1.3. Технологический расчет.

Задание. Рассчитать установку для концентрирования 5,56 кг/с водного раствора СаCl₂ от концентрации 0,8 % до 3,2 % (масс.). Концентрирование провести обратным осмосом. Потери соли с пермеатом не должны превышать 10 % от ее количества, содержащегося в исходном растворе.

Исходные данные:

L_н=5,56 кг/с;

х_н=0,8% (масс.);

х_к=3,2% (масс.);

Δр=5Мпа;

t=25˚C

Расчет:

Для рассматриваемого случая

Тогда

Рассчитываем истинную селективность для мембраны МГА-100:

Аналогичным образом определим истинную селективность для остальных мембран. Получим:

Мембрана	МГА-100	МГА-95	МГА-90	МГА-80
φи	0,993	0,977	0,945	0,814

Приняв в первом приближении, что наблюдаемая селективность равна истинной, определим среднюю концентрацию растворенного вещества в пермеате. Расчет начнем с наиболее производительной мембраны МГА-80:

Полученное значение больше допустимого (10%), поэтому рассмотрим следующую по удельной производительности мембрану – МГА-90:

Это значение находится в пределах допустимого, поэтому выбираем для дальнейших расчетов мембрану МГА-90, имеющую селективность поCaCl₂φ_и=0,945 и удельную производительность по водеG₀=3,0·10^-3кг/(м²·с).

2. Технологическая схема установки для концентрирования растворов с применением обратного осмоса.

Рис. 8.

1 - емкость для исходного раствора. 2 - насос низкого давления; 3 - фильтр; 4 - насос высокого давления; 5 - аппараты обратного осмоса; 6 - теплообменник, 7 - выпарной аппарат; 8 – емкость для упаренного раствора.

3. Технологическая и экономическая оценка рассматриваемого оборудования.

Совершенствование процесса опреснения и снижение затрат на выработку воды прежде всего направлено на уменьшение расходов энергии. Анализ эффективности схем различных способов опреснения, работающих на морской воде одинакового качества, показывает, что расход энергии для них неодинаков. В то же время каждый из способов в зависимости от параметров процесса, конструкции опреснителя, компоновки схемы, утилизации отработанной энергии имеют различные значения ее потребления.

На опреснение термической дистилляцией эти затраты складываются из ее потребления в головном подогревателе, ступенях установки, парокомпрессионной и эжекционной схемах.

Тепловая экономичность поэтому зависит как от технологических, так и от конструктивных факторов. Ее определяют число ступеней установки, которое должно быть оптимальным, располагаемый теплоперепад, гидродинамика потоков и интенсивность теплообмена, способ водоподготовки.

Сопоставить опреснители дистилляционного типа и получить достоверные данные по их эффективности довольно сложно, так как это связано с конструктивным различием установок принципом организации процесса, одно- или многоцелевым назначением, стоимостью тепловой, электрической энергии и топлива. Тепловую эффективность принято выражать коэффициентом так называемой относительной выработки (коэффициентом продуктивности), который определяется как отношение количества произведенного дистиллята к затраченным теплоте или греющему пару. В последнее время в целях сравнения различных способов опреснения и дистилляционных установок введен коэффициент энергетической эффективности η_э. Он характеризует отношение произведенной пресной воды на каждые 1000 кДж затраченной энергии топлива. Этот показатель в отличие от относительной выработки, рассчитанной по количеству теплоты, вводимой на головном подогревателе или на первой ступени, учитывает ее расход на эжектор, приводы насосов, т.е. все затраты топлива на получение первичной энергии.

Несмотря на наличие, однозначно влияющих показателей, приводимые данные следует принимать как ориентировочные, позволяющие относительно судить об экономических достоинствах рассматриваемых схем. Наиболее правомерно производить сравнение дистилляционных и других установок по однофункциональному признаку с последующим анализом показателей различных типов.

В методике экономической оценки процесса опреснения нашел использование термодинамический (эксергетический) анализ в сочетании со стоимостными затратами, что позволило более строго определять стоимость производимой установками воды.

В 1993 г. опреснительными установками всех типов в Мире произведено 1891000м³/сут пресной воды, это на 22% выше, чем в 1980 г.

Количество пресной воды произведенной в 1992/93 гг. установками мгновенного вскипания в этом объеме 55.2% (против 28.3%) в 1990/91гг., обратноосмотическими 33.6% (46.4%), тонкопленочными с компрессией вторичного пара 3.8% (8.4%) и 7.4%- электродиализными. Такое распределение позволяет сказать, что наблюдавшийся большой интерес к установкам обратного осмоса, как обещавший более низкие энергозатраты и стоимость получаемой воды не вполне оправдал себя. Достаточно отметить, что большинство фирм, производящих мембранные модули не сумели достичь их высокой эксплуатационной надежности и низкой стоимости.

В установках, где опресняется морская вода, преобладают модули фирмы «Дюпон» (48.7%) и «Тойобо» (36.9%). За десять лет лидерство установок мгновенного вскипания-3.1%,в то время как обратно-осмотических-2.4%. Доля остальных установок в производстве пресной воды из морской незначительна, что во многом объясняется стоимостью производимого продукта.

Распределение опреснительных установок различного принципа действия показывает, что преобладающее значение остается за дистилляционными установками мгновенного вскипания, и если при большой производительности этот тип опреснителя имеет явные преимущества, то при потребностях в воде от 1000 до 5000м³/сут конкурентоспособным может стать обратноосмотический комплекс.

Технологическое совершенство процесса обратного осмоса, достигнутое в последние годы за счет создания мембранных модулей с высокой селективностью и высоким выходом по воде, расширяет сферу использования установок этого типа для опреснения как морской воды, так и солоноватых вод. Наиболее широко они используются при производстве воды питьевого качества и очистке промышленных стоков.