Опреснители. Дистилляционные установки с механической компрессией пара.

Дистилляционные установки с механической компрессией пара. ДУ МКП.

ДУ МКП могут производиться как в стационарном, так и в передвижном (на шасси автомобиля типа «КАМАЗ») исполнениях. Оборудование может размещаться в габаритных размерах, соответствующих габаритам стандартных контейнеров 1СС, 1ВВВ или 1ААА. Для работы установок необходима только электрическая энергия. ДУ МКП могут использоваться для:

 · получения дистиллята из морской или океанической воды, а также из любых водных растворов с различной концентрацией растворимых веществ;

· получения дистиллята для использования в рабочих контурах ТЭС и АЭС;

· получения дистиллята повышенной чистоты (бидистиллята), пригодного для использования в медицинских целях (инъекции, приготовление лекарств и т.д.);

· очистки сточных вод;

· концентрирования растворов содержащих глюкозу, фруктозу, культуральные растворы антибиотиков и т.д.

ДИСТИЛЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК С МЕХАНИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИЕЙ ПАРА

Внешний вид демонстрационной 4-ступенчатой установки производительностью 1т/час без теплоизоляции испарителя.

Кроме того, установки с механической компрессией пара могут быть использованы для получения химических соединений, например: этилового спирта, очень высокой чистоты и концентрации. Все перечисленные выше возможности ДУ МКП были подтверждены работами, проведёнными в 2008…2010г.г., на экспериментальной ДУ МКП, имеющей четыре ступени испарения и производительность по производимому дистилляту 24т/сутки (1т/час). Внешний вид экспериментальной установки и входящих в неё основных элементов, приведены ниже. 

Опреснители

Внешний вид экспериментальной 5-ступенчатойустановки производительностью 2т/час

Энергетические затраты на производство 1,0 тонны дистиллята в упомянутой установке не превысили 10,0 кВт*час/тонну, а остаток сухих веществ в расчёте на 1,0 литр воды составил величину не более 1,0 мг. В самом общем виде принцип работы ДУ МКП на расчётном режиме можно описать следующим образом (описание приводится на базе экспериментальной четырёхступенчатой установки):

  • Исходная морская или океанская вода в необходимом количестве, пройдя через фильтр предварительной очистки, которым должно быть снабжено водозаборное устройство (в состав установки не входит), по трубопроводу подаётся насосом водозабора на вход в установку при заданной величине напора.

  • После этого исходная морская вода сначала подвергается биоцидной обработке (обеззараживанию), затем фильтрации (фильтр улавливает частицы размером более 0,5мм) и, после этого в исходную воду вводится антинакипин.

  • Подготовленная таким образом исходная морская вода, далее делится на две части. Первая часть направляется в охладитель рассола (ОР), где происходит её нагрев за счёт тепла рассола, покидающего установку. Вторая часть исходной воды направляется в охладитель дистиллята (ОД), где также происходит её нагрев за счёт тепла дистиллята, покидающего установку.

  • После прохождения ОР и ОД обе части исходной воды опять объединяются в единый поток, который направляется в каждую ступень (экспериментальная установка имеет 4 ступени испарения) испарителя. В каждой его ступени происходит частичное испарение исходной морской воды. Испарение происходит в межтрубном пространстве на наружной поверхности трубок.

  • Водяной пар во внутритрубное пространство первой ступени подаётся компрессором, который забирает его из межтрубного пространства четвёртой ступени. В трубное пространство второй, третьей и четвёртой ступеней водяной пар попадает, соответственно, из межтрубного пространства первой, второй и третьей ступеней.

Таким образом, в полостях, соединённых с трубным пространством каждой из четырёх ступеней, после конденсации водяного пара накапливается дистиллят. В полостях, соединённых с межтрубным пространством каждой из четырёх ступеней, после испарения части исходной воды накапливается рассол. Горячий дистиллят всех четырёх ступеней объединяется в общий поток и с помощью насоса откачки дистиллята, пройдя через ОД, подаётся потребителю. При этом автоматизированной системой управления осуществляется постоянный контроль качества получаемого дистиллята и, в случае возникновения отклонений, подача дистиллята потребителю блокируется, вплоть до остановки оборудования. 

ДИСТИЛЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК С МЕХАНИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИЕЙ ПАРА

Рабочее колесо парокомпрессора демонстрационной установки производительностью 1т/час 

Горячий рассол всех четырё ступеней объединяется в общий поток и с помощью насоса откачки рассола, пройдя через ОР, сбрасывается либо в канализацию, либо обратно в море. Во всех, предлагаемых к разработке и дальнейшему серийному производству ДУ МКП, различной производительности, будет реализован метод многоступенчатой дистилляции исходного водного раствора (в частности, морской или океанической воды). В соответствии с международной классификацией, этот метод имеет обозначение «MED МVC» (multi-effect distillation mechanical vapor compression)». 

ДИСТИЛЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК С МЕХАНИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИЕЙ ПАРА

Блок парокомпрессора демонстрационной установки производительностью 1т/час

Количество ступеней в каждом конкретном случае определяется в зависимости от солесодержания исходной морской или океанской воды и может содержать от 4 до 6 ступеней испарения. Предусматривается, что из 8760 часов в году, работа установок будет происходить не менее 8400 часов, и не более 360 часов будут производиться регламентные работы. Срок гарантийных обязательств может составить от одного года до двух лет. Срок службы установок не менее 25 лет.

ДИСТИЛЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК С МЕХАНИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИЕЙ ПАРА

Стенд для испытаний демонстрационной установки производительностью 1т/час

Суммарный перепад температуры в установках (от входа первичного пара в первую ступень испарения до выхода из последней ступени испарения) не превысит величины Δt = 10°С…12°С. Величина удельного энергопотребления (количество кВ*час, затраченных на получение одной тонны дистиллята) в предлагаемых ДУ МКП составит от 8,0 до 10,0 кВт*час/тонну дистиллята. При этом меньшая указанная величина энергопотребления относится к установкам с производительностью более 7,5 т/час. Эффективность работы установки (величина её энергопотребления, отнесённая к одной тонне получаемого дистиллята) определяется оптимальным для каждого конкретного случая количеством ступеней испарения. Абсолютная величина температуры на входе в парокомпрессор в зависимости от величины солесодержания и химического состава исходного раствора может составлять величины от 50°С до 64°С (выбирается при разработке проекта).

ДИСТИЛЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК С МЕХАНИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИЕЙ ПАРА

Парокомпрессор демонстрационной установки производительностью 1т/час

Материалы, используемые при изготовлении многоступенчатого испарителя в базовой комплектации, также определяются в зависимости от солесодержания исходной воды. Это могут быть как специальные алюминиевые, латунные или титановые сплавы для поверхностей испарения, нержавеющая сталь для корпусов испарителя, конструкционная сталь для элементов несущих конструкций и пластиковые трубопроводы подачи и слива воды. На стоимость ДУ МКП будут влиять используемые для изготовления материалы и величина часовой производительности по дистилляту. К проектированию и дальнейшему серийному производству ДУ МКП предлагается их следующая номенклатура (исходная вода Чёрного моря) 

Наименование ДУ МКП

Производительность, т/сутки (т/час), не менее

ДУ МКП – 30

30 (1,25)

ДУ МКП – 60

60 (2,5)

ДУ МКП – 180

180 (7,5)

ДУ МКП – 360

360 (15,0)

ДУ МКП – 720

720 (30)


ОБОРУДОВАНИЕ, ВХОДЯЩЕЕ В СОСТАВ УСТАНОВОК СЕРИИ «КАСКАД»

 •       Блок биоцидной обработки исходной воды;

•        Самоочищающийся фильтр тонкой очистки исходной воды (улавливает частицы размером более 0,5мм);

•        Блок подачи антинакипина в исходную воду; 

•       Охладитель рассола (ОР) – теплообменный аппарат, в котором происходит охлаждение рассола, уходящего из установки, при одновременном подогреве части исходной воды, входящей в установку;

•      Охладитель дистиллята (ОД) – теплообменный аппарат, в котором происходит охлаждение дистиллята, уходящего из установки, при одновременном  подогреве части исходной воды, входящей в установку;

•       Пусковой подогреватель (ПП) – аппарат, осуществляющий нагревание исходной воды до необходимой температуры на режиме запуска. Он отключается на расчётном режиме работы;

•        Блок многоступенчатого (на рисунке 1 – 7 ступеней) испарителя – горизонтально-трубный теплообменный аппарат с плёночным испарением, в котором последовательно, в соответствии с величинами температур и давлений каждой ступени, осуществляются процессы испарения исходной воды и конденсации водяного пара;

•        Блок вакуумного парового компрессора – обеспечивает циркуляцию пара внутри установки на расчётном режиме её работы;

•        Блок водоэжектора – обеспечивает достижение необходимого вакуума в установке при запуске и его поддержание при работе на расчётном режиме;

•        Блок охлаждения перегретого пара – обеспечивает снижение температуры пара до необходимой величины на выходе из компрессора.

ДИСТИЛЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК С МЕХАНИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИЕЙ ПАРА

Экспериментальная характеристика центробежного компрессора для опреснительной установки.

 •        Насос откачки рассола;

•        Насос откачки дистиллята;

•        Насосы рециркуляции;

•        Шкаф системы электросилового питания;

•        Шкаф системы автоматизированного управления и контроля;

•        Трубопроводы обвязки оборудования, входящего в состав установки;

•        Запорная и регулирующая арматура;

•       Контролирующая и измерительная аппаратура, включая датчики измерения расхода дистиллята и его остаточного солесодержания на выходе из установки;

•        Кабели обвязки электросилового оборудования, входящего в состав установки;

•        Кабели обвязки оборудования управления и контроля, входящего в состав установки;

•        Рабочее место оператора установки – помещение, в котором поддерживаются комфортные условия для оператора.

 Номенклатура установок серии «КАСКАД», которые могут быть поставлены Потребителю на согласованных контрактных условиях.

 ОПРЕСНИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ серии «КАСКАД»

 ВОЗМОЖНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЕЙ ДЛЯ ИСХОДНОЙ ВОДЫ КРАСНОГО МОРЯ ИЛИ ПЕРСИДСКОГО ЗАЛИВА.

 

№ п/п

 

НАИМЕНОВАНИЕ

ДОУ МКП

 

КОЛИЧЕСТВО

ПРОИЗВОДИМОГО

ДИСТИЛЛЯТА,

т/сутки (т/час)

 

 

УДЕЛЬНАЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

МОЩНОСТЬ,

ПОТРЕБЛЯЕМАЯ

КОМПРЕССОРОМ,

кВт/т

 

1.

«КАСКАД–66»

66,0 (2,75)

7,50

2.

«КАСКАД–90»

90 (3,75)

7,35

3.

«КАСКАД–150»

150 (6,25)

7,04

4.

«КАСКАД–300»

300 (12,5)

6,74

5.

«КАСКАД–450»

450 (18,75)

6,61

6.

«КАСКАД–900»

900 (37,5)

6,56

7.

«КАСКАД–1080»

1080 (45,0)

6,55

8.

«КАСКАД–1632»

1632 (68,0)

6,45

9.

«КАСКАД–2880»

2880 (120,0)

6,40

10.

«КАСКАД–3600»

3600 (150,0)

6,34

11.

«КАСКАД–4500»

4500 (187,5)

6,31

12.

«КАСКАД–5760»

5760 (240,0)

6,28

13.

«КАСКАД–7200»

7200 (300,0)

6,25

14.

«КАСКАД–9060»

9060 (377,5)

6,22

15.

«КАСКАД–11760»

11760 (490,0)

6,20

16

«КАСКАД–23520»

23520 (980,0)

6,18

 ДИСТИЛЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК С МЕХАНИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИЕЙ ПАРА

Схема установки, предназначенной для работы на воде Красного моря и Персидского залива

 ВОЗМОЖНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЕЙ ДЛЯ ИСХОДНОЙ ВОДЫ СРЕДИЗЕМНОГО МОРЯ ИЛИ АТЛАНТИЧЕСКОГО ОКЕАНА.

 

№ п/п

 

НАИМЕНОВАНИЕ

ДОУ МКП

 

КОЛИЧЕСТВО

ПРОИЗВОДИМОГО

ДИСТИЛЛЯТА,

т/сутки (т/час)

 

 

УДЕЛЬНАЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

МОЩНОСТЬ,

ПОТРЕБЛЯЕМАЯ

КОМПРЕССОРОМ,

кВт*час/т

 

1.

«КАСКАД–72»

72 (3,0)

6,42

2.

«КАСКАД–120»

120 (5,0)

6,29

3.

«КАСКАД–180»

180 (7,5)

6,03

4.

«КАСКАД–360»

360 (15,0)

5,78

5.

«КАСКАД–528»

528 (22,0)

5,67

6.

«КАСКАД–1056»

1056 (44,0)

5,65

7.

«КАСКАД–1248»

1248 (52,0)

5,62

8.

«КАСКАД–1920»

1920 (80,0)

5,60

9.

«КАСКАД–2640»

2640 (110,0)

5,58

10.

«КАСКАД–3360»

3360 (140,0)

5,56

11.

«КАСКАД–4200»

4200 (175,0)

5,54

12.

«КАСКАД–5280»

5280 (220,0)

5,52

13.

«КАСКАД–6720»

6720 (280,0)

5,51

14.

«КАСКАД–8400»

8400 (350,0)

5,50

15.

«КАСКАД–10560»

10560 (440,0)

5,45

16.

«КАСКАД–13680»

13680 (570,0)

5,35

17.

«КАСКАД–27360»

27360 (1140,0)

5,30

 ДИСТИЛЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК С МЕХАНИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИЕЙ ПАРА

Схема установки, предназначенной для работы на воде Средиземного моря и Атлантического океана

 ВОЗМОЖНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЕЙ ДЛЯ ИСХОДНОЙ ВОДЫ ЧЁРНОГО ИЛИ КАСПИЙСКОГО МОРЕЙ.

 ДИСТИЛЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК С МЕХАНИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИЕЙ ПАРА

Внешний вид опреснительной установки производительностью 1300т/час (31200 т/сутки) для работы на воде Каспийского и Черного морей.

 

№ п/п

 

НАИМЕНОВАНИЕ

ДОУ МКП

 

КОЛИЧЕСТВО

ПРОИЗВОДИМОГО

ДИСТИЛЛЯТА,

т/сутки (т/час)

 

 

УДЕЛЬНАЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

МОЩНОСТЬ,

ПОТРЕБЛЯЕМАЯ

КОМПРЕССОРОМ,

кВт/т

 

1.

«КАСКАД–90»

90 (3,75)

5,62

2.

«КАСКАД–120»

120 (5,0)

5,51

3.

«КАСКАД–180»

180 (7,5)

5,28

4.

«КАСКАД–240»

240 (10,0)

 

5.

«КАСКАД–360»

360 (15,0)

 

6.

«КАСКАД–480»

480 (20,0)

 

7.

«КАСКАД–720»

720 (30,0)

 

8.

«КАСКАД–960»

960 (40,0)

 

9.

«КАСКАД–1200»

1200 (50,0)

4,91

10.

«КАСКАД–1800»

1800 (75,0)

 

11.

«КАСКАД–2400»

2400 (100,0)

 

12.

«КАСКАД–3000»

3000 (125,0)

 

13.

«КАСКАД–3600»

3600 (150,0)

 

14.

«КАСКАД–4800»

4800 (200,0)

 

15.

«КАСКАД–6000»

6000 (250,0)

 

16.

«КАСКАД–7200»

7200 (300,0)

 

17.

«КАСКАД–8400»

8400 (350,0)

4,82

18.

«КАСКАД–9600»

9600 (400,0)

 

19.

«КАСКАД–12000»

12000 (500,0)

 

20.

«КАСКАД–14400»

14400 (600,0)

 

21.

«КАСКАД–16800»

16800 (700,0)

 

22.

«КАСКАД–19200»

19200 (800,0)

 

23.

«КАСКАД–21600»

21600 (900,0)

 

24.

«КАСКАД–24000»

24000 (1000,0)

4,77

25.

«КАСКАД–31200»

28800 (1200,0)

4,69

26.

«КАСКАД–31200»

31200 (1300,0)

4,28

 ДИСТИЛЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК С МЕХАНИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИЕЙ ПАРА

Схема установки, предназначенной для работы на воде Каспийского и Черного морей

   ПРИМЕЧАНИЕ:

По заказу могут быть созданы установки, которые будут иметь величину производительности, не указанную в таблицах.    

 

    Основные методы опреснения воды.

В настоящее время основными методами опреснения морской воды являются дистилляция (дает 50-60 % опресненной воды) и обратный осмос (30-40%). Оба указанных метода постоянно совершенствуются и конкурируют между собой. Поэтому, для принятия оптимальных решений при разработке инновационных проектов, необходимо иметь сравнительные данные по технико-экономическим показателям планируемых к применению методов опреснения. Метод опреснения морской воды с помощью обратного осмоса начал активно применяться с конца 80-х годов двадцатого столетия. Его отличают:

· высокая энергоэффективность;

· простота конструкции;

· небольшие начальные затраты.

Имея такие характеристики, опреснительные установки, работающие по методу обратного осмоса, достаточно быстро заняли свое место на рынке производства пресной воды. Однако этот метод имеет и свои существенные недостатки, к которым относятся:

· использование насосов с давлением до 100 атм.;

· необходимость часто проводить регламентные работы с применением химических реагентов, которые впоследствии попадают в окружающую среду;

· высокие эксплуатационные затраты, связанные с постоянной заменой мембран;

· падение качества (увеличение остаточного солесодержания) опреснённой воды с течением времени;

· высокое содержание дейтерия в опресненной воде.

   В тоже время, метод дистилляции, характеризующийся более высоким качеством получаемой пресной воды, но высокими энергозатратами и необходимостью использования внешнего источника водяного пара, а также высоким тепловым загрязнением окружающей среды, может быть существенно усовершенствован путём введения в состав дистилляционных установок вакуумного высокоэффективного (К.П.Д. не мене 80%) механического парового компрессора. Такие установки получили название дистилляционные установки с механической компрессией пара (ДУ МКП). Применение вакуумного парового компрессора позволяет отказаться от конденсатора, в 3…5 раз, по сравнению с обычными дистилляционными установками, уменьшить затраты энергии на получение дистиллята и, кроме того, многократно (более чем в 100 раз) уменьшить количество тепловой энергии, сбрасываемой в окружающую среду. 

ДИСТИЛЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК С МЕХАНИЧЕСКОЙ КОМПРЕССИЕЙ ПАРА

Внешний вид демонстрационной 4-ступенчатой установки производительностью 1т/час с нанесенной теплоизоляцией.