Спосіб опріснення водних розчинів багатоступеневим виморожуванням

Реферат: Спосіб опріснення солоних водних розчинів багатоступеневим виморожуванням льоду включає процеси генерування і росту кристалів льоду на кожному ступені виморожування, сепарацію та промивку льоду від сконцентрованого розсолу, плавлення льоду за рахунок конденсації холодоагенту, виморожування у лід на першому ступені 3-5 % вихідного солоного водного розчину, плавлення цього льоду і скидання його розплаву в каналізацію, як збагаченого важкою водою, не виморожений солоний водний розчин, що залишився після першого ступеня, знову виморожують у лід в кількості 40-70 % від кількості вихідного солоного водного розчину, відділяють від отриманого льоду залишок солоного водного розчину і цей залишок скидають в каналізацію, а лід промивають, розплавляють і розплав цього льоду після його виходу з першого ступеня подають на наступний ступінь виморожування і послідовно знесолюють вихідний солоний водний розчин та отримують опріснену талу воду заданої концентрації. Процеси генерування льоду і ріст кристалів льоду виконують паралельно на поверхні випаровувача-кристалізатора в кожному ступені послідовного знесолення солоного водного розчину, очищення зростаючого льоду від домішок при кристалізації льоду з виморожуваного солоного водного розчину поблизу поверхні випаровувача-кристалізатора виконують шляхом циркуляції солоного водного розчину в кожному ступені, сконцентрований розсіл з кожного ступеня виморожування скидають на вхід попереднього ступеня виморожування за ходом зневоднювання солоного водного розчину, вихідний солоний водний розчин пропускають через теплообмінники сконцентрованого розсолу послідовно в кожному ступені проти ходу опріснення, для зменшення вмісту важкої води в кінцевому продукті виморожування у лід 3-5 % UA 105030 U (12) UA 105030 U вихідного солоного водного розчину, його розплавлення і скидання його розплаву в каналізацію здійснюють на кожному ступені. UA 105030 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до виморожувальних способів опріснення солоних водних розчинів для отримання мінеральної і питної води. З рівня техніки відомий спосіб та пристрій для отримання очищеної води (US 4262489, 21.04.1981, МПК: B01D 9/02, F25C 1/04, F25C 1/12), що включає льодогенератор для вирощування кристалів льоду з сирої води на його поверхні, розтоплювання кристалів чистого льоду і збір розплаву окремо від незамороженої порції сирої води, окрему ємність для збору сирої води для подання її знову на льодогенератор, чим здійснюють рециркуляцію води в пристрої. Недоліком даного рішення є недостатній ступінь очищення води через відсутність можливості здійснення багатоступеневого очищення, а також через застосування рециркуляції сирої води, що продовжує містити домішки. Також з рівня техніки відомий виморожувальний опріснювач (UА 90215 С2, 12.04.2010; МПК: C02F 1/22, F25C 1/12, B01D 9/02) що містить випарник-кристалізатор у вигляді вертикального кожухотрубного теплообмінника, усередині труб якого нанесене гідрофобне покриття, а зовні встановлені щілинні розподільники холодоагенту, колону для росту кристалів льоду і сепараційно-промивну колону, конденсатор-плавидльник, рекуперативний теплообмінник, насоси, а також холодильну установку, що складається з випарника, компресора, конденсатора і додаткового конденсатора, регенеративного теплообмінника, ресивера і терморегулювальних вентилів, причому в трубах випарника-кристалізатора встановлені обертові шнекові центрифуги, обладнані приводом, при цьому випарник-кристалізатор вбудований у колону росту і промивання кристалів льоду і містить охолоджувач вихідної води, складений із трубчастих валів шнекових центрифуг, установлених на підшипниках у нижньому і верхньому колекторах, що відповідають входу і виходу вихідної води. Недоліком відомого рішення є його низька продуктивність, висока вартість внаслідок значної поверхні теплообміну випарника-кристалізатора, великі габарити пристрою. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється і прийнятим, як найближчий аналог, є спосіб опріснення і концентрування водних розчинів багатоступеневим виморожуванням та багатоступеневий виморожувальний опріснювач-концентратор для його здійснення (UA 53239 С2, 11.06.2007; МПК: F25C 1/12, B63J 1/00), який включає багатоступеневе за допомогою киплячого холодоагенту виморожування льоду з водного розчину, що обробляється, з роздільними рециркуляційними процесами генерування льоду і росту кристалів льоду в кожному ступені і при послідовному зневодненні розчину зі 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 в першому ступені спочатку переводять у лід не більше 3-5 % від вихідного розчину і цей лід скидають, як збагачений важкою водою, а вихідний розчин, що залишився, 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, таку як Ф22-Ф142в, яку вводять протитечією з ходом розчину у останній за ходом розчину ступінь льодогенерування і виводять з першого за ходом розчину ступеня льодогенерування; у випадку утворення в останньому ступені льодогенерування і росту кристалів льоду високов'язких концентратів, що кристалізується у евтектичній точці, в останньому ступені концентрат розчину для зменшення його в'язкості виморожують у суміші з проміжним малов'язким при температурах від -10 °C до -30 °C (в'язкість не більше 1.10-3 Па.с) транспортним носієм. Недоліком відомого способу є складна реалізація процесу виморожування, що потребує чіткого витримування технологічного режиму, стабільної концентрації і надійної герметизації неазеотропної суміші летючих холодоагентів Ф22-Ф142в, низька ефективність теплообміну при кристалізації льоду у випарювачі-кристалізаторі і його плавленням у конденсаторі-плавильнику, що викликає високу вартість виморожування за рахунок великих втрат на поверхні теплообмінну. Низька ефективність теплообміну характерна і для конденсатора-плавильника сепараційно-промивної колони відомого пристрою, що також супроводжується підвищеними витратами на теплообмінну поверхню. Все це приводить до великих витрат енергії. Додатковим недоліком є окреме розміщення апаратів, що з'єднуються між собою трубопроводами, оснащеними транспортувальними засобами - насосами, шнеками, що призводить до ускладнення конструкції виморожувального пристрою, мають великі габарити, а також великих енерговитрат на обертання шнеків подання сумішей рециркуляційних розсолів. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу опріснення водних розчинів багатоступеневим виморожуванням, який дозволяє здійснювати промислове опріснення з 1 UA 105030 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 отриманням мінеральної і полегшеної талої води високої якості з більшим виходом опрісненої води з вихідного солоного розчину, зменшення капітальних витрат на виморожувальний пристрій, його ремонтопридатності і спрощення режиму експлуатації. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб опріснення солоних водних розчинів багатоступеневим виморожуванням льоду, який включає процеси генерування і росту кристалів льоду на кожному ступені виморожування, сепарацію та промивку льоду від сконцентрованого розсолу, плавлення льоду за рахунок конденсації холодоагенту, виморожування у лід на першому ступені 3-5 % вихідного солоного водного розчину, плавлення цього льоду і скидання його розплаву в каналізацію, як збагаченого важкою водою, не виморожений солоний водний розчин, що залишився після першого ступеня, знову виморожують у лід в кількості 40-70 % від кількості вихідного солоного водного розчину, відділяють від отриманого льоду залишок солоного водного розчину і цей залишок скидають в каналізацію, а лід промивають, розплавляють і розплав цього льоду після його виходу з першого ступеня подають на наступний ступінь виморожування і послідовно знесолюють вихідний солоний водний розчин та отримують опріснену талу воду заданої концентрації. Процеси генерування льоду і ріст кристалів льоду виконують паралельно на поверхні випаровувача-кристалізатора в кожному ступені послідовного знесолення солоного водного розчину, очищення зростаючого льоду від домішок при кристалізації льоду з виморожуваного солоного водного розчину поблизу поверхні випаровувача-кристалізатора виконують шляхом циркуляції солоного водного розчину в кожному ступені, сконцентрований розсіл з кожного ступеня виморожування скидають на вхід попередньої ступені виморожування за ходом зневоднювання солоного водного розчину, вихідний солоний водний розчин пропускають через теплообмінники сконцентрованого розсолу послідовно в кожному ступеню проти ходу опріснення, для зменшення вмісту важкої води в кінцевому продукті виморожування у лід 3-5 % вихідного солоного водного розчину, його розплавлення і скидання його розплаву в каналізацію здійснюють на кожному ступені. Суть корисної моделі пояснює креслення. На кресленні представлена принципова технологічна схема опріснення водних розчинів багатоступеневим виморожуванням, яка складається з наступних операцій: вводу вихідного розчину в перший ступінь виморожування з попереднім охолодженням в теплообмінниках розсолу кожного ступеня; виводу продуктів опріснення - питної і мінеральних води та льоду з кожного ступеня; виводу в каналізацію розсолу (концентрату) з першого ступеня; послідовним виморожуванням розсолу в декількох типових термоізольованих ступенях (вхідний А, проміжний В і кінцевий С) в кожному із яких виконується генерування, ріст і очищення кристалів льоду від розчинних домішок і важкої води на поверхні випаровувача холодильної машини, знезаражування опрісненої води джерелом ультрафіолетового випромінювання (бактерицидною лампою), сепарація льоду і залишків солоного розчину в окремі ємності, плавлення виготовленого льоду конденсатором холодильної машини; дросельних та перемикальних вентилів, компресора холодильної машини та промислового контролера, який керує процесом багатоступеневого виморожування. Число проміжних ступенів виморожування залежить від концентрації солей в вихідному водному розчині і стандарту на отриману мінеральну і питну воду. Послідовність операцій опріснення водних розчинів багатоступеневим виморожуванням така: з баку солоної води 1 вихідний розчин насосом 2 подається на вхід першого А ступеня виморожування через всі теплообмінники 3, встановлені в ємностях 4 збору залишків солоної води в кожному ступені послідовно протиходом процесу опріснення для максимального пониження температури вихідної води перед її вводом в перший ступінь і тим самим заощадження енерговитрат. Для забезпечення більшого виходу опрісненої води з вихідного солоного розчину, на вхід першого і проміжних ступенів, послідовно по ходу виморожування, насосами 5 подається залишок солоної води з ємності 4 наступного ступеня, по ходу процесу опріснення, окрім кінцевого. Операція зменшення вмісту важкої води у вихідному (кінцевому) продукті, генерування, ріст і очищення кристалів льоду від механічних і розчинних домішок проводиться одночасно (нероздільно) на випаровувачі-кристалізаторі 6 в кожному А, В і С ступені виморожування шляхом циркуляції порції солоної води. Компресор 7 холодильної машини підключається на час виморожування порції води, від 20 до 40 хвилин, до кожного ступеня, а формування циклу виморожування виконується дросельними 8 і перемикальними 9 і 10 вентилями під керуванням промислового контролера 11, який формує програму регулювання швидкості руху фронту заморожування льоду на поверхні випаровувача-кристалізатора 6 в кожному ступені послідовного знесолення розчину А, В і С 2 UA 105030 U 5 Знезаражування опрісненої води здійснюється джерелом ультрафіолетового випромінювання 12 (бактерицидною лампою) в кожному ступені виморожування в системі циркуляції водного розчину на поверхні випаровувача-кристалізатора і діє від 20 до 40 хвилин на порцію води, подану на виморожування. В сепараторі 13 виконується розділення льоду і залишків солоного розчину в ємність льоду 14 і ємність розсолу 4, плавлення виготовленого льоду конденсатором-плавильником 15 холодильної машини так, що в кожному ступені можливо роздільно отримати лід і воду в окремі ємності для льоду 16 і води 17. Видалення важкої води виконується в кожному ступені шляхом переведення у лід 3-5 % порції води, поданої на виморожування, його плавлення і скидання в каналізацію 18. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 35 40 45 1. Спосіб опріснення солоних водних розчинів багатоступеневим виморожуванням льоду, який включає процеси генерування і росту кристалів льоду на кожному ступені виморожування, сепарацію та промивку льоду від сконцентрованого розсолу, плавлення льоду за рахунок конденсації холодоагенту, виморожування у лід на першому ступені 3-5 % вихідного солоного водного розчину, плавлення цього льоду і скидання його розплаву в каналізацію, як збагаченого важкою водою, не виморожений солоний водний розчин, що залишився після першого ступеня, знову виморожують у лід в кількості 40-70 % від кількості вихідного солоного водного розчину, відділяють від отриманого льоду залишок солоного водного розчину і цей залишок скидають в каналізацію, а лід промивають, розплавляють і розплав цього льоду після його виходу з першого ступеня подають на наступний ступінь виморожування і послідовно знесолюють вихідний солоний водний розчин та отримують опріснену талу воду заданої концентрації, який відрізняється тим, що процеси генерування льоду і ріст кристалів льоду виконують паралельно на поверхні випаровувача-кристалізатора в кожному ступені послідовного знесолення солоного водного розчину, очищення зростаючого льоду від домішок при кристалізації льоду з виморожуваного солоного водного розчину поблизу поверхні випаровувача-кристалізатора виконують шляхом циркуляції солоного водного розчину в кожному ступені, сконцентрований розсіл з кожного ступеня виморожування скидають на вхід попереднього ступеня виморожування за ходом зневоднювання солоного водного розчину, вихідний солоний водний розчин пропускають через теплообмінники сконцентрованого розсолу послідовно в кожному ступені проти ходу опріснення, для зменшення вмісту важкої води в кінцевому продукті виморожування у лід 3-5 % вихідного солоного водного розчину, його розплавлення і скидання його розплаву в каналізацію здійснюють на кожному ступені. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що тривалість циклу виморожування встановлюють рівним 20-40 хвилинам, для чого подачу солоного водного розчину на випаровувачкристалізатор здійснюють порційно. 3. Спосіб за будь-яким з пп. 1-2, який відрізняється тим, що процесом виморожування керують за допомогою промислового контролера. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що талу воду знезаражують за допомогою бактерицидних ламп ультрафіолетового випромінювання, встановлених в кожному ступені на поверхні випаровувача-кристалізатора в системі циркуляції солоного водного розчину. 5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що процес виморожування у лід 3-5 % вихідного солоного водного розчину, його розплавлення і скидання його розплаву в каналізацію на кожному ступені проводять кожні 20-40 хвилин. 3 UA 105030 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4