Парокомпрессионное испарение

В этой статье есть несколько проблем. Помогите улучшить ее или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти сообщения ) Для проверки данной статьи необходимы дополнительные цитаты .Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив ссылки на надежные источники . Материалы без ссылок могут быть оспорены и удалены. Найти источники:  "Парокомпрессионное испарение" – новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( август 2016 г. )( Узнайте, как и когда удалить это сообщение ) Эта статья может оказаться слишком сложной для понимания большинством читателей .Пожалуйста, помогите улучшить его, чтобы сделать его понятным для неспециалистов , не удаляя технические детали. ( январь 2015 г. )( Узнайте, как и когда удалить это сообщение ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение )

Парокомпрессионное испарение — это метод испарения , при котором воздуходувка , компрессор или струйный эжектор используются для сжатия и, таким образом, повышения давления производимого пара. Поскольку повышение давления пара также приводит к повышению температуры конденсации , тот же пар может служить теплоносителем для его «материнской» жидкости или раствора, из которых изначально был получен пар. Если бы не было сжатия, пар имел бы ту же температуру, что и кипящая жидкость/раствор, и передача тепла не могла бы иметь место.

Иногда его также называют парокомпрессионной дистилляцией (ПКД) . Если сжатие осуществляется механическим компрессором или воздуходувкой, этот процесс испарения обычно называется МВП (механическая паровая рекомпрессия). В случае сжатия, осуществляемого паровыми эжекторами высокого давления , процесс обычно называется термокомпрессией , паровой компрессией или эжектокомпрессией . ^{[ требуется цитата ]}

В этом случае энергия, поступающая в систему, заключается в энергии накачки компрессора. Теоретическое потребление энергии будет равно , где${\displaystyle E=Q*(H2-H1)}$

• E — полная теоретическая энергия накачки
• Q — масса паров, проходящих через компрессор.
• H ₁ , H ₂ — общее теплосодержание единицы массы паров, соответственно до и после компрессора.

В единицах СИ они измеряются соответственно в кДж , кг и кДж/кг.

Фактический расход энергии будет больше теоретического значения и будет зависеть от эффективности системы, которая обычно составляет от 30% до 60%. Например, предположим, что теоретический расход энергии составляет 300 кДж, а эффективность — 30%. Фактический расход энергии составит 300 x 100/30 = 1000 кДж.

В крупном агрегате мощность сжатия составляет от 35 до 45 кВт на метрическую тонну сжатых паров. ^{[ необходимо разъяснение ]}

Компрессор обязательно является ядром агрегата. Компрессоры, используемые для этого применения, обычно являются центробежными или агрегатами с положительным вытеснением , такими как нагнетатели Рутса , похожими на (гораздо меньший) нагнетатель типа Рутса . Очень большие агрегаты (испарительная способность 100 метрических тонн в час или более) иногда используют осевые компрессоры . Работа сжатия будет поставлять пар , перегретый по сравнению с теоретическим равновесием давления/температуры. По этой причине подавляющее большинство агрегатов MVR оснащены пароохладителем между компрессором и основным теплообменником.

Энергозатраты здесь определяются энергией некоторого количества пара ( движущегося пара ) при давлении, превышающем давление как впускных, так и выпускных паров. Количество сжатых паров, следовательно, выше, чем на входе: Где Q _d — количество пара на подаче эжектора, Q _s — на всасывании эжектора, а Q _m — количество движущегося пара. По этой причине термокомпрессионный испаритель часто оснащен конденсатором пара из-за возможного избытка пара, необходимого для сжатия, по сравнению с паром, необходимым для испарения раствора. Количество Q _m движущегося пара на единицу количества всасывания является функцией как движущего отношения давления движущегося пара к давлению всасывания, так и степени сжатия давления подачи к давлению всасывания. В принципе, чем выше степень сжатия и чем ниже движущая способность, тем выше будет удельное потребление движущего пара, т. е. тем менее эффективен энергетический баланс.${\displaystyle Qd=Qs+Qm}$

Сердцем любого термокомпрессионного испарителя, несомненно, является паровой эжектор , подробно описанный на соответствующей странице. Размеры других частей оборудования, таких как основной теплообменник , паровая головка и т. д. (подробнее см . испаритель ), определяются процессом испарения.

Эти два испарителя компрессионного типа имеют разные области применения, хотя иногда они пересекаются.

• Для большого агрегата предпочтительнее использовать блок MVR благодаря пониженному потреблению энергии. Самый большой испаритель MVR с одним корпусом, построенный (1968, Whiting Co., позже Swenson Evaporator Co., Harvey, Ill. in Cirò Marina , Italy ), представлял собой кристаллизатор соли , испаряющий около 400 метрических тонн воды в час, с осевым компрессором (Brown Boveri, позже ABB). Этот блок был преобразован около 1990 года, чтобы стать первым эффектом многоэффектного испарителя . Испарители MVR с испаряющей способностью 10 тонн и более являются обычным явлением.
• Степень сжатия в блоке MVR обычно не превышает 1,8. При степени сжатия 1,8, если испарение выполняется при атмосферном давлении (0,101 МПа ), давление конденсации после сжатия составит 0,101 x 1,8 = 0,1818 [МПа]. При этом давлении температура конденсации водяного пара в теплообменнике составит 390 К. Принимая во внимание повышение температуры кипения соленой воды, которую мы хотим испарить (8 К для насыщенного солевого раствора), это оставляет разницу температур менее 8 К в теплообменнике. Малая ∆T приводит к медленной теплопередаче, а это означает, что нам понадобится очень большая поверхность нагрева для передачи требуемого тепла. Осевой компрессор и компрессор Рутса могут достигать немного более высоких степеней сжатия.
• Термокомпрессионные испарители могут достигать более высоких степеней сжатия — за счет затрат. Степень сжатия 2 возможна (а иногда и больше), но если только движущий пар не находится под достаточно высоким давлением (скажем, 16 бар изб. — 250 фунтов на кв. дюйм — или больше), потребление движущего пара будет в диапазоне 2 кг на кг всасываемых паров. Более высокая степень сжатия означает меньший теплообменник и снижение инвестиционных затрат. Кроме того, компрессор — это дорогая машина, в то время как эжектор гораздо проще и дешевле.

В заключение следует отметить, что машины MVR используются в крупных энергоэффективных установках, в то время как термокомпрессионные установки, как правило, ограничивают свое применение в небольших установках, где потребление энергии не является большой проблемой.

Эффективность и осуществимость этого процесса зависят от эффективности компрессионного устройства (например, воздуходувки, компрессора или парового эжектора) и коэффициента теплопередачи, достигаемого в теплообменнике, контактирующем с конденсирующимся паром и кипящим «материнским» раствором/жидкостью. Теоретически, если полученный конденсат переохлаждается , этот процесс может позволить полностью восстановить скрытую теплоту испарения , которая в противном случае была бы потеряна, если бы конечным продуктом был пар, а не конденсат; поэтому этот метод испарения является очень энергоэффективным. Процесс испарения может осуществляться исключительно за счет механической работы, обеспечиваемой компрессионным устройством.

Парокомпрессионный испаритель, как и большинство испарителей , может производить достаточно чистую воду из любого источника воды. Например, в кристаллизаторе соли типичный анализ полученного конденсата показывает типичное содержание остаточной соли не выше 50 ppm или, с точки зрения электропроводности , не выше 10 мкСм/см . Это приводит к питьевой воде, если выполняются другие санитарные требования. Хотя это не может конкурировать на рынке с обратным осмосом или деминерализацией , парокомпрессионный метод в основном отличается от них благодаря своей способности производить чистую воду из насыщенных или даже кристаллизующихся рассолов с общим содержанием растворенных твердых веществ (TDS) до 650 г/л. Две другие технологии могут производить чистую воду из источников с TDS не выше примерно 35 г/л.

По экономическим причинам испарители редко работают на источниках воды с низким TDS. Эти приложения заполняются обратным осмосом. Уже солоноватая вода, которая поступает в типичный испаритель, концентрируется еще больше. Повышенное содержание растворенных твердых веществ приводит к повышению точки кипения намного выше, чем у чистой воды. Морская вода с TDS приблизительно 30 г/л показывает повышение точки кипения менее чем на 1 К , но насыщенный раствор хлорида натрия при 360 г/л имеет повышение точки кипения около 7 К. Такое повышение точки кипения является проблемой для испарения с компрессией пара, поскольку оно увеличивает степень давления, которую должен достичь паровой компрессор для осуществления испарения. Поскольку повышение точки кипения определяет степень давления в компрессоре, оно является основным общим фактором эксплуатационных расходов.

Технология, используемая сегодня для извлечения битума из нефтеносных песков Атабаски, представляет собой метод гравитационного дренажа с интенсивным использованием пара (SAGD) с большим потреблением воды. ^[1] В конце 1990-х годов бывший инженер-атомщик Билл Хайнс из RCC Thermal Products компании General Electric Company придумал испарительную технологию, называемую падающей пленкой или механическим паровым компрессионным испарением. В 1999 и 2002 годах объект MacKay River компании Petro-Canada был первым, кто установил в 1999 и 2002 годах системы GE SAGD с нулевым сбросом жидкости (ZLD), использующие комбинацию новой испарительной технологии и системы кристаллизатора, в которой вся вода рециркулировалась, и только твердые частицы сбрасывались за пределы площадки. ^[1] Эта новая испарительная технология начала заменять старые методы очистки воды, используемые на объектах SAGD, которые включали использование теплого известкового смягчения для удаления кремния и магния и слабокислотного катионного ионообмена, используемого для удаления кальция . ^[1] Процесс испарения с компрессией пара заменил парогенераторы прямого действия (OTSG), традиционно используемые для производства пара. OTSG обычно работали на природном газе , который в 2008 году стал все более ценным. Качество воды испарителей в четыре раза лучше, что необходимо для барабанных котлов. Испарители, в сочетании со стандартными барабанными котлами, производят пар, который более «надежен, менее затратен в эксплуатации и менее водоемок». К 2008 году около 85 процентов объектов SAGD в нефтяных песках Альберты приняли испарительную технологию. «SAGD, в отличие от других термических процессов, таких как циклическая паровая стимуляция (CSS), требует 100-процентного пара высокого качества». ^[1]

• Система сжатого пара Cristiani
• Slingshot (система паровой дистилляции)
• Парокомпрессионное охлаждение
• Парокомпрессионное опреснение