Способ получения льдосодержащей суспензии из морской воды и установка для его осуществления

Способ получения льдосодержащей суспензии из морской воды и установка для его осуществления

Реферат

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к способам получения льдосодержащих суспензий из морской воды, установкам для получения льда, и может быть использовано в пищевой промышленности, а также в рыбной отрасли для сохранения улова.

Известен способ получения льдосодержащих суспензий, заключающийся в выделении твердой фазы из находящейся под вакуумом воды или водных растворов различных солей (NaCl, CaCl₂) (Маринюк Б.Т. Вакуумно-сублимационная установка для получения водного льда. - Холодильная техника., 2008, №3, с.36). Метод адиабатного расширения за счет отвода внутренней энергии жидкой фазы вакуум-компрессором реализован сразу двумя способами: дискретно организованным послойным намораживанием отдельных порций жидкой фазы в вакуумном испарителе и непрерывным распылением кристаллизующейся в полете жидкой фазы в вакуумный испаритель через распылительные форсунки.

Основное преимущество перед традиционными: «образование льда идет практически на поверхности раздела вода-пар и термосопротивление слоя водяного льда не оказывает отрицательного влияния на интенсивность его образования». Однако повышенное термическое сопротивление тепловому потоку приводит к необходимости увеличивать температурный напор между средами, участвующими в теплообмене, что влечет за собой повышение расхода энергии.

Известен также способ получения твердой фазы методом ее выделения из морской воды в вакуумной камере опреснительной установки абсорбционного типа. Компания «Carrier Corporation» в 1959 году ввела в эксплуатацию опреснитель, представляющий собой бромисто-литиевую абсорбционную холодильную машину, в вакуумной камере 1 которой (фигура 1), проходили одновременно процессы кипения и кристаллизации морской воды (Mechanical Engineering University of Nevada Reno, Nevada «Desalination and Water Purification Research and Development». Program Final Report No. 78. November 2003 - прототип). В теплоизолированной (адиабатной) вакуумной камере происходило снижение температуры морской воды за счет испарения водяного пара с ее поверхности. Испарение водяного пара, в свою очередь, проходило за счет разрежения, которое создавалось абсорбцией (поглощением) водяного пара из объема вакуумной камеры в пленку «крепкого» раствора бромида лития, стекающего по боковой поверхности вакуумной камеры. По мере испарения водяных паров с поверхности морской воды ее температура снижалась, т.к. процесс испарения проходит с поглощением теплоты (2500 кДж/кг). В зависимости от степени разрежения испарение могло переходить в кипение. Кипение - это объемное испарение, т.е. по своей физической сути тот же процесс, но отличающейся только интенсивностью. Как только температура морской воды достигала «-2°C» (морская вода является раствором с концентрацией 0,035, что определяет ее пониженную по сравнению с чистой водой температуру кристаллизации), т.е. криоскопической точки, из нее выделялся первый кристалл с концентрацией ноль, т.е. состоящий из чистой воды. Именно в этот момент состояние морской воды достигало тройной точки, т.к. в кипящей жидкости появлялась твердая фаза. За счет выделения из морской воды кристаллов с концентрацией ноль, концентрация оставшейся в резервуаре морской воды, т.е. раствора, повышалась. К моменту выделения из морской воды кристаллов в количестве 50% от начального количества температура процесса выделения кристаллов (криоскопическая температура) снижалась до «-4,5°C».

Таким образом, в теплоизолированной вакуумной камере абсорбционной машины проходит кипение морской воды за счет ее же кристаллизации. Процесс кипения требует подвода теплоты в количестве 2500 кДж/кг (при давлении 600 Па), а процесс кристаллизации - отвода теплоты в количестве 335 кДж/кг (при давлении 600 Па). За счет разрежения, создаваемого водным раствором бромида лития, в вакуумной камере абсорбционной машины при давлении 600 Па (тройная точка воды) проходят одновременно процессы кипения и кристаллизации. Испарение 1 кг приводит к кристаллизации 7,5 кг, в результате чего кипящая вода в вакуумной камере превращается в суспензию, представляющую собой смесь жидкой фазы и кристаллов льда. В опреснителе компании «Carrier Corporation» после получения суспензии от нее отделяли твердую фазу, т.е. кристаллы пресного льда, плавили и получали пресную воду как готовый продукт.

Недостатком известного способа является отсутствие механизмов целенаправленного воздействия на процесс фазового превращения жидкость - твердое тело и, соответственно, на его удельные энергетические затраты.

Задачей заявляемого изобретения является получение льдосодержащей суспензии заданных свойств (низкой вязкости) за счет получения кристаллов сферической формы и размерами от 0,1 до 0,5 мм.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения льдосодержащей суспензии из морской воды, включающем вакуумирование, кипение морской воды, испарение водяного пара и поглощение его раствором бромида лития, кристаллизацию морской воды с образованием суспензии, представляющей собой смесь жидкой фазы и кристаллов льда, морскую воду в процессе вакуумирования на стадии образования суспензии дополнительно подвергают воздействию ультразвуковых колебаний до образованием суспензии с кристаллами льда сферической формы диаметром 0,1-0,5 мм с последующим отводом в резервуар хранения для использования суспензии как хладоносителя в качестве криоконсерванта для сохранения гидробионтов.

Поставленная задача решается также тем, что установка для получения льдосодержащей суспензии, содержащая теплоизолированную вакуумную камеру, генератор восстановления концентрации бромида лития с последующим удалением водяного пара в окружающую среду и содержащая резервуар для хранения морской воды, дополнительно снабжена генератором ультразвуковых колебаний с функцией подключения к боковой поверхности вакуумной камеры и снабжена резервуаром хранения суспензии.

Суспензию, образовавшуюся в вакуумной камере абсорбционной установки, как хладоноситель можно использовать в рыбной промышленности в качестве криоконсерванта для сохранения гидробионтов от момента их извлечения из орудий лова до переработки. Суспензии, применяемые в рыбной промышленности для сохранения гидробионтов, должны иметь низкую вязкость для того, чтобы их возможно было перекачивать насосом по трубопроводам. Вязкость суспензии зависит от формы кристаллов, которые входят в ее состав. Кристаллы небольших размеров и имеющие сферическую форму создают суспензии низкой вязкости, и наоборот, крупные кристаллы (диаметр более 1 мм) разветвленной (дендритной) структуры образуют суспензии повышенной вязкости, перекачивание которых по трубопроводам приводит к перерасходу электроэнергии. С целью снижения вязкости суспензии на боковой поверхности вакуумной камеры установлен генератор ультразвуковых колебаний. Акустические колебания в диапазоне от 60 до 65 кГц формируют в вакуумной камере абсорбционной установки небольшие по размеру (0,1…0,5 мм) кристаллы сферической формы. Предлагаемая абсорбционная установка реализует предлагаемый способ.

Следовательно, способ получения льдосодержащей суспензии и установка для его осуществления объединены единым изобретательским замыслом, на решение которого они направлены, т.к. только посредством всей совокупности существенных признаков заявленных способа и устройства для его осуществления достигается единый технический результат - получение кристаллов сферической формы диаметром 0,1-0,5 мм. Кроме этого, абсорбционная установка потребляет энергию теплоты, а не электроэнергию, как холодильные машины других принципов действия. Данное обстоятельство может быть значимым при дефиците электроэнергии на рыбоперерабатывающих предприятиях островных территорий Дальнего Востока РФ. В качестве теплоты, поступающей в установку, возможно использовать пар низкого давления (с температурой около 100°С), который выходит из автоклавов рыбоконсервных линий. Таким образом, суспензия, необходимая рыбокомбинату для сохранения улова, может быть получена за счет низкопотенциальной тепловой энергии, сбрасываемой обычно в окружающую среду.

Совокупность существенных признаков заявленных способа получения льдосодержащей суспензии из морской воды и установки для его осуществления имеют причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков способа и устройства стало возможным решить поставленную техническую задачу.

На основании изложенного можно заключить, что заявленные способ получения льдосодержащей суспензии из морской воды и установка для его осуществления являются новыми, обладают изобретательским уровнем, т.е. они явным образом не следуют из уровня техники и пригодны для промышленного применения.

Сущность заявленных способа получения льдосодержащей суспензии из морской воды и установка для его осуществления поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема установки получения льдосодержащей суспензии. Установка содержит вакуумную камеру 1; генератор восстановления концентрации бромида лития 2; резервуар для хранения морской воды 3; насосы для перекачивания раствора бромида лития 4, 5, 6; конденсатор 7; генератор ультразвуковых колебаний 8; резервуар хранения льдосодержащей суспензии 9.

Способ получения льдосодержащей суспензии из морской воды осуществляют следующим образом.

Насос подает в вакуумную камеру «крепкий», т.е. высококонцентрированный, раствор бромида лития, который, стекая по боковой поверхности вакуумной камеры, поглощает пары морской воды. Морская вода в результате создавшегося вакуума, равного 600 Па, кипит при температуре «-2°C» с одновременным выделением кристаллов. Генератор ультразвуковых колебаний создает в резервуаре с кипящей морской водой акустическое поле, характеризующееся наличием волн, т.е. колебаний с частотой 60…65 кГц. Воздействие акустического поля, указанных параметров, приводит к образованию кристаллов сферической формы и диаметром от 0,1 до 0,5 мм. Раствор бромида лития, потерявший свою концентрацию по причине поглощения паров воды, удаляют из вакуумной камеры насосом в отсек «слабого» раствора генератора для восстановления концентрации бромида лития. В отсек «слабого» раствора подается теплота десорбции для восстановления концентрации раствора. Раствор с восстановленной концентрацией бромида лития подают насосом в отсек «крепкого» раствора, из которого насосом подают его в вакуумную камеру по замкнутому циклу. Водяной пар, испарившийся из раствора в генераторе восстановления концентрации бромида лития, подают в конденсатор, где он конденсируется за счет охлаждения и выводится в окружающую среду, реализуя разомкнутый цикл. Как было сказано выше, движение водного раствора бромида лития осуществляется по замкнутому циклу, а движение воды, испарившейся из морской воды в вакуумной камере, осуществляется по разомкнутому циклу, т.е. с выводом в окружающую среду из конденсатора. Полученная в вакуумной камере суспензия, с кристаллами сферической формы, отправляется в резервуар хранения, а в вакуумную камеру, по мере необходимости, поступает морская вода из резервуара.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Морскую воду подают в вакуумную камеру 1 из резервуара 3, в вакуумной камере 1 при давлении 600 Па и температуре от «-2°C» до «-4,5°C» морская вода закипает и одновременно образует кристаллы. Генератор ультразвуковых колебаний 8 создает в резервуаре с кипящей морской водой акустическое поле, характеризующееся наличием волн, т.е. колебаний с частотой 60…65 кГц. Воздействие акустического поля, указанных параметров, приводит к образованию кристаллов сферической формы диаметром от 0,1 до 0,5 мм. Высококонцентрированный «крепкий» раствор бромида лития, который является высокоэффективным абсорбентом водяных паров, стекает по боковой поверхности вакуумной камеры 1 и поглощает образовавшиеся пары воды. Насос 4 постоянно удаляет водный раствор бромида лития в отсек «слабого» раствора генератора восстановления концентрации бромида лития 2, где его концентрация восстанавливается за счет выпаривания воды низкопотенциальной теплотой. «Крепкий» водный раствор бромида лития с восстановленной концентрацией насосом 5 перекачивают в отсек «крепкого» раствора. Из отсека «крепкого» раствора насосом 6 раствор подают в вакуумную камеру 1, замыкая цикл, а испарившуюся из раствора воду удаляют в окружающую среду через конденсатор 7. Суспензию с концентрацией твердой фазы 50% удаляют из вакуумной камеры 1 в резервуар хранения суспензии 9.

1. Способ получения льдосодержащей суспензии из морской воды, включающий вакуумирование, кипение морской воды, испарение водяного пара и поглощение его раствором бромида лития, кристаллизацию морской воды с образованием суспензии, представляющей собой смесь жидкой фазы и кристаллов льда, отличающийся тем, что морскую воду в процессе вакуумирования на стадии образования суспензии дополнительно подвергают воздействию ультразвуковых колебаний до образования суспензии с кристаллами льда сферической формы диаметром 0,1-0,5 мм с последующим отводом ее в резервуар хранения для использования в качестве хладоносителя, как криоконсерванта для сохранения гидробионтов.

2. Установка для получения льдосодержащей суспензии, содержащая теплоизолированную вакуумную камеру, генератор для восстановления концентрации бромида лития с последующим удалением водяного пара в окружающую среду и резервуар для хранения морской воды, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена генератором ультразвуковых колебаний с функцией подключения к боковой поверхности вакуумной камеры, и установлен резервуар хранения суспензии.