Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Суды тұщыландыру процесі
Water desalination process
Көп сатылы жылдам буландыру (MSF) – теңіз суын бірнеше сатыда буға түрлендіру арқылы тұщытатын суды тұщыландыру процесі. Бұл сатылар негізінен қарсы ағымды жылу алмастырғыштар болып табылады. Қазіргі MSF қондырғыларында 30-ға дейін саты болуы мүмкін. Көп сатылы жылдам буландыру станциялары әлемдегі тұщы судың шамамен 26%-ын өндіреді, бірақ жаңа тұщы су станцияларының көбі энергия тұтынуын азайту себепті кері осмосты қолданады.
Multi stage flash distillation (MSF) is a water desalination process that distills sea water by flashing a portion of the water into steam in multiple stages of what are essentially countercurrent heat exchangers. Current MSF facilities may have as many as 30 stages. Multi stage flash distillation plants produce about 26% of all desalinated water in the world, but almost all of new desalination plants currently use reverse osmosis due to much lower energy consumption.
Принцип
Зауыттың әрқайсысында жылу алмастырғыш және конденсат жинағышы бар кезеңдерден тұрады. Әр кезеңде суық және ыстық ұштары болады, ал аралық кезеңдердің температурасы орташа болады. Кезеңдердегі қысым судың қайнау нүктесіне сәйкес келеді, ол әр температурада әртүрлі болады. Ыстық ұшынан кейін тұздық жылытқыш деп аталатын контейнер орналасқан. Зауыт тұрақты режимде жұмыс істегенде, суық кіреберіс температурасындағы су жылу алмастырғыштар арқылы ағып немесе сорылып, жылынады. Тұздық жылытқышқа жеткенде, судың температурасы жоғарылайды. Жылытқышта қосымша жылу беріледі. Жылытқыштан кейін су клапан арқылы төмен қысым мен температурасы бар кезеңдерге қайта жіберіледі. Су ағыны кері бағытталғанда, ол кіретін судан ажырату үшін тұздық су деп аталады. Әр кезеңде тұздық кіргенде, оның температурасы кезеңнің қысымындағы қайнау нүктесінен жоғары болады, сондықтан тұздық судың бір бөлігі буға айналып ("жарылады") және температура тепе-теңдікке жеткенше төмендейді. Нәтижесінде пайда болған бу жылу алмастырғыштағы кіретін судан сәл ыстық болады. Бу суынып, жылу алмастырғыш құбырларында конденсацияланып, кіретін суды қыздырады. Барлық кезеңдердегі судың булануы жүйе арқылы ағып өтетін судың шамамен 85% құрайды, бұл температура диапазонына байланысты. Температура жоғарылаған сайын қабыршақтану және коррозия қаупі артады. 110-120 °C ең жоғары температура болып көрінеді, бірақ қабыршақтанудан сақтану үшін 70 °C-тан төмен температура талап етілуі мүмкін. Кіретін су конденсацияланған будың жасырын жылуын алып кетеді, осылайша кезеңнің төмен температурасын сақтайды. Камерадағы қысым тұрақты болып қалады, өйткені жаңа жылы тұздық кіргенде бірдей мөлшерде бу пайда болады және бу жылу алмастырғыш құбырларында конденсацияланғанда шығарылады. Тепе-теңдік тұрақты, себебі егер қандай да бір уақытта көбірек бу пайда болса, қысым артады, бұл булануды азайтып, конденсацияны арттырады. Соңғы кезеңде тұздық пен конденсаттың температурасы кіреберіс температурасына жақын болады. Содан кейін тұздық пен конденсат кезеңнің төмен қысымынан атмосфералық қысымға сорылады. Тұздық пен конденсат әлі де аз мөлшерде жылу алып жүреді, ол олар шығарылғанда жүйеден шығындалады. Жылытқышқа берілген жылу осы шығынды өтеуге жұмсалады. Тұздық жылытқышқа берілген жылу көбінесе тұзсыздандыру орналымымен бірге орналасқан өнеркәсіптік процестен ыстық бу түрінде келеді. Бу тұздықты тасымалдайтын құбырларға конденсацияланады (кезеңдерге ұқсас). Булануға қажетті энергияның бәрі тұздық жылытқыштан шыққанда тұздықта болады. Булануды ең төменгі қысым мен температурада бір кезеңде емес, бірнеше кезеңде жүргізудің себебі, бір кезеңде кіретін су тек кіреберіс температурасы мен жылытқыш арасындағы орташа температураға дейін жылынады, ал будың көп бөлігі конденсацияланбайды және кезең ең төменгі қысым мен температураны сақтамайды. Мұндай орналымдар 23-27 кВт/м3 (шамамен 90 МДж/м3) дестилденген сумен жұмыс істей алады. Процеске кіретін суық тұзды су, тұзды қалдық сумен/дестилленген сумен кері ағып, шығысқа салыстырмалы түрде аз жылу энергиясын шығарады. Жылудың көп бөлігі жылытқышқа қарай ағып жатқан суық тұзды сумен сіңіріледі және энергия қайта пайдаланылады. Сонымен қатар, MSF дистилляциялық орналымдары, әсіресе ірілері, көбінесе когенерациялық конфигурациядағы электр станцияларымен жұптастырылады. Электр стансасының қалдық жылуы теңіз суын жылыту үшін пайдаланылады, сонымен бірге электр стансасын салқындатады. Бұл қажетті энергияны жартысынан екі үшін бір бөлігіне дейін азайтады, бұл орналымның экономикасын түбегейлі өзгертеді, өйткені энергия MSF орналымдарының ең үлкен операциялық шығыны болып табылады. MSF-тің басты бәсекелесі - кері осмоз, теңіз суын алдын ала тазартуды және күтіп-ұстауды қажет етеді, сондай-ақ арзан қалдық жылуды пайдаланудың орнына жұмыс түріндегі энергияны (электр энергиясы, механикалық қуат) қажет етеді.
The plant has a series of spaces called stages, each containing a heat exchanger and a condensate collector. The sequence has a cold end and a hot end while intermediate stages have intermediate temperatures. The stages have different pressures corresponding to the boiling points of water at the stage temperatures. After the hot end there is a container called the brine heater. When the plant is operating in steady state, feed water at the cold inlet temperature flows, or is pumped, through the heat exchangers in the stages and warms up. When it reaches the brine heater it already has nearly the maximum temperature. In the heater, an amount of additional heat is added. After the heater, the water flows through valves back into the stages that have ever lower pressure and temperature. As it flows back through the stages the water is now called brine, to distinguish it from the inlet water. In each stage, as the brine enters, its temperature is above the boiling point at the pressure of the stage, and a small fraction of the brine water boils ("flashes") to steam thereby reducing the temperature until an equilibrium is reached. The resulting steam is a little hotter than the feed water in the heat exchanger. The steam cools and condenses against the heat exchanger tubes, thereby heating the feed water as described earlier. The total evaporation in all the stages is up to approximately 85% of the water flowing through the system, depending on the range of temperatures used. With increasing temperature there are growing difficulties of scale formation and corrosion. 110 120 °C appears to be a maximum, although scale avoidance may require temperatures below 70 °C. The feed water carries away the latent heat of the condensed steam, maintaining the low temperature of the stage. The pressure in the chamber remains constant as equal amounts of steam is formed when new warm brine enters the stage and steam is removed as it condenses on the tubes of the heat exchanger. The equilibrium is stable, because if at some point more vapor forms, the pressure increases and that reduces evaporation and increases condensation. In the final stage the brine and the condensate has a temperature near the inlet temperature. Then the brine and condensate are pumped out from the low pressure in the stage to the ambient pressure. The brine and condensate still carry a small amount of heat that is lost from the system when they are discharged. The heat that was added in the heater makes up for this loss. The heat added in the brine heater usually comes in the form of hot steam from an industrial process co located with the desalination plant. The steam is allowed to condense against tubes carrying the brine (similar to the stages). The energy that makes possible the evaporation is all present in the brine as it leaves the heater. The reason for letting the evaporation happen in multiple stages rather than a single stage at the lowest pressure and temperature, is that in a single stage, the feed water would only warm to an intermediate temperature between the inlet temperature and the heater, while much of the steam would not condense and the stage would not maintain the lowest pressure and temperature. Such plants can operate at 23–27 kWh/m3 (appr. 90 MJ/m3) of distilled water. Because the colder salt water entering the process counterflows with the saline waste water/distilled water, relatively little heat energy leaves in the outflow—most of the heat is picked up by the colder saline water flowing toward the heater and the energy is recycled. In addition, MSF distillation plants, especially large ones, are often paired with power plants in a cogeneration configuration. Waste heat from the power plant is used to heat the seawater, providing cooling for the power plant at the same time. This reduces the energy needed by half to two thirds, which drastically alters the economics of the plant, since energy is by far the largest operating cost of MSF plants. Reverse osmosis, MSF distillation's main competitor, requires more pretreatment of the seawater and more maintenance, as well as energy in the form of work (electricity, mechanical power) as opposed to cheaper low grade waste heat.