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Vorrichtung zur Bidestillation von Wasser Die doppelte Destillation
von Wasser ist mit den üblichen Apparaturen, bei denen das nach der ersten Destillation
gewonnene Monodestillat in einem weiteren Verdampfer neuerlich verdampft wird, so
daß abermals die gesamte Verdampfungswärme aufgewendet werden muß, mit hohem Energieverbrauch
verbunden.
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Es ist bekannt, zur Einsparung von Energie die Wiederverdampfung des
Monodestillates durch Wärmeaustausch mit dem Primärdampf zu bewirken. In einer bekannten
Apparatur zur doppelten Destillation von Wasser wird die Wiederverdampfung des Monodestillates
in einem Umlaufverdampfer vorgenommen, dessen Heizkörper der Primärdampf und dessen
Vorratsbehälter das aus diesem gebildete Monodestillat zugeführt wird. Bei dieser
bekannten Apparatur wird die vollständige Wiederverdampfung des Monodestillates
in der Art erreicht, daß das dem Vorratsbehälter des Umlaufverdampfers zugeführte
Speisewasser vor der Zuführung vom Primärdampf aufgeheizt wird. Auf diese Weise
gibt ein Teil des Primärdampfes seine Wärmeenergie ab, kondensiert und wird im Sekundärdampferzeuger
abermals verdampft. Die bekannte Apparatur ist so eingestellt, daß im Umlaufverdampfer
eine geringe Destillatmenge mehr erzeugt wird als ihm in Gestalt des Primärdestillates
als Speisewasser zuläuft. Zum Ausgleich wird im Vorratsbehälter des Umlaufverdampfers
ein geringer Bruchteil des Kondensates zugeführt, welches sich aus dem im Primärdampferzeuger
verwendeten Helzdampf bildet.
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Diese bekannte Apparatur hat den Nachteil, daß sie sehr kompliziert
aufgebaut ist und daß ihr Energieverbrauch immer noch zu hoch liegt.
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Weiterhin ist eine Apparatur zur Bidestillation von Wasser bekannt,
bei welcher ebenfalls die latente Wärme des Primärdampfes zur neuerlichen Verdampfung
des Monodestillates ausgenutzt wird, bei welcher jedoch die Wiederverdampfung des
Monodestillates unter Unterdruck erfolgt. Diese bekannte Apparatur besteht aus einem
Primärverdampfer und einem Sekundärverdampfer in Gestalt eines Wärmeaustauschers,
dessen einer Strömungsweg einerseits mit dem Dampfauslaß des Primärverdampfers und
andererseits über eine Vakuumsperre mit einer Monodestillatvorlage verbunden ist
und dessen zweiter Strömungsweg einerseits mit der Monodestillatvorlage und andererseits
über einen Kondensator sowohl mit einer druckmindemden Vorrichtung als auch einem
Bidestillatablauf verbunden ist. Die zwischen dem ersten und dem zweiten Strömungsweg
des Wärineaustauschers angeordnete Vakuumsperre ist bei dieser bekannten Apparatur
als Siphon ausgebildet, welcher notwendigerweise eine barometrische Länge aufweisen
muß. Aus diesem Grunde ist der Platzbedarf dieser Apparatur so groß, daß sie praktisch
nur als industrielle Großanlage ausgeführt werden kann. Ein weiterer entscheidender
Nachteil dieser bekannten Apparatur liegt darin, daß der Wänneaustauscher trocken
laufen kann. Wird nämlich die Kondensleistung des im zweiten Strömungsweg des Wärmeaustauschers
angeordneten Kondensators so groß, daß sämtliches Monodestillat aus der Monodestillatvorlage
in den zweiten Strömungsweg eingesaugt wird, so wird schließlich lediglich Primärdampf
in den zweiten Strömungsweg des Wärmeaustauschers eingesaugt, und das Vakuum in
der Apparatur bricht zusammen. Dieses Zusammenbrechen des Vakuums ist mit einem
Trockenlaufen des Wärineaustauschers verbunden.
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Die Vorrichtung zur Bidestillation von Flüssigkeiten gemäß der vorliegenden
Erfindung vermeidet alle diese Nachteile und bringt darüber hinaus einige wesentliche
Vorteile mit sich, die im folgenden im einzelnen beschrieben werden sollen.
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Die neue Vorrichtung zur Bidestillation von Wasser besteht aus einem
heizbaren Primärverdampfer und einem Sekundärverdampfer in Gestalt eines Wärineaustauschers,
dessen einer Strömungsweg einerseits mit dem Dampfauslaß des Primärverdampfers und
andererseits über eine Vakuumsperre mit einer Monodestillatvorlage verbunden ist
und dessen zweiter Strömungsweg einerseits mit der Monodestillatvorlage und andererseits
über einen Kondensator
sowohl mit einer druckmindernden Vorrichtung
als auch einem Bidestillatablauf verbunden ist. Gemäß der Erfindung ist die Vakuumsperre
als ein sich nur bei Vorhandensein von Monodestillat öffnendes Schwimmerventil ausgebildet,
in das der erste Strömungsweg des Wärmeaustauschers direkt einmündet, und es ist
zwischen dem Bidestillatablauf und dem zweiten Strömungsweg des Wärmeaustauschers
eine Bidestillat-Rücklaufleitung vorgesehen, welche ein sich bei Abnehmen der Monodestillatmenge
selbsttätig öffnendes Schwimmerventil enthält.
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Die Ausbildung der Vakuumsperre als Drosselvorrichtung in Gestalt
eines Schwimmerventils erlaubt den Aufbau eines verhältnismäßig kleinen Gerätes
zur Bidestillation von Flüssigkeiten, welches jedoch ohne weiteres dieselbe Leistung
erreichen kann, wie die weiter oben besprochene, einen Siphon als Vakuumsperre enthaltende
Bidestillationsanlage. Erst durch den gemäß der Erfindung vorgesehenen Einbau der
als Schwimmerventil ausgebildeten Drosselvorrichtung ergibt sich die Möglichkeit,
eine mit hoher Wirtschaftlichkeit arbeitende Bidestillationsanlage aufzubauen, welche
beispielsweise aus Glas oder aus Quarzglas hergestellt werden kann und somit die
äußerste Reinheit des Destillationsproduktes garantiert.
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Durch die schwimmergesteuerte Bidestillat-Rücklaufleitung zwischen
dem Bidestillatablauf und dem zweiten Strömungsweg des Wärmeaustauschers wird ein
Trockenlaufen des Wärmeaustauschers mit Sicherheit vermieden. Durch das Schwimmerventil
in derBidestillat-Rücklaufleitungwird stets genügend Bidestillat in den zweiten
Strömungsweg des Wärineaustauschers zurückgeführt. Wenn die Niveauhöhe des Monodestillats
fällt, öffnet sich das Schwimmerventil in der Bidestillat-Rücklaufleitung, und es
läuft genügend Bidestillat in den zweiten Strömungsweg des Wärmeaustauschers zurück.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist vorteilhaft so aufgebaut, daß
Primärverdampfer, Wärineaustauscher und Kondensator mit Hilfe lösbarer Schliffverbindungen
übereinander angeordnet sind, und daß auch die Bidestillat-Rücklaufleitung lösbar
mit dem Bidestillatablauf und dem Einlaß des Wärineaustauschers verbunden ist.
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Die Erfindung soll nun an Hand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung näher erläutert werden.
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In dieser Zeichnung ist mit 1 ein Primärverdampfer bezeichnet,
welcher zwei Metallelektroden 5 enthält, welche an Wechselstrom gelegt werden.
Diese Elektroden sind mit einer sich nach oben vergrößernden Oberfläche ausgebildet,
um bei Steigen des durch einen Niveauregler 6 geregelten Flüssigkeitsniveaus
im Verdampfer 1 eine etwa logarithmisch ansteigende Verdampferleistung zu
erzielen. Der Primärverdampfer 1 ist außerdem mit einer Abflußeinrichtung
7 für abgesetzten Schlamm versehen. Am oberen Ende des Primärverdampfers
befindet sich als Verbindung zu den weiteren Geräteteilen ein Kugelflansch oder
ein Planschliff.
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An den Primärverdampfer 1 schließt sich ein Spritzer- und Tröpfchenabscheider
2 an, welcher als Schikane ausgebildet ist. Dieser Abscheider besteht aus einer
eingefügten Platte mit einer Mittelöffnung 8,
über welcher mit Hilfe von Distanzstücken
9 eine die Öffnung 8 übergreifende Abdeckplatte 10 zentrisch
gehalten wird. Der Dampf wird durch diese Anordnung zu einer Geschwindigkeitserhöhung
und einer Richtungsänderung gezwungen, wodurch eine Abscheidung der mitgerissenen
Tröpfchen bewirkt wird.
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An die Abscheidungseinrichtung2 schließt sich ein eingeschweißter
Rohrflansch 11 an, welcher sich nach oben zu einem längs der Mittelachse
der Apparatur verlaufenden Rohr 12 verjüngt. Das Rohr 12 ist an seinem oberen Ende
mit einem angeschweißten Krümmer 13 versehen, welcher in die Wärmeaustauscherspirale
14 übergeht. Diese Wärmeaustauscherspirale ist, wie dargestellt, zum Zwecke der
Vergrößerung der Wärmeaustauscherfläche bifflar (oder auch polyfilar) gewickelt.
Der Primärdampf aus dem Dampfentwickler 1 durchströmt die Wärmeaustauscherspirale
14 von oben nach unten und wird dabei kondensiert. Das Kondensat tritt durch ein
angeschweißtes Rohr 15, vor dem sich die bifilaren Rohrwindungen wieder vereinigen,
nach außen aus und fließt in den Außenraum eines Schwimmerventils 16, welches
den Abschluß des ersten Strömungsweges des Wärmeaustauschers gegen den nachfolgenden
Strömungsweg bewirkt. Das Schwimmerventil besteht aus einem Hohlkörper, welcher
bei Ansteigen des Monodestillates im Ventilaußenraum angehoben wird und dadurch
die kapillare Durchflußöffnung 18 freigibt. Bei Absinken des Flüssigkeitsniveaus
sitzt der Schwimmer mit Hilfe seiner angeschliffenen Dichtfläche 17 dichtend
auf dem Endteil der Kapillare 18 auf und verhindert damit ein weiteres Nachsaugen
von Flüssigkeit.
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Durch die Kapillare 18 tritt das Monodestillat in ein Rohr
19 und durch dieses in den Außenraum des Wärmeaustauschers 20. Durch den
in Abhängigkeit von der angebotenen Menge Monodestillat gesteuerten Schwimmer wird
das schädliche Ansaugen von Luft durch die Kapillare 18 bei Absinken des
Flüssigkeitsniveaus im Ventilaußenraum mit Sicherheit verhindert.
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Das Wärmeaustauschergefäß ist an seinem oberen Ende durch einen Kugelflansch
oder einen Planschliff abgeschlossen, an den ein Kühlersystem 4 angesetzt ist.
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Das Kühlersystem 4 besteht aus einem rohrförmigen Körper, in dem ein
sich nach oben trichterförmig verengendes Rohr22 eingeschweißt ist. Dieses Rohr
hat an seinem oberen Ende eine unverschlossene Öffnung 21. Bei 23 ist der
Außenmantel des Kühlersystems durch einen Kugelflansch oder einen Planschliff mit
einer Kappe 24 verbunden. In die Kappe eingeschmolzen sind die Zu- und Ableitungsrohre
25 für das Kühlwasser, die in eine Spirale 26
übergehen, welche in
dem als Bidestillationsraum 4' bezeichneten Zwischenraum zwischen dem Rohr 22 und
dem Außenmantel des Kühlers hängt. Diese Spirale wird von Kühlwasser durchflossen,
welches zur Speisung des Primärdampfentwicklers über dem Niveauhalter
6 verwendet werden kann.
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Das Kühlersystem 4 hat ein Abflußrohr 27, durch welches das
angesammelte Bidestillat nach Heruntertropfen von der Kühlerspirale 26 nach
außen abfließen kann. Das Rohr 27 führt in die Vorlage, welche nicht gezeichnet
ist und zum Aufsammeln des Bidestillates dient. An dem Rohr 27 liegt über
die Vorlage das Vakuum an, welches über das gesamte Kühlersystem 4 und den Außenraum
des Wärmeaustauschersystems 3 bis zu der Kapillare 18
reicht.
Das
Rohr 27 ist mit einer Abzweigung 28 versehen, .durch welche das Bidestillat
nach unten abfließen kann. An die Abzweigung28 schließt sich ein Schwimmerventil30
an. Dieses besteht aus einem Schwimmerhohlkörper mit einer nach oben gerichteten
Dichtungsfläche 29. Der Außenraum des Schwimmersystems ist nach unten zu
mit einem Rohr 32 verbunden, welches bei 33 an den unteren Teil des
Außenraumes des Wärmeaustauschers 3 angeschweißt ist. Der Schwimmer
30 arbeitet in Abhängigkeit von der Niveauhöhe der Flüssigkeit im Wärineaustauscherraum
20. Fällt das Flüssigkeitsniveau, so fällt auch die Flüssigkeit im Rohr
32, der Schwimmer gibt die Dichtungsöffnung 31 frei und Bidestillat
strömt so lange in den Sekundärverdampfungsraum des Wärmeaustauschers
3 zurück, bis das eingestellte Niveau wieder erreicht ist.
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Bei der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung werden die Arbeitsbedingungen
wie abstrahlende Oberflächen, Wärmeisolierung usw. bewußt derart gewählt, daß der
unvermeidliche Wärmeverlust beim Wärmeaustausch geringer gehalten wird als der theoretische
Wärmeüberschuß des Primärdampfes gegenüber dem zur Sekundärverdampfung bei Unterdruck
benötigten Wärmeaufwand. Es wird also im Wärmeaustauscher 3 zuviel Wärme
angeboten und daher in dem mit 20 bezeichneten unter Vakuum stehenden Außenraum
des Wärmeaustauschers 3 mehr Flüssigkeit verdampft als durch Kondensation
von Primärdampf laufend in diesen Raum zugeführt werden kann. Die Flüssigkeitsmenge
im Raum 20 wird somit laufend geringer, bis das Flüssigkeitsniveau unter den vorgegebenen
Wert fällt. Sodann gibt der Schwimmer die Dichtungsöffnung 31 frei und Bidestillat
strömt in den Raum 20 zurück. Auf diese Weise bleibt das eingestellte Niveau im
Raum 20 stets erhalten.
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Durch die angegebenen Maßnahmen wird erreicht, daß die Vorrichtung
zur Bidestillation sehr stabil arbeitet. Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist unabhängig
von äußeren Einflüssen, da das Flüssigkeitsniveau im Wärineaustauscherraum 20 stets
konstant bleibt, und zwar unabhängig von der durch äußere Einwirkungen beeinflußten
Kondensleistung des Kondensators 4.