1 / 50

DESTILACIJSKI UREĐAJI

SVEUČILIŠTE U RIJECI TEHNIČKI FAKULTET. DESTILACIJSKI UREĐAJI. Brodski sistemi, pomoćni strojevi i uređaji. Općenito :. Destilacijski uređaji se na brodovima koriste za proizvodnju slatke vode iz morske vode

jerom
Download Presentation

DESTILACIJSKI UREĐAJI

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. SVEUČILIŠTE U RIJECITEHNIČKI FAKULTET DESTILACIJSKI UREĐAJI Brodski sistemi, pomoćni strojevi i uređaji

  2. Općenito: • Destilacijski uređaji se na brodovima koriste za proizvodnju slatke vode iz morske vode • Kod brodova na vesla i jedra, slatka se voda uzimala s kopna, a bila je namijenjenaza životne potrebe putnika i posade • S pojavom parnih brodova povećala se potreba za slatkom vodom – generatori pare glavni potrošači pare • Budući da je za smještaj zaliha vode potreban veliki prostor, na brodovima je već u XVIII stoljeću počela ugradnja uređaja pomoću kojih se iz morske proizvodila slatka voda • Za dobivanje slatke vode iz morske, danas su na raspolaganju razni postupci, no najčešće korišten postupak je destilacija morske vode

  3. Općenito: • Potrošnja vode: • kod suvremenih parno-turbinskih postrojenja 0,55 – 1,35 t / 1000 kW • kod dizel-motornih pogona 0,2 – 0,3 t / 1000 kW • Voda za piće mora udovoljavati strogim zahtjevima: • mora biti potpuno prihvatljiva za ljudski organizam • mora biti bistra • ne smije imati neugodan miris i okus • ne smije sadržavati veću količinu organskih tvari i bakterija od dopuštene Potrebna količina vode za posadu na brodovima se procjenjuje na 40 – 60 litara/dan (piće, kuhanje, umivanje, itd.)

  4. Destilacija morske vode - princip Molekule vode se izdvajaju iz morske vode njenim isparavanjem. Isparavanje se odvija s površine morske vode izložene izvoru topline. Grupe molekula vode koje skupe dovoljno energije napuštaju morsku vodu i odlaze iznad nje u tzv. parni prostor. Ioni soli s molekulama koje ih okružuju ne mogu skupiti potrebnu energiju za isparavanje i ostaju u rastvoru. Površina isparavanja predstavlja svojevrsnu membranu kroz koju molekule vode prolaze dok ioni soli ne prolaze.

  5. Destilacijski uređaj – princip rada 1. isparivač 5. napojni regulator a) zagrijana voda ili para 2. grijač 6. kondenzator b) rashladna voda 3. pumpa za odvođenje rasoline 7. pumpa za odvod destilata c) rasolina 4. separator 8. rashladna pumpa d) destilat Principijelna shema destilacijskog uređaja

  6. Destilacijski uređaj – princip rada Morska voda se zagrijava i djelomično isparava u isparivaču (1). Toplina za isparavanje se oduzima od pare ili tople vode u grijaču (2). U isparivaču obično ispari 20 - 50 % vode koja se u njemu nalazi. Neispareni dio ili rasolina, odstranjuje se pumpom za odvođenje rasoline (3). Para proizvedena u isparivaču se odvodi u kondenzator (6) gdje se uz pomoć rashladne vode kondenzira. Dobiveni kondenzat je destilat. Neispareni dio (rasolina) se odstranjuje pumpom za odvođenje rasoline (3). Voda za hlađenje kondenzatora se dovodi rashladnom pumpom (8). Dio ove vode se odvodi za napajanje isparivača preko napojnog regulatora (5). U gornjem dijelu isparivača postavljen je separator (4) koji sprječava da para sa sobom ponese čestice vode.

  7. Destilacijski uređaj – princip rada Količina soli u destilatu pri jednokratnom isparavanju morske vode iznosi 0,25 - 1,5 mg/l Masa uređaja za kapacitet 20 - 30 t/dan iznosi 0,12 - 0,17 tona po toni dnevnog kapaciteta Volumen uređaja za srednje kapacitete iznosi 0,20 - 0,30 m3 po toni dnevnog kapaciteta Toplina potrebna za isparavanje ovisi o tlaku pod kojim se nalazi voda u isparivaču. Taj tlak može biti mali pretlak do 0,7 bar ili podtlak 0,2 bar apsolutno. Isparivači morske vode koji rade s podtlakom povoljniji su utoliko jer rade pri nižim temperaturama čime se smanjuje taloženje soli na cijevima grijača. Taloženje započinje pri temperaturi od 50 - 60 °C kojoj odgovaraju vrlo niski apsolutni tlakovi od 0,12 - 0,2 bar, odnosno vakuum od 88 - 80%. Pri destiliranju morske vode, koja obično ima 3,2 % soli, dopušta se najveća koncentracija soli u preostaloj vodi od 6 - 7 %.

  8. Osnovni zahtjevi Destilacijski uređaj mora proizvoditi destilat visoke kvalitete kojim se mogu napajati suvremeni brodski vodocijevni generatori pare s uskim cijevima i visokim toplinskim opterećenjem ogrjevnih površina Uređaj treba biti male težine i dimenzija te imati veliki kapacitet Kapacitet uređaja treba ostati konstantan tijekom cijelog vremena pogona Uređaj treba imati što viši stupanj djelovanja

  9. Uvjeti za dobivanje destilata visoke kvalitete • Primjese koje umanjuju kvalitetu destilata mogu doći u kondenzator na dva načina: • parom • kroz nepropusne spojeve kondenzatora Ako su spojevi kondenzatora ispravni, onda kvaliteta destilata ovisi o kvaliteti proizvedene pare u isparivaču. Ako je para koja se stvara u isparivaču vlažnija, onda će ona ponijeti sa sobom veću količinu soli zbog čega se dobiva destilat lošije kvalitete. Tijekom isparavanja mjehurići pare prilikom isplivavanja sijeku i uzburkavaju površinu isparavanja. Krupni mjehurići stvaraju na površini tekućine polukugle koje pri rasprskavanju izbacuju kapljice tekućine u parni prostor čime povećavaju vlažnost pare. Veća brzina i učestalost otkidanja mjehurića pare stvara burno vrenje, pri čemu se stvara pjena na površini tekućine. Uslijed burnog vrenja vlažnost pare se također povećava.

  10. Uvjeti za dobivanje destilata visoke kvalitete • Kvaliteta destilata može se poboljšati na nekoliko načina: • dovoljnom udaljenošću površine isparavanja i odvodne cijevi pare • uporabom mehaničkih separatora • uporabom toplinskih isušitelja Kod većine separatora vlaga iz pare se izdvaja pomoću centrifugalne sile koja nastaje pri nagloj promjeni pravca gibanja struje pare ili pomoću inercijalnih sila koje djeluju pri naglom usporenju struje pare.

  11. Separatori isparivača destilacijskih uređaja a) Separatori s ravnim odbojnim štitovima - jednostavna konstrukcija - učinkovitost nije visoka i ne ugrađuju se za dobivanje napojne vode za generatore pare b) Separatori s punjenjem - imaju filter s velikim brojem porculanskih prstenova - dobar učinak izdvajanja pare postiže se pri malim brzinama strujanja pare c) Centrifugalni separatori - para struji kroz spiralne kanale - ostatak vlage u pari je relativno velik

  12. Separatori isparivača destilacijskih uređaja d) Separatori s koncentričnim odbojnim štitovima - relativno neučinkoviti - imaju teškoća pri odvodu kondenzata iz separatora e) Separatori s krilnim rešetkama (žaluzinama) - najčešće se susreću kod suvremenih isparivača - zakrivljeni kanali osiguravaju turbulencije i pojavu centrifugalne sile f) Spiralni separatori - često se susreću kod suvremenih isparivača - para prolazi kroz kratke spiralne kanale pri čemu vlaga ostaje na stijenkama separatora

  13. Separatori isparivača destilacijskih uređaja g) Labiritni separatori - primjenjuju se kod okomitih i vodoravnih isparivača - relativno slaba učinkovitost h) Ciklički separatori - primjena kod isparivača gdje se stvara jako vlažna para - vlažnost pare i poslije separacije ostaje relativno velika

  14. Separatori isparivača destilacijskih uređaja Kod svih vrsta uređaja pokazalo se da je sušenje pare dobar postupak. Dobri rezultati se postižu postavljanjem gornjih cijevi grijača iznad razine vode čime toplina prelazi direktno na paru i suši je. Ovaj postupak je neučinkovit pri burnom vrenju jer se razina vode podigne i prekrije cijevi. • Na temelju gore navedenoga, može se zaključiti da je za dobivanje kvalitetnog destilata potrebno: 1. Mirno vrenje vode u isparivaču koje se postiže: - malom razlikom temperature ogrjevnog medija i morske vode - održavanjem što niže slanosti u isparivaču - intenzivnom cirkulacijom u isparivaču - šahovskim rasporedom cijevi grijača zog lakšeg otkidanja mjehurića pare s ogrjevne površine 2. Stvaranje pare sa što manjom količinom vlage što se postiže: - dovoljnom visinom parnog prostora isparivača - ugradnjom separatora pare - ugradnjom toplinskih isušitelja

  15. Nastajanje taloga (kamenca) Mjehurić pare koji se stvara na ogrjevnoj površini vezan je s njom na kružnoj površini promjera a-b. Površina ovoga kruga nije oplakana vodom. Kada se volumen mjehurića pare poveća i počne nalijegati na ogrjevnu površinu po opsegu kruga promjera c-d, čitav će prstenasti dio vode biti isparen (trokuti c-a-e i b-d-f). Sve soli koje su bile rastvorene u vodi u tom volumenu nataložit će se u obliku tankog prstena na ogrjevnoj površini. Nakon što se mjehurić otkine, to mjesto prekrije okolna voda i rastvori lako rastvorljive soli. Rastvaranje teško rastvorljivih soli se odvija znatno polaganije i ne uspijeva se dovršiti do pojave novog mjehurića na istom mjestu u sljedećim slučajevima: - kada je sloj nataloženih soli dosta debeo - ako se rastvor nalazi u stanju bliskom zasićenju - ako je cirkulacija slaba - ako je vrijeme između stvaranja mjehurića vrlo kratko. Mjere koje bi trebalo poduzeti da se spriječi stvaranje taloga: - brža cirkulacija omogućuje ispiranje taloga - održavanje što niže slanosti u isparivaču - što niža temperatura u isparivaču - primjenom kemijskih sredstava

  16. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja Prema načinu isparavanja: - vrijući - adijabatski - rotacijski i - higroskopični destilacijski uređaji Prema tlaku isparavanja: - niskog tlaka (vakuum destilatori) - povišenog tlaka Prema načinu pogona: - autonomni - neautonomni - utilizacijski (najčešća izvedba)

  17. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja 1. VRIJUĆI ISPARIVAČI • sklop grijača • tijelo isparivača • kondenzator • separator • dopunski grijač napojne vode • ejektor za stvaranje vakuuma • rashladnik destilata (grijač napojne vode) Voda isparava po čitavom volumenu isparivača – nazivaju se i “isparivači s uronjenim grijačima” Stariji tipovi isparivača – grijači imaju oblik plosnate ili cilindrične spirale s kružnim prstenom cijevi Noviji tipovi isparivača – grijači su ravne cilindrične cijevi

  18. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja 1. VRIJUĆI ISPARIVAČI • Nedostaci: • ne mogu kontinuirano raditi duže vrijeme • cijevi grijača se brzo zaprljaju te se smanjuje predaja topline • pojavljuje se zasoljenje kondenzata pri burnom vrenju • potrebna je primjena toplinskih isušitelja i mehaničkih separatora pare Princip rada: http://www.atlas-danmark.com/AFGUsingle/default.asp

  19. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja 1. VRIJUĆI ISPARIVAČI

  20. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja Primjer spajanja više uređaja u seriju s cilje dobivanja destilata bolje kvalitete

  21. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja 2. ADIJABATSKI ISPARIVAČI • komora isparavanja • sapnica • vakuum pumpa • kondenzator • rashladna pumpa • pumpa kondenzata • napojni regulator • cirkulacijska pumpa • grijač cirkulacijske vode

  22. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja 2. ADIJABATSKI ISPARIVAČI Princip rada: • Voda se pomoću cirkulacijske pumpe (8) dovodi u komoru isparavanja (1) kroz raspršivač ili sapnicu (2). • Ukoliko u komori isparavanja vlada vakuum pri kojem je temperatura zasićenja za 5-10 °C manja od temperature vode pred sapnicom, u komori će doći do djelomičnog isparavanja cirkulacijske vode. • Prethodno se cirkulacijska voda grije u grijaču (9). Višak vode poslije cirkulacijske pumpe se odvodi izvan broda. • Para stvorena u isparivaču odlazi u kondenzator (4) u kojem vlada vakuum uspostavljen pomoću vakuum pumpe (3). • Rashladna voda se dovodi pomoću pumpe (5), od koje se jedan dio odvodi preko napojnog regulatora (7) u komoru isparavanja. Kondenzat (destilat) se iz kondenzatora odvodi pomoću pumpe (6).

  23. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja 2. ADIJABATSKI ISPARIVAČI Prednosti: • Na površini isparavanja ne pojavljuje se pjena, pa postoji manja mogućnost odnošenja soli parom. Površina isparavanja je veća pa je i kvaliteta dobivene pare tj. destilata bolja. • Stvaranje taloga na ogrjevnoj površini je malo, jer voda u isparivaču vrije. U isparivaču ne dolazi do povišenja koncentracije soli, a velika brzina vode u cijevima (~ 2 m/s) sprječava stvaranje taloga, iako stvaranje kamenca i taloga na stijenkama komore isparavanja nema utjecaja na rad isparivača i kvalitetu proizvedene pare. Da bi se povećala ekonomičnost ovih isparivača primjenjuje se višestupanjsko isparavanje. Na manjim brodovima se najviše primjenjuju dvokomorni, a izuzetno četverokomorni ili petokomorni destilacijski uređaji. Temperatura vode u prvoj komori kreće se između 65 - 85 °C

  24. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja 3. ROTACIJSKI ISPARIVAČI • cilindrično tijelo • cilindar • šuplja osovina • cijevi • strugači

  25. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja 3. ROTACIJSKI ISPARIVAČI Princip rada: • Unutar cilindričnog tijela (1) postavljen je cilindar (2) koji ima unutrašnju površinu glatku, a vanjsku rebrastu. • U prostor između tijela (1) i cilindra (2) se dovodi para. • Morska voda se dovodi u cilindar (2) preko šuplje osovine (3) i cijevi (4). • Pri okretanju osovine, strugači (5) koji su zglobno vezani za cijevi (4) raspodjeljuju vodu na površinu cilindra stvarajući opnu debljine 0,025 mm. • Strugači skidaju rasolinu koja pada na dno cilindra, dok se stvorena para odvodi preko otvora koji se nalazi na gornjem dijelu tijela isparivača.

  26. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja 3. ROTACIJSKI ISPARIVAČI Karakteristike: • Kod ovih se isparivača isparavanje vode odvija na način da se voda raspodjeljuje u tanki sloj (opnu) • Budući da je tada predaja topline od stijenke grijača puno intenzivnija, isparavanje se odvija vrlo intenzivno i ne dolazi do vrenja • Kod ovih isparivača postiže se koeficijent prijelaza topline K ≈ 6000 [W/(m2°K], što je 5 - 10 puta više nego kod običnih isparivača. To se objašnjava vrlo malim toplinskim otporom opne i oblikom vanjske površine cilindra koja je nazubljena, a pri kondenzaciji pare vrhovi grebena ostaju suhi.

  27. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja 4. HIGROSKOPSKI ISPARIVAČI • grijač • ventilator • kondenzator • pumpa • pumpa • spremnik • spremnik

  28. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja 4. HIGROSKOPSKI ISPARIVAČI Princip rada: • Zrak koji se dobavija ventilatorom (2) struji preko grijača (1). • Kroz cijevi grijača dovodi se para, a preko cijevi rasprskava se rasolina pomoću pumpe (5). • Rasolina se pri dodiru sa cijevima grijača (1) zagrijava i djelomična isparava. • Neispareni dio rasoline pada u spremnik (6), odakle se pomoću pumpe (5) ponovno šalje na cijevi grijača (1), dok para pomiješana sa zagrijanim zrakom prolazi dalje kroz uređaj. • Da bi se u spremniku (6) održala stalna koncentracija rasoline, jedan dio rasoline se prelijevanjem odvodi iz spremnika. • Zagrijani vlažni zrak se odvodi u kondenzator (3), gdje para sadržana u zraku kondenzira. Kroz cijevi kondenzatora cirkulira rashladna voda, a da bi kondenzacija bila bolja iznad cijevi kondenzatora se raspršuje hladni destilat doveden iz spremnika (7) pomoću pumpe (4). • Jedan dio destilata se slobodnim preljevom stalno odvodi iz spremnika(7). Zrak oslobođen pare se usisava ventilatorom (2) i ponovno vraća u proces.

  29. Tipovi brodskih destilacijskih uređaja 4. HIGROSKOPSKI ISPARIVAČI Karakteristike: • malo stvaranje taloga i jednostavna izvedba • nije potrebna regulacija razine • nije potrebna pumpa rasoline i kondenzata • tijelo destilatora se može izraditi od plastične mase čime se postižu izvedbe male mase

  30. 5. PRINCIPIJELNA SHEMA VAKUUM-DESTILACIJSKOG UREĐAJA KOJI KORISTI TOPLINU RASHLADNE VODE DIZELSKOG MOTORA 1. pumpa slatke vode 5. pumpa destilata 9. kućište destilatora 2. pumpa morske vode 6. mjerač protoka 10. kondenzator 3. rashladnik 7. regulator 11. isparivač 4. rashladnik ulja 8. pumpa rasoline 12. ejektor

  31. Brodski destilator morske vode

  32. Brodski destilator morske vode

  33. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Prikaz promjene troškova destilacije bočate i morske vode

  34. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Prikaz normalne i obrnute osmoze

  35. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Razlikuju se četiri vrste filtracija kroz membranu: mikrofiltracija ultrafiltracija nanofiltracija obrnuta osmoza Mikrofiltracijom se odvajaju čestice približne veličine između 0,1 do 1 mm. Pritom se odvajaju čvrste čestice i veliki koloidi dok otopljene tvari i makromolekule prolaze kroz membrane za mikrofiltraciju. Primjenjuje se za odvajanje bakterija i čestica navedene veličine. Razlika tlaka koja omogućuje prolazak kroz membranu je oko 0,7 bar.

  36. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Ultrafiltracija omogućuje odvajanje makromolekula veličine do 0,1 mm. Otopljene soli i manje molekule prolaze kroz ovu vrstu membrana. Kroz membranu ne prolaze proteini, mikrobiološka onečišćenja (kontaminanti) i velike organske molekule. Razlika tlaka koja omogućuje prolazak kroz ultrafiltracijsku membranu je između 1 i 7 bar. Nanofiltracija se odnosi na postupak filtracije koji omogućuje izdvajanje čestica veličine do 1 nm, odakle i proizlazi naziv ovoga postupka. Organske molekule koje imaju molekularnu masu veću od 400 ne prolaze kroz nanofiltracijsku membranu. Također, izdvajaju se otopljene soli u koncentracijama od 20% do 98%. Uobičajena je uporaba za odstranjivanje obojenosti i organskih spojeva s površine vode, smanjenje tvrdoće izvorske vode, smanjenje koncentracije otopljenih soli te odvajanje organskih i anorganskih tvari u procesima pripreme živežnih namirnica ili obradi otpadnih voda. Razlika tlaka koja omogućuje prolazak kroz nanofiltracijsku membranu je između 3,5 i 16 bar.

  37. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Obrnuta osmoza je najfiniji poznati postupak filtracije. Membrana za obrnutu osmozu djeluje kao prepreka za sve otopljene soli i anorganske molekule, kao i za organske molekule s molekularnom masom većom od 100. S druge strane, molekule vode slobodno prolaze kroz ove vrste membrana. Izdvajanje otopljenih soli se kreće u rasponu od 95% do iznad 99%. Ovaj se postupak koristi za različite namjene te uključuje desalinizaciju morske ili bočate vode u pitku vodu, pročišćavanje otpadnih voda, procese u proizvodnji hrane i pića, biomedicinske separacije itd. Ovaj se postupak koristi i za proizvodnju ultra-čiste vode u industriji poluvodiča, energetici (za pripremu napojne vode) te za medicinske i laboratorijske namjene. Razlika tlaka koja omogućuje prolazak kroz membranu za obrnutu osmozu kreće se od 5 bar za bočatu vodu pa sve do iznad 84 bar za morsku vodu.

  38. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Prikaz normalne i obrnute osmoze

  39. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Prikaz finoće filtracije obrnute osmoze i drugih postupaka

  40. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Prikaz finoće filtracije obrnute osmoze i drugih postupaka

  41. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Princip djelovanja polupropusne membrane

  42. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Struktura modula za obrnutu osmozu

  43. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Princip rada modula za obrnutu osmozu

  44. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Presjek tlačnog spremnika s tri modula za obrnutu osmozu

  45. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Moduli za obrnutu osmozu

  46. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Postrojenje za destilaciju vode obrnutom osmozom

  47. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Postrojenje za destilaciju vode obrnutom osmozom

  48. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Postrojenje za destilaciju vode obrnutom osmozom

  49. 6. OBRNUTA OSMOZA – REVERSE OSMOSIS (R/O) Postrojenje za desalinizaciju vode

More Related