DE1642440C3 - 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 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

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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

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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)

Patentansprüche:

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.