На фиг. 1 показана предлагаемая установка; на фиг. 2 рамка камеры для циркуляции охлаждающей жидкости в аксонометрии.
На фиг. 3 рамка камеры для циркуляции горячего раствора в аксонометрии; на фиг. 4 сечение А-А на фиг. 2.
На фиг. 5 и 6 модуль установки в разобранном виде с элементами, изображенными в аксонометрии.
На фиг. 7 график зависимости производительности модуля от входной температуры потока горячего раствора; на фиг. 8 график зависимости температур выходящих из установки потоков горячего раствора, охлаждающей жидкости и дистиллята при организации параллельной циркуляции теплоносителя от температуры потока горячего раствора.
Камера 2 для циркуляции горячего раствора содержит рамку 15 с полостью 16, закрытой с обеих сторон гидрофобной микропористой мембраной 17. Полость 16 разделена продольной перегородкой 18 на две полуячейки 19 и 20, соединенные каналом 21, размещенным противоположно каналу 10 в камере 1 охлаждающей жидкости. В рамке 15 имеются отверстия 22 и 23 для подвода и отвода горячего раствора, связанные с помощью каналов 24 и 25 соответственно с полуячейками 19 и 20. Продольная перегородка 18 для турбулизации проходящего вдоль нее потока горячего раствора может быть снабжена поперечными перегородками 26, размещенными на ее плоскостях в шахматном порядке. Камера 3 для сбора дистиллята образована из рамки 27, контур которой герметично соединен с одной стороны с водонепроницаемой теплопроводной стенкой 6, а с другой с гидрофобной микропористой мембраной 17. В рамке 27 имеются отверстия 28 для отвода дистиллята. Для организации движения потоков горячего раствора и охлаждающей жидкости в водонепроницаемой теплопроводной стенке 6, рамке 4, рамке 27, гидрофобной микропористой мембране 17 и рамке 15, являющихся конструктивными элементами, из которых в соответствии с технологическим процессом собирается модуль, выполнены отверстия, образующие каналы для подвода и отвода горячего раствора, подвода и отвода охлаждающей жидкости, а также отвода дистиллята. Канал для циркуляции горячего раствора в модуле образован отверстиями 29, 30, 31, 32 и 22 (фиг. 5), каналом 24 (фиг. 3), полуячейкой 20, каналом 21, полуячейкой 19 (фиг. 1), каналом 25 (фиг. 3), отверстиями 23, 33 (фиг. 5), 34, 35, 36 и 37 (фиг. 6). Канал для циркуляции охлаждающей жидкости в модуле образован отверстиями 38 и 11 (фиг. 6), каналом 13 (фиг. 4), полуячейкой 8, каналом 10, полуячейкой 9 (фиг. 1 и 4), каналом 14 (фиг. 4), отверстиями 12, 39, 40 (фиг. 6), 41, 42, 43, 44, 45, 11 (фиг. 5), каналом 13 (фиг. 4), полуячейкой 8, каналом 10, полуячейкой 9 (фиг. 1 и 4), каналом 14 (фиг. 4), отверстиями 12 и 46 (фиг. 5). Канал для отвода дистиллята из модуля образован отверстиями 47, 48, 49 и 28, полостью камеры 3, отверстиями 28, 50, 51, 52 (фиг. 5), 28, полостью камеры 3, отверстиями 28, 53, 54 и 55 (фиг. 6). МОДУЛЬ РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМПоток I подлежащего обработке горячего раствора из нагревателя (не показан) через отверстия 29-32 (фиг. 5), образующие канал подвода горячего раствора, поступает в отверстие 22 (фиг. 5) и через канал 24 (фиг. 3) в полуячейку 19. Омывая продольную перегородку 18 через канал 21 поток I попадает в полуячейку 20, а оттуда через канал 25 (фиг. 3), отверстия 23, 33 (фиг. 5), 34, 35, 36 и 37 (фиг. 6), образующие канал отвода горячего раствора, поступает в следующую камеру 2 для циркуляции горячего раствора и так последовательно проходит через каждую камеру 2, имеющуюся в установке. Поток II охлаждающей жидкости, в качестве которой в рассматриваемом примере используется охлажденный раствор, подлежащий обработке, с противоположного конца модуля через отверстия 38 и 11 (фиг. 6) и канал 13 (фиг. 4), образующие канал подвода охлаждающей жидкости, поступает в полуячейку 9, омывает продольную перегородку 7 и через канал 10 попадает в полуячейку 9. Из полуячейки 9 охлаждающая жидкость через канал 14 (фиг. 4), отверстия 12, 39, 40 (фиг. 6), 41-45 (фиг. 5), образующие одновременно канал отвода охлаждающей жидкости из одной камеры 2 модуля и канал подвода ее в следующую камеру 2, попадает в отверстие 11 следующей камеры 2 модуля и оттуда через канал 13 (фиг. 4) попадает в ее полуячейку 8, омывает перегородку 7, чеpез канал 10 поступает в полуячейку 9 и оттуда через канал 14 (фиг. 4) и отверстия 12 и 46 (фиг. 5) в каждую следующую камеру 2 для циркуляции охлаждающей жидкости, имеющуюся в установке. Поток охлаждающей жидкости, проходя камеpу 1, охлаждает водонепроницаемую теплопроводную стенку 6, отделяющую камеру 1 от камеры 3 сбора дистиллята. При прохождении потока горячего раствора через камеру 2 происходит перенос паровой фазы чеpез мембрану 17 в камеру 3. Паровая фаза при соприкосновении с холодной стенкой 6 конденсируется, образуя дистиллят, который в виде готового продукта (на чертежах поток дистиллята обозначен римской цифрой III) выводится из установки. На представленном модуле поток III выводится через отверстия 47, 48, 49, 28, полость камеры 3, отверстия 28, 50, 51, 52 (фиг. 5), 28 и затем, соединяясь с потоком III дистиллята из следующей камеры 3 через отверстие 28, имеющееся на противоположном конце камеры 3, проходит через отверстия 53, 54 и 55 (фиг. 6), образующие канал отвода дистиллята. Направление движения потоков теплоносителя и дистиллята на чертежах показано стрелками. Наличие поперечных перегородок 26 на плоскостях перегородки 18 позволяет при движении потока горячего раствора вдоль полуячеек 19 и 20 создать турбулизацию потока и благодаря этому повысить эффективность переноса паровой фазы через мембрану 17. Это достигается следующим образом. Поток горячего раствора, попадая в полуячейки 19 и 20, поперечными перегородками 26 разбивается на несколько потоков, протекающих вдоль каналов между поперечными перегородками 26. Так как поперечные перегородки 26 расположены в шахматном порядке, то каждый новый поток вновь встречает препятствие и также разбивается на новые потоки. При этом происходит образование вихрей в горизонтальном направлении. Зазор, имеющийся между поперечной перегородкой 26 и мембраной 17, позволяет образоваться еще одному потоку горячего раствора и создает турбулизацию в вертикальном направлении. Так достигаются условия, обеспечивающие максимальный контакт протекающего потока горячего раствора с гидрофобной микропористой мембраной, следствием чего являются повышение производительности и обеспечение максимальной рекуперации тепла. Проведены испытания с использованием известной организации параллельной циркуляции теплоносителей и предлагаемой организации последовательной циркуляции теплоносителей в модуле для мембранной дистилляции. Результаты испытаний представлены на фиг. 7-9. Сравним графики изменения температур выходящих из модуля потоков горячего раствора, охлаждающей жидкости и дистиллята при параллельной циркуляции теплоносителей (фиг. 8) и при организации последовательной циркуляции теплоносителей (фиг. 9). На графиках приняты обозначения: Тн температура горячего потока; Тх температура охлаждающей жидкости; Тд температура дистиллята. Общим в обоих случаях является одинаковая объемная скорость потоков, а также температура охлаждающей жидкости, входящей в модуль, равная в обоих примерах 10оС и температура потока горячего раствора, равная 50, 60 и 70оС (на графиках не показано). Как видно из графика на фиг. 8, температура Тн горячего раствора, выходящего из модуля, при организации параллельной циркуляции составляла Тн1= 32оС, Тн2=36оС и Тн3=42оС, а при организации последовательной циркуляции Тн равнялась соответственно Т'н1=28оС, Т'н2=32оС, Т'н3=36оС (фиг. 9). При этом температура Тх выходящего потока при организации параллельной циркуляции равнялась Тх1=31оС, Тх2=35оС, Тх3=40оС (фиг. 8), а при организации последовательной циркуляции Т'х1=36оС, Т'х2=42оС и Т'х3=46оС (фиг. 9). Указанная разница в температурах выходящих из модуля потоков теплоносителей объясняется тем, что при организации параллельной циркуляции в известной установке поток горячего раствора проходит отрезок пути, равный длине камеры, и, не успевая отдать максимум тепла потоку охлаждающей жидкости, покидает камеру, имея достаточно высокую температуру. Однако это тепло, уносимое выходящим потоком, в дальнейшем мембранном процессе участия не принимает, что является фактической потерей тепла. При организации последовательной циркуляции потока теплоносителей покидают модуль, пройдя через все камеры, входящие в его состав, постепенно отдавая свое тепло. При этом тепло используется наиболее эффективно. Что касается температуры Тд выходящего потока дистиллята, то, как видно из фиг. 8, она составляет Тд=24оС, Тд2=26оС, Тд3=27оС, а при организации последовательной циркуляции теплоносителей (фиг. 9) она составляет соответственно Т'д1=22оС, Т'д2=23оС, Т'д3=24оС, что свидетельствует о том, что количество тепла, уносимое дистиллятом, в предлагаемой установке также меньше. Таким образом, в предлагаемой установке создаются лучшие условия теплообмена, в результате чего производительность установки повышается не менее чем на 30% что хорошо видно из графика, представленного на фиг. 7, где кривая, обозначенная I2, показывает, как меняется производительность установки в зависимости от входной температуры Тн горячего раствора при организации параллельной циркуляции теплоносителей, а кривая, обозначенная I1 при организации последовательной циркуляции теплоносителей. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. УСТАНОВКА ДЛЯ МЕМБРАННОЙ ДИСТИЛЛЯЦИИ, содержащая камеры для циркуляции охлаждающей жидкости, стенки которых выполнены из водонепроницаемого теплопроводного материала, камеры для циркуляции горячего раствора, стенки которых являются гидрофобными микропористыми мембранами, расположенные между ними камеры для сбора дистиллята, одной из стенок которых является водонепроницаемая теплопроводная стенка соседней камеры для циркуляции охлаждающей жидкости, а другой стенкой является гидрофобная микропористая мембрана соседней камеры для циркуляции горячего раствора, а также каналы для подвода и отвода охлаждающей жидкости, каналы для подвода и отвода горячего раствора и канал для отвода дистиллята, отличающаяся тем, что камера для циркуляции охлаждающей жидкости и камеры для циркуляции горячего раствора снабжены продольными перегородками, разделяющими их на две полуячейки, соединенные каналом, при этом каналы подвода и отвода охлаждающей жидкости, полуячейки, соединяющие их каналы всех камер для циркуляции охлаждающей жидкости последовательно сообщены между собой посредством единого канала, а каналы подвода и отвода горячего раствора, полуячейки, соединяющие их каналы всех камер для циркуляции горячего раствора последовательно сообщены между собой посредством единого канала. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что продольные перегородки,разделяющие камеры для циркуляции горячего раствора на две полуячейки, снабжены поперечными перегородками, размещенными на их плоскостях в шахматном порядке. Версия для печати |