Automatizarea Instalatiei de Desalinizare A Apei de Mare [PDF]

Zitiervorschau

Automatizarea instalatiei de desalinizare a apei

Profesor indrumator: Dumitrescu Carmen Student: Ifrim Gabriel Teodor ET-42 Constanta 2019

Cuprins Introducere ................................................................................................................................................... 3 Procesul de desalinizare ............................................................................................................................... 4 Metode de desalinizare ................................................................................................................................ 5 Distilarea solară ........................................................................................................................................ 5 Osmoza inversă ........................................................................................................................................ 5 Distilare cu efect multiplu ........................................................................................................................ 6 Desalinizarea apei de mare pe nave............................................................................................................. 7 Automatizarea instalatiei ............................................................................................................................. 8 Bibliografie ................................................................................................................................................. 10

2

Introducere În prezent, apa a devenit cea mai importantă resursă in societate. Din păcate, resursele de apă ale Terrei sunt din ce în ce mai puține, fapt pentru care majoritatea țărilor au încercat să își dezvolte noi tehnologii pentru a produce apă potabilă. Cele mai bune exemple sunt țările cu un climat deșertic, in special țările arabe. Metodele pentru a obține apă potabilă sunt :          

Distilarea solară Distilarea prin vid Distilarea rapidă în mai multe trepte Distilarea cu efect multiplu Distilarea prin compresie prin vapori Osmoza inversa Inghet-dezghet Inversarea electrodializei Distilarea membranei Desalinizarea alimentată cu valuri

Atât pe uscat cât si pe mare, pe nave, este nevoie de apă potabilă pentru dușuri și pentru spălatul hainelor. În cazul navelor care navigă pe distanțe mari este nevoie de o instalație proprie de desalinizare a apei. În continuare voi vorbi despre desalinizarea apei de mare necesară la nave și automatizarea procesului.

3

Procesul de desalinizare Desalinizarea este un proces care îndepărtează componentele minerale din apa salină. Mai general, desalinizarea se referă la îndepărtarea sărurilor și a mineralelor dintr-o substanță țintă, ca și în desalinizarea solului, care este o problemă pentru agricultură . Apa de mare este desalinizată pentru a produce apă adecvată consumului uman sau irigării. Un produs secundar al desalinizării este sarea. Desalinizarea este folosită pe multe nave maritime și submarine. Cea mai mare parte a interesului modern în desalinizare este axat pe furnizarea eficientă de apă proaspătă pentru uz uman. Împreună cu apele reziduale reciclate, este una dintre puținele surse de apă independente de precipitații. Datorită consumului său de energie, apa de desalinizare a apei este, în general, mai costisitoare decât apa proaspătă din râuri sau apele subterane, reciclarea apei și conservarea apei. Cu toate acestea, aceste alternative nu sunt întotdeauna disponibile, iar epuizarea rezervelor reprezintă o problemă critică la nivel mondial. Procedeele de desalinizare sunt, de obicei, determinate de tipurile de energie primară, fie termică (de exemplu, distilare) sau electrică (de exemplu, energie fotovoltaică sau eoliană). În prezent, aproximativ 1% din populația lumii depinde de apa desalinată pentru a răspunde nevoilor zilnice, însă ONU se așteaptă ca 14% din populația lumii să se confrunte cu deficit de apă până în 2025. Desalinizarea este deosebit de relevantă în țările uscate, cum ar fi Australia, care în mod tradițional s-au bazat pe colectarea precipitațiilor în spatele digurilor pentru apă. În conformitate cu Asociația Internațională de Desalinizare, în iunie 2015, 18.426 instalații de desalinizare funcționau în întreaga lume, producând 86,8 milioane de metri cubi pe zi, furnizând apă pentru 300 de milioane de oameni. [6] Acest număr a crescut de la 78,4 milioane de metri cubi în 2013, [5] o creștere cu 10,71% în doi ani. Cel mai mare proiect de desalinizare este Ras Al-Khair din Arabia Saudită, care a produs 1,025,000 metri cubi pe zi în 2014. Kuweitul produce o proporție mai mare de apă decât oricare altă țară, în totalitate 100% din consumul de apă .

4

Metode de desalinizare Pentru desalinizare, poate fi folosită și metoda care se bazează pe înghețarea apei sărate: După inghețare, cristalele de gheață sunt separate, curațate si topite, rezultând apa pură.

Distilarea solară Distilarea solară imită ciclul natural al apei, în care soarele încălzește apa de mare suficient pentru ca evaporarea să se producă. După evaporare, vaporii de apă sunt condensați pe o suprafață răcoroasă. Există două tipuri de desalinizare solare. Cel dintâi utilizează celule fotovoltaice care transformă energia solară în energie electrică pentru a forța procesul de desalinizare. Cea mai recentă utilizează energia solară în formă de căldură în sine și este cunoscută sub denumirea de desalinizare alimentată cu energie solară.

Osmoza inversă Procesul de conducere pentru desalinizare în ceea ce privește capacitatea instalată și creșterea anuală este osmoză inversă (RO).Procesele cu membrană RO utilizează membranele semipermeabile și presiunea aplicată (pe partea de alimentare a membranei) pentru a induce, în mod preferențial, permeabilitatea apei prin membrană, în timp ce respinge sărurile. Sistemele de membrană a instalațiilor de osmoză inversă utilizează de obicei mai puțină energie decât procesele de desalinizare termică. Costul energiei în procesele de desalinizare variază considerabil în funcție de salinitatea apei, dimensiunea plantelor și tipul de proces. În prezent, costul desalinizării apei de mare este, de exemplu, mai mare decât sursele tradiționale de apă, dar este de așteptat ca costurile să continue să scadă odată cu îmbunătățirile tehnologice care includ, dar nu se limitează la eficiența îmbunătățită, îmbunătățirea funcționării și optimizării instalației, pre-tratarea mai eficientă a furajelor și sursele de energie cu costuri reduse. Osmoza inversa utilizează o membrană compozită subțire, care cuprinde o peliculă subțire din poliamidă aromatică ultra-subțire. Această folie de poliamidă conferă membranei proprietățile sale de transport, în timp ce restul membranei compozite subțiri de peliculă asigură suport mecanic. Pelicula de poliamidă este un polimer dens, fără void, cu o suprafață mare, permițând permeabilitatea să ridicată la apă. Procesul de osmoză inversă nu necesită întreținere. Diferiți factori interferează cu eficiența: contaminarea ionică (calciu, magneziu etc.); DOC; bacterii; viruși; coloizi și particule insolubile; biofilare și scalare. În cazuri extreme, membranele RO sunt distruse. Pentru a reduce daunele, sunt introduse diferite etape de pretratare. Anticorpi inhibitori includ acizi și alți agenți cum ar fi polimerii organici poliacrilamidă și acid polimaleic, fosfonați și polifosfați. Inhibitorii de contaminare sunt biocide (că oxidanți împotriva bacteriilor și a virușilor), cum ar fi 5

hipocloritul de clor, ozon, sodiu sau calciu. La intervale regulate, în funcție de contaminarea membranei; condițiile fluviale ale apei; sau când sunt determinate de procesele de monitorizare, membranele trebuie curățate, cunoscute sub numele de urgență sau șocuri de șoc. Flushing se face cu inhibitori într-o soluție de apă dulce și sistemul trebuie să decoleze. Această procedură este riscantă din punct de vedere ecologic, deoarece apa contaminată este deviată în ocean fără tratament. Habitatele marine sensibile pot fi deteriorate ireversibil. Unitățile de desalinizare care funcționează în afara rețelei utilizează energia solară pentru a umple un rezervor tampon pe un deal cu apă de mare. Procesul de osmoză inversă primește furajele sub formă de apă sub formă de apă sub presiune, în ore oră, prin gravitație, rezultând o producție durabilă de apă potabilă fără a fi nevoie de combustibili fosili, o rețea electrică sau baterii.

Distilare cu efect multiplu Distilarea cu efect multiplu (MED) funcționează printr-o serie de etape numite "efecte". Apa de intrare este pulverizată pe țevi care sunt apoi încălzite pentru a genera aburi. Aburul este apoi folosit pentru a încălzi următorul lot de apă de mare care întră. Pentru a sporii eficiența, aburul folosit pentru încălzirea apei de mare poate fi luat din uzinele electrice din apropiere. Deși această metodă este cea mai eficientă din punct de vedere termodinamic printre metodele alimentate de căldură, există câteva limitări, cum ar fi temperatura maximă și numărul maxim de efecte.

6

Desalinizarea apei de mare pe nave În general, metodole cele mai utilizate in desalinizarea apei oceanice sunt distilarea și osmoza inversă.În cazul osmozei inverse, tehnologiile folosite astăzi se bazează pe următoarele procese:    

Procese preliminare filtrării propriu-zise: oxidare, floculare, sedimentare, coagulare, prefiltrare; Procese de filtrare propriu-zisă: filtrare prin cartuș, pompare la mare presiune, recuperarea de energie, osmoză inversă la presiune mică, medie și mare; Post tratare: Reglarea pH-ului, echilibrarea var/dioxid de carbon, dezinfecție; Auxiliare: Sistem de spălare inversă a filtrelor, sistem de autocurățare, tratarea nămolului . Schema unei instalații de desalinizare prin osmoză inversa:

Cea mai întâlnită metodă de desalinizare la bordul navelor este prin osmoză inversă.Osmoza inversa este, în esență, un proces pentru reducerea solidelor dizolvate în apa, proces posibil prin trecerea apei presurizate peste membrane semi-permeabile.Aceste solide împreună cu apa rămasă trec peste suprafața membranei și ajung în tubulatura de drenare. Apa care a trecut prin membrană reprezintă apa tehnică. Conform ISO 5620-2/1992 exista două tipuri de osmoză inversă în funcție de puritatea apei tehnice produse și anume: • Apa tratată prin osmoza inversa printr-o singură trecere are puritatea între 350500 ppm • Apă tratată prin osmoză inversă prin trei treceri are puritatea între 1-2 ppm , dar datorită gazelor dizolvate crește agresivitatea față de suprafețele metalice ale tancurilor și se impune o protecție adecvată.

7

Cerințe constructive: •Pompă alimentare- pompă centrifuga, fabricată din oțel inoxidabil, acționată electric •Filtru preliminar- va fi 50µm și prevăzut cu un sistem de curățire manual sau automat •Pompa de înalta presiune acționată electric •Sistem membrane osmoză inversă •Vas de presiune confecționat din fibră de sticlă •Sistem de manometre pentru măsurare presiunii în pompa de alimentare și pompa de înaltă presiune și indicatoare de debit

Automatizarea instalatiei Automatizarea sistemului de desalinizare a apei constă în senzori de nivel, pornirea automată a pompelor de alimentare și deschiderea valvelor automate pentru închiderea circuitului apei.Tot sistemul poate fi acționat și manual în caz că pica automatizarea.Pentru automatizarea procesului se face un reglaj în buclă, astfel se vă verifică mereu calitatea apei la ieșirea din filtru.Dacă apa nu este curată sau nu iese din filtru se va da o alarmă în engine control room pentru curățarea filtrerol sau verificarea instalației.

8

Regulatorul va stabili cantitatea de apa care va intra în filtru, după acest pas apa este filtrata.Când apa iese din filtru va fi verificată, în caz de impurități sau dacă apa nu este scoasa din filtru se va da o alarma.Elementul de execuție consta în apa de mare ce intră în instalație, apă ce necesita curățată.Instalația tehnologică constă în totalitatea elementelor instalație:pompe, valve automate, senzori de nivel, senzori de presiune, tubulatură, filtre, etc. Traductorul are rolul de a transformă o mărime neelectrica în una electrică, convenabilă pentru sistemul de calcul. Astfel procesul va decurge în condiții optime fără a afecta buna funcționare a sistemului în prezent și viitor.

9

Bibliografie https://en.wikipedia.org/wiki/Reverse_osmosis https://en.wikipedia.org/wiki/Water_purification https://science.howstuffworks.com/reverse-osmosis.htm https://ro.wikipedia.org/wiki/Osmoz%C4%83 https://rum.wikiwiex.ru/bine/instrumente-14/18487-alegerea-corect%C4%83-a-unuisistem-de-osmoza-inversa.html https://ro.wikipedia.org/wiki/Automatizare https://ro.wikipedia.org/wiki/Sistem_de_control_%C8%99i_reglare

10