Концентраты, образующиеся при вакуумном выпаривании, гораздо дешевле и легче подвергаются последующей переработке, хранению и транспортировке.
Как известно — вакуумное выпаривание, это процесс концентрирования жидких отходов при пониженном давлении методом частичного удаления жидкости испарением в процессе кипения. При выпаривании жидкость извлекается из объема раствора.
Технология достаточно эффективная, но энергозатратна по времени. Нужно постоянно поддерживать определённый вакуум и подводить теплоту, которая расходуется на парообразование и на работу пара против внешнего давления при увеличении объёма паровой фазы.
Например, при давлении в 0,05 атм. температура кипения воды равна 29 градусам, а давление в 0,1 атм. заставляет воду кипеть уже при 45.45 градусах.
Исходя из выше изложенного необходимо определить, какие технологические процессы промышленного производства способны “бесплатно” обеспечить достаточно продолжительное время заявленные выше значения давления и температур.
Рассмотрим работу классической градирни, например, металлургического производства. Классическая градирня имеет в среднем температуру воды на входе 50-60 градусов, а на выходе 30-40 градусов.
Принцип работы градирни достаточно прост. Вода в градирню подаётся под давлением. В верхней части градирни расположены распылительные насадки. Горячая вода разбрызгивается вниз. На своем пути вниз капли воды встречаются с мощным восходящим воздушным потоком и т.д.
Рассматривая принцип работы классической градирни — прослеживается простое решение без затратной технологии вакуумного выпаривания воды.
Температура в 50-60 градусов в наличии. Трубчатый теплообменник перед входом в градирню, размещённый в классическом выпарном баке обеспечит стабильный тепловой поток для вакуумного выпаривания воды.
Осталось найти техническое решение создания в классическом выпарном баке на непрерывной основе вакуума в диапазоне 0,05-0,1 атм. за счёт определённого технологического процесса работы самой градирни.
Таким техническим решением является классический вакуумный водоструйный насос, с которым все знакомы ещё со школьных уроков физики. Принцип действия классического водоструйного насоса — создание разряжения за счет протекающей через трубки струи воды. Вырываясь из сопла утончающейся трубки в ограниченное пространство с низким давлением, вода движется с большой скоростью и захватывает воздух из бокового отвода насоса. Степень остаточного давления, которое может обеспечить водоструйный насос, вычисляется давлением паров воды при определенной температуре. Так, при температуре воды +30 °С давление можно понизить до 0,041 атм.
Т.к. горячая вода в любом случае разбрызгивается форсунками, то можно достаточно просто в конструктивном плане доработать форсунки в вакуумно-распылительные модули, заставив их работать как для распыления горячей воды под давление, а также как вакуумный водоструйный насос. Это обусловлено тем, что как в одном, так и в другом случае основой обоих процессов является распыление воды под давлением, что наглядно продемонстрировано следующим рисунком № 2.1.
Рис. 2.1. Вакуумно-распылительный модуль градирни.
Исходя из Выше изложенного работа классической градирни с доработанными распылительными форсунками в вакуумно-распылительные модули позволит дополнительно и без каких-либо дополнительных затрат проводить технологический процесс вакуумного выпаривания за счёт утилизации низко потенциального тепла и остаточной энергии промышленной градирни (охладительной башни).
Схема реализации способа представлена на рис. № 2.2.
Рис. № 2.2. Схема реализации способа концентрации водных растворов отходов промышленного производства вакуумным выпариванием за счёт утилизации низко потенциального тепла и остаточной энергии промышленной градирни.
Основные параметры заявленного способа, как время и количество воды вакуумного выпаривания можно “приближённо” оценить (без учёта времени нагрева водного раствора до температуры кипения и приняв КПД нагревателей и т.п. = 1).
Удельная теплота парообразования 1 кг воды при температуре в 50 градусов – 643 Вт. Для упрощения оценочных характеристик примем условно, что 1 литр воды выкипает за 1 час при подведении 1 кВт тепла.
Если учесть, что современные промышленные градирни имеют тепловую нагрузку(количество тепла, утилизируемого на градирне) порядка 100 кВт — 1 Мвт можно условно оценить, что за 1 час из выпарного бака полностью выкипит от 100 до 1000 кг воды соответственно.
Таким образом водный концентрат отходов промышленного производства может концентрирован до порошкового состояния для последующей утилизации или переработки за счёт абсолютно бесплатной энергии разбрызгивания воды в промышленных градирнях.