DE10205670A1

DE10205670A1 - Process for evaporating liquids and device for carrying out the process

Info

Publication number: DE10205670A1
Application number: DE10205670A
Authority: DE
Inventors: Jochen Hamann
Original assignee: AMO THERM AG
Current assignee: AMO THERM AG
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2003-08-21
Also published as: WO2003068687A1; AU2003210253A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Verdampfung von wenigstens einer Flüssigkeit (10) bei einem Unterdruck, der benötigt wird, um die Verdampfung der Flüssigkeit (10) bei einer Siedetemperatur zu erreichen, die unterhalb einer einem Umgebungsdruck zugeordneten Siedetemperatur liegt. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß der Unterdruck durch die auf wenigstens eine Flüssigkeitssäule (11, 12, 28) wirkende Schwerkraft gebildet ist.The invention relates to a method for evaporating at least one liquid (10) at a negative pressure, which is required in order to achieve the evaporation of the liquid (10) at a boiling temperature which is below a boiling temperature associated with an ambient pressure. DOLLAR A It is proposed that the negative pressure is formed by the force of gravity acting on at least one liquid column (11, 12, 28).

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Verdampfung von Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention is based on a method for evaporation of liquids according to the preamble of claim 1.

Zur Verdampfung von Flüssigkeiten in einem Druckbereich unterhalb des Luftdrucks bzw. des Atmosphärendrucks wird ein dazu erforderlicher permanenter Unterdruck mit geeigneten Vorrichtungen mechanisch erzeugt, wie insbesondere durch Dampfstrahlpumpen, Wasserstrahlpumpen usw. For the evaporation of liquids in a pressure range below the air pressure or atmospheric pressure permanent negative pressure with suitable Mechanically generated devices, such as in particular by Steam jet pumps, water jet pumps etc.

Derartige Verfahren sind u. a. auf dem Gebiet der thermischen Verdampfung von Meerwasser zur Gewinnung von Wasser mit einem geringen Salzgehalt oder in der chemischen Industrie als thermische Verfahrensoperation für verschiedene Anwendungen bekannt. Such methods are u. a. in the field of thermal Evaporation of sea water to produce water with a low salinity or in the chemical industry than thermal process operation for various applications known.

Nachteilig ist hier insbesondere ein hoher energetischer Aufwand zur Erzeugung und zur Aufrechterhaltung des Unterdrucks. The disadvantage here is particularly high energy Effort for generating and maintaining the negative pressure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen mit einem geringen Energieaufwand eine Verdampfung erreicht werden kann. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The invention has for its object a generic To provide methods and an apparatus with which evaporation achieved with a low expenditure of energy can be. It is according to the invention by the features of Claim 1 solved. Further configurations result from the subclaims.

Advantages of the invention

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Verdampfung von wenigstens einer Flüssigkeit bei einem Unterdruck, der benötigt wird, um die Verdampfung der Flüssigkeit bei einer Siedetemperatur zu erreichen, die unterhalb einer einem Referenzdruck zugeordneten Siedetemperatur liegt. The invention is based on a method for evaporation of at least one liquid at a negative pressure, the is needed to evaporate the liquid at a time To reach boiling point below one one Boiling temperature assigned to the reference pressure.

Es wird vorgeschlagen, daß der Unterdruck durch die auf ein Medium wirkende Schwerkraft erzeugt wird. Vorteilhaft kann zur Erzeugung des Unterdrucks auf eine zusätzliche Energiezufuhr weitgehend verzichtet und Betriebskosten, insbesondere Energiekosten, zur Erzeugung des Unterdrucks können bis zu 95% reduziert werden. Ferner können zusätzliche Geräte, die zur Erzeugung des Unterdrucks benötigt werden, vorteilhaft vermieden werden, wie z. B. Wasserstrahlpumpen, Dampfstrahlpumpen usw. It is suggested that the vacuum by the on a Medium acting gravity is generated. Can be advantageous to generate the vacuum on an additional Energy supply largely eliminated and operating costs, in particular Energy costs, to generate the vacuum can be up to Be reduced by 95%. Furthermore, additional devices that are needed to generate the negative pressure, advantageous be avoided, such as B. water jet pumps, Steam jet pumps etc.

Wird das Medium von einer eine Querschnittsfläche eines Kanals vollständig ausfüllenden, hängenden Flüssigkeitssäule gebildet, kann mit der hängenden Flüssigkeitssäule platzsparend eine hohe Wirkung erzielt werden. Ferner kann die zu verdampfende Flüssigkeit, die auch von einem Flüssigkeitsgemisch gebildet sein kann, und/oder ein entstandenes Kondensat als Flüssigkeit in der Flüssigkeitssäule verwendet werden. Eine zusätzliche Flüssigkeit zur Bildung einer Flüssigkeitssäule kann vorteilhaft vermieden werden. Ferner kann die Vorrichtung einfach gestartet werden, indem der Kanal vollständig mit der Flüssigkeit und/oder mit dem Kondensat gefüllt wird. Grundsätzlich könnte das Medium jedoch auch aus einem, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden festen Material gebildet sein. If the medium is of a cross-sectional area Channel completely filling, hanging liquid column formed with the hanging liquid column a high impact can be achieved in a space-saving manner. Furthermore, the evaporating liquid, also from a Liquid mixture can be formed, and / or a condensate formed be used as liquid in the liquid column. An additional liquid to form a Liquid column can advantageously be avoided. Furthermore, the Device can be started easily by the channel completely filled with the liquid and / or with the condensate becomes. In principle, however, the medium could also consist of a solid material which appears useful to the person skilled in the art be educated.

Ferner kann bei der Verwendung einer Flüssigkeitssäule die Flüssigkeitssäule besonders vorteilhaft als Abfluß genutzt werden. Zusätzliche Kanäle und eine aufwendige Steuerung und/oder Regelung zum Abführen unverdampfter Massenbestandteile aus einem Wärmetauscher und/oder einem Kondensator können vermieden werden. Es kann konstruktiv einfach eine konstante Gewichtskraft bzw. ein konstanter Unterdruck erreicht werden, und zwar indem insbesondere Kondensat und/oder Sole Flüssigkeit an einem Ende des Kanals verdrängt und die Flüssigkeitssäule somit konstant gehalten werden kann. Furthermore, when using a liquid column Liquid column used particularly advantageously as a drain become. Additional channels and complex controls and / or control for removing unevaporated Mass components from a heat exchanger and / or a condenser can be avoided. It can be structurally simple constant weight or a constant negative pressure is reached be, in particular by condensate and / or brine Liquid displaced at one end of the channel and the Liquid column can thus be kept constant.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Unterdruck über die Länge der Flüssigkeitssäule eingestellt wird, wodurch zusätzliche, aufwendige Einstellmechanismen vermieden werden können. In a further embodiment of the invention suggested that the vacuum over the length of the Liquid column is adjusted, making additional, expensive Adjustment mechanisms can be avoided.

Der Referenzdruck kann vom Atmosphärendruck oder von einem anderen, vom Atmosphärendruck abweichenden Druck gebildet sein. Ist der Referenzdruck vom Atmosphärendruck gebildet, kann der Unterdruck konstruktiv einfach gegen den Atmosphärendruck gebildet werden, indem der Atmosphärendruck um den hydrostatischen Druck der im Kanal befindlichen hängenden Flüssigkeitssäule vermindert wird. The reference pressure can be from atmospheric pressure or from one other pressure deviating from atmospheric pressure his. If the reference pressure is formed by atmospheric pressure, the vacuum can be constructively simply against the Atmospheric pressure is formed by the atmospheric pressure around the hydrostatic pressure of the hanging in the channel Liquid column is reduced.

Mündet ein freies Ende zumindest eines Kanals in einer Umgebung mit dem Referenzdruck, der von einem vorliegenden Atmosphärendruck abweicht, kann einfach über den Referenzdruck die Länge der Flüssigkeitssäule und somit der Unterdruck eingestellt werden, insbesondere kann mit einer kurzen Flüssigkeitssäule eine große Druckdifferenz zwischen einem Raum mit Referenzdruck und der Atmosphäre erreicht werden. A free end of at least one channel ends in one Environment with the reference pressure from a present Atmospheric pressure deviates, can be done simply using the reference pressure the length of the liquid column and thus the negative pressure can be set, especially with a short Liquid column with a large pressure difference between a room Reference pressure and the atmosphere can be achieved.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß bei der Verdampfung frei werdende inerte Bestandteile abgesaugt werden. Eine Anreicherung der inerten Bestandteile und ein ungewünschter Druckaufbau durch die inerten Bestandteile in der Vorrichtung kann vorteilhaft vermieden werden. In a further embodiment of the invention proposed that the inert released during evaporation Components are suctioned off. Enrichment of the inert Components and an undesirable pressure build-up by the inert components in the device can be advantageous be avoided.

Besonders vorteilhaft wird eine eingesetzte Primärenergie für die Verdampfung der Flüssigkeit in wenigstens zwei Stufen genutzt, wodurch ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann. A primary energy used for the evaporation of the liquid in at least two stages used, whereby a high efficiency can be achieved.

Das Verfahren kann in verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft wird das Verfahren jedoch zum Separieren zumindest eines Teils eines in der Flüssigkeit gelösten Stoffes verwendet. Insbesondere können mit geringem konstruktiven Aufwand und mit geringem Energieaufwand große Mengen an Meerwasser entsalzt werden. The process can be carried out in various ways, known to the skilled person as application areas that appear to be useful. However, the method for separation is particularly advantageous at least part of one dissolved in the liquid Fabric used. In particular, with little constructive Large amounts of effort and with little energy Be desalinated.

drawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages result from the following Drawing description. In the drawing, an embodiment of the Invention shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also use the features individually consider and to meaningful further combinations sum up.

Description of the embodiment

Fig. 1 zeigt schematisch ein Verfahrensprinzip mit einem Wärmetauscher 15, der mit einer Primärenergie 24 beschickt wird. In einer ersten Stufe 22 wird im Wärmetauscher 15 eine Flüssigkeit 10 bei einem Unterdruck verdampft. Fig. 1 shows schematically a method principle with a heat exchanger 15 which is charged with a primary energy 24 . In a first stage 22 , a liquid 10 is evaporated in the heat exchanger 15 at a negative pressure.

Zur Erzeugung des Unterdrucks, der benötigt wird, um die Verdampfung der Flüssigkeit 10 bei einer Siedetemperatur zu erreichen, die unterhalb einer einem Referenzdruck zugeordneten Siedetemperatur liegt, wird die auf ein Medium wirkende Schwerkraft genutzt. Das Medium wird von hängenden Flüssigkeitssäulen 11, 12 gebildet, die als Abfluß aus dem Wärmetauscher 15 und einem Kondensator 16 genutzt werden. Gravity acting on a medium is used to generate the negative pressure that is required to achieve the evaporation of the liquid 10 at a boiling temperature that is below a boiling temperature associated with a reference pressure. The medium is formed by hanging liquid columns 11 , 12 , which are used as a drain from the heat exchanger 15 and a condenser 16 .

Auf die hängenden Flüssigkeitssäulen 11, 12, die sich in senkrecht nach unten weisenden Kanälen 13, 14 des Wärmetauschers 15 und des Kondensators 16 befinden, und deren Querschnittsflächen vollständig mit Flüssigkeiten 17, 18 gefüllt sind, wirkt die Schwerkraft. Im Wärmetauscher 15 und im Kondensator 16 entsteht der gewünschte Unterdruck. Durch den Unterdruck wirkt auf die Flüssigkeitssäulen 11, 12 eine Kraft, die in entgegengesetzter Richtung zur Schwerkraft wirkt. Die Flüssigkeitssäulen 11, 12 hängen in einem Gleichgewichtszustand in den Kanälen 13, 14. Der gewünschte Unterdruck wird hierbei über die Länge 19 der hängenden Flüssigkeitssäulen 11, 12 proportional zu deren Dichte eingestellt. Gravity acts on the hanging liquid columns 11 , 12 , which are located in vertically downward-pointing channels 13 , 14 of the heat exchanger 15 and the condenser 16 , and whose cross-sectional areas are completely filled with liquids 17 , 18 . The desired negative pressure is created in the heat exchanger 15 and in the condenser 16 . Due to the negative pressure, a force acts on the liquid columns 11 , 12 , which acts in the opposite direction to gravity. The liquid columns 11 , 12 hang in an equilibrium state in the channels 13 , 14 . The desired negative pressure is adjusted over the length 19 of the hanging liquid columns 11 , 12 in proportion to their density.

Ein als Primärenergie 24 eingesetztes Heizmedium kühlt sich beim Durchströmen des Wärmetauschers 15 ab oder kann durch anderweitige Vorgänge, wie z. B. Abkühlung und/oder Kondensation so viel Wärme übertragen, daß ein Flüssigkeitsstrom der zu verdampfenden Flüssigkeit 10 ganz oder teilweise verdampfen kann. Der entsprechende Dampf strömt durch einen Abscheider 25 in den Kondensator 16. Im Abscheider 25 werden der Dampf und sog. Inertgase 27, bzw. inerte Bestandteile, zumindest teilweise getrennt. Die Inertgase 27 werden hierbei herkömmlich, durch geeignete Vorrichtungen, abgesaugt. A heating medium used as primary energy 24 cools down when flowing through the heat exchanger 15 or can be caused by other processes such. B. cooling and / or condensation transfer so much heat that a liquid flow of the liquid to be evaporated 10 can evaporate in whole or in part. The corresponding steam flows through a separator 25 into the condenser 16 . In the separator 25 , the steam and so-called inert gases 27 or inert components are at least partially separated. The inert gases 27 are conventionally suctioned off by suitable devices.

Das in einer zweiten Stufe 23 in dem Kondensator 16 entstehende Kondensat fließt durch den vollständig mit Kondensat gefüllten Kanal 14, dessen freies Ende über einen Auffangtrichter 21 in der Atmosphäre endet, in die Atmosphäre ab. Der Unterdruck auf der Kondensatseite im Kondensator 16 ergibt sich somit im wesentlichen aus dem Atmosphärendruck, vermindert um den hydrostatischen Druck der im Kanal 14 befindlichen hängenden Flüssigkeitssäule 12. The condensate formed in the condenser 16 in a second stage 23 flows through the channel 14 completely filled with condensate, the free end of which ends in the atmosphere via a collecting funnel 21 , into the atmosphere. The negative pressure on the condensate side in the condenser 16 thus essentially results from the atmospheric pressure, reduced by the hydrostatic pressure of the hanging liquid column 12 located in the channel 14 .

Da der Wärmetauscher 15 und der Kondensator 16 über den Abscheider 25 verbundene Gefäße darstellen, herrscht der durch die hängende Flüssigkeitssäule 12 aufgeprägte Unterdruck sowohl auf der Verdampfungsseite im Wärmetauscher 15 als auch auf der Kondensationsseite im Abscheider 25 und im Kondensator 16. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß der Kanal 13, der als Abfluß für einen nicht verdampfenden Anteil vom Flüssigkeitsstrom der Flüssigkeit 10 dient, ebenfalls wie der Kanal 14 vollständig gefüllt ist, nahezu die gleiche Länge 19 wie der Kanal 14 aufweist und daß sein Ende über einen Ablauf- bzw. Auffangtrichter 20 ebenfalls in der Atmosphäre mündet. Since the heat exchanger 15 and the condenser 16 represent vessels connected via the separator 25 , the negative pressure impressed by the hanging liquid column 12 prevails both on the evaporation side in the heat exchanger 15 and on the condensation side in the separator 25 and in the condenser 16 . A prerequisite for this, however, is that the channel 13 , which serves as a drain for a non-evaporating portion of the liquid flow of the liquid 10 , is also completely filled like the channel 14 , has almost the same length 19 as the channel 14 and that its end has a Drain or collecting funnel 20 also opens into the atmosphere.

Wird das Verfahren zur Meerwasserentsalzung angewendet, ist die Flüssigkeit 18 im Kanal 14 des Kondensators 16 teilentsalztes Meerwasser und im Kanal 13 ist die Flüssigkeit 17 mit Meersalz angereicherte, unverdampfte Sole. Im weiteren Verlauf werden im Abscheider 25 die Inertgase 27 abgesaugt, was bei Meerwasser nur einen sehr geringen Anteil eines Massenstroms der verdampften Flüssigkeit entspricht, während der restliche Dampf an den Kondensator 16 weitergeleitet wird. If the method for sea water desalination is used, the liquid 18 in the channel 14 of the condenser 16 is partially desalinated sea water and in the channel 13 the liquid 17 is undevaporated brine enriched with sea salt. In the further course, the inert gases 27 are sucked off in the separator 25 , which corresponds to only a very small proportion of a mass flow of the vaporized liquid in sea water, while the remaining steam is passed on to the condenser 16 .

Wird die eingesetzte Primärenergie 24 für die Verdampfung der Flüssigkeit 10 in zwei Stufen genutzt, kann der Kondensator 16 von einer Flüssigkeit 26 durchflossen werden, die beim Durchfluß durch Wärmeaufnahme im Kondensator 16 die Kondensation des Dampfs aus dem Abscheider 25 ermöglicht. If the primary energy 24 used for the evaporation of the liquid 10 is used in two stages, the condenser 16 can be flowed through by a liquid 26 which, when flowing through heat absorption in the condenser 16, enables the condensation of the vapor from the separator 25 .

Die Flüssigkeit 26 kann insbesondere wiederum Meerwasser sein, die im Vergleich zur ersten Stufe 22 bei etwas geringerem Druck wiederum verdampft wird. Dieser Zyklus kann sich mit mehreren Stufen 22, 23 wiederholen, wobei der dann jeweils erforderliche geringere Druck nachfolgender Stufen durch längere, hängende Flüssigkeitssäulen 28 erreicht wird. The liquid 26 can in particular be sea water which, in comparison to the first stage 22, is evaporated again at a slightly lower pressure. This cycle can be repeated with a number of stages 22 , 23 , the lower pressure of subsequent stages then being achieved in each case by longer, hanging liquid columns 28 .

In Fig. 1 sind Abscheider 25, Wärmetauscher 15 und Kondensator 16 getrennt dargestellt, sie können jedoch auch apparativ vereinigt werden. Auf eine Darstellung von erforderlichen Pumpen, Absperr- und Regeleinrichtungen, die zur Durchführung des Verfahrens benötigt werden, wurde verzichtet, da deren Anordnungen dem Fachmann geläufig sind. Bezugszeichen 10 Flüssigkeit
11 Flüssigkeitssäule
12 Flüssigkeitssäule
13 Kanal
14 Kanal
15 Wärmetauscher
16 Kondensator
17 Flüssigkeit
18 Flüssigkeit
19 Länge
20 Ablauf- bzw. Auffangtrichter
21 Ablauf- bzw. Auffangtrichter
22 Stufe
23 Stufe
24 Primärenergie
25 Abscheider
26 Flüssigkeit
27 Inertgase
28 Flüssigkeitssäule
In Fig. 1, separator 25 , heat exchanger 15 and condenser 16 are shown separately, but they can also be combined in terms of equipment. The pumps, shut-off and control devices required to carry out the method have not been shown, since their arrangements are familiar to the person skilled in the art. Reference numeral 10 liquid
11 liquid column
12 liquid column
13 channel
14 channel
15 heat exchangers
16 capacitor
17 liquid
18 liquid
19 length
20 drain or collecting funnels
21 drain or collecting funnel
22 level
23 level
24 primary energy
25 separators
26 liquid
27 inert gases
28 liquid column

Claims

1. A method for the evaporation of at least one liquid ( 10 ) at a vacuum which is required to achieve the evaporation of the liquid ( 10 ) at a boiling temperature which is below a boiling temperature associated with a reference pressure, characterized in that the vacuum by the gravity acting on at least one medium is generated.

2. The method according to claim 1, characterized in that the medium of a cross-sectional area of a channel ( 13 , 14 ) completely filling, hanging liquid column ( 11 , 12 , 28 ) is formed.

3. The method according to claim 2, characterized in that at least one liquid column ( 11 , 12 , 28 ) is used as a drain from at least one heat exchanger ( 15 ) and / or condenser ( 16 ).

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the negative pressure over the length ( 19 ) of the liquid column ( 11 , 12 ) is set.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that a free end of at least one channel ( 13 , 14 ) opens into an environment with the reference pressure which deviates from an existing atmospheric pressure.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that inert components released during evaporation be sucked off.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a primary energy used for the evaporation of the liquid ( 10 ) is used in at least two stages ( 22 , 23 ).

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in at least one stage ( 22 , 23 ) at least part of a substance dissolved in the liquid ( 10 ) is separated.

9. Device for performing a method according to a of the preceding claims.

10. The device according to claim 2 and 9, characterized by at least one hanging liquid column ( 11 , 12 , 28 ).