DE1642440B2 - Anlage zur gewinnung reinen wassers aus meerwasser durch vielstufige entspannungsverdampfung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Gewinnung reinen Wassers aus Meerwasser durch vielstufige Entspannungsverdampfung, bestehend aus zwei Stufenfolgen, wobei die eine Stufenfolge aus den beiden ersten Verdampfungsstufen und die zweite Stufenfolge aus den anderen Verdampfungsstufen gebildet wird, deren Anzahl veränderlich ist, mit einer Rohwasserzuführung in die erste Stufe, wobei von den Verdampfungsstufen jede eine Verdampfungskammer sowie einen Kondensationsteil mit Sammelwannen für Kondensat enthält und wobei die Vorrichtungen einzelner Stufen bzw. Stufenfolgen miteinander verbunden sind und wobei in der jeder Stufe einer Stufenfolge nachgeschalteten Stufe gegenüber der vorhergehenden ein niedrigerer Druck sowie eine niedi igere Temperatur herrscht.

Die Destillation von Salz- oder anderem getrübten Wasser unter Anwendung des Prinzips der Entspannungsverdampfung zum Zwecke der Gewinnung mn Destillaten mii relativ hohen Reinheitsgraden ist bekannt.

Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wird der Reinheitsgrad derartiger Destillate begrenzt, so daß Destillate entstehen, die für die meisten Zwecke brauchbar sind. Sie haben jedoch noch ein so hohes Maß an Verunreinigungen, daß sie beispielsweise als Zusatzwasser für moderne Heizkessel oder für Kernreaktoranlagen keine Verwendung finden können.

Auch kann das aus den bekannten Verdampfungsanlagen gewonnene Destillat Anlaß zur Bildung uner meübertragungsflächen bei modernen Hochtemperatur-Kesselanlagen geben. Die Verunreinigungsteilchen können zudem in recht gefähi lichem Ausmaß radioaktiv werden, wenn sie bestimmter, vor allem in den Primär- und Sekundärkreisläufen von Kernreaktoranlagen auftretender Strahlung ausgesetzt sind.

Demgegenüber hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine mehrstufige Verdampfungsanlage in der Weise zu verbessern, daß sie unter möglichster Ausnutzung der dem Prozeß zugeführten Wärme die Gewinnung von reinem Wasser, dessen Reinheitsgrad etwa 10 bis 25 ppm entspricht und bei dem die Feststoffe vollkommen gelöst sind, ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die in den Kondensationsteilen der Stufenfolge, welcher Rohwasser zugeführt wird, angeordneten, miteinander verbundenen Sammelwannen für Kondensat mit den Verdampfungskammern der nachfolgenden Stufenfolge zu verbinden, wobei die Verbindung der Sammelwannen mit den Verdampfungskammern durch Rohrleitungen über der nachfolgenden Stufenfolge zugeordnete Kondensatoren und/oder Wärmetauscher erfolgt.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal sind aie entsprechenden Stufen der einzelnen Stufenfolgen jeweils in einem gemeinsamen Gefäß (40', 52') angeordnet und durch eine Längswand voneinander getrennt.

Durch die erfindungsgemäße Anlage läßt sich ein Destillat unterschiedlich großen Reinheitsgrades gewinnen. Nach einer besonderen Ausbildungsform der Anlage läßt sich das Destillat ohne zusätzlichen Energieaufwand gewinnen. Die Erfindung befriedigt demzufolge den Bedarf an hochreinem Zusatzwasser für Kesselanlagen od. dgl. auf recht einfache und zudem relativ billige Art und Weise.

Selbstverständlich läßt sich die Erfindung auch auf andere Art und Weise realisieren, ohne daß indes das Prinzip oder die Merkmale von Verfahren und Anlage einer wesentlichen Änderung bedürfen.

In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine mehrstufige Anlage zur Entspannüngsverdarnpfung in üblicher Bauart,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Schnittebene 2... 2 von Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine mehrstufige Anlage zur Entspannungsverdampfung nach der Erfindung,

Fig.4 die Draufsicht auf den Verdampfer nach F i g. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Anlage nach F i g. 3 in der Schnittebene 5 ... 5,

F i g. 6 eine weitere Ausführungsform der Anlage, die etwa der in F i g. 5 entspricht, und schließlich

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Fig. 6 entlang deren Schnittebene 7 ... 7.

Da zum besseren Verständnis der Erfindung gewisse Kenntnisse der Meerwasser-Entsaizung vorausgesetzt werden, ist in Fig. 1 zunächst eine bekannte vielstufige Entspannungsverdampfungsanlage dargestellt und im nachfolgenden kurz beschrieben:

Der Entspannungsverdampfer 10 hat zwei Wärmeabfuhrstufen 12 und eine Anzahl Wärmeübergangsstufen 14. Die Stufenzahl ist dabei veränderlich. Den einzelnen

wünschten Kesselstein-Ansatzes auf kritischen Wär-Wärmeabfuhrstufen 12 ist je ein Kondensatorbündel 18 mit Kondensatorröhren 20 zugeordnet. Weiterhin hat jede dieser Stufen einen Verdampferteil 22 sowie eine Wanne 24 zum Sammeln des Kondensates. Vorgesehen ist schließlich auch eine zum Betrieb der Anlage unerläßliche Vorrichtung zum Beheizen. Auf der äußeren rechten Seite von Fig. 1 wird das Rohwasser _ in der Regel Meerwasser — aus einer nich weiter dargeste'lten Quelle mittels einer Pumpe 26 angesaugt. Diese Pumpe steht dabei mit einem Rohr 28 inVerbindung. Das Rohr 28 ist seinerseits mit dem Ende der Kondensatorröhre 20 verbunden. Ein weiteres Rohr 30 ist mit dem anderen Ende der Kondensatorröhre 20 verbunden. ,₅

Ein das Ventil 34 enthaltendes Ende des Zweigrohres 32 ist schließlich mit dem Rohr 30 verbunden, während das andere Ende dieses Rohres mit dem unteren Teil des Verdampferteiles 22 in Verbindung steht. Das Rohr 36, durch welches das Destillat abfließt. steht über seine jeweiligen Enden mit der Kondensat-Sammelwanne 24 und der Destillatpumpe 38 in Verbindung.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, bestehen die Wärmeabfuhrstufen 12 aus einem äußeren Gefäßmantel 40 sowie einer Innen- oder Zwischenwand 42: diese trennt die Einzelstufen voneinander. Die rechts in dieser Figur ersichtliche Wärmeabfuhrstufe ist — auch im folgenden — als die letzte Wärmeabfuhrstufe bezeichnet.

Das Rohr 44 steht mit dem unteren Teil der letzten Wärmeabfuhrstufe in Verbindung. Die Umwälzpumpe 46 schließt sich an das Rohr 44 an. während der Abfluß aus der Umwälzpumpe durch das Rohr 48 erfolgt: das Abwasserrohr 50. an welchem ein nicht weiter gekennzeichnetes Regelventil angeordnet ist, zweigt vom Rohr 48 ab.

Die Wärmeübergangsstufen 14 sind den oben beschriebenen Wärmeabfuhrstufen ähnlich ausgebildet. Demzufolge ist auch hier der äußere Gefäßmantel durch im Abstand angeordnete Wände oder Zwischenwände 54 in mehrere Verdampfungsstufen unterteilt. |ede Stufe hat dabei einen Kondensatorteil 56 mit Kondensatorröhren 58 sowie einen Verdampferteil 60. Eine Kondensatwanne 62 liegt zudem unterhalb der Kondensatorröhren 58.

Die Wände bzw. Zwischenwände 54 der letzten Wärmeübergangsstufen 14 sowie die entsprechenden Zwischenwände 42 der Wärmeabfuhrstufen 12 sind mit Druckreduzier- und Abdichtvorrichtungen versehen, die zur Erzielung und Beibehaltung einer Druckdifferenz zwischen den aufeinanderfolgenden Stufen dienen. Diese Vorrichtungen sind in der Zeichnung durch die gemeinsame Bezugszahl 64 gekennzeichnet und umfassen eine Blende 66, ein Wehr 68 sowie einen Abweiser 70. Tauchungen 72 in den Kondensatwannen 62 sorgen für Druckabdichtung zwischen den nachfolgenden, mit 56 bezeichneten Kondensatorteilen.

Das Rohr 48 ist mit dem Ende der Kondensatorröhren 58 verbunden, wobei sich diese Röhren über die gesamte Länge des Gefäßmantels 52 erstrecken. Entsprechend erstrecken sich die Röhren 20 über die Gesamtlänge des Gefäßmantels 40.

Das Rohr 74 steht mit dem anderen Ende der Kondensatorröhren 58 in Verbindung; das Rohr 74 ist durch die schon erwähnte Heizungsanlage 16 hindurch- '>> geführt, die als indirekter Wärmetauscher ausgebildet sein kann. Im Rohr 74 ist zur Regelung der Durchflußmenyc ein Ventil 76 vorgesehen; dieses Rohr steht dabei mit einer der Wärmeübergangsstufen is Verbindung.

Das Rohr 78 verbindet den unteren Teil de¹ Verdampferteiles der letzten Wärmeübergangsstufe mi dem gleichen Teil des Verdampferteiles der erster Wärmeabfuhrstufe. Zwischen der Kondensatwanne 6i der letzten Wärmeübergangsstufe und der Kondensat wanne 24 der ersten Wärmeabfuhrstufe ist schließlich das Rohr 80 zwischengeschaltet. Die Betriebsweise de; Kondensators geht bereits aus dem vorstehender hervor. Dementsprechend wird das Rohwasser mittel: der Pumpe 26 in den Kondensator geführt. Es gelang von dort über das Rohr 28, die Kondensatröhre 20 zurr Rohr 30. Eine Teilmenge dieser Flüssigkeit wire abgelassen und der Rest fließt durch das Rohr 32 zurr Kondensatorteil 22 ab. Das Ventil 34 dient zui Regulierung der durch das Rohr 32 strömender Durchflußmenge.

Die Flüssigkeit aus dem Rohr 32 vermischt sich sodann mit der Flüssigkeit in der letzten Entspannungs kammer 22 der Wärmeabfuhrstufen 12. Diese Mischung kann sodann durch das Rohr 44 fließen und durch die Pumpe 46 durch das Rohr 48 gefördert werden. Eine Teilmenge kann auch durch das Rohr 50 abgelasser werden. Die Restmenge läuft durch die Kondensator röhren 58, Rohr 74 und Heizungsanlage 16.

Diese Flüssigkeit gelangt sodann von der Heizungs anlage 16 aus über das Ventil 76 in den Kondensatortei der ersten Wärmeübertragungsstufe. Der in dieser Stufe herrsehende Druck wird auf einem niedrigeren Wen gehalten als der Sättigungsdruck, welcher der Mischungstemperatur beim Eintritt in diese Stufe ent spricht.

Demzufolge entspannt beim Eintritt in die erste Wärmeübergangsstufe ein Teil Zu Dampf. Der Danipl steigt dabei in Richtung des Kondensatorteiles 56 auf.

Nach Fig. 2 werden die Dämpfe bei Eintritt in der Kondensatorteil durch Naßdampfabscheider 82 geleitet die zu beiden Seiten der Kondensatwanne angeordnei sind. Diese Abscheider 82 bewirken das Abscheiden det mitgerissenen Flüssigkeitströpfchen aus den Dämpfen Im Idealfall kommt demzufolge der Dampf nur mit den Kondensatorröhren 58 in Berührung.

Die die Konoensatorröhren durchströmende Flüssig keit hat eine niedrigere Temperatur als die Flüssigkeit in dem Verdampferteil 60. Somit dient die in den Kondensatorröhren 58 befindliche Flüssigkeit als Kondensationsmittel für diesen Verdampferteil; das Kondensat fällt sodann in die Wanne 62. Die Sole tritl über die Druckreduzier- und Abdichtvorrichtung 64 in die nächste Stufe ein, von wo sie dann durch die Blende 66 gelangt und schließlich am Wehr 68 und Abweiser 70 aufsteigt. Sie wird sodann durch den gekrümmten Tei des Abweisers 70 in die nächste Stufe geleitet. Die aul diese Weise hervorgerufene Druckminderung bewirkt bei einem Teil der Sole eine nochmalige Entspannungs verdampfung. Die Sole gelangt auf gleiche Weise nur durch die Wärmeübergangsstufen, durch das Rohr 78 und schließlich durch die Wärmeabfuhrstufen. Von hier aus gelangt sie weiter in hochkonzentrierter Form in die letzte Wärmeabfuhrstufe; sie wird dabei mit Zusatzwas scr aus dem Rohr 32 vermischt.

Während die Sole in der beschriebenen Weise durch die einzelnen Stufen läuft, fließt auch das Destillat durch die einzelnen Wärmeübergangsstufen, durch das Rohr 80 und die entsprechenden Wärmeabfuhrstufen. Die Tauchungen 72 sorgen dabei für Druckabdichtung zwischen den nebeneinanderliegenden Stufen. Dai

Kondensat wird schließlich mittels der Pumpe 38 durch das Rohr 36 abgezogen. Jede Stufe gibt somit der Reihe nach ihr Destillat an den Hauptdestillatstrom ab.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine vielstufige Entspannungsverdampfungsanlage, die entsprechend dem Erfin- s dungsprinzip ausgebildet ist. Mit 56' bzw. mil 18' sind die Kondensationsteile und mit 24' die Sammelwanne für das Kondensat bezeichnet. Die übrigen Teile, inwiewcii sie mit denjenigen übereinstimmen, die in der Anlage gemäß Fig. 1 bzw. 2 bereits beschrieben wurden, ic werden durch die gleichen Zahlen gekennzeichnet, die ein oder mehrere hochgestellte Strich-Indizes aufweisen.

Die zu behandelnde Flüssigkeit wird auch hier mittels der Pumpe 26' einer Quelle entnommen und zunächst ₍₅ durch die Kondensatröhren 20' der Wärmeabfuhrstufen gepumpt. Der nachfolgende Weg der Flüssigkeit entspricht in etwa dem schon beschriebenen. Danach gelangt die Flüssigkeit durch das Kondensatorrohr 58' der Wärmeübergangsstufen 14', durch die Heizanlage jo 16'. sodann durch hintereinandergeschaltete Kondensatorteile 60' der einzelnen Wärmeübergangsstufen, durch ein Rohr 78', und schließlich durch die Verdampfungsteile 22' der Wärmeabfuhrstufen 12'.

Wie F i g. 4 zeigt, ist der äußere Gefäßmantel 40' der Wärmeabfuhrstufen 12' im Innern durch eine in Längsrichtung verlaufende Wand 84 unterteilt. Auch der Gefäßmantel 52' der Wärmeübergangsstulen 14' ist durch eine in Längsrichtung angeordnete Wand 86 im Inneren unterteilt. Hieraus ergibt sich, dall die Wärmeübergangsstufen und die Wärmeabiuhrstufen, wie in den F i g. 3 und 4 dargestellt, zueinander parallel angeordnet sind. Aus Gründen besserer und übersichtlicherer Darstellung ist die Stufenfolge im unteren Teil von F i g. 4 als erste Stufenfolge und die Stufenfolge im oberen Teil als die zweite Stufenfolge bezeichnet. Wie in F i g. 5 ersichtlich, erscheint die erste Stufenfolge rechts in der Figur und die zweite Stufenfolge links. Somit sind die Kondensatorröhren 58' der ersten Stufenfolge zugeordnet. Zu dieser Folge gehören zudem auch die Kondensatwanne 62', die Druckreduzier- und Abdichtvorrichtung 64' sowie der Naßdampfabscheider 82'. während die Kondensatröhre 88, die Kondensatwanne 90 und der Naßdampfabscheider 92 zur zweiten Stufenfolge gehören. Die einzelnen Stufen der Folge sind durch eine Druckreduziervorrichtung 94, ähnlich der Druckreduziervorrichtung 64'. voneinander getrennt.

Wie aus F i g. 3 und 4 ersichtlich, führt ein Rohr 96 von der Kondensatwanne 24' bei der letzten Wärmeabfuhrstufe der ersten Stufenfolge zu einer Pumpe 98. Die Druckseite dieser Pumpe 98 steht über das Rohr 100 mit den Kondensatrohren der zweiten Stufenfolge in Verbindung. Die Kondensatröhren ihrerseits stehen mit dem Rohr 102 in Verbindung (F i g. 4). Dieses Rohr führt durch eine indirekte Heizungsanlage 104; sein anderes Ende hingegen führt zum Verdampfungsteil 60' der ersten Wärmeübergangsstufe der zweiten Stufenfolge. Das Rohr 106 verbindet den Verdampfungsteil 60' der letzten Wärmeübergangsstufe dieser zweiten Stufenfolge mit dem Verdampfungsteil 22' der ersten Wärmeabfuhrstufe. Das Rohr 107 verbindet schließlich die Destillatwannen der Wärmeübergangs- und Wärmeabfuhrstufen der zweiten Stufenfolge. Das Rohr 108 sowie die Pumpe 110 können zum Abzug des hochreinen Destillates aus der Kondensatwanne 90 in der letzten Wärmeabfuhrstufe vorgesehen sein. Das Rohr 112 und die Pumpe 114 stehen mit dem Verdampferteil der lct/.ten Wdrmccibiuhrsiul'e /um Abzug des nicht verdampfen Pnmardestillates in Verbindung.

Die beschriebene Anlage läßt sich in gewissem Umfang varriieren. Daraus ergibt sich, daß die Stufenzahl der zweiten Folge sich im wesentlichen aus der benotigten Menge des hochreinen Destillates ergibt. Dementsprechend kann in Fällen, in welchen die auf diese Weise erzeugte Menge ausreichend ist und in welchen die thcrmodynamischcn Eigenheiten der Gesarmkonstruktion der Anlage es nicht zweckmäßig erscheinen lassen, das Nachdestillai von anderen als der letzten Stufe der zweiten Folge abgezogen werden. So kann z. rt. aas Nachdestiilat der letzten Wärmeübergangsstuie entnommen werden.

Bei der letzten Warmeabluhrsiufe kann ein Rohr 116 und ein Ventil 118 mit der Kondensatwanne 24' verbunden sein zum Abzug der jeweils gewünschten Teilmenge des l'rimardesiillates, das fur den Reinheitsgrad dieses Destillates ausreichend ist.

Die Fig. b und 7 zeigen eine Variante der Anlage. Zahlreiche Teile dieser Variante sind identisch mit den schon beschriebenen: sie sind in der Zeichnung durch Zahlen mit zwei hochgestellten Indices gekennzeichnet.

In F 1 g. b ist eine Wand 52" dargestellt, die das Ende einer Stufe bildet sowie eine Längswand 86". die die jeweiligen Serien trennt.

Aus Fi g. 7 ist ersichtlich, daß das Rohr 120. das eine Tauchung 122 sowie eine Druckreduziet blende 124 aufweist, an einem Ende mit der Kondensatwanne 62" der ersten Stufenfolge in Verbindung steht. Das Rohr 120 führt durch die Wand 52" in die nächst niedrigere Stufe und sodann durch die Längswand 86"; das Rohr 120 mündet schließlich in einer Stufe der zweiten Folge. Der Druck in der Stufe dieser Folge ist niedriger als der Sättigungsdruck des in das Rohr 120 eintretenden Destillates.

Die Betriebsweise der in den F 1 g. b und 7 gezeigten Ausführungsform ist folgende: Die durch das Rohr 120 und die Druckreduziervorrichtung 124 in die Stufe der zweiten Folge eintretende Flüssigkeit entspannt zu Dampf. Dieser steiet durch die Naßdampfabscheider 92" und berührt die Kondensatröhren 88": er wird hier nun niedergeschlagen und fällt in die Kondensatwanne 90". Nichtverdampfie Teilmengen fallen auf den Boden der Stufe und gelangen durch die Druckreduziervorrichtung 94", wobei eine weitere Teilmenge zu Dampf entspannt wird. Dementsprechend werden Dämpfe aus der Entspannung der Flüssigkeit, die in die nächste Stufe eintritt, durch ein dem Rohr 120 ähnliches Rohr mit Dämpfen der nichientspanmcn Teilmenge vermischt, die durch die Druckreduziervorrichtung 94" in die Stufe fließt.

Es ergibt sich somit ein Nachdestillatstrom in der Kondensatwanne 90". wobei ein Strom unentspannten Destillates in den Verdampfungsteilen der zweiten Folge verteilt wird.

Bei der in den F i g. 6 und 7 gezeigten Ausführungsform kann eine Teilmenge der Umlaufflüssigkeit, d. h. die Flüssigkeit, die durch das Kondensatrohr 58" fließt, durch das Kondensatrohr 88" der Stufen der zweiten Folge umgeleitet werden. Unter Berücksichtigung thermodynamischer Gesichtspunkte kann eine aus anderen Quellen stammende Flüssigkeit alternativ ebenso benutzt werden.

Die Anzahl der nach den Fig.6 und 7 ausgeführten Stufen ist von der benötigten Menge hochreinen Wassers abhängig. Da der Bedarf an hochreinem Zusatzwasser bei modernen Kesselumlaufsystemen

liv niedrig ist, braucht nur ein Teil der Gesamtanzahl her Stufen in diesen Fällen so ausgeführt zu werden, in den F i g. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform kann Vorteil sein in Fällen, wo eine große Teilmenge des amtproduktes von hohem Reinheitsgrad sein muß.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anlage zur Gewinnung reinen Wassers aus Meerwasser durch vielstufige Entspannungsvcrdampfung, bestehend aus zwei Stufenfolgen, wobei die eine Stufenfolge aus den beiden ersten Verdampfungsstufen und die zweite Stufenfolge aus den anderen Verdampfungsstufen gebildet wird, deren Anzahl veränderlich ist, mit einer Rohwasserzuführung in die erste Stufe, wobei von den Verdampfungsstufen jede eine Verdampfungskammer sowie einen Kondensationsteil mit Sammelwannen für Kondensat enthält und wobei die Vorrichtungen einzelner Stufen bzw. Stufenfolgen miteinander verbunden sind und wobei in der jeder Stufe einer Stufenfolge nachgeschalteten Stufe gegenüber der vorhergehenden ein niedriger Druck sowie eine niedrigere Temperatur herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Kondensationsteilen (18', 56') der Stufenfolge, welcher Rohwasser zugeführt wird, angeordneten, miteinander verbundenen Sammelwannen (24', 62') für Kondensat mit den Verdampfungskammern (22', 60') der nachfolgenden Stufenfolge verbunden sind. wobei die Verbindung der Sammelwannen (24', 62') mit den Verdampfungskammern (22', 60') durch Rohrleitungen (107, 102) über der nachfolgenden Stufenfolge zugeordnete Kondensatoren (88) und/oder Wärmetauscher (104) erfolgt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Stufen der einzelnen Stufenfolgen jeweils in einem gemeinsamen Gefäß (40', 52') angeordnet und durch eine Längswand (86) voneinander getrennt sind