Многоступенчатая мгновенная дистилляция
| Опреснение воды |
|---|
| Методы |
|
Многоступенчатая мгновенная дистилляция ( MSF ) — это опреснения воды процесс перегоняется , при котором морская вода путем мгновенного превращения части воды в пар на нескольких стадиях, которые по существу представляют собой противоточные теплообменники . Текущие учреждения MSF могут иметь до 30 ступеней. [1]
Многоступенчатые установки мгновенной дистилляции производят около 26% всей опресненной воды в мире, но почти все новые опреснительные установки в настоящее время используют обратный осмос из-за гораздо меньшего энергопотребления. [2]
Принцип
[ редактировать ]
А – вход пара
Б – Морская вода в
C – Выход питьевой воды
D – Выход рассола (отходы)
E – конденсата Выход
F – Теплообмен
G – Сбор конденсата
H – Нагреватель рассола
Установка имеет ряд помещений, называемых ступенями, в каждом из которых есть теплообменник и сборник конденсата . Последовательность имеет холодный и горячий конец, а промежуточные этапы имеют промежуточные температуры. Ступени имеют разное давление, соответствующее точкам кипения воды при температурах ступеней. После горячего конца находится контейнер, называемый подогревателем рассола . [ нужна ссылка ]
Когда установка работает в установившемся режиме , питательная вода с холодной температурой на входе протекает или прокачивается через теплообменники поэтапно и нагревается. Когда он достигает нагревателя рассола, он уже имеет почти максимальную температуру. В нагревателе добавляется некоторое количество дополнительного тепла. После нагревателя вода через клапаны поступает обратно на ступени, где давление и температура становятся все более низкими. Когда вода течет обратно через ступени, ее теперь называют рассолом, чтобы отличить ее от воды на входе. На каждой стадии, когда рассол поступает, его температура превышает точку кипения при давлении ступени, и небольшая часть рассола кипит («вспыхивает») с образованием пара, тем самым снижая температуру до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Образующийся пар немного горячее питательной воды в теплообменнике. Пар охлаждается и конденсируется на трубках теплообменника, тем самым нагревая питательную воду, как описано ранее. [3]
Суммарное испарение на всех ступенях составляет примерно до 85% воды, протекающей через систему, в зависимости от диапазона используемых температур. С повышением температуры возрастают трудности образования накипи и коррозии. Максимальная температура составляет 110–120 °C, хотя во избежание образования накипи может потребоваться температура ниже 70 °C. [4]
Питательная вода уносит скрытую теплоту конденсируемого пара, поддерживая низкую температуру ступени. Давление в камере остается постоянным, так как при поступлении на ступень нового теплого рассола образуется равное количество пара и удаляется пар по мере его конденсации на трубках теплообменника. Равновесие стабильно, потому что, если в какой-то момент образуется больше пара, давление увеличивается, что уменьшает испарение и увеличивает конденсацию. [ нужна ссылка ]
На заключительном этапе рассол и конденсат имеют температуру, близкую к температуре на входе. Затем рассол и конденсат откачиваются из низкого давления в ступени до давления окружающей среды. Рассол и конденсат по-прежнему содержат небольшое количество тепла, которое теряется из системы при сливе. Тепло, добавленное в нагреватель, компенсирует эту потерю. [ нужна ссылка ]
Тепло, добавляемое в подогреватель рассола, обычно поступает в виде горячего пара от промышленного процесса, расположенного рядом с опреснительной установкой. Пару позволяют конденсироваться на трубах, несущих рассол (аналогично ступеням). [ нужна ссылка ]
Вся энергия, которая делает возможным испарение, присутствует в рассоле на выходе из нагревателя. Причина, по которой испарение происходит в несколько этапов, а не в один этап при самом низком давлении и температуре, заключается в том, что на одном этапе питательная вода нагревается только до промежуточной температуры между температурой на входе и температурой нагревателя, в то время как большая часть пар не будет конденсироваться, и ступень не будет поддерживать самое низкое давление и температуру. [ нужна ссылка ]
Такие установки могут работать при 23–27 кВтч/м. 3 (около 90 МДж/м 3 ) дистиллированной воды. [5]
Поскольку более холодная соленая вода, поступающая в процесс, противоточит с минерализованными сточными водами/дистиллированной водой, на выходе остается относительно мало тепловой энергии — большая часть тепла улавливается более холодной соленой водой, текущей к нагревателю, и энергия рециркулируется.
Кроме того, перегонные установки MSF, особенно крупные, часто работают в паре с электростанциями в когенерационной конфигурации. Отходящее тепло электростанции используется для нагрева морской воды и одновременного охлаждения электростанции. Это сокращает необходимое количество энергии от половины до двух третей, что кардинально меняет экономику завода, поскольку энергия, безусловно, является самой крупной статьей эксплуатационных затрат заводов MSF. Обратный осмос, главный конкурент MSF дистилляции, требует большей предварительной обработки морской воды и большего обслуживания, а также энергии в форме работы (электричество, механическая энергия) в отличие от более дешевого низкопотенциального отходящего тепла. [6] [7]
См. также
[ редактировать ]- Морские дистилляторы мгновенного действия
- Многоступенчатая дистилляция
- Многокорпусная дистилляция
- Обратный осмос
- Установка обратного осмоса
- Регенеративный теплообменник
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Многоэтапная вспышка — обзор | Темы ScienceDirect» .
- ^ Гаффур, Нореддин; Миссимер, Томас М.; Эми, Гэри Л. (январь 2013 г.). «Технический обзор и оценка экономики опреснения воды: текущие и будущие проблемы повышения устойчивости водоснабжения» (PDF) . Опреснение . 309 : 197–207. Бибкод : 2013Desal.309..197G . дои : 10.1016/j.desal.2012.10.015 . hdl : 10754/562573 . S2CID 3900528 .
- ^ Варсингер, Дэвид М.; Мистри, Каран Х.; Наяр, Кишор Г.; Чунг, Хён Вон; Линхард В., Джон Х. (2015). «Генерация энтропии при опреснении за счет отходящего тепла с переменной температурой» . Энтропия . 17 (12): 7530–7566. Бибкод : 2015Entrp..17.7530W . дои : 10.3390/e17117530 . S2CID 13984149 .
- ^ Панагопулос, Аргирис; Хараламбус, Кэтрин-Джоанна; Лоизиду, Мария (25 ноября 2019 г.). «Методы утилизации и технологии очистки опреснительных рассолов. Обзор». Наука об общей окружающей среде . 693 : 133545. Бибкод : 2019ScTEn.69333545P . doi : 10.1016/j.scitotenv.2019.07.351 . ISSN 0048-9697 . ПМИД 31374511 . S2CID 199387639 .
- ^ «Связь: водная и энергетическая безопасность» . МАГС Энергетическая безопасность . Проверено 11 декабря 2008 г.
- ^ «Шоайбинский опреснительный завод» . Водные технологии . Проверено 13 ноября 2006 г.
- ^ Теннилл Винтер; DJ Паннелл и Лора Макканн (21 августа 2006 г.). «Экономика опреснения и его потенциальное применение в Австралии, Рабочий документ SEA 01/02» . Университет Западной Австралии, Перт. Архивировано из оригинала 3 сентября 2007 г. Проверено 13 ноября 2006 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь )
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Международная ассоциация опреснения
- Энциклопедия опреснения и водных ресурсов
- Перспективы улучшения энергопотребления в процессе многоступенчатой мгновенной дистилляции О.А. Хамед, Г.М. Мустафа, К. БаМардуф и Х. Аль-Вашми. Корпорация по преобразованию соленой воды, Саудовская Аравия, 2015 г. Дата обращения 21 мая 2016 г.