WO2017065647A1 - Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул - Google Patents

Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул Download PDF

Info

Publication number
WO2017065647A1
WO2017065647A1 PCT/RU2016/000696 RU2016000696W WO2017065647A1 WO 2017065647 A1 WO2017065647 A1 WO 2017065647A1 RU 2016000696 W RU2016000696 W RU 2016000696W WO 2017065647 A1 WO2017065647 A1 WO 2017065647A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
column
water
nozzle
heat pump
diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2016/000696
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Игорь Львович СЕЛИВАНЕНКО
Александр Алексеевич ТИМАКОВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Obschestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "mtk Ajsberg"
Original Assignee
Obschestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "mtk Ajsberg"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Obschestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "mtk Ajsberg" filed Critical Obschestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu "mtk Ajsberg"
Priority to US15/768,017 priority Critical patent/US10688436B2/en
Priority to EP16855838.5A priority patent/EP3363516B1/en
Publication of WO2017065647A1 publication Critical patent/WO2017065647A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16—Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
    • B01D59/02—Separation by phase transition
    • B01D59/04—Separation by phase transition by distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/28—Evaporating with vapour compression
    • B01D1/284—Special features relating to the compressed vapour
    • B01D1/2856—The compressed vapour is used for heating a reboiler or a heat exchanger outside an evaporator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/007—Energy recuperation; Heat pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/008—Liquid distribution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/10—Vacuum distillation
    • B01D3/106—Vacuum distillation with the use of a pump for creating vacuum and for removing the distillate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/141—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column where at least one distillation column contains at least one dividing wall
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/143—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column by two or more of a fractionation, separation or rectification step
    • B01D3/148—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column by two or more of a fractionation, separation or rectification step in combination with at least one evaporator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/041—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation by means of vapour compression
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/10—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation by direct contact with a particulate solid or with a fluid, as a heat transfer medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/10—Vacuum distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B4/00—Hydrogen isotopes; Inorganic compounds thereof prepared by isotope exchange, e.g. NH3 + D2 → NH2D + HD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B5/00—Water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B5/00—Water
    • C01B5/02—Heavy water; Preparation by chemical reaction of hydrogen isotopes or their compounds, e.g. 4ND3 + 7O2 ---> 4NO2 + 6D2O, 2D2 + O2 ---> 2D2O
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/02—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply
    • C02F2103/026—Treating water for medical or cosmetic purposes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/02—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply
    • C02F2103/04—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply for obtaining ultra-pure water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C02F2201/003—Coaxial constructions, e.g. a cartridge located coaxially within another
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/10—Energy recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Definitions

  • the invention relates to a distillation device for purifying water from impurities in the form of water molecules containing heavy isotopes of hydrogen and oxygen, and more particularly, to a device for producing light, especially pure water with an increased content of light molecules ⁇ 2 1b O
  • the invention can be used in the food industry, medicine, agriculture and housing and communal services, in the production of cosmetics and perfumes.
  • a water molecule (H 2 0) consists of two chemical elements - hydrogen H and oxygen O. In turn, each element is a combination of several isotopes [1].
  • Stable isotopes of hydrogen and oxygen stable isotopes form 9 isotope varieties of water molecules, namely: 1 H 2 16 0, ⁇ February 17 0, ⁇ February 18 0, 'HD 16 0,' NOT) 17 0! 18 0 HD, D 2 O 6, D February 17 0, D 2 0. 18
  • Quantitatively bulk water molecules natural sources represented!
  • ⁇ 2 16 0, consisting of light isotopes ⁇ and 16 0.
  • 7 0, D 2 18 0, can be up to 2.97 g / l, which exceeds the permissible salt content in drinking water.
  • Physical, chemical and biological properties of isotope-heavy waters dasheavy in D, heavy in oxygen O and 1 x
  • Regular nozzles are usually used in the form of rolls, bags and blocks. Such nozzles, having an ordered structure, prevent the occurrence of unforeseen stagnant zones that occur in bulk nozzles. In addition, they are able to work with high loads in the vapor phase, have a lower own resistance. Regular packing columns are among the most effective distillation apparatus.
  • the world leaders in the research and development of regular nozzles are SULZER, NORTON and GLITSCH.
  • 03/20/2007 Device for obtaining water with a reduced content of heavy water molecules, selected as the closest analogue includes a unit for preparing water vapor from the source water with a concentration of ] H 2 16 0 equal to C unit for supplying water vapor to the distillation column; distillation column, which is a pair of liquid-vapor interaction between a downward flow of liquid and an upward flow of steam on the surface of the contact device inside the distillation column by countercurrent flow of liquid and steam while the main flow of liquid and main flow of steam along the axis of the column; a condensation unit for water vapor with a concentration of ⁇ 2 16 0 equal to C 2 in the condenser installed in the upper part of the distillation column, and the accumulation of part of the condensate in the form of condensed light water, while C 2 > Cb, the vapor pressure in the distillation column is from 0.05 to 0.6 bar and the yield of condensed light water is from 0.001 to 0.25 of the total volume of water vapor passing through the distillation column.
  • the objective of the present invention is to provide a device with a bulk nozzle, characterized by increased productivity of the device and reduced energy costs per unit of the finished product.
  • the technical results that are achieved using the proposed invention are to increase the productivity of the device with a bulk nozzle and reduce energy costs per unit of the finished product.
  • a device for producing water with a reduced content of heavy water molecules including a distillation column operating under vacuum, an evaporator and a condenser.
  • the device operates with a heat pump
  • the distillation column consists of two coaxial pipes with diameters D1 and D2 (D1> D2) with a layer of bulk nozzle located in the gap between them, while (Dl-D2) / 2 ⁇ 300 mm
  • the liquid distributor at the top of the column has at least 800 irrigation points per square meter sectional area of the nozzle of the column.
  • the bulk nozzle can be made in the form of a spiral prismatic nozzle.
  • refrigerant can be used.
  • the heat pump can also work by mechanically compressing water vapor.
  • the device may include several heat pumps in series.
  • the invention is illustrated by the following graphic materials.
  • Table 1 shows the values of HETC in packed columns of cylindrical section filled with a helically prismatic nozzle 3x3x0.2, depending on the diameter of the column.
  • Table 2 shows the values of HETS in packed columns of cylindrical section filled with a helically prismatic nozzle 3x3x0.2, depending on the number of irrigation points per square meter of sectional area of the packed part of the column, for a column with a diameter of 300 mm.
  • Table 3 shows the EHEC values in packed columns of annular section filled with a helically prismatic nozzle 3x3x0.2, depending on the size of the column for the liquid distributor with 800 irrigation points per square meter of the cross-sectional area of the packed part of the column.
  • Table 4 presents the parameters of the claimed device and the closest analogue when receiving water of one degree of purification.
  • Figure 1 presents a photo of the support grid, simultaneously performing the function of the redistributor of the steam flow
  • 2 is a photo of a fluid flow distributor.
  • FIG. 3 shows a distillation column consisting of two coaxial pipes.
  • FIG. 4 presents the inventive device with a heat pump, which is used as a chiller that runs on refrigerant - freon.
  • FIG. 5 presents the inventive device, with a heat pump operating due to the mechanical compression of water vapor.
  • thermoelectric heating elements (hereinafter - heating elements) to start the device; 10 - condenser-reflux condenser; 1 1 - pump; 12 - capacity for collecting product; 13 - evaporator of the heat pump device; 14 - compressor; 15 - condenser of the heat pump device - boiler; 16 - column cube; 17 - throttle valve; 18 - power line; 19 - dump line; 20 - recuperative heat exchanger.
  • Figure 1 presents a photo of the steam flow redistributor used by the authors
  • Figure 2 is a photo of the liquid distributor.
  • Table 1 shows the change in the HELF in the nozzle of full-time columns of cylindrical section filled with a helically prismatic nozzle 3x3x0.2 depending on the diameter of the column.
  • the liquid distributor has 800 points of irrigation per square meter of cross-sectional area of the packed part of the column.
  • Table 2 shows the change in the HELF in packed columns of cylindrical section filled with a helically prismatic nozzle 3x3x0.2, depending on the number of irrigation points per square meter of sectional area of the packed part of the column. Column with a diameter of 300 mm.
  • HETP HETP degree of separation of hydrogen isotopes in a distillation column in a stationary state and non-selective mode [12]. For this, after the column reached a stationary state (when the concentration profile ceases to change), water samples were taken from the condenser ([D] B) And from the cube ([D] H) of the column, and calculated:
  • a is the average separation coefficient of hydrogen isotopes in the column.
  • VETS N / ⁇ , where N is the height of the nozzle layer in the column.
  • the condition must be met: (Dl-D2) / 2 less than or equal to 300mm.
  • VETS change in packed columns of annular section filled with a helically prismatic nozzle 3x3x0.2 depending on the size of the column.
  • the liquid distributor has 800 irrigation points per square meter of cross-sectional area of the nozzles of the full-time part of the column.
  • the central (inner) pipe can also be filled with a nozzle and be an independent column of a continuous section with a separate cube and a condenser.
  • One of the ways to reduce heat consumption on rectification devices is to use the heat of condensation of the vapor of the top of the column to heat the product in the cube of the column.
  • a rectification scheme with a heat pump can be applied.
  • FIG 4 presents a diagram of a device in which a chiller operating on a freon refrigerant is used as a heat pump.
  • the distillation column (see Fig.Z) consists of an external and an internal coaxially arranged pipe.
  • the nozzle layer is located in the space between the coaxial pipes on the support grid, which is also a redistributor of the steam stream.
  • the nozzle is designed to increase the interaction surface between the upward steam flow and the downward flow of liquid in the distillation column.
  • the liquid enters from above through a distribution device, the steam enters from below.
  • the water vapor obtained in the cube of the column enters into a distillation column, which is a site of interaction between the ascending vapor stream and the descending liquid stream.
  • Vapors leaving the upper part of distillation column 8 enter the condenser-reflux condenser 10, where they condense, giving off heat to the water of the intermediate circuit.
  • the resulting condensate partially enters the tank for collecting product 12, partially goes to the irrigation of the column 8.
  • Water circulation of the intermediate circuit between the condenser-reflux condenser 10 and the heat pump evaporator device 13 is provided by pump 1 1.
  • the refrigerant of the heat pump device evaporates by cooling the supply water of the intermediate circuit.
  • Freon vapors are compressed by compressor 14 and fed to the condenser of the heat pump device — boiler 15.
  • the heat deficit is covered by electric heaters 9, which are also necessary for the initial (starting) heating of the device.
  • Example 1 The source of distilled water enters the cube of the column through the water supply line. At the start of the column, steam is generated using heaters with a total power of 80 kW. AT Further, the column operates with a heat pump and turned off heating elements.
  • the heat pump is a R134a freon refrigerant chiller.
  • the electric power of the compressor drive is 48 kW.
  • the distillation column consists of external and internal coaxially arranged pipes. The diameter of the inner pipe is 100mm, the diameter of the outer pipe is 400mm. The distance between the walls is 150mm.
  • the nozzle layer is located in the space between the coaxial pipes on the support grid, which is also a redistributor of the steam stream.
  • the nozzle is a 3 mm spiral prismatic elements made of stainless wire with a diameter of 0.2 mm. Specific
  • the liquid enters from above through a switchgear, the steam enters from below.
  • the liquid distributor has 800 points of irrigation per square meter of cross-sectional area of the packed part of the column.
  • the process of mass transfer occurs by countercurrent of liquid and steam in the direction of the main fluid flow and the main steam flow along the axis of the column.
  • the column is made of stainless steel 02X12T, wall thickness 2mm, column height - 6000mm.
  • the process of enriching water vapor with the lightest water molecules occurs in a distillation column on the surface of the nozzle at a temperature of 60 ° C and a pressure of 0.2 bar. Vapors leaving the upper part of column 8 (see Fig. 4) enter the condenser-reflux condenser 10, where they condense, giving off heat to the water in the intermediate circuit. The condensate formed partially enters the product collection tank 12, partially goes to the column 8.
  • the water circulation of the intermediate circuit between the condenser-reflux condenser 10 and the evaporator of the heat pump device 13 is provided by pump 1 1. In the evaporator 13, the refrigerant of the heat pump device is evaporated by cooling the intermediate water contour.
  • Refrigerant vapors are compressed by compressor 14 and fed to the condenser of the heat pump device - boiler 15.
  • the resulting water vapor with a high content of ⁇ 2 16 0 in a volume of 240 l / h is condensed in the condensation unit located in the upper parts of the distillation column.
  • the yield of condensed light water is 0.025 part of the total volume of water vapor passing through the distillation column, and is equal to 6 l / h.
  • the finished product is light water with a high content of molecules ] H 2 16 0, residual content of deuterium 10 ppm and heavy oxygen water ( ⁇ 2 18 0) - 800 ppm.
  • Example 2 All operations are the same as in example 1.
  • the electric power of the heat pump compressor drive is 200 kW.
  • the dimensions of the column the diameter of the inner pipe is 100mm, the diameter of the outer pipe is 700mm.
  • the distance between the walls is 300mm.
  • the yield of the finished product - light water with a residual deuterium content of 10 ppm and heavy oxygen water (1 H 2 18 O) - 800 ppm - is - 20 l per hour.
  • Example 3 shows a diagram of the operation of the inventive device with a heat pump that uses a pair of distillate, which directly enter the compressor and the heat pump of the device operates due to the mechanical compression of water couple.
  • the initial distilled water enters the cube of the column through the water supply line.
  • steam is generated using heaters with a total power of 80 kW.
  • the column works with a heat pump and turned off heating elements.
  • the distillation column consists of external and internal coaxially arranged pipes.
  • the diameter of the inner pipe is 200mm
  • the diameter of the outer pipe is 400mm.
  • the distance between the walls is 100mm.
  • the nozzle layer is located in the space between the coaxial pipes on the support grid, which is also a redistributor of the steam stream.
  • the nozzle is a 3 mm spiral prismatic elements made of stainless wire with a diameter of 0.2 mm.
  • the specific surface area of the nozzle is 2800 m 2 / m 3, the free volume fraction is 0.9 m 2 / m 3.
  • the liquid flows from above through a switchgear, and steam flows from below.
  • the liquid distributor has 800 points of irrigation per square meter of cross-sectional area of the packed part of the column. The process of mass transfer occurs by countercurrent of liquid and steam in the direction of the main flow liquid and main steam flow along the axis of the column.
  • the column is made of stainless steel 02X12T, wall thickness 2mm, column height - 6000mm.
  • the column operates at a temperature of 60 ° C and a pressure of 0.2 bar.
  • Vapors leaving the upper part of the column 8 in a volume of 210 l / h are compressed by a mechanical steam compressor 14 and enter the heat exchanger of the cube 16 of the column, where they condense, evaporating the water in the cube at a lower pressure.
  • Vapors of water from the cube rise up the column and again enter the mechanical compressor 14 with a vapor compression ratio of -2.
  • the condensate formed by the pump 1 1 is fed into the tank for collecting product 12 and for column irrigation.
  • Table 4 presents the parameters of the claimed device and the closest analogue when receiving water of one degree of purification. As can be seen from the Table, the claimed invention significantly exceeds the closest analogue in energy efficiency and productivity.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

Устройство предназначено для получения легкой, особо чистой воды с повышенным содержанием в ней доли легких молекул 1Н 2 16O. Техническими результатами являются повышение производительности устройства и снижение энергетических затрат на единицу готового продукта. Устройство снабжено тепловым насосом, ректификационная колонна состоит из двух коаксиальных труб диаметром D1 и D2 со слоем насыпной насадки, расположенным в зазоре между ними, при этом (D1-D2)/2<300 мм, а распределитель жидкости вверху колонны имеет не менее 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны.

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ воды
С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ТЯЖЕЛЫХ МОЛЕКУЛ.
Область техники.
Изобретение относится к ректификационному устройству для очистки воды от примесей в виде молекул воды, содержащих в своем составе тяжелые изотопы водорода и кислорода, а более конкретно - к устройству для получения легкой, особо чистой воды с повышенным содержанием в ней доли легких молекул Ή2 1бО. Изобретение может быть использовано в пищевой промышленности, медицине, сельском и жилищно- коммунальном хозяйстве, в производстве косметических и парфюмерных средств.
Предшествующий уровень техники.
Качество и чистота воды, используемой в различных областях промышленности, вносят существенный вклад в качество конечного продукта и влияют на технологические характеристики процесса производства. Качество и безопасность пищевых продуктов и напитков, в том числе питьевой воды, определяют качество жизни и здоровья человека. Молекула воды (Н20) состоит из двух химических элементов - водорода Н и кислорода О. В свою очередь, каждый элемент представляет собой совокупность нескольких изотопов [1]. Стабильные изотопы водорода и стабильные изотопы кислорода образуют 9 изотопных разновидностей молекул воды, а именно: 1 Н2 160, Ή2 170, Ή2 180, 'HD160, 'НЕ) 170, !HD180, D2 ,6О, D 2 170, D2 180. В количественном отношении основная масса воды природных источников представлена молекулами !Н2 160, состоящими из легких изотопов Ή и 160. Количество молекул воды, содержащих тяжелые изотопы: D, О, О, зависит от концентрации указанных изотопов, которая в природной воде колеблется в пределах, зафиксированных в основных стандартах изотопного состава гидросферы VSMOW и SLAP [2]. В природной воде весовая концентрация молекул !Н2 170, !Н 2 180, ]HD 160, !HD170, 'HD180, D2 160, D2 |70, D2 180, может составлять до 2,97 г/л, что превышает допустимое содержание солей в питьевой воде. Физические, химические и биологические свойства изотопно- тяжелых вод (тяжелой по D, тяжелой по кислороду О и 1 X
кислороду О) существенно отличаются как друг от друга, так и от свойств природной воды. Например, различаются температуры кипения и замерзания, плотность скорость химических и биохимических реакций [3, 4,5]. Это позволяет рассматривать вышеперечисленные тяжелые изотопные модификации Н20 как различные самостоятельные вещества, которые по отношению к воде Ή2 160 являются примесями. Реакция биосистем, при воздействии на них воды, может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений изотопного состава воды. Применение воды с повышенной концентрацией тяжелых изотопов, в частности дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма [4]. В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность воды со сниженной концентрацией дейтерия [4, 6-10]. Таким образом, создание устройств для очистки воды от тяжелых молекул является актуальной задачей.
Современный уровень техники по вопросам производства изотопно-легкой воды представлен рядом патентов. Так, известны способ и устройства для получения «талой» и «реликтовой» воды с пониженным содержанием тяжелых изотопов дейтерия и трития, см. патенты: RU2031085C 1 , МПК C02F9/00, B01D19/00, публ.20.03.1995г., RU2091335C1 , МПК C02F9/00, публ. 27.09.1997г., RU2091336C1 , МПК C02F9/00, публ.27.09.1997г., RU2525494C2, МПК C02F1/22, С01В5/02, B01D59/08, C02F103/04, публ.20.08.2014г. Сущность известного способа состоит в том, что он включает операции охлаждения и замораживания воды с последующими операциями оттаивания замороженной воды. Однако, степень очистки воды от дейтерия в таких устройствах невелика и не превышает 136 ррт по дейтерию.
Известны также устройства, позволяющие методом электролиза воды с последующим сжиганием водорода в среде кислорода достигать довольно значительного обеднения воды дейтерием. См., например, патенты RU2182562C2, МПК C02F 1/46, B01D59/00, C02F103 :04, публ. 20.05.2002г. и RU125092U1 , МПК B01D59/00, публ.27.02.2013г. Но производительность указанных выше устройств мала. Недостатками таких устройств являются многостадийность процесса, загрязнение конечного продукта переходными металлами в процессе сжигания водорода, пожаро- и взрывоопасность.
Более близкими к заявляемому изобретению по технической сути являются устройства с ректификационной колонной. В настоящее время известны ректификационные устройства для получения воды с пониженным содержанием дейтерия, работающие под вакуумом, с регулярной и насыпной насадкой. См., например, патенты RU125092U1 , МПК B01D59/00, публ.27.02.2013г., RU2125817C1 , МПК A23L2/00, А61КЗЗ/00, публ.10.02.1999г., RU2139062C1 , МПК А61КЗЗ/00, А61К7/00, А61К9/00, публ. 10.10.1999г. и международную заявку WO9308794A1 , МПК А61К9/08, 33/00, публ.13.05.1993г.
Регулярные насадки обычно используют в виде рулонов, пакетов и блоков. Такие насадки, обладая упорядоченной структурой, препятствуют возникновению непредвиденных застойных зон, имеющих место в насыпных насадках. Кроме того, они способны работать с высокими нагрузками по паровой фазе, обладают более низким собственным сопротивлением. Колонны с регулярными насадками относятся к наиболее эффективным ректификационным аппаратам. Мировыми лидерами в области исследования и разработки регулярных насадок являются фирмы SULZER, NORTON и GLITSCH. Эффективность лучших образцов их промышленных насадок составляет 5-6 т.т./м (теоретических тарелок на 1 м высоты насадки) при факторе нагрузки F=l , 5-2,0 кг 0,5/(с*м0,5).
Поскольку для очистки природной воды от дейтерия в три раза требуется около 100 теоретических тарелок, использование таких насадок потребует колонну с высотой насадочной части не мене 17 м. Это существенным образом ограничивает широкое распространение подобных устройств для очистки воды от тяжелых молекул воды. Использование разрезной колонны, как предложено в патенте RU125092U1, усложняет конструкцию устройства и усложняет размещение такого устройства в стандартном помещении.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство с насыпной насадкой, описанное в патенте RU2295493C2, МПК C01D5/00, B01D59/00, B01D59/02, B01D3/14, публ. 20.03.2007г. Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул воды, выбранное в качестве ближайшего аналога, включает узел приготовления водяного пара из исходной воды с концентрацией ]Н2 160, равной С узел подачи водяного пара в ректификационную колонну; ректификационную колонну, представляющую собой узел взаимодействия пар-жидкость между нисходящим потоком жидкости и восходящим потоком пара на поверхности контактного устройства внутри ректификационной колонны путем противотока жидкости и пара при направлении основного потока жидкости и основного потока пара вдоль оси колонны; узел конденсации водяного пара с концентрацией Ή2 160, равной С2, в конденсаторе, установленном в верхней части ректификационной колонны, и накопление части конденсата в виде конденсированной легкой воды, при этом С2>Сь при этом давление пара в ректификационной колонне составляет от 0,05 до 0,6 бар и выход конденсированной легкой воды составляет от 0,001 до 0,25 общего объема водяного пара, прошедшего через ректификационную колонну. Основными недостатками устройства по патенту RU2295493C2 являются низкая производительность устройства и высокие энергетические затраты на единицу готовой продукции.
Раскрытие изобретения.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства с насыпной насадкой, характеризующейся повышенной производительностью устройства и пониженными энергетическими затратами на единицу готового продукта. Техническими результатами, которые достигаются при использовании предлагаемого изобретения, являются повышение производительности устройства с насыпной насадкой и снижение энергетических затрат на единицу готового продукта.
Известно [1 1], что повышение эффективности массообмена в колоннах с насыпной насадкой может быть достигнуто как за счет использования более эффективных конструкций насадочных тел, так и за счет оптимизации конструкции всей колонны (использования эффективных перераспределителей жидкостного и парового потоков, опорных решеток, узлов ввода и отбора жидкой и паровой фаз).
Несмотря на значительный прогресс в области создания высокоэффективных устройств с насыпной насадкой, колоннам такого типа присущи недостатки, которые ограничивают их применение:
- относительно низкие допустимые нагрузки;
- значительная материалоемкость;
- сложность изготовления высокоэффективных насадочных тел. Из литературы известно, что эффективность «идеальных» на- садочных колонн при соблюдении определенных условий практически не должна зависеть от их диаметра. Для этого необходимо обеспечить равномерное распределение стекающей жидкости на единицу площади зеркала насадки и равномерность распределения поднимающегося пара.
Однако, на практике добиться этого достаточно сложно, поскольку с увеличением диаметра колонны в насадочном слое возникает градиент скоростей паровой фазы, характеризующийся более высокой скоростью в центре сечения колонны и уменьшением скорости по направлению к стенке. Кроме того, в слое насадки может происходить образование каналов для стекающей сверху жидкости. «Канал ообразование» в слое насыпной насадки приводит к возникновению неравномерности распределения жидкой фазы в поперечном сечении колонны. Эти эффекты приводят к существенному увеличению высоты эквивалентной теоретической ступени разделения (далее - ВЭТС) с ростом диаметра колонны. Поэтому на практике насад очные колонны с высокой ВЭТС имеют диаметр не более 150 мм [12]. Это, в свою очередь, не позволяет создавать устройства с высокой производительностью.
Указанные выше технические результаты достигаются в устройстве для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул воды, включающем ректификационную колонну, работающую под вакуумом, испаритель и конденсатор. Технические результаты достигаются тем, что устройство работает с тепловым насосом, ректификационная колонна состоит из двух коаксиальных труб диаметром D1 и D2 (D1>D2) со слоем насыпной насадки, расположенным в зазоре между ними, при этом (Dl-D2)/2 < 300 мм, а распределитель жидкости вверху колонны имеет не менее 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны. При этом насыпная насадка может быть выполнена в виде спирально призматической насадки. В качестве рабочего тела теплового насоса может быть использован хладагент. Тепловой насос также может работать за счет механокомпрессии водяного пара. Устройство может включать в себя несколько последовательно включенных тепловых насосов.
Краткое описание чертежей.
Изобретение поясняется следующими графическими материалами.
В Таблице 1 представлены значения ВЭТС в насадочных колоннах цилиндрического сечения, заполненных спирально призматической насадкой 3x3x0,2, в зависимости от диаметра колонны.
В Таблице 2 представлены значения ВЭТС в насадочных колоннах цилиндрического сечения, заполненных спирально призматической насадкой 3x3x0,2, в зависимости от количества точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны, для колонны диаметром 300 мм. В Таблице 3 представлены значения ВЭТС в насадочных колоннах кольцевого сечения, заполненных спирально призматической насадкой 3x3x0,2, в зависимости от размеров колонны для распределителя жидкости с 800 точками орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны.
В Таблице 4 представлены параметры заявляемого устройства и ближайшего аналога при получении воды одной степени очистки.
На Фиг.1 представлено фото опорной решетки, одновременно выполняющей функцию перераспределителя парового потока, На Фиг. 2 представлено фото распределителя потока жидкости.
На Фиг. 3 изображена ректификационная колонна, состоящая из двух коаксиальных труб.
На Фиг. 4 представлено заявляемое устройство, с тепловым насосом, в качестве которого используется чиллер, работающий на хладагенте - фреоне.
На Фиг. 5 представлено заявляемое устройство, с тепловым насосом, работающим за счет механокомпрессии водяного пара.
Позициями на Фиг. 3-5 обозначены:
1 - наружная труба; 2 - внутренняя труба; 3 - слой насадки, расположенный в пространстве между указанными коаксиальными трубами; 4 - опорная решётка; 5 - жидкость, поступающая сверху; 6 - распределительное устройство потока жидкости; 7 - пар, поступающий снизу; 8 - ректификационная колонна; 9 - электрические теплолектронагревательные элементы (далее - ТЭНы) для запуска устройства; 10 - конденсатор- дефлегматор; 1 1 - насос; 12 - емкость для сбора продукта; 13 - испаритель теплонасосного устройства; 14 - компрессор; 15 - конденсатор теплонасосного устройства - кипятильник; 16 - куб колонны; 17 - дроссельный вентиль; 18 - линия питания; 19 - линия отвала; 20 - рекуперативный теплообменник.
Осуществление изобретения.
Известные распределительные устройства потока жидкости, используемые в насадочных колоннах, имеют число орошения от 100 до 300 на м2 сечения аппарата. Нами экспериментально обнаружено, что использование в колонне эффективного распределителя жидкости, имеющего не менее 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны, позволяет увеличить диаметр колонны, заполненной спирально призматической насадкой, до 300мм, практически, без изменения ВЭТС (см. Таблицы 1 ,2). При этом степень неравномерности распределения жидкости на 1м высоты насадки уменьшается до 5%, что резко повышает эффективность колонны.
На Фиг.1 представлено фото использованного авторами перераспределителя парового потока, а на Фиг.2 - фото распределителя жидкости.
В Таблице 1 представлено изменение ВЭТС в насад очных колоннах цилиндрического сечения, заполненных спирально призматической насадкой 3x3x0,2 в зависимости от диаметра колонны. Распределитель жидкости имеет 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны.
В Таблице 2 представлено изменение ВЭТС в насадочных колоннах цилиндрического сечения, заполненных спирально призматической насадкой 3x3x0,2, в зависимости от количества точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны. Колонна диаметром 300 мм.
Определение ВЭТС проводили по степени разделения изотопов водорода в ректификационной колонне в стационарном состоянии и безотборном режиме [12]. Для этого, после выхода колонны в стационарное состояние (когда профиль концентраций перестает изменяться), отбирали пробы воды из конденсатора ([D]B) И из куба ([D]H) колонны, и рассчитывали:
- степень разделения колонны К по уравнению:
Figure imgf000017_0001
- число теоретических ступеней разделения (ЧТСР) N по уравнению Фенске для безотборного режима:
Figure imgf000017_0002
где а - средний коэффициент разделения изотопов водорода в колонне.
Далее ВЭТС рассчитывали по уравнению:
ВЭТС = Н / Ν , где Н - высота слоя насадки в колонне.
Как видно из Таблицы 1 , дальнейшее увеличение диаметра колонны цилиндрического сечения сопровождается существенным увеличением ВЭТС и, соответственно, высоты колонны. Это делает использование колонн с диаметром более 300 мм неэффективным и, следовательно, не позволяет дальше увеличить производительность отдельного устройства. Авторами экспериментально доказано, см. Таблицу 3, что для решения поставленной задачи можно использовать колонны и большего диаметра без потери ВЭТС. Для этого в устройствах предлагается использовать ректификационную колонну, состоящую из двух коаксиальных труб диаметром D1 и D2 (D1>D2) со слоем насыпной насадки, расположенным в зазоре между ними (см. Фиг. 3). При этом расстояния между стенками не должно превышать 300мм. Т.е., должно выполняться условие: (Dl-D2)/2 меньше или равно 300мм. Это позволяет существенно увеличить площадь сечения насадочной части колонны при таком же расстоянии между стенками, как и у цилиндрической колонны. Например, при диаметре внешней колонны 700мм и диаметре внутренней колонны 100мм, площадь сечения насадочной части колонны, будет в 5,3 раза больше площади сечения одиночной цилиндрической колонны диаметром 300мм. При этом расстояние между стенками будет составлять те же 300мм.
Это техническое решение позволяет существенным образом увеличить производительность устройства при использовании колонн диаметром больше 300мм без уменьшения ВЭТС. Изменение ВЭТС в насадочных колоннах кольцевого сечения, заполненных спирально призматической насадкой 3x3x0,2 в зависимости от размеров колонны. Распределитель жидкости имеет 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насад очной части колонны.
Центральная (внутренняя) труба также может быть заполнена насадкой и представлять собой независимую колонну сплошного сечения с отдельным кубом и конденсатором.
Одним из способов, позволяющих сократить расход тепла на устройствах ректификации, является использование теплоты конденсации пара верха колонны для нагрева продукта в кубе колонны. Однако, вследствие разности температур между верхом и низом колонны, непосредственно использовать теплоту конденсации пара верхнего продукта невозможно. В этом случае можно применить схему ректификации с тепловым насосом.
На Фиг.4 представлена схема устройства, в котором в качестве теплового насоса используется чиллер, работающий на хладагенте-фреоне. Ректификационная колонна (см. Фиг.З) состоит из наружной и внутренней коаксиально расположенных труб. Слой насадки расположен в пространстве между коаксиальными трубами на опорной решетке, которая одновременно является перераспределителем парового потока. Насадка предназначена для увеличения поверхности взаимодействия между восходящим потоком пара и нисходящим потоком жидкости в ректификационной колонне. Жидкость поступает сверху через распределительное устройство, пар - поступает снизу, Полученный в кубе колонны водяной пар поступает в ректификационную колонну, представляющую собой узел взаимодействия между восходящим потоком пара и нисходящим потоком жидкости.
Пары, выходящие из верхней части ректификационной колонны 8 (см. Фиг.4), поступают в конденсатор-дефлегматор 10, где конденсируются, отдавая теплоту воде промежуточного контура.
Образовавшийся конденсат частично поступает в емкость для сбора продукта 12, частично идет на орошение колонны 8.
Циркуляция воды промежуточного контура между конденсатором-дефлегматором 10 и испарителем теплонасосного устройства 13 обеспечивается насосом 1 1. В испарителе 13 хладон теплонасосного устройства испаряется за счет охлаждения сетевой воды промежуточного контура. Пары хладона сжимаются компрессором 14 и подаются в конденсатор теплонасосного устройства - кипятильник 15. При определенном соотношении параметров может оказаться, что теплоты конденсации хладона недостаточно для испарения воды. В этом случае дефицит теплоты покрывается электрическими ТЭНами 9, которые необходимы также для первоначального (пускового) разогрева устройства.
Работа заявляемого устройства может быть продемонстрирована следующими примерами* .
^Следует заметить, что примеры приведены только для иллюстрации эффективности и возможностей данного изобретения, ни в коей мере не ограничивая области его применения.
Пример 1. Исходная дистиллированная вода поступает в куб колонны через линию запитки воды. При запуске колонны пар вырабатывается с помощью ТЭНов общей мощности 80 кВт. В дальнейшем колонна работает с тепловым насосом и выключенными ТЭНами. Тепловой насос представляет собой чиллер, работающий на хладагенте-фреоне R134a. Электрическая мощность привода компрессора - 48 кВт. Ректификационная колонна состоит из наружной и внутренней коаксиально расположенных труб. Диаметр внутренней трубы составляет 100мм, диаметр наружной трубы составляет 400мм. Расстояние между стенками равно 150мм. Слой насадки расположен в пространстве между коаксиальными трубами на опорной решетке, которая одновременно является перераспределителем парового потока. Насадка представляет собой 3 -миллиметровые спирально-призматические элементы, выполненные из нержавеющей проволоки диаметром 0,2мм. Удельная
2 3
поверхность насадки составляет 2800 м /м , доля свободного объема 0,9м 2 /м 3. Жидкость поступает сверху через распределительное устройство, пар - поступает снизу. Распределитель жидкости имеет 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны. Процесс массообмена происходит путем противотока жидкости и пара при направлении основного потока жидкости и основного потока пара вдоль оси колонны. Колонна выполнена из нержавеющей стали 02X12Т, толщина стенки 2мм, высота колонны - 6000мм.
Процесс обогащения водяного пара наиболее легкими молекулами воды происходит в ректификационной колонне на поверхности насадки при температуре 60°С и давлении 0,2 бар. Пары, выходящие из верхней части колонны 8 (см.Фиг.4), поступают в конденсатор-дефлегматор 10, где конденсируются, отдавая теплоту воде промежуточного контура. Образовавшийся конденсат частично поступает в емкость для сбора продукта 12, частично идет на орошение колонны 8. Циркуляция воды промежуточного контура между конденсатором-дефлегматором 10 и испарителем теплонасосного устройства 13 обеспечивается насосом 1 1. В испарителе 13 хладагент теплонасосного устройства испаряется за счет охлаждения сетевой воды промежуточного контура. Пары хладагента сжимаются компрессором 14 и подаются в конденсатор теплонасосного устройства - кипятильник 15. Полученный водяной пар с повышенным содержанием Ή2 160 в объеме 240 л/час конденсируется в узле конденсации, расположенном в верхней части ректификационной колонны. Выход сконденсированной легкой воды составляет 0,025 часть от общего объема водяного пара, прошедшего через ректификационную колонну, и равен 6 л/час. Готовый продукт представляет собой легкую воду с повышенным содержанием молекул ]Н2 160, остаточным содержанием дейтерия 10 ррт и тяжелокислородной воды (Ή2 180) - 800 ррт.
Пример 2. Все операции те же, что и в примере 1. Электрическая мощность привода компрессора теплового насоса - 200 кВт. Размеры колонны: диаметр внутренней трубы составляет 100мм, диаметр наружной трубы составляет 700мм. Расстояние между стенками равно 300мм. Выход готового продукта - легкой воды с остаточным содержанием дейтерия 10 ррт и тяжелокислородной воды ( 1 Н 2 18 О) - 800 ррт - составляет - 20л в час.
Пример 3. На Фиг. 5 представлена схема работы заявляемого устройства с тепловым насосом, использующим пары дистиллята, которые непосредственно поступают в компрессор и тепловой насос устройства работает за счет механокомпрессии водяного пара. Исходная дистиллированная вода поступает в куб колонны через линию запитки воды. При запуске колонны пар вырабатывается с помощью ТЭНов общей мощности 80 кВт. В дальнейшем колонна работает с тепловым насосом и выключенными ТЭНами. Ректификационная колонна состоит из наружной и внутренней коаксиально расположенных труб. Диаметр внутренней трубы составляет 200мм, диаметр наружной трубы составляет 400мм. Расстояние между стенками равно 100мм. Слой насадки расположен в пространстве между коаксиальными трубами на опорной решетке, которая одновременно является перераспределителем парового потока. Насадка представляет собой 3 -миллиметровые спирально- призматические элементы, выполненные из нержавеющей проволоки диаметром 0,2мм. Удельная поверхность насадки составляет 2800м 2 /м 3 , доля свободного объема 0,9м 2 /м 3. Жидкость поступает сверху через распределительное устройство, пар - поступает снизу. Распределитель жидкости имеет 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны. Процесс массообмена происходит путем противотока жидкости и пара при направлении основного потока жидкости и основного потока пара вдоль оси колонны. Колонна выполнена из нержавеющей стали 02X12Т, толщина стенки 2мм, высота колонны - 6000мм. Колонна работает при температуре 60°С и давлении 0,2 бар. Пары, выходящие из верхней части колонны 8 в объеме 210 л/ч сжимаются механическим компрессором пара 14 и поступают в теплообменник куба 16 колонны, где конденсируются, испаряя воду, находящуюся в кубе при более низком давлении. Пары воды из куба поднимаются вверх по колонне и снова поступают в механический компрессор 14 со степенью сжатия пара -2. А образовавшийся конденсат насосом 1 1 подается в в емкость для сбора продукта 12 и на орошение колонны. При этом только 0,025 часть конденсата, равная 5,2 л, поступает в емкость для сбора продукта 12, а остальное количество поступает на орошение колонны 8. Готовый продукт представляет собой легкую воду с повышенным содержанием молекул !Н2 160, остаточным содержанием дейтерия 10 ррт и тяжелокислородной воды ( Н 2 О) - 800 ррш. Для увеличения эффективности теплового насоса служит рекуперативный теплообменник 20, в котором выходящие из верхней части колонны пары подогреваются конденсатом, а конденсат возвращается из теплообменника куба колонны.
В Таблице 4 представлены параметры заявляемого устройства и ближайшего аналога при получении воды одной степени очистки. Как видно из Таблицы, заявляемое изобретение значительно превосходит ближайший аналог по энергоэффективности и производительности.
Источники информации.
1. Глинка. Общая химия. М.: «Химия», 1975 г., стр.102. 2. Ферронский В. И., Поляков В. А. Изотопия гидросферы. М.: Наука, 1983 г., стр.47., стр.10, 47, 46, 10.
3. Андреев Б.М., Зельвенский Я. Д., Катальников С.Г. Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике. Москва: ИздАТ, 2000г., с.186. 4. Лобышев В.И., Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D20 в биологических системах. Москва: Наука, 1978г. 5. Гончарук B.B., Лапшин В.Б., Бурдейная Т.Н., Чернопятко А.С. и др. Физико-химические свойства и биологическая активность воды обедненной по тяжелым изотопам // Химия и технология воды - 201 1г.- Т.ЗЗ, N 1.- с.15-25. 6. Strekalova Т., Evans М., et al. Deuterium content of water increases depression susceptibility: The potential role of a serotonin- related mechanism. // Behav. Brain Res. Epub 2014 Aug 1.
7. Мартынов A.K., Артемкина И.В., Тимаков A.A., Москвичева Т.И. Оценка биологической активности воды с пониженным содержанием дейтерия. Материалы междисциплинарной конференции с международным участием «Новые биокибернетические и телемедицинские технологии XXI века», Петрозаводск, 23-25 июня 2003г., с. 57.
8. Синяк Ю.Е., Левинских М.А., Гайдадымов В.В., Гуськова Е.И., Сигнал ова О.Б., Дерендяева Т. А.. Влияние воды с пониженным содержанием дейтерия на культивирование высших растений: Arabidopsis thaliana и Brassica гара. Организм и окружающая среда: жизнеобеспечение и защита человека в экстремальных условиях. Материалы Российской конференции. Москва, 2000г., т. 2, с. 90.
9. Синяк Ю.Е., Григорьев А.И., Гайдадымов В.В., Медникова Е.И., Лебедева З.Н., Гуськова Е.И. Метод получения бездейтериевой воды и исследование ее влияния на физиологический статус японского перепела. Космическая биология и авиакосмическая медицина. Материалы XI конференции, 1998г., т. II, с. 201.
10. М. G. Baryshev , A. A. Basov , S. N. Bolotin , S. S. Dzhimak , D. V. Kashaev, S. R. Fedosov, V. Yu. Frolov, D. I. Shashkov, D. A.
Lysak , A. A. Timakov NMR, EPR, and mass spectroscopy estimates of the antiradical activity of water with modified isotope composition. Bulletin of the Russian Academy of Sciences Physics 12/2012; 76(12). П .Леонтьев B.C., Сидоров СИ. Современные насадочные колонны: особенности конструктивного . оформления. Химическая промышленность. 2005, 7, с.347-356. 12. Андреев, Б.М.; Зельвенский, Я.Д.; Катальников, С.Г. «Разделение стабильных изотопов физико-химическими методами». М.:Энергоатомиздат, 1982г.
5
ю
15

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ.
1. Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул воды, включающая ректификационную колонну, работающую под вакуумом, испаритель и конденсатор, отличающаяся тем, что устройство снабжено тепловым насосом, ректификационная колонна состоит из двух коаксиальных труб диаметром D1 и D2 (D1>D2) со слоем насыпной насадки, расположенным в зазоре между ними, при этом (Dl-D2)/2 < 300мм, а распределитель жидкости вверху колонны имеет не менее 800 точек орошения на квадратный метр площади сечения насадочной части колонны.
2. Устройство по п.1 , отличающаяся тем, что насыпная насадка выполнена в виде спирально призматической насадки.
3. Устройство по п.1 , отличающаяся тем, что в качестве рабочего тела теплового насоса использован хладагент.
4. Устройство по п.1 , отличающаяся тем, что тепловой насос работает за счет механокомпрессии водяного пара.
5. Устройство по п.1 , отличающаяся тем, что устройство включает в себя несколько последовательно включенных тепловых насосов.
PCT/RU2016/000696 2015-10-13 2016-10-12 Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул Ceased WO2017065647A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/768,017 US10688436B2 (en) 2015-10-13 2016-10-12 Device for producing water having reduced heavy molecule content
EP16855838.5A EP3363516B1 (en) 2015-10-13 2016-10-12 Device for producing water having reduced heavy molecule content

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015143707A RU2612667C1 (ru) 2015-10-13 2015-10-13 Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул
RU2015143707 2015-10-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017065647A1 true WO2017065647A1 (ru) 2017-04-20

Family

ID=58457996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000696 Ceased WO2017065647A1 (ru) 2015-10-13 2016-10-12 Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10688436B2 (ru)
EP (1) EP3363516B1 (ru)
RU (1) RU2612667C1 (ru)
WO (1) WO2017065647A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019134014A1 (en) 2018-01-02 2019-07-11 Ambrosios Kambouris Isotopic compositions ii
RU2801453C2 (ru) * 2018-01-02 2023-08-08 БОТЭНИКЕЛ УОТЕР ТЕКНОЛОДЖИС АйПи ЛТД Изотопные композиции ii

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD1108285S1 (en) * 2020-02-10 2026-01-06 Battelle Memorial Institute Passive sampler for environmental water monitoring

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996033129A1 (en) * 1995-04-20 1996-10-24 Kotai Laszlo A chemical procedure to produce water of reduced deuterium content
RU2295493C2 (ru) * 2004-05-28 2007-03-20 Сергей Павлович Соловьев Способ и установка для производства легкой воды
RU125092U1 (ru) * 2012-06-25 2013-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "МТК Айсберг" Установка для получения воды с пониженным содержанием дейтерия

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB860689A (en) * 1958-02-28 1961-02-08 David Geoffrey Randall Improvements in or relating to packed columns or column packings for distillation and like purposes
US3869351A (en) * 1973-11-09 1975-03-04 Everett H Schwartzman Evaporation system as for the conversion of salt water
US4681661A (en) * 1983-10-14 1987-07-21 Rakesh Govind Dual distillation columns
EP0940172A1 (en) * 1998-02-25 1999-09-08 Ammonia Casale S.A. Process for effecting mass transfer between a liquid phase and a gaseous phase
AU2005327331A1 (en) * 2005-02-08 2006-08-17 Woodford Associates Limited Alcoholic beverage enriched with 1H216O
WO2006085785A1 (en) * 2005-02-08 2006-08-17 Timantti Ab Non-alcoholic beverage enriched with 1h216o
EA012881B1 (ru) * 2005-03-05 2009-12-30 Сергей Павлович Соловьёв Косметическая композиция с повышенным содержаниемho
CN101146543A (zh) * 2005-03-11 2008-03-19 维达咨询有限公司 轻制药用水和治疗组合物及其制备方法
CN101146448A (zh) * 2005-03-11 2008-03-19 维达咨询有限公司 用于消毒无生命表面的组合物
US20080160100A1 (en) * 2005-03-11 2008-07-03 Igor Anatolievich Pomytkin Method For Stimulating Hair Growth And Regeneration
WO2006096084A1 (en) * 2005-03-11 2006-09-14 Vada Consulting Limited Methods for intradermal, transdermal or transmucosal delivery of biologically active substances
RU2275920C1 (ru) * 2005-04-01 2006-05-10 Игорь Анатольевич Помыткин Способ лечения новообразований
WO2007069934A1 (en) * 2005-12-12 2007-06-21 Vada Consulting Limited Method of treating metabolic syndrome
EA014537B1 (ru) * 2005-12-12 2010-12-30 Тимантти Аб Способ снижения уровня постпрандиальной глюкозы
US20080292718A1 (en) * 2005-12-12 2008-11-27 Igor Anatolievich Pomytkin Method for Suppression Appetite and Food Intake
RU2301067C1 (ru) * 2006-06-19 2007-06-20 Сергей Павлович Соловьев Средство и способ для повышения половой активности человека
JP2017526638A (ja) * 2014-06-30 2017-09-14 ミトコンドリアル サブストレート インベンション リミテッドＭｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ Ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ 認知機能向上のための栄養素溶液
US20180028473A1 (en) * 2014-06-30 2018-02-01 Mitochondrial Substrate Invention Ltd. Nutrients solutions

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996033129A1 (en) * 1995-04-20 1996-10-24 Kotai Laszlo A chemical procedure to produce water of reduced deuterium content
RU2295493C2 (ru) * 2004-05-28 2007-03-20 Сергей Павлович Соловьев Способ и установка для производства легкой воды
RU125092U1 (ru) * 2012-06-25 2013-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "МТК Айсберг" Установка для получения воды с пониженным содержанием дейтерия

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3363516A4 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019134014A1 (en) 2018-01-02 2019-07-11 Ambrosios Kambouris Isotopic compositions ii
RU2801453C2 (ru) * 2018-01-02 2023-08-08 БОТЭНИКЕЛ УОТЕР ТЕКНОЛОДЖИС АйПи ЛТД Изотопные композиции ii
US12151207B2 (en) 2018-01-02 2024-11-26 Botanical Water Technologies Ip Ltd Isotopic compositions II

Also Published As

Publication number Publication date
EP3363516A1 (en) 2018-08-22
US10688436B2 (en) 2020-06-23
US20180311617A1 (en) 2018-11-01
EP3363516B1 (en) 2019-12-11
EP3363516A4 (en) 2018-09-26
RU2612667C1 (ru) 2017-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5811410B2 (ja) 高純度のアクリル酸生産のための分離壁型蒸留塔及びこれを利用した分別蒸留方法
CN103842044B (zh) 鼓泡塔式蒸汽混合物冷凝器
JP5361882B2 (ja) 純粋なまたは濃縮された形態のネラールの連続調製プロセス
Kong et al. Removal of impurities from crude lead with high impurities by vacuum distillation and its analysis
US20120285661A1 (en) Vapor absorption system
RU156382U1 (ru) Дистиллятор колонного типа с контролируемым внутренним флегмообразованием
KR20140079367A (ko) 액체 혼합물 성분의 분리방법 및 장치
JP2010533578A (ja) 蒸留塔を制御し冷却する方法
US9168467B1 (en) Assembly for separating gas mixtures in fractionating columns
RU2612667C1 (ru) Устройство для получения воды с пониженным содержанием тяжелых молекул
Zhao et al. Study of a compact falling film evaporation/condensation alternate-arrayed desalination system
JP2010110759A (ja) 蒸留装置及び酸素同位体の濃縮方法
RU2241660C2 (ru) Способ приготовления концентрированного раствора и концентрированные водные растворы перекиси водорода, полученные этим способом
CN217139234U (zh) 一种多级戊烷蒸馏组合系统
RU2482903C1 (ru) Способ получения криптоноксеноновой смеси и устройство для его осуществления
RU2667286C1 (ru) Ректификационная колонна и способ очистки спирта с ее применением
CN1693192A (zh) 三氯氢硅加压提纯方法及其装置
RU2329951C2 (ru) Способ разделения тетрахлоридов циркония и гафния ректификацией
RU2663782C1 (ru) Устройство и способ испарения жидкостей, содержащих потенциально взрывчатые примеси
CN208898769U (zh) 酰氯产品生产系统
JP2019522661A (ja) エトキシキンの精製方法
RU2295493C2 (ru) Способ и установка для производства легкой воды
US4714525A (en) Process for separating high purity water
RU2604685C2 (ru) Способ получения концентрата криптона и ксенона
CN2804120Y (zh) 一种金属锑的真空精馏提纯装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16855838

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15768017

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016855838

Country of ref document: EP