1. Рис. 10.3. Схеми одноступінчатих контактних випарних установок: а - випару в камері контактного теплообмінника; б - випару в адіабатній ступені: 1 - контактні теплообмінники; 2 - насоси; 3 - адіабатний

   Випарник

   Установки виморожування

Процес виморожування полягає в тому, що при температурі нижче температури замерзання чиста вода утворює кристали прісного льоду, а розсіл з розчиненими в ньому солями розміщується в осередках між цими кристалами. Температура замерзання розсолу завжди нижча за температуру замерзання чистої води і залежить від концентрації розчи­нених солей. Якщо зниження температури в процесі замерзання відбу­вається повільно, то утворюються порівняно грубі голчасті кристали із значно меншим вмістом розсолу, що сприяє при відстоюванні одер­жанню менш мінералізованої води. При швидкому проведенні процесу утворюються менші кристали, лід має губчасту структуру. Це усклад­нює відділення міжкристалічного розсолу і при відтаванні утворюється прісна вода, яка характеризується підвищеним вмістом солей. Ви­ходячи із цього процес виморожування проводять при режимах спо­вільненого переохолодження.

Встановлено також, що випаданню із розчину кожної солі від­повідає своя температура охолодження, наприклад - 0,15 °С для СаО;

• 0,7 °С для Иа₂80₄; - 1,91 °С для СаСО_}; - 6,0 °С для \4gSOj;

• 21,9 °С для іЧаСІ; - 55 °С для СаС1₂. Якщо в розчині знаходиться не одна сіль, а декілька, то температура замерзання такого розчину буде нижча. Наприклад, розчин Иа80₄ в присутності інших солей має темпе­ратуру замерзання не 0,7, а - 8,2 °С.

Різницю між температурою замерзання чистого розчину ї_} і розчину ґ₃ називають пониженням температури замерзання розчину (Аі₃ = = /' - Із). Пониження температури замерзання для розбавлених розчинів неелектролітів пропорційне концентрації розчину:

АЦ=Кт, (10.6)

де К - кріоскопічна константа розчину, залежить тільки від природи розчину (але не розчиненої речовини), для води К = 1,85; т - моле­кулярна концентрація.

Виморожування можна проводити під вакуумом або з допомогою спеціального холодильного агента. Найбільш розповсюдженими холо­дагентами є аміак, діоксид вуглецю, бутан, пропан, ізобутан, хладони (ССІ^з, СС1₃Р, ССІР₃) і їх оксиди.

Витрати електроенергії на деяких установках становлять 10-12 кІЗт • год/м³ [32].

Холодильні агенти повинні мати наступні якості: не змішуватися з водою, що опріснюється, та не бути токсичними речовинами (важливо при контактному виморожуванні); мати досить велику температуру пароутворення, щоб при заданій холодопродуктивності в системі цир­кулювала менша кількість холодоагента; мати невеликий обсяг при температурі випару та відповідному тиску; мати малу в’язкість

щоб уникнути великих гідравлічних втрат у холодопроводах; відрізнятися малою корозійною активністю стосовно конструкційних матеріалів, а також хімічною стійкістю; бути доступними і мати невисоку вартість.

1. Кристалогідрати! установки

Кристалогідратний процес складається з концентрування стічної води з застосуванням гідратоутворюючого агента М (пропан, хлор, хладони, діоксид вуглецю тощо) та утворення кристалогідратів, що мають формулу МпН₂0. При переході молекул води в кристалогідрати концентрація розчинених речовин у воді підвищується. При плавленні кристалів утворюється вода, з якої виділяються пари гідратоутворю­ючого агента. Процес гідратоутворення може проходити при темпе­ратурі нижче та вище температури навколишнього середовища. У першому випадку необхідне застосування холодильних установок, у другому - ні. Чиста вода може бути отримана за схемою, зображеною на рис. 10.8.

Рис. 10.8. Схема установки для очищення води методом гідратоутворення: 1 - сепаратор; З - камера плавлення; 4 - ємність; 5 - насос;

6 - конденсатор; 8 - камера гідратоутворення

Стічну воду подають у камеру помпою під тиском, при якому відбувається гідратоутворення. У камеру одночасно іншою помпою подається теплоносій та гідратоутворююча речовина. Теплоносій є розчинником для гідратоутворюючої речовини. У камері забезпечу­ється безпосередній контакт стічної води та теплоносія, у процесі якого відбувається утворення твердих гідратів.

Сконцентровану стічну воду відводять з камери, а теплоносій, що містить гідрати, надходить у камеру плавлення, де відбувається руй­нування кристалогідратів за рахунок тепла, що виділяється в процесі гідратоутворення. З камери чиста вода, теплоносій і гідратоутворююча речовина надходять у сепаратор, у якому відбувається їхній поділ. Чисту воду відводять, а теплоносій і пара гідратоутворюючої речовини надходять у конденсатор, де вони конденсуються, і конденсат разом з теплоносієм надходить у камеру для повторного використання.

Як теплоносії можуть бути використані метан, етан, пропан, бутан і ін.

Переваги виморожуючих і кристалогідратних установок опріснення і концентрування: низька витрата енергії (приблизно 9-12 квт-год/м³); можливість знешкодження вод різного складу; відсутність утворення накипу на стінках апаратів;

знижена корозія устаткування. Недоліки: необхідність застосування дорогих теплоносіїв і ускладнення в зв’язку з цим технологічних схем установок; невисокий ступінь концентруван­ня розчинів через труднощі поділу кристалів льоду та укрупнення суспензії; підвищення витрати енергії з ростом ступеня концентрування внаслідок зниження температури замерзання при збільшенні концент­рації розчину.

Ці методи не знайшли широкого використання в промисловості.