DE1519652A1

DE1519652A1 - Verfahren zur mehrstufigen Entspannungsverdampfung und Mischkondensation

Info

Publication number: DE1519652A1
Application number: DE19641519652
Authority: DE
Inventors: Kunst Dipl-Ing Bernhard
Original assignee: GHH MAN ANLAGEN
Current assignee: GHH MAN ANLAGEN
Priority date: 1964-05-15
Filing date: 1964-05-15
Publication date: 1970-02-26
Also published as: DE1519652C3; NL6505913A; IL23526A; CH434195A; DE1519652B2; NL141787B; GB1106619A; US3457143A

Description

GIIH-H.Λ.N.-Technik

Creoelleohaft für Anlagen- Oberhauaen, den 1.Sept. Ι..υ-J

bau 1:1. b. H.

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He /Hi GMT 6 Verfahren zur mehrstufigen Entaparamn.;nver-

dampfung und Misohkondensation. Alctz. ι P 15 19 652.Ü

Entspannungsverdampfer dienen zum Eindicken von lösungen sowie zur Gewinnung deren reiner lösungskomponente, z.B. Süßwasser aus Meerwasser. Sie werden insbesondere dann angewendet, wenn die Lösung zur Bildung von Krusten an den Heizflächen neigt. Bei den bekannten mehrstufigen Entspannungsverdarapflängsverfahren mit Misohkondensation wird die einzudampfende Lösung stufenweise entweder über U-Rohre., über Drosselventile oder zwecks Ausnutzung der Druckenergie über Turbinen entspannt. Das im Gegenstrom zur Lösung geführte Kondensat muß mittels Pumpen von Stufe zu Stufe auf den jeweils nächsthöheren Druck gefördert werden.

Dadurch werden die Herstellungskosten pro Stufe erheblich erhöht; die wirtschaftlich.optimale Stufenzahl bei derartigen Verdampfern wird deshalb nicht groß. Um die Anlagekosten in erträglichen Grenzen zu halten, ist man daher gezwungen, einen höheren Wärmeverbrauch pro kg Dampf in Kauf zu nehmen, da eine kleine Stufenzahl thermodynamisch ungünstiger ist. Ferner geht bei der Entspannung die Energie verloren, die aufgewandt wird, um die Lösung auf den

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Druck der ersten Stufe z\x bringen. Ebensowenig ir.!-., axe Energie zum Hochfördern des Kondensats von otuiu i:u -_-tufe wiedergewonnen werden. Auch wenn die I)ruckei!er_f;ie auf der Verdampferseite stufenweise durch Turbiner, aua/je-uutat und den Pumpen auf der Kondensatorseite zugeführt wird, is⁴- immer noch die Energie sum Hochfördern der Lö.ju:ic auf den Druck der ersten Stufe aufzubringen, voi; der* «ί» decken den Verlustenergie der Turbinen und Kondensatyu^ijc-:-. ^a η ζ abgesehen. Infolge der zahlreichen sich drehervloü Teile leidet auch die Betriebssicherheit des Verdampfers, da ver mehrte Gefahr für Leckstellen, Korrosionsschäden und Verkrustung besteht. Auch die regeltechnischen Probleme, welche bei der Vielzahl von Druckminderuiigssystemeri und Pumpen entstehen, sind nicht unerheblich.

Gegenüber den bisherigen Verfahren bezweckt die Erfindung die Ausnutzung der statischen Flüssigkeitssäule für den AusJ-eich der Dampfdrücke in den einzelnen Verdamui'ungs- und Kondensationsstufen.

Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur mehrstufigen Entspannungsverdampfung und Mischkondensation eines Lösungsmittels aus einer Lösung zur Gewinnung des Lösungsmittels und/oder zur Konzentrierung der Lösung, bei welchem erfindungsgemäß die Lösung bis nahe unter ihren Siedepunkt erhitzt, in eine erste Entspannungskammer eingeführt und in dieser teilweise verdampft wird, der ver-

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dampfte Teil des Lösungsmittels in eine im Dampf rauin mit der ersten Entspannungskammer verbundene erste Kondensationskammer geleitet und dort durch direkte Berührung mit dem darin befindlichen Kondensat aus darüberliegenden Stufen kondensiert wird, worauf der nicht verdampfte Teil der Lösung in einer zweiten, höher gelegenen Entspannungokammer weiter entspannt und der dabei entstehende Lösungsmitteldampf einer zweiten Kondensationökammer, die mit der zweiten Entspannung skammer im Dampfraum verbunden ist, zugeführt wird, und so weiter in einer dritten und weiteren Stufen, wobei die abnehmenden Dampfdrücke in den einseinen jeweils höher gelegenen Stufen dadurch eingestellt werden, daß die Verdampfungskammer unter sich und auch die Kondensationskammer unter sich nach dem Prinzip der kommuniz renden Röhren miteinander verbunden sind, so dai3 die unterschiedlichen Dampfdrücke von der obersten kältesten bis zur untersten heißesten Stufe durch den von oben nach unten ansteigenden statischen Flüssigkeitsdruck aufgenommen werden. *

In der Zeichnung sind zwei Ausführungebeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines fünfstufigen Verdampfers mit geschlossenem Verdampfer- und Kondonsat_orkrex3lauf nach der Linie I-I in Fig. 3. Die Fig. und 3 zeigen weitere Schnitte durch den Verdampfer nach

der Linie II-II bzw. III-III in Fig. 1. Der Verdampfer-009809/1323

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kreislauf 3, wird über die Leitung 2 mit frischer Lösun/.; y der gewünschten Endkonzentration abgezogen. Die Uiwälzpumpen 4 und 5 dienen lediglich zur Überwindung der iJtrömungsdruckverluste in den Kreisläufen, sie fördern also nicht gegen eine statische Druckhöhe, da ja alle Kammern nach dem Prinzip der kommunizierenden Höhren miteinander verbunden sind. Der Wärmeaustauscher 6 dient zur !Rückgewinnung der Y/ärme des aus der unteren Stufe austretenden Kondensats 7 durch Aufheizung der frischen Lösung und eines Teiles der aus der obersten Stufe ablaufenden Lööung. Im Wärmeaustauscher 0 bzw. 9 wird zur Aufrechterhaltung der für den Dampftransport erforderlichen Temperaturdifferenzen dem System Wärme zugeführt bzw. entnommen. Der Wärmtauscher 0 ersetzt außerdem den V/ärmeverlustanteil Infolge Leitung und Strahlung an die AußenathmoSphäre. Über die Leitung 10 wird die im Verdampfer erzeugte Dampfmenge in Form von kaltem Kondensat abgezogen.

Der Verdampfer selbst besteht nach den Pig. 1-3 aus einem Mantel 11, der rechteckig oder kreisförmig sein

3ann, einer durchgehenden Trennwand 12 in Längsrichtung und Querwänden 13 zwischen Stufe und Stufe. Die Trennwand 12 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels trennt die Lösung vom Kondensat. Die Querwände 13 schließen die Dampfräume der einzelnen Stufen voneinander ab.

Dazu müssen die Flüssigkeitsspiegel 14.1 bis 14.5 der einzelnen Kammern oberhalb der Querwandunterkante gehal-

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ten werden« Das geschieht einmal dadurch, daß die Zulauftemperaturen auf der Verdampfer- und der Kondeiisatorseite so eingeregelt werden, daß die Dampfteuporotur in der untersten und der obersten Stufe de:u ;Jattdampfdruok entspricht, der den Flüssigkeitsdruck aufhebt. Ist das Gleichgewicht zwischen Dampf- und Flüssigkeitsdruck in der untersten und obersten Stufe eindeutig bestimmt, dann liegen auch die Flüssigkeitsspiegel in aIlen übrigen Stufen fest. Die Fig. 4 zeigt den Temperaturverlauf der Lösung 15 und des Kondensats 16, sowie die Dampftemperatüren 17» die sich in den einzelnen Stufen einstellen. Die zu diesen Dampftemperatüren gehörigen Sattdampfdrücke entsprechen den mittleren Flüssigkeitsständen 18 in Fig. 5.

Zum anderen ist an der Entnahmelei-tung 10 nur so viel Kondensat abzuziehen, wie erforderlich, um den Flüssigkeitsspiegel in den Kammern auf einer Höhe gut oberhalb der Querwandunterkante zu halten.

TJm Lösung und Kondensat in Umlauf zu bringen, müssen die Strömungadruckverluste des Verdampfers und Kondensators überwunden werden. Daduroh steigen in den unteren Stu-

fen der Verdampferseite die Flüssigkeitsspiegel, in den oberen sinken sie. Umgekehrt fallen sie in den oberen Stufen der Kondenaatoraeite und eteigen in den unteren. Die Pig. 5 zeigt die Binatellung der Plüaaigkeitsatände der Verdampferseite 19 und der Kondensatoreeite 20 in allen fünf Stufen, die ?ig. 3 in der untersten Stufe.

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Ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäöen Verfahrens ist in der Pig. 6, 7 und 8 ausschnittweise dargestellt. Hierbei zeigen Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Pig. 8, Pig. 7 einen Schnitt nach dei

Linie VII-VII in Pig. 6 und Pig.8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII in Pig. 6. Der Verdampfer besteht aus einem Mantel 21, einer durchgehenden Trennwand 22 (Fig. 7 und 8), Bodenblechen 23 und Schachtwänden 24. Wie beim Verdampfer gemäß Pig. 1 fließt auch in diesem Fall die Lösung 1 von unten nach oben und das Kondensat von oben nach unten. Bodenblech und Schachtwand bilden eine Art Glocke, die mit dem unteren Rand in die verdampfende bzw. in die dampfkondensierende Flüssigkeit eintaucht.

Dadurch wird auf Gx*ui*ä der oben beschriebenen Vorgänge Dampf mit einem der Flüssigkeit entsprechenden Druck von der Glocke eingeschlossen. Werden die Dampfräume zweier nebeneinander liegender Glocken der gleichen Stufe durch eine Öffnung in der senkrechten Trennwand 22 verbunden, so kann unter Einhaltung der vorbeschriebenen Betriebsbedingungen auch hier Dampf von der Lösungs- zur Kondensatoberfläche transportiert werden. Im übrigen treffen die Temperatur- und Druckverhältnisse des ersten Ausführungsbeispieles sinngemäß auch für diesen Fall zu.

In den beiden beschriebenen Beiepielen besteht eine Stufe aus nicht mehr ale ein paar Trennwänden» eo daß wegen dar geringen Hörstellmigekoattfa jß Stufe 00SS09/1323

erheblich mehr Stufen als in den Verdampfern herkömmlicher Bauart vorgesehen werden können. Dadurch sinkt die im Wärmeaustauscher 9 (Fig. 1) zuzuführende Wärmemenge beträchtlich. Gleichzeitig entfällt der Energiebedarf zur Förderung der Lösung und des Kondensats gegen den Stufendruck.

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Claims

Oberhausen, den 1. Sept. iy$S ^ Patentansprüche;

1.) Verfahren zur mehrstufigen Entspannungsverdampfung und Mischkondensation-eines Lösun-gsmittels aus einer Lösung zur Gewinnung des Lösun-gsmittels und/oder zur Konzentrierung der Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung bis nahe unter ihren Siedepunkt erhitzt, in eine erste Entspannungskammer eingeführt und in dieser teilweise verdampft wird, der verdampfte Teil des Lösungsmittels in eine im Dampfraum mit der ersten Entspannungskammer verbundene erste Kondensationskammer geleitet und dort durch direkte Berührung mit dem darin befindlichen Kondensat aus darüberliegenden Stufen kondensiert wird, worauf der nicht verdampfte Teil der Lösung in einer zweiten, höher gelegenen Entspannungskammer weiter entspannt und der dabei entstehende Lösungsmitteldampf einer zweiten Kondensationskammer, die mit der zweiten Entspannungskammer im Dampfraum verbunden ist, zugeführt wird, und so weiter in einer dritten und weiteren Stufen, wobei die abnehmenden Dampfdrücke in den einzelnen jeweils höher gelegenen Stufen dadurch eingestellt werden, daß die Verdampfungskammer unter sich und auch die Kondensationskammern unter sich nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren miteinander verbun-

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Unterlagen (Art. 7 § I Abs. 2 Nr. l Satz 3 des Änderungsgea. v. 4.9. \8621

den sind, so daß die unterschiedlichen Dampfdrücke von der obersten kältesten bis zur untersten heißesten Stufe durch den von oben nach unten ansteigenden statischen Flüssigkeitsdruck aufgenommen werden.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet , daß das Gleichgewicht zwischen Dampf und Flüssigkeit in jeder Stufe durch Angleichung des Sattdampfdruckes an den Druck der Flüssigkeitsoberfläche mittels Einstellung der Zulauftemperatüren am Verdampfer erhalten wird.

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