ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.07.2024
Просмотров: 100
Скачиваний: 0
ды. Например, можно использовать механическую энергию дизеля для привода высоконапорного насоса в гилерфильтрационной установке ■“ или для выработки электроэнергии для электродиапизного опресните ля, а отбросное тепло - в дистилляцнонной опреснительной установ ке. Причем, дистилляциониую опреснительную установку можно исполь зовать для получения питьевой воды, а гнперфнльтрационную иди элек тродиализную установку - солоноватых вод (2-5 г/л) для водопоя овец.
Основным недостатком, усложняющий и удоровающиы опреснение
воды методом дистилляции является накипѳобразование, обусловлен
ное отложениями продуктов распада бикарбонатов кальция и магния и кристаллизацией сульфата кальция при нагреве и упаривании со леной воды»
В настоящее время для предотвращения накипеобразования при
опреснении воды в промышленных масштабах, применяются следующие способы: а) извлечение ионов кальция а магния с помощью ионообмена; б) введение поверхностно-активных веществ; в) термохимическое
умягчение морской воды; г) регулирование pH норской воды; д) ме
тод затравки.
Каждый из |
этих способов эффективен |
и экономически оправдан |
в определенных |
условиях. Однако, первые |
три способа не получили |
широкого применения. Наибольшее применение нашел способ предот вращения накипеобразования путем регулирования pH морской воды,
то есть подкисление соленой воды. Около 90% дистилляционных уста
новок |
в мире работают с подкислением исходной воды. При |
этом |
< |
происходит перевод бикарбонат-ионов в свободную кислоту, |
то есть |
||
|
НС О- + н + ~ ^ с о 2 + нго , |
|
|
|
Р— |
|
|
вследствие этого исключается образование С0| . Однако, добавле |
|
||
нием |
кислоты удается избежать или уменьшить отложение только |
|
|
- 61
карбоната кальция, а устранить отложение сульфата кальция прин ципиально невозможно. Кроме того, с добавлением кислоты увеличи вается скорость коррозии аппаратуры и стоимость опресненной воды.
Поэтому в некоторых случаях наиболее простым и, универсальным спо
собом предотвращения накипи считается введение в раствор мелкокри сталлической затравки из состава выделяющейся накипи. При этом накипь преимущественно выделяется на затравке, вследствие чего накипеобразование на поверхности теплопередачи значительно умень
•■факторов на интенсивность процесса−накипеобравования £3,29,30,
шается или предотвращается полностью £ 5 5 J ,
Опыты,проведенные в г. Шевченко показывают, что методом за
травочных кристаллов карбоната кальция достигается предотвращение
накипи СаСОд и Ug (0Н)^при условии нагрева морской воды до ІІ5°С, •
кратности рециркуляции 5:1, скорости движения морской воды в труб ках 1,8-2,5 м/сек, интенсивности нагрева воды 0,65°С на погонный метр длины трубы и концентрации затравочных кристаллов не менее 20 г/л.
В последнее время в практике опреснения воды усиленно изу
чаются кинетика отложения накипи , |
влияние' тепловых и гидроди |
||
намических режимов теплообмена, различных ингибитѳров, концен |
|||
трация |
и свойстве растворов, |
магнитного |
.поля, качества поверх |
ности |
материалов теплопередающих |
аппаратов, |
и других^ |
55_7.
Изучение процессов теплообмена и их интенсификации в аппара тах дистилляционных установок.имеет большое значение для повыше ния эффективности опреснителей» Для интенсификации процесса дистил,«* ляции в настоящее время разрабатываются тонкопленочные вертикально трубные и горизонтальнотрубные, струйнопленочные испарители, а так же вращающиеся испарители, где пленка образуется ва счет центро бежных сил £9,4І,62,69,72 7.
62
В пашей стране в СнердНІ’И химм.аие, в МВТУ нм. Ьаумана, в О"'', ДИГл, а также в бакинском филиале Ыійі! ВОДГЕО исследуются законо мерности теплоотдачи к падающей пленке жидкости, то есть влияние гидродинамики, теплового потока, свойства жидкости, а также соле ности раствора, давления и др. параметров на интенсивность тепло обмена.
»л••дед-нпнг.пл.; /-йІ,69_7 установлено, что коэффициент тепло передачи в тонкопленочном аппарате значительно выше, чем при пу зырьковом кипении в большом объеме. Результаты работ /~4І_7 были положены в основу проектирования подогревателей морской воды для промышленной опреснительной установки в г.Шевченко, а результаты работ /~69_7 - опреснительной установки производительностью 8 т/суткн, использующей тепло охлаждающей воды ДВС китабойного судна "Дальрыба".
Внастоящее время полупроизводственная испарительная установка
спадающей пленкой, разработанная Алма-Атинским отделением "Саитѳх-: проект" испытывается на ТЭЦ-2 в г. Ьаку. За рубежом 2-ступенчатые опреснители с падающей пленкой производительностью до 75 м3/сутки
работают на новых паротурбинных судах США, а в Фрипорте (шт.Техас) работает 12-ступенчатый опреснитель этого типа производительностью 3780 м3/сутки/~3,77_7.
В КПИ начаты исследования тонкопленочных испарителей и конден
саторов с |
мелкоребристой |
поверхностью, что позволит |
на 30-50% |
уменьшить |
теплообменную |
поверхность конденсаторов и |
в 2-5 pas сни |
зить затраты металла в испарителях ^”5й_7. При этом |
оптимальным |
||
оребрением внутренней поверхности труб испарителя с |
падающей плен |
||
кой являются профилированные поверхности о радиусом |
профиля 0,351dl, |
||
а оребрением конденсаторных труб - сварка в нескольких точках по длине труб проволочек диаметром -1,0-1,5 мм в количестве 8-10 '
- 6 3 ' - ,
і(рзвномерно по периметру).
В нашей отране ведется исследование принципиально нового ти па Теплообменноfo аппарата пленочного типа - теплообменника со струйным орошением греющей поверхности соленой водой. Промышлен ные испытания опытных образцов и технико-экономические сравнения их с существующими типами теплообменных аппаратов подтвердили их эффективность.
Ѳдним из основных требований, предъявляемых к пленочным ис парителям-, является создание полной смачиваемости всех участков греющих труб специальными устройствами, а также предотвращение интенсивно образующихся накипей из-за большого значения коэффи циент!) теплоотдачи, что требует дополнительного подкисления исход ной соленой воды.
Исследования особенностей процесса теплообмена во вращающих ся аппаратах опреснителя ,проведенные в ДВПИ и в КЛИ, показывают значительное увеличение коэффициента теплопередачи по сравнению
собычными испарителями (в 3-7 рази), при этом малое время пребы вания испаряемой соленой воды и большая скорость ее значительно уменьшают накипеобразование ^”9,62_7. Однако роторные испарители имеют существенный недостаток - -систему вращения ротора, срок службы которой незначителен. При проведении процесса в вакууме,
сцелью использования ниэкопотенциального тепла и предотвращения накипеобразования, весьма усложняется конструкция уплотнения ро тора. Поэтому несмотря на многочисленные исследования в нашей стране и за рубежом еще не имеется действующей опреснительной установки с роторными испарителями.
Одним из способов интенсификации процесса получения пресной воды в большом масштабе является опреснение морской воды с пемощвю гидрофобного теплоносителя £"59J . Такая работа ведется в на
шей стране в МИСИ, в СвердНИИхиѵ.яайз и в ОПИ. Это позволяет ис ключить трубчатые теплообменные аппараты, повысить максимальную температуру соленой воды в головном подогревателе, снизить недогрев раствора, а также опреснять высокоминерализованные воды. Однако наряду с такими преимуществами,недостатком процесса яв- • ляется необходимость перекачки−и разделения больших объемов жид кости, что приводит к увеличению расхода электроэнергии, а так же повышению капитальных затрат в установках за счет большого числа перекачивающих насосов.
Предложенные к настоящему времени способы опреснения воды с применением гидрофобного теплоносителя модно разделить на три группы: а)многоступенчатые установки, основанные на принципе "повторного11 подогрева пара (схема Д.Отмерз); .б)многоступеіічатые установки с рециркулирующим потоком гидрофобного теплоносителя (схема Е.Д. Мальцева); в) одноступенчатые парокомпрессионные ус танови (схема К.Пандера) /"77 7.
В основе схемы Д. Отмера лежит конденсация образующихся па ров в испарителях МАОУ в потоке пресной воды с последующей пере дачей тепла в теплообменнике от потока пресной воды к исходной воде. В настоящее время в США на этом принципе испытана пяти ступенчатая установка производительностью 9,8 ы^суткии разрабо тан проект опытной 20-ступенчатой установки производительностью оноло 150 м8/сутки.
В схеме Е.Д. Мальцева теплоноситель используется для полу'че ния пара и для его конденсации^то есть тепло посредством теплоно сителя отводится из камеры конденсации в камеру испарения. К на стоящему времени изучены закономернее:« кипения воды и конденса ции пара в среде гидрофобного теплоно. лтеля и испытана работа бпытно-проыншленной установки производительностью 240 мэ/сутки, 'Вследствие чего разработана методика теплотехнического расчета
65
и проектируется крупная промышленная установка производительностью 3600 м3/сутки. '
Схема К.Пандера работает также по принципу установок с ре циркулирующим потоком гидрофобного теплонооителн. Однако нагрев теплоносителя осуществляется не только за счет конденсации водя ного пара, а также его сжатием в компрессоре. Данная схема более экономична для мелких потребителей пресной воды.
Кроме отмеченного выше, разрабатывается интенсификация про цесса конденсации пара из паровоздушной смеси в вакуумных уста новках (СвердНИИхиммаш) , ведутся исследования интенсификации теплообмена в испарителях введением в нагреваемый рассол пузырь ков воздуха (ОВИМУ), исследуется теплоотдача при турбулентном те чении термоумягченной морской воды и водных растворов хлористого натрия, а также ведутся работы по определению теплофиэических свойств солёных вод (АзНИИЭ и АзИНефтехим).1
Разрабатываются вопросы технико-экономического характера необходимые для выбора оптимальных параметров дистилляционных ус тановок; по улучшению сепарации пара для повышения качества про дукта и уменьшению габаритов установки (СвердНИИхиммаш).; по раз работке методов утилизации ценных продуктов И8 сбросных рассола, (АзИНефтехим); ведется поиск новых конструкционных материалов и
их защиты от корроэии и др.
Сейчас в различных институтах ЦНИИМФ, СвердШШхиммаше,L КТИРДи X, ОВИМУ, МЭИ, ТЭЦ в г. Красноводске совместно с ВНИИ ВОДГЕО и ряде других учреждений разрабатываются различные спосо бы предотвращения накипѳобразования на теплопередающей поверхно сти опреснителя, что также интенсифицирует процесс опреснения во- ,ды дистилляцией.
Еще мало изучены вопросы повышения коэффициента теплопѳреда-
- 66 -
чи в конденсаторах за счет турбулизации охлаждающей воды и капель ной конденсации пара; динамика камер испарения; механизм истечения растворов в перепускных устройствах между ступенями с учетом двух фазного потока; повышение максимальной температуры соленой воды с помощью создания специальных конструкций испарителей.
Опреснение воды электродиэлизоы
При современном производстве надежных ионообменных мембран,
атакже в условиях широкой электрификации народного хозяйства стало возможным применение метода электродиализа для опреснения солоноватых вод. По своей конструктивной и технологической про стоте он особенно пригоден в сельскохозяйственном водоснабжении.
В1955г. в Институте ВОДГЕО впервые в СССР была доказана возможность опреснения солоноватой воды методом электродиализа,
ав 1956г. уже испытана опытная установка производительностью 10 л/час. На основании полученных исследований в 1960г. Институт "Гипроводхоз" СССР совместно с ВНИИ ВОДГЕО и БИЭСХ разработал проект экспериментальной установки ЭОСХ-2, предназначенной для
проведения опытов по выявлению оптимальных расчетных и конструк тивных параметров, необходимых для дальнейшего проектирования (табл. 8). В основу установки заложена циркуляционно-порционная схема злектродиализа.
В1962г. "Гипроводхоз", используя опыт изготовления ЭОСХ-2, разработал проект модернизированной, более компактной установки Э0СХ-2М о применением полиэтиленовых емкостей и трубопроводов.
Один образец опытно-промышленной установки Э0СХ-2Ы изготовлен предприятием Промэнерго в 1964г.?и после завершения программы заводского испытания в І966г, установка была передана для эксплуатации в совхоз им. Абая Чимкентской области Казахе::, й
-67 -
сср / - н,бо_7. .
Удельный расход электроэнергии данной установкой сравнитель но высок (2,1-2,7 квт.ч/м3 г/л) и примерно 70% этого расхода при ходится на циркуляциюопресненной воды и рассола, и лишь 30% при
ходится на опреснение воды. Такой расход энергии объясняется, с одной стороны - конструкцией ячеек ванн - расстоянием меяду мем
бранами (2,0 мм), а с другойдлительным циклом опрес
нения, который является следствием низкой плотности тока, опре
деляемой экономическими расчетами.
Учитывая результаты испытаний установки Э0СХ-2М, в 1965г.
"Гипроводхоз" разработал новый вариант циркуляционно-порционной электродиализной установки ЭОСХ-3 /”3,60_7. В основу проекта ЭОСХ-3 заложены два параллельно работающих электродиализных ап парата 3X0-5000x200, где уменьшены межмембранные расстояния до 1,0 мм и применена турбулизирующая прокладочная сетка - просечная из поливинилхлорида £"3,58_7. Расход материалов и стоимость уста новки стала значительно ниже по сравнению с ранее изготовленными
образцами. В настоящее время на Рубешанскоы химзаводе "Заря1* за вершается монтаж установки. Ее иснытаяие’намечается в 1973 году.
В І967-І968гг. электроднаяявный аппарат 3X0-5000x200 модер
низирован с целью упрощения технологии его изготовления и исполь зования в схеме прямоточной 4-ступѳнчатой опреснительной установ ки ЭХ0-І5-4П расчетной производительностью 300 ма/сутки,которая может рассматриваться как модельный элемент установок производи тельностью 500 и 1000 ма/суті(н.Проект установки разработан "Сантехпроектом" Каз.ССР при участии ВНИИ ВОДГЕО.'
В 1968г. на Алма-Атинском электромеханическом эаводе (АЭМЗ) изготовлена установка 8X0-15-411 и при заводских испытаниях пока зал* удовлетворительное соответствие с расчетными параметрами,
68 -
заложенными при ее проектировании, Однако при пробных пусках установки с исходной водой соленостью 3,58 г/л было обнаружено повышенное против расчетного содержание'железа (3,2 иг/л, а глав ное - присутствие двухвалентного марганца (1,6 ыг/л). Поэтому проектная схема предварительной обработки исходной воды оказа лась неэффективной и требовала изменения. Вследствие чего произ водительность установки уменьшалась до 7-8 ы3/час - почти в два раза против расчетного. Сейчас используется временная схема дози ровки реагентов. Усовершенствование процесса продолжается воВНИИ ВОДГЕО.
Разработанный ВНИИ ВОДГЕО электродиализный аппарат ЗХ0-5000х
200 прокладочного типа является самым крупным из аппаратов, раз работанных в Советском Союзе, и его использование в ЭОУ произво дительностью ниже 250-350 ы8/сут«и нерационально. Поэтому для ус тановок небольшой производительности в Институте ВОДГЕО в 1%9г. был разработан малый.аппарат тица 3X0-2000x200 с рабочей площадью мембран в 2,5 раза меньшей, чем у большого аппарата. Эти аппараты
имеют одинаковые электрохимические предельные параметры, изготав ливаются из одинаковых материалов и имеют много общих деталей,
поэтому предполагают, что они составят унифицированную серию, спо собную перекрыть требуемый диапазон производительностей опресвительной установки от 50 до 1000 ы3/сутки /-58_7„
Сейчас в поселке Ново-Николаевке Запороконой. области заканчи
вается первая в СССР пуско-наладочная работа опытно-проыышленной длектродиализной станции, производительностью свыше 500 м3/сутки где применены б электродиализаторов 3X0-5000x200 (2 группы по 3 аппарата). Проектоы предусмотрена обработка артезианской воды (2,79 г/л) перед подачей ее в водопроводную сеть поселка. Уста
новка разработана во ВНИИ |
ВОДГЕО совместно с Алма-Атинским отделе |
нием ГНИ "Сантехлроект", |
а изготовлена в АЭМЗ, Предполагаемая стой- . |
69
