DE1642440C3 - Anlage zur Gewinnung reinen Wassers aus Meerwasser durch vielstufige Entspannungsverdampfung - Google Patents
Anlage zur Gewinnung reinen Wassers aus Meerwasser durch vielstufige EntspannungsverdampfungInfo
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Description
40
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 niedrigere Temperatur herrscht.
Die Destillation von SaL- oder anderem getrübten Wasser unter Anwendung des Prinzips der Entspanniingsverdampfung
zum Zwecke der Gewinnung von Destillaten mit relativ hohen Reinheitsgraden ist bekannt.
Aus Gründen der Wirtschaftlichkeil 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
wünschten Kesselstein-Ansatzes auf kritischen War meübertragungsflächen bei modernen Hochtempera
tur-Kesselanlageri geben. Die Verunreinigungsteilche
können zudem in irecht gefährlichem Ausmaß radioakti
werden, wenn sie bestimmter, vor allem in den Primär und Sekundärkreiisläufen von Kernreaktoranlagen auf
tretende«· Strahlung ausgesetzt sind.
Demgegenüber hat sich die Erfindung die Aufgab!
gestellt, eine mehrstufige Verdampfungsanlage in de Weise zu verbessern, daß sie unter möglichste
Ausnutzung der dem Prozeß zugeführten Wärme di Gewinnung von reinem Wasser, dessen Reinheitsgra
etwa 10 bis 25 ppm entspricht und bei dem die Feststoff 1
vollkommen gelöst sind, ermöglicht
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemä vorgeschlagen, die in den Kondensationsteilen de
Stufenfolge, welcher Rohwasser zugeführt wird, an geordneten, miteinander verbundenen Sammelwannei
für Kondensat mit den Verdampfungskammern de nachfolgenden Stufenfolge zu verbinden, wobei di<
Verbindung der Sammelwannen mit den Verdamp fungskammern durch Rohrleitungen über der nachfol
genden Stufenfolge zugeordnete Kondensatorei und/oder Wärmetauscher erfolgt.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal sind di entsprechenden Stufen der einzelnen Stufenfolge!
jeweils in einem gemeinsamen Gefäß (40', 52' angeordnet und durch eine Längswand voneinande
getrennt
Durch die erfi idungsgemäßt Anlage läßt sich eit
Destillat unterschiedlich großen Reinheitsgrades gewin nen. Nach einer besonderen Ausbildungsform de
Anlage läßt sich das Destillat ohne zusätzlichei Energieaufwand gewinnen. Die Erfindung befriedig
demzufolge den Bedarf an hochreinem Zusatzwasser fü Kesselanlagen od. dgl. auf recht einfache und zuden
relativ billige Art und Weise.
Selbstverständlich läßt sich die Erfindung auch au andere Art und Weise realisieren, ohne daß indes da:
Prinzip oder die Merkmale von Verfahren und Anlag« einer wesentlichen Änderung bedürfen.
In der Zeichnung ist die Erfindung an zwe Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt. Dabe
zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch eine mehrstufig« Anlage zur Entspannungsverdampfung in übliche
Bauart.
Fig.2 einen Querschnitt entlang der Schnitteben«
2 .. .2von Fig. 1,
Fig.3 einen Querschnitt durch eine mehrstufig« Anlage zur Entspannungsverdampfung nach der Erfin
dung,
F i g. 4 die Draufsicht auf den Verdampfer nacl Fig. 3.
F i g. 5 einen Querschnitt durch die Anlage nacl F i g. 3 in der Sehn «ebene 5... 5,
F i g. 6 eine wehere Ausführungsform der Anlage, di(
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 gewiss« Kenntnisse der Meerwasser-Entsateung vorausgesetz
werden, ist in Fig. 1 zunächst eine bekannte vielstufig« Entspannungsverdampfungsanlage dargestellt und irr
nachfolgenden kurz beschrieben:
Der Entspannurigsverdampfer 10 hat zwei Wärmeab
fuhrsiuien 12 und eine Anzahl Wärmeübergangsstufer
L «je stufenzahl ist dabei veränderlich. Den einzelnen
irrmeabfuhrstufen 12 ist je ein Kondensatorbündel 18
Γ7 j^jjensatorröhren 2C zugeordnet. Weiterhin hat
S dieser Stufen einen Verdampferteil 22 sowie eine w nne24zum Sammeln des Kondensates. Vorgesehen
% schließlich auch eine zum Betrieb der Anlage
erJißliche Vorrichtung zum Beheizen. Auf der
toBeren rechten Seite von F i g. 1 wird das Rohwasser
Ίη der Regel Meerwasser — aus einer nicht wehr
^Bestellten Quelle mittels einer Pumpe 26 angesaugt.
ßtee Pumpe steht dabei mit einem Rohr 28
'Verbindung- Das Rohr 28 ist seinerseits mit dem Ende
j«Kondensatorrohre 20 verbunden. Ein weiteres Rohr
Mist mit dem anderen Ende der Kondensatorröhre 20
verbunden. >
Ein das Ventil 34 enthaltendes Ende des Zweigrohres 32 ist schließlich mit dem Rohr 30 verbunden,
während das andere Ende dieses Rohres mit dem
enteren Teil des Verdampferteiles 22 in Verbindung «tent Das Rohr 36, durch welches das Destillat abfließt,
«teht über seine jeweiligen Enden mit der Kondensat- Sammelwanne 24 und der Destillatpumpe 38 in
Verbindung.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, bestehen die Wärmeabfahrstufen
12 aus einem äußeren Gefäßmantel 40 sowie einer Innen- oder Zwischenwand 42; diese trennt die
Einzelstufen voneinander. Die rechts in dieser Figur «•sichtliche 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 tus der Umwälzpumpe durch das Rohr 48 erfolgt; das
Abwasserrohr 50, an welchem ein nicht weiter gekennzeichnetes Regelventil angeordnet ist, zweigt
»om 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. Jede
45
Stufe hat dabei einen Kondensatorteil 56 mit Kondensa torröhren 58 sowie einen Verdampferteil 60. Eine
Kondensatwanne 62 liegt zudem unterhalb der Kondenlatorröhren 58.
Die Wände bzw. Zwischenwände 54 der letzten Wärmeübergangsstufen 14 sowie die entsprechenden
Zwischenwände 42 der Wärmeabfuhrstufen 12 sind mit Druckreduzier- und Abdichlvorrichtungen versehen, die
zur Erzielung und Beibehaltung einer Druckdifferenz zwischen den aufeinanderfolgenden Stufer, dienen.
Diese Vorrichtungen sind in der Zeichnung durch die gemeinsame Bezugszahl 64 gekennzeichnet und umfas
sen 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 anderer, Ende der Kondensatorröhren 58 in Verbindung; das Rohr 74 ist
durch die schon erwähnte Heizungsanlage 16 hindurchgeführt, die als indirekter Wärmetauscher ausgebildet
sein kann. Im Rohr 74 ist zur Regelung der Durchflußmenee ein Ventil 76 vorgesehen; dieses Rohr
55
steht dabei mit einer der Wärrneübergangsstufen in
Verbindung.
Das Rohr 78 verbindet den unteren Teil des Verdampferteiles der letzten Wärmeübergangsstufe mit
dem gleichen Teil des Verdampferteiles der ersttn Wärmeabfuhrstufe. Zwischen der Kondensatwanne 62
der letzten Wärmeübergangsstufe und der Kondensatwanne 24 der ersten Wärmeabfuhrstufe ist schließlich
das Rohr 80 zwischengeschaltet. Die Betriebsweise des Kondensators geht bereits aus dem vorstehenden
hervor. Dementsprechend wird das Rohwasser mittels der Pumpe 26 in den Kondensator geführt. Es gelangt
von dort über das Rohr 28, die Kondensatröhre 20 zum Rohr 30. Eine Teilmenge dieser Flüssigkeit wird
abgelassen und der Rest fließt durch das Rohr 32 zum Kondensatorteil 22 ab. Das Ventil 34 dient zur
Regulierung der durch das Rohr 32 strömenden Durchflußmenge.
Die Flüssigkeit aus dem Rohr 32 vermischt sich sodann mit der Flüssigkeit in der letzten Entspannungskammer 22 der Wärmeabfuhrstufen 12. Diese Mischung
kann sodann durch das R;hr 44 fließen und durch die Pumpe 46 durch das Rohr 48 gefördert werden. Eine
Teilmenge kann, auch durch das Rohr 50 abgelassen werden. Die Restmenge läuft durch die Kondensator
röhren 58, Rohr 74 und Heizungsanlage Ib
Diese Flüssigkeit gelangt sodann von der Heizungsanlage
16 aus über das Ventil 76 in den Kondensatorteil der ersten Wärmeübertragungsstufe. Der in dieser Stufe
herrschende Druck wird auf einem niedrigeren Wert gehalten als der Sättigungsdruck, welcher der Mischungstemperatur
beim Eintritt in diese Stufe entspricht.
Demzufolge entspannt beim Eintritt in die erste Wärmeübergangsstufe ein Teil zu Dampf. Der Dampf
steigt dabei in Richtung des Kondensatorteiles 56 auf.
Nach Fig.2 werden die Dämpfe bei Eintritt in den
Kondensatorteil durch Naßdampfabscheider 82 geleitet, die zu beiden Seiten der Kondensatwanne angeordnet
sind. Diese Abscheider 82 bewirken das Abscheiden der mitgerissenen Flüssigkeitströpfchen aus den Dämpfen.
Im Idealfall kommt demzufolge der Dampf nur mit den Kondensatorröhren 58 in Berührung.
Die die Kondensatorröhren durchströmende Flüssigkeit 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 tritt
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 aufsteigt. Sie wird sodann durch den gekrümmten Teil
des Abweisers 70 in die nächste Stufe geleitet. Die auf diese Weise hervorgerufene Druckminderung bewirkt
bei einem Teil der Sole eine nochmalige Entspannungsverdampfung. Die Sole gelangt auf gleiche Weise nun
durch die Wärmeübergangsstufen, durch das Rohr und schließlich durch die Wärmeabfuhrstufen. Von hier
60 ar« gelangt sie weiter in hochkonzentrierter Form in die
letzte Wärmeabfuhrstufe; sie wird dabei mit Zusatzwas ser aus dem Rohr 32 vermischt.
Während die Sole in der beschriebenen Weise durch die einzelnen Stufen läuft, fließt auch das Destillat durch
die ein/einen Wärmeiihergangsstufen, durch das Rohr
80 und die entsprechenden Wärmeabfuhrstufen. Die Tauchungen 72 sorgen dabei für Druckabdichuing
zwischen den nebeneinandcrliegenden Stufen. Das
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 F i g. 3 und 4 zeigen eine vielstufige Entspannungsverdampfungsanlage,
die entsprechend dem Erfindungsprinzip ausgebildet ist. Mit 56' bzw. mit 18' sind die
Kondensationsteile und mit 24' die Sammelwanne für das Kondensat bezeichnet. Die übrigen Teile, inwieweit
sie mit denjenigen übereinstimmen, die in der Anlage gemäß F i g. 1 bzw. 2 bereits beschrieben wurden,
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
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 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 Wärmeübergangsstufen 14' ist durch eine in Längsrichtung angeordnete Wand 86 im
Inneren unterteilt. Hieraus ergibt sich, daß die Wärmeübergangsstufen und die Wärmeabfuhrstufen,
wie in den Fi 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 Fi 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 Kondensatröhren 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 Wärmefibergangsstufe 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 letzten Wärmeabfuhrstufe zum Abzug des nich
verdampften Primärdestillates in Verbindung.
Die beschriebene Anlage läßt sich in gewissen Umfang varriieren. Daraus ergibt sich, daß di(
Stufenzahl der zweiten Folge sich im wesentlichen au der benötigten Menge des hochreinen Destillates ergib!
Dementsprechend kann in Fällen, in welchen die au diese Weise erzeugte Menge ausreichend ist und ii
welchen die thermodynamischen Eigenheiten de
Gesamtkonstruktion der Anlage es nicht zweckmäßig erscheinen lassen, das Nachdestillat von anderen als dei
letzien Stufe der zweiten Folge abgezogen werden. Sc kann z. B. das Nachdestillat der letzten Wärmeüber
gangsstufe entnommen werden.
Cei der letzten Wärmeabfuhrstufe kann ein Rohr 1K
und ein Ventil 118 mit der Kondensatwanne 24 verbunden sein zum Abzug der jeweils gewünschter
Teilmenge des Primärdestillates, das für den Reinheits grad dieses Destillates ausreichend ist.
Die Fig.6 und 7 zeigen eine Variante der Anlage
Zahlreiche Teile dieser Variante sind identisch mit der schon beschriebenen; sie sind in der Zeichnung durcr
Zahlen mit zwei hochgestellten Indices gekennzeichnet.
In F i g. 6 ist eine Wand 52" dargestellt, die das End( einer Stufe bildet sowie eine Längswand 86", die die
jeweiligen Serien trennt.
Aus F i g. 7 ist ersichtlich, daß das Rohr 120, das eine
Tauchung 122 sowie eine Druckreduzierblende 12Ί aufweist, an einem Ende mit der Kondensatwanne 62'
der ersten Stufenfolge in Verbindung steht. Das Rohi 120 führt durch die Wand 52" in die nächst niedrigere
Stufe und sodann durch die Längswand 86"; das Rohi 120 mündet schließlich in einer Stufe der zweiten Folge
Der Druck in der Stufe dieser Folge ist niedriger als dei Sättigungsdruck des in das Rohr 120 eintretender
Destillates.
Die Betriebsweise der in den Fig.6 und 7 gezeigter
Ausführungsform ist folgende: Die durch das Rohr 12( und die Druckreduziervorrichtung 124 in die Stufe dei
zweiten Folge eintretende Flüssigkeit entspannt zi Dampf. Dieser steigt durch die Naßdampfabscheidei
92" und berührt die Kondensatröhren 88"; er wird hie;
nun niedergeschlagen und fällt in die Kondensatwanne 90". Nichtverdampfte Teilmengen fallen auf den Boder
der Stufe und gelangen durch die Druckreduziervorrich tung 94", wobei eine weitere Teilmenge zu Damp]
entspannt wird. Dementsprechend werden Dämpfe au: der Entspannung der Flüssigkeit, die in die nächste Stufe
eintritt, durch ein dem Rohr 120 ähnliches Rohr mil Dämpfen der nichtentspannten Teilmenge vermischt
die durch die Druckreduziervorrichtung 94" in die Stufe fließt
Es ergibt sich somit ein Nachdestillatstrom in der Kondensatwanne 90", wobei ein Strom unentspannter
Destillates in den Verdampfungsteilen der zweiter Folge verteilt wird.
Bei der in den F i g. 6 und 7 gezeigten Ausführungs form kann eine Teilmenge der Umlaufflüssigkeit, d. h
die Flüssigkeit, die durch das Kondensatrohr 58" fließt durch das Kondensatrohr 88" der Stufen der zweiter
Folge umgeleitet werden. Unter Berücksichtigung thermodynamischer Gesichtspunkte kann eine au;
anderen Quellen stammende Flüssigkeit alternate ebenso benutzt werden.
Die Anzahl der nach den F i g. 6 und 7 ausgeführter Stufen ist von der benötigten Menge hochreiner
Wassers abhängig. Da der Bedarf an hochreinen-Zusatzwasser bei modernen Kesselumlaufsvstemer
relativ niedrig ist, braucht nur ein Teil der Gesamtanzahl solcher Stufen in diesen Fällen so ausgeführt zu werden.
Die in den F i g. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform kann von Vorteil sein in Fällen, wo eine große Teilmenge des
Gesamtproduktes von hohem Reinheitsgrad sein muß.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Anlage zur Gewiinnung reinen Wassers aus Meerwasser durch vielstufige Entspannungsverdampfung,
bestehend aus zwei Stufenfolgen, wobei die eine Stufenfolge ans 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 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.
Applications Claiming Priority (3)
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US56271566 | 1966-07-05 | ||
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE1642440A1 DE1642440A1 (de) | 1971-05-13 |
DE1642440B2 DE1642440B2 (de) | 1976-03-04 |
DE1642440C3 true DE1642440C3 (de) | 1976-10-14 |
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