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Title:
THERMAL-VAPOUR-COMPRESSION MULTI-EFFECT DISTILLATION (TVC-MED) ARRANGEMENT HAVING A LOW COMPRESSION RATIO
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/110863
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a multi-effect distillation (MED) desalination arrangement with thermal vapour compression (TVC), having a low compression ratio, which includes latent-heat exchangers having a high latent-heat transfer coefficient, reducing the temperature jump by approximately 1 ºC or less, consequently reducing the pressure differential, and reducing the compression ratio of an ejector to a level of approximately 1+0.08(n-1), n being the number of effects, thereby reducing the specific use of vapour and multiplying the gained output ratio (GOR) of the arrangement and the capacity thereof for producing desalinated water.

Inventors:
NOMEN CALVET, Juan Eusebio (El Cortalet A - Bajos, L'Aldosa, AD400, AD400, AD)
HANGANU, Dan Alexandru (Calle Monistrol 10, Urb. Montserrat Park El Bruc, Barcelona, 08294, ES)
Application Number:
ES2018/070786
Publication Date:
June 13, 2019
Filing Date:
December 05, 2018
Export Citation:
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Assignee:
NOMEN CALVET, Juan Eusebio (El Cortalet A - Bajos, L'Aldosa, AD400, AD400, AD)
HANGANU, Dan Alexandru (Calle Monistrol 10, Urb. Montserrat Park El Bruc, Barcelona, 08294, ES)
WGA WATER GLOBAL ACCESS, SL (Avinguda del Jovell 10, Sispony, AD400, AD400, AD)
International Classes:
F28D20/02
Foreign References:
US20170030656A12017-02-02
CN206481096U2017-09-08
US20060225863A12006-10-12
JP2013088049A2013-05-13
Attorney, Agent or Firm:
ELZABURU S.L.P. (Miguel Angel, 21 - 2nd floor, Madrid, 28010, ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1. Disposición desalinizadora de destilación mullí efecto MED con compresión térmica de vapor MED-TVC de bajo ratio de compresión, caracterizada; porque el intercambiador de calor latente de cada efecto comprende al menos un tubo o cámara evaporador-condensador cuya cara evaporadora está cubierta, ai menos en parte, por microsurcos o micro ranuras por las que fluye la solución salina formando meniscos y el vapor de agua se evapora desde el extremo del menisco y cuya cara condensadora está cubierta, al menos en parte, por microsurcos u otra estructura capilar sobre la que el vapor se condensa en régimen de condensación capilar formando meniscos; porque el aporte de solución salina a desaiinizar sobre la cara evaporadora se hace dentro de los microsurcos o microranuras sin formar finas películas de agua y el trayecto térmico entre el punto de liberación del calor latente de condensación y el punto de absorción del calor latente de evaporación está libre de capas de agua; porque el intercambiador de calor latente está configurado para tener un elevado coeficiente agregado, overall, de transferencia de calor latente que permite realizar un ciclo de condensación y evaporación por efecto con un salto térmico por efecto de 0,8°C , o menos, más la elevación por el punto de ebullición de la solución salina; por la baja temperatura de trabajo del primer efecto que se sitúa netamente por debajo de los 70°C y corresponde a la temperatura del último efecto más el salto térmico por efecto multiplicado por el número de efectos; y porque incorpora al menos un termocom presor o eyector configurado para succionar vapor de un efecto y aportar vapor a otro efecto anterior con el ratio de compresión bajo resultante de la disminución de la temperatura y presión de trabajo del primer efecto.

2. Disposición de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizada por que la ratio de compresión del termo compresor o eyector es igual a 1+0,08(n-1) o menos, siendo n el número de efectos.

3. Disposición de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizada por que la disposición comprende un número de efectos que es inferior al número de efectos a partir del cual un incremento de un efecto en la disposición comporta un incremento de GOR inferior a 1.

4. Disposición de acuerdo con la reivindicación 3 caracterizada por que la disposición comprende un número de efectos en torno a 15 efectos.

5. Disposición de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizada por que el compresor térmico o eyector está configurado para un consumo específico de vapor similar o inferior a 1 kg de vapor activo, o menos de 1 kg, por cada kilogramo de vapor succionado del último efecto.

6. Disposición de acuerdo a la reivindicación 2 caracterizada por que el compresor térmico o eyector está configurado para succionar ¡a mitad, o más de ¡a mitad, de la masa de vapor del último efecto reciclando la mitad o más de la mitad del calor latente que fluye por la disposición.

7. Disposición de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizada por que el compresor térmico o eyector recicla el vapor entre dos efectos, otros que el último y el primer efecto, separados por x efectos y con una ratio de compresión en torno a 1÷0,08x.

8. Disposición de acuerdo con la reivindicación 5 caracterizada por que se aplica para la mejora o puesta al día de una planta MED preexistente.

9. Disposición de acuerdo con la reivindicación 6 caracterizada por que se aplica para la mejora o puesta al día una planta MED-TVC preexistente.

Description:
DISPOSICIÓN MED-TVC DE BAJO RATIO DE COMPRESION

Objeto

La presente invención se refiere a una disposición desalinizadora de destilación multi efecto MED con compresión térmica de vapor, MED-TVC, de bajo rallo de compresión y elevado GOR.

Estado de la técnica

Los actuales dispositivos de desalinización mediante destilación muitiefecto MED vierten el calor latente de condensación del último efecto en un sumidero de calor, de modo que esta energía se transforma en un incremento de calor sensible del líquido dei sumidero.

Los dispositivos de desalinización mediante destilación muitiefecto MED pueden incorporar ai menos un compresor térmico de vapor o eyector. Los MED con compresión térmica de vapor MED-TVC reciclan una parte del vapor, es decir una parte del calor latente, que se recircula en el sistema.

Un problema de los actuales dispositivos MED-TVC es que requieren saltos térmicos, gradientes de temperatura, considerables entre efectos. A mayor gradiente de temperatura por efecto, mayor gradiente de temperatura y presión entre el vapor del último efecto y el vapor del primer efecto, o entre efectos intermedios. De modo que el eyector que se coloque para comprimir el vapor de un efecto a otro efecto que lo preceda requerirá una ratio de compresión mayor, cuanto mayor sea el diferencial de temperatura por efecto. Una mayor ratio de compresión implica un mayor consumo específico de vapor dei eyector, es decir un mayor aporte de vapor activo por unidad de masa de vapor succionado. Los actuales MED-TVC pueden trabajar entre efectos intermedios cuando el salto de presión entre el primer efecto y el último efecto es demasiado elevado. En este caso, cada eyector intermedio que se incorpora implica un nuevo aporte de energía ai sistema en forma de vapor activo.

Los dispositivos MED dei estado de la técnica están configurados con diferenciales de temperatura o gradientes térmicos en torno a un rango entre 3°C y 5°C por efecto. Los dispositivos MED tienen un rango de trabajo que se suele situar entre unos 70°C en el primer efecto y unos 35°C en el último efecto. El límite superior de trabajo de 70°C se debe a las precipitaciones minerales e incrustaciones que se producen por encima de esta temperatura. El límite inferior de trabajo de unos 35°C se debe a que el sumidero usa agua de mar a temperatura ambiente y la temperatura de trabajo del último efecto queda limitada en torno a los 35°C. Es decir que los MED del estado de la técnica suelen tener un gradiente total máximo de unos 35°C si bien pueden usar sólo una parte de este gradiente potencial de trabajo. Entre ¡os 70°C de la fuente y los 35°C del sumidero, un MED puede incorporar entre unos 7 y 12 efectos con un salto térmico por efecto en torno a 3°C o 5°C. Cada efecto comporta un ciclo de condensación y evaporación, es decir, un reciclado de energía en forma de calor ¡atente. Este reciclado de energía de ios MED se ve mermado, entre otros factores, por la energía que se dedica a elevar la temperatura de la solución salina hasta la temperatura de trabajo del primer efecto que suele estar en torno a los 70°C.

En los actuales MED-TVC, el reciclado de calor ¡atente de ¡os efectos de un MED se ve multiplicado por el reciclado del eyector.

El ratio de compresión de un eyector que cubre ¡a diferencia de presión entre efectos con un gradiente total de 35°C se sitúa en torno a 6. Por ¡o que el consumo de este eyector se sitúa en torno a 1 kg de vapor succionado por cada 4 kg de vapor activo, motive steam para un vapor primario con una presión en torno a unos 3 bares. De modo que el potencia! de reciclado dei eyector de ¡os actuales sistemas MED-TVC se sitúa en torno a una unidad de masa, o una unidad de calor ¡atente, por cada cinco unidades de masa de vapor, o unidades de calor latente, que circulan por el sistema. Se puede reducir un poco este consumo a base de usar vapor primario de mayor presión.

En ei estado de la técnica existen tubos de intercambio de calor ¡atente de alta eficiencia térmica basados en condensación y evaporación capilar, con microranuras en ¡as caras evaporadora y la cara condensadora que permiten incrementar ei coeficiente de transferencia de calor ¡atente por encima del paradigma actual de ¡os intercambiadores de calor por película fina de líquido que se sitúan en torno a los 2 0QQW/m 2 K La elevación del coeficiente de transferencia de calor ¡atente permite reducir el gradiente de temperatura por efecto. Se puede reducir el gradiente de temperatura a diferenciales en torno a 1°C por efecto. De forma que se pueden intercalar más efectos entre una fuente de calor, normalmente a 70°C y un sumidero de calor, normalmente en torno a ¡os 35°C. Pero la gestión de una planta de desalinización con 30 o 35 efectos es muy compleja y el coste de capital muy elevado.

En el estado de ¡a técnica también se describen soluciones para reducir la temperatura del sumidero de calor, como la tecnología de adsorción por geles. Pero en este caso, el intercalado de más efectos entre ¡a fuente de calor y el sumidero de calor presenta similares problemas de gestión e inversión de capital y además ¡os consumos de energía adicionales que implica esta metodología.

Otro problema de ¡os actuales dispositivos MED-TVC es que dedican parte de ¡a energía contenida en el vapor primario para elevar la temperatura de ¡a solución salina a desalinizar, desde la temperatura ambiente hasta ¡a temperatura de trabajo del primer efecto que suele estar en torno a 70°C. La transformación de ia energía contenida en el vapor primario para elevar el calor sensible de la solución salina a desalinizar reduce el GOR Gained output ratio de ios actuales MED-TVC. El GOR de un MED es una expresión del reciclado de energía resultante y expresa los kg de agua desalinizada obtenida por kg de vapor aportado ai sistema, o su equivalente.

Dado que el GOR de un dispositivo MED es la resultante de, principalmente, la combinación del vapor aportado, del salto térmico por efecto, del número de efectos, de la energía dedicada a elevar la temperatura del líquido a evaporar y, en el caso de un MED-TVC, de la combinación del ratio de compresión y del ratio de expansión del eyector, los actuales MED-TVC presentan el problema que su GOR total se ve limitado por el rango de temperaturas de trabajo; por la energía necesaria para elevar la temperatura de la solución salina hasta la temperatura de trabajo del primer efecto; por el salto térmico por efecto, que limita el número de efectos; y por el diferencial de presiones entre el primer efecto y el último que dan lugar a ratios de compresión elevados que elevan el consumo específico de vapor y limitan el reciclado de vapor.

Sumario

La presente invención busca resolver uno o más de ios problemas expuestos anteriormente e incrementar la capacidad de desalinización y reducir el coste energético específico por unidad de agua desalinizada mediante una disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión tal como es definida en las reivindicaciones.

La disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión utiliza intercambiadores de calor latente de alta eficiencia con altos coeficientes de intercambio de calor latente mediante evaporación y condensación capilar de forma que el salto térmico se sitúa en torno a 1°C, o menos, por efecto, en lugar del gradiente térmico de entre 3°C y 5°C por efecto de los MED y MED-TVC actuales.

Se utiliza esta mejora del gradiente térmico entre efectos para formular una nueva disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión con las siguientes características diferenciadoras:

- La disposición reduce la temperatura de trabajo del primer efecto. Lo cual permite reducir la cantidad de energía que se dedica a la elevación de la temperatura de la solución salina a desalinizar que se aporta ai primer efecto, top brine temperatura.

- La reducción de la temperatura de trabajo del primer efecto lleva asociada ia reducción de la presión de vapor de trabajo del primer efecto, de forma que reducimos ia ratio de compresión entre e! vapor aportado al primer efecto y el vapor succionado del último efecto, o entre efectos intermedios. Llegando a la zona óptima de ratios de compresión en torno a 1÷Q,08(n-1), o menos, para n efectos.

- Con ia reducción de la ratio de compresión conseguimos reducir el consumo específico de vapor activo aportado al sistema por unidad de vapor succionado, de forma que aumentamos el factor multiplicador del GOR resultante, llegando a la zona óptima de consumos específicos de vapor en torno a 1 kg de vapor activo por kilo de vapor succionado, o menos de 1 kg.

- Dado que ia relación entre la reducción de ia ratio de compresión y la reducción de consumo específico de vapor no es una relación lineal. Dado que sigue una curva tipo logarítmica con una cierta verticalidad inicial y un progresivo aplanamiento de la curva, de modo que las reducciones de la ratio de compresión hasta llegar a niveles en torno a 1 ÷0,08(n-1) o menos, tienden a producir notables mejorías del consumo específico de vapor activo. Dado que el incremento del número de efectos aumenta de manera lineal e! reciclado de vapor, pero también aumenta de manera lineal el diferencial de temperatura entre el primer efecto y el sumidero de calor, aumentando de manera casi lineal la ratio de compresión. Y dado que ia relación entre la ratio de compresión y el consumo específico de vapor sigue una curva similar a logarítmica en la que los incrementos de la ratio de compresión, que se producen al incrementar el número de efectos, penalizan progresivamente el consumo específico de vapor hasta llegar a un punto en el que el incremento de un efecto más comporta un aumento del GOR por debajo de 1. El diseño de la disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión tiene la flexibilidad de diseño suficiente para que, según disponibilidades de recursos financieros y energéticos y según los objetivos de producción de agua desalinizada y de ahorro energético, se puede combinar el nivel óptimo para cada caso del número de efectos y de la ratio de compresión para obtener la producción y el GOR resultante acorde a las necesidades y capacidades del usuario.

- La reducción del salto térmico por efecto permite la reducción de la temperatura del primer efecto, hasta el nivel deseado según las necesidades de producción y de coste energético, para conseguir la mejor combinación entre ratio de compresión y de consumo específico de vapor combinado con el número de efectos. El número de efectos tenderá a ser inferior a un nivel en torno a 15 efectos por qué por encima de este número de efectos, el incremento de un efecto más tiende a dar un GOR resultante con un incremento por debajo de 1 como resultante del aumento más que lineal del consumo específico de vapor.

- De modo que la disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión permite prestaciones muy superiores a las de las disposiciones MED o MED-TVC del estado de la técnica. Concretamente multiplica ia producción de agua desalinizada por 2 o más, reduce el consumo específico de energía por unidad de agua a la mitad, o por debajo de la mitad, y se reduce entre la mitad y un tercio, o por debajo, la energía dedicada a aumentar la temperatura de la solución salina aportada ai primer efecto. De modo que el GOR resultante se sitúa netamente por encima del GOR de los actuales dispositivos MED o MED-TVC, llegando a incrementos del GOR en torno al 100%.

Esta disposición desaíinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión se puede aplicar a plantas de nueva construcción o se puede aplicar para mejorar plantas MED-TVC o MED del estado de la técnica, preexistentes.

Una explicación más detallada se da en la descripción que sigue y que se basa en las figuras adjuntas:

Figura 1 muestra en un corte longitudinal un dispositivo desalinizador mediante destilación multi efecto MED del estado de la técnica,

Figura 2 muestra en un corte longitudinal un dispositivo desalinizador mediante destilación multi efecto con termo compresión MED-TVC del estado de la técnica,

Figura 3 muestra en un corte longitudinal la disposición desaíinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión, y

Figura 4 muestra en un corte transversal una pared de un tubo o cámara evaporador- condensador en régimen de condensación y evaporación capilar.

Descripción

En la figura 1 se muestra en un esquema una disposición desaíinizadora de destilación multi efecto MED del estado de la técnica que en cada uno de los n efectos cuenta con un intercambiador de calor latente 2 de tubos o cámaras con aporte de la solución salina sobre la cara evaporadora en régimen de fina película descendente o ascendente. El MED del estado de la técnica recibe el vapor de una fuente de vapor externa, 1 que se condensa en el primer efecto, liberando energía en forma de calor latente de condensación. Esta energía atraviesa la pared del intercambiador de calor latente, atraviesa la película fina descendente de solución salina a desalinizar que fluye sobre la cara evaporadora de dichos tubos o cámaras de intercambio de calor latente, y esta energía es absorbida en forma de calor latente de evaporación en la cara evaporadora. Las resistencias térmicas de las capas de agua limitan el coeficiente de transferencia de calor latente agregado de la pared del intercambiador de calor latente del estado de la técnica que se sitúan en torno a unos 2 0QQW/m 2 K, pudiendo llegar a coeficientes de unos 6.000W/m 2 K en disposiciones verticales. Las resistencias térmicas impuestas por las capas de agua hacen necesario un diferencia! o pérdida de temperatura de 3°C a 5°C, o más, por efecto. De modo que dentro del rango de trabajo de unos 35°C que se sitúa entre los aproximadamente 70°C de la temperatura de trabajo del primer efecto y la temperatura de trabajo de unos 35°C del último efecto, los MED suelen incorporar entre 7 y 12 efectos. Existen realizaciones MED con menos efectos para reducir el coste de capital y la dificultad de operativa que comporta cada efecto incorporado en un MED.

El vapor generado en el primer efecto se aporta 3 a la cara condensadora de los tubos o cámaras del intercambiador del segundo efecto. Y así sucesivamente por n efectos, hasta que el vapor generado en el enésimo efecto se aporta 4 al condensador final 5 o sumidero de vapor, sobre el que se condensa. En el condensador final 5 el calor latente del vapor se transforma en calor sensible elevando la temperatura del agua de mar u otra fuente de agua a desalinizar, que circula por la cara interior del condensador final que actúa como sumidero de calor 5. De forma que el calor latente del sistema se transforma en calor sensible del líquido del sumidero.

En la figura 2 muestra en un esquema un dispositivo de destilación multi efecto con compresión de vapor MED-TVC del estado de la técnica. Este dispositivo del estado de la técnica tiene ios mismos componentes esenciales que un MED básico del estado de la técnica como descrito en la figura 1 , con la adición del termocompresor o eyector 9. Los compresores térmicos de vapor de dispositivos MED-TVC del estado de la técnica suelen recibir como fuente 1 de energía, un vapor residual de una planta de cogeneración a una temperatura en torno a unos 130°C o más y una presión igual o superior a 3 bar o más. Este vapor 1 a 3 bar, o más, actúa como vapor activo o primario, motive steam, del termocompresor 9 del estado de la técnica. En la configuración que se muestra la figura 2, el compresor térmico de vapor o eyector succiona vapor en el último efecto y aporta vapor al primer efecto. En el estado de la técnica hay formas de realización que succionan y aportan vapor entre efectos intermedios.

En la forma de realización representada en la figura 2, el vapor succionado 7 es una fracción del vapor del último efecto. La suma de la masa de vapor succionado 7 y de la masa de vapor activo 1 da lugar a una masa de vapor 8 que se incorpora ai primer efecto del MED-TVC a una temperatura que suele estar en torno a ios 70°C y unos 31 1 mb. En esta configuración el termocompresor 9 del estado de la técnica tiene un consumo específico de vapor en torno a 4kg, o más, de vapor activo 1 por kg de vapor succionado 7. De modo que, aproximadamente una parte de vapor succionado 7 a unos 35°C, junto con cuatro partes de vapor activo 1 a 3bar, dan lugar a cinco partes de vapor 8 a 70°C. Consecuentemente, el vapor del último efecto se reparte en cinco partes, cuatro partes que se condensan sobre el último condensador 5 y una parte que pasa a ser succionado 7 por el termocompresor. En el estado de la técnica hay formas de realización de MED-TVG que no cubren todo el rango de temperatura de trabajo de 35°C entre los 70°C de temperatura de trabajo del primer efecto y los 35°C de temperatura de trabajo del último efecto. En el estado de la técnica hay formas de realización de disposiciones TVC_MED que incorporan más de un eyector entre secuencias de efectos, y requieren el correspondiente aporte de energía en forma de vapor activo en cada eyector.

En la figura 3 se muestra en un esquema la disposición desalinizadora de destilación ulti efecto MED con compresión térmica de vapor, MED-TVC, de bajo ratio de compresión. La disposición de desalinización MED-TVC de bajo ratio de compresión permite multiplicar el reciclado de vapor y, consecuentemente, de calor latente, lo cual permite mejorar la capacidad de producción y reducir el consumo específico de energía y tiene las características específicas siguientes, que la diferencian de una disposición MED-TVC del estado de la técnica:

- El intercambiador de calor latente 14 de cada uno de los n efectos, está formado por tubos o cámaras evaporadores-condensadores con la siguiente configuración:

o La cara condensadora de estos tubos o cámaras está cubierta, al menos en parte, con microsurcos u otra estructura capilar sobre la que el vapor de agua se condensa en régimen de condensación capilar. La sección, inclinación y longitud de estos microsurcos u otra estructura capilar es la necesaria para que, teniendo en cuenta el flujo de energía y el ritmo de condensación, el agua condensaba fluya dentro de las estructuras capilares y deje un espacio libre de capas de agua entre el extremo del menisco y el extremo del microsurco u otra estructura capilar.

o La cara evaporadora de estos tubos o cámaras está cubierta, al menos en parte, por microsurcos o micro ranuras sobre los que se produce una evaporación desde el extremo de ios meniscos de solución salina que fluye dentro de ios microsurcos o micro ranuras. La sección, inclinación y longitud de estos microsurcos o micro ranuras y el flujo de solución salina aportado dentro de los microsurcos o micro ranuras son los necesarios para que, teniendo en cuenta el flujo de energía y el ritmo de evaporación, a lo largo de estos microsurcos o micro ranuras el flujo de solución salina no se seque y haya un espacio libre de capas de agua entre el extremo del menisco y el extremo del microsurco o micro ranura.

o Como se muestra en la figura 4, la sección de la pared en una configuración de estos tubos o cámaras 14 evaporadores-condensadores adopta una forma de línea continúa quebrada en forma de zigzag, almenas u ondulada. De modo que el trayecto térmico 17 está libre de capas de agua entre el punto de condensación capilar sobre los meniscos de agua condensada que se forman sobre la cara condensadora y el extremo superior de! menisco de solución salina donde se produce la evaporación en la cara evaporadora.

- El aporte de la solución salina sobre la cara evaporadora de tubos o cámaras evaporadores- condensadores del intercambiador de calor latente se realiza dentro de los microsurcos o micro ranuras de la cara evaporadora. Este aporte de solución salina no se realiza en régimen de capas de agua descendente. Por lo que sobre la pared de! intercambiador de calor latente no se produce la resistencia térmica de estas capas de agua. La reducción o eliminación de las barreras térmicas de las capas de agua y la eficiencia térmica de la condensación y evaporación capilares de la disposición desalinizadora permiten que el coeficiente agregado de transferencia de calor latente de la pared del intercambiador de calor latente sea muy elevado. El coeficiente de transferencia de calor latente de los intercambiadores de calor latente 14 de la disposición desalinizadora puede superar los 40.000W/m 2 K.

- El elevado coeficiente de transferencia de calor latente de las paredes de los tubos o cámaras condensadores-evaporadores en la configuración descrita, permite que la disposición desalinizadora TVCJVIED de bajo coeficiente de compresión sólo requiere un diferencial o gradiente de temperatura por efecto entre 0,8°C y 0,2°C más el diferencial de temperatura por elevación del punto de ebullición de la solución salina. Para agua de mar, el diferencial de temperatura por elevación del punto de ebullición se sitúa en torno a 0,5°C. De modo que el diferencia! de temperatura por efecto con la disposición desalinizadora es bajo, podiendo estar entre 1 ,3°C y 0,7°C, o menos. Es decir, unos diferenciales de temperatura por efecto en torno a 1°C, o menos.

- La disposición desalinizadora dedica, al menos parte de, la reducción de! gradiente térmico por efecto para reducir la temperatura de trabajo del primer efecto, de forma que se reduce la presión de trabajo del primer efecto. La reducción de la temperatura de trabajo del primer efecto reduce la energía dedicada a elevar la temperatura de la solución salina a desaiinizar que se aporta a! primer efecto. De forma que se reduce el efecto reductor en el GOR del dispositivo por la energía dedicada a aumentar la temperatura de la solución salina aportada ai primer efecto, top brine temperature.

- La disposición desalinizadora tiene, ai menos, un termocompresor 12 o eyector que utiliza como vapor activo una fuente de vapor 1 El termocompresor 12 succiona parte de! vapor 1 1 de! último efecto para generar el vapor 13 que se aporta al primer efecto. El vapor generado 13 por el termocompresor 12 tendrá una presión igual a la presión de vapor de equilibrio de la temperatura de trabajo del primer efecto. La reducción de la temperatura de trabajo del primer efecto reduce la presión de trabajo del primer efecto. Lo cual reduce la ratio de compresión, es decir el cociente entre la presión del primer efecto y la presión del último efecto.

- La disposición desalinizadora utiliza la reducción de la ratio de compresión para reducir el consumo específico de vapor activo por unidad de masa de vapor succionado del eyector. La relación entre la reducción de la ratio de compresión y la reducción de consumo específico de vapor no es una relación lineal. La importante reducción del gradiente de temperatura por efecto del actual rango entre 3°C y 5°C por efecto, a niveles en torno a 1°C por efecto, permiten una importante reducción de la presión de trabajo del primer efecto y una importante reducción de la ratio de compresión. La ratio de compresión actual entre 70°C y 35°C se sitúa en torno a 8, mientras que con la disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión, la ratio de compresión se sitúa en torno a 1+ Q,08(n-1) para n efectos, o menos. Es decir, que la ratio de compresión se sitúa gráficamente en la zona más vertical de la curva tipo logarítmica de la relación entre la ratio de compresión y el consumo específico de vapor activo. Lo cual significa que una pequeña reducción de la ratio de compresión comporta una mayor reducción proporcional del consumo específico de vapor.

- El bajo consumo específico de vapor permite un elevado reciclado del vapor del último efecto lo cual produce un efecto multiplicador del GOR del dispositivo. Este efecto multiplicador del GOR por reducción del consumo específico de vapor activo no es lineal con ia reducción de la diferencia de temperatura por efecto, siguiendo una función similar a logarítmica. Este fenómeno limita el crecimiento del número de efectos como factor para incrementar el GOR del dispositivo. Al añadir un efecto más se añade un gradiente más de temperatura. Lo que comporta un incremento entre la temperatura y presión de trabajo del primer efecto y las del último efecto. Lo cual comporta un incremento de la ratio de compresión y el desplazamiento a lo largo de la curva a zonas de mayor consumo específico de vapor. Lo cual penaliza progresivamente el consumo específico de vapor hasta llegar a un punto en el que el incremento de un efecto más comporta un aumento del GOR por debajo de 1. La disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión tiene la flexibilidad de diseño suficiente para, según disponibilidades de recursos financieros y energéticos y según los objetivos de producción de agua desalinizada y de ahorro energético, se puede combinar el nivel óptimo para cada caso de número de efectos y de coeficiente de compresión para obtener la producción y el GOR resultante acorde a las necesidades y capacidades del usuario. El número de efectos tenderá a ser inferior a un nivel en torno a 15 efectos por qué por encima de este número de efectos, el incremento de un efecto más tiende a conseguir cada vez un menor crecimiento del GOR hasta llegar a un punto en el que el incremento de un efecto da lugar a un GOR con un incremento por debajo de 1 como resultante del aumento más que lineal del consumo específico de vapor. Una forma de realización de la disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión es con 10 efectos, n=10, y un diferencial de temperatura por efecto de 1°C y una fuente de vapor a 70°C. El termocompresor 12 utiliza la fuente de energía 1 en forma de vapor a 70°C como vapor activo con el que succiona vapor 11 del último efecto, para generar vapor 13 que se aporta ai primer efecto. Para un vapor del ultimo efecto 15 con una temperatura en torno a 35°C, y un vapor 13 aportado al primer efecto a unos 45°C, esta configuración tiene una ratio de compresión en torno a 1 ,7. El consumo específico de vapor es de aproximadamente 1 kg de vapor activo 1 a unos 70°C por cada kg de vapor 1 1 succionado en torno a 35°C. Lo cual permite aportar ai primer efecto unos 2kg de vapor 13 a unos 45°C. De modo que por cada kilo de vapor activo de ¡a fuente de vapor disponible 1 que se puede aportar a un MED del estado de la técnica, con la disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión se aportan 2kg, o más, de vapor activo 13 ai primer efecto, y se dobla, o más, la capacidad de condensación de agua destilada por efecto, dado que se recicla el 50%, o más, del vapor del último efecto, en lugar de verterse íntegramente en el sumidero final como sucede con los actuales dispositivos MED El resultado de esta configuración, sin tener en cuenta mermas de funcionamiento y calentado del agua, es que, por cada kilo de vapor activo aportado al sistema, llegan unos dos kilos, o más, de vapor al primer efecto que se condensan y se evaporan diez veces a lo largo de ios diez efectos, es decir que se logran unos 20kg de agua destilada por cada kg de vapor activo aportado Y dado que se trabaja a temperaturas muy bajas, las mermas por calentado del agua entre 35°C y 45°C son también bajas. Mientras que sin el factor multiplicador del eyector de bajo ratio de compresión, el vapor aportado al primer efecto se reciclaría solo unas diez veces a lo largo de los diez efectos, menos las mermas por cesiones de energía.

Esta forma de realización se puede implementar en una instalación desalinizadora de nueva construcción o se puede implementar en una mejora de una disposición MED del estado del arte preexistente. En el caso de la aplicación de una disposición desalinizadora de destilación muiti efecto MED con compresión térmica de vapor, MED-TVC, de bajo ratio de compresión para la mejora de una instalación MED del estado del arte preexistente en la que se mantiene la fuente de energía, se mantiene el sumidero, se substituyen ios intercambiadores de calor, se mantienen las carcasas existentes, se añade un eyector o compresor térmico de vapor de bajo ratio de compresión, en torno a 1+0,G8(n-1), siendo n el número de efectos,, entre el primer y el último efecto, se adaptan los conductos de fluidos a los nuevos caudales, se reduce el salto de temperatura por efecto que pasa a ser en torno a un tercio o menos de un tercio del salto de temperatura preexistente, se reduce el diferencial de temperatura entre el primer efecto y el último efecto que pasa a ser en torno a un tercio o menos de un tercio, del salto de temperatura preexistente, se reduce la temperatura del primer efecto y se logra un múltiplo en torno a 2 , o más de 2, de la cantidad de agua producida y se logra reducir a la mitad, o a menos de la mitad, el consumo de energía específico por unidad de agua desalinizada producida.

Dado el elevado coeficiente de transferencia de calor latente de las placas o tubos de intercambio de calor latente, se puede diseñar una forma de realización de la disposición desalinizadora con un gradiente de temperatura por efecto inferior a 1°C. En este caso, el rallo de compresión disminuye, disminuye el consumo específico de vapor y el reciclado de vapor del último efecto pasa a ser superior al 50%, de modo que el se multiplica por más de 2 veces la capacidad de producción de agua desalinizada y se reduce a menos de la mitad el coste energético por unidad de agua desalinizada.

Otra forma de realización de la disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión es con 10 efectos, con un diferencial de temperatura por efecto de 1°C y una fuente de vapor a 3 bares, que es una fuente de vapor compatible con los MED-TVC del estado de la técnica. El termocom presor 12 utiliza la fuente de energía 1 en forma de vapor a 3 bares como vapor activo y succiona vapor 1 1 del último efecto, para generar vapor 13 que se aporta al primer efecto. Para un vapor del ultimo efecto 15 con una temperatura en torno a 35°C, y un vapor 13 aportado ai primer efecto a unos 45°C, esta configuración permite una ratio de compresión de aproximadamente 1 ,7 y un consumo específico de vapor de aproximadamente 0,85kg de vapor activo 1 a unos 3 bares por kg de vapor en torno a 35°C succionado 11.

De modo que se aportan unos 1 ,65kg de vapor 13 a unos 45°C ai primer efecto. En un MED- TVC del estado de la técnica con un vapor a una temperatura de 70°C en el primer efecto, el ratio de compresión se sitúa en torno a 6 y el consumo específico de vapor es de 4kg de vapor activo por kg de vapor succionado, mientras que gracias a la reducción del ratio de compresión a niveles de 1 ,7 con la forma de realización descrita de un MED-TVC de bajo ratio de compresión, el consumo específico de vapor pasa ser de unos G,65kg de vapor activo por kilo de vapor succionado, o lo que es lo mismo, 4kg de vapor activo por cada 6kg de vapor succionado. De forma que el total de vapor que se aporta en cada efecto es de unos 10kg de vapor por cada 4kg de vapor activo aportado por la fuente 1. Es decir que con esta configuración de una disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión se recicla un 50% adicional del vapor del último efecto que el que puede reciclar un MED-TVC de estado de la técnica De forma que una disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión permite doblar, o más que doblar, la cantidad de vapor condensado en cada efecto en comparación con la cantidad de vapor que se condensa por efecto en un MED-TVC del estado de la técnica, por unidad de vapor activo aportada por una fuente de vapor 1 determinada. Esta forma de realización se puede implementar en una instalación desalinizadora de nueva construcción o se puede implementar en la mejora de una disposición MED-TVC del estado del arte preexistente. En el caso de ¡a aplicación de una disposición desalinizadora de destilación multi efecto MED con compresión térmica de vapor, MED-TVC, de bajo ratio de compresión para la mejora de una instalación MED-TVC del estado del arte preexistente en la que se mantiene la fuente de energía, se mantiene el sumidero, se substituyen los intercambiadores de calor, se mantienen las carcasas existentes, se adapta o se substituye el eyector o compresor térmico de vapor de forma que se instala un eyector de bajo ratio de compresión, en torno 1+0,08(n-1) siendo n el número de efectos, entre el primer y el último efecto, se adaptan los conductos de fluidos a los nuevos caudales, se reduce el salto de temperatura por efecto que pasa a ser en torno a un tercio o menos de un tercio del salto de temperatura preexistente, se reduce el diferencial de temperatura entre el primer efecto y el último efecto que pasa a ser en torno a un tercio o menos de un tercio del salto de temperatura preexistente, se reduce la temperatura del primer efecto y se logra un múltiplo en torno a 2 , o más de 2, de la cantidad de agua producida y se logra reducir a la mitad o a menos de la mitad el consumo de energía específico por unidad de agua desalinizada producida.

Una disposición desalinizadora de destilación multi efecto MED con compresión térmica de vapor, MED-TVC, de bajo ratio de compresión tiene un límite en el número de efectos a partir del cual el incremento de un efecto supone un incremento del GOR inferior a 1 Este límite se debe a la relación no lineal entre el aumento de la ratio de compresión y el aumento del consumo específico de vapor del eyector. Por lo que, dependiendo de las prioridades de cantidad de producción, de GOR y de las disponibilidades de terreno y de capital, a partir de este límite en el número de efectos se puede optar por dedicar el capital a la construcción de otra disposición desalinizadora de destilación multiefecto MED con compresión térmica de vapor MED-TVC de bajo ratio de compresión.

En una forma de realización de una disposición desalinizadora de destilación multiefecto MED con compresión térmica de vapor, MED-TVC de bajo ratio de compresión como la descrita anteriormente de 10 efectos con una fuente de vapor a 3 bares, hemos descrito que el resultado de esta configuración, sin tener en cuenta mermas de funcionamiento y calentado del agua, es que por cada kilo de vapor activo aportado al sistema, se aportan en torno a 2,5kg de vapor ai primer efecto que se condensan y se evaporan diez veces a lo largo de los diez efectos, es decir que se logran 25 kg de agua destilada por cada kg de vapor activo aportado. Y dado que se trabaja a temperaturas muy bajas, las mermas por calentado del agua son también bajas. Pero si en lugar de una realización con 10 efectos consideramos un modo de realización con 15 efectos y 1°C de gradiente de temperatura por efecto, entonces la temperatura del primer efecto seria de 50°C y la ratio de compresión entre el vapor del primer efecto a 50°C y el último efecto a 35°C seria de aproximadamente 2,2 y el consumo específico de vapor se situaría en torno a 1 ,2 kg de vapor activo por cada kg de vapor succionado. Es decir que por cada kilo de vapor activo aportado al sistema llegan 1 ,8kg de vapor al primer efecto que, ai pasar por 15 ciclos de condensación a lo largo de 15 efectos, producen 27kg de agua desalinizada, sin considerar ¡as mermas del sistema. Al comparar un multiplicador de 25 para 12 efectos con un multiplicador de 27 para 15 efectos no parece justificado el CAPEX para tres efectos adicionales si sólo se consigue un incremento de agua desalinizada equivalente a 2 condensaciones adicionales. Este resultado se debe a ¡a penaiización que sufre el consumo específico de vapor cuando la ratio de compresión sube por encima de 2, dada la curva tipo logarítmica de la relación entre ratio de compresión y consumo específico de vapor. Esta relación tipo logarítmica entre ratio de compresión y consumo específico del eyector comporta que la disposición de desalinización MED-TVC de bajo ratio de compresión tiene una relación o cociente entre GOR de ¡a disposición y numero de efectos que disminuye a medida que aumenta el número de efectos. Del mismo modo, este cociente entre GOR y número de efectos aumenta fuertemente al descender en ¡a zona más vertical de la curva entre ratio de compresión y consumo específico de vapor, es decir a medida que se reduce en ratio de compresión, ¡legando al nivel máximo para el caso de un disposición MED-TVC de dos efectos, es decir una calandria y un sumidero, para el cual el ratio de compresión se puede situar en torno a 1 ,08 y el consumo específico de vapor activo se reduce drásticamente por unidad de vapor succionado. Podemos observar que, para las distintas configuraciones de ¡a disposición desalinizadora MED-TVC la relación entre su número de efectos n y su ratio de compresión se aproxima, best fit, en torno a 1 ÷Q,08(n-1), o menos. Siendo n-1 el número de efectos menos el último efecto donde se encuentra el sumidero y la succión de una parte del vapor final. De modo similar, observamos que si se inserta un eyector entre dos efectos, otros que entre el primero y el último, el ratio de compresión se aproxima, best fit, en torno a 1+0 08x siendo x el número de efectos entre ios cuales se instala el eyector.

La disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión se puede impiementar para plantas de nueva construcción o para mejorar ¡as prestaciones de plantas MED o de plantas MED-TVC preexistentes.

La disposición desalinizadora MED-TVC de bajo ratio de compresión se puede utilizar para desalinizar agua de mar, agua salobre u otros tipos de soluciones salinas.