Морская вода при выпаривании

Открыт способ дешевого извлечения соли из морской воды

Новое в нем — использование принципа регенерации

Ведущий норвежский океанограф профессор Бьорн Хелланд-Хансен изобрел новый производственный процесс, который может принести громадную пользу норвежской индустрии.

Фото: Виктор Коротаев, Коммерсантъ

Фото: Виктор Коротаев, Коммерсантъ

Это способ извлечения соли из морской воды путем выпаривания на специально для этого созданном заводе с использованием принципа регенерации. Новый метод отличается маленьким расходом энергии и отсутствием проблем, возникавших у тех, кто ранее пытался извлекать соль в промышленных масштабах. Морская вода циркулирует по системе вертикально расположенных трубок, нагреваемых снаружи паром, что приводит к активному испарению. Получившийся солевой пар с помощью насоса заново подается в систему, в пространство между трубками.

Утверждается, что для испарения 800 фунтов (362,9 кг) морской воды требуется всего лишь один фунт (454 г) угля. Таким образом, испарение морской воды для извлечения из нее соли является очень выгодным в тех странах, где электроэнергия стоит дешево.

Бьорн Хелланд-Хансен — директор Геофизического института при Бергенском музее и профессор океанографии Бергенского университета. Он автор многочисленных научных работ о погодных явлениях в северной части Атлантического океана, автор книги «Гидрография Фареро-Шетландского пролива». Профессор ранее также проявлял себя и как талантливый изобретатель, создав фотометр, получивший позднее его имя.

О новом методе выпаривания соли из морской воды сообщил журнал Scientific American 10 апреля 1920 года со ссылкой на норвежский журнал Teknisk Ukeblad.

Источник

Почему мы не можем превратить морскую воду в пресную с помощью ее кипячения

Из всей воды на Земле на пресную приходится только 3%. Она в дефиците. Остальная преимущественно представлена океанами. Кажется, что здесь нет какой-либо проблемы. Нужна пресная вода? Вскипятите морскую.

Все выглядит просто, но на практике это реализовать невозможно. Попытаемся выяснить, почему именно так.

Кипячение

Существует достаточное число способов отделения соли от воды. Самый старый – кипячение.

Вспомним уроки в школе. Нас интересует химия, в частности, рассмотрим эксперимент, демонстрирующий процесс дистилляции. Для этого потребуются 2 колбочки и соединяющая их трубка. Все из стекла.

Сам процесс выглядит так:

1. Вода в одной из колбочек доводится до кипения.
2. Появляется пар, который отправляется в путешествие по стеклянной трубке.
3. Во время этого перемещения пар конденсируется.
4. Образуются капли воды, осаждаемые в другой колбочке.

Справка! Дистилляция уникальна тем, что в процессе ее осуществления вода, превращающаяся в пар, не забирает с собой примеси. Они остаются в первой емкости.

Это работает

Получается, что кипячение способно избавить морскую воду от соли.

Да, это так, но с некоторыми оговорками.

Если масштаб перегонки скромный, то описанный способ дистилляции – это гениальное решение по получению пресной воды. Но все меняется, когда возникает необходимость запуска промышленного производства пресной воды.

Соль хорошо растворяется в воде. В то же время она образует очень прочные соединения. Хотя это и далеко не главное. Все решают деньги. Потребуется столько средств, что получение пресной воды описанным выше способом станет запредельно дорогим. Дождевую воду собирать окажется в десятки раз дешевле.

Все упирается в экономическую выгоду. Никто и никогда не пойдет на такие расходы без должной обоснованности этого мероприятия. Зачем тратить уйму денег, если пока существуют запасы пресной воды. В некоторых местах их мало, но все-таки они есть.

В будущем к этому, скорее всего, вернутся, когда возникнет более ярко выраженный дефицит пресной воды.

Что касается другого популярного способа опреснения воды, здесь имеется в виду обратный осмос, то и там все обходится очень дорого.

Прямой и обратный осмос

Прямой осмос – естественный процесс.

Пример этого явления может быть следующим:

• взять 2 емкости, и наполнить их водой с разной концентрацией растворенного вещества;
• между ними установить специальную мембрану, пропускающую лишь атомы и молекулы;
• вода, где концентрация растворенного вещества низкая, устремится туда, где такая концентрация высокая;
• в дело вступят естественные процессы, произойдет прямой осмос.

Что касается обратного осмоса, то здесь подразумевается приложение каких-то внешних сил с затратой энергии. В нашем случае следует создать давление воды и запустить ее в обратную сторону, от высокой концентрации к низкой.

Источник

Одиночество посреди океана. Как сделать морскую воду пригодной для питья

Как добыть воду, если вы оказались на острове в океане, где нет родника? Можно ли пить морскую воду и как-то адаптировать ее для питья?

Как-то я задал этот вопрос в школе, когда проходил там практику, как учитель физики. На что ученики дружно ответили — «Чтобы пить морскую воду — ее нужно вскипятить!».

Как вы понимаете, это не сработает. Да, микроорганизмы погибнут. Но вода станет еще менее пресной. Ведь она уйдет с паром, а соль будет оседать. То есть будет только хуже.

Вариант ждать дождя тоже не рабочий. В тропиках не так часто идет дождь — чаще он накатывает там проливными редкими ливнями.

Итак, давайте разберем практические способы, что можно сделать с морской водой, чтобы ее можно было пить.

Пить воду из океана нельзя — это приведет к быстрому летальному исходу. Причина проста — в морской воде излишек соли. Ее чересчур много для метаболизма человека. Чтобы ее вывести, вы затратите больше воды, чем получите вместе с морской водой.

Пройдемся кратко по биологии процесса, который называется осмос. Это процесс, при котором вода проходит через клеточные стенки. Этот поток всегда идет от менее разбавленного к более разбавленному раствору. И если вы пьете очень соленую воду, то поток воды будет направлен из клеток наружу. Поэтому клетки начнут умирать от недостатка воды.

Это обезвоживание, которое быстро вас убьет. Ранее я уже писал статью о том, как быть, если вы оказались в открытом океане и сколько можно выпить морской воды и выжить. Ссылку на нее вы найдете в конце этой статьи.

Что бы вы ни делали — не кипятите воду. Это только ускорит вашу гибель, так как кипячение просто увеличит концентрацию соли. Но пар — уже хорошая зацепка, ведь он и есть вода, только в газообразном виде.

А сегодня на очереди — лайфхаки от натуралиста и эксперта по выживанию Гэри Мини, которые он привел в своей группе «Достопримечательности дикой природы» на Quora.

По сути, морскую воду в пресную можно превратить двумя способами.

Замораживание. Соли не замерзнут и вы сможете пить талую воду. Но на необитаемых островах в океане такой опции, как правило, нет — температуры гораздо выше нуля.

Дистилляция. Это перегонка воды с помощью выпаривания. В первой емкости идет нагрев, и соли тут осядут. Пар уходит в емкость, где он будет охлаждаться и вам останется просто собрать конденсат.

Можно опреснять соленую воду, если у вас есть подходящее оборудование с вами на острове.

Самый простой и легкий в использовании метод изображен выше. Главное, что вам понадобится, это две пустые стеклянные бутылки и источник тепла.

Поддоны на фото используются в качестве радиаторов и стабилизаторов, чтобы бутылки не скатывались. Но это необязательно.

Расположите две бутылки на одном уровне так, чтобы их отверстия соприкасались. Одна из них — под нагревом.

Огонь заставит кипеть морскую воду. Все патогенные микроорганизмы погибнут. А вода в парообразной форме начнет уходить в другую бутылку. Здесь она остынет и снова станет жидкой. Но без соли, которая, осядет в первой бутылке.

Как быть если нет огня

Вы можете сделать то же самое с двумя бутылками, трубкой и без огня.

Закопайте одну бутылку до горлышка, другую оставьте на солнце. Вторую заполните морской водой наполовину и соедините их с трубкой.

Закопанная бутылка будет медленно наполняться испарившейся водой из-за разницы в температурах.

Другой способ — налить воду на приподнятый поддон внутри полиэтиленового пакета. Вы наполняете пакет воздухом и завязываете его. Вода испаряется, а в поддоне остается соль. Затем вода конденсируется внутри пакета.

Если у вас есть брезент, вы можете поставить навес и вскипятить под ним воду. Вода конденсируется на брезенте и стекает в поддон.

Но, оказывается, и обычную морскую воду все-таки можно пить. Но совсем чуть-чуть. В ходе эксперимента биолог Ален Бомбар проплыл в океане 65 дней и выжил, а свои наблюдения записал.

Источник

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

Ученый Томского политехнического университета показал, как происходит испарение водных растворов солей. Оказалось, что растворы солей испаряются совсем не так, как чистая вода, а в их испарении важную роль играет конвекция, что прежде не учитывалось.

«Испарение воды регулирует теплообмен и в этом качестве используется, например, в биологии. Высококонцентрированные водные растворы соли применяются в химической промышленности и в энергетике, в абсорбционных тепловых насосах. При этом испарение многокомпонентных растворов, в том числе водных растворов солей, изучено слабо.

Новые данные, полученные экспериментально, помогут скорректировать модели испарения и повысить эффективность технологических циклов в различных областях энергетики», — рассказал автор исследования, ведущий научный сотрудник кафедры автоматизации теплоэнергетических процессов ТПУ Сергей Мисюра.

В процессе эксперимента ученый осаждал на рабочую поверхность капли воды и водных растворов солей — бромида лития, хлорида кальция и хлорида лития. Начальная температура капель была равна температуре окружающего воздуха, 21 °С, а испарение проводилось при нагреве стенки от 80 до 150 °С. Оказалось, испарение капель раствора соли принципиально отличается от испарения капли воды при интенсивном пузырьковом кипении.

Скорость испарения небольшой капли воды во времени более-менее постоянна. Капля солевого раствора ведет себя совсем не так. Во время кипения раствора меняется концентрация соли, и из-за этого процесс дробится на несколько временных отрезков, в каждом из которых меняется как скорость испарения, так и роль конвекции. «Концентрация растворов постоянно изменялась, ведь вода испаряется, а соль остается. Эти изменения отражаются на геометрии самой капли и на физико-химических свойствах раствора. Колебания температуры внутри капли и на ее поверхности влияют на теплообмен между поверхностью стенки капли и воздухом.

Возникающее из-за конвекции движение воздуха ускоряет испарение капель с меняющейся концентрацией. Однако этим фактором, как и теплопереносом внутри самой капли, в теоретических моделях до сих пор пренебрегали как несущественным. Мы же показали, что таким образом предполагаемая скорость испарения может быть ошибочно занижена почти в десять раз», — сказал Мисюра. Предсказание скорости испарения капель солевых растворов необходимо для разработки новых технологий струйной печати и покрытий, медицинской диагностики и охлаждения микроэлектроники. Статья с исследованием опубликована в журнале Scientific Reports.

Испаре́ние — процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в парообразное или газообразное, происходящий на поверхности вещества. Процесс испарения является обратным процессу конденсации (переход из парообразного состояния в жидкое). При испарении с поверхности жидкости или твёрдого тела вылетают (отрываются) частицы (молекулы, атомы), при этом их кинетическая энергия должна быть достаточна для совершения работы, необходимой для преодоления сил притяжения со стороны других молекул жидкости.

Испарение твердого тела называется сублимацией (возгонкой), а парообразование в объёме жидкости — кипением. Испарение — эндотермический процесс, при котором поглощается теплота фазового перехода — теплота испарения, затрачиваемая на преодоление сил молекулярного сцепления в жидкой фазе и на работу расширения при превращении жидкости в пар.

Процесс испарения зависит от интенсивности теплового движения молекул: чем быстрее движутся молекулы, тем быстрее происходит испарение. Кроме того, на испарение влияет скорость внешней (по отношению к веществу) диффузии, а также свойства самого вещества: к примеру, спирт испаряется гораздо быстрее воды. Важным фактором является также площадь поверхности жидкости, с которой происходит испарение: из узкого стакана оно будет происходить медленнее, чем из широкой тарелки.

Рассмотрим данный процесс на молекулярном уровне: молекулы, обладающие достаточной энергией (скоростью) для преодоления притяжения соседних молекул (то есть самые быстрые), вырываются за границы вещества (жидкости). При этом средняя энергия оставшихся молекул становится меньше (жидкость остывает). Например, очень горячая жидкость: мы дуем на её поверхность, чтобы остудить, при этом мы ускоряем процесс испарения.
Испаряться могут не только жидкости, но и твердые тела. Процесс испарения твердого тела называется сублимацией (или возгонкой). Легко наблюдать образование кристалликов йода из паров йода. Достаточно 2-3 кристаллика йода положить в пробирку и нагреть ее в пламени спиртовки. Можно видеть, что кристаллики йода не плавятся, а испаряются, образуя темно-бурые пары, которые на холодных стенках пробирки оседают в виде пятен. Рассматривая эти пятна через лупу, легко обнаружить, что они представляют собой группы кристалликов.

Факт сублимации твердых фаз убедительно подтверждается и просто в жизни: хорошо известен факт высыхания белья на морозе. Испаряющиеся частицы твердого тела образуют над ним пар совершенно так же, как это происходит при испарении жидкости. При определенных давлении и температуре пар и твердое тело могут находиться в равновесии. Пар, находящийся в равновесии с твердым телом, также называется насыщенным паром. Как и в случае жидкости, давление насыщенного пара над твердым телом зависит от температуры, быстро уменьшаясь с понижением температуры. Без труда можно убедиться в том, что ряд веществ, имеющих острый запах при комнатной температуре, теряет его при низкой. В принципе любое твердое вещество сублимирует (именно любое, даже железо или медь). И если мы не замечаем возгонки, то это означает лишь, что плотность насыщенного пара незначительна.

Кривая зависимости давления, насыщенного пара сублимирующих твердых тел от температуры. Эта кривая является линией равновесия твердой и газообразной фаз. Область слева от кривой соответствует твердому, справа от нее – газообразному состоянию.
Сублимация, так же, как и плавление, связана с разрушением кристаллической решетки и требует порцию необходимой для этого энергии. Эта энергия определяет скрытую теплоту сублимации, которая равна скрытой теплоте перехода из газообразного состояния в кристаллическое. Теплота возгонки равна поэтому сумме теплоты плавления и парообразования.

По сути каждое вещество во вселенной испаряется. Молекулы с поверхности улетают в окружающую среду. Запахи, которые мы чувствуем это молекулы любого предмета, залетевшие к нам в нос.

Всё вокруг нас испаряется и рано или поздно испарится?

Источник