Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул



Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул
Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул
Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул
Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул
Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул
Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул
Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул
Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул
Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул

 

B01J19/00 - Химические, физические или физико-химические способы общего назначения (физическая обработка волокон, нитей, пряжи, тканей, пера или волокнистых изделий, изготовленных из этих материалов, отнесена к соответствующим рубрикам для такого вида обработки, например D06M 10/00); устройства для их проведения (насадки, прокладки или решетки, специально предназначенные для биологической обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод C02F 3/10; разбрызгивающие планки или решетки, специально предназначенные для оросительных холодильников F28F 25/08)

Владельцы патента RU 2612667:

Общество с ограниченной ответственностью "МТК АЙСБЕРГ" (RU)

Изобретение относится к ректификационному устройству для очистки воды от примесей в виде молекул воды, содержащих в своем составе тяжелые изотопы водорода и кислорода. Устройство содержит ректификационную колонну, работающую под вакуумом, испаритель, конденсатор и тепловой насос. При этом ректификационная колонна состоит из двух коаксиальных труб с диаметрами D1 и D2, причем D1>D2 и (D1-D2)/2<300 мм, со слоем насыпной насадки, расположенным в зазоре между ними, при этом распределитель жидкости вверху колонны имеет не менее 800 точек орошения па квадратный метр площади сечения насадочной части колонны. Изобретение обеспечивает повышение производительности и снижение энергетических затрат. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 табл., 3 пр.

 

Область техники.

Изобретение относится к ректификационному устройству для очистки воды от примесей в виде молекул воды, содержащих в своем составе тяжелые изотопы водорода и кислорода, а более конкретно - к устройству для получения легкой особо чистой воды с повышенным содержанием в ней доли легких молекул 1H216O. Изобретение может быть использовано в пищевой промышленности, медицине, сельском и жилищно-коммунальном хозяйстве, в производстве косметических и парфюмерных средств.

Уровень техники.

Качество и чистота воды, используемой в различных областях промышленности, вносят существенный вклад в качество конечного продукта и влияют на технологические характеристики процесса производства. Качество и безопасность пищевых продуктов и напитков, в том числе питьевой воды, определяют качество жизни и здоровья человека. Молекула воды (H2O) состоит из двух химических элементов - водорода H и кислорода O. В свою очередь, каждый элемент представляет собой совокупность нескольких изотопов [1]. Стабильные изотопы водорода и стабильные изотопы кислорода образуют 9 изотопных разновидностей молекул воды, а именно: 1H216O, 1H217O, 1H218O, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O. В количественном отношении основная масса воды природных источников представлена молекулами 1H216O, состоящими из легких изотопов 1H и 16O. Количество молекул воды, содержащих тяжелые изотопы: D, 17O, 18O, зависит от концентрации указанных изотопов, которая в природной воде колеблется в пределах, зафиксированных в основных стандартах изотопного состава гидросферы VSMOW и SLAP [2]. В природной воде весовая концентрация молекул 1H217O, 1H218O, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O, может составлять до 2,97 г/л, что превышает допустимое содержание солей в питьевой воде. Физические, химические и биологические свойства изотопно-тяжелых вод (тяжелой по D, тяжелой по кислороду 17O и кислороду 18O) существенно отличаются как друг от друга, так и от свойств природной воды. Например, различаются температуры кипения и замерзания, плотность скорость химических и биохимических реакций [3, 4, 5]. Это позволяет рассматривать вышеперечисленные тяжелые изотопные модификации H2O как различные самостоятельные вещества, которые по отношению к воде 1H216O являются примесями. Реакция биосистем при воздействии на них воды может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений изотопного состава воды. Применение воды с повышенной концентрацией тяжелых изотопов, в частности дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма [4]. В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность воды со сниженной концентрацией дейтерия [4, 6-10]. Таким образом, создание устройств для очистки воды от тяжелых молекул является актуальной задачей.

Современный уровень техники по вопросам производства изотопно-легкой воды представлен рядом патентов.

Так, известны способ и устройства для получения «талой» и «реликтовой» воды с пониженным содержанием тяжелых изотопов дейтерия и трития, см. патенты: RU 2031085 C1, МПК C02F 9/00, B01D 19/00, опубл. 20.03.1995 г., RU 2091335 C1, МПК C02F 9/00, опубл. 27.09.1997 г., RU 2091336 C1, МПК C02F 9/00, опубл. 27.09.1997 г., RU 2525494 C2, МПК C02F 1/22, C01B 5/02, B01D 59/08, C02F 103/04, опубл. 20.08.2014 г. Сущность известного способа состоит в том, что он включает операции охлаждения и замораживания воды с последующими операциями оттаивания замороженной воды. Однако степень очистки воды от дейтерия в таких устройствах невелика и не превышает 136 ppm по дейтерию.

Известны также устройства, позволяющие методом электролиза воды с последующим сжиганием водорода в среде кислорода достигать довольно значительного обеднения воды дейтерием. См., например, патенты RU 2182562 C2, МПК C02F 1/46, B01D 59/00, C02F 103:04, опубл. 20.05.2002 г. и RU 125092 U1, МПК B01D 59/00, опубл. 27.02.2013 г. Но производительность указанных выше устройств мала. Недостатками таких устройств являются многостадийность процесса, загрязнение конечного продукта переходными металлами в процессе сжигания водорода, пожаро- и взрывоопасность.

Более близкими к заявляемому изобретению по технической сути являются устройства с ректификационной колонной. В настоящее время известны ректификационные устройства для получения воды с пониженным содержанием дейтерия, работающие под вакуумом, с регулярной и насыпной насадкой. См., например, патенты RU 125092 U1, МПК B01D 59/00, опубл. 27.02.2013 г., RU 2125817 C1, МПК A23L 2/00, A61K 33/00, опубл. 10.02.1999 г., RU 2139062 C1, МПК A61K 33/00, A61K 7/00, A61K 9/00, опубл. 10.10.1999 г. и международную заявку WO 9308794 A1, МПК A61K 9/08, 33/00, опубл. 13.05.1993 г.

Регулярные насадки обычно используют в виде рулонов, пакетов и блоков. Такие насадки, обладая упорядоченной структурой, препятствуют возникновению непредвиденных застойных зон, имеющих место в насыпных насадках. Кроме того, они способны работать с высокими нагрузками по паровой фазе, обладают более низким собственным сопротивлением. Колонны с регулярными насадками относятся к наиболее эффективным ректификационным аппаратам. Мировыми лидерами в области исследования и разработки регулярных насадок являются фирмы SULZER, NORTON и GLITSCH. Эффективность лучших образцов их промышленных насадок составляет 5-6 т.т./м (теоретических тарелок на 1 м высоты насадки) при факторе нагрузки F=1,5-2,0 кг 0,5/(с*м0,5).

Поскольку для очистки природной воды от дейтерия в три раза требуется около 100 теоретических тарелок, использование таких насадок потребует колонну с высотой насадочной части не мене 17 м. Это существенным образом ограничивает широкое распространение подобных устройств для очистки воды от тяжелых молекул воды. Использование разрезной колонны, как предложено в патенте RU 125092 U1, усложняет конструкцию устройства и усложняет размещение такого устройства в стандартном помещении.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство с насыпной насадкой, описанное в патенте RU 2295493 C2, МПК C01D 5/00, B01D 59/00, B01D 59/02, B01D 3/14, опубл. 20.03.2007 г. Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул воды, выбранное в качестве ближайшего аналога, включает узел приготовления водяного пара из исходной воды с концентрацией 1H216O, равной C1; узел подачи водяного пара в ректификационную колонну; ректификационную колонну, представляющую собой узел взаимодействия пар-жидкость между нисходящим потоком жидкости и восходящим потоком пара на поверхности контактного устройства внутри ректификационной колонны путем противотока жидкости и пара при направлении основного потока жидкости и основного потока пара вдоль оси колонны; узел конденсации водяного пара с концентрацией 1H216O, равной C2, в конденсаторе, установленном в верхней части ректификационной колонны, и накопление части конденсата в виде конденсированной легкой воды, при этом C2>C1; при этом давление пара в ректификационной колонне составляет от 0,05 до 0,6 бар и выход конденсированной легкой воды составляет от 0,001 до 0,25 общего объема водяного пара, прошедшего через ректификационную колонну.

Основными недостатками устройства по патенту RU 2295493 C2 являются низкая производительность устройства и высокие энергетические затраты на единицу готовой продукции.

Раскрытие изобретения.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства с насыпной насадкой, характеризующейся повышенной производительностью устройства и пониженными энергетическими затратами на единицу готового продукта.

Техническими результатами, которые достигаются при использовании предлагаемого изобретения, являются повышение производительности устройства с насыпной насадкой и снижение энергетических затрат на единицу готового продукта.

Известно [11], что повышение эффективности массообмена в колоннах с насыпной насадкой может быть достигнуто как за счет использования более эффективных конструкций насадочных тел, так и за счет оптимизации конструкции всей колонны (использования эффективных перераспределителей жидкостного и парового потоков, опорных решеток, узлов ввода и отбора жидкой и паровой фаз).

Несмотря на значительный прогресс в области создания высокоэффективных устройств с насыпной насадкой колоннам такого типа присущи недостатки, которые ограничивают их применение:

- относительно низкие допустимые нагрузки;

- значительная материалоемкость;

- сложность изготовления высокоэффективных насадочных тел.

Из литературы известно, что эффективность «идеальных» насадочных колонн при соблюдении определенных условий практически не должна зависеть от их диаметра. Для этого необходимо обеспечить равномерное распределение стекающей жидкости на единицу площади зеркала насадки и равномерность распределения поднимающегося пара.

Однако на практике добиться этого достаточно сложно, поскольку с увеличением диаметра колонны в насадочном слое возникает градиент скоростей паровой фазы, характеризующийся более высокой скоростью в центре сечения колонны и уменьшением скорости по направлению к стенке.

Кроме того, в слое насадки может происходить образование каналов для стекающей сверху жидкости. «Каналообразование» в слое насыпной насадки приводит к возникновению неравномерности распределения жидкой фазы в поперечном сечении колонны. Эти эффекты приводят к существенному увеличению высоты эквивалентной теоретической ступени разделения (далее - ВЭТС) с ростом диаметра колонны. Поэтому на практике насадочные колонны с высокой ВЭТС имеют диаметр не более 150 мм [12]. Это, в свою очередь, не позволяет создавать устройства с высокой производительностью.

Указанные выше технические результаты достигаются в устройстве для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул воды, включающем ректификационную колонну, работающую под вакуумом, испаритель и конденсатор.

Технические результаты достигаются тем, что устройство работает с тепловым насосом, ректификационная колонна состоит из двух коаксиальных труб диаметром D1 и D2 (D1>D2) со слоем насыпной насадки, расположенным в зазоре между ними, при этом (D1-D2)/2<300 мм, а распределитель жидкости вверху колонны имеет не менее 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны. При этом насыпная насадка может быть выполнена в виде спирально призматической насадки. В качестве рабочего тела теплового насоса может быть использован хладагент. Тепловой насос также может работать за счет механокомпрессии водяного пара. Устройство может включать в себя несколько последовательно включенных тепловых насосов.

Краткое описание графических материалов.

Изобретение поясняется следующими графическими материалами.

В Таблице 1 представлены значения ВЭТС в насадочных колоннах цилиндрического сечения, заполненных спирально призматической насадкой 3×3×0,2, в зависимости от диаметра колонны.

В Таблице 2 представлены значения ВЭТС в насадочных колоннах цилиндрического сечения, заполненных спирально призматической насадкой 3×3×0,2, в зависимости от количества точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны, для колонны диаметром 300 мм.

В Таблице 3 представлены значения ВЭТС в насадочных колоннах кольцевого сечения, заполненных спирально призматической насадкой 3×3×0,2, в зависимости от размеров колонны для распределителя жидкости с 800 точками орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны.

В Таблице 4 представлены параметры заявляемого устройства и ближайшего аналога при получении воды одной степени очистки.

На Фиг. 1 представлено фото опорной решетки, одновременно выполняющей функцию перераспределителя парового потока.

На Фиг. 2 представлено фото распределителя потока жидкости.

На Фиг. 3 изображена ректификационная колонна, состоящая из двух коаксиальных труб.

На Фиг. 4 представлено заявляемое устройство с тепловым насосом, в качестве которого используется чиллер, работающий на хладагенте - фреоне.

На Фиг. 5 представлено заявляемое устройство, с тепловым насосом, работающим за счет механокомпрессии водяного пара.

Позициями на Фиг. 3-5 обозначены:

1 - наружная труба; 2 - внутренняя труба; 3 - слой насадки, расположенный в пространстве между указанными коаксиальными трубами; 4 - опорная решетка; 5 - жидкость, поступающая сверху; 6 - распределительное устройство потока жидкости; 7 - пар, поступающий снизу; 8 - ректификационная колонна; 9 - электрические теплоэлектронагревательные элементы (далее - ТЭНы) для запуска устройства; 10 - конденсатор-дефлегматор; 11 - насос; 12 - емкость для сбора продукта; 13 - испаритель теплонасосного устройства; 14 - компрессор; 15 - конденсатор теплонасосного устройства - кипятильник; 16 - куб колонны; 17 - дроссельный вентиль; 18 - линия питания; 19 - линия отвала; 20 - рекуперативный теплообменник.

Осуществление изобретения

Известные распределительные устройства потока жидкости, используемые в насадочных колоннах, имеют число орошения от 100 до 300 на м2 сечения аппарата. Авторами экспериментально обнаружено, что использование в колонне эффективного распределителя жидкости, имеющего не менее 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны, позволяет увеличить диаметр колонны, заполненной спирально призматической насадкой, до 300 мм практически без изменения ВЭТС (см. Таблицы 1, 2). При этом степень неравномерности распределения жидкости на 1 м высоты насадки уменьшается до 5%, что резко повышает эффективность колонны.

На Фиг. 1 представлено фото использованного авторами перераспределителя парового потока, а на Фиг. 2 - фото распределителя жидкости.

В Таблице 1 представлено изменение ВЭТС в насадочных колоннах цилиндрического сечения, заполненных спирально призматической насадкой 3×3×0,2 в зависимости от диаметра колонны. Распределитель жидкости имеет 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны.

В Таблице 2 представлено изменение ВЭТС в насадочных колоннах цилиндрического сечения, заполненных спирально призматической насадкой 3×3×0,2, в зависимости от количества точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны. Колонна диаметром 300 мм.

Определение ВЭТС проводили по степени разделения изотопов водорода в ректификационной колонне в стационарном состоянии и безотборном режиме [12]. Для этого после выхода колонны в стационарное состояние (когда профиль концентраций перестает изменяться) отбирали пробы воды из конденсатора ([D]в) и из куба ([D]н) колонны и рассчитывали:

- степень разделения колонны К по уравнению:

K=[D]н/[D]в;

- число теоретических ступеней разделения (ЧТСР) N по уравнению Фенске для безотборного режима:

N=lnK/lnα, где α - средний коэффициент разделения изотопов водорода в колонне.

Далее ВЭТС рассчитывали по уравнению:

ВЭТС=Н/N, где H - высота слоя насадки в колонне.

Как видно из Таблицы 1, дальнейшее увеличение диаметра колонны цилиндрического сечения сопровождается существенным увеличением ВЭТС и, соответственно, высоты колонны. Это делает использование колонн с диаметром более 300 мм неэффективным и, следовательно, не позволяет дальше увеличить производительность отдельного устройства.

Авторами экспериментально доказано, см. Таблицу 3, что для решения поставленной задачи можно использовать колонны и большего диаметра без потери ВЭТС. Для этого в устройствах предлагается использовать ректификационную колонну, состоящую из двух коаксиальных труб диаметром D1 и D2 (D1>D2) со слоем насыпной насадки, расположенным в зазоре между ними (см. Фиг. 3). При этом расстояния между стенками не должно превышать 300 мм. Т.е. должно выполняться условие: (D1-D2)/2 меньше или равно 300 мм. Это позволяет существенно увеличить площадь сечения насадочной части колонны при таком же расстоянии между стенками, как и у цилиндрической колонны. Например, при диаметре внешней колонны 700 мм и диаметре внутренней колонны 100 мм площадь сечения насадочной части колонны будет в 5,3 раза больше площади сечения одиночной цилиндрической колонны диаметром 300 мм. При этом расстояние между стенками будет составлять те же 300 мм.

Это техническое решение позволяет существенным образом увеличить производительность устройства при использовании колони диаметром больше 300 мм без уменьшения ВЭТС.

Изменение ВЭТС в насадочных колоннах кольцевого сечения, заполненных спирально призматической насадкой 3×3×0,2, в зависимости от размеров колонны. Распределитель жидкости имеет 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны.

Центральная (внутренняя) труба также может быть заполнена насадкой и представлять собой независимую колонну сплошного сечения с отдельным кубом и конденсатором.

Одним из способов, позволяющих сократить расход тепла на устройствах ректификации, является использование теплоты конденсации пара верха колонны для нагрева продукта в кубе колонны. Однако вследствие разности температур между верхом и низом колонны непосредственно использовать теплоту конденсации пара верхнего продукта невозможно. В этом случае можно применить схему ректификации с тепловым насосом.

На Фиг. 4 представлена схема устройства, в котором в качестве теплового насоса используется чиллер, работающий на хладагенте - фреоне.

Ректификационная колонна (см. Фиг. 3) состоит из наружной и внутренней коаксиально расположенных труб. Слой насадки расположен в пространстве между коаксиальными трубами на опорной решетке, которая одновременно является перераспределителем парового потока. Насадка предназначена для увеличения поверхности взаимодействия между восходящим потоком пара и нисходящим потоком жидкости в ректификационной колонне. Жидкость поступает сверху через распределительное устройство, пар - поступает снизу. Полученный в кубе колонны водяной пар поступает в ректификационную колонну, представляющую собой узел взаимодействия между восходящим потоком пара и нисходящим потоком жидкости.

Пары, выходящие из верхней части ректификационной колонны 8 (см. Фиг. 4), поступают в конденсатор-дефлегматор 10, где конденсируются, отдавая теплоту воде промежуточного контура. Образовавшийся конденсат частично поступает в емкость для сбора продукта 12, частично идет на орошение колонны 8. Циркуляция воды промежуточного контура между конденсатором-дефлегматором 10 и испарителем теплонасосного устройства 13 обеспечивается насосом 11. В испарителе 13 хладон теплонасосного устройства испаряется за счет охлаждения сетевой воды промежуточного контура. Пары хладона сжимаются компрессором 14 и подаются в конденсатор теплонасосного устройства - кипятильник 15. При определенном соотношении параметров может оказаться, что теплоты конденсации хладона недостаточно для испарения воды. В этом случае дефицит теплоты покрывается электрическими ТЭНами 9, которые необходимы также для первоначального (пускового) разогрева устройства.

Работа заявляемого устройства может быть продемонстрирована следующими примерами. (Следует заметить, что примеры приведены только для иллюстрации эффективности и возможностей данного изобретения, ни в коей мере не ограничивая области его применения.)

Пример 1. Исходная дистиллированная вода поступает в куб колонны через линию запитки воды. При запуске колонны пар вырабатывается с помощью ТЭНов общей мощности 80 кВт. В дальнейшем колонна работает с тепловым насосом и выключенными ТЭНами. Тепловой насос представляет собой чиллер, работающий на хладагенте - фреоне R134a. Электрическая мощность привода компрессора - 48 кВт. Ректификационная колонна состоит из наружной и внутренней коаксиально расположенных труб. Диаметр внутренней трубы составляет 100 мм, диаметр наружной трубы составляет 400 мм. Расстояние между стенками равно 150 мм. Слой насадки расположен в пространстве между коаксиальными трубами на опорной решетке, которая одновременно является перераспределителем парового потока. Насадка представляет собой 3-миллиметровые спирально-призматические элементы, выполненные из нержавеющей проволоки диаметром 0,2 мм. Удельная поверхность насадки составляет 2800 м23, доля свободного объема 0,9 м23. Жидкость поступает сверху через распределительное устройство, пар поступает снизу. Распределитель жидкости имеет 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны. Процесс массообмена происходит путем противотока жидкости и пара при направлении основного потока жидкости и основного потока пара вдоль оси колонны. Колонна выполнена из нержавеющей стали 02Х12Т, толщина стенки 2 мм, высота колонны - 6000 мм.

Процесс обогащения водяного пара наиболее легкими молекулами воды происходит в ректификационной колонне на поверхности насадки при температуре 60°C и давлении 0,2 бар. Пары, выходящие из верхней части колонны 8 (см. Фиг. 4), поступают в конденсатор-дефлегматор 10, где конденсируются, отдавая теплоту воде промежуточного контура. Образовавшийся конденсат частично поступает в емкость для сбора продукта 12, частично идет на орошение колонны 8. Циркуляция воды промежуточного контура между конденсатором-дефлегматором 10 и испарителем теплонасосного устройства 13 обеспечивается насосом 11. В испарителе 13 хладагент теплонасосного устройства испаряется за счет охлаждения сетевой воды промежуточного контура. Пары хладагента сжимаются компрессором 14 и подаются в конденсатор теплонасосного устройства - кипятильник 15. Полученный водяной пар с повышенным содержанием 1H216O в объеме 240 л/час конденсируется в узле конденсации, расположенном в верхней части ректификационной колонны. Выход сконденсированной легкой воды составляет 0,025 часть от общего объема водяного пара, прошедшего через ректификационную колонну, и равен 6 л/час. Готовый продукт представляет собой легкую воду с повышенным содержанием молекул 1H216O, остаточным содержанием дейтерия 10 ppm и тяжелокислородной воды (1H218O) - 800 ppm.

Пример 2. Все операции те же, что и в примере 1. Электрическая мощность привода компрессора теплового насоса - 200 кВт. Размеры колонны: диаметр внутренней трубы составляет 100 мм, диаметр наружной трубы составляет 700 мм. Расстояние между стенками равно 300 мм. Выход готового продукта - легкой воды с остаточным содержанием дейтерия 10 ppm и тяжелокислородной воды (1H218O) - 800 ppm - составляет - 20 л в час.

Пример 3. На Фиг. 5 представлена схема работы заявляемого устройства с тепловым насосом, использующим пары дистиллята, которые непосредственно поступают в компрессор, и тепловой насос устройства работает за счет механокомпрессии водяного пара. Исходная дистиллированная вода поступает в куб колонны через линию запитки воды. При запуске колонны пар вырабатывается с помощью ТЭНов общей мощности 80 кВт. В дальнейшем колонна работает с тепловым насосом и выключенными ТЭНами. Ректификационная колонна состоит из наружной и внутренней коаксиально расположенных труб. Диаметр внутренней трубы составляет 200 мм, диаметр наружной трубы составляет 400 мм. Расстояние между стенками равно 100 мм. Слой насадки расположен в пространстве между коаксиальными трубами на опорной решетке, которая одновременно является перераспределителем парового потока. Насадка представляет собой 3-миллиметровые спирально-призматические элементы, выполненные из нержавеющей проволоки диаметром 0,2 мм. Удельная поверхность насадки составляет 2800 м23, доля свободного объема 0,9 м23. Жидкость поступает сверху через распределительное устройство, пар - поступает снизу. Распределитель жидкости имеет 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны. Процесс массообмена происходит путем противотока жидкости и пара при направлении основного потока жидкости и основного потока пара вдоль оси колонны. Колонна выполнена из нержавеющей стали 02Х12Т, толщина стенки 2 мм, высота колонны - 6000 мм. Колонна работает при температуре 60°C и давлении 0,2 бар. Пары, выходящие из верхней части колонны 8 в объеме 210 л/ч, сжимаются механическим компрессором пара 14 и поступают в теплообменник куба 16 колонны, где конденсируются, испаряя воду, находящуюся в кубе при более низком давлении. Пары воды из куба поднимаются вверх но колонне и снова поступают в механический компрессор 14 со степенью сжатия пара -2. А образовавшийся конденсат насосом 11 подается в емкость для сбора продукта 12 и на орошение колонны. При этом только 0,025 часть конденсата, равная 5,2 л, поступает в емкость для сбора продукта 12, а остальное количество поступает на орошение колонны 8. Готовый продукт представляет собой легкую воду с повышенным содержанием молекул 1H216O, остаточным содержанием дейтерия 10 ppm и тяжелокислородной воды (1H218O) - 800 ppm. Для увеличения эффективности теплового насоса служит рекуперативный теплообменник 20, в котором выходящие из верхней части колонны пары подогреваются конденсатом, а конденсат возвращается из теплообменника куба колонны.

В Таблице 4 представлены параметры заявляемого устройства и ближайшего аналога при получении воды одной степени очистки.

Как видно из Таблицы, заявляемое изобретение значительно превосходит ближайший аналог по энергоэффективности и производительности.

Источники информации

1. Глинка. Общая химия. М.: Химия, 1975 г., стр. 102.

2. Ферронский В.И., Поляков В.А. Изотопия гидросферы. М.: Наука, 1983 г., стр. 47., стр. 10, 47, 46, 10.

3. Андреев Б.М., Зельвенский Я.Д., Катальников С.Г. Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике. Москва: ИздАТ, 2000 г., с. 186.

4. Лобышев В.И., Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D2O в биологических системах. Москва: Наука, 1978 г.

5. Гончарук В.В., Лапшин В.Б., Бурдейная Т.Н., Чернопятко А.С. и др. Физико-химические свойства и биологическая активность воды обедненной по тяжелым изотопам // Химия и технология воды - 2011 г. - T. 33, N 1. - с. 15-25.

6. Strekalova Т., Evans М., et al. Deuterium content of water increases depression susceptibility: The potential role of a serotonin-related mechanism. // Behav. Brain Res. Epub 2014 Aug 1.

7. Мартынов A.К., Артемкина И.В., Тимаков A.A., Москвичева Т.И. Оценка биологической активности воды с пониженным содержанием дейтерия. Материалы междисциплинарной конференции с международным участием «Новые биокибернетические и телемедицинские технологии XXI века», Петрозаводск, 23-25 июня 2003 г., с. 57.

8. Синяк Ю.Е., Левинских М.А., Гайдадымов В.В., Гуськова Е.И., Сигналова О.Б., Дерендяева Т.А.. Влияние воды с пониженным содержанием дейтерия на культивирование высших растений: Arabidopsis thaliana и Brassica гара. Организм и окружающая среда: жизнеобеспечение и защита человека в экстремальных условиях. Материалы Российской конференции. Москва, 2000 г., т. 2, с. 90.

9. Синяк Ю.Е., Григорьев А.И., Гайдадымов В.В., Медникова Е.И., Лебедева З.Н., Гуськова Е.И. Метод получения бездейтериевой воды и исследование ее влияния на физиологический статус японского перепела. Космическая биология и авиакосмическая медицина. Материалы XI конференции, 1998 г., т. II, с. 201.

10. М.G. Baryshev, A.A. Basov, S.N. Bolotin, S.S. Dzhimak, D.V. Kashaev, S.R. Fedosov, V.Yu. Frolov, D.I. Shashkov, D.A. Lysak, A.A. Timakov NMR, EPR, and mass spectroscopy estimates of the antiradical activity of water with modified isotope composition. Bulletin of the Russian Academy of Sciences Physics 12/2012; 76(12).

11. Леонтьев B.C., Сидоров С.И. Современные насадочные колонны: особенности конструктивного оформления. Химическая промышленность. 2005, №7, с. 347-356.

12. Андреев, Б.М.; Зельвенский, Я.Д.; Катальников, С.Г. Разделение стабильных изотопов физико-химическими методами. М.: Энергоатомиздат, 1982 г.

1. Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул воды, включающее ректификационную колонну, работающую под вакуумом, испаритель и конденсатор, отличающееся тем, что устройство снабжено тепловым насосом, ректификационная колонна состоит из двух коаксиальных труб диаметром D1 и D2 (D1>D2) со слоем насыпной насадки, расположенным в зазоре между ними, при этом (D1-D2)/2<300 мм, а распределитель жидкости вверху колонны имеет не менее 800 точек орошения па квадратный метр площади сечения насадочной части колонны.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что насыпная насадка выполнена в виде спирально призматической насадки.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве рабочего тела теплового насоса использован хладагент.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тепловой насос работает за счет механокомпрессии водяного пара.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство включает в себя несколько последовательно включенных тепловых насосов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам и устройствам вихревой термической дистилляции жидкостей, вод океанов и морей, засоленных подземных вод, для эффективного низко затратного получения требуемых объемов опресненной воды для сельских, коммунальных, промышленных и иных нужд жизнедеятельности индивидов.

Изобретение относится к способу удаления органических загрязнений из воды и может быть использовано, например, для обработки попутно добываемой воды из операции извлечения тяжелой нефти с помощью пара.

Изобретение относится к области электрохимических методов очистки водных растворов от анионов и катионов и может быть использовано для очистки природных вод, стоков металлургической, машиностроительной и других отраслей промышленности.

Изобретение относится к очистке сточных вод, образующихся при мойке средств хранения нефти и нефтепродуктов, с использованием процесса пневматической флотации. Установка состоит из вертикальной емкости 1, внутри которой имеется вертикальная перегородка 2, оборудованная обратным клапаном 17, разделяющая емкость на две индивидуальные полости 3 и 4, в нижней части которых установлены перфорированные трубы 5 с закрепленными на них мелкопористыми чехлами, перфорированная труба полости 3 дополнительно соединена с дозатором 7 для флокулянтов, над перфорированными трубами установлены перегородки 8 и 9, выполненные из пластин, в полости 3 они сделаны в виде объемной решетки, в полости 4 высота перегородок убывает от периферии к центру, также в полости 4 имеются два ультразвуковых излучателя 10, расположенные на диаметрально противоположных стенках выше перфорированных труб, перфорированные трубы 5 подсоединены к компрессору сжатого воздуха 11, расход которого измеряется ротаметром 12, узел сбора отделенного нефтепродукта размещен с наружной стороны вертикальной емкости 1 и выполнен в виде лотка 13, прикрепленного к емкости 1 по периметру под углом к верхней образующей вертикальной емкости.

Изобретение относится к экологии и предназначено для очистки воды от микроорганизмов и окисляющихся примесей. Установка гидродинамической обработки воды содержит насос, кавитационное устройство, систему ввода рабочего газа из внешнего источника в поток обрабатываемой воды, подводящие и отводящие трубопроводы, измерительные и настроечные элементы.

Изобретение может быть использовано для восстановления и поддержания экологического баланса в открытых водоемах. Способ включает комплексную технологию восстановления экологической системы водоема, включающую предварительную оценку экологического состояния водоема, по результатам которой на объем воды воздействуют модулированным электрическим потенциалом излучателя, который модулируют сигналом с частотой 30-150 Гц, содержащим спектр воздействия на экологическую систему водоема амплитудой 0,5-1,7 V и продолжительностью не менее 120 минут.

Изобретение относится к отчистке растворов цианирования, полученных при гидрометаллургической переработке концентратов, содержащих благородные и цветные металлы, от цианистых комплексов цветных металлов.

Изобретение относится к способам извлечения церия (IV) методом электрофлотации из сточных вод, бедного или техногенного сырья. Описан способ извлечения церия (IV) из водного раствора, включающий электрофлотацию с нерастворимыми анодами, в котором в очищаемую воду вводят катионный флокулянт на основе высокополимеризованного полиакриламида при массовом соотношении ионов церия (IV) к флокулянту [1]:[0,008-0,1], при этом электрофлотацию осуществляют при плотности тока 0,4 А/л в течение 10 мин.

Изобретение может быть использовано в области производства твердого ракетного топлива. Отработанные стоки, образующиеся в процессе синтеза компонентов твердого ракетного топлива, загрязненные ионами тяжелых металлов - никеля и свинца, сульфатами, нитратами и органическими примесями, направляют на установку термического обезвреживания, где подвергают огневому уничтожению.

Изобретение может быть использовано для очистки сильнозагрязненных поверхностных стоков с территорий промышленных предприятий, полигонов ТБО. Сточные воды с предварительно введенным флокулянтом с гидрофобизирующими свойствами подают на стадию осаждения песка и крупных частиц, тонкую механическую очистку от взвешенных веществ в слое загрузки из цилиндрических колец, засыпанных в навал, сорбцию свободных и эмульгированных нефтепродуктов, дополнительную сорбцию растворимых нефтепродуктов на сорбенте с прикрепленной микрофлорой и подачей кислорода воздуха.

Изобретение относится к способу и устройству обработки газообразного водорода, выделяющегося при растворении металла кислотой или щелочью. Способ включает подачу выделяющегося газообразного водорода через реактор, содержащий окислитель для окисления газообразного водорода в воду, а затем восстановление окислителя.

Изобретение относится к устройствам кристаллизационной очистки воды. Устройство получения легкой воды включает две перекрываемые емкости, расположенные одна в другой и образующие межъемкостное пространство, канал, расположенный во внутренней емкости и связывающий ее объем через запорный орган с атмосферой.

Изобретение относится к области технологии радионуклидов и может быть использовано как в технологических процессах, использующих молекулярный тритий и тритийсодержащие соединения, так и для глубокой очистки газовых сбросов от трития предприятий атомной отрасли при решении экологических задач.

Изобретение относится к катализаторам сжигания водорода. Описан катализатор сжигания водорода, включающий каталитически активный металл, нанесенный на носитель катализатора, образованный неорганическим оксидом, при этом носитель включает органический силан по меньшей мере с одной алкильной группой из трех или менее атомов углерода, путем замещения присоединенной к концу каждой из определенной части или ко всем гидроксильным группам на поверхности носителя; и каталитически активный металл нанесен на носитель катализатора, включающий присоединенный к нему органический силан.
Изобретение относится к обработке воды. .

Изобретение относится к способу и устройству для очистки воды от примесей в виде молекул воды, содержащих в своем составе тяжелые изотопы водорода и кислорода, а более конкретно - к способу и установке для получения легкой, высокочистой воды с бóльшим содержанием легких молекул 1Н2 16О.

Изобретение относится к реактору для взаимодействия газообразного водорода и кислорода и к способу осуществления реакции газообразных водорода и кислорода и может быть использовано в процессах для производства дейтерированной воды и при удалении трития из воды.
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на различных видах транспорта и в отопительных системах жилых помещений и обогрева человека в экстремальных условиях.

Изобретение относится к способу получения питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия и устройству для его осуществления. Способ включает охлаждение питьевой воды путем добавления гранул твердого диоксида углерода в соотношении воды к диоксиду углерода 1 : 10, перемешивание в течение 15-20 минут при скорости вращения мешалки 45-50 об/мин, обработку воды электромагнитным полем низких частот в интервале 18-48 Гц в процессе перемешивания, фильтрование через металлокерамический обеспложивающий фильтр с получением жидкой и твердой фаз, сбор жидкой фазы, обедненной дейтерием, нагревание и утилизацию твердой фазы.
Наверх