього розсолу) Переважно це приймання використувати не під час першого льодоутворення, як у прототипі, а вже після його здійснення Недолік цей, не очевидний на перший погляд, з огляду ефекта рециркуляції в 1-ій ступені дуже істотний, що показує наступний приклад Хай вихідний апельсиновий сік має концентрацію (висловленую опосередньо як приведено в опису прототипу через одиниці В'ЯЗКІСТІ ВПХ І В першому приближенні прямо пропорційну їй) So=12ofl (його видаток Со=26галлонів/хв - будемо вказувати для облегшення експертизи значення одиниць вимірювання ті ж самі, що приведені у патентіпрототипі /див таблицу в столбцях 5 и 6/) Після 1оі ступені концентрація сконцентрованного сіку буде Si=18ofl і видаток його рециркуляції в 1-ої ступені дорівнює Gi=74ran/xB, після 2-ої S2=30ofl, після З-оі - Зз=45од Зміщення вихідного соку з рециркулятом 1-ої ступені дає концентрацію суміші 18)/(26+74)=16,44од Кристали льоду на ВИХІДІ із Крз і будуть забруднені плівкою з цього концентрату Коли ж вихідний сік подавати на зміщення з льодом, попередньо вже віддренірованому на шнекі від концентрату, то його поверхня плівка буде мати концентрацію рівну практично So=12ofl Такий лід промити від концентратної плівки легше Крім того в прото типі невелика КІЛЬКІСТЬ вихідного розчину змішується з великою КІЛЬКІСТЮ рециркуляційного концентрату, який має понижену температуру, що практично не підвищує температуру вихідного льоду, що в свою чергу підвищує в'язкість концентратної плівки Відмова від приймання прототипу, як це і зроблено у нашій пропозиції, і в цьому пункті зрівняння сприятливо для кращої відмивки льоду від концентрату і зменьшенню утрат сухих речовин з льодом 4 В концентруємому розчині по ходу його руху по ступеням виморажування збільшується концентрація, тобто знижується рівноважна температура заморожування Кипіння ж хладоагенту в ступенях іспарителей-льодогенераторів в прототипі підтримується холодильною машиною при ПОСТІЙНІЙ температурі, котра для забезпечення теплопередачі повинна бути нижче самій нижчей температури заморажування, тобто такой ж, як в І-ЛГз Це приводить до великої різниці температур між температурами заморажування розчину і температурою кипіння хладоагенту в 2-х перших ступенях концентрування, що приводить до незворотним загубам роботи, а, головне, к утворенню умов наморажування льоду з циркулюючого розчину на внутрішній поверхні трубок іспарителя Зауважемо, що умова незабиваємості трубок льодом складається не тільки в забезпеченні високої ШВИДКІСТІ циркуляції розчину в трубках, не тільки гидрофобністю внутрішній поверхні трубок, не тільки малою КІЛЬКІСТЮ льоду в потоці (до 5-ь7%), але і малою різницею температур при ВІДВОДІ теплоти льодоутворення, яка не перевищує згідно досвідним данним 3,5°С В прототипі ця умова не забезпечується А щоб приблизитесь к виконанню цієї умови в прототипі - треба поставити другу холодильну машину 5 В прототипі не забезпечується концентрування фруктових соків і цукрового розчину до концентрацій порядку 60% і температур до мінус 21 °С, при котрих густий сироп має високу в'язкість (більше 800« 10"3 Па»с) і малу швидкість росту кристалів, а тім більш не досягається концентрація евтектики (64,9% для цукрів), при котрій разом з льодом кристалізується і друга тверда фаза - кристали солей, цукрів і інш , причому ці дві тверді фази, що знаходяться у рівновазі з своїм насиченим розчином необхідно розділити з технично приємлімою швидкістю Відомо ряд устрмв для відділення і промивки кристалів льоду від розсолу (концентрату) - центріфуги, отжимні шнеки, гідроциклони, дренажні і витиснітельні промивочні колони Найбільшу ефективність і промислове розповсюдження має витиснітельна сепараційнопромивочна колона СПК, що робе з протитиском (примітка принцип дії і гідромеханіка цієї СПК описані у довіднику «Различные области применения холода», Москва, Агропромиздат, 1985, глава 9 «Опреснение соленой воды», см с 247-248) СПК буває в плані коловою і прямокутною В середній частині колони на и боковій поверхні розташовувається фільтруюча сітка, через котру фільтрується розеол, а лід при своєму руху вверх через цю сітку не пропускається Льодорозсольна суспензія насосом подається в нижню частину колони, розеол відводиться через фільтруючу сітку, а лід, сформувавшись в пористий поршень, 53239 рухається «насосною» силою вверх, промиваючись від поверхневої розсольної плівки, що покриває кристали льоду, противоточним рухом вниз промивочної води В верхній частині колони відмитий лід розбивається обертаючимся ножом - скрепером або конвейерною лентою і скидується в суміжний з колоною карман, відкиля направляється гидротранспортом в плавильник льодуконденсатор хладоагенту Недоліки такої СПК - наявність механічного пристрою в верхній частині колони, направляючого льодяну масу в плавильник льоду-конденсатор хладоагенту, і труднощі з організацією ефективного процесу транспортування і плавлення льоду конденсації агенту в апараті Задачею винаходу є створення способу опріснення і концентрування водних розчинів багатоступеневим виморожуванням та багатоступеневого виморожуваючого опріснювача-концентратора, які дозволили би опріснення з отриманням полегшеної води і з більш глибоким витяганням опрісненої води з вихідного соленого розчину до його розділення до сухої остачі (примітка технологія опріснення морської води і одночасово и концентрування до 17-20% -1 до сухої остачі - в теперішній час розроблена автором для витягання метану з морських величезних покладів газогідратів метану /100 трилюнів м3/, захоронених на дні шельфу Чорного моря, цим концентратом морської води буде виплавлюватися метан з газогідратів, а подорожна чиста тала опріснена вода використовуваться як високоякісна питна вода для арідного Криму), концентрування харчових рідин до більш високих концентрацій - біля 60%, перемагає заслон високої В'ЯЗКІСТІ високонцентрованих, наприклад, СІКІВ при низьких температурах до евтектичних концентрацій, зменшеня капитальних витрат на холодильну машину і упрощения її експлуатації Поставлена задача вирішується тим що при роботі у режимі опріснення в першому ступені спочатку переводять у лід не більш 3-ь5% від вихідного розчину і цей лід скидають як збагачений важкою водою, а залишаючийся вихідний розчин рівно як і вихідний розчин у випадку роботи у режимі концентрування змішують з льодом після його вихіду з першого ступеня льодогенерування і перед його поданням на сепарацію та промивку При цьому як хладоагент який відводить теплоту льодогенерування при своєму кипинні, використовують неазеотропну сумішь хладоагентів, наприклад Ф22-Ф142в, яку вводять противотоком з ходом опріснюємого розчину у останню по ходу опріснюємого або концентруемого розчину ступінь льодогенерування і виводиму з першого по ходу опріснюємого або концентруемого розчину ступеня льодогенерування, при цьому концентрацію неазеотропної суміші хладоагентів встановлюють із розрахунку - добуток масової долі легкокиплячого компоненту (наприклад Ф22) на теплоту його пароутворення дорівнює теплоті процесу плавлення льоду У випадку утворення в останнжступені льодогенерування і росту кристалів льоду високов'язких концентратів, а рівно і одночасово з льодом і генерування і росту другої твердої фази - наприклад, 8 крмсдлів солей, цукру і інш , що кристалізуються у евтектичній точці, у останньому тупені концентрат опріснюємого (концентруемого) розчину для зменшення його в'язкості виморажують у суміші з проміжним малов'язким при температурах від 10°С до -30°С (в'язкість не більш 110 3Па с) транспортним носієм Як транспортний носій пристосовують незмішувані з водою рідини -наприклад, кремнійорганичну рідину (СІЛІКОН), недогріті або киплячі хладоагенти, наприклад, фреон 11, вуглекислоту та інш або гази, наприклад азот, пари вуглекислоти, дюксіда сіри та інш , з котрими виморажуваний концентрат турбулентно реціркулірують у процесі генерування кристалів льоду (і кристалів другої твердої фази) і в процесі росту цих вищезгаданих кристалів Запропонований спосіб здійснюється в пристрої багатступеневого виморажуючого опріснювача-концентратора, в котрому іспарителі - льодогенератори нахилені до місткостеи-кристалізаторів під кутом 15-ьЗО°, шнек з того боку, котра видає лід на сепараційно-промивочну колону, з'єднаний з вхідом змішувального бака і піднятий, шнек(і) нахилений^) під кутом 10-ь20° до горизонталі, сепараційно-промивочна колона має у своїй верхній частині з одного боку зігнутий козирьок, що утворює з верхньою кромкою колони на и протилежному боці рівнопрохідний з перерізом колони прохід для перевалювання льоду і його зміни направлення руху на 180° в суміжну камеру, в котру вбудований зрошувальний конденсатор хладоагентуплавильник льоду, вхіди рідкого хладоагенту в іспарителі-льодогенератори і вихіди хладоагенту з них проходять послідовно через ступені опріснення і концентрування розчинів противотоком з ходом зневоднюваного розчину При цьому перша за ходом вихідного розчину у режимі опріснення місткість-кристалізатор має у тильному перерізі корпусу шнека знімне вікно для вивалення і сбросу важководного льоду, крім того ця місткість-кристалізатор при роботі у режимі концентрування має регулятор рівня рідкої фази, який підтримує рівень суспензії вище рівня нижньої отвірної шнека на 1/4 його діаметра, при цьому між виходом суспензії з місткісті-кристалізатора цього ступеня і входом у трубний простір іспарителя-льодогенератора цього ж ступеня встановлений рециркуляційний пульсаційний компресор Суть винаходу показана на фіг 1 и 2 Фіг 1 - схема і конструктивне рішення багатоступеневого виморажуючого опріснювачаконцентратора ВОК Фіг 2 - конструктивне рішення першої для режима опріснення і третьої для режима концентрування харчових рідин - по ходу переробляємого розчину - ступені опріснення - концентрування На фіг 1 приведена схема ВОК, який складається з • системи ввода вихідного розчину - вивода продуктів опріснення-концентрування, • ступенів генерування льоду і росту кристалів льоду, • сепараційне - промивочної колони, • холодильної машини Згідно фіг 1 система ввода вихідного розчину 53239 10 ні 42 рівнопрохідній з перерізом колони проход 43 вивода продуктів опріснення-концентрування для перевалювання льоду і його зміни направленскладається з насосу подання вихідного розчину 4, ня руху на 180° в суміжну камеру 44, в котру вбуфільтрів грубої очистки вихідного розчину 5 і тондований зрошувальний конденсатор хладоагентукої очистки опрісненої води 6, попереднього тепплавильник льоду 45 Холодильна машина (ХМ) лообмінника 7, джерела ультрафіолетового вискладається з одноступеневого компресора 46, промінювання 8 (бактерицидномлампи для обезконденсатору хладоагента - плавильнику льоду заражування опрісненої води) Ступенів генеру45, повітряного додаткового конденсатору 47, тепвання льоду і росту кристалів льоду - три (справа лообмінника 48, ресиверів рідкого хладоагенту 49 і наліво на фіг 1 вони визначені - 1,2,3) Кожна сту50 і дроселюючих вентилів 51 і 52 ХМ скомутовапень включає в себе кожухотрубчатий іспаритель натак, що при відкритих усіх вентилях, визначених хладоагенту - льдогенератор І-ЛГ і під ним містлітерою О, установка працює в режимі опріснення, кість-кристалізатор Кр Між І-ЛГ і Кр розташований а при відкритих усіх вентилях, визначених літерою шнек, який переміщає лід від усіх трьох ступеней К, працює в режимі концентрування Епектромагні1-а і 2-а ступені конструктивно однакові 3-я стутни вентилі О і К переключаються усі одночасно пень має ВІДМІНИ В режимі опріснення вихідний (команда «усі вдруг») солений розчин «проходить» ступені в такій ПОСЛІДОВНОСТІ 3, потім 1, потім 2 Згідно фіг 2 ступень 3 має іспарительВ режимі концентрування вихідний харчовий льодогенератор І-ЛГз 3, місткість-кристалізатор розчин (наприклад виноградний сік) «проходить» Крз 54, насоси 20 і 21, мішалку 55, регулятор рівня ступені в такій ПОСЛІДОВНОСТІ 1,2,3 рідкої фази 57, пульсаційний компресор 58 Іспаритель - льодогенератор І-ЛГз нахилений к місткоВ ступені 1 іспаритель-льдогенератор І-ЛП сті-кристалізатору Крз під кутом 15-ьЗО° (ця ж ососкладається з корпусу 9, 2-х трубних гратів 10 і бливість конструкції є і в ступенях 1 і 2, це передтрубок 11 Місткість-кристалізатор Крі цієї ступені бачено для того, щоб в випадку помилки персонавключає МІСТКІСТЬ 12, мішалку 13, турбулізуючі лу - збільшенню різниці температур при перегородки 14 і рециркуляційний насос 15 Крі теплопередачі в І-ЛГ більш 3,5°С і можливому при може мати суміжні стінки з іншими аналогічними такої помилки відкладенню льоду на внутрішній апаратами, а може мати і окремий корпус поверхні трубок іспарителя - можно було б, зупиШнек 27 складається з корпусу 28, нижня часнив роботу ступені (на 3-ь5хв) і нагрів міжтрубну тина котрого перфорирована отворами з діаметпросторинь горячим хладоагентом після нагнетаром 0,2мм, і власне витків шнека 29 Ліва частина ния компресору, дати можливість трубному льоду витків шнека 29 - з'ємна (це власне другий шнек швидко /1-ь2хв/ зсунутись на витки шнека) 29а, припіднятии правим кінцем на кут 10-20°), має стиковочний вузел ЗО (шлицеве з'єднання), дозвоВ схемі ступені 3 передбачено також сепараляючий міняти стики шнеків на протилежний з тор транспортного носія 70 з ЛІНІЯМІ вороття носія правою незмінною його частиною В режимі опріс71 і вивода продуктового концентрату 72 Конструнення ліва частина шнека 29а має ліву навивку кція сепаратору 70 і принцип його дії можуть бути витків, що переміщує лід вліво, в режимі концентрізними і на схемі не деталізовані Він може бути рування ліва частина шнека 29а (перевернута на просто відстойник - коли ЩІЛЬНІСТІ рідкого носія 180°) має праву навивку витків, що переміщує лід і продуктового концентрату ВІДМІННІ на великість вправо Лівий торец шнека 29а має вікно 31, відне менш 100кг/м2, крите в режимі опріснення для вивалювання тяжвін може бути у вигляді іспарителя з теплообководного льоду, і закрите герметичною кришкою мінником, коли носій - це легкокипляча рідина, 32 в режимі концентрування харчових рідин Шненаприклад Ф-11, СОг або SO2, ки мають також редуктор 33, забезпечующий їх він може бути і у вигляді дегазаційної колони, обертання з швидкістю 10-20об/хв, і електродвигун в котрій з концентрату мембраний компресор від34 Правий відкритий торец шнека 27 - з сторони, бирає розчиненний носій -газ, котра видає лід на сепараційно-промивочну колов випадку, якщо в ступені 3 процеси кристаліну, - з'єднаний з вхідом змішувального баку 35 і зації проводяться в евтектичній точці, коли разом з припіднят під кутом 10-ь20° до горизонталі Бак 35 кристалами льоду утворюються більш тяжкі крисмає мішалку 36, турбулізуючі перегородки 37 і натали цукрів, то сепаратор 70 може бути виконаний сос 38 у вигляді шнека, котрий ці кристали цукрів буде Сепараційно - промивочна колона СПК склавіджимати від насиченого розчину, висушивати дається з прямокутного в плані (тобто при виді досуха і видавати у вигляді сухого розчиненого зверху) корпусу 39 і розташованої на боковій попорошку (автор по такому устрію має а с СССР верхні СПК фільтраційних ґрат 40, маючих розміри №1576125, патенти України №13808 и №23240) отворів «в світу» 100-200мкм (через ці отвори стіТеплофизичні властивості деяких опріснюємих і кає розеол /концентрат/, але затримуються крисконцентруємих розчинів і транспортних носив, витали льоду - навіть в тому випадку, коли кристали користовуємих в теперішньому винаході в ступені мають і менші розміри - працює добре відомий з «ефект натовпу») В верхній своїй частині СПК має з однієї сторони зігнутий козирьок 41, утворюючий з верхней кромкой колони на її протилежній стороТаблиця Транспортний носій, розчин Температура, Тиск, Концентрація, ЩІЛЬНІСТЬ, В'ЯЗКІСТЬ, 11 1 Розчин NaCI 2 Розчин цукру — « — 3 Фреон 11 4 Фреон 12 5 Вуглекислота СОг 6 Диоксид сіри SO2 °С -12 -18 -1,5 -3,0 -4,5 -7,5 -10 -20 -10 -20 -13 -23 -10 -23 5323S кПа 101 101 101 101 101 101 25,73 15,76 221,9 152,7 2421 1787 101,3 53,3 В режимі опріснення ВОК працює наступним чином Вихідний солений розчин насосом 4 подається в фільтр грубої очистки 5, в котром розчин очищується від грубих взвесей розміром до 5мкм Потім розчин охолоджується в попередньому теплообміннику 7 до 3-5°С і направляється по трубопроводу 69 в МІСТКІСТЬ -кристалізатор 54 (Крз) Із Крз розчин вибирається насосом 21 і по ЛІНІЯМ 22 і 25 подається в трубну просторинь іспарителяльдогенератору ступені 3 (І-ЛГз) Під час руху по трубкам вниз розчин охолоджується за рахунок холоду (теплоти пароутворення) киплячего в межтрубної просторині хладоагенту, частково виморажується і разом з кристалами льоду стікає з нижчей частини І-ЛГз на витки шнеку 29а і потім через його донну перфорацію корпусу 28 в Крз Роботой холодильної машини (тобто виратой хладоагенту, що подається в І-ЛГз) холодопродукційність І-ЛГз створюють таку, щоб при роботі в режимі опріснення в першой ступені виморажувалось по масі не більш 3-ь5% від вихідного розчину Цей лід збагачений тяжкою водою ДгО Збагачення засновано на ефекті збільшеної температури льодоутворення тяжкої води (+3,8°С) - термодинамичному факторі Цей фактор (необхідний, але не достатній) повинен бути зміцнений кінетичним фактором - перемішуванням розчину в процесі його льодоутворення, щоб перешкодити при утворенні льоду ДгО зменшенню концентрації тяжководних молекул у поверхні льодоутворення з огляду зменшеної їх рухливисті (в 10 разів) у порівнянні з молекулами легководними, тобто НгО При попаданні в полость шнеку лід затримується перфорацією корпусу шнека і його витками 29а пересувається ліворуч по напряму до вікна 31 (кришка 32 в цьому режимі отодвинута від вікна 31), перевалюється через вікно 31 в воронку і разом з транспортною водою (перелив її через вікно 31) по лінії 23 за допомогою насосу 20 скидається в канализацію Скидання «першого льоду» (його утворення в обсязі потоку і не затримання на стінках трубок дуже залежить від інтенсивності турбулізації потоку у стінок трубок І-ЛГз) забезпечує полегшення опрісненої талої води (тобто зменшення утримання дейтерія в опрісненої води на 10-ь25% в порівнянні з тієї КІЛЬКОСТІ, яка звичайно знаходиться в природній воді, в котрій його утримання складає 0,035ч-0,04% мольних) % 16 22 20 ЗО 40 50 12 кг/м' 1130 1170 1083 1130 1179 1234 1557 1579 1426 1465 998 1046 1460 1487 Пас 3,510' 6,310' 3,7 1 0 ' 7,410' 15,610' 50,2 1 0 ' 0,595 1 0 ' 0,685 1 0 ' 0,316 1 0 ' 0,345 1 0 ' 0,015 1 0 ' 0,42 1 0 ' 0,45 1 0 ' Діапазон 3-ь5% скидуваємого льоду обґрунтовується так при перевищуванні 5% занадто збільшується загуба роботи на виморажування «не продукта», при зменшенні нижче 3% важко регулювання цього малого потоку і, крім того, є можливисть не досягнути мети цієї операції - полегшення ще невимороженого розчину, що залишається Невиморожений в ступені 3 вихідний розчин (у вигляді рециркулята після насосу 21) по лінії 26 направляють в змішувальний бак 35, в якому він змішується з льодом, пересуваємим праворуч в цей бак шнеком 27 (більш певно - його витками 29) Турбулизація в баку 35 льодорозсольної суспензії забезпечує и вибір разом з льодом насосом 38 і подання и по лінії 74 в нижню частину сепараційно-промивочної колони СПК В цьому апараті суспензія рухається верх Розеол фільтрується через фільтраційні грати 40 і по лінії 75 повертається на зрошування верхньої частини льоду, пересуваємим шнеком 27 праворуч між ступеню 1 і баком 35 Цей розеол, що має меньшу концентрацію у порівнянні з розсольною плівкою на льоду, попередньо промиває цей лід перед його вступом в бак 35 і потім стікає по нахилу ліворуч (10-20° нахилу достатньо для стоку рідини ліворуч, нахил з кутом більш 20° робити нерационально з огляду збільшення вертикального габариту 1-ої ступені) вниз через перфорацію дна корпусу шнека в місткість-кристалізатор 1-ої ступені Крі Колоборот розсолу - бак 35, ЛІНІЯ 74, нижня частина СПК, грати 40, ЛІНІЯ 75, права частина шнеку між І-ЛП| і баком 35 - попередньо сприятствує далі ефектівній роботі СПК, а саме • підвищує температуру льоду, що запобігає його змерзанню внизу СПК, • зменьшує концентрацію розсольної плівки, що покриває кристали льоду, • зменьшує в'язкість розсолу, що покращує фильтрацію розсолу внизу СПК -спочатку через масу льоду, а потім і через ячейки фільтраційних ґрат З дна Крі насос 15 відбирає розеол і направляє його більшу частину по лінії 17 в трубну просторинь І-ЛП| При циркуляції розсолу по трубкам небхідно витримувати умови його незамерзання і затикання трубок льдом, що забезпечується високою швидкістю потоку, малою різницьою температур між температурою замерзання розчину при 13 53239 14 данної концентрації і температурою кипіння хлаперетиняється з нижчею кривою, що показує склад доагенту в межтрубної просторині В трубках І-ЛП рідкої рівноважної фази, характерна особливість генеруються зародиші льоду, їх розміри по причині такої суміші - при постійних тисках вона кипіть і вьюокої ШВИДКІСТІ потоку (1 м/с) - невелики конденсується при перемінних температурах (при (1-И0мкм) Такі мікророзміри льоду забезпечують КИПІННІ спочатку переважно википає при найнизчей їх проход через льодяну масу, транспортуємую температурі легкокиплячий (нижчекиплячий) комшнеком зліва направо, а також через перфорацію понент, тобто той компонент /в нашому випадку дна шнеку в місткість-кристалізатор Крз Обсяг Кр Ф22/, котрий має при однаковому тиску з другим розраховується на час пребування розсолу в ньокомпонентом більш низьку температуру насиченму порядка 5-ь8мш, що забезпечує вирост кристаня, після чого начинає википати другий компонент лів льоду при турбулизацм суспензії мішалкою 13 - тяжкокиплячий /вищекиплячий, в нашому випадку до розмірів 150-ь250мкм При рециркуляції разсолу - Ф142в/, причому температура кипіння такої суміпо кільцу (насос 15, ЛІНІЯ 17, трубки І-ЛП, шнек з ши поступово підвищується, при конденсації такої льодом) льодяна маса в полості шнека как класисуміші спочатку конденсується практично повністю фикатор пропускає дрібні кристали-зародиші і затяжкокиплячий компонент, а другий компонент тримує відносно великі кристали льоду, формуючи буде конденсуватися при тому ж спільном тиску з них сніжну масу, підвержену транспортировці суміші, але при зниженрі температурі і під своїм парциальним тиском) Після компресору 46 стисВ І-ЛП концентрація розсолу по солям збільнута сумішь поступає в додатковий конденсатор шується до оптимальної, звичайно в цієй ступені 47, в котрому за рахунок теплообміну з повітрям виморажується біля 80% льоду Меньшу частину конденсується тяжкокиплячий компонент - Ф142в рециркуляту насос 15 направляє по трубі 18 во 2-у Парорідинна сумішь по трубі 81, через теплообступень виморажування - спочатку на поверхню мінник 48 і по трубі 82 поступає в ресивер 50, в льоду, пересуваємого шнеком між І-ЛГг і І-ЛП з котрому рідка і газова фази розділюються Рідка метою його часткової промивки, а потім і в Крг фаза - переважно тяжкокиплячий компонент Процеси в ступені 2 аналогичні процесам в (Ф142в)- дроселюється в дросельному вентилі 51 і ступені 1 (при цьому труба 21 перекрита запорним тече на змішення з легкокиплячим компонентом вентилем - не показаний) Концентрація розсолу (Ф22) Газова фаза з ресивера 50 - в основному збільшується до кінцевої, при котрій він виводится легкокиплячий компонент (Ф22) -поступає по лінії із Крг за допомогою насосу 19 по трубопроводу 71 83 в зрошувальний конденсатор 45, вбудований в і через теплообмінник 7 камеру 44 СПК Тут легкокиплячий компонент конПісля відділення льоду від розсолу в середній денсується при теплопередачі з льодом і вже як частини СПК лід рухається вверх, промиваясь від рідина стікає в ресивер 49, ВІДКІЛЯ ВІН ПО ЛІНІЇ 89 і поверхневої розеол ьної плівки противоточним після дроселювання в дросельному вентилі 52 опусканням промивочної води з лінії 76, котра тече на змішення з тяжкокиплячим компонентом пронизує пористий льодяний поршень і потім в (Ф142в) Сумішь хладоагентів в режимі опріснення районі фільтраційної грати підмішується к фільтпроходить через іспарителі-льодогенератори проруємому розсолу В верхній частині СПК промита тивотоком опріснюємому розсолу Це означає, що від розсолу льодяна маса за допомогою направколи опріснюємий розчин переходить з однієї стуляючого козирька 41 повертає свій рух на 180° і пені льодогенерування в другу ступень в ПОСЛІДОопускається в суміжну камеру 44 Переріз 43, рівВНОСТІ ступеней - ^ 3 ^ 1 ->2->, то неазеотропна сунопрохідний з перерізом СПК, не пресує сніжну мішь в цьому режимі проходить назустріч (протимасу і не зменшує и пористость і проникливість, вотоком), тобто в ПОСЛІДОВНОСТІ ступеней що не погіршує процес промивки В суміжній каме^ 3 ^ 1