Установка для электродиализного опреснения соленых вод

 

Изобретение относится к методам и средствам опреснения соленых вод на основе гелиоэнергетических энергоустановок, а именно к аппаратам и технологии фотоэлектродиализного опреснения. Целью изобретения является уменьшение энергозатрат и повышение технико-экономических показателей . Установка для электродиализного опреснения соленых вод содержит фотоэлектрическую батарею 1, электродиализный аппарат 4, ресивер 5, компрессор 6 с электродвигателем7, бак 8 исходной воды, систему управления, форсунки 16 и 17, установленные в нижней части секций Т4 и 15 бака опресненной воды. Новым в установке является поочередное включение в работу нагрузки солнечной батареи и размещение форсунок в нижней части бака исходной воды , в верхних основаниях 22 и 23 которого выполнены отверстия 24 и 25. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ о

О

О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4493667/26 (22) 14.10.88 (46) 15.11.91. Бюл. Гч. 42 (75) А. А. Мурадов, Б. Н. Атаева и Х. Арамедов (53) 66.012-52(088.8) (56) Заявка Японии М 60-41506, кл. В 01 О

13/02, 1985. . Патент США bh 4539091, кл. B 01 О

13/02, 1985, (54) У СТАН О В КА ДЛ Я Э Л Е КТ Р ОДИАЛИЗНОГО ОПРЕСНЕНИЯ СОЛЕНЫХ ВОД (57) Изобретение относится к методам и средствам опреснения соленых вод на осно-. ве гелиоэнергетических энергоустановок, а именно к аппаратам и технологии фотоэлек„„. Ж „„1690803 А1 (si)s В 01 0 61/54, G 05 О 27/00 тродиализного опреснения. Целью изобретения является уменьшение энергозатрат и повышение технико-экономических показателей, Установка для электродиализного опреснения соленых вод содержит фотоэлектрическую батарею 1, электродиализный аппарат 4, ресивер 5, компрессор 6 с электродвигателем 7, бак 8 исходной воды, систему управления, форсунки 16 и 17, установленные в нижней части секций 14 и 15 бака опресненной воды. Новым в установке является поочередное включение в работу нагрузки солнечной батареи и размещение форсунок в нижней части Гамака исходной еоды, в верхних основаниях 22 и 23 которого выполнены отверстия 24 и 25, 2 ил.

1690803

Изобретение относится к области опреснению, к методам и средствам опреснения соленых вод на основе гелиоэнергетических энергоустановок, а именно к аппаратам и технологии фотоэлектродиализного опреснения.

Цель изобретения — уменьшение энергозатрат и повышение технико-экономических показателей.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема установки; на фиг. 2 — функциональная схема установки, Установка для осуществления фотоэлектродиализного опреснения соленых вод содержит фотоэлектрическую батарею

1 с клеммами 2 и 3,электродиализный аппарат 4, ресивер 5, компрессор 6 с электроприводом (электродвигателем) 7, бак 8 исходной воды, стабилизатор 9 тока, пере. ключатели 10, 11 и 12, пневмолинии 13, секции 14 опреснения и 15 концентрации бака

8 исходной воды, форсунки 16 и 17, входные патрубки 18 и 19 камер аппарата 4, сливные патрубки 20 и 21 аппарата 4, верхние основания 22 и 23 секций бака 8 исходной воды с отверстиями 24 и 25, трехходовой кран 26, регулируемый элемент 27 стабилизатора9 с управляющим электродом 28, выход 29 импульсного генератора 30, времязадающую цепь 31, магниточувствительный датчик 32, электромагнит 33 с обмоткой 34, входной электрод 35, выходной электрод 36, выпрямитель 37, механическую связь 38 переключателей 11 и 12, вывод 39 обмотки электромагнита 33.

Известно, что расходы электроэнергии на электродиализ — УЧт и перекачивание воды из рассола через камеры электродиализного аппарата — 94 определяют соотношениями т

М = — ° (f

W 2,..,, а и н . (j (Э,Т)теор= 26,8 (Сн Ск), (>I гдето — ток, пропускаемый через электродиализный аппарат, А;

Т вЂ” время пропускания тока, ч; — выход по току;

F> — потеря напряжения на электродах аппарата, В;

F — потеря напряжения на камерах аппарата, В;

-1;

0 — расход воды насоса, л ° с

Н вЂ” напор развиваемый насосом, м;

rý, н — КПД электродвигателя (0,45—

0,47) и насоса (0,7-0,8);

С вЂ” начальная степень минерализации исходной воды, r-экв/м з;

5 Ск — конечная степень минерализации опресняемой воды, r-экв/м з.

Алгоритм принципа работы установки описывается следующим образом с учетом вышеприведенных выражений (1) — (3):

a„y,,(, ) и, го е)

J э 3 где С, С» — начальная и конечная степени

15 минерализации опресняемой воды;

Л Сзздан — заданное снижение степени минерализации исходной опресняемой воды;

Он — подача воды из секции бака исход20 ной воды в камеры опреснения и концентрирования электродиализного аппарата; д — выход по току;

Ро — атмосферное давление;

P > — заданное давление сжатого воздуха

25 в ресивере;

Орду — электрическое напряжение на клеммах электродиализного аппарата;

F — постоянная Фарадея, Предварительные операции. С учетом

30 назначения установки и фотоэлектродиализного опреснения при данных рабочих условиях эксплуатации и, в первую очередь. диапазона степени минерализации Л С» < опресняемой воды определяют производи35 тельность установки Q>zy по данному способу, Расчетным или экспериментальным путем устанавливают параметры фотоэлектрической батареи 1: выходной ток Зф, напряжение Uapy и ее мощность Р, 40 обеспечивающих проведение операций и режимов фотоэлектродиализного опреснения, С уиетом пределов нестабильности солнечного излучения устанавливают запас по току3ф (мощности P) для фотоэлектрической

45 батареи 1 и пределы регулирования стабилизатора тока 3 . Комплектуют установку, реализующую способ, агрегатом и элементами, осуществляют их монтаж и сборку, Основные операции. Наполняют секции

50 опреснения 14 и концентрирования 15 бака

8 и бака 8 исходной водой и определяют начальную степень минерализации опресняемой воды, подключают фотоэлектрическую батарею 1 к компрессору 6 и

55 закачивают ресивер 5 сжатым воздухом до давления, обеспечивающего достижение заданного снижения степени минерализации Л Сзадан опресняемой воды. Переключают фотоэлектрическую батарею со

1690803 стабилизатором 9 тока к электродиализному аппарату 4 и проводят фотоэлектродиализ, а нестабильность уровня солнечного излучения, падающего на фотоэлектрическую батарею 1,корректируют стабилизацией выходного тока1 т фотоэлектрической батареи 1. Стабилизацию выходного тока3 т осуществляют посредством изменения сопротивления Ra магниточувствительного датчика 32, который включают во времязапоминающую цепь 31 импульсного генератора 30, управляющего регулируемым элементом 27 в цепи батареи 1, причем фактическое значение выходного тока 3ф батареи 1 преобразуют в индукцию магнитного поля В, которым воздействуют на магниточувствительный датчик 32. Подключение и отключение фотоэлектрической батареи 1 к электродиализному аппарату 4 и звену электродвигатель — компрессор — ресивер 5 производят следующим образом. При уровне солнечного излучения 400 Вт ° м и более поочередно, а при уровне 800 Вт м и более параллельно электродиализному аппарату подключают обмотку электродвигателя. Подают сжатый воздух в бак 8 исходной воды, а именно в секции опреснения 14 и концентрирования 15 создают водовоэдушные смеси перед входными патрубками 18 и 19 электродиализного аппарата 4, которые подают в камеры опреснения и концентрирования аппарата 4, и со сливных патрубков 21 и 20 водовоздушные смеси направляют в соответствующие секции 14 и 15 бака 8 исходной воды для циркуляции и опреснения исходной воды до заданного снижения степени минералиэации согласно выражению (1). Завершают процесс фотоэлектродиализа путем подачи опресненной воды и рассола соответственно через фильтры очистки, бактерицидной обработки (не показаны) потребителю (резервуар сбора пресной воды) и в резервуар сброса рассола (канализацию). Вышеописанный процесс повторяют с новой порцией исходной опресняемой воды.

Установка работает следующим образом.

В секциях опреснения 14 и концентрирования 15 исходного бака 8 находится оп,ресняемая вода (предварительно подвергнутая очистке и бактерицидной обработке). Сжатый воздух, закачанный до давления Р> в ресивере 5, через переключающий трехходовый клапан 26, подают в секции 14 и 15 исходного блока 8 через форсунки 16 и 17. Образованная водовоздушная смесь поступает по входным патрубкам 18 и 19 электродиализного аппарата

4 в камеры опреснения и концентрирования

55 действует на магниточувствительный датчик 34, включенный во времязадающую цепочку 31 импульсного генератора 30 и имеющий сопротивление R>, следовательно, с выхода генератора 30 импульсы с частотой 4 и длительностью Тв поступают на регулируемый элемент 27 и управляют его рабочей точкой таким образом, что на выходе выпрямителя 37 существует заданный соответственно (см. фиг. 1). При этом через электродиалиэный аппарат протекает стабилизированный ток Зс от фотоэлектрической батареи 1. Со сливных патрубков 21 и

5 20 аппарата 4 воздушная смесь направляется в секции 14 и 15 исходного бака 8, при этом водовоздушная смесь разделяется: отработанный воздух через выходные отверстия 24 и 25 в верхних основаниях 22 и 23

10 секций 14 и 15 бака 8 стравливается наружу, а вода и рассол восполняют динамический уровень в секциях 14 и 15. Далее процесс кругооборота воды и рассола от исходного бака 8 к электродиализному аппарату 4 про15 должается и их циркуляция заканчивается при установлении давления сжатого воздуха Р>, т. е. при достижении заданного снижения степени минерализации Л Сзад опресняемой воды. После подачи пресной

20 воды и рассола потребителю и сброса рассола цикл работы установки продолжают.

Благодаря тому, что через электродиализный аппарат 4 протекает стабилизированный ток З т, обеспечивается высокая

25 воспроизводимость технологического процесса, его качество и надежная работа установки. При этом звено ресивер 5— компрессор 6 — электродвигатель 7 (см. фиг.

1), создающее сжатый воздух, выполняет

30 две функции: первая — сжатым воздухом транспортируют воду и рассол через камеры опреснения и концентрирования аппарата

4, вторая — турбулизирующий поток водовоэдушной смеси исключает осадкообразо35 вание и отравление мембран аппарата 4, а также устраняет явление поляризации мембран аппарата 4.

Так как основным. технологическим параметром установки фотоэлектродиализа

40 является электрический ток1 рассмотрим его стабилизацию при воздействиях солнечного излучения Ж(400 — 800) Вт. м и более.

При наличии солнечного излучения

Ф=400 Вт ° м на выходе фотоэлектриче45 ской батареи 1 появляется электрический ток Зф, который через электромагнит 33 и регулируемый элемент 27 поступает на выпрямитель 37 (см. фиг. 2). При этом Зф, протекающий через электромагнит 33, создает

50 индукцию магнитного поля В, которая воз1690803 ток 1«, протекающий через электродвигатель 7. В это время ресивер 5 заполняется сжатым воздухом, нагнетаемым компрессором 6, насаженным на вал электродвигателя

7, По достижении заданного давления fP> сжатого воздуха в реси вере 5 трехвходовым переключающим клапаном 26 открывают доступ сжатого воздуха в секции 14 и 15 бака и перекрывают выход компрессора 5 с одновременным отключением электродвигателя 7 и выключением электродиализного аппарата 4 переключателем 10.

При увеличении уровня солнечного излучения Ф )400 Вт м возрастает ток,l4> фотоэлектрической батареи 1, а значит, и индукция магнитного поля В, В результате возрастает и сопротивление R магниточувствительного датчика 34, а это уменьшает частоту fe генератора 30 и увеличивает длительность импульсов г>, но скважность импульсов уменьшается, что приводит к поддержанию тока J«на выходе выпрямителя 37 неизменным. И наоборот, с уменьшением уровня солнечного излучения Фдо

400 Вт м происходят обратные изменения в перечисленных элементах и, таким образом, стабилизируется заданное значение тока 3«в течение всего процесса фотоэлектродиализа.

При воздействии солнечного излучения

Ф > 800 Вт м (регистрация- уровня солнечного излучения осуществляется средствами измерений оптических величин— актинометром, пиранометром или по показаниям амперметра, включенного непосредственно в цепь батареи) переключателем 11 можно подключить электродвигатель 7 параллельно электродиализному аппарату 4 и проводить периодическое заполнение сжатым воздухом ресивера 5. Необходимость такой работы установки может возникнуть для увеличения производительности установки по сравнению с заданной производиь BflbHocTblo Оздлдц vn и для облегчения режима работы регулируемого элемента 27 стабилизатора 9. Поэтому назначение переключателя 12 обусловлено изменением установки индукции магнитного поля В, 5 определяющего значение тока 7<т стабилизатора 9, причем переключатель 12 жесткой механической связью соединен с переключателем 11. В остальном процессы, протекающие в стабилизаторе 9 при уровнях

10 солнечного излучения Ф=400 Вт . м или

Ф=800 Вт м, идентичны.

Формула изобретения

Установка для электродиализного on15 реснения соленых вод. содержащая фотоэлектрическую батарею, к которой подключен электродиализный аппарат, помещенный в бак исходной воды, который разделен на секцию опресненной воды и

20 секцию концентрирования, электродиализный аппарат содержит анионно- и катионнообменную мембраны, расположенные в его камерах, снабженных входными патрубками, сообщающимися с секциями опреснен25 ной воды и концентрирования бака исходной воды, фотоэлектрическая батарея, кроме того, соединена с блоком контроля и управления, а также ресивер, связанный через трехходовой клапан с компрессором, кото30 рый снабжен электроприводом, о т л и ч а ющ а я с я тем, что. с целью уменьшения энергозатрат и повышения технико-экономических показателей, в ее состав введены две форсунки, установленные в нижних частях

35 секций опресненной воды и концентрирования бака исходной воды, соосно с входными патрубками камер электродиализного аппарата, первая и вторая форсунки соединены с выходом трехходового крана, верхние осно40 вания секций опресненнойводы и концентрирования снабжены отверстиями для отвода воздуха, электропривод компрессора через блок контроля и управления соединен с фотоэлектрической батареей.

1690803

Составитель А.Прусковцов

Редактор А.Калениченко Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун

Заказ 3878 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101