DE1517492C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Frischwasser aus salzhaltigem Rohwasser durch Verdampfung - Google Patents

Description

Die Gewinnung von Frischwasser aus salzhaltigem Rohwasser (z. B. Meerwasser oder Brackwasser) erfolgt überwiegend durch Verdampfung, wobei bevorzugt mehrstufige Entspannungsverdampfer eingesetzt werden.

Normalerweise besitzen diese Entspannungsver-

ao dämpfer eine größere Anzahl (z. B. bis zu 40) Verdampfungskammern, denen jeweils ein Kondensationsraum zugeordnet ist. Das in einem Erhitzer auf die endgültige Arbeitstemperatur erhitzte Rohwasser wird durch die Verdampfungskammern hindurch-

a5 geleitet. Die Verdampfungskammern werden dabei auf einem stufenweise von Kammer zu Kammer abfallenden Druck gehalten, so daß sich in jeder Kammer ein Entspannungsvorgang ergibt, durch den ein Teil des Rohwassers verdampft Der Dampf wird in den zugeordneten Kondensationsräumen kondensiert und darin als Frischwasser abgezogen. In den Koridensationsräumen befinden sich Rohrbündel, die im Gegenstrom zu den Verdampfungskammern von dem zum Erhitzer geführten Rohwasser durchströmt¹ werden, so daß eine entsprechende Vorwärmung des Rohwassers stattfindet. Auch die im abgezogenen Frischwasser enthaltene Wärme wird meistens noch durch Wärmeaustausch nutzbar gemacht.

Diese vom Prinzip her an sich guten Entspannungsverdampfer haben aber noch den zweifachen Nachteil, daß sie von der Struktur her ziemlich komplex sind, was erhebliche Metallmengen beansprucht und zu einem großen Anlagenumfang führt, und daß die Wärmeübertragung insbesondere wegen der viele große Übertragungsflächen, lange Leitungen und ein strömendes Übertraguhgsmedium erfordernden Wärmerückführung nicht so wirkungsvoll ist, wie sie sein sollte. Mit der Erfindung sollen diese beiden Nachteile der bisherigen Entspannungsverdampfer be-

seitigt werden. '■·■

Aus der USA.-Patentschrift 781 045 ist bereits ein Mehrkammer-Verdampf er bekannt, der nicht nach dem Prinzip der Entspannungsverdampfung, sondern bei konstantem Druck arbeitet und der insbesondere zur Gewinnung unterschiedlicher Destillate dient. Dieser Verdampfer besitzt mehrere (z. B. drei) übereinander angeordnete Kammern, die durch zickzackförmige, als Wärmeübertragungsflächen dienende Trennwände gegeneinander abgeteilt sind. Die untere Bodenwand der untersten Kammer ist dabei durch z. B. Dampf beheizbar, und die obere Abschlußwand der obersten Kammer ist durch ein Kühlmedium gekühlt. Im Betrieb wird die bei der niedrigsten Temperatur zu verdampfende Flüssigkeit in die oberste Kammer und die bei der höchsten Temperatur zu verdampfende Flüssigkeit in die unterste Kammer eingefüllt, jeweils in größerer Füllhöhe. Wenn es sich in allen Kammern um die gleiche, nur bei

unterschiedlichen Temperaturen zu verdampfende »Dünnfilmkondensation mit direkter Übertragung

Flüssigkeit handelt, kann diese auch über Rohre von der Kondensationswärme auf die in der nächsten

Kammer zu Kammer geleitet werden. In jedem Fall Kammer enthaltene Flüssigkeit«. Dadurch ergibt sich

wird der in jeder Kammer erzeugte Dampf an der eine Entspannungsverdampfung mit so einfachem

oberen Trennwand kondensiert und läuft dann in 5 Aufbau und so.gutem thermischen Wirkungsgrad,

dünner Schicht die Trennwand herunter in eine wie dies bislang nicht möglich gewesen ist. In jeder

unterhalb jeder unteren Zickzackspitze angeordnete Kammer findet sowohl eine Verdampfung als auch

Auffangrinne. Die dabei freiwerdende Kondensa- eine Kondensation statt, indem der durch die Ent-

tionswärme' wird durch die Trennwand hindurch spannung des auf der einen Trennwand strömenden

unmittelbar in die in der darüberliegenden Kammer io Rohwassers erzeugte Dampf auf kürzestem Wege zur

enthaltene Flüssigkeit eingeleitet. Somit läßt sich die zweiten, die nächste Kammer abteilenden Trennwand

Betriebsweise dieses Verdampfers kurz als »Dünn- gelangt, dort kondensiert wird und dann in dünner

filmkondensation mit direkter Übertragung der Kon- Schicht als Frischwasser abläuft Die freiwerdende

densationswärme auf die in der nächsten Kammer Kondensationswärme wird unmittelbar auf das in

enthaltene Flüssigkeit« beschreiben. 15 der nächsten Kammer zu verdampfende Rohwasser

Weiterhin ist aus der australischen Patentschrift übertragen, und da auch das Rohwasser in jeder 205 057 ein insbesondere zur Frischwassergewinnung Kammer in dünner Schicht über die Trennwand dienender Verdampfer bekannt, der als Kompres- strömt, wird diese Wärmeübertragung optimal für sionsverdampfer mit einer einzigen Verdampfungs- den Verdampfungsvorgang nutzbar gemacht. Die kammer ausgebildet ist. Der in dieser Kammer er- ao bisher für die Frischwasser-Kondensation eingesetzzeugte Dampf wird mechanisch komprimiert und ten Rohwasser-Ströme und die dafür notwendigen dient dann als Heizmedium für die Dampferzeugung, Leitungssysteme und sonstigen mechanischen Einindem er an der Bodenwand der Verdampf ungs- bauten entfallen dabei ebenso wie die bisher notwenkammer zur Kondensation gebracht wird. Diese dige Zuordnung eines besonderen Kondensations-Bodenwahd ist dabei ähnlich wie die Trennwände as raums zu jeder Kammer.

gemäß der USA.-Patentschrift 781 045 Zickzack- Entsprechend diesen Vorteilen können die nach förmig ausgebildet, so daß das sich aus dem Heiz- dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Verdampf ergebende Kondensat in dünner Schicht an dampfungsahlagen nunmehr wesentlich einfacher der Bodenwand herunterlaufen und gesammelt wer- und, bei gleicher Leistungsfähigkeit gegenüber herden kann, während die freiwerdende Kondensations- 30 kömmlichen Entspannungsverdampfern, auch kleiner wärme durch die Bodenwand hindurch unmittelbar gebaut werden. Weiterhin ist es sehr gut möglich, die in die zu verdampfende Flüssigkeit übertragen wird. Anlagen nach dem Baukastenprinzip aus vorgefer-Auch die Verdampfung erfolgt dabei aus dünner tigten Standardteilen zusammenzusetzen. Es genügt Schicht, indem die zu verdampfende Flüssigkeit mit- zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahtels Düsen so auf die oberen Zickzackspitzen der 35 rens, jede (in üblicher Weise mit Einrichtungen zum Bodenwand aufgegeben wird, daß sie sich in dünner Zuführen des Rohwassers und zum Abführen des Schicht auf der Bodenwand ausbreitet. Dieser Ver- Frischwassers versehene) Kammer durch zwei gedampfer verwirklicht damit eine »Dünnfilmverdamp- ~ neigt zur Horizontalen verlaufende Trennwände zu fung« in Verein mit einer »Dünnfilmkondensation begrenzen, von denen die eine als Rohwasser-Vermit direkterWärmeübertragung der Kondensations- 40 dampf ungsfläche die Trennwand zur vorhergehenden wärme auf die in der eigenen Verdampfungskammer Kammer und die andere als Frischwasser-Kondensaenthaltene Flüssigkeit«. tionsfläche der Trennwand zur nächstfolgenden

Entsprechend der USA.-Patentschrift 781 045 geht Kammer bildet sowie Einrichtungen vorzusehen zur die Erfindung aus von einem Verfahren zur Gewin- Einstellung eines stufenweise abfallenden Arbeitsnung von Frischwasser aus salzhaltigem Rohwasser 45 drucks in den einzelnen Kammern sowie zur Erzeudurch Verdampfung mittels eines Mehrkammer-Ver- gung eines abwärts fließenden Films auf der als Rohdampfers, dessen Kessei-Innenraum durch Trenn- wasser-Verdampfungsfläche dienenden Seite einer wände, die als Wärmeübferträguhgsflächen dienen, in jeden Trennwand. Die Trennwände können dabei eine Anzahl von Kammern aufgeteilt ist, wobei der z. B. als einfache Schrägwände,: als zickzackförmige in jederKammer entstehende Dampf an der Ober- 5° Wände ähnlich dem Stand der Technik oder als in fläche der zur nächstfolgenden Kammer weisenden Rohrwände eingelassene senkrechte Rohre ausgebil-Trennwand kondensiert wird und dabei Wärme auf det sein. Es kommt nur darauf an, daß sie ihre die andere Seite der betreffenden Trennwand abgibt, Wärmeübertragungsfunktion in ausreichendem Maße die wiederum das in der nächstfolgenden Kammer erfüllen.

befindliche Rohwasser i teilweise verdampft. Das 55 Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungs-Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß in den beispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert, aufeinanderfolgend auf stufenweise abfallenden Ar- In den Zeichnungen stellt dar
beitsdruck gehaltenen Kammern das zu verdamp- Fig. 1 einen Vertikalschnitt einer ersten, besonfende Rohwasser in Form eines dünnen Films über ders einfachen Ausführungsform des Verdampfers,
die Oberfläche/der zur vorhergehenden Kammer 60 Fig. 2 einen Vertikalschnitt einer zweiten Ausweisenden Trennwand geführt und der entstehende führungsform des Verdampfers,
Dampf unmittelbar von dieser Trennwand aus an F i g. 3 in vergrößertem Maßstab eine isometrische die Oberfläche der zur nächstfolgenden Kammer Ansicht eines Teils des Verdampfers nach F i g. 2,
weisenden Trennwand geleitet wird. Fig. 4 in vergrößertem Maßstab einen Vertikal-

Das erfindungsgemäße Verfahren verknüpft daniit 65 schnitt einer Modifikation des Verdamp'srs nach

in konsequenter und verfahrenstechnisch sehr ge- Fig. 2 und 3,

schickter Weise die Entspannungsverdampfung mit Fig. 5 einen Vertikalschnitt einer weiteren Aus-

sowohl der »Dünnfilmverdampfung« als auch der führungsform des Verdampfers,

F i g. 6 einen Vertikalschnitt einer vierten Ausführungsform des Verdampfers,

.Fig. 7 ein Schema einer Modifikation der Verdampfer nach Fig. 1 bis 6 und

Fig. 8 eine Ansicht einer weiteren Modifikation des Verdampfers nach F i g. 6.
' Der in Fig. 1 wiedergegebene Verdampfer besteht aus einem rechtwinkligen Kessel 10, der durch schräge Trennwände 12 in eine Anzahl von Verdampfungskammern 14 unterteilt ist. Die Kammern 14 liegen übereinander, so daß jeder Trennwand 12 zwei Kammern gemeinsam ist. Die Trennwände bestehen aus einem Schichtmetall von guter Wärmeleitfähigkeit und dienen als Wärmeübertragungsflächen zur Zufuhr von Wärme an das zu-verdampfende Rohwasser, welches über Zufuhranschlüsse 16 auf die oberen Wandungsflächen der Trennwände aufgegeben wird. Unmittelbar oberhalb der tiefstgelegenen Enden der Trennwände befinden sich Auslaßanschlüsse 18 für den nicht zur Verdampfung gelangten Teil des Rohwassers, während un^ mittelbar unterhalb dieser tiefstgelegenen Enden der Trennwände Frischwasser-Sammelbecken oder -Sammelbehälter 20 angeordnet sind. Das sich darin sammelnde Frischwasser wird über Abflüsse 22 abgezogen. Unterhalb der untersten Verdampfungskammer 14 befindet sich eine Heizkammer 24 mit einem Einlaß 26 und einem Auslaß 28 für Heizdampf, und oberhalb der obersten Verdampfungskammer 14 ist eine Kühlkammer 25 angeordnet mit einem Einlaß 30 und einem Auslaß 32 für ein Kühlmittel. Die Trennwände zwischen den betreffenden Verdampfungskammern 14 und der Heizkammer 24 bzw. der Kühlkammer 25 sind mit 12' und 12" bezeichnet.

Im Betriebszustand des Verdampfers tritt das Rohwasser, das vorgeheizt sein kann oder auch nicht, über jede der Zufuhröffnungen 16 in den Kessel 10 ein und rinnt in dünner Schicht über die oberen Wandüngsflächen der Trennwände 12 bzw. 12'. Zur gleichen Zeit wird Heizdampf aus einer nicht dargestellten Fremdquelle über den Anschluß 26 in die Heizkammer 24 des Verdampfers eingeleitet. Der Heizdampf kommt zum Kontakt mit der untersten Trennwand 12'. Dort gibt er Wärme an die auf dieser Trennwand abwärts fließende Schicht von Rohwasser ab, mit dem Ergebnis, daß ein Teil des Rohwassers mit geringerem Druck und geringerer Temperatur als in der Heizkammer 14 verdampft wird. Dieser Dampf steigt von der Trennwand 12' aus aufwärts und gibt Wärme an die auf der oberen Wandungsfläche der nächsten, die erste von der zweiten Verdampfungskammer 14 trennenden Trennwand 12 abwärts fließende Rohwasserschicht ab. Dabei wird er an der unteren Wandungsfläche dieser Trennwand 12 kondensiert und fließt als Frischwasser-Destillat über diese Wandungsfläche zum Sammelbecken 20. Von dort wird das Frischwasser über Abflüsse 22, die von der ersten Verdampfungskammer 14 an vorgesehen sind, abgezogen.

Derjenige Teil des Rohwassers, der nicht auf der oberen Wandungsfläche der Trennwand 12' verdampft worden ist, wird über den Auslaßanschluß 18 der ersten Verdampfungskammer 14 abgenommen. Der in der Heizkammer 24 an der unteren Wandungsfläche der untersten Trennwand 12' kondensierte Dampf sammelt sich am Boden der Kammer 24 und wird dort als Kondensat über den Auslaß 28 entfernt. In jeder Kammer findet über Entlüftungsöffnungen, die in den Zeichnungen nicht weiter dargestellt sind, eine Entlüftung statt.

Der vorangehend für die Heizkammer 24 und die erste Verdampfungskammer 14 beschriebene Vorgang läuft entsprechend auch in allen nachfolgenden Verdampfungskammern ab, lediglich mit dem Unterschied, daß in jeder folgenden Kammer Druck und Temperatur geringer sind als in der unmittelbar vor-

lp angegangenen Kammer. Mithin wird -— mit Ausnahme der untersten, durch Fremddampf beheizten Trennwand 12' — die Rohwasserschicht auf der oberen Wandungsfläche einer jeden Trennwand 12 durch den Dampf erhitzt, der durch Verdampfung von Rohwasser in der unmittelbar darunter liegenden Kammer erzeugt worden ist. Sowohl das Frischwasser als auch das unverdampft gebliebene Rohwasser werden kontinuierlich über die Auslaßanschlüsse 18 bzw. die Abflüsse 22 abgezogen. Die obere Trennwand 12" der obersten Verdampfungskammer 14 wird nicht mehr durch weiteres zu verdampfendes Rohwasser, sondern durch ein besonderes, über die Anschlüsse 30 und 32 zugeführtes Kühlmittel gekühlt. .

Der in Fig. 2 und 3 wiedergegebene Verdampfer ist dem Verdampfer nach Fig. I funktionsmäßig gleich, so daß für einander entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Im Falle der Fig. 2 und 3 sind zur Unterteilung des Kessels 10 in die Verdampfungskammer!! 14 harmonikaartige, zickzackförmig angeordnete Trennwände 12 vorgesehen, die wiederum aus einem Schichtmetall von guter Wärmeleitfähigkeit bestehen und als Wärmeübertragungsflächen dienen. Das zu verdampfende Rohwasser wird auf die oberen Wandungsflächen sämtlicher Trennwände 12 und 12' (nicht jedoch der obersten Trennwand 12") aufgegeben, und zwar über Zufuhrrohre 16, die mit Verteilerköpfen 34 versehen sind. Jeder Verteilerkopf 34 ist dabei direkt oberhalb und längs dem von zwei aneinanderstoßenden Trennwänden 12 bzw. 12' gebildeten Grat 36 angeordnet (s. F i g. 3) und mit einer Anzahl abwärts gerichteter Sprühdüsen 38 versehen, die das Rohwasser gleichmäßig auf den Grat 36 aufsprühen. Auf diese Weise ergibt sich ein dünner abwärts fließender Film von Rohwasser auf den oberen Wandungsflächen der Trennwände 12.

Die unterste Kammer 24 des Verdampfers nach Fig. 2 ist wie auch im Falle der Fig. 1 die Wärmeso eingangsstufe, die bei höheren Temperaturen und Drücken arbeitet als alle übrigen Stufen und die über einen Dampfanschluß26 mit Fremddampf (wie z.B. aus einem Abgaskessel) beheizt wird. Entsprechend ist die oberste Kammer 25 wiederum eine mit einem besonderen Kühlmittel gespeiste Kühlkammer.

Im Betrieb wird ein Teil des von den Düsen 38 abgegebenen, in einem dünnen Film auf den oberen Wandungsflächen der Scheidewände 12 bzw, 12' abwärts fließenden Rohwassers verdampft. Der Rest des Rohwassers sammelt sich in den zwischen zwei aneinanderstoßenden Trennwänden gebildeten Mulden 40 und gelangt von dort aus in Auslaßrohre 18, die die Mulden 40 miteinander verbinden und durch die Seitenwandungen des Kessels 10 hindurch nach außen geführt sind. Auf der Unterseite der Trennwände 12 bzw. 12' und direkt unterhalb einer jeden Mulde 40 befindet sich ein Destillat-Sammelbecken 20 in Form einer Rinne. In jeder Kammer sind die

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einzelnen Rinnen über Abflußrohre 22, die ebenso fer aus versorgt werden. In dem Hilfsverdampfer

wie die Auslaßrohre 18 durch die Seitenwandungen werden das konzentrierte Rohwasser oder das Frisch-

des Kessels 10 hindurchgefühlt sind, miteinander Wasser entspannt und geben dabei Wärme an das

verbunden. . frische Rohwässer ab, das auf dem Wege zürn Haupt-

' Bei den vorangehend beschriebenen Verdampfern 5 verdampfer durch; dieHeizsektiön des Hilfsverdarnp-

können zahlreiche Abänderungen vorgenommen fers strömt. Alternativ kann aber auch'der durch das

werden. So' kann an Stelle der Verwendung von Entspannen des Rohwassers oder des Frischwassers

Dampf aus einem Abgaskessel die Heizkammer 24 meiner oder mehreren Kammern des Hilfsverdamp-^

mit einer Flüssigkeit gefüllt und direkt erhitzt wer- fers erzeugte heiße Dampf in idie geeignete oder die

den. In diesem Fall kann das Heizmedium Verbren- io geeigneten Kammern des Hauptverdämpfers ein-

nühgs-Äbgas aus einer Verbrennungskraftmaschine gespeist werden. ; '

öder einer Gasturbine sein. Alternativ können auch Außerdem kann auch die Art, in der das Rohheiße Gase direkt in die Heizkammer 24 eingeleitet wasser auf die oberen Wandungsflächen der Trennwerden, so daß sie ihre Wärme unmittelbar auf die wände12 bzw. 12' in Fig. 2 und 3 aufgesprüht wird, auf der untersten Scheidewand 12'befindliche Schicht 15 in weitem Umfang variiert werden. Beispielsweise von Rohwasser übertragen. können die Verteilerköpfe 34 an Stelle der vielen Auch die Führung des Rohwassers innerhalb des Düsen 38 mit Ausläßschlitzen versehen werden, und Verdampfers braucht nicht unbedingt in der voran- sie können auch zwischen den Gräten 36 und untergehend beschriebenen Weise zu erfolgen, sondern halb deren Ebene angeordnet werden, wenn es wünkann dem jeweiligen Bedarf entsprechend abgewan- 20 sehenswert sein sollte, das Rohwässer unter Druck delt werden. Folgende grundsätzliche Möglichkeiten gegen die geneigten Wandungsflächen zu sprühen, sind gegeben: Falls es notwendig sein sollte, das Rohwasser in

1. Eine gesonderte Zufuhr und ein gesonderter Serie durch alle Kammern zu leiten, können, wie in Auslaß ist für das Rohwasser'in jeder Kammer F i g. 4 gezeigt, Einrichtungen vorgesehen sein, vorgesehen, wöbet das in jeder Kammer ab- 25 welche das sich in den Mulden 40 der Kammern gezogene Rohwa'sser verworfen wird. sammelnde Rohwasser auf die oberen Wahdungs-

2. Das Rohwasser wird in Serie durch alle Kam- flächen der nächsthöheren Trennwände 12 »empormern von der ersten Verdampfungskammer bis sprudeln«. Diese Einrichtungen bestehen z.B. aus zur letzten Verdampfungskammer hindurch- einem Steigrohr 42 mit einer Verengung 44 am untegeleitet. 3° ren Ende, wobei das Rohwasser entspannt wird,

3. Das Rohwasser wird in Serie durch alle Kam- wenn es durch die Verengung hindurchtritt.

mern von der letzten Verdampfungskammer bis Im übrigen können unterhalb der Trennwände 12

zur ersten Verdampfungskammer hindurchge- Separatoren 46 vorgesehen sein, um zu verhindern,

leitet. daß der gegen die unteren Waridungsflächen der

4. Konzentriertes Rohwasser, das von den letzten 35 Trennwände 12 strömende Dampf Tröpfchen von oder der letzten Verdampfungskammer abge- Rohwasser mit sich reißt. Diese Separatoren können zogen wurde, wird mit frischem Rohwasser ge- von sehr einfacher Bauart sein, sie besitzen zweckmischt und durch die ersten oder durch alle mäßig die Form gebogener Platten, die den Dampf-Kammern rezirkuliert. strom verwirbeln oder seine Richtung abrupt ändern.

5. Konzentriertes Rohwasser, das von den ersten 40 In den in Fig. 2 bis 4 erläuterten Verdampfern sind oder der ersten Verdampfungskammer abgezö- die Trennwände 12 in einem Winkel zwischen 1° gen wurde, wird mit frischem Rohwasser ge- und 15° gegenüber der Vertikaleri geneigt. Der Neimischt und durch die letzten oder durch alle gungswinkel der Trennwände 12 ist dabei jedoch Kammern rezirkuliert. nicht besonders kritisch. Auch brauchen die Treriri-

Weiterhin kann auch die Strömung des Frisch- 45 wände 12 nicht unbedingt zickzäckförmig angeordnet

Wassers jm Verdampfer ebenfalls je nach Anwen- zu sein, sie können vielmehr horizontale,vertikale

düngszWeck mehreren unterschiedlichen Schemen oder gekrümmte Flächen enthalten, Ihre von den ein-

fölgeh. Die Wichtigsten Möglichkeiten sind die beiden fachen Schrägflächen gemäß Fi g. Γ abweichende

folgenden: Form hat lediglich den Zweck, die Wärmeüberträ-

1. Das Frischwasser wird von jeder Kammer sepä- 50 gungsfläche zwischen den einzelnen Kammern mög-

fat äbgezögeq. liehst groß zu machen.

'% Das Frischwasser wird in Kaskade durch jede Schließlich ist es auch nicht notwendig, daß die

der Kammern von der ersten zur letzten Ver- einzelnen Verdämpfungskammern im Kessel über-

dämpfung^kämmer geführt. ' '■ " einander angeordnet sind. In einzelnen Fällen'mag

Außerdemι kätin esin manchen Anweridüngsf allen 55 es sich vielmehr' als zweckmäßiger ergeben, die

zWeciqhäßjg sein' das RöhwasSer vor dem Eintritt in Kammern Seite an Seite in einer öder mehreren

die:einzelnen"Itärnniprn des Verdampfers30 So'vor- horizontalen Ebenen anzuordnen. '

i;üheizen, daß sich seine: Tenjpbratur bereits der- ; Eine etwas andere Ausführung des 'Verdampfers

jöhigeh Tenipbrätür^ annähert, bei der die betreffende ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dieser Ausführung sind

Kammer arbeitet. Zu diesem Zweck kann das frische 60 die flachen schrägen öder zickzackförhügeri Trenri-

Rohwasser im Wärrneaüsiaüsch mit konzentriertem, wände 12 der Fi'■%. 1 bis 4 ersetzt durch kurze Röhre

vom Verdampfet^ abgezogeueni RöhWässer oder 48, die an Rohrwäriden ähnlichen Tfagplatten be-

frischem, vom Verdampfer ' abgezögeneri Frisch- festigt sipd. Diese Platten SO zusammen mit den

wasser geführt werden. Zuril Wärmeaustausch kann Rohren 48 besitzen dabei genau die gleiche Treiin-

behutzt werdbh ein ürjlicher Wärmeaustauscher öder, 65 wand-Funktion wie die Wände 12 in den vorän-

alternätiv, ein öder 'mehrere Hilfs-Eritspanriurigsver- gehenden Figuren. Der in Fig. 5 gezeigte Verdamp-

dämpfer, die riiit heißem konzentriertem Rohwasser fer erlaubt in einfacher Weise, das Rohwässer in

Und/oder heißem Frischwasser vorn HaüptVerdarrip- Kaskade von Kammer zu Kammer abwärts zu füh-

ren. Dabei wird das Rohwasser teilweise entspannt, Das frische Rohwasser, das über eine Pumpe 62 wenn es durch die Verengung 52 in jedem Rohr 48 dem Verdampfer zugeführt wird, wird vor dem Einhindurchtritt. Die Trichter 54 oberhalb eines jeden tritt in den Hauptteil des Verdampfers in einem Rohrs dienen zum Auffangen von nicht verdampftem Wärmeaustauscher 64 durch die Abhitze des Dampfs, Rohwasser aus der unmittelbar darüber gelegenen 5 des Rohwassers und des Destillats der letzten Stufe Kammer. Der in den einzelnen Kammern erzeugte vorgeheizt. Vom Wärmeaustauscher 64 aus fließt das Dampf umströmt die Außenwandungen der Rohre Rohwasser innerhalb der Leitung 66 (die im allge-48. Das Frischwasser-Destillat wird über Abflüsse 22 meinen die Form eines Rohrbündels besitzt) aufin der gleichen Weise abgezogen, wie dies bereits bei wärts durch die aufeinanderfolgenden Stufen der den Fig. 1 bis 4 beschrieben war. io Anlage hindurch und wird dabei durch den ent-

Eine Modifikation des in F i g. 5 gezeigten Ver- spannten Dampf weiter vorgeheizt. Am Kopf des

dampfers ergibt sich aus Fig. 6. Dort sind die ein- Kessels IO wird eine geringe Dampfmenge aus einer

zelnen Kammern so übereinandergeschichtet, daß Fremdquelle, die über eine Leitung 70 zugeführt

sich die letzte Kammer ganz unten befindet. Das wird, in einem Heizaggregat 68 mit dem frischen

heiße Rohwasser tritt von der Eingangskammer 56 15 vorgeheizten Rohwasser zum Wärmeaustausch ge-

oben. im Kessel aus in den obersten Satz der Rohre bracht, um dessen Temperatur in der Eingangs-

48 ein und fließt unter Entspannung durch die Rohre kammer 56 auf die für den Eintritt in die erste Ver-

hindurch abwärts in die nächste Kammer. Dieser dampfungsstufe notwendigen Bedingungen zu brin-

oberste Satz von Rohren wird an seiner Außenfläche gen. Die soweit beschriebene Anordnung des Vor-

durch Heizdampf beheizt, der von einer Fremdquelle ao heizens des Rohwassers besitzt den Vorteil sehr

aus über ein Dampf rohr 26 dem Verdampfer zu- großer Einfachheit.

geführt wird und der das Rohwasser innerhalb eines Eine etwas andere Methode des Vorheizens des jeden Rohres 48 zum Sieden bringt. Mithin befinden Rohwassers ist in Fig. 7 erläutert. Das frische Roh- ( sich in den Rohren 48 sowohl entspannter Dampf wasser wird in parallelen Strömen 72 den einzelnen, als auch Rohwasser. Dabei werden sowohl die Ent- »5 nur schematisch angedeuteten Kammern bzw. Stufen Spannungsenergie als auch das hydrostatische Ge- des Verdampfers 10 zugeführt, und die Hauptmenge fälle ausgenutzt, um die Geschwindigkeit der Wärme- dieses Rohwassers wird durch den Verdampfer hinübertragung innerhalb der Rohre 48 zu fördern, und durch abwärts gezogen. Bei dieser Anordnung kann zwar durch Verringerung der Stärke des Oberflächen- ein kleineres, durch Frischdampf beheiztes Heizfilms von Rohwasser und durch Vergrößerung seiner 30 aggregat 65 benutzt werden, und im übrigen ergibt Strömungsgeschwindigkeit über die Oberfläche hin- sich der Vorteil, daß in allen Teilen des Verdampweg. fers eine konstante Konzentration des Rohwassers

Der solcherart in den von der Eingangskammer 56 aufrechterhalten wird, was in einzelnen Fällen notausgehenden Rohren 48 (die nachfolgend auch als wendig oder wünschenswert sein kann. Außerdem die erste Verdampfungsstufe bezeichnet werden) er- 35 kann bei dieser Methode die Größe der Wärmeüberzeugte Dampf wird in der unterhalb dieser Rohre tragungsflächen zwischen den einzelnen Kammern befindlichen Kammer von dem Rohwasser getrennt bzw. Stufen des Verdampfers reduziert werden. Das und über Feuchtigkeits-Abscheider 46 in den Kon- soweit beschriebene System des Vorheizens des densatipnsabschhitt 58 der nächsten Verdampfungs- Rohwassers ist im übrigen auch bei den in F i g. 1 stufe eingeleitet. Dabei gibt der Dampf Wärme an 4° bis 4 beschriebenen Verdampfern anwendbar,
das durch die Rohre 48 der zweiten Stufe abwärts Einer der Vorteile der Verdampfer nach F i g. 5 fließende Rohwasser ab. Da aber der Dampf zunächst bis 7 liegt darin, daß die Leistungscharakteristik die gleiche Temperatur besitzt wie das Rohwasser, eines jeden Rohrs 48 leicht bestimmt werden kann, muß noch ein Temperaturgradient erzeugt werden, Jede Produktionszunahme bei jeder Stufe macht ä damit eine Wärmeübertragung stattfinden kann. Dies 45 lediglich eine entsprechende Vergrößerung der Zahl ™ wird bewirkt durch ein gewisses Entspannen des der Rohre 48 oder Platten 50 notwendig. Mithin ist Rohwassers in den düsenartigen Verengungen 52 es möglich, Blocks von Röhren oder Platten in voreines jeden Rohrs 48. geformten Einheiten von gegebener Leistung zu eht-

Jede Stufe innerhalb des Kessels nimmt somit werfen und vorzufertigen. Dabei kann jede Stufe aus Rohwasser und Dampf von der unmittelbar darüber 50 solchen Einheitsblocks, die in der Form eines Bebefindlichen Stufe auf, so daß ein sehr einfaches hälters miteinander befestigt sind, hergestellt wer-Durchlaufschema durch den Kessel hindurch nach den, und alle übrigen, ebenfalls aus diesen Einheitsunten erzielt wird, bis schließlich das am stärksten blocks gefertigten Stufen können auf diese erste konzentrierte Rohwasser am Boden des Kessels aus Stufe übereinander aufgeschichtet werden!
der letzten Stufe abgezogen wird. Der Transport von 55 In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Rohwasser und Destillat von einer Stufe zur nächsten in den Fig.l bis 7 gezeigten Verdampfer in einen wird in einfacher Weise durch freien Fall bzw.verti- gewissen Rekompressions-Zyklus einzuschließen, kalen Strom bewirkt, und der Druckabfall von Stufe z. B. dann, wenn Hochdruckdampf zur Verfügung zu Stufe kann gering gehalten werden, da dieser steht, der energiereich genug ist, um mechanische Druck unterstützt wird durch die Schwerkraft beim 60 Leistung zu erzeugen und dennoch eine gewisse Abwärtsfließen des Rohwassers. Auf diese Weise Menge von Niederdruckdampf für die Wärmeeinergibt sich der Vorteil, daß in dem Verdampfer eine gangsstufe des Verdampfers zu ergeben. Die auf diese sehr große Anzahl von Verdampfungsstufen unter- Weise erhaltene mechanische Leistung kann zur gebracht werden können. Kompression des Dampfs am Auslaß einer oder

Das in jeder Stufe erzeugte Destillat wird unter 65 mehrerer Kammern bzw. Stufen verwendet werden,

Entspannung über Leitungen 60 abwärts zur nach- um diesen Dampf unter den Bedingungen des Heiz-

sten Stufe geführt, wodurch sich ein zusätzlicher dampfs in die Wärmeeingangsstufe des Verdampfers

Heizdampf zur Beheizung der nächsten Stufe ergibt. zurückzuleiten. Wenn ein Turbo-Kompressor zum

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Komprimieren des Dampfs verwendet wird, kann der wasser in der schon an Hand der F i g. 6 im einzelnen Abdampf der Turbine in die Wärmeeingangsstufe beschriebenen Weise durch den Verdampfer hin- und auch die Vorheizstufe des Verdampfers geleitet durch aufwärts bis zur letzten Stufe. Die in dem werden. Dies vermindert die Menge an frischem Rohwasser, im Destillat und im Dampf dieser letzten Niederdruckdampf, der zum Vorheizen des Roh- 5 Stufe enthaltene Abwärme wird wiederum zum Vorwassers und zur Speisung der Wärmeeingangsstufe heizen des frischen Rohwassers im Wärmeaustauscher des Verdampfers benötigt wird, so daß sich der Ge- 64 ausgenutzt,
samtverbrauch an Frischdampf vermindern läßt. Zur Rekompression des im Verdampfer erzeugten

Als Beispiel für die durch Rekompression erziel- Dampfs ist ein Kompressor 78 vorgesehen, der von baren Vorteile in Verbindung mit einem vielstufigen io einer Turbine 74 betrieben wird. Letztere wird durch Verdampfer gemäß der Erfindung sei der Fall eines Hochdruck-Frischdampf aus einem Boiler gespeist, Verdampfers betrachtet, der mit einem Netto-Aus- wobei der Abdampf der Turbine über eine Dampfbeuteverhältnis von 20: I arbeitet. Falls für den Be- leitung 76 dem Heizaggregat 68 zugeführt wird. Der trieb einer derartigen Anlage I kg Frischdampf be- Kompressor 78 entnimmt an den Punkten 80, 82, 84 nötigt wird, werden somit 20 kg Frischdampf gewon- 15 oder 86 (also aus den Dampfräumen einzelner oder nen. Wenn nun der Dampf vom Auslaß der letzten aller der nur schematisch angedeuteten Verdamp-Kammer bzw. Stufe abgezapft wird, anstatt daß die fungsstufen) aus dem Verdampfer Niederdruckgesamte im Dampf enthaltene Wärme verworfen dampf, der komprimiert und über die Leitung 88 in wird, kann der Dampf mittels der im zugeführten den Verdampfer zurückgeführt wird. Dadurch än-Frischdampf enthaltenen Energie auf die »Wärme- 20 dem sich die Mengenströme innerhalb der Anlage, eingangs«-Bedingungen komprimiert werden. Unter denn es wird bei jeder angezapften Stufe entspreder Annahme, daß ein Turbo-Kompressor 1 kg chend weniger Dampf im Verdampfer abwärts zur Frischdampf benötigt, um 2 kg des Dampfs im Zu- nächsten Stufe geleitet und somit in der nächsten stand der niedrigsten Temperatur zu rekomprimie- Stufe auch weniger Destillat erzeugt. Die Destillatren, und unter der Voraussetzung, daß für die be- 35 Erzeugung verschiebt sich also mehr zu den oberen trachtete Anlage insgesamt 1 kg Frischdampf be- Stufen hin. Dies hat neben dem durch die Rekomnötigt ist, muß mithin Vs kg des Dampfs von der pression grundsätzlich erzielbaren Vorteil des Lei-Hochdruckquelle und -/3 kg aus dem abgezapften stungsgewinns auch noch den Vorteil, daß die oberen Dampf kommen. Mit anderen Worten ergibt sich Stufen größer und die unteren Stufen kleiner gebaut eine Reduktion der benötigten Frischdampfmenge 30 werden können als bei einem Verdampfer ohne von 1 kg auf Vn kg. Da andererseits aber der Aus- Rekompression (bei dem für gleiche Frischwassergang des Verdampfers konstant auf 20 kg (gemessen ausbringung in jeder Stufe diese mit fallendem Druck z. B. als Stundenleistung) bleibt, erhöht sich das größer werden). Die Baugrößen aller Stufen können Netto-Ausbeuteverhältnis von 20 : 1 zu 60: I. Mit- folglich einander angenähert oder sogar angeglichen hin ergibt sich ein Gewinn von 3 : 1 gegenüber einem 35 werden, wodurch sich ein optimales Baukastenohne Rekompression arbeitenden Verdampfer. prinzip dahingehend ergibt, daß jedes vorgefertigte

F i g. 8 zeigt einen Verdampfer, der die allgemeine Teil als Stufe niederen oder höheren Drucks dienen

Ausführungsform gemäß F i g. 6 besitzt, aber zusatz- kann. Es genügt dann beim Zusammenstellen eines

Hch in der vorangehend beschriebenen Weise mit Verdampfers, die Zahl der Stufen zu wählen und

Rekompression arbeitet. Das Rohwasser wird mittels 40 alle übrigen Parameter so zu gestalten, daß jede

der Pumpe 62 über den Wärmeaustauscher 64 und Stufe maximal ausgelastet ist.

dann über die Leitung 66 durch die einzelnen Stufen Die Rekompression ist nicht auf die Verwendung des Verdampfers hindurch aufwärts in das Heiz- eines Turbo-Kompressors 78 beschränkt. Vielmehr aggregat 68 geleitet, um dessen Temperatur auf die können auch andere Kompressor-Systeme, beispielskorrekte Einlaßtemperatur für die Eingangskammer 45 weise ein Ejektor oder ein Kolbenverdichter, Verdes Verdampfers zu bringen. Danach läuft das Roh- wendung finden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Frischwasser aus salzhaltigem Rohwasser durch Verdampfung mittels eines Mehrkammer-Verdampfers, dessen Kessel-Innenraum durch Trennwände, die als Wärmeübertragungsflächen dienen, in eine Anzahl von Kammern aufgeteilt ist, wobei der in jeder Kammer entstehende Dampf an der Oberfläche der zur nächstfolgenden Kammer weisenden Trennwand kondensiert wird und dabei Wärme auf die andere Seite der betreffenden Trennwand abgibt,-die wiederum das in'der nächstfolgenden Kammer befindliche Rohwasser teilweise verdampft, dadurch gekennzeichnet, daß in den aufeinanderfolgend auf stufenweise abfallenden Arbeitsdruck gehaltenen Kammern das zu verdampfende Rohwasser in Form eines dünnen Films über die Oberfläche der zur vorhergehenden Kammer weisenden Trennwand geführt und der entstehende Dampf unmittelbar von dieser Trennwand aus an die Oberfläche der zur nächstfolgenden Kammer weisenden Trennwand geleitet wird.

2. Verdampfer zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit mehreren, durch wärmeübertragende Trennwände gegeneinander abgeteilten Kammern, die mit Einrichtungen zum Zuführen von Rohwasser und zum Abführen von Frischwasser versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kammer (14) durch zwei geneigt zur Horizontalen verlaufende Trennwände (12) begrenzt ist, von denen die eine als Rohwasser-Verdampfungsfläche die Trennwand zur vorhergehenden Kammer und die andere als Frischwasser-Kondensationsfläche die Trennwand zur nächstfolgenden Kammer bildet, und daß Einrichtungen (z. B. 34 und 52) vorgesehen sind zur Einstellung eines stufenweise abfallenden Arbeitsdrucks in den einzelnen Kammern sowie zur Erzeugung eines abwärtsfließenden Films auf der als Rohwasser-Verdampfungsfläche dienenden Seite einer jeden Trennwand.

3. Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (12) zickzackförmig angeordnet sind, wobei in der Nähe der höchstgelegenen Teile dieser Trennwände Einrichtungen (38) zum Aufsprühen des Rohwassers und Unterhalb der niedrigst gelegenen Teile dieser Trennwände Frischwasser-Sammeleinrichtungen (20) angeordnet sind.

4. Verdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß von Stellen oberhalb der niedrigst gelegenen Teile der Trennwände (12) der einen Kammer Steigleitungen (42) zu Stellen oberhalb der höchstgelegenen Teile der Trennwände der nächstfolgenden Kammer vorgesehen sind, wobei jede Leitung einen verengten Durchtritt (44) aufweist.

5. Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern übereinander angeordnet sind und die Trennwände aus von Rohrplatten (SO) getragenen Sätzen von offenen Rohren (48) bestehen, wobei jedes Rohr eine Verengung (52) enthält und unterhalb dieser Verengung eine Verdampfungsstufe bildet.

6. Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompressor (78) vorgesehen ist, an dessen Saugstutzen eine oder mehrere Kammern und an dessen Druckstutzen ein Heizaggregat (68) zum Vorheizen des in den Verdampfer einlaufenden ''Rohwassers angeschlossen sind.