stringtranslate.com

Многоступенчатая флэш-дистилляция

Многоступенчатая флэш-дистилляция ( MSF ) — это процесс опреснения воды , при котором морская вода дистиллируется путем мгновенного превращения части воды в пар на нескольких этапах, которые по сути являются противоточными теплообменниками . Современные установки MSF могут иметь до 30 этапов. [1]

Многоступенчатые установки флэш-дистилляции производят около 26% всей опресненной воды в мире, но почти все новые опреснительные установки в настоящее время используют обратный осмос из-за гораздо более низкого потребления энергии. [2]

Принцип

Схема 5-ступенчатого «прямоточного» многоступенчатого опреснителя мгновенного действия. Практические системы часто имеют гораздо больше ступеней.
A — Вход пара
B — Вход морской воды
C — Выход питьевой воды
D — Выход рассола (отходы)
E — Выход конденсата
F — Теплообмен
G — Сбор конденсата
H — Нагреватель рассола
Опреснительная установка MSF на станции Джебель-Али G, Дубай

Установка имеет ряд пространств, называемых ступенями, каждая из которых содержит теплообменник и коллектор конденсата . Последовательность имеет холодный конец и горячий конец, в то время как промежуточные ступени имеют промежуточные температуры. Ступени имеют различные давления, соответствующие точкам кипения воды при температурах ступени. После горячего конца находится контейнер, называемый нагревателем рассола . [ необходима цитата ]

Процесс проходит следующие этапы:

  1. Когда установка работает в устойчивом режиме , питательная вода с температурой холодного входа протекает или прокачивается через теплообменники ступеней и нагревается.
  2. Когда он достигает нагревателя рассола, он уже имеет почти максимальную температуру. В нагревателе добавляется некоторое количество дополнительного тепла.
  3. После нагревателя вода через клапаны возвращается на ступени, имеющие более низкое давление и температуру.
  4. По мере того, как она течет обратно через ступени, вода теперь называется рассолом, чтобы отличать ее от входящей воды. На каждой ступени, когда рассол поступает, его температура превышает точку кипения при давлении ступени, и небольшая часть рассола закипает («вспыхивает»), превращаясь в пар, тем самым снижая температуру до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.
  5. Получаемый пар немного горячее питательной воды в теплообменнике.
  6. Пар охлаждается и конденсируется на трубках теплообменника, тем самым нагревая питательную воду, как описано ранее. [3]

Общее испарение на всех этапах составляет примерно до 85% воды, протекающей через систему, в зависимости от диапазона используемых температур. С повышением температуры растут трудности образования накипи и коррозии. 110-120 °C, по-видимому, является максимумом, хотя для предотвращения образования накипи могут потребоваться температуры ниже 70 °C. [4]

Питательная вода уносит скрытую теплоту конденсированного пара, поддерживая низкую температуру ступени. Давление в камере остается постоянным, поскольку при поступлении нового теплого рассола на ступень образуется одинаковое количество пара, а при конденсации на трубках теплообменника пар удаляется. Равновесие устойчиво, поскольку если в какой-то момент образуется больше пара, давление увеличивается, что снижает испарение и увеличивает конденсацию. [ необходима цитата ]

На последнем этапе рассол и конденсат имеют температуру, близкую к температуре на входе. Затем рассол и конденсат откачиваются из зоны низкого давления на этапе до давления окружающей среды. Рассол и конденсат все еще несут небольшое количество тепла, которое теряется из системы при их сбросе. Тепло, которое было добавлено в нагревателе, компенсирует эту потерю. [ необходима цитата ]

Тепло, добавляемое в нагреватель рассола, обычно поступает в виде горячего пара из промышленного процесса, совмещенного с опреснительной установкой. Пар конденсируется на трубах, по которым течет рассол (аналогично стадиям). [ необходима цитата ]

Энергия, которая делает возможным испарение, полностью присутствует в рассоле, когда он покидает нагреватель. 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 нагревателем, в то время как большая часть пара не конденсируется, и этап не поддерживает самое низкое давление и температуру. [ необходима цитата ]

Такие установки могут работать при 23–27 кВт·ч/м 3 (примерно 90 МДж/м 3 ) дистиллированной воды. [5]

Поскольку более холодная соленая вода, поступающая в процесс, движется в противотоке с соленой сточной водой/дистиллированной водой, на выходе остается относительно мало тепловой энергии — большая часть тепла забирается более холодной соленой водой, текущей к нагревателю, и энергия используется повторно.

Кроме того, дистилляционные установки MSF, особенно крупные, часто работают в паре с электростанциями в конфигурации когенерации . Отходящее тепло электростанции используется для нагрева морской воды, обеспечивая охлаждение электростанции в то же время. Это снижает необходимую энергию на половину или две трети, что радикально меняет экономику установки, поскольку энергия является самой большой статьей эксплуатационных расходов установок MSF. Обратный осмос, главный конкурент дистилляции MSF, требует большей предварительной обработки морской воды и большего обслуживания, а также энергии в виде работы (электричество, механическая мощность) в отличие от более дешевого низкосортного отходящего тепла. [6] [7]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ «Многоступенчатая вспышка — обзор | Темы ScienceDirect».
  2. ^ Ghaffour, Noreddine; Missimer, Thomas M.; Amy, Gary L. (январь 2013 г.). «Технический обзор оценки экономики опреснения воды: текущие и будущие проблемы для повышения устойчивости водоснабжения» (PDF) . Опреснение . 309 : 197–207. Bibcode :2013Desal.309..197G. doi :10.1016/j.desal.2012.10.015. hdl : 10754/562573 . S2CID  3900528.
  3. ^ Warsinger, David M.; Mistry, Karan H.; Nayar, Kishor G.; Chung, Hyung Won; Lienhard V, John H. (2015). «Генерация энтропии при опреснении с использованием отходящего тепла переменной температуры» (PDF) . Entropy . 17 (12): 7530–7566. Bibcode :2015Entrp..17.7530W. doi : 10.3390/e17117530 . S2CID  13984149.
  4. ^ Панагопулос, Аргирис; Хараламбус, Кэтрин-Джоанн; Лоизиду, Мария (2019-11-25). «Методы утилизации и технологии очистки рассола при опреснении — обзор». Science of the Total Environment . 693 : 133545. Bibcode : 2019ScTEn.69333545P. doi : 10.1016/j.scitotenv.2019.07.351. ISSN  0048-9697. PMID  31374511. S2CID  199387639.
  5. ^ "Связь: безопасность воды и энергии". IAGS Energy Security . Получено 2008-12-11 .
  6. ^ "Опреснительная установка Шоаиба". Технология водоснабжения . Получено 13 ноября 2006 г.
  7. ^ Теннилл Винтер; DJ Pannell и Лора Макканн (21.08.2006). "Экономика опреснения и его потенциальное применение в Австралии, SEA Working Paper 01/02". Университет Западной Австралии, Перт. Архивировано из оригинала 03.09.2007 . Получено 13.11.2006 . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

Внешние ссылки