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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Destillation einer Flüssigkeit und auf eine vielstufige Anlage zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren, das sich insbesondere zum Entsalzen von Salzwasser eignet, basiert auf dem bekannten Verdampfungsverfahren durch Entspannung unter Wiedererhitzen des Dampfes
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die Dämpfe von den Verdampfungs- (oder Entspannungs-) Kammern in direkten Kontakt mit destilliertem
Wasser gebracht, das in einem Kreislauf durch die Kondensationskammern fliesst.
Das im Kreislauf fliessende destillierte Wasser wird zuerst in die Kondensationskammer der letzten Stufe kalt eingespeist, und die Tem- peratur des Wassers erhöht sich in dem Masse, in dem es von jeder Stufe zu der nächsten, die bei höherer
Temperatur und höherem Druck arbeitet, zirkuliert, wobei die Temperatur und die Menge des Wassers in der
Kondensationskammer der ersten Stufe am höchsten bzw. am grössten ist. Das Destillat wird dann durch einen
Wärmeaustauscher geleitet, in dem es durch direkten Kontakt mit einer Hilfsflüssigkeit, z. B. mit einem nicht mischbaren Öl, erwärmt wird. Das heisse Öl wird zu einem zweiten Wärmeaustauscher weitergeführt, in dem es das hereinfliessende kalte, salzige. Wasser ebenfalls durch direkten Kontakt erwärmt.
Ein Teil des abgekühlten destillierten Wassers wird als Produkt abgezogen und der Rest wird zurückgeführt, um wieder als Kondensations- mittel für den Dampf aus den Verdampfungskammern zu wirken. Weitere Einzelheiten des bekannten Ver- dampfungsverfahrens durch Entspannung unter Wiedererhitzen des Dampfes können der Literatur entnommen werden, z. B. dem Buch"Salt-Water Purification"von K. S. Spiegler [19621, S. 58 ff.
Ein grosser Nachteil dieses Verfahrens liegt in der Notwendigkeit, eine Pumpe bei jeder Stufe zum Pumpen des Destillats von einer Kondensationskammer zur nächsten, bei der die Temperatur und der Dampfdruck höher sind, vorzusehen. Diese Notwendigkeit, bei jeder Stufe eine solche Pumpe anzuordnen, erhöht die Kosten für die Erstanlage und den gesamten Energiebedarf und begrenzt erfahrungsgemäss die Anzahl der möglichen Stufen.
Eine Lösung zur Beseitigung dieses Nachteils könnte offenbar darin liegen, die Reihenfolge der Stufen, wie sie in dem oben erwähnten Buch von Spieler beschrieben werden, umzukehren, so dass sich die Stufe mit dem geringsten Druck und der geringsten Temperatur am oberen Ende befindet. Tatsächlich werden die Idee, das Destillat zu der obersten Stufe zu pumpen und dann dieses sich abwärts durch die Schwerkraft entgegen dem ansteigenden Druck bewegen zu lassen, und die Idee, die Energie der durch Entspannung verdampfenden Lauge zu benutzen, um diese ansteigend zu bewegen, von Teynham Woodward im Kapitel 4 eines kürzlich erschienen Buches [1966] mit der Bezeichnung"PrinciplesofDesalination", herausgegeben von K. S.
Spieler, auf Seite 130 vorgeschlagen, aber es ist keine in wirtschaftlicher Weise arbeitende Anlage unter Verwirklichung eines solchen Systems bisher entworfen oder entwickelt worden.
Es ist auch ein System zum Selbstheben der Sole vorgeschlagen worden (vgl. S. 36-1 bis 36-12 des Berichts über das "Zweite Europäische Symposium über Süsswasser aus Meerwasser", Athen, 9.-12. Mai [1967], wobei dieses System als"Clementine"-System bezeichnet wird. Nach diesem System verbindet ein Steigrohr (ein senkrechtes Rohr, das von unten nach oben einen sich vergrössernden Querschnitt aufweist) zwei senkrecht angeordnete Verdampferstufen. Der offene Boden des Steigrohres reicht bis etwa unter den Laugenspiegel in der unteren Verdampferstufe, und das offene obere Ende des Steigrohres ragt ein wenig über den Laugenspiegel in der oberen Stufe hinaus.
Bei diesem System ist es jedoch erforderlich, d ass das Steigrohr einen sich von unten nach oben verbreiternden Querschnitt aufweist. um eine Steigerung der Geschwindigkeit des Dampf-Laugen-Ge- misches während der schnellen Bewegung dieses Gemisches zu vermeiden (S. 36-3 des vorstehenden Literaturzitats). Es ist ausserdem nicht möglich, einen wesentlichen Auftrieb, besonders bei Stufen mit niedriger Temperatur, zu erreichen. Diese Nachteile begrenzen die Anwendbarkeit des"Clementine"-Systems sehr, besonders im Hinblick auf das Entsalzen von Meerwasser, das in grossem Umfang und mit geringen Kosten erfolgen soll.
Gemäss der Erfindung soll nun bei den vielstufigen Destillationssystemen unter Berücksichtigung der vorstehenden Gesichtspunkte eine wesentliche Verbesserung erreicht werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Destillation einer Flüssigkeit, z. B. zum Entsalzen von Wasser, wobei man die Flüssigkeit durch eine Mehrzahl von Verdampferstufen von nacheinander abnehmender Temperatur und abnehmendem Dampfdruck und zunehmender Höhenlage schickt, ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Verdampfungsenergie der-Beschickungsflüssigkeit zusammen mit der Druckdifferenz zwischen zwei Stufen dazu benutzt, um die Beschickungsflüssigkeit nacheinander durch die Verdampferstufen zu treiben, die Beschickungsflüssigkeit durch eine ununterbrochene, unverengte Verbindungsleitung führt, welche zwei Arme besitzt, die benachbarte Stufen miteinander verbinden, in einem Arm eine kontinuierliche, nach unten fliessende flüssige Säule aus Beschickungsflüssigkeit bildet, welche aus dem Boden einer Verdampfungsstufe abfliesst,
und im andern Arm eine nach oben fliessende Säule bildet, die am unteren Ende flüssige Beschickungsflüssigkeit und darüber eine siedende Mischung aus Beschickungsflüssigkeit und Dampf enthält, der in die benachbarte VerVerdampferstufe fliesst, u. zw. immer in einem Punkt oberhalb des Flüssigkeitsspiegels darin und oberhalb der Druckhöhe, die dem Druckunterschied zwischen den beiden Stufen entspricht, wobei die Querschnittsfläche der nach unten fliessenden Säule in der gleichen Grössenordnung wie diejenige der nach oben fliessenden Säule liegt und die Flüssigkeit am unteren Ende der nach oben fliessenden Säule dauernd einen hydraulischen Verschluss
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<tb>
<tb> Stufe <SEP> Nr.
<SEP> 1 <SEP> 52 <SEP> 103
<tb> Säule <SEP> des <SEP> siedenden <SEP> Gemisches <SEP> 5, <SEP> 7 <SEP> m <SEP> 2, <SEP> 8 <SEP> m <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> m <SEP>
<tb> Wassersäule <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> m <SEP> 0, <SEP> 55 <SEP> m <SEP> 0, <SEP> 024 <SEP> m <SEP>
<tb> Höhenunterschiede <SEP> 1, <SEP> 9m <SEP> 2, <SEP> 25m <SEP> 2, <SEP> 976m <SEP>
<tb>
In der Praxis kann der Höhenunterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verdampfungskammern gleich der Höhe der Wassersäule in derselben Stufe, plus mindestens 2 m, sein. Nachstehend werden zwei Ausführungsformen von Verdampferstufen in Form von wellenförmig aufsteigenden Leitungen beschrieben, die auf dem eingangs erwähnten Prinzip des selbsttätigen Aufsteigen und Verdampfens der Beschickungsflüssigkeit beruhen. Bei der einen Art von Verdampferstufen werden U-Rohre benutzt.
Die Verbindungsleitung, die benachbarte Verdampferstufe miteinander verbindet, hat dabei die Form eines U-Rohres mit einem kurzen Schenkel, in dem sich die abwärtsfliessende Flüssigkeitssäule bildet und aufrechterhalten wird, und weist ausserdem einen langen Schenkel auf, in dem sich die aufwärtsströmende Säule des siedenden Gemisches bildet und aufrechterhalten wird. Die andere Ausführungsform von Verdampferstufen benutzt ein Manometersystem vom "Well-Typus".
Die Verbindungsleitung, die benachbarte Verdampferstufen miteinander verbindet, weist dabei einen Schenkel auf, der von dem Boden jedes Verdampfers nach unten reicht und eine Rohrleitung enthält, die jeden Verdampfer mit dem Verdampfer der benachbarten höheren Stufe verbindet, wobei das untere Ende jeder Rohrleitung in dem Schenkel des betreffenden Verdampfers angeordnet ist und das obere Ende jeder Rohrleitung in
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dem benachbarten höheren Verdampfer und oberhalb des in diesem Verdampfer vorhandenen Flüssigkeitsstandes, angeordnet ist, wobei der Schenkel und die Rohrleitung ein Manometersystem vom Well-Typus bilden, in welchem in der Rohrleitung die aufwärtsströmende Säule des siedenden Gemisches gebildet und aufrechterhalten wird,
und in welchem die Beschickungsflüssigkeit in dem unteren Verdampfer und Schenkel oberhalb des Bodens der Säule des siedenden Gemisches die erwähnte abwärtsfliessende Flüssigkeitssäule darstellt.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden, detaillierten Beschreibung erkennbar.
Die Erfindung ist in den angeschlossenen Zeichnungen an Hand von mehreren nicht beschränkenden Ausführungsformen weiter erläutert. In den Zeichnungen zeigen die Fig. la und lb (die zusammen betrachtet Fig. 1 bilden) in schematischer Darstellung eine Destillationsanlage der angegebenen Art. Fig. 2 veranschaulicht einen Schnitt längs der Linien II-II von Fig. lb und erläutert den Aufbau einer Verdampfungskammer. In Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linien III-III von Fig. lb dargestellt, der den Aufbau einer Kondensationskammer veranschaulicht. Fig. 4 zeigt eine Doppelkammereinheit, die für jede Stufe benutzt werden kann, wobei eine Kammer als Verdampfer und die andere Kammer als Kondensator dient. Fig. 5 stellt eine Abänderung des Systems von Verbindungsleitungen zwischen benachbarten Verdampferstufen dar.
In den Zeichnungen sind die Strömungswege der die Anlage durchfliessenden Medien wie folgt eingezeichnet : Salzwasser und Sole strichpunktiert ; Frischwasser als volle Linie ; Wasserdampf punktiert ; nicht mischbare Hilfsflüssigkeit (z. B. flüssiger Kohlenwasserstoff, nachfolgend "Öl" genannt) als strichlierte Linie.
Die in den Fig. la und lb dargestellte Anlage enthält eine Vielzahl von Entspannungskammern (auch
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destillierte Wasser das Öl erwärmt, und einen zweiten Wärmeaustauscher-H2-, in dem das heisse Öl das einströmende Salzwasser erwärmt. Die Kondensatoren sind mit jeweils zunehmender Höhe in der Destillationsanlage angeordnet, wobei sich der Kondensator-Cl-der ersten Stufe mit dem höchsten Dampfdruck und der höchsten Temperatur zuunterst und der Kondensator-Cn-der letzten Stufe mit dem geringsten Dampfdruck und der tiefsten Temperatur zuoberst befinden. In ähnlicher Weise sind auch die Verdampfer mit jeweils zunehmender Höhe in der Destillationsanlage angeordnet.
Der Verdampfer-El-der ersten Stufe mit der höchsten Temperatur und dem höchsten Dampfdruck befindet sich zuunterst, während der Verdampfer-En-der letzten Stufe, mit der geringsten Temperatur und dem niedrigsten Dampfdruck, am höchsten liegt. Die beiden Wärmeaustauscher-Hl und H2-arbeiten nach dem Prinzip des direkten Kontaktes. So kann z. B. ein nach der Öltröpfchenmethode arbeitender Wärmeaustauscher verwendet werden. Dabei gelangen aufwärtsströmende Öltröpfchen in dem einen Wärmeaustauscher in unmittelbaren Kontakt mit abwärtsströmendem Salzwasser und in dem ändern Wärmeaustauscher mit Frischwasser, wie dies auf den S. 58 und 59 des oben genannten Buches von Spiegler beschrieben ist.
Alle Verdampfer sind durch ein mit-EP- (Fig. la) bezeichnetes System von Verbindungsleitungen zusammengefasst, wobei die einzelnen Verdampfer --E1, E2,...En-- durch U-Rohere --T1, T2,...Tn--der Reihe nach miteinander verbunden sind. Jedes U-Rohr weist einen kurzen Schenkel-Ts-auf, in dem sich eine abwärtsfliessende Flüssigkeitssäule aus Salzwasser oder Sole bildet und aufrechterhalten wird, die aus jedem Verdampfer ausströmt (aus dem ersten Wärmeaustauscher-Hl-in die erste Stufe), sowie eine längere, aufwärtsströmende Säule aus einem siedenden Gemisch von Sole und Dampf, die in die nächst höhere Verdampferstufe getrieben wird.
Alle Kondensatoren sind durch ein mit-CP- (Fig. la) bezeichnetes System von Verbindungsleitungen zusammengefasst, wobei Wasserleitungen --WD1, WD2,...WDn-- benachbarte Kondensatoren der Reihe nach miteinander verbinden.
Das Salzwasser wird aus einem Behälter-Rl- (Fig. lb) abgezogen und mit einer Pumpe-Pl-durch ein Filter-2-und eine Leitung-4-in einen hochgelegenen offenen Behälter -R2-- (Fig. la) gepumpt. Das
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eine Leitung-8- (dem kurzen Schenkel des ersten U-Rohres-Tl-) in eine senkrechte Leitung, unter Bildung der Säule--BDI- (Fig. lb) (die den langen Schenkel des U-Rohres-Tl-bildet) aus siedendem Gemisch, für die erste Verdampferstufe-El-.'
Die erste Verdampferstufe-El-befindet sich oberhalb der Austrittsstelle des heissen Salzwassers aus dem Wärmeaustauscher -H2--. Die Temperatur und der Dampfdruck sind in-El-jedoch niedriger als in--H2-, so dass das Salzwasser in der Leitung-BD1-- siedet.
Das siedende Gemisch in der Leitung-BD1-- hat daher eine niedrigere Dichte als das Salzwasser in der Leitung-8-. Dieser Dichtenunterschied bewirkt zusammen mit dem Druckunterschied zwischen dem Wärmeaustauscher-H2-und dem Verdampfer-El-ein Aufsteigen des siedenden Gemisches durch die Leitung-BD1-zu dem höher gelegenen Verdampfer-El-.
Zur leichteren Trennung der abdestillierenden Dämpfe von den Soletröpfchen unter dem Einfluss der Schwerkraft und durch Zentrifugalkraft ist jeder Verdampfer mit einer Zyklonanlage (Fig. 2) mit spiralförmiger Leitfläche --10- versehen. Der Dampf streicht durch einen Entfeuchter-11-, tritt dann am oberen Ende der Kammer aus und wird durch ein Rohr-VI-in die erste Kondensatorstufe-Cl-geleitet, während die
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Temperatur arbeitenden Verdampferstufe verbunden ist. Das Verfahren setzt sich in den restlichen Verdampferstufen fort, wobei das Salzwasser in der Leitung für das siedende Gemisch zwischen je zwei Verdampferstufen siedend gehalten wird und dadurch jeweils in die nächste, höhergelegene Verdampferstufe aufsteigt.
Die in der
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einem Solenauslass-22-.
Es ist zu ersehen, dass die Sole in der Auslassleitung (z. B.-Bl oder B2--) eines Verdampfers und am unteren Ende der zu dem nächsten Verdampfer führenden Leitung für das siedende Gemisch (z. B.-BD2 oder BD3--), einen hydraulischen Verschluss zwischen den beiden Verdampfern bildet, so dass der Dampf mit dem höheren Dampfdruck in dem einen Verdampfer nicht zu dem nächsten Verdampfer mit dem niedrigeren Druck strömt.
Die vorstehend beschriebene Anordnung von Verdampferstufen, die einen Selbstauftrieb und ein Selbstverdampfen der Sole bewirkt, kann als ein System von Verdampferstufen in Form von wellenförmig aufsteigenden Leitungen angesehen werden, die als Trenneinrichtung für Flüssigkeit und Dampf (Verdampfer) dienen und am höchsten Punkt jeder Welle vorhanden sind, wobei der Druck und die Temperatur in den Verdampfern von unten nach oben in der Gesamtanordnung abnehmen, und wobei jede dieser Wellen, im aufsteigenden Sinn der Anordnung gesehen, eine abwärtsfliessende Säule aus Beschickungsflüssigkeit (d. h. die durch
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-8-- und- BD1, BD2-- usw. strömen) in ihrem andern Arm enthält, und die Flüssigkeit (Sole) im Tal jeder Welle einen hydraulischen Verschluss zwischen den Wellenbergen bildet.
Das in die letzte Kondensatorstufe --Cn-- beförderte Kühlwasserdestillat, fliesst unter dem Einfluss der Schwerkraft durch alle Kondensatoren bis in die erste Kondensatorstufe-C1--, wobei dieses Kühlwasserdestillat Wärme und Wasser von dem Dampf aufnimmt, der aus den Verdampfern austritt und in die Kondensatoren ein-
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Kondensatoren durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind, und in dieser Verbindungsleitung eine abwärtsfliessende Kühlflüssigkeitssäule und eine kürzere, aufwärtsströmende Kühlflüssigkeitssäule entstehen und aufrechterhalten werden (nämlich, wie nachfolgend näher beschrieben wird, das abwärtsfliessende Wasser in den Wasserleitungen, z. B.-WD1-bzw. das zu einem Behälter-28-aufwärtsströmende Wasser).
Ein Behälter-R4-- (Fig. la) ist über der letzten Kondensatorstufe vorgesehen. der einen Teil des (aus dem Wärme-
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Mehrzahl von durchlöcherten Platten-26-. enthält, die in verschiedenen horizontalen Höhen innerhalb der Kammer angeordnet sind, und die mit Flanschen ausgestattet ist, die dem Dampf eine wellenförmige Bahn zwischen den Platten vorschrieben. Der Dampf aus dem Verdampfer strömt längs dieser wellenförmigen Bahn zwischen den durchlöcherten Platten, während das flüssige Destillat unter dem Einfluss der Schwerkraft von einer Platte zu der nächsten fliesst, wobei es die Löcher in den Platten durchströmt und auch über die Enden der Platten fliesst.
Jede Kammer enthält ausserdem ein Gefäss-28-, das unten geschlossen und oben offen ist, und eine Leitung-30-, die von dem Boden der Kammer zu der nächsten Kammer führt. Das Destillat fliesst aus dem Behälter-R4-- durch diese Leitung -30-- in das Gefäss --28- der letzten Kondensatorstufe und ergiesst sich Ln deren Kondensatorkammer, wobei dieses Destillat Wärme und weiteres Destillat aufnimmt, das sich an dem In die Kammer eingeblasenen Dampf kondensiert hat.
Das flüssige Destillat verlässt den Kondensator-Cndurch dessen Leitung-30-und strömt in den Behälter --28-- nächstfolgenden Kondensators (Cn-l), läuft aus dem Behälter --28-- in dem betreffenden Kondensator über und nimmt dabei die Wärme und das flüssige Destillat von dem sich kondensierenden Dampf von dem Verdampfer der betreffenden Stufe (En-l) iuf, wobei sich das Verfahren in dieser Weise durch die restlichen Stufen des Kondensators fortsetzt.
Da die Temperatur und der Dampfdruck von dem Kondensator-Cn-bis zu dem Kondensator-Cl-aniteigen, enthält jede der Leitungen -30- zwischen den einzelnen Kondensatorstufen eine Flüssigkeitssäule.
Die Höhe jeder Flüssigkeitssäule ist durch den Druckunterschied zwischen den beiden Kondensatoren bestimmt, und dadurch wird ein hydraulischer Verschluss zwischen den Kondensatoren hergestellt, der verhindert, dass der Dampf von einer Kammer mit höherem Druck zu einer Kammer mit niedrigerem Druck strömt. Das Destillat
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aber unter einem hohen Druck stehenden flüssigen Destillats, wird durch einen Steuergenerator-M2-zu einer
Auslassöffnung --40-- fü entsalztes Wasser geleitet. Ein anderer Teil wird durch eine Leitung-42-zu einer Pumpe-P3-geführt, von wo dieser Teil durch eine Leitung --4-- aufwärts zu einem höhergelegenen Be- hälter -R5- geleitet wird. Dieser Behälter ist offen und steht daher unter Atmosphärendruck.
Der Behälter --R4-- wird auf einem sehr niedrigen Druck gehalten, der geringer ist als der Druck in der letzten Konden- satorstufe --Cn--. Das Destillat fliesst daher aus dem Behälter --R5-- in den Behälter-R4-- auf Grund der Druckdifferenz zwischen diesen Behältern, wobei der Strom durch einen an sich bekannten Regler-46-und eine Standleitung-48-geleitet wird. Von dem Behälter-R4-wird das Destillat wieder durch die Kondensatorstufen geführt, wobei es Wärme und das durch Kondensation entstandene Destillat aufnimmt.
Im Wärmeaustauscher --H1-- wird das in den Sumpf des Wärmeaustauschers durch eine Leitung-50und eine Pumpe --P4-- eingeführte kalte Öl durch das abwärtsfliessende flüssige Destillat erwärmt. Das heisse Öl tritt aus dem Wärmeaustauscher --H1-- uas und wird in den Wärmeaustauscher --H2-- geleitet, wo es zum Erwärmen von frisch zugeführtem Salzwasser benutzt wird.
Da sich die spezifische Wärme des Öls bei Temperaturänderungen ebenfalls ändert, sind zwischen dem Wärmeaustauscher-Hl und H2-drei untergeordnete Umlaufzyklen für das Öl vorgesehen, um die Wärmekapazitäten in jedem der drei Temperaturbereiche auszugleichen. Zu diesem Zweck hat auch jeder der Wärmeaustauscher-Hl und H2- (die, wie bereits erwähnt wurde, nach dem Prinzip des direkten Kontaktes mit aufwärtsströmenden Öltröpfchen und abwärtsströmendem Salzwasser, d.h. nach dem sogenannten "Tropfsystem", arbeiten können, s.
das eingangs zitierte Buch von Spiegler) eine andere horizontale Querschnittsfläche für jeden der genannten Umlaufzyklen für das Öl, so tritt in einem Umlaufzyklus für das Öl ein Teil des Öls durch ein Auslassrohr-52-aus dem Sumpf (mit grösserem Durchmesser) des Wärmeaustauschers --H1-aus, strömt durch einen Steuergenerator --M3'-- und wird dann durch eine Leitung-54-in den Kopf (mit grösserem Durchmesser) des Wärmeaustauschers --H2-- eingeführt. In einem zweiten Ölkreislauf tritt ein anderer Teil des Öls durch eine Austrittsleitung-56-von einem höheren Teil des Wärmeaustauschers --H1-mit kleinerem Durchmesser aus, strömt durch einen Steuergenerator-M3"-und wird durch eine Leitung - 58-in einen niedrigeren Teil des Wärmeaustauschers --H2-- mit kleinerem Durchmesser eingeführt.
Bei dem dritten Ölkreislauf tritt die Hauptmenge des Öls aus dem Kopf (mit kleinstem Durchmesser) des Wärmeaustauschers-Hl-durch eine Austrittsleitung --60-- aus, strömt durch einen Steuergenerator --M3'''-- und wird dann durch eine Leitung-62-in den Sumpf (mit kleinstem Durchmesser) des Wärmeaustauschers --H2-eingeführt. Das gesamte Öl verlässt den Wärmeaustauscher --H2-- durch eine Leitung --64-- im kalten Zustand, strömt zu einer Pumpe-P4-und wird dann erneut in den Sumpf des Wärmeaustauschers --H1-- durch eine Leitung --50-- eingeführt.
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68 und 70-angeordnet. Das bewirkt eine Dispergierung des Öls oder eine Tröpfchenbildung aus demselben, unmittelbar nachdem es durch diese Einlassöffnungen eingeführt wurde. Eine ähnliche durchlöcherte Platte - 71-ist über der Öleinlassleitung --50-- im Wärmeaustauscher --H1-- vorgesehen.
Das Öl strömt auf diese Weise in beiden Wärmeaustauschern in einem verteilten oder tröpfchenförmigen Zustand aufwärts, wodurch eine grosse Oberfläche für die Wärmeübertragung geschaffen wird.
Eine Ölwaschsäule-OW-ist im Kopf des Wärmeaustauschers --H2-- vorgesehen. Eine kleine Menge (z. B. etwa 50/0) des entstandenen destillierten Wassers aus dem Behälter --R5-- wird durch eine Leitung-72in den Kopf der Ölwaschsäule --OW-- eingeführt. Dieses Wasser läuft durch ein Filter-74- (z. B. aus Glasfaser), das auf einem Sieb --75-- befestigt ist. Die Gesamtmenge oder ein Teil des Wassers wird mit Hilfe eines Trichters --76-- mit einem Sammelrohr-77-gesammelt, das zu einem Verteiler --80-- führt. Die Säule enthält ferner eine durchlöcherte Platte-82-mit grossen Öffnungen-82'-, in die Leitungen-83eingebaut sind.
Das Wasser gelangt durch die Öffnungen --82'-- in die Leitungen-83-, von wo es zu einem Sammelrohr-84-und zu einem zweiten Verteilter --86-- geleitet wird.
Das in den Wärmeaustauscher --H2-- eingeführte Ö1 strömt in einem dispergierten oder tröpfchenförmigen Zustand (wie bereits beschrieben wurde) aufwärts. Oberhalb des Verteilers --86-- fliessen die Tröpfchen zusammen. Beim weiteren Aufsteigen des Öls bewirkt die durchlöcherte Platte jedoch eine neuerliche Dispergierung. Oberhalb des weiteren Verteilers -80-- fliessen die Öltröpfchen wieder zusammen.
Das Öl gelangt dann durch das Filter -74-- zu einer Austrittsleitung-87-, die mit einem umgekehrten Trichterteil --87'-an ihrem unteren Ende versehen ist, wobei dieser Trichterteil -87 t -- so hoch über dem unteren Ende des
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Trichters -76-- gelegen ist, dass sich --871- über dem Niveau des in-76-enthaltenen Wassers befindet.
Die Ölwaschsäule --OW-- im Kopf des Wärmeaustauschers --H2-- wäscht mitgenommene Salzwassertröpfchen aus dem Öl aus und vermindert wesentlich den Salzgehalt des im Öl enthaltenen Wassers auf folgende Weise : Zuerst bildet das aus dem Verteiler-86-kommende Wasser eine obere Schicht über dem (durch die Einlassleitung -6--) eingeführten Salzwasser, so dass das aufwärtsströmende Öl in der Waschwasserschicht zusammenfliesst und nicht in dem eingespeisten Salzwasser. Das von dem Öl während seines Zusammenfliessens oberhalb des Verteilers-86-mitgenommene Wasser ist daher viel weniger salzhaltig, als dies der Fall wäre, wenn das Öl in dem eingespeisten Salzwasser zusammengeflossen wäre. Diese mitgenommenen Wassertröpfchen werden mit dem Öl in den Wärmeaustauscher --H1-- befödert.
Da diese mitgenommenen Wassertröpfchen jedoch nur wenig salzhaltig sind, verunreinigen sie das destillierte Wasser in-Hl-in viel geringerem Ausmasse als dies der Fall gewesen wäre, wenn das Öl Tröpfchen des frischeingeführten Salzwassers hätte mitnehmen können. Übrigens kann die in Form dieser "verdünnten" Tröpfchen mitgenommene Wassermenge grösser sein, als sie es ohne die wiederholten Waschvorgänge gewesen wäre. Sobald jedoch das Öl im Wärmeaustauscher - H1-- erwärmt wird, löst es einen Grossteil dieser Tröpfchen und dementsprechend einen kleineren Teil des
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Schwerkraft von dem Verteiler durch diesen Raum abwärtsfliesst.
Der Salzgehalt des mitgenommenen Wassers wird dann noch weiter durch das Filter -74-- vermindert, in welchem das Öl mit in das Filter durch die Einlässleitung --72-- eingeführtem Frischwasser gewaschen wird.
Das nachfolgende Beispiel (mit Näherungswerten) dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne sie hierauf zu beschränken.
Es werden 103 Stufen vertikal übereinander senkrecht oder auf einem ansteigenden Gelände (vorzugsweise an einer Böschung) aufgebaut. Die Temperatur und der Druck des Salzwassers (Meerwasser) beim Eintritt in die erste Verdampfungsstufe --E1-- (d.h. am Boden der Leitung -BD1-- für das siedende Gemisch) betragen 180 C und 100, 3 m Wassersäule. Der Temperaturabfall des Salzwassers nach jeder Verdampferstufe bzw. der Temperaturanstieg des Frischwassers nach jeder Kondensatorstufe beträgt 1, 50C. Die Temperatur des in den ersten Kondensator einströmenden Dampfes beträgt 178, 50C, und die Temperatur des aus dem ersten Kondensator austretenden Kühlwassers beträgt 177,5 C.
In der letzten Stufe (Nr.103) beträgt der Temperaturunterschied zwischen dem in den Kondensator einströmenden Dampf und dem aus dem Kondensator austretenden
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nach dem letzten Verdampfer austretenden Sole beträgt 20 C, und die Temperatur des Kühlfrischwassers, das in den letzten Kondensator strömt, beträgt 20, 50C.
Der Dampfdruck des aus der ersten Kondensatorstufe-Cl- (bei 177, 50C) austretenden Frischwassers beträgt 9, 65 kg/cm2 oder 96, 5 m Wassersäule. Bemisst man die Höhe jeder Kondensatorkammer mit 1, 5 m und gibt 50 m für den Druckabfall in den Wasserleitungen und für die Strömungsregulierung hinzu, so ergibt sich für die letzte Kondensatorkammer --Cn-- (Nr.103) eine Höhe von ungefähr 300 m über der ersten Kondensatorkammer-Cl-. Die letzte Verdampferkammer-En- (Nr. 103) liegt vorzugsweise ebenfalls bei einer Höhe von etwa 300 m, vorausgesetzt, dass der Höhenunterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verdampfern gleich der Höhe der Wassersäule der betreffenden Stufe plus 2 m ist (wie bereits im Zusammenhang mit den Kondensatoren erwähnt wurde).
Das Salzwasser im Sumpf der ersten Kochsäule --BD1-- hat 180 C und einen Druck von 100, 3 m Wassersäule. Die Temperatur und der Druck fallen bis zur letzten Verdampferstufe-En- (Nr. 103) auf Werte von etwa 25, 50C bzw. von etwa 0, 32 m Wassersäule ab.
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50C aufweist,öffnung --40-- für destilliertes Wasser austritt und etwa 3000 kg Restsole (von 24 C), die durch den Solenauslass --22- (wobei die Sole 4. 70/0 Salz enthält) austritt. Etwa 3870 kg destilliertes Wasser (mit 177,5 C) tritt aus der ersten Kondensatorstufe-Cl-aus und wird mittels Brennstoffwärme (üblicher Brennstoff oder Kernbrennstoff) in der Heizvorrichtung --34-- auf 183 C erhitzt. Die Enthalpiewerte von reinem Wasser bei 177, 5 und
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Die 3870 kg Frischwasser bei 1830C werden dazu benutzt, um das Öl in einem Wärmeaustauscher-Hl- von etwa 18, 5 auf 181 C zu erhitzen. Das heisse Öl wieder wird im Wärmeaustauscher --H2-- eingestetzt, um 4000 kg frischeingeführtes Salzwasser von 17, 5 auf 1800C zu erhitzen.
Der gesamte Energieaufwand in den Wasser- und Ölkreisläufen für je 1000 kg erzeugtes destilliertes Wasser kann überschlagsweise wie folgt berechnet werden, wobei für die Pumpen und Steuergeneratoren ein Leistungs-
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grad von 85% angenommen wird : Die für die Pumpen-Pl, P2, P3 und P4-erforderliche Leistung ist mit 470600, 271200, 208100 bzw. 588000 kg. m anzusetzen. Die von den Steuergeneratoren-Ml bzw. M2 bzw.
(M3 M3", M3''')-- produzierte Leistung beträgt 739500 bzw. 118200 bzw. 469800 kg. m. Der gesamte Energieaufwand beträgt also nach diesen Berechnungen 764200 kg-m oder 1, 4 kWh.
Zu Vergleichszwecken sind in der nachfolgenden Tabelle Vergleichsdaten für die Arbeitsbedingungen und
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of Saline Water). Anlage Nr. 3 ist eine vielstufige Entspannungsverdampfungsanlage mit Solenumlauf, die in Eilat, Israel, errichtet worden ist (vgl. den Aufsatz von L. Steinfeld und A. Kikinis, veröffentlicht im "Journal of the Association of Engineers and Architects in Israel", Mai/Juni [1965]). Anlage Nr. 4 arbeitet nach dem Dampfwiedererhitzungs- und Flüssigkeits- Wärmeaustauschverfahrens, das von der FMC Corporation, Santa Clara, Kalifornien, entwickelt worden ist (vgl. U. S. Office of Saline Water Report, Nr. 78 vom September [1963]).
In der Tabelle ist die durch Kondensation von entspanntem Wasserdampf erwärmte Flüssigkeit in den Anlagen Nr. 2 und 3 für eintretendes Meerwasser und umlaufende Sole mit"SW", und für umlaufendes und austretendes Frischwasser in den Anlagen Nr. 1 und 4 mit"W"bezeichnet worden. Die durch Entspannung verdampfende Sole ist mit"B"bezeichnet."Eintr."bedeutet den Eintritt und"Austr."den Austritt der jeweiligen Flüssigkeit.
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Tabelle
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<tb>
<tb> Vergleich <SEP> der <SEP> Arbeitsbedingungen <SEP> und <SEP> der <SEP> Werte <SEP> für <SEP> Q <SEP> und <SEP> R
<tb> Anlage <SEP> 1 <SEP> Anlage <SEP> 2 <SEP> Anlage <SEP> 3 <SEP> Anlage <SEP> 4
<tb> Zahl <SEP> der <SEP> Stufen <SEP> 103 <SEP> 72 <SEP> 30 <SEP> 20
<tb> Letzte <SEP> Stufe
<tb> Temp. <SEP> OC <SEP> Druck <SEP> m. <SEP> Temp. <SEP> OC <SEP> Temp. <SEP> OC <SEP> Temp. <SEP> C
<tb> Wasser
<tb> B <SEP> (Austr.) <SEP> 24 <SEP> 0,292 <SEP> 21,1 <SEP> 34,6 <SEP> 32,2
<tb> B <SEP> (Eintr.) <SEP> 25, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 320 <SEP> 22, <SEP> 93 <SEP> 36, <SEP> 56 <SEP> 37, <SEP> 2 <SEP>
<tb> B <SEP> (Eintr.) <SEP> -B <SEP> (Austr.) <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 028 <SEP> 1, <SEP> 83 <SEP> 1, <SEP> 96 <SEP> 5
<tb> W <SEP> (Eintr.) <SEP> 20, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 246 <SEP> 22,2
<tb> W <SEP> (Austr.
<SEP> ) <SEP> 22 <SEP> 0, <SEP> 270 <SEP> 27, <SEP> 2 <SEP>
<tb> W <SEP> (Austr.)-W <SEP> (Eintr.) <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 0,024 <SEP> 5
<tb> SW <SEP> (Eintr.) <SEP> 15,6 <SEP> 27,8
<tb> SW <SEP> (Austr.) <SEP> 17, <SEP> 43 <SEP> 29, <SEP> 76 <SEP>
<tb> SW <SEP> (Austr.)-SW <SEP> (Eintr. <SEP> ) <SEP> 1, <SEP> 83 <SEP> 1, <SEP> 96 <SEP>
<tb> B <SEP> (Austr.)-W <SEP> (Austr. <SEP> ) <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 022 <SEP> 5
<tb> B <SEP> (Austr.)-SW <SEP> (Austr. <SEP> ) <SEP> 3, <SEP> 67 <SEP> 4, <SEP> 84 <SEP>
<tb> Erste <SEP> Stufe
<tb> SW <SEP> (Austr.)-SW <SEP> (Eintr. <SEP> ) <SEP> 1. <SEP> 7 <SEP> 1, <SEP> 96 <SEP>
<tb> SW <SEP> (Eintr.) <SEP> 136, <SEP> 3 <SEP> 84,64
<tb> W <SEP> (Austr.)-W <SEP> (Eintr.) <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 3,33 <SEP> 5
<tb> W <SEP> (Eintr.) <SEP> 176 <SEP> 93, <SEP> 17 <SEP>
<tb> B <SEP> (Austr.)-SW <SEP> (Austr.
<SEP> ) <SEP> 3, <SEP> 6 <SEP> 4, <SEP> 96 <SEP>
<tb> SW <SEP> (Austr.) <SEP> 138 <SEP> 86, <SEP> 6
<tb> B <SEP> (Austr.)-W <SEP> (Austr.) <SEP> 1 <SEP> 0,70 <SEP> 5
<tb> W <SEP> (Austr.) <SEP> 177, <SEP> 5 <SEP> 96, <SEP> 50 <SEP> 122, <SEP> 2 <SEP>
<tb> B <SEP> (Eintr.)-B <SEP> (Austr. <SEP> ) <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 3,40 <SEP> 1,7 <SEP> 1,96 <SEP> 5
<tb> B <SEP> (Austr.
<SEP> ) <SEP> 178, <SEP> 5 <SEP> 96, <SEP> 90 <SEP> 141, <SEP> 6 <SEP> 91, <SEP> 34 <SEP> 127, <SEP> 2 <SEP>
<tb> B <SEP> (Eintr.) <SEP> 180 <SEP> 100,30 <SEP> 143,3 <SEP> 93,3 <SEP> 132,2
<tb> Q <SEP> 22,3 <SEP> kcal <SEP> 30,6 <SEP> 70 <SEP> 73
<tb> 1 <SEP> kg <SEP> Produkt
<tb> R <SEP> 45 <SEP> kg <SEP> Produkt
<tb> 1000 <SEP> kcal <SEP> 32,7 <SEP> 14,3 <SEP> 13,3
<tb> Durchflussverhältnis <SEP> 4 <SEP> 5,8 <SEP> 10,5 <SEP> 5,5
<tb> Entspannungsverdampfungsbereich <SEP> 156 C <SEP> 122 <SEP> 59 C <SEP> 100 C
<tb> Temperaturerhöhung <SEP> durch
<tb> Zusatzheizvorrichtung <SEP> 5, <SEP> 5 C <SEP> 5, <SEP> 3 C <SEP> 6, <SEP> 7 C <SEP> 13, <SEP> 3 C
<tb>
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Bei dem"Clementine"-Aufsteigeverfahren verbindet, wie bereits erwähnt wurde, ein Steigrohr (ein Standrohr mit sich von unten nach oben verbreiterndem Querschnitt)
zwei vertikal angeordnete Stufen. Diese Stufen werden als Kammern-l und 2-und der Sättigungsdruck bzw. die Sättigungstemperatur mit-Pl, P2 und Tl und T2-- bezeichnet. Der offene Boden des Steigrohres taucht ein wenig in die Sole, bis unter deren Ober-
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:Unter diesen Bedingungen werden 5 kg Wasserdampf aus 1000 kg Salzwasser mit 3, 5% Salzgehalt durch Entspannungsverdampfung frei.
Das Volumen des sich entspannenden, siedenden Gemisches aus Sole und Dampf beträgt bei P2 = 0, 935 kg/cm2 und T'2 = 97, 7 C (T'2 ist die Sättigungstemperatur des Salzwassers bei P2, während T2 die Sättigungstemperatur von reinem Wasser bei P2 ist) etwa 10000 1. Die äussere Verdampfungsenergie von 5 kg Wasser beträgt etwa 84500 kg. m (etwa 40 kcal/kg verdampftes Wasser). Theoretisch kann diese Energiemenge das sich entspannende, siedende Gemisch auf eine Höhe von 84,5 m heben. In der Praxis wird jedoch bei dem"Clementine"-System nur eine Steighöhe von 0, 91 bis 0, 95 m erreicht.
Bei dem erfindungsgemässen System sind die Austritts- oder Soleleitungen (B) und die Leitungen (BD) für das siedende Gemisch an ihrem unteren Ende miteinander verbunden und bilden U-Rohre. Diese werden dazu benutzt, um den Sumpf jeder Verdampferkammer (Kammer 1) mit der nächsthöheren Kammer (Kammer 2) an
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eine Solensäule mit einer Höhe-hl-aus. Der Überdruck Pg = hld, wobei d die Dichte der Sole ist, für die der Wert 1 eingesetzt wird.
Dieser Druck zusammen mit der Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern (P1-P2), hält dem Druck Pg'= h2d'der Säule aus siedendem Gemisch in dem längeren zum Innern der Kammer --2-- führenden Schenkel des U-Rohres plus dem auf das Strömen der Sole und des siedenden Gemisches durch das U-Rohr zurückzuführenden Druckabfall Ap das Gleichgewicht.
Die Bedingungen für die Steighöhe der Sole von Stufe 1 zu Stufe 2 werden durch die Ungleichung bestimmt :
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Die Steighöhe ist (Pl-P2) + a (alles in m Wassersäule). Mit a ist die Höhe des dampfgefüllten Raumes in dem Kondensator, in dem die Kondensation zwischen dem Dampf und der Kühlflüssigkeit direkt bewirkt wird, plus dem auf das Strömen der Flüssigkeit zurückzuführenden Druckabfall in m Wassersäule bezeichnet.
Bei grösseren Anlagen ist a gleich oder grösser als 2 m, vorzugsweise 3 m. Die Steighöhe für grosse Anlagen
EMI9.4
- stattfindet, ist die mittlere Dichte d'der Kochsäule für die Bedingungen des obigen Beispiels etwa :
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und die obige Ungleichung ergibt
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oder
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Wenn hl = 2 ist, dann ist AP < 1, 90 m Wassersäule für eine länge des U-Rohres von etwa 12 m.
Es ist leicht zu erkennen, dass für einen grossen Durchmesser des U-Rohres, und besonders für einen grossen Durchmesser des Kochschenkels, eine sehr grosse Geschwindigkeit für das siedende Gemisch erreicht werden kann, wenn der Soleschenkel des U-Rohres die erforderliche Höhe aufweist.
Die Erfindung ermöglicht daher die Erzielung einer erheblichen Steighöhe auch bei Stufen mit niedriger Temperatur, was mit dem"Clementine"-System nicht möglich ist. Ausserdem erfordert die Erfindung nicht
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die Anwendung von Steigrohren, die sich von unten nach oben verbreitern, was bei dem "Clementrne"-System erforderlich ist, um eine Beschleunigung des Dampf-Sole-Gemisches während seines Entspannens zu vermeiden.
Fig. 4 erläutert eine modifizierte Anlage, bei der jede Verdampfer-Kondensator-Stufe aus Doppelkammer- einrichtungen-EC1, EC2-besteht. Jede dieser Einrichtungen liegt in der Form eines zylindrischen Behälters mit einer Trennwand -150-- vor, die den Behälter in eine Verdampferkammer-E-und eine Kondensator-
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Dampf durch Entspannen bildet, bewegt sich entgegen der Schwerkraft aufwärts durch die U-Rohre und Verdampfer der Reihenfolge nach. Das reine Kühlwasser, auf dem der entspannte Dampf kondensiert, bewegt sich durch die Schwerkraft abwärts durch das geneigte Rohr-CCP-und der Reihe nach durch die Kondensatoren.
In der Anlage --EC2-- von Fig. 4 tritt das durch das geneigte Rohr --CCP-- abwärtsfliessende Kühlwasser durch einen Einlass-152-in die Kondensatorkammer ein und strömt durch eine Durchgangsleitung-154-, die über der durchlöcherten Platte -156-- ein Becken bildet, aufwärts. Das reine Kühlwasser fliesst dann unter dem Einfluss der Schwerkraft in Form von dünnen Strahlen oder Tropfen durch die genannte Platte hindurch und durch einen Auslass-158-in das geneigte Rohr --CCP-- zurück, von wo es zu der nächstniedrigeren Stufe, in diesem Fall-EC1--, fliesst. Das geneigte Rohr-CCP-ist mit einem Umlenkblech-160-versehen, durch das Gemisch aus reinem Wasser und Öl so gelenkt wird, dass es sich auf dem gewünschten Wege bewegt.
Die Sole in dem Verdampfungskreislaufsystem-EEP-bewegt sich entgegen der Schwerkraft durch die U-Rohre-TT1, TT2-- usw. von dem Verdampfer-E-der einen Stufe zum Verdampfer der nächsten Stufe aufwärts. Dieses Gemisch wird von der einen Stufe zur nächsten Stufe durch die äussere Energie der Wasserverdampfung gehoben. Zu diesem Zweck enthält jedes der U-Rohre (z. B.
U-Rohr-TT2-, das die Verdampfer von-EC1 und EC2-- verbindet) einen kurzen Schenkel-Ts- (vergleichbar der Solenaustrittsleitung - Bl, B2-- usw. in Fig. l), der mit dem Auslass eines Verdampfers verbunden ist, und einen langen Schenkel - Tg- (den Leitungen-BD1, BD2-- usw. in Fig. l für das siedende Gemisch vergleichbar), der mit einem Einlass --162- der nächsthöheren Verdampferstufe verbunden ist. Der Dampfdruck in der niedrigeren Ver-
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aus einem siedenden Gemisch aus Sole und Wasserdampf gebildet wird.
Der Sumpf dieser Säule wird mit - -BM 1- bezeichnet und befindet sich auf einem Niveau, das unter dem Kopf der abwärtsfliessenden Flüssigkeitskolonne-L-- in dem kurzen Schenkel-Ts-liegt. Der Teil der abwärtsfliessenden Flüssigkeitssäule --L-- in dem kurzen Schenkel-Ts-- über dem Niveau --BM 1-- ist ausreichend hoch, so dass der Überdruck dieser Flüssigkeitssäule, zusammen mit der Druckdifferenz zwischen den zwei Stufen, dem Überdruck der aufwärtsströmenden Süule --BM-- aus siedendem Gemisch in dem langen Schenkel-Tg-- und den durch das Strömen der Flüssigkeit verursachten Druckverlusten das Gleichgewicht hält.
So wird das siedende Gemisch einer Ver-
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sowieund "h2" die Höhe der Säule --BM-- aus siedendem Gemisch in dem langen Schenkel--Tg-dar. Bei grossen Anlagen soll ein wirksamer Kondensator Kondensations- und Strömungsräume mit einer Höhe von etwa 1, 5 m enthalten, wobei eine zusätzliche Höhe von 0,5 m für einen Druckabfall vorgesehen werden soll, der durch das Abwärtsfliessen des umlaufenden reinen Wassers von Stufe zu Stufe bedingt ist.
Das U-Rohr soll daher so konstruiert sein, dass die Höhe (h2) der Säule --BM-- aus siedendem Gemisch grösser als hl + h + 2 m, vorzugsweise gleich hl + h + 3 m ist, um ein Anheben des Solen-Öl- Gemisches von einem Verdampfer zur nächsten Verdampferstufe zu bewirken.
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durch den kurzen Schenkel --Ts-- des U-Rohres zu dem nächsten Verdampfer. Der Dampf strömt nach oben, streicht durch einen Abscheider-164-, dann abwärts durch eine Leitung-166-- und aufwärts durch eine
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Schwerkraft durch den Kondensator fliesst.
Die Menge und Temperatur des Wassers nehmen also zu, während es durch das Kondensatorleitungssystem von einem Kondensator zu dem nächsten abwärtsfliesst. Die Druckdifferenz
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--170-- beibehalten,Flüssigkeit zwischen den Umlenkblechen-160-von zwei aufeinanderfolgenden Stufen bildet zwischen den Stufen einen hydraulischen Verschluss.
Es ist klar, dass der gleiche Typus eines Solenhebungssystems auch mit andern Verbindungsleitungen als mit U-Rohren-TT1, TT2-- usw. ausgestattet sein kann und dass der Verdampfer jeder Stufe in einer von dem Kondensator getrennten Einheit vorliegen kann.
Eine solche Abänderung ist in Fig. 5 dargestellt, wonach sich jeder Verdampfer -Ell, E21- ; in einer gesonderten Einheit befindet. Ausserdem wird an Stelle von U-Rohren ein Manometersystem vom Well-Typus verwendet. Jeder Verdampfer liegt in Form eines horizontalen Zylinders vor und ist mit einer Standleitung oder einem senkrechten Schenkel --172- verbunden, der unten geschlossen ist. Das untere Ende der Rohrleitung - 174-ist nahe dem Boden des Schenkels -172-- angeordnet, während das obere Ende mit dem Einlass des nächsthöhergelegenen Verdampfers -E21- über dem Niveau der darin befindlichen Flüssigkeit verbunden ist.
Der Dampf strömt durch einen Feuchtigkeitsabscheider-176-zu einer Auslassleitung-178-, die mit dem Kondensator dieser Stufe verbunden ist.
Es ist zu erkennen, dass die Höhe (hl) der Flüssigkeit in dem Verdampfer und dessen Schenkel-172-,
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--1741- derFig. 4 entspricht. Die Flüssigkeit in dem Verdampfer und dem Sumpf des Rohres-172-bildet zusammen mit der Flüssigkeit des Sumpfes der Rohrleitung-174--, bis zu dem Niveau -1741-, den hydraulischen Verschluss zwischen den Verdampferstufen.
Gewünschtenfalls kann eine Vielzahl von Zylindern oder Schenkeln-172-mit einer Rohrleitung-174für jeden Zylinder oder Schenkel zwischen den Verdampfern vorgesehen sein, falls eine Anpassung an den
Strömungsdurchsatz einer grösseren Menge des siedenden Gemisches erfolgen soll. Eine gleiche Vielzahl von U-Rohren (z. B. TT1... TTn) kann bei den Ausführungsformen der Fig. la, lb vorgesehen sein.
Es kann auch erforderlich sein, das Gemisch während seines Durchflusses von einem Verdampfer zu dem nächsten zu bewegen. Dies wird vorzugsweise durch Einblasen von Wasserdampf oder durch mechanisches Bewegen des flüssigen Gemisches im Sumpf des längeren Schenkels von dem U-Rohr in den Fig. 1 bis 4 oder im Sumpf der Rohrleitung-174-in Fig. 5 erreicht.
Zur Verminderung der Gesamthöhe, die für ein System mit einer grossen Stufenanzahl erforderlich ist, können die Verdampfer und Kondensatoren in einer Vielzahl von Windungen angeordnet werden, wobei die erste Stufe von jeder Windung bei der gleichen untersten Höhe beginnt, und die letzte Stufe von jeder Windung bei der gleichen höchsten Stufe endet, wie es z. B. auf S. 130 des Buches "Principles of Desalination", veröffentlicht im Jahre [1966], herausgegeben von K. S. Spieler, beschrieben wird.
Es ist hervorzuheben, dass die oben angegebenen, auf rechnerischem Wege ermittelten Werte, dazu dienen, die Grundlagen der Erfindung zu erläutern, wobei diese Näherungswerte bei der praktischen Anwendung der offenbarten zahlreichen Merkmale natürlich nicht unbedingt eingehalten werden müssen.
So würde man beispielsweise bei der Berechnung der Höhe (h2) der aufwärtsströmenden Säule aus siedendem Gemisch (nach der vorstehend insbesondere unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschriebenen Methode, wobei für diese Höhe ein Wert von mindestens hl + h + a angegeben wurde) für die Höhe der abwärtsströmenden Flüssigkeitssäule (hl) theoretisch immer einen positiven Wert erhalten. In der Praxis tritt jedoch eine Überhitzung der Sole unmittelbar unterhalb der Säule aus siedendem Gemisch auf, u. zw. wegen der zusätzlichen Menge an Wärmeenergie, die zur Blasenbildung aufgewendet werden muss und die über die zur Erzielung der Siedetemperatur erforderliche Wärmemenge hinausgeht.
Bekanntlich kann eine Überhitzung vermindert oder im wesentlichen ausgeschaltet werden, wenn man in der Flüssigkeit keimbildende Mittel vorsieht, um die Flüssigkeit mit nur wenig Überhitzung zum Sieden zu bringen. Je grösser der Überhitzungsgrad ist, desto
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negativ würde. Jedoch selbst in diesem Fall kann eine Hebewirkung erzielt werden (und wurde auch bereits erzielt), die über die auf den blossen Druckunterschied zwischen den Stufen zurückzuführende Hebewirkung wesentlich hinausgeht.
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digkeit sehr gering ist, weil die Querschnittsfläche der gesamten, die abwärtsströmende Flüssigkeitssäule bildenden Verdampferkammer, bezogen auf die Querschnittsfläche der aufwärtsströmenden Flüssigkeitssäule, viel grösser ist), so dass in der abwärtsströmenden Flüssigkeitssäule eine grössere kinetische Energie vorhanden ist, die dann die Hebewirkung in der aufwärtsströmenden Säule vergrössert.
Diese Anordnung ermöglicht auch eine automatische Selbstregelung des Systems, wenn Änderungen in der Geschwindigkeit der Zufuhr der zu verdampfenden Beschickungsflüssigkeit vorkommen, weil nämlich eine Zunahme in der Zufuhrgeschwindigkeit der Beschickungsflüssigkeit einen grösseren Kopf erzeugt und die Flüssigkeit daher mit grösserer Geschwindigkeit
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strömt, während beim "Clementine"-System eine Erhöhung der Zufuhrgeschwindigkeit den Kopf im wesent- lichen unverändert belässt (wegen der grossen Fläche der Verdampferkammer) und daher auch die Strömungs- geschwindigkeit der Flüssigkeit im wesentlichen unbeeinflusst lässt.
Während in Fig. 4 die Querschnittsfläche der abwärtsströmenden Flüssigkeitssäule (im Schenkel Ts) etwa gleich gross ist wie die Querschnittsfläche in der aufwärtsströmenden Säule aus siedendem Gemisch (im Schenkel
Tg), hat in Fig. 5 die erstgenannte Flüssigkeitssäule eine grössere Querschnittsfläche als die letztgenannte, bewegt sich aber dennoch in etwa derselben Grössenordnung im Vergleich z. B. zum"Clementine"-System, bei welchem die gesamte Verdampferkammer die abwärtsströmende Flüssigkeitssäule bildet, wenn man sie bei diesem System überhaupt so nennen kann.
Abschliessend sei festgestellt, dass die weiter oben beschriebenen Ausführungsformen nur Beispiele dar- stellen und dass viele andere Änderungen, Abwandlungen und Übertragungen der Erfindung oder einiger erfin- dungsgemässer Merkmale möglich sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Destillation einer Flüssigkeit, insbesondere zum Entsalzen von Wasser, wobei man diese durch eine Mehrzahl von Verdampferstufen von nacheinander abnehmender Temperatur und abnehmendem Dampfdruck und zunehmender Höhenlage schickt, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verdampfungsenergie der Beschickungsflüssigkeit zusammen mit der Druckdifferenz zwischen zwei Stufen dazu benutzt, um die Beschickungsflüssigkeit nacheinander durch die Verdampferstufen (El... En) zu treiben, die Beschickungsflüssigkeit durch eine ununterbrochene, unverengte Verbindungsleitung (Tl...
Tn) führt, welche zwei Arme (Ts, Tg bzw. 172,174) besitzt, die benachbarte Stufen miteinander verbinden, in einem Arm (Ts bzw. 172) eine kontinuierliche, nach unten fliessende flüssige Säule aus Beschickungsflüssigkeit bildet, welche aus dem Boden einer Verdampfungsstufe abfliesst, und im andern Arm (Tg bzw. 174) eine nach oben fliessende Säule bildet, die am unteren Ende flüssige Beschickungsflüssigkeit und darüber eine siedende Mischung aus Beschickungsflüssigkeit und Dampf enthält, der in die benachbarte Verdampferstufe fliesst, u.
zw. immer in einem Punkt oberhalb des Flüssigkeitsspiegels darin und oberhalb der Druckhöhe, die dem Druckunterschied zwischen den beiden Stufen entspricht, wobei die Querschnittsfläche der nach unten fliessenden Säule in der gleichen Grössenordnung wie diejenige der nach oben fliessenden Säule liegt und die Flüssigkeit am unteren Ende der nach oben fliessenden Säule dauernd einen hydraulischen Verschluss zwischen zwei benachbarten Verdampferstufen bildet.