ГЛАВА 1. Существующие технологии опреснения морской воды
Министерство образования и науки Российской Федерации
Министерство образования, науки и молодежи Республики Крым
Малая Академия Наук «Искатель»
Отделение технических наук
ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«ЮНЫЕ ТЕХНИКИ И ИЗОБРЕТАТЕЛИ»
В Государственной Думе Федерального Собрания
Российской Федерации 2016 г.
Номинация – «Здоровая среда»
КРЫМСКИЙ
ИННОВАЦИОННЫЙ ПРОЕКТ
«ОПРЕСНЕНИЕ МОРСКОЙВОДЫ»
Проект выполнил:
Кормилицын Артем,
учащийся 10-А класса
МБОУ «СОШ» № 18 г. Симферополя
Научный руководитель:
руководитель
«Изобретательской лаборатории»
МАН «Искатель»
Савицкий Владимир Николаевич
| |
г. Симферополь -2016 г.
Содержание
Аннотация……………………………………………………………………………….…… 3
Введение, цели и задачи…………………………………………….….……………….…...4
ГЛАВА 1. Краткий обзор существующих технологий опреснения воды
1.1. Дистилляция ……………………………………………………………………………. 6
1.2. Обратный осмос …………………………………………………………………….….. 6
1.3. Электродиализ ……………………………………………………………………….…. 6
1.4. Ионный обмен ………………………………………………………………………….. 7
1.5. Замораживание ……………………………………………………………………….… 7
1.6. Гелиоопреснение……………………………………………………………………….. 8
|
|
|
1.7. Капиталовложения (на 100 тыс. м3 в сутки) ………………………………………….. 8
ГЛАВА 2. Прорывные инновационные технологии проекта………..................................9
2.1 Сверхзвуковой вакуумный насадок Николая Шестеренко….……………………......9
2.2 Вихревые парогенераторы «мгновенного» вскипания Юрия Красильникова……...13
2.2.2. Установки «мгновенного» вскипания………………………..…………….….....…16
2.3. Получение холода и тепла …………………………………………………………….18
ГЛАВА 3. Крымский инновационный Проект «Опреснение морской воды»………….20
3.1. Практическая часть. Конденсатор пара………………………………………………20
3.2. Новая концепция опреснителя морской воды………………………………………21
ГЛАВА 4. Бизнес-Предложение, актуальность и экономика Проекта………………....22
4.1. Бизнес-предложение…………………………………………………………………..23
4.2. Актуальность Проекта………………………………………………………………...24
4.5 Экономика проекта……………………………………………………….…................25
ВЫВОДЫ…………………………………………………………………………………...27
Список источников информации……………………………………………...………….28
Приложения………………………………………………………………………………..29
|
|
|
 |
Аннотация
Крымский инновационный Проект «Опреснение морской воды».
Проектом предусматривается разработка новой прорывной эффективной технологии опреснения морской воды. Реализация Проекта предлагается на основе новых сверхзвуковых вакуумных технологий Н.А. Шестеренко и вихревых установок «мгновенного» вскипания Ю.М. Красильникова.
В работе рассмотрены вопросы практического применения запатентованных устройств и технологий для малозатратного опреснения морской воды, в частности, предлагается использование сверхзвуковых вакуумных технологий и насадок Николая Шестеренко и вихревых установок «мгновенного» вскипания Юрия Красильникова, а также других аппаратов струйных технологий для малозатратного опреснения морской воды, при этом насадок Шестеренко является источником энергии для всех технологических операций, например, подача морской воды осуществляется с помощью струйных (эжекционных) насосов за счет энергии сверхзвукового воздушного потока, который создает разряжение в корпусе насоса и обеспечивает подъем (эжекцию, всасывание) морской воды и ее дальнейшее быстрое движение в сопле Лаваля и, когда вода проходит самую узкую часть сопла Лаваля, ее скорость возрастает, а давление воды (согласно уравнению Бернулли) падает, что приводит к «мгновенному» вскипанию части воды при температуре около 20-250С. Смесь пара и воды со скоростью 3-4М поступает на вход вихревого парогенератора Юрия Красильникова, который также является в данном случае и сепаратором. На основе сопла Лаваля работает простое устройство для конденсации влаги (а.с. СССР № 1510764), которая содержится в паровоздушной смеси. Оно представляет собой «свернутое» сопло Лаваля, в котором диффузор расположен внутри конфузора. Это устройство работает следующим образом – паровоздушная смесь поступает в конфузор, где разгоняется до скорости не менее 250-300 м/сек. При этом происходит охлаждение паровоздушной смеси до температуры насыщения и каплеобразования. Затем на выходе из конфузора происходит торможение потока во влагосборной камере из-за внезапного расширения и резкого поворота потока на 1800 в направлении диффузора. При этом влага, содержащаяся в потоке, из-за инерции движения оседает во влагосборной камере. Осушенный воздух поступает в диффузор, а тепло, выделившееся при конденсации, идет на подогрев воздуха.
|
|
|
Научная работа: «Крымский инновационный проект опреснения морской воды»
|
|
|
28 стр., 5 рис., 2 приложения.,11-ю илл., 13 источников.
Введение
Моя научно-исследовательская работа «Крымский инновационный Проект «Опреснение морской воды» является продолжением исследовательской работы, выполненной в рамках І Крымского форума талантливых и одаренных детей «Интеллектуальный старт-ап» (28-31 марта 2016 г).
После закрытия Украиной шлюзов Северо-Крымского канала Крым потерял около 130 млрд. м3 пресной воды в год. Требовалось найти в короткие сроки новые источники пресной воды, а также начать более экономнее использовать пресную воду.
Выход из непростой ситуации был найден: решили бурить артезианские скважины. Но, по словам экологов, чрезмерная добыча артезианской воды может привести к глобальной экологической катастрофе.
Глава Правительства Крыма Сергей Валерьевич Аксенов отметил, что в данный момент на территории полуострова идет поиск альтернативных источников водоснабжения. Но, по его словам, воды из подземных источников не хватит для орошения, поэтому на полуострове наблюдается дефицит поливной воды. Данная ситуация приведет к значительному сокращению объема выращиваемой в Крыму сельскохозяйственной продукции.
В Крыму, особенно в прибрежных зонах вне городов и поселков, из-за отсутствия источников пресной воды, много неосвоенных территорий, кадастровая стоимость которых в настоящее время минимальная, но при наличии пресной воды цена земли вырастет многократно, что сможет существенно пополнить казну Крыма.
Предлагаемый Проект позволит решить проблему водоснабжения пресной водой именно прибрежной зоны, что положительно скажется на развитии сельскохозяйственного и рекреационного направленийв народном хозяйстве Республики Крым, на повышении привлекательности туризма и отдыха для миллионов гостей и жителей Крыма.
Технология работы предлагаемых опреснительных сооружений инновационная и не имеет аналогов в мире, кроме того, эта технология снижает стоимость получения пресной воды, по меньшей мере, в два раза, по сравнению с существующими технологиями опреснения морской воды.
Цели и задачи Проекта:
-решение проблемы обеспечения Крыма пресной водой;
- разработка базовой концепции инновационной технологии опреснения морской воды на основе прорывных инновационных сверхзвуковых вакуумных технологий Николая Шестеренко и вихревых установок «мгновенного» вскипания Юрия Красильникова;
- проведение исследовательских и опытно-конструкторских работ, макетирование и изготовление опытных образцов отдельных узлов и устройств;
- заключение Договоров о совместной деятельности между Авторами – Н.А. Шестеренко и Ю.М. Красильниковым – и «Изобретательской лабораторией» МАН «Искатель»;
- вариантная проработка инновационной технологии опреснения морской воды, изготовление и испытание полного комплекта технологического оборудования в естественных условиях.
Работы 1-го этапа (май 2016- ноябрь 2017 гг.):
- создание структуры для осуществления Проекта и заключение Договоров с Н.А. Шестеренко и Ю.М. Красильниковым;
- разработка, макетирование, изготовление и испытание опытных образцов установок ОМВ;
- патентование вариантов установок ОМВ (РФ, ЕАП, ЕП, РСТ);
Работы 2-го этапа (2018-2020 гг.):
- серийное изготовление установок ОМВ;
- созданиеСТРУКТУРЫ, которая будет устанавливать и эксплуатировать установки ОМВ в прибрежной зоне полуострова Крым и в других районах России;
- модернизация установок ОМВ;
- патентно-лицензионная деятельность;
- организация добычи высококачественной морской соли, b-каротина и других полезных минералов, и веществ.
ГЛАВА 1. Существующие технологии опреснения морской воды
Дистилляция
Дистилляция воды (перегонка) основана на различии в составе воды и образующегося из нее пара. Процесс осуществляется в специальных дистилляционных установках – опреснителях путем частичного испарения воды и последующей конденсации пара. В процессе дистилляции более летучий компонент (низкокипящий) переходит в паровую фазу в большем количестве, чем менее летучий (высококипящий). Поэтому при конденсации образовавшихся паров в дистиллят переходят низкокипящие, а в кубовый остаток — высококипящие компоненты. Если из исходной смеси отгоняется не одна фракция, а несколько, дистилляция называется фракционной (дробной). В зависимости от условий процесса различают простую и молекулярную дистилляцию для получения пресной воды из морской требуется давление, превышающее создаваемое морской водой осмотическое давление. Эта величина достаточно высока — существующие установки развивают давление в 20 раз превышающее давление обычного бытового водопровода.
Обратный осмос
При опреснении воды методом обратного осмоса морскую воду пропускают через полупроницаемые мембраны под воздействием давления, существенно превышающего разницу осмотических давлений пресной и морской воды (для морской воды 25-50 атм.). Такие мембраны изготавливаются отечественной промышленностью из полиамида или ацетата целлюлозы и выпускаются в виде полых волокон или рулонов. Через микропоры этих мембран могут свободно проникать небольшие молекулы воды, в то время как более крупные ионы соли и другие примеси задерживаются мембраной.
Обратный осмос используют с 1970-х годов при очистке воды, получении питьевой воды из морской воды, получении особо чистой воды для медицины, промышленности и других нужд. С помощью обратного осмоса можно производить концентраты соков без нагрева.В отличие от перегонки, в процессе обратного осмоса, вода практически не нагревается, затраты энергии только на работу насоса. По оценке норвежских специалистов объединение опреснительных установок обратного осмоса и электростанций, использующих осмос, выглядит многообещающе.
Электродиализ
Данный процесс мембранного разделения основан на способности ионов растворённых в воде солей перемещаться через мембрану под действием градиента электрического поля. При этом катионы перемещаются по направлению к отрицательному электроду (катоду), а анионы движутся в противоположном направлении к положительно заряженному электроду (аноду). Катионы и анионы разделяют, используя специальные проницаемые для ионов ионоселективные мембраны. В результате в ограниченном мембранами объёме, происходит снижение концентрации солей.
Ионный обмен
Метод основан на свойстве твёрдых полимерных смол разной степени сшивки, ковалентно связанных с ионогенными группами (иониты), обратимо обмениваться ионами растворённых в воде солей (противоионы).
В зависимости от заряда иониты подразделяются на положительно заряженные катиониты (H+) и отрицательно заряженные аниониты (OH-). В катионитах – веществах, аналогичным кислотам, анионы представлены в виде нерастворимых в воде полимеров, а катионы (Na+) подвижны и обмениваются с катионами растворов. В противоположность катионитам, аниониты - по химической структуре основания, нерастворимую структуру которых образуют катионы. Их анионы (обычно гидроксильная группа ОН-) способны обмениваться с анионами растворов.
Процесс ионнообменного опреснения воды заключается в последовательном прохождении воды через неподвижный слой ионита в периодическом процессе или противоточным движением воды и ионита в непрерывном процессе. В этом процессе катионы и анионы солей обрабатываемой воды последовательно связываются с ионитами, в результате происходит её обессоливание.
Замораживание
Данный метод основан на том, что в естественных природных условиях лед, образующийся из морской воды, является пресным, поскольку образование кристаллов льда при температуре ниже температуры замерзания происходит только из молекул воды (явление криоскопии). При искусственном медленном замораживании соленой морской воды вокруг центров кристаллизации образуется пресный лед гексагональной игольчатой структуры со средней плотностью 930 кг/м3. При этом в межигольчатых каналах концентрация раствора и его плотность, повышаются, и он, как более тяжелый, по мере замораживания оседает вниз. При последующей сепарации, промывки и таянии кристаллического льда образуется пресная вода с содержанием солей 500-1000 мг/л NaСl.
Замораживание морской воды проводят в кристаллизаторах (контактные, вакуумные, с теплообменом через стенку) в условиях непосредственного контакта охлаждаемого раствора с хладагентом – газообразным или жидким.
Для лучшего опреснения морского льда применяется фракционное плавление при температуре 20°С с промывкой и сепарацией кристаллов льда от маточного раствора методами фильтрования, гидравлического прессования и центрифугирования.
Гелиоопреснение
Основным технологическим узлом, обеспечивающим опреснение минерализованных вод, является герметичный бассейн, заполняемый соленой водой и сверху закрытый прозрачной кровлей. Солнечная энергия, проходящая сквозь прозрачное покрытие, поглощается дном бассейна и слоем опресняемой воды. Водяной пар конденсируется на внутренней поверхности покрытия, которое охлаждается конвекцией с наружной стороны, и получаемая опресненная вода стекает в сборный желобок, устанавливаемый по периметру бассейна, и отводится в резервуар накопителя.
1.7. Капиталовложения (на 100 тыс. м3/сут)
Стоимость воды (на 100 тыс. м3/сут)
Расход энергии (на 100 тыс. м3/сут)
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 695; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!