Многоступенчатая дистилляция - Multiple-effect distillation

Опреснение воды
Методы

Многоступенчатая дистилляция или многоступенчатая дистилляция (MED) это дистилляция процесс, часто используемый для морская вода опреснение. Он состоит из нескольких этапов или «эффектов». На каждом этапе питательная вода нагревается паром в трубках, обычно путем распыления на них соленой воды. Часть воды испаряется, и этот пар поступает в трубки следующей ступени (эффекта), нагревая и испаряя больше воды. Каждая ступень по существу повторно использует энергию предыдущей ступени с последовательным понижением температуры и давления после каждой. Существуют разные конфигурации, такие как прямая подача, обратная подача и т. Д.[1] Кроме того, между стадиями этот пар использует некоторое количество тепла для предварительного нагрева поступающей соленой воды.[2]


Принцип работы

Схема опреснительной установки многократного действия. Первый этап - наверху. Розовые области - пар, более светлые синие области - жидкая питательная вода. Более сильная бирюза - это конденсат. Не показано, как питательная вода поступает на другие стадии, кроме первой. F - вход питательной воды. S - вход греющего пара. C - выход греющего пара. W - Пресная вода (конденсат) на выходе. Р - рассол на выходе. O - охлаждающая жидкость на входе. P - охлаждающая жидкость на выходе. ВК - кулер последней ступени.

Завод можно рассматривать как последовательность замкнутых пространств, разделенных стенками труб, с источником тепла на одном конце и радиатором на другом конце. Каждое пространство состоит из двух сообщающихся подпространств, снаружи труб сцены. п и внутренняя часть труб в сцене п+1. Каждое пространство имеет более низкую температуру и давление, чем предыдущее пространство, а стенки трубок имеют промежуточные температуры между температурами жидкостей с каждой стороны. Давление в пространстве не может быть в равновесии с температурами стенок обоих подпространств. Имеет промежуточное давление. Затем давление слишком низкое или температура слишком высока в первом подпространстве, и вода испаряется. Во втором подпространстве давление слишком высокое или температура слишком низкая, и пар конденсируется. Это переносит энергию испарения из более теплого первого подпространства в более холодное второе подпространство. Во втором подпространстве энергия течет путем проводимости через стенки трубки в более холодное следующее пространство.

Компромиссы

Чем тоньше металл в трубках и чем тоньше слои жидкости по обе стороны от стенок трубки, тем эффективнее перенос энергии из космоса в космос. Введение большего количества ступеней между источником тепла и поглотителем уменьшает разницу температур между пространствами и значительно снижает перенос тепла на единицу поверхности труб. Подведенная энергия используется повторно, чтобы испарить больше воды, но процесс занимает больше времени. Количество дистиллированной воды на стадии прямо пропорционально количеству переносимой энергии. Если транспортировка замедляется, можно увеличить площадь поверхности на ступень, то есть количество и длину трубок, за счет увеличения стоимости установки.

Соленая вода, собранная на дне каждой ступени, может быть распылена на трубки на следующей ступени, так как эта вода имеет подходящую температуру и давление около или немного выше Рабочая Температура и давление на следующем этапе. Часть этой воды превратится в пар, когда она будет выпущена на следующую ступень под более низким давлением, чем на ступени, из которой она вышла.

Первая и последняя ступени требуют внешнего нагрева и охлаждения соответственно. Количество тепла, отведенного от последней ступени, должно почти равняться количеству тепла, подаваемому на первую ступень. Для опреснения морской воды даже первая и самая теплая ступень обычно работает при температуре ниже 70-75 ° C, чтобы избежать образования накипи.[3]

Ступени с самым низким давлением требуют относительно большей площади поверхности для достижения такого же переноса энергии через стенки трубы. Стоимость установки этой поверхности ограничивает полезность использования очень низких давлений и температур на более поздних стадиях. Растворенные в питающей воде газы могут способствовать снижению перепада давления, если им позволяют накапливаться в ступенях.

На первую ступень необходимо подавать внешнюю питательную воду. Трубки первой ступени нагреваются от внешнего источника пара или любого другого источника тепла.

Конденсат (пресная вода) из всех трубок на всех ступенях должен откачиваться от соответствующих давлений ступеней до давления окружающей среды. Солевой раствор, собранный в нижней части последней ступени, необходимо откачать, поскольку он имеет значительно более низкое давление, чем давление окружающей среды.

Преимущества

  • Низкое потребление энергии по сравнению с другими тепловыми процессами[2]
  • Работает при низкой температуре (<70 ° C) и при низкой концентрации (<1,5) во избежание коррозии и образования накипи
  • Не требует предварительной обработки морской воды и выдерживает колебания состояния морской воды.
  • Высокая надежность и простота эксплуатации
  • Низкая стоимость обслуживания
  • 24 часа в сутки непрерывная работа с минимальным контролем
  • Возможность адаптации к любому источнику тепла, включая горячую воду, отходящее тепло от производства электроэнергии, промышленных процессов или солнечного отопления.

Недостатки

  • Несовместим с источниками тепла с более высокой температурой из-за проблем с образованием накипи во время распыления.
  • Трудно уменьшить до небольших размеров из-за сложности и большого количества требуемых деталей.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Панагопулос, Аргирис (2019). «Моделирование процесса и технико-экономическая оценка системы с нулевым сбросом жидкости / мультиэффектным опреснением / термическим сжатием пара (ZLD / MED / TVC)». Международный журнал энергетических исследований. н / д (н / д). Дои:10.1002 / er.4948. ISSN  1099-114X.
  2. ^ а б Уорсингер, Дэвид М .; Мистри, Каран Х .; Nayar, Kishor G .; Чунг, Хён Вон; Линхард V, Джон Х. (2015). «Создание энтропии при опреснении на основе отходящего тепла с переменной температурой». Энтропия. 17 (11): 7530–7566. Bibcode:2015 Энтрп..17.7530Вт. Дои:10.3390 / e17117530.
  3. ^ Панагопулос, Аргирис; Хараламбус, Кэтрин-Джоанн; Лоизиду, Мария (2019-11-25). «Методы утилизации и технологии очистки опресненных рассолов - Обзор». Наука об окружающей среде в целом. 693: 133545. Bibcode:2019СтЭн.693м3545П. Дои:10.1016 / j.scitotenv.2019.07.351. ISSN  0048-9697. PMID  31374511.