DE1444321B2

DE1444321B2 - Verdampfer mit Brüdenkompression

Info

Publication number: DE1444321B2
Application number: DE1444321A
Authority: DE
Inventors: Frederick Arthur Milwaukee Wis. Loebel (V.St.A.)
Original assignee: Aqua Chem Inc
Current assignee: Aqua Chem Inc
Priority date: 1963-04-30
Filing date: 1963-04-30
Publication date: 1981-02-19
Also published as: DE1444321A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Verdampfer mit Brüdenkompression zum Destillieren einer Flüssigkeit entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Verdampfer dieser Art wird die zu destillierende Flüssigkeit über den Vorerhitzer direkt einem seitlichen Einlaß des Verdampfers zugeführt, und über die Rezirkulationsleitung wird aus dem Boden der Verdampfungskammer abgezogenes Konzentrat auf die in der Verdampfungskammer angeordneten Wärmeaustauschrohre aufgesprüht. Dabei wird als nachteilig angesehen, daß der Wirkungsgrad der Wärmeaustauschrohre verhältnismäßig schlecht ist, weil bei einer derartigen Konstruktion einerseits eine verhältnismäßig starke Kesselsteinbildung auf der Außenfläche der Wärmeaustauschrohre verursacht wird und andererseits die horizontal angeordneten Wärmeaustauschrohre eine verhältnismäßig große Länge besitzen müssen, um die Kondensation der Brüden in einem Durchlauf zu ermöglichen.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, den Wirkungsgrad der Wärmeaustauschrohre derart zu verbessern, daß kürzere oder weniger Wärmeaustauschrohre bei gleicher Leistung des Verdampfers vorgesehen werden können. so

Diese Aufgabe wird bei einem Verdampfer der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmeaustauschrohre in der Strömungsrichtung der Brüden in bezug auf die Horizontale geneigt angeordnet sind. Vorteilhafte Weiterbildungen ^⁵ der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einer derartigen Anordnung der Wärmeaustauschrohre wird der Abfluß des Kondensats begünstigt, so daß durch eine geringere Behinderung der Brüdenströmung größere Strömungsgeschwindigkeiten und damit auch ein besserer Wärmeaustausch erzielbar ist. Verdampfer mit derartigen Wärmeaustauschrohren sind auch kostensparender herzustellen, weil die Wärmeaustauschrohre eine kürzere Länge besitzen können und Rohrlängen von beispielsweise 6—9 m bei den meisten Verwendungszwecken ausreichen.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 und 2 zwei unterschiedliche, teilweise im Schnitt bzw. schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele eines Verdampfers gemäß der Erfindung.

Das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispie! dient beispielsweise zur Gewinnung von Trinkwasser aus Salzwasser. Als zu destillierende Flüssigkeit wird deshalb salzhaltiges Rohwasser einer Zuleitung 10 zugeführt, welche Zuleitung einen Vorerhitzer 64 enthält und durch einen später zu beschreibenden Kondensator 58 hindurchgeführt ist. Ein Ventil 12 in der Zuleitung wird in Abhängigkeit von der Füllstandshöhe von Konzentrat in einem Sumpf 14 der Verdampfungskammer 15 gesteuert. Hinter dem Ventil 12 enthält die Zuleitung eine T-förmige Verzweigung 16, um dem Rohwasser eine Polyphosphatlösung aus einem Vorratsbehälter 18 über eine Pumpe 20 und ein Absperrventil 20' zuführen zu können. Das mit der Polyphosphatlösung gemischte Rohwasser gelangt durch einen weiteren Wärmeaustauscher 26 zu in der Verdampfungskammer 15 an einem Verteilerrohr 32' angeordneten Sprühdüsen 36. Vor dem Wärmetauscher 26 ist die Zuleitung mit einer Rezirkulationsleitung für Konzentrat an der Stelle 24 verbunden, welche Rezirkulationsleitung eine Pumpe 22 enthält. Dem Wärmeaustauscher 26 wird über eine Leitung 28 Niederdruckdampf zugeführt, und der zu Wasser kondensierte Dampf wird durch eine Leitung 30 abgelassen, in der ein Ventil 32 vorgesehen ist.

Die Sprühdüsen 36 sind entlang der Länge des Verteilerrohrs 32' in etwa gleichen Abständen angeordnet. Die Flüssigkeit wird auf die Oberfläche von Wärmeaustauschrohren 38, 40 aufgesprüht, deren Anordnung im folgenden noch näher erläutert werden soll. Ein Teil der aufgesprühten Flüssigkeit verdampft und gelangt in eine Sammelkammer 42, über der ein Abscheider 44 angeordnet ist.

Der Druck in der Verdampfungskammer 15 wird auf einem Wert gehalten, der dem Sättigungsdruck der eingestellten Temperatur entspricht. Die Temperatur wird so hoch eingestellt, daß die Polyphosphate in Lösung bleiben, um eine Kesselsteinbildung auf den Oberflächen der Wärmeaustauschrohre 38, 40 zu verhindern. Vorzugsweise wird eine Temperatur zwischen 82° C und 90⁰C aufrechterhalten.

Ein geeigneter Druck und damit die ausgewählte Temperatur wird mit Hilfe der Wärmeübertragung durch die Wärmeaustauschrohre 38 und 40 und durch das Abziehen von Brüden durch eine Brüdenabzugsleitung 46 aufrechterhalten, weiche einen Kompressor 45 enthält. Bei stationären Betrieb kann zu Aufrechterhaltung der Sättigungstemperatur ein konstantes Dampfvolumen abgezogen werden. Der Kompressor 45 komprimiert die Brüden auf einen derartigen Kondensationsdruck, daß ein Temperaturgefälle zwischen etwa 1 und 10°C zwischen der Temperatur der zugeführten Flüssigkeit und der Sättigungstemperatur vorhanden ist.

Von dem Kompressor 45 gelangen die komprimierten Brüden durch eine Rohrleitung 48 zu einem Verteiler 50

an der Eingangsseite der Wärmeaustauschrohre 38, an deren gegenüberliegendem Ende bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Rückführverteiler 52 vorgesehen ist. Bei der Strömung durch die Wärmeaustauschrohre 38 wird Wärme an die auf die Oberfläche der Wärmeaustauschrohre 38 aufgesprühte Flüssigkeit abgegeben. Dabei beginnt eine Kondensation der Brüdendämpfe. Die Mischung aus Kondensat und Brüdendämpfen gelangt durch den Rückführverteiler 52 in die Wärmeaustauschrohre 40, an deren Ausgangsseite unterhalb einer Trennwand 51 ein Verteiler 54 vorgesehen ist. Da die Wärmeaustauschrohre gemäß der Erfindung in der Strömungsrichtung der Brüden in bezug auf die Horizontale geneigt angeordnet sind, reicht ein Durchlauf durch die beiden hintereinander geschalteten Bündel der Wärmeaustauschrohre 38, 40 aus, wenn die Rohre eine Länge von etwa 6—9 m besitzen. Vorzugsweise beträgt der Außendurchmesser zwischen 16 und 32 mm. Bei Verwendung von Wärmeaustauschrohren mit einer derartigen Länge können deshalb die Herstellungskosten wesentlich herabgesetzt werden. Durch die in Strömungsrichtung geneigte Anordnung der Rohre wird der Ablauf des Kondensats begünstigt und eine zu weitgehende Ansammlung von Kondensat in den Rohien vermieden, welche Ansammlung von Kondensat den Nachteil zur Folge hätte, daß der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs verringert würde. Vorzugsweise beträgt die Neigung der Wärmeaustauschrohre zwischen '/2 und 5°. Bei einer Versuchseinrichtung wurden Rohre mit einem Außendurchmesser von 16 mm und einer Länge von 2,4 m verwendet und eine Neigung des oberen Rohrbündels und auch des unteren Rohrbündels von 1° in bezug auf die Horizontale vorgesehen, womit ein guter Wirkungsgrad erzielt werden konnte. Es ist ferner möglich, die beiden hintereinandergeschalteten Bündel zu einem einzigen Bündel mit Rohren gleicher Neigung zusammenzufasssen. Vorzugsweise finden jedoch wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei hintereinander geschaltete Bündel von Wärmeaustauschrohren 38,40 Verwendung, wobei das erste Bündel 38 zwei Drittel und das zweite Bündel 40 ein Drittel der Anzahl der Wärmeaustauschrohre enthält.

An den Verteiler 54 ist eine Entlüftungsleitung 56 angeschlossen, die zu dem Kondensator 58 führt, an den eine Vakuumpumpe 60 angeschlossen ist, um nicht kondensierte Gase und Dämpfe abzuziehen. Da die Zuleitungen 10 durch den Kondensator 58 verläuft, erfolgt eine weitere Vorerhitzung des zugeführten Rohwassers. Gegebenenfalls kann das in dem Kondensator 58 gewonnene Kondensat gesammelt und genutzt werden.

Aus dem Verteiler 54 wird das Kondensat durch eine Kondensatleitung 75 abgezogen, die eine Kondensatpumpe 62 enthält. Das Kondensat wird durch den Vorerhitzer 64 durchgeleitet, um Wärme an das zugeleitete Rohwasser abzugeben.

Die an den Sumpf 14 angeschlossene Rezirkulationsleitung für Konzentrat ist mit einer Anschlußleitung 66 versehen, die ein Regulierventil 68 und einen Strömungsmesser 70 enthält, um einen geeigneten Anteil des Konzentrats über die Leitung 72 durch den Vorerhitzer 64 und die Konzentratableitung 74 abzuleiten. Wenn die zu destillierende Flüssigkeit eine Sulfitlauge ist, kann das durch die Leitung 74 abgeleitete Konzentrat einen Feststoffgehalt von 10—55 Gewichtsprozent aufweisen.

Das Kondensat wird durch die Kondensatableitung 75 abgeleitet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner unter den Wärmeaustauschrohren 38,40 eine Sammelleitung 78 zum Sammeln des abfließenden Konzentrats und zum Einleiten in den Sumpf 14 vorgesehen. In dem Sumpf 14 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Schwimmer 76 angeordnet, der zur Steuerung des Ventils 12 in Abhängigkeit von dem Füllstand in dem Sumpf 14 dient. Die Wärmeaustauschrohre 40 tauchen nicht in das Konzentrat in dem Sumpf 14 ein und durch die Neigung der Rohre 40 nach unten wird ferner ein Abfließen des Konzentrats in die Sammelleitung 78 begünstigt.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind F i g. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist an den Verteiler 54 eine ein Ventil 104 enthaltende Abzugsleitung 102 angeschlossen, die mit der Verdampfungskammer 15 in Verbindung steht, um nicht kondensierte Gase oder Dämpfe in die Verdampfungskammer zurückzuleiten. Zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Wärmetauschrohre ist ebenfalls eine Trennwand 108 wie beim ersten Ausführungsbeispiel angeordnet.

Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel enthält die von den Sprühdüsen 36 aufgesprühte Flüssigkeitsmischung ein Verhältnis von rezirkuliertem Konzentrat und durch die Zuleitung 10 zugeführtem Rohwasser, daß das Gewichtsverhältnis von darin enthaltener zu verdampfender Flüssigkeit zu dem durch die Leitung 75 abgelassenen Kondensat zwischen 2 und 40, vorzugsweise zwischen 4 und 10 beträgt, falls die zu behandelnde Flüssigkeit nur eine verhältnismäßig geringe Kesselsteinbildung verursachen kann. Dieses Verhältnis kann durch eine geeignete Förderleistung der Pumpe 22 in Verbindung mit dem Strömungswiderstand der Düsen 36 erzielt werden. Zweckmäßigerweise entspricht die Temperatur der aus dem Wärmeaustauscher 26 austretenden Flüssigkeit angenähert der Siedetemperatur der Flüssigkeit in der Verdampfungskammer 15.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel in F i g. 1 ist bei dem Ausführungsbeispiel in F i g. 2 zusätzlich eine Entlüftung für die zu destillierende Flüssigkeit vorgesehen. Als Entlüftungseinrichtung ist ein an sich bekannter Skrubber 90 vorgesehen, der aus einem geschlossenem Gefäß 92 besteht, das beispielsweise eine Füllung von Raschigringen 94 enthält. Die Flüssigkeit wird durch eine Düse % zugeführt, an welche die Zuleitung 10' angeschlossen ist. Zwischen der Verdampfungskammer und dem unteren Ende des Gefäßes 92 ist eine Verbindungsleitung 100 vorgesehen. Dadurch ergibt sich eine Gegenströmung zu den Brüden und die durch die Leitung 99 austretende Flüssigkeit gelangt in den Sumpf 14, aus dem die Zufuhr zu den Sprühdüsen 36 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt. Durch eine Entlüftungsleitung 98 können nicht kondensierte Gase und Dämpfe austreten.

Wird der in F i g. 2 dargestellte Verdampfer bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur von etwa 100⁰C betrieben, dann wird anstelle von Polyphosphat aus einem Behälter 150 über eine Pumpe 151 und ein Ventil 152 beispielsweise Schwefelsäure, Salzsäure oder Zitronensäure zugeführt. Der pH-Wert der Flüssigkeit kann beispielsweise mit Hilfe von Laugen aus einem Behälter 153 eingestellt werden, dessen Zuleitung zu der Leitung 99 ein Ventil 154 entnält. Auf diese Weise kann eine Korrosion der metallischen Oberflächen in dem Verdampfer verringert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verdampfer mit Brüdenkompression zum Destillieren einer Flüssigkeit, mit einer einen Vorerhitzer enthaltenden Zuleitung zur Zufuhr der Flüssigkeit zu einer Verdampfungskammer, mit einer Konzentratableitung und einer Rezirkulationsleitung zum Abziehen von Konzentrat aus der Verdampfungskammer, um einen Teil des Konzentrats auf in der Verdampfungskammer angeordnete Wärmeaustauschrohre aufzusprühen, sowie mit einer einen Kompressor enthaltenden Brüdenabzugsleitung, die an die Eingangsseite der Wärmeaustauschrohre angeschlossen ist, deren Ausgangsseite mit einer eine Kondensatpumpe enthaltenden Kondensatableitung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschrohre (38, 40) in der Strömungsrichtung der Brüden in bezug auf die Horizontale geneigt angeordnet sind.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Wärmeaustauschrohre (38,40) zwischen '/2 und 5° beträgt.

3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei hintereinander geschaltete Bündel von Wärmeaustauschrohren (38, 40) vorgesehen sind.

4. Verdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bündel (38) ²Ii und das zweite Bündel (40) '/3 der Anzahl der Wärmeaustauschrohre enthält.