1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (811202), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Схемы СоленЭС, предложенные Леаеншпилем (зЦ. à — система поплавкан; 2 †.эластимный экран, раэделвющнй «ресную и соленую воду; 3 — гндроэлектро агрегат; 4 — валовыпуск с системой мембран; 5 — подающий водовод пресной воды В. Д. Лисицей (27], отношению температур пресной и морской воды. В этом случае выражение для энергии, теоретически доступной для преобразования, принимает вид 1(' даст = Пг~е = Т, 13~+ Ъг~ (7.12) га ууо 3 е д сь же можно добавить, что для расчета величины П мости от кон ент в зависит онцентрацип хлора и температуры существует простое параметрическое уравнение, которым удобно пользоваться, когда неизвестен точный солевой состав. Оно имеет вид П вЂ” 12,08( — 0,88 ° Г0 'С1 — 8,2.
10 бС(в) 273+ у (7 13) г где С1 — концентрация хлора, г/кг; 7 — температура, 'С. Э 7.3. Гидроосмотичесние системы Первую конструкцшо промышленной СоленЭС на прин испо льзоваиня гидравлического напора предложили профессора Рис. 7.2. Схема СоленЭС Уика и Айвекса (БЦ. à — река; 2 — водовод; 3 — гидраагрегат с электрогенератором; 4 — бубгерный бассейн пресной воды; 5 — надавыпуск с системой мембран Д. Унк и Д. Айзеке из океаиологического института Скриппса в 1978 г. Особенность их системы — наличие двух ст пеней п еоб азования не обычна р . я энергии: на первой ступени станция работает как чная ГЭС с высотной плотиной, разделяющей верхний и нижний бассейны, на второй — пресная вода нижнего бассейна вается в мо е п йна откачире против градиента солености через осмотические мембраны осмонасосом (рис.
7.2). Нижний бассейн образован двумя дамбами, построенными в устье реки. Уровень волы в нем примерно на 100 м ниже, чем и в реке, н в море. Речная во попа ае д т в нижний оассейн через высокоиапорную гидротурбину, 170 а удаляется пз него осмонасосом, представляющим собой разветвленную сеть мембран. Столь грандиозное гидротехническое сооружение может быть упрощено по крайней мере двумя способами. Первый — использование принципов подводной технологии с размешением гидро- турбин с генераторами непосрсдствснио в толще воды. Эволюция такого подхода, предложенного профессором О.
Левеншпилем из Орегонского университета в Корвалисе (США), показана на' рис. 7.3. Этот подход позволил принципиально отказаться от гнгантских плотин, свести дело к одной дамбе, затем просто к пластиковому экрану, разделяющему пресные и соленые воды, и, наконец, к трубопроводу пресной воды, подающему ее на требуемую глубину на достаточном расстоянии от эстуария, где за счет естественных факторов обеспечивается определенный перепад соленостей. Мембраны этих систем — это все те же разветвленные сети мембран, что требуются для реализации первой схемы 171 (см. рис.
7.2) и вообше всех схем, основанных на использовании пол проннцаемых мембран. ушествует и второй способ упрощения гидротехнических сооружений. Этот способ подачи жидкости основан на подкачке соленого раствора в камеру высокого давления, из которой разбавленный раствор выбрасывается через турбину. Противодавление, равное половине осмотического давления, необходимо, как показано в предыдушем параграфе, для обеспечения максималь- 0=2у12000 0= 70(ййг 0=2(00 Р -0(0) вагхадлйя Отрабптаяямй мопу аоста рйтлЯр Рррмь дада Рис. 7,4. Схема преобразователя Лоуба с противодавлеиием для различных пар растворов: речная вада — морская вода и морская вода Средиземного моря — вода Мертвого моря (для второго случая зиачеиия параметров приведены в скобках) (зу). 1 — насос пресной воды; у — отсек, отдающий воду; 3 — отсек, принимающий воду; б — мембран»; б — насос концентрированного раствора; б — турбаиа; У вЂ” влектрогенератор ной мошности преобразования соленостной энерпш.
Полезная работа при такой схеме получается за счет дополнительного объема пресной воды, проникающей через систему мембран [21, 51]. На рис. 7.4 приведена схема электростанции, использующей искусственно создаваемое противодавление, для двух пар растворов — речная вода †морск вода и морская вода †концентрированный рассол. При использовании второй нары приходится применять дополнительный насос, обеспечивающий разбавление исходного концентрированного рассола. Здесь необходимо оговориться, что проект Лоуба рассчитан на использование градиента соленостей, который может быть получен при смешении вод Средиземного и Мертвого морей, что требует строительства примерно 40 км трубопровода.
Схема может быть применена и для реализации потенциала соленостной энергии залежей ископаемой соли. В этом случае часть смешанного раствора может быть использована для ее растворения. Схема была исследована экспериментально. В качестве мембраны применены полые волокна из арома- 172 тического полиамида, выдерживающие требуемый перепад давлений. Менее концентрированный раствор или морская вода подавались внутрь волокон, снаружи они омывались более концентрированным рассолом. Речная или морская вода предварительно фильтровались.
Эксперименты показали принципиальную работоспособность схемы, однако исследователи отметили, что в настоящее время использование высоких осмотических давлений, которые можно получить с помощью концентрированных растворов, на практике невозможно из-за недостатков современных мембран, При гидростатических давлениях выше 10' Па последние уплотняются и перестают «работать», аналогичным образом на них действуют и высокие концентрации солей.
При экспериментах с рассолом Мертвого моря исследователям приходилось вдвое разбавлять его, чтооы получить приемлемую концентрацию. И такие исследования приносят все новые очень ценные с практической точки зрения результаты. Например, в публикации Г. Джеллинека и Х. Масуды 157) описана опытная установка, позволившая еше более детально изучить работу гидроосмотического устройства (рис. 7.5).
Она работала на перепаде соленостей пресной воды и раствора поваренной соли с концентрацией 3,5 гул (0,612-молярный раствоо) при температуре 25'С. При общей площади мембран 0,158 и в опытной установке была получена полезная механическая мощность примерно 1,6 Вт/мй (имеется в виду площадь мембраны), что составило 65 а), мощности, определенной теоретически без учета различных потерь, основная доля которых пришлась на трение в сопле (55 огга) и в системе рециркуляцпи. Эти потери могут быть существенно снижены (в 1Π— 20 раз), и тогда удельная мощность может быть доведена до величины 6 Вт!мй, что оказывается в 2,5 раза больше теоретического значения.
Прирост вырабатываемой мощности вызвало явление концентрационной поляризации, зактшочаюшееся в повышении концентрации раствора вблизи мембраны со стороны раствора соли за счет проникновения соли в мембрану. В результате этого осмотическое давление повышается так, что равновесное значение увеличивается с 27,9 1Оз до 77,54 !Об Па, соответственно увеличивается скорость поступления пресной воды через мембрану. Для обратного осмоса это явление имеет отрицательные последствия, что ставит под сомнение эффективность крупномасштабного обессоливаиия морской воды с помощью мембран, погружаемых на глубину более 240 м (известный проект Левеншпиля, предложившего опустить трубу с пакетом мембран на глубину около 8 км с тем, чтобы образуюшийся столб пресной воды, плотность которой иа 3 ауа ниже плотности морской воды, под действием образующегося перепада гидро- статических давлений фонтанировал на поверхности (51).
Интересно отметить, что при предварительных экспериментах на одном модуле будущей опытной установки с такой же мембраной из асимметрического триацетата целлюлозы («Оэшоп1сз Ьера Р897») было получено максимальное давление 173 й Н В вЂ” ! Н,О беленая г.г Выпуск Пресная дода Выпуск Соленая дода Вь !пуск 17,8 10б Па при активности воды в растворе, равной 0,97985, соответствующей равновесному осмотическому давлению 27,9 10' Па. Замеренное значение расхода пресной воды через мем- Рис. 7.В.
Опытная установка Джеллинека и Масуды [о71: о — схема установки, "б — схема отдельного модуля. à — мембрана, У вЂ” фнльтровальнап бумага; Я вЂ” стальной проволотнмй экран," 4 — нерфорнрованнан стальнан пластина; б -- уплотннтель брану составило 3,6.10-емй м-'с-' при обратном потоке соли 1,05 10 — 4 моль.м — 'с — ' (95 бго насыщения). Константа проницаемости мембраны В=!,7.10-7 м с ', коэффициент диффузии Р= = 1,29 10 " кг! м' с.
В опьпной установке„ составленной из нескольких блоков (рис. 7.5, а, схема отдельного блока приведена па рис. 7.5, б) было получено значение коэффициента диффузии почти в 3 раза более высокое Р=3,65 10-'й кг-' м'с. Исследо- !74 ватели объясняют это тем, что на образование (возиикновение) поляризации требуется некоторое время. Во втором случае с момента заполнения системы раствором соли ло начала опытов прошло около суток. Отмечают они и другие эффекты, связанные с оптимальными размерами соплового отверстия, более эффективным креплением мембран и устронства защитного фильтра перед мембраной. На основе выполненных исследований Г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
