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TECHNISCHES GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Wärmetauscheranlage
zur Destillation. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Wärmetauscheranlagen
zur Entsalzung von Meerwasser. Insbesondere geht es um eine Wärmetauscheranlage
zum Verdampfen, umfassend mindestens eine Verfahrenslinie mit mindestens
zwei aufeinanderfolgenden Wärmetauscherstufen,
von denen jede einen Plattenstapel von Wärmetauschplatten umfaßt, die auf
eine solche Weise im Plattenstapel vorgesehen sind, daß erste
Plattenzwischenräume
zum Kondensieren und zweite Plattenzwischenräume zum Verdampfen gebildet
werden, wobei jede Wärmetauscherstufe
dahingehend zum Durchführen
der Kondensation von Dampf und der Verdampfung einer Flüssigkeit
auf eine solche Weise ausgestaltet ist, daß die erste Wärmetauscherstufe
so angepaßt
ist, daß den
ersten Plattenzwischenräumen
Dampf und den zweiten Plattenzwischenräumen eine Flüssigkeit zugeführt wird,
wobei der zugeführte
Dampf zu einer Flüssigkeit
kondensiert und die zugeführte
Flüssigkeit
verdampft und den ersten Plattenzwischenräumen in einer nächsten Wärmetauscherstufe
zum Verdampfen einer Flüssigkeit
zugeführt
wird, die den zweiten Plattenzwischenräumen in dieser nächsten Wärmetauscherstufe
zugeführt
wird, wobei die Anlage ein geschlossenes Gehäuse umfaßt, das einen Innenraum umschließt, in dem
die Verfahrenslinie mit den Wärmetauscherstufen
vorgesehen ist
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STAND DER TECHNIK
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Die
Anmelderin stellt seit vielen Jahren Ausrüstung zum Entsalzen von Meerwasser
her, wobei Stapel mit Wärmetauschplatten
die Hauptkomponenten im Verfahren darstellen. Die Platten haben
keine Durchgänge
für Dampf,
sondern statt dessen befinden sich die Plattenstapel in Behältern, und
der Raum außerhalb
der Platten wird für
einen oder mehrere Strömungswege
für den
Dampf benutzt, je nach Verfahrenstyp.
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Der
Prozeß findet
in mehreren sogenannten Effekten („effects") bei einem Druck statt, der überall niedriger
ist als der Umgebungsdruck. Dampf vom ersten Effekt, der den höchsten Druck
und die höchste
Temperatur hat, strömt
zum zweiten Effekt, wo er in den Plattenzwischenräumen zum
Kondensieren kondensiert wird. Die abgestrahlte Wärme führt zu einer
Verdampfung des Salzwassers in den Zwischenräumen zum Verdampfen, und der
gebildete Dampf strömt
weiter zum nächsten
Effekt. Der Prozeß wird in
den anderen Effekten wiederholt, und im Kondensator findet schließlich eine
Kondensation statt, wobei das Kühlmedium
Wasser ist. Für
jeden Effekt gibt es mindestens einen Plattenstapel, aber die Plattenstapel
sollten nicht mehr als 1000 bis 1200 Platten umfassen, so daß für den Fall,
daß mehr
Platten benötigt
werden, zwei parallele Plattenstapel in jedem Effekt enthalten sind.
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Sind
sogar noch größere Quantitäten gewünscht, werden
Anlagen mit mehreren zylindrischen Behältern gebaut. Es ist nicht ökonomisch, drei
parallele Plattenstapel innerhalb eines zylindrischen Behälters anzuordnen.
Der Durchmesser muß an
die drei nebeneinander befindlichen Plattenstapel angepaßt werden,
und im Vergleich zu einem Behälter
für drei
Plattenstapel würde
der Durchmesser ungefähr
um 50 % steigen, was bedeutet, daß die Dicke des Materials um
50 % und die Gesamtmaterialmenge um mehr als 100 % steigen würde. Der
stark wachsende Querschnittsbereich ist ansich vorzuziehen, da die
Dampfgeschwindigkeit sinkt, aber er hat einen geringen ökonomischen
Nutzen. Es besteht daher keine erkennbare Möglichkeit, die spezifischen Kosten
zu senken.
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Die
US-A-4,511,436 offenbart eine Anlage zur Entsalzung von Meerwasser.
Die Anlage umfaßt eine
Verfahrenslinie mit mehreren aufeinanderfolgenden Wärmetauscherstufen,
von denen jede einen Plattenstapel von Wärmetauschplatten umfaßt, die paarweise
miteinander verschweißt
und auf eine solche Weise im Plattenstapel vorgesehen sind, daß erste
Zwischenräume
zum Kondensieren und zweite Zwischenräume zum Verdampfen gebildet
werden. Die Verfahrenslinie der Wärmetauschplatten erstreckt
sich vertikal, wobei sich die erste Stufe oben befindet. Parallel
zu dieser vertikalen Verfahrenslinie gibt es eione vertikale Wärmetauscherlinie
zum Vorheizen des zu entsalzenden Meerwassers. Die beiden Linien
sind in einem geschlossenen Druckbehälter vorgesehen, der schematisch
in diesem Dokument offenbart ist. Im Hinblick auf die konstruktive Ausgestaltung
des Gehäuses
bezieht sich die US-A-4,511,436 auf eine parallele Anmeldung, die als
US-A-4,514,260 veröffentlicht
wurde.
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Das
Dokument US-A-4,514,260 offenbart eine ähnliche Anlage mit einer Anzahl
von Plattenstapeln, die übereinander
in einem vertikalen Stapel angeordnet sind, der eine Höhe hat,
die wesentlich größer ist
als die Breite und Länge
in einer horizontalen Ebene. Die Plattenstapel werden von einem
Gehäuse
umschlossen. Das Gehäuse
hat zwei vertikale gegenüberliegende
ebene Seiten und zwei vertikale gegenüberliegende nach außen gekrümmte Seiten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Wärmetauscheranlage vorzusehen,
die eine sehr große
Kapazität
hat und die in vorteilhafterweise im Hinblick auf die Kosten hergestellt
und aufgebaut werden kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin,
eine solche Wärmetauscheranlage
vorzusehen, die eine solche Konstruktion aufweist, daß die Anlage
groß sein
kann und eine große
Nummer von Wärmetauscherstufen
umfassen kann.
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Dieses
Ziel wird erreicht durch die eingangs definierte Wärmetauscheranlage,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Anlage mindestens zwei solche
Verfahrenslinien mit aufeinanderfolgenden Wärmetauscherstufen umfaßt, daß sich die
Verfahrenslinien parallel zueinander im Innenraum erstrecken, wobei
die Wärmetauscherstufen
Reihen mit Wärmetauscherstufen
bilden, die nacheinander und transversal zu den Verfahrenslinien
im Innenraum des Gehäuses
vorgesehen sind, und daß das
Gehäuse
in einem Querschnitt transversal zu den Verfahrenslinien eine rechteckige
Form hat.
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Jede
solche Reihe von Wärmetauscherstufen,
von denen jede einen Plattenstapel umfaßt, bildet einen sogenannten
Effekt („effect") der Anlage. Da
anstelle der herkömmlichen
zylindrischen Behälter
ein umschließendes
Gehäuse
mit einer rechteckigen Form gewählt
wird, können
die Kosten wesentlich verringert werden. Die Form des Gehäuses kann dann
besser an die äußere Kontur
angepaßt
werden, wie sie von den Reihen der Wärmetauscherstufen in der Anlage
transversal zu den Linien gesehen gebildet wird. Druckbehälter werden
normalerweise zylindrisch ausgestaltet, da das eine optimale Form
im Hinblick auf die Beständigkeit
ist und somit zu einem minimalen Materialbedarf führt. Wird
das Druckgefäß externen Überdrücken ausgesetzt,
ist dieser Ansatz nicht unbedingt selbstverständlich, da die Konstruktion
aufgrund von Instabilitäten
zusammenbrechen könnte.
Für einen
zylindrisches Gefäß kann eine
geringe Ovalität
zu Biegespannungen und damit zu einer Verformung führen, die
wiederum zu größeren Biegespannungen
und schließlich
einem totalen Zusammenbruch führt.
Druckgefäße, die äußeren Überdrücken ausgesetzt
sind, müssen
daher sehr viel beständiger
ausgeführt
sein, als wenn das Gefäß nur einem
entsprechenden inneren Überdruck
ausgesetzt wäre.
Im Fall von Vakuumgefäßen ist
das von besonderer Bedeutung, da der niedrige Druck zu einer geringen
Materialdicke führt,
wenn das Gefäß nur im Hinblick
auf Membranspannungen ausgelegt ist, und bei dieser Materialdicke
ist die Plattensteife zu niedrig, um eine hinreichende Sicherheit
gegen Verbiegungen zu bieten. Um die Materialdicke nicht zu stark vergrößern zu
müssen,
ist das Gehäuse
mit Verstärkungsringen
versehen, aber unabhängig
davon ist eine Dicke erforderlich, die vier- bis fünfmal größer ist als
für ein
zylindrisches Gefäß, das einem
inneren Überdruck
ausgesetzt ist. Da Entsalzungsanlagen bei einem tiefen Vakuum betrieben
werden, gelten dort die oben gemachten Aussagen. Ein zylindrischer Behälter führt nicht
zu einer großen
Materialeinsparung im Vergleich zu einem quadratischen, und je mehr
parallele Plattenstapel im Behälter
angeordnet sind, umso geringer ist die Materialersparnis. Es sollte
in Erinnerung gerufen werden, daß das Material lediglich einen
kleinen Kostenanteil am endgültigen Behälter ausmacht
und daß es
nicht sicher ist, daß die
Konstruktion mit dem geringsten Materialbedarf auch zu den geringsten
Kosten führt.
Es bestehen mehreren Faktoren, die für die gesamte Wirtschaftlichkeit
von Bedeutung sind. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Anlage mindestens
drei solche parallele Verfahrenslinien mit aufeinanderfolgenden
Wärmetauscherstufen.
Jede Reihe umfaßt
somit drei nebeneinander angeordnete Wärmetauscherstufen, die zusammen
einen Effekt der Anlage bilden. Weiterhin kann eine Anlage vorteilhafterweise
mindestens vier solche parallele Verfahrenslinien mit aufeinanderfolgenden
Wärmetauscherstufen
umfassen. Die Vorzüge
der rechteckigen Form steigen mit der Größe der Anlage, das heißt mit der
Anzahl der parallelen Verfahrenslinien, die die Anlage umfaßt.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist jede Wärmetauscherstufe
als ein Modul ausgestaltet, das einen Teil des Gehäuses umfaßt und in
Bezug auf die Strömung
mit mindestens einem vorangegangenen oder nachfolgenden Modul in
derselben Verfahrenslinie verbunden werden kann. Für große Anlagen
ist es wichtig, daß Transporte
einfach durchgeführt
werden können
und daß die
Arbeit auf Seiten des Benutzers minimiert wird; sie sollte lediglich
auf die Aufbauarbeit beschränkt
sein. Die gesamte qualifizierte Herstellung sollte auf Seiten des
Zulieferers oder des Unterzulieferers stattfinden. Im Hinblick darauf
ist das rechteckige Gehäuse
von Vorteil, da es in einfacher Weise in zwei solcher Module aufgeteilt
werden kann, die rationellerweise in der Fabrik hergestellt und
dann relativ leicht zur Aufbaustelle transportiert werden können.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist jedes Modul entweder als ein Innenmodul ausgestaltet,
das zwischen zwei benachbarten Modulen in derselben Reihe vorgesehen
sein kann, oder als ein Außenmodul,
das nur neben einem benachbarten Modul in derselben Reihe vorgesehen ist.
Unter dem Gesichtspunkt der Ausgestaltung gibt es daher zwei Module.
Das Außenmodul
ist in einer rechten Ausgestaltung und in einer linken Ausgestaltung
vorhanden, da diese aber vollständig
symmetrisch hergestellt werden können,
bilden sie nur eine Konstruktion. Vorteilhafterweise kann jedes
Modul in Bezug auf die Strömung
mit mindestens einem benachbarten Modul in derselben Reihe verbunden sein.
Weiterhin kann der Teil des Gehäuses
jedes Moduls mechanisch mit mindestens einem benachbarten Modul
in derselben Reihe und mit mindestens einem vorangegangenen oder
nachfolgenden Modul in derselben Verfahrenslinie verbunden werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
jede Verfahrenslinie mindestens drei solche aufeinanderfolgende
Wärmetauscherstufen,
wobei mindestens ein Teil der Flüssigkeit,
die in den zweiten Wärmetauscherstufen
verdampft wird, den ersten Plattenzwischenräumen der dritten Wärmetauscherstufen
zum Verdampfen einer Flüssigkeit zugeführt wird,
die den zweiten Plattenzwischenräumen
der dritten Wärmetauscherstufen
zugeführt wird.
Weiterhin kann jede Verfahrenslinie vorteilhafterweise mindestens
vier solche aufeinanderfolgende Wärmetauscherstufen umfassen,
wobei mindestens ein Teil der Flüssigkeit,
die in den dritten Wärmetauscherstufen
verdampft wird, den ersten Plattenzwischenräumen der vierten Wärmetauscherstufen zum
Verdampfen einer Flüssigkeit
zugeführt
wird, die den zweiten Plattenzwischenräumen der vierten Wärmetauscherstufen
zugeführt
wird. Jede Verfahrenslinie kann natürlich weitere solche aufeinanderfolgende
Wärmetauscherstufen,
zum Beispiel fünf, sechs,
sieben, acht, neun oder mehr umfassen.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das Gehäuse
derart ausgestaltet, daß es
die Aufrechterhaltung eines wesentlich niedrigeren Drucks im Innenraum
als in der Umgebung außerhalb
des Gehäuses
erlaubt.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Anlage auf eine solche Weise ausgestaltet,
daß sich
die Reihen mit den Wärmetauscherstufen
im wesentlichen horizontal erstrecken.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Anlage auf eine solche Weise ausgestaltet,
daß sich
die Verfahrenslinien im wesentlichen horizontal erstrecken.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Anlage in einer solchen Weise ausgestaltet,
daß sich
die Verfahrenslinien im wesentlichen vertikal erstrecken. Für sehr große Anlagen können die
Kosten für
das Gehäuse
weiter verringert werden, wenn die Plattenstapel in mehreren Reihen in
mehreren Ebenen angeordnet werden. Bei einer solchen Ausgestaltung
können
die Außenfläche und der
erforderliche Grundbereich minimiert werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind die ersten Plattenzwischenräume und die zweiten Plattenzwischenräume in den
Plattenstapeln mit Dichtungen abgedichtet. Auf eine solche Weise
können
die Plattenstapel zur Reinigung und Reparatur geöffnet werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist in jeder Verfahrenslinie ein Flüssigkeitsseparator
vorgesehen, der mit im wesentlichen jeder Wärmetauscherstufe verbunden
ist.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
die Anlage einen Thermokompressor, der über die Zufuhr von externem
Dampf bei einem hohen Druck betrieben werden und mindestens einen
Teil des mindestens in den letzten Wärmetauscherstufen produzierten
Dampfes aufnehmen kann, um diesen Teil mit dem externen Dampf zu
vermischen, wobei die Mischung den Dampf bildet, der den ersten
Wärmetauscherstufen
zugeführt
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nun genauer anhand einer Beschreibung der unterschiedlichen
Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 offenbart
eine Querschnittsansicht von der Seite durch eine Wärmetauscheranlage
nach einer ersten Ausführungsform
der Erfindung.
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2 offenbart
eine Querschnittsansicht von oben durch die Anlage nach 1.
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3 offenbart
eine Seitenansicht einer Wärmetauscherstufe
der Anlage nach 1.
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4 offenbart
eine Querschnittsansicht durch die Anlage nach 1 entlang
der Linie IV-IV
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5 offenbart
eine Ansicht eines ersten Außenmoduls
der Wärmetauscheranlage
nach 1.
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6 offenbart
eine Ansicht eines Innenmoduls der Wärmetauscheranlage nach 1.
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7 offenbart
eine Ansicht eines zweiten Außenmoduls
der Wärmetauscheranlage
nach 1.
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8 offenbart
eine Seitenansicht der Anlage nach 1.
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9 offenbart
eine erste Querschnittsansicht von der Seite durch eine Wärmetauscheranlage nach
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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10 offenbart
eine zweite Querschnittsansicht durch die Wärmetauscheranlage nach 9 entlang
der Linie X-X.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER UNTERSCHIEDLICHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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1–4 offenbaren
eine Wärmetauscheranlage
zur Destillation, insbesondere zur Entsalzung von Meerwasser. Die
offenbarte Wärmetauscheranlage
umfaßt
vier Verfahrenslinien 1. Jede Verfahrenslinie 1,
die sich in einer Längsrichtung durch
die Anlage erstreckt, umfaßt
fünf aufeinanderfolgende
Wärmetauscherstufen 2a–2e,
von denen jede einen Plattenstapel 3 von Wärmetauschplatten 4 umfaßt, die
auf eine solche Weise im Plattenstapel 3 vorgesehen sind,
daß erste
Plattenzwischenräume 5 und
zweite Plattenzwischenräume 6 gebildet
werden. Die vier Verfahrenslinien 1 erstrecken sich auf eine
solche Weise parallel zueinander, daß die Wärmetauscherstufen 2a–2e Reihen 8 von
Wärmetauscherstufen 2a–2e bilden.
Jede Reihe 8 mit den Wärmetauscherstufen 2a, 2b, 2c bzw. 2d bildet
einen sogenannten Effekt.
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Diese
Reihen 8 liegen hintereinander und erstrecken sich in einer
transversalen Richtung durch die Anlage, das heißt transversal zu den Verfahrenslinien 1.
Die Reihen 8 erstrecken sich in der offenbarten Ausführungsform
im wesentlichen senkrecht zu den parallelen longitudinalen Verfahrenslinien 1.
Es ist anzumerken, daß die
Anlage nach alternativen Ausgestaltungen eine andere Anzahl von
Reihen 8 und Verfahrenslinien 1 als die offenbarten
haben kann.
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Die
Anlage umfaßt
ein geschlossenes Gehäuse 10,
das einen Innenraum 11 einschließt, in dem vier Verfahrenslinien 1 mit
Wärmetauscherstufen 2a-2e vorgesehen
sind. Das Gehäuse 10 ist
als ein Druckbehälter
ausgestaltet, der das Aufrechterhalten eines im wesentlichen niedrigeren
Drucks im Innenraum 11 als in der Außenumgebung direkt außerhalb
des Gehäuses 10 erlaubt.
Eine Trennwand 12 erstreckt sich im wesentlichen horizontal
im Gehäuse 10 und
unterteilt den Innen raum 11 in im wesentlichen zwei longitudinale
Hälften.
Weiterhin sind die unterschiedlichen Wärmetauscherstufen 2a–2d voneinander
durch vertikale Wände 18, 18' getrennt. Die
Wände 12, 18 und 18' bilden somit
eine Anzahl von oberen Räumen 13 und
eine Anzahl von unteren Räumen 14,
siehe 3. Jeder Plattenstapel 3 ist auf eine
solche Weise ausgestaltet, daß er
sich durch die Trennwand 12 erstreckt, wobei ein oberer
Teil des Plattenstapels 3 in einem solchen oberen Raum 13 angeordnet
ist und ein unterer Teil des Plattenstapels 3 in einem
solchen unteren Raum 14.
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Einer
der Plattenstapel 3, von denen jeder eine große Anzahl
von Wärmetauschplatten 4 umfassen
kann, zum Beispiel 500 bis 1000, ist genauer in 3 offenbart.
Jeder Plattenstapel 3 kann zum Beispiel über vier
Spannbolzen (nicht offenbart) zusammengehalten werden, die sich
durch eine Rahmenplatte und eine Druckplatte (nicht offenbart) jedes Plattenstapels 3 erstrecken.
In jedem Plattenzwischenraum 5 und 6 im Plattenstapel 3 sind
Dichtungen 15 bzw. 15' zum Abdichten der Plattenzwischenräume 5 und 6 vorgesehen.
Genauer gesagt, sind die Dichtungen 15 auf eine solche
Weise vorgesehen, daß die
ersten Plattenzwischenräume
zum Kondensieren gegen den jeweiligen unteren Raum 14 abgedichtet
sind, und die Dichtungen 15' sind
auf eine solche Weise vorgesehen, daß die zweiten Plattenzwischenräume 6 zum
Verdampfen gegen den jeweiligen oberen Raum 13 abgedichtet
sind, siehe 3.
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Weiterhin
umfaßt
die Anlage einen Durchgang durch die Trennwand 12 zwischen
jeder Wärmetauscherstufe 2a–2b, 2b–2c, 2c–2d und 2d 2e.
In im wesentlichen jedem solchen Durchgang ist ein Flüssigkeitsseparator 16a–16d vorgesehen.
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Die
Anlage umfaßt
weiterhin einen Thermokompressor 20, der über die
Zufuhr von externem Dampf über
einen hohen Druck in bekannter Weise betrieben werden kann. Der
externe Dampf wird dem Thermokompressor 20 über eine
Zufuhrleitung 21 zugeführt.
Der Thermokompressor 20 liefert den Dampf bei einem Druck
und einer Temperatur an die ersten Wärmetauscherstufen 2a über eine
Ein laßleitung 22.
Dieser Druck und diese Temperatur entsprechen dem Druck und der
Temperatur in den ersten Wärmetauscherstufen 2a,
sind aber niedriger als der Umgebungsdruck bzw die Umgebungstemperatur. Druck
und Temperatur fallen dann nacheinander in den aufeinanderfolgenden
Wärmetauscherstufen 2b–2e ab.
Ein Teil des Dampfes, der aus einer oder mehreren letzten Wärmetauscherstufen
ausgegeben wird, in diesem Beispiel die vorletzten Wärmetauscherstufen 2d,
wird über
eine Leitung 23 an den Thermokompressor 20 zurückgeführt. Der
Thermokompressor 20 umfaßt eine Düse zur Rückführung des rückgeführten Dampfes an die Einlaßleitung 22 mittels
des externen Dampfes.
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Die
zu destillierende Flüssigkeit,
in diesem Beispiel Salz enthaltende Flüssigkeit, sogenannte Lake,
wird über
eine schematisch offenbarte Zufuhrleitung 30 zugeführt. Die
Zufuhrleitung 30, die komplexer sein kann als in 1 offenbart,
dient der Zufuhr einer Salz enthaltenden Flüssigkeit bei einer Temperatur,
die der Temperatur in jeder Stufe 2a–2d angepaßt ist.
Die Salz enthaltende Flüssigkeit
wird den zweiten Plattenzwischenräumen 6 in jedem Plattenstapel 3 in
den vier ersten Wärmetauscherstufen 2a–2d über die
Zufuhrleitung 30 und einen Durchgangskanal 31 in
jedem Plattenstapel 3 zugeführt, siehe 4.
Die zugeführte
Flüssigkeit
wird erwärmt und
mindestens teilweise durch den Dampf in den benachbarten ersten
Plattenzwischenräumen 5 verdampft.
Der Dampf in den ersten Plattenzwischenräumen 5 wird dann kondensiert
und als Flüssigkeit über zwei
Durchgangskanäle 34 in
jedem Plattenstapel, siehe 4, und eine
Ausgabeleitung 35, siehe weiter unten, ausgegeben. Es ist
anzumerken, daß in der
in 1-4 offenbarten Ausführungsform
die letzten Wärmetauscherstufen 2e reine
Kondensationsstufen zum Kondensieren des Dampfes von den vorangegangenen
Wärmetauscherstufen 2d sind. Die
Kondensation kann durch die Zirkulation eines äußeren Kühlmittels über eine Zirkulationsleitung 32 und
geeignete Durchgangskanäle
in jedem Plattenstapel 3 in den letzten Wärmetauscherstufen 2d erfolgen.
Mindestens ein Teil des äußeren Kühlmittels kann über die
Zufuhrleitung 30 an die unterschiedlichen Wärmetauscherstufen 2a–2d geliefert
werden. Die Wärmetauscherstufe 2e wird
dann zum Vorwärmen
einer Salz enthaltenden Flüssigkeit
verwendet, siehe 1.
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Jede
Wärmetauscherstufe 2a–2e dient
somit zum Kondensieren von Dampf in den ersten Plattenzwischenräumen 5.
Weiterhin wird in jeder Wärmetauscherstufe 2a–2d,
außer
in der letzten Wärmetauscherstufe 2e,
die Verdampfung einer Flüssigkeit
in den zweiten Plattenzwischenräumen 6 vorgenommen.
Genauer gesagt, werden die ersten Wärmetauscherstufen 2a mit
Dampf an die ersten Plattenzwischenräume 5 über die
Einlaßleitung 22 und
den oberen Raum 13 versorgt. Eine Salz enthaltende Flüssigkeit
wird den zweiten Plattenzwischenräumen 6 der ersten
Wärmetauscherstufen 2a über die
Zufuhrleitung 30 zugeführt.
Der zugeführte
Dampf wird zu einer Flüssigkeit
kondensiert, die aus den ersten Wärmetauscherstufen 2a über die
Durchgangskanäle 34 und
die Auslaßleitung 35 ausgegeben
wird. Die gesamte Flüssigkeit,
die über
die Auslaßleitung
von allen Wärmetauscherstufen 2a bis 2e ausgegeben wird,
ist von hoher Reinheit mit einem sehr niedrigen Salzgehalt. Die
zugeführte
Flüssigkeit
wird teilweise verdampft und in den unteren Raum 14 ausgegeben. Vom
unteren Raum 14 kann der Dampf über den ersten Flüssigkeitsseparator 16a zum
oberen Raum 13 strömen.
Flüssigkeitstropfen
der Salz enthaltenden Flüssigkeit,
die nicht verdampft wurde und in der offenbarten Ausführungsform
Salz enthält,
werden auf diese Weise eingefangen und als überschüssige Flüssigkeit zurück an einen
Bodenraum 37 im unteren Teil des unteren Raums 14 transportiert.
Dieser Bodenraum 37 dient daher in der offenbarten Ausführungsform
dazu, die Salz enthaltende überschüssige Flüssigkeit,
sogenannte Lake, aufzunehmen. Um die Befeuchtung der Wärmetauscherflächen in
den ersten Plattenzwischenräumen 5 sicherzustellen,
wird um ein mehrfaches Salz enthaltende Flüssigkeit zugeführt als
verdampft.
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Der
Dampf, der durch den ersten Flüssigkeitsseparator 16a strömt, wird
dem oberen Raum 13 und den ersten Plattenzwischenräumen 5 in
der zweiten Wärmetauscherstufe 2b zum
Verdampfen der Flüssigkeit
zugeführt,
die den Plattenzwischenräumen 6 in
den zweiten Wärmetauscherstufen 2b über die
Zufuhrleitung 30 zugeführt
wird. Der Dampf, der in den ersten Plattenzwischenräumen 5 in
den zweiten Wärmetauscherstufen 2b kondensiert
wird, wird über
die Durchgangskanäle 34 in den
Plattenstapeln 3 und über
die Ausgangsleitung 35 ausgegeben. Die zugeführte Flüssigkeit
wird verdampft und in den unteren Raum 14 ausgegeben. Aus
dem unteren Raum 14 kann der Dampf über den zweiten Flüssigkeitsseparator 16b zum
oberen Raum 13 der dritten Wärmetauscherstufen 2c strömen. Flüssigkeit,
die in der offenbarten Ausführungsform
Salz enthält,
wird dann eingefangen und als überschüssige Flüssigkeit an
den Bodenraum 37 zurückgeführt.
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Der
Dampf, der durch den zweiten Flüssigkeitsseparator 16b strömt, wird
dem oberen Raum 13 und den ersten Plattenzwischenräumen 5 in
den dritten Wärmetauscherstufen 2c zum
Verdampfen der Flüssigkeit
zugeführt,
die den zweiten Plattenzwischenräumen 6 in
den dritten Wärmetauscherstufen 2c über die
Zufuhrleitung 30 zugeführt
wird. Der Dampf, der in den ersten Plattenzwischenräumen 5 in
den dritten Wärmetauscherstufen 2c kondensiert wird,
wird über
die Durchgangskanäle 34 in
den Plattenstapeln 3 und über die Auslaßleitung 35 ausgegeben.
Die zugeführte
Flüssigkeit
wird verdampft und in den unteren Raum 14 ausgegeben. Aus
dem unteren Raum 14 kann der Dampf über den dritten Flüssigkeitsseparator 16c zum
oberen Raum 13 der vierten Wärmetauscherstufen 2d strömen. Flüssigkeit,
die in der offenbarten Ausführungsform
Salz enthält,
wird dann eingefangen und als überschüssige Flüssigkeit an
den Bodenraum 37 zurückgeführt.
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Der
Dampf, der durch den dritten Flüssigkeitsseparator 16c strömt, wird
dem oberen Raum 13 und den ersten Plattenzwischenräumen 5 in
den vierten Wärmetauscherstufen 2d zum
Verdampfen der Flüssigkeit
zugeführt,
die den zweiten Plattenzwischenräumen 6 in
den vierten Wärmetauscherstufen 2e über die
Zufuhrleitung 30 zugeführt
wird. Der Dampf, der in den ersten Plattenzwischenräumen 5 in
den vierten Wärmetauscherstufen 2d kondensiert wird,
wird über
die Durchgangskanäle 34 in
den Plattenstapeln 3 und über die Auslaßleitung 35 ausgegeben.
Die zugeführte
Flüssigkeit
wird verdampft und in den unteren Raum 14 ausgegeben. Aus
dem unteren Raum 14 kann der Dampf über den vierten Flüssigkeitsseparator 16d zum
oberen Raum 13 der fünften Wärmetauscherstufen 2e strömen. Flüssig keit,
die in der offenbarten Ausführungsform
Salz enthält,
wird dann eingefangen und als überschüssige Flüssigkeit an
den Bodenraum 37 zurückgeführt.
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Der
Dampf, der durch den vierten Flüssigkeitsseparator 16d strömt, wird
an den Bodenraum 13 der fünften Wärmetauscherstufen 2e geleitet.
Von diesem oberen Raum wird ein Teil des Dampfs über die Leitung 23 zum
Thermokompressor 20 gesaugt, wohingegen der Rest des Dampfes
den ersten Plattenzwischenräumen 5 in
den fünften
Wärmetauscherstufen 2e zugeführt wird.
Der Dampf, der in den ersten Plattenzwischenräumen 5 in den fünften Wärmetauscherstufen 2e kondensiert
wird, wird über
die Auslaßleitung 35 ausgegeben.
Es ist anzumerken, daß die
fünften
Wärmetauscherstufen 2e,
die die abschließende
Kondensation durchführen,
Wärmetauscherstufen
einer anderen Art enthalten können
als die vorangegangenen Stufen 2a–2d, zum Beispiel Plattenstapel
mit Platten eines anderen Typs oder vollständig unterschiedliche Typen
von Wärmetauschern,
zum Beispiel Rohrkondensatoren.
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Eine
oder mehrere der Wärmetauscherstufen 2a–2d können auch
einen Vorerhitzer 40 zum Vorerhitzen der Salz enthaltenden
Flüssigkeit
umfassen, die den ersten Plattenzwischenräumen 5 über die
Zufuhrleitung 30 zugeführt
wird. Ein solcher Vorerhitzer 40 zum Vorerhitzen der Salz
enthaltenden Flüssigkeit
mittels des Dampfes, der den Wärmetauscherstufen 2c zugeführt wird,
ist schematisch in 1 offenbart.
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Es
ist auch anzumerken, daß es
möglich
ist, mindestens einen Teil der überschüssigen Flüssigkeit
direkt aus dem unteren Raum 14 in den Wärmetauscherstufen 2a, 2b, 2c an
den unteren Raum 14 der nächsten Reihe 8 mit
den Wärmetauscherstufen 2b, 2c, 2d über eine
Kammer 42 strömen
zu lassen, siehe 3. Die überschüssige Flüssigkeit von einer Reihe 8 mit
den Wärmetauscherstufen 2a, 2b, 2c wird über eine
oder mehrere Leitungen 41 in die Kammer 42 geleitet,
wo derselbe Druck wie in der nächsten
Reihe mit den Wärmetauscherstufen 2b, 2c, 2d herrscht.
Aufgrund des Druckabfalls wird die überschüssige Flüssigkeit somit verdampft. Die
so gebil dete Flüssigkeit
wird über
eine oder mehrere relativ große Öffnungen 43 in
den unteren Raum in der nächsten
Reihe 8 mit den Wärmetauscherstufen 2b, 2c, 2d geleitet.
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Die
Auslaßleitung 35 kann
auch mit einem Trockenverdampfungstank 39 stromabwärts von mindestens
einigen der Wärmetauscherstufen
vernunden sein, in der offenbarten Ausführungsform stromabwärts von
den Wärmetauscherstufen 2b, 2c und 2d.
Das Kondensat von den jeweiligen Plattenstapeln 3 wird über die
Auslaßleitung 35 an
den Trockenverdampfungstank 39 geliefert, wo ein niedrigerer
Druck herrscht als in den jeweiligen Plattenstapeln 3.
Aufgrund des Druckabfalls wird ein Teil des Kondensats über Trockenverdampfung
verdampft. Der gebildete Dampf wird über geeignete Leitungen (nicht
offenbart) an die Verfahrenslinie in der nächsten Reihe 8 mit
Wärmetauscherstufen
zurückgeführt. Das
verbleibende Kondensat wird über
die Leitung 40 aus den Tanks 39 ausgegeben.
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Das
Gehäuse 10 hat
im in 4 gezeigten Querschnitt eine rechteckige Form.
Die gegenüberliegenden
oberen und unteren Wände 51 und 52 sind eben,
im wesentlichen horizontal und im wesentlichen parallel. Die gegenüberliegenden
Seitenwände 53 und 54 sind
eben, im wesentlichen vertikal und im wesentlichen parallel. Die
Anlage ist auch aus einer Anzahl von Modulen 61–63 zur
leichten Vormontage in einer Fabrik und zum leichten Aufbau vor
Ort, wo die Anlage installiert werden soll, konstruiert. Jedes Modul 61–63 umfaßt einen
der Plattenstapel 3 und einen Teil des Gehäuses 10.
Jedes Modul 61–63 wird in
Bezug auf die Strömung
mit mindestens einem vorangegangenen oder einem darauffolgenden
Modul derselben Verfahrenslinie 1 verbunden. Weiterhin wird
jedes Modul 61–63 in
Bezug auf die Strömung mit
mindestens einem benachbarten Modul 61–63 in derselben Reihe 8 verbunden.
In der offenbarten Ausführungsform
kann der Dampf von einer Wärmetauscherstufe
zur nächsten
strömen.
Es gibt jedoch keine Unterteilung zwischen benachbarten Plattenstapeln
wie in jeder Reihe 8, was bedeutet, daß sich die Dampfströmung in
einer Verfahrenslinie 1 über benachbarte Verfahrenslinien 1 in
der darauffolgenden Reihe 8 erstrecken kann.
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Jedes
Modul 61–63 kann
entweder als inneres Modul 61 ausgestaltet sein, das zwischen
zwei benachbarten Modulen in derselben Reihe 8 angeordnet
ist, oder als ein äußeres Modul 61–63,
das nur neben einem benachbarten Modul 61, 63 bzw. 61, 62 in
derselben Reihe 8 vorgesehen ist. Ein inneres Modul 61 ist
in 6 offenbart. Jedes äußere Modul 62, 63 kann
als ein linksseitiges Modul 62 oder ein rechtsseitiges
Modul 63 ausgestaltet sein. Ein linksseitiges Modul 62 ist
in 5 offenbart und ein rechtsseitiges Modul 63 ist
in 7 offenbart.
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Der
oben erwähnte
Teil des Gehäuses 10 jedes
Moduls 61–63 wird
mechanisch mit mindestens einem benachbarten Modul 61–63 in
derselben Reihe 8 und mit mindestens einem vorangegangenen oder
darauffolgenden Modul 61–63 in derselben Verfahrenslinie 8 verbunden.
Nach einer Ausführungsform
kann die mechanische Verbindung durch Verbinden der Module 61–63 miteinander über Schweißverbindungen
erfolgen, das heißt
das Gehäuse 10 jedes
Moduls 61–63 wird
mit dem Gehäuse 10 eines benachbarten
Moduls 61–63 verschweißt.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
kann jedes innere Modul 61 vertikale Längsflansche 70 umfassen,
die an entsprechende vertikale Längsflansche 70 eines
benachbarten Moduls 61–63 anstoßen. Die
Module 61–63 können dann über geeignete Verbindungen
miteinander verbunden werden, zum Beispiel über Schraubverbindungen. Die äußeren Module 62–63 unterscheiden
sich von den inneren Modulen 61, da sie nur auf einer Seite
Flansche 70 umfassen. Weiterhin kann jedes Modul 61–63 vertikale
Transversalflansche 71 umfassen, die an entsprechende vertikale
Transversalflansche 71 eines benachbarten Moduls 61–63 in
derselben Verfahrenslinie 1 anstoßen. Diese Flansche 71 sind
in 8 angedeutet. Das erste und letzte Modul 61–63 in
jeder Verfahrenslinie kann mittels einer Abdeckung 63 von
geeigneter Ausgestaltung verschlossen sein. In den Verbindungen
zwischen unterschiedlichen Modulen 61–63 in der Längsrichtung
und in der Transversalrichtung können
Dichtungen 74 vorgesehen sein, siehe 5 und 7.
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In
der offenbarten Ausführungsform
sind die Trockenverdampfungstanks 39 außerhalb des Gehäuses 10 angeordnet,
es ist jedoch auch möglich, sie
innerhalb des Gehäuses 10 anzuordnen.
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9 und 10 offenbaren
schematisch eine Wärmetauscheranlage
nach einer zweiten Ausführungsform.
Elemente mit im wesentlichen gleicher Funktion sind in beiden Ausführungsformen
mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden. Nach der zweiten
Ausführungsform
erstrecken sich die Verfahrenslinien 1 mit aufeinanderfolgenden
Wärmetauscherstufen 2a–2g nicht
in einer longitudinalen horizontalen Richtung, sondern in einer
longitudinalen vertikalen Richtung. Die Reihen 8 mit den
Plattenstapeln 3 erstrecken sich wie in der ersten Ausführungsform
horizontal und transversal zu den longitudinalen Verfahrenslinien 1.
Die Breite der letzten Reihe 8 mit den letzten Wärmetauscherstufen 2g,
die für
die endgültige
Kondensation vorgesehen sind, ist in dieser Ausführungsform größer als
die Breite der vorangehenden Reihen in Bezug auf die Wärmetauscherstufen 2a–2f.
Die Wärmetauscherstufen 2g,
die in 9 und 10 offenbart sind, sind über einen
Rohrkondensator realisiert worden. Die zweite Ausführungsform
eignet sich für
sehr große
Anlagen und umfaßt offensichtlich
drei Thermokompressoren 20 mit drei Zufuhrleitungen 22.
Das Gehäuse 10 ist
in dieser Ausführungsform
annähernd
kubisch, was bedeutet, daß der
Außenflächenbereich
des Gehäuses 10 minimiert
wird. Die kompakte Konstruktion führt auch zu sehr kleinen Abständen zum
Pumpen. Der erforderliche Grundbereich ist sehr klein im Vergleich
zum Grundbereich, wie er bei einer Anlage mit horizontal liegenden
Verfahrenslinien 1 erforderlich ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern
kann innerhalb des Rahmens der folgenden Ansprüche variiert und modifiziert
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
Wärmetauscheranlage
zur Destillation umfaßt
mindestens zwei parallele Verfahrenslinien (1) mit mit
mindestens zwei aufeinanderfolgenden Wärmetauscherstufen (2a, 2b),
von denen jede einen Plattenstapel (3) von Wärmetauschplatten
(4) umfaßt,
die auf eine solche Weise vorgesehen sind, daß erste Plattenzwischenräume (5)
zum Kondensieren und zweite Plattenzwischenräume (6) zum Verdampfen
gebildet werden. Die Wärmetauscherstufen bilden
Reihen (8) mit Wärmetauscherstufen,
die hintereinander und transversal zu den Verfahrenslinien liegen.
Jede Wärmetauscherstufe
dient zum Durchführen
der Kondensation von Dampf und der Verdampfung einer Flüssigkeit,
wobei den ersten Plattenzwischenräumen Dampf und den zweiten
Plattenzwischenräumen
eine Flüssigkeit
zugeführt
wird. Der zugeführte
Dampf wird zu einer Flüssigkeit
kondensiert und die zugeführte
Flüssigkeit
wird verdampft und den ersten Plattenzwischenräumen in einer nächsten Wärmetauscherstufe
zum Verdampfen einer Flüssigkeit
zugeführt,
die den zweiten Plattenzwischenräumen
in dieser nächsten
Wärmetauscherstufe
zugeführt
wird. Die Anlage umfaßt
ein geschlossenes Gehäuse
(10), das einen Innenraum (11) umschließt, in dem
die Verfahrenslinien vorgesehen sind. Das Gehäuse hat, gesehen in einem Querschnitt
transversal zu den Verfahrenslinien, eine rechteckige Form.