Установка для электродиализного опреснения соленых вод

(51)5 В ТЕНИ У СВИ ЕЛЬСТ ТОР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗО(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 фотоэлекЖ 1690803 А 1 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 бака исходной воды, в верхних основаниях 22 и 23 которого выполнены отверстия 24 и 25, 2 ил.Изобретение относится к области опреснению, к методам и средствам опреснения соленых вод на основегелиоэнергетических энергоустановок, аименно к аппаратам и технологии фотоэлектродиализного опреснения.Цель изобретения - уменьшение энергозатрат и повышение технико-экономических показателей.На фиг. 1 изображена конструктивнаясхема установки; на фиг. 2 - функциональная схема установки,Установка для осуществления фотоэлектродиализного опреснения соленыхвод содержит фотоэлектрическую батарею1 с клеммами 2 и З,электродиализный аппарат 4, ресивер 5, компрессор 6 с электроприводом (электродвигателем) 7, бак 8исходной воды, стабилизатор 9 тока, пере. ключатели 10, 11 и 12, пневмолинии 13, секции 14 опреснения и 15 концентрации бака8 исходной воды, форсунки 16 и 17, входныепатрубки 18 и 19 камер аппарата 4, сливныепатрубки 20 и 21 аппарата 4, верхние основания 22 и 23 секций бака 8 исходной водыс отверстиями 24 и 25, трехходовой кран 26,регулируемый элемент 27 стабилизатора 9 суправляющим электродом 28, выход 29 импульсного генератора 30, времязадающуюцепь 31, магниточувствительный датчик 32,электромагнит 33 с обмоткой 34, входнойэлектрод 35, выходной электрод 36, выпрямитель 37, механическую связь 38 переключателей 11 и 12, вывод 39 обмоткиэлектромагнита 33.Известно, что расходы электроэнергиина электродиализ - Ют и перекачивание воды из рассола через камеры электродиализного аппарата - Юн определяютсоотношениямиЗ т М= -Е) тэа кн1 о(21(Э,Т)теор= 26,8( СН-Ск), (1гдето - ток, пропускаемый через электродиализный аппарат, А;Т - время пропускания тока, ч;Фу - выход по току;Еэ - потеря напряжения на электродахаппарата, В;Ен - потеря напряжения на камерах аппарата, В;0 - расход воды насоса, лсН - напор развиваемый насосом, м; т 7 э, н - КПД электродвигателя (0,45 -0,47) и насоса (0,7-0,8);Сн - начальная степень минерализацииисходной воды, г-экв/м ;5 Ск - конечная степень минерализацииопресняемой воды, г-экв/м ,Алгоритм принципа работы установкиописывается следующим образом с учетомвышеприведенных выражений (1) - (3):а р, ,(, р,)1 ойй й где Сн, С - начальная и конечная степени15 минерализации опресняемой воды;Л Сээдэн - заданное снижение степениминерализации исходной опресняемой воды;Он - подача воды из секции бака исход 20 ной воды в камеры опреснения и концентрирования электродиализного аппарата;д - выход по току;Ро - атмосферное давление;Р 1 - заданное давление сжатого воздуха25 в ресивере;брэду - электрическое напряжение наклеммах электродиализного аппарата;Р - постоянная Фарадея,Предварительные операции. С учетом30 назначения установки и фотоэлектродиализного опреснения при данных рабочих условиях эксплуатации и, в первую очередь.диапазона степени минерализации Ь Сээдэнопресняемой воды определяют производи 35 тельность установки Оэду по данному способу, Расчетным или экспериментальнымпутем устанавливают параметры фотоэлектрической батареи 1: выходной ток Зф, напряжение Оэду и ее мощность Р,40 обеспечивающих проведение операций ирежимов фотоэлектродиализного опреснения, С уиетом пределов нестабильности солнечного излучения устанавливают запас потоку)ф(мощности Р) для фотоэлектрической45 батареи 1 и пределы регулирования стабилизатора тока Зст Комплектуют установку,реализующую способ, агрегатом и элементами, осуществляют их монтаж и сборку,Основные операции. Наполняют секции50 опреснения 14 и концентрирования 15 бака8 и бака 8 исходной водой и определяютначальную степень минерализации опресняемой воды, подключают фотоэлектрическую батарею 1 к компрессору 6 и55 закачивают ресивер 5 сжатым воздухом додавления, обеспечивающего достижениезаданного снижения степени минерализации Л Сэалан опресняемой воды. Переключают фотоэлектрическую батарею состабилизатором 9 тока к электродиализному аппарату 4 и проводят фотоэлектродиализ, а нестабильность уровня солнечного излучения, падающего на фотоэлектрическую батарею 1,корректируют стабилизацией выходного тока 1 т фотоэлектрической батареи 1. Стабилизацию выходного токаУст осуществляют посредством изменения сопротивления Й 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 Зф 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 ми более поочередно, а при уровне 800 Вт ми 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 водовоз- душная смесь поступает по входным патрубкам 18 и 19 зле ктродиализного аппарата 4 в камеры опреснения и концентрирования соответственно (см. фиг. 1). При этом через электродиалиэный аппарат протекает стабилизированный токЗст 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 про должается и их циркуляция заканчиваетсяпри установлении давления сжатого воздуха Ро, т. е. при достижении заданного снижения степени минерализации Л Сзади 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 Зст, 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 воздухомтранспортируют воду и рассол через камеры опреснения и концентрирования аппарата 4, вторая - турбулизирующий поток водовоэдушной смеси исключает осадкообразо вание и отравление мембран аппарата 4, атакже устраняет явление поляризации мембран аппарата 4.Так как основным. технологическим параметром установки фотоэлектродиализа 40 является электрический таксист рассмотримего стабилизацию при воздействиях солнечного излучения Ж(400 - 800) Вт ми более.При наличии солнечного излученияФ=400 Втмна выходе фотоэлектриче ской батареи 1 появляется электрическийток Зф, который через электромагнит 33 и регулируемый элемент 27 поступает на выпрямитель 37 (см, фиг, 2), При этом 3 ф, протекающий через электромагнит 33, создает50 индукцию магнитного поля В, которая воздействует на магниточувствительный датчик 34, включенный во времязадающую цепочку 31 импульсного генератора 30 и имеющий сопротивление Й, следовательно, с выхода генератора 30 импульсы с частотой Ь, и длительностью Тв поступают нэ регулируемый элемент 27 и управляют его рабочей точкой таким образом, что на выходе выпрямителя 37 существует заданныйток )с, протекающий через электродвигатель 7, В это время ресивер 5 заполняется сжатым воздухом, нагнетаемым компрессором б, насаженным на вал электродвигателя 7, По достижении заданного давления ГР 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 мвозрастает ток 1 ф фотоэлектрической батареи 1, а значит, и индукция магнитного поля В, В результате возрастает и сопротивление Й магниточувствительного датчика 34, а это уменьшает частоту Гв генератора 30 и увеличивает длительность импульсов Тв, но скважность импульсов уменьшается, что приводит к поддержанию токаЗст 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 ст 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 производи-ельностью Оздлдц ил 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 Гт 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 милиФ=800 Вт м , идентичны. Формула изобретения Установка для электродиализного оп 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 опреснен ной воды и концентрирования бака исходнойводы, фотоэлектрическая батарея, кроме того, соединена с блоком контроля и управления, а также ресивер, связанный через трехходовой клапан с компрессором, кото 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 осно вания секций опресненнойводы и концентрирования снабжены отверстиями для отвода воздуха, электропривод компрессора через блок контроля и управления соединен с фотоэлектрической батареей.451690803 Составитель А.Прусковцоведа ктор А,Калениченко Техред М.Моргентал Корректор С,Шевк Тиражвенного комит113035, Моска роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагар Заказ 3878 ПодписноеВНИИПИ Государст ета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССРа, Ж, Раушская наб 4/5