Обменник давления - Википедия - Pressure exchanger

Схема роторного теплообменника давления. А: Сторона высокого давления, B: Сторона низкого давления, C: Вращение ротора, D: Запечатанная область, 1: Поступление сбросной воды под высоким давлением, 2: Морская вода под давлением, 3: Приток морской воды низкого давления, 4: Слив отработанной воды низкого давления,   : Отбросить воду / концентрат,   : Поршень / барьер,   : Морская вода

А обменник давления передает давление энергия от потока текучей среды высокого давления к потоку текучей среды низкого давления. Многие промышленные процессы работают при повышенном давлении и имеют потоки отходов под высоким давлением. Одним из способов обеспечения текучей среды под высоким давлением для такого процесса является передача давления отходов в поток низкого давления с использованием теплообменника давления.

Одним из особенно эффективных типов теплообменников давления является роторный теплообменник давления. Это устройство использует цилиндрический ротор с продольными каналами, параллельными его оси вращения. Ротор вращается внутри гильзы между двумя торцевыми крышками. Энергия давления передается непосредственно от высокое давление поток к потоку низкого давления в каналах ротора. Некоторая жидкость, которая остается в каналах, служит барьером, препятствующим смешиванию потоков. Это вращательное действие похоже на движение старомодного пулемета, стреляющего пулями высокого давления, и оно постоянно пополняется новыми. жидкость картриджи. Каналы ротора заряжаются и разряжаются по мере повторения процесса передачи давления.

Производительность теплообменника давления измеряется эффективностью процесса передачи энергии и степенью смешивания между потоками. Энергия потоков является произведением их объемов потока и давления. Эффективность - это функция перепада давления и объемных потерь (утечек) через устройство, вычисленных по следующему уравнению:

где Q - расход, P - давление, L - поток утечки, HDP - перепад высокого давления, LDP - перепад низкого давления, индекс B относится к подаче низкого давления в устройство, а индекс G относится к подаче высокого давления в устройство устройство. Смешивание зависит от концентраций компонентов во входных потоках и соотношения объемов потока в устройстве.

Обратный осмос

Схема обратный осмос система (опреснение) с помощью теплообменника. 1: Приток морской воды, 2: Расход пресной воды (40%), 3: Поток концентрата (60%), 4: Расход морской воды (60%), 5: Концентрат (слить), А: Расход насоса высокого давления (40%), B: Циркуляционный насос, C: Осмосная установка с мембраной, D: Обменник давления

Одним из приложений, в котором широко используются обменники давления, является обратный осмос (RO). В системе обратного осмоса теплообменники используются в качестве восстановление энергии устройства (ERD). Как показано, концентрат высокого давления с мембран [C] направляется [3] в ERD [D]. ERD использует этот поток концентрата высокого давления для создания давления в потоке морской воды низкого давления (поток [1] ​​становится потоком [4]), который затем сливается (с помощью циркуляционного насоса [B]) в поток с самым высоким давлением. поток морской воды, создаваемый насосом высокого давления [A]. Этот объединенный поток питает мембраны [C]. Концентрат покидает ERD под низким давлением [5], вытесняемый входящим потоком питательной воды [1].

Обменники давления экономят энергию в этих системах за счет снижения нагрузки на высокое давление. насос. В морской воде RO Система работает с 40% регенерации мембранной воды, ERD обеспечивает 60% потока питающей мембраны. Циркуляционный насос потребляет энергию, однако, поскольку этот насос просто циркулирует и не нагнетает воду под давлением, его потребление энергии практически ничтожно: менее 3% энергии, потребляемой насосом высокого давления. Таким образом, почти 60% питающего потока мембраны находится под давлением без подвода энергии.

Восстановление энергии

Морская вода опреснение растения производят питьевую воду в течение многих лет. Однако до недавнего времени опреснение использовалось только в особых случаях из-за высокого энергопотребления этого процесса.[нужна цитата ]

В ранних проектах опреснительных установок использовались различные технологии выпаривания. Наиболее продвинутыми являются многоступенчатая флэш-дистилляция испарительные опреснители морской воды, которые используют несколько ступеней и потребляют более 9 кВтч на кубический метр производимой питьевой воды. По этой причине большие опреснители морской воды изначально строились в местах с низкими энергозатратами, например на Ближнем Востоке, или рядом с технологическими установками с доступным отходящим теплом.

В 1970-х годах был разработан процесс обратного осмоса морской воды (SWRO), который позволял получать питьевую воду из морской воды, подвергая ее воздействию высоких температур. давление через плотную мембрану, отфильтровывая соли и примеси. Эти соли и примеси выводятся из устройства SWRO в виде концентрированного солевого раствора в непрерывном потоке, который содержит большое количество энергии высокого давления. Большую часть этой энергии можно восстановить с помощью подходящего устройства. Многие первые станции SWRO, построенные в 1970-х и начале 1980-х годов, потребляли энергии более 6,0 кВтч на кубический метр производимой питьевой воды из-за низкой производительности мембраны, ограничений по перепаду давления и отсутствия устройств рекуперации энергии.

Примером применения двигателя с обменом давления является производство питьевой воды с использованием мембранного процесса обратного осмоса. В этом процессе солевой раствор закачивается в мембранную матрицу под высоким давлением. Затем поступающий солевой раствор разделяется мембранной решеткой на суперсолевой раствор (рассол) под высоким давлением и питьевую воду под низким давлением. Хотя рассол под высоким давлением больше не используется в этом процессе в качестве жидкости, энергия давления, которую он содержит, имеет большое значение. Двигатель с обменом давления используется для восстановления энергии давления в рассоле и передачи ее питающему солевому раствору. После передачи энергии давления в потоке рассола рассол вытесняется под низким давлением в дренаж.

Почти все установки обратного осмоса эксплуатируемые для опреснения морской воды с целью производства питьевой воды в промышленных масштабах, оснащены системой рекуперации энергии на основе турбин. Они активируются концентратом (рассолом), покидающим установку, и передают энергию, содержащуюся в высоком давлении этого концентрата, обычно механически, насосу высокого давления. В теплообменнике под давлением энергия рассола передается гидравлически.[1][2] и с эффективностью примерно 98% на корм.[3] Это значительно снижает потребность в энергии для процесса опреснения и, следовательно, эксплуатационные расходы. Это приводит к экономичному использованию энергии, срок амортизации для таких систем варьируется от 2 до 4 лет в зависимости от места эксплуатации.

Снижение затрат на электроэнергию и капитальные затраты означает, что впервые в мире появилась возможность производить питьевую воду из морской воды по цене ниже 1 доллара за кубический метр во многих местах по всему миру. Хотя стоимость может быть немного выше на островах с высокими затратами на электроэнергию, ПЭ может быстро расширить рынок опреснения морской воды.

За счет применения системы обмена давлением, которая уже используется в других областях, значительно повышается эффективность рекуперации энергии обратный осмос системы могут быть достигнуты, чем с использованием реверсивных насосов или турбин. Система обмена давлением подходит, прежде всего, для более крупных установок, т.е. ≥ 2000 м3 / сут добыча пермеата.

Смотрите также

  • Ричард Стовер, была пионером в разработке устройства рекуперации энергии, которое в настоящее время используется на большинстве опреснительных установок обратного осмоса

Рекомендации

  1. ^ НЕТ 870016, Лейф Дж. Хауге 
  2. ^ Патент США 4887942, Лейф Дж. Хауге, "Обменник давления для жидкостей", выпущенный 2 сентября 1988 г. 
  3. ^ Система обратного осмоса