DE1642441C3 - Entspannungsverdampfer - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Entspannungsverdampfer zur Gewinnung von destilliertem Wasser aus Meerwasser, mit einem mehrstufigen Druckgefäß, wobei die einzelnen Stufen in Durchflußrichtung des Rohwassers einem abnehmenden Druck ausgesetzt sind, mit einem vom ankommenden Rohwasser durchflossenen Kondensator, je einer Rinne für das Rohwasser und das Kondensat sowie mit einer Umlaufpumpe zum Fördern von nicht verdampftem Wasserrest

Es ist bekannt, salzhaltiges Wasser bzw. Wasser mit gelösten Unreinheiten durch Entspannungsverdampfung zu destillieren, um reine Destillate zu erhalten. So ist es bisher üblich, Meerwasser zu verdampfen, den entstehenden Dampf von mitgeführten Tröpfchen zu reinigen, ihn durch ein Kondenserbündel zu leiten und das so entstehende Kondensat unterhalb des Kondenserbündels zu sammeln. Bisher sind verschiedene Verdampfer-Typen gebräuchlich, in denen der nicht verdampfte Anteil des salzhaltigen bzw. getrübten Was- sers mit dem eintretenden Wasser vermischt und durch den Verdampfer wieder in Umlauf gebracht wird.

Bei den bisher bekannten Verdampfern wirkten sich vor allem die erforderlichen Investitionskosten recht nachteilig aus, die sich besonders durch hohe Transport- bzw. Verschiffungskosten sowie auch durch hohe Kosten bei der Installation auf der Baustelle ergeben. Die Innenteile derartiger Verdampfer, insbesondere die Kondenserstufe mit ihrem großen Rohrbündel, sind zudem schwer und verhältnismäßig empfindlich. Der Transport solcher Teile, z. B. nach Übersee, erfordert deshalb besondere Sorgfalt. Die im Kopf des Verdampfers befindliche Kondenserstufe erfordert einen relativ massiven Unterbau, um die Kondenserstufe zu tragen. Derart schwere Konstruktionen erhöhen zudem auch 6; die Arbeits- und Materialkosten bei der Fertigung beträchtlich. Zur ordnungsgemäßen Behandlung der heißen Umlaufflüssigkeit ist es bei derartigen Verdamp fern erforderlich, die Umlaufpumpen in tiefen Pumpenkellern zu installieren, was eine Erhöhung der Baukosten im Gefolge hat

Ein anderer Nachteil dieser bekannten Verdampfer-Typen zeigt sich in der erforderlich hohen Pumpleijtung. So muß beispielsweise die Umlaufpumpe für die nicht verdampfte Flüssigkeit in der Lage sein, so viel Druck zu liefern, daß Druckverluste im gesamten System ausgeglichen werden und ein vorzeitiges Verdampfen der Umlaufflüssigkeit in den Rohrleitungen verhindert wird.

Um diese Mangel zu beseitigen, hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Entspannungsverdampfer in der Weise zu verbessern, daß die Konstruktion wesentlich vereinfacht und ihr Gewicht verringert wird, daß ferner der Destillationsablauf durch einen verbesserten Wärme- und Stoffaustausch intensiviert wird, daß die erforderliche Leistung der Umlaufpumpe herabgesetzt wird und schließlich die Installationskosten der Pumpe vermindert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kondensatrinne am Boden des Druckgefäßes und die Rohwasserrinne im Kopf des Druckgefäßes vorgesehen sind, wobei der Kondensator zwischen der Kondensatrinne und der Rohwasserrinne angeordnet ist

Erfindungsgemäß können im Kopf des Druckgefäßes mehrere Rohwasserrinnen angeordnet sein.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht daß die in der Rohwasserrinne entwickelten Dämpfe an die Kondensatoren gelangen, ohne daß thermische Verluste durch eine vorzeitige Kondensation an dazwischenliegenden Vorrichtungsteilen entstehen können.

Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn nach einem weiteren Erfindungsmerkmal die Umlaufpumpe auf der Ebene des Druckgefäßbodens oder in einem geringen Abstand von dieser Ebene angeordnet ist.

Die UrHjpufpumpe bei den bekannten Verdampfern mußte eine hohe Leistung aufweisen, damit der gelieferte Druck die Druckverluste im gesamten System ausgleichen konnte, um ein vorzeitiges Verdampfen der Umlaufflüssigkeit in den Rohrleitungen zu verhindern. Durch den sich aus der erfindungsgemäßen Lösung ergebenden vertikalen Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche zum Umlaufpumpeneintritt wjrden günstigere Druckverhältnisse erreicht; außerdem ist die Zulaufhöhe ausnutzbar, wodurch sich ein weit geringerer Bedarf an Pumpenleistung ergibt

Dadurch, daß die schwersten Bauteile, nämlich die Kondensatorrohre, verhältnismäßig tief im Druckgefäß liegen, entfallen die schweren Stützteile, die bei den bekannten Konstruktionen zur Befestigung des Rohrbündels im Kopf des Verdampfers erforderlich waren.

In der Zeichnung ist die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen in Gegenüberstellung zu bekannten Lösungen dargestellt Dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen bekannten vielstufigen Entspannungsverdampfer,

Fig.2 einen Querschnitt durch den Verdampfer nach F i g. 1 entlang der Linie 2-2,

F i g. 3 einen Querschnitt durch den Verdampfer nach der Erfindung,

F i g. 4 einen Querschnitt durch einen anderen Verdampfertyp nach der Erfindung,

F i g. 5 einen Querschnitt durch einen weiteren Verdampfertyp nach der Erfindung und schließlich

F i g. 6 einen Teilquerschnitt, in welchem ein Entspannungsverdampfer mit den Grundmerkmalen der Erfindung mit einer typischen Form der bisherigen

Verdampfer verglichen wird. In Fig·^{1 ist em be}'^cannter Entspannungsverdampfer

gestellt der hier und im folgenden mit 10 bezeichnet

^tDer Entspannungsverdampfer 10 hat eine bzw.

hrere Wärmeabfuhrstufen 12 sowie eine Reihe War-""eübergangsstufen 14; die Anzahl der Stufen ist variafci Die Wärmeabfuhrstufe 12 besteht aus einer Kon-Ilnserstufe 18 mit Kondensatorrohren 20 sowie einer Verdampferstufe 22 und einer Kondensatwanne 24.

Ganz links ist in F i g-1 ersichtlich, wie die zu destil-1* rende Flüssigkeit, gewöhnlich frisches Meerwasser, durch eine Rohrleitung 26 dem Verdampfer zugeführt "rd. Die Rohrleitung 26 ist dabei mit dem einen Ende der Kondensatorroiire 20 der Kondenserstufe 18 verbunden. Die anderen Enden der Kondensatorrohre 20 stehen mit der Rohrleitung 28 in Verbindung, an die ein Ls Ablauf dienendes Abzweigrohr 30 angeschlossen ist. Eine Umlaufrohrleitung 32 verbindet einen tiefer gelegenen Teil der Verdampferstufe 22 mit der Rohrleitung M· der Zweck dieser Verbindung wird an anderer Stel-Ie noch näher erläutert. Von der Umlaufrohrleitung 32 zweigt wiederum ein Ablaufrohr 36 ab.

Eine Destillatrohrleitung 38 ist an ihrem einen Ende mit der Kondensatwanne 24 verbunden; die Pumpe 40 fördert das Destillat aus der Destillatrohrleitung 38.

Die Wärmeübergangsstufen 14 befinden sich in einem Gehäuse bzw. Druckgefäß 42. Dieses Gefäß ist durch vertikale Zwischenwände in mehrere Stufen unterteilt Jede Stufe besteht aus einer Kondenserstufe 46 und einer Verdampferstufe 50. Durch das Gefäß 42 iaufen die Kondensatorrohre 48, d.h., die Kondensatorrohre 48 laufen durch die Kondenserstufen der einzelnen Wärmeübergangsstufen. Die Kondensatwanne 52 erstreckt sich durch die gesamte Länge des Gefäßes 42 und geht durch jede der Stufen.

Wenn die Anlage in Betrieb ist, tritt das zu destillierende Meerwasser durch die Rohrleitung 26 in den Verdampfer ein und fließt durch die Kondensatorrohre 20 und die Rohrleitung 28 sowie durch die Kondensatorrohre 48. In der Rohrleitung 28 vermischt sich das eintretende Meerwasser mit der aus der Umlaufrohrleitung 32 kommenden Flüssigkeit Die Mischung aus Meerwasser und Umlaufflüssigkeit dient somit als Kondensationsmittel für jede Stufe der Anlage. Von den Kondensatorrohren 48 fließt die Mischung in einen Wärmeaustauscher 16 und von dort über die Rohrleitung 54 zum Druckminderventil 56. Dieses Ventil verhindert ein vorzeitiges Verdampfen der aus Meerwasser und Umlaufflüssigkeit bestehenden Mischung. Die Flüssigkeit tritt sodann wieder in das Gefäß 42 ein. Die erste Wärmeübergangsstufe wird unter einem Druck gehalten, der unter dem Sättigungsdruck der mit Temperatur eintretenden Flüssigkeit liegt; ein Teil der Flüssigkeit wird daher beim Eintritt in diese Stufe verdampft Der bei diesem Vorgang entstehende Dampf steigt in die Kondenserstufe 46 auf, wo er mit den relativ kühlen Kondensatorrohren 48 in Berührung kommt und kondensiert Das auf diese Weise entstehende Kondensat fällt sodann in die Kondensatwanne 52 hinab. .

In F i g. 2 ist ersichtlich, wie der Dampf beim Aufsteigen in die Kondenserstufe 46 durch feinmaschige Siebe tritt in denen er von allen mitgeführten flüssigen Teilchen gereinigt wird. Der Dampf läßt sich selbstverständlich auch auf andere Art und Weise reinigen. Un- ter bestimmten Voraussetzungen kann sogar auf eine Reinigungsvorrichtung verzichtet werden. Die restliche Mischung fließt über ein Umlenkblech 60, das in der Zwischenwand 44 installiert ist. Von dort gelangt sie in die nächste Stufe, wo sie abermals verdampft. In ähnlicher Weise fließt die restliche Mischung durch alle Wärmeübergangsstufen 14. durch die Rohrleitung 62 und von dieser aus in üen Verdampferteil der Wärmeabfuhrstufe 12. Das Umlenkblech 60 kann dabei sowohl als Tauchung als auch als Abdichtung gegenüber den benachbarten Räumen wirken.

Das Kondensat fließt nun nacheinander in der Kondensatwanne 52 über druckmindernde- und abdichtende Umlenkbleche 64 durch alle Wärmeübergangsstufen und sodann durch die Rohrleitung 66 in die Kondensatwanne 24 der Wärmeabfuhrstufe.

Ein Nachteil bei bekannten Verdampfern des in F i g. 1 dargestellten Typs besteht darin, daß die UmlauTpum[-~ 34 so tief angeordnet sein muß, daß ein Verdampfen der in der Rohrleitung 32 zur Pumpe fließenden Flüssigkeit vermieden wird Die vorliegende Erfindung stellt, wie aus den F i g. 3 bis 6 ersichtlich, eine einfache und wirtschaftliche Lösung dieses Problems dar:

F i g. 3 zeigt den Querschnitt durch einen Entspannungsverdampfer 10' nach der Erfindung. Der Entspannungsverdampfer 10' hat ein Außengehäuse bzw. Druckgefäß 68, in welchem sich die Wanne 70 befindet. Das Gefäß 68 ist dabei durch Zwischenwände 72 in Stufen unterteilt, ähnlich den Übergangsstufen 14 des Verdampfers 10. Durch das Gefäß 68 ziehen sich unterhalb der Wanne 70 Kondensatorrohre 74, die baulich und funktionell den Kondensatorrohren 48 ähnlich sind. Ein Teil der in die Wanne 70 fließenden Mischung wird beim Eintritt in eine Stufe verdampft Dieser Dampf bewegt sich nach unten und kommt mit den Kondensatorrohren 74 in Berührung. Die Kondensatorrohre 74 enthalten ein flüssiges Kondensationsmittel. Dadurch wird der mit den Kondensatorrohren in Berührung kommende Dampf kondensiert, so daß er schließlich in den unteren Teil, nämlich die Kondensatrinne 76 des Gefäßes 68, hinabfällt. Dieser untere Teil ist eine Vorrichtung, in der die nüssigen Destillate gesammelt werden. Mit Hilfe von feinmaschigen Sieben 80 oder anderen Reinigungsmitteln können die mitgeführten Tröpfchen nicht verdampfter Flüssigkeit aus den aus der Wanne austretenden Dämpfen entfernt werden.

Die Wanne 70 ist mit der Umlaufpumpe 84 durch eine Rohrleitung 82 verbunden. Von der Pumpe 84 läuft die Flüssigkeit in eine Rohrleitung 86 ab, die wiederum mit den Kondensatorrohren 74 in Verbindung steht.

Besondere Beachtung verdient bei der vorliegenden Erfindung (F i g. 3) die Linie AC-B: Die Linie A-B stellt dabei den vertikalen Abstand von der Oberfläche der Flüssigkeit in der Wanne 70 zum Eingang der Umlaufpumpe 84 dar. Der Druckunterschied der statischen Flüssigkeit an den beiden Endpunkten der Linie A-B läßt sich dabei ausdrücken: Massedichte der Flüssigkeit mal vertikaler Abstand A-R Ein solcher Druckunterschied ist für den Betrieb der Vorrichtung von großer Bedeutung, weil die aus der Wanne 70 gepumpte Flüssigkeit ihren Sättigungsdruck erreicht hat und somit die Gefahr einer Verdampfung in der Rohrleitung 12 und in der Pumpe 84 besteht. Eine Verdampfung in der Rohrleitung 82 würde den Fluß der Umlaufflüssigkeit behindern; eine Verdampfung in der Pumpe selbst verursacht Kavitation und kann beträchtliche mechanische Schäden zur Folge haben. Dieses Problem wurde bei den bisher bekannten Verdampfern. z.B. beim Verdampfer 10. dadurch gelöst, daß man die Umlaufpumpe 84 in einem tiefen Pumpenkeller unterhalb des Ver-

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dampfers anordnete. Zwaiigläufig mußten bei dieser bekannten Lösung die durch tiefe Pumpenkeller entstehenden erhöhten Investitionskosten in Kauf genommen werden. Demgegenüber ist bei der vorliegenden neuartigen Anordnung der Elemente durch den vertikalen Abstand vom Punkt A zum Boden des Gefäßes 68, das vollständig über der Erde liegt, ein weniger tiefer Pumpenkeller erforderlich. Außerdem stellt die Linie A-C d.h. also der Abstand zwischen der Oberfläche der Flüssigkeit in der Wanne 70 und den Kondensatorrohren, eine Zulaufhöhe zur Verhinderung einer vorzeitigen Verdampfung der aus der Pumpe abfließenden Flüssigkeit dar. Eine solche Zulaufhöhe ist fast vollständig wieder zu verwenden, so daß sich dadurch eine weit geringere Pumpleistung ergibt. Bei der herkömmlichen Bauweise (s. Vergleich in Fig.6) hingegen liegt der Abstand von der Oberfläche der zu destillierenden Flüssigkeit in der Verdampferstufe 22 zum Eingang der Umlaufpumpe 34 (Linie A- B) beinahe vollständig außerhalb des Verdampfers und fast völlig in einem dementsprechend tiefen Pumpenkeller. Das in F i g. 1 dargestellte Ventil 56 verhindert ein Verdampfen der von der Pumpe abfließenden Flüssigkeit; die durch dieses Ventil entstehende Zulaufhöhe ist jedoch nicht wiederverwendbar.

In Fig.4 ist noch eine weitere erfindungsgemäße Verdampferkonstruktion dargestellt: In dieser Ausführung enthält der Verdampfer 10" die Wannen 88 und 90, die beide oberhalb der Kondensatorrohre 92 liegen. Mit Hilfe der feinmaschigen Siebe 94 und 96 werden die aus diesen Wannen aufsteigenden Dämpfe von mitgeführter Flüssigkeit gereinigt. Auch diese Ausführung stellt somit ein geeignetes Verfahren zur Erhöhung der Verdampferkapazität dar.

In F i g. 5 ist ein weiterer Verdampfer nach der Erfindung dargestellt: Dieser Verdampfer 98 hat ein Gehäuse bzw. Druckgefäß 100, in dem sich eine Wanne 102 befindet Im Gefäß 100 sind außerdem Kondensatorrohre 104 sowie ein Kondensat-Auffangtrog 106 angeordnet Der untere Teil 108 des Druckgefäßes 100 dient ebenfalls zur Führung der zu destillierenden Flüssigkeit durch die verschiedenen Stufen des Verdampfers 98. Die zu destillierende Flüssigkeit wird bei dieser Lösung gleichzeitig über die Wanne 102 und den unteren Teil 108 durch das Druckgefäß 100 geleitet, wodurch zwei Dampfquellen entstehen. Die Reiniger 110 und 112, die z. B. feinmaschige Siebe sein können, sind mit der Wanne 102 und mit dem unteren Teil 108 verbunden. Sie dienen zur Entfernung mitgeführter Flüssigkeitströpfchen aus dem Dampf. Die in F i g. 6 dargestellte Lösung ist eine Kombination, die einerseits gewisse Merkmale früherer Konstruktionen (F i g. 2) und andererseits die Vorzüge der in F i g. 3 dargestellten Konstruktion enthält. Hierbei stellt die Linie Aß (analog der F i g. 3) bzw. A¹B' den vertikalen Abstand der Flüssigkeitsoberfläche zur Achse der Umlaufpumpe 34 bzw. 84 dar und der vertikale Abstand BC bzw. BC den Höhenunterschied zwischen den Kondensatrohren und der Achse der Umlaufpumpe 34 bzw. 84.

Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung lassen sich die Investitionskosten im Vergleich zu den bisherigen Anlagen mit gleicher Kapazität bedeutend herabsetzen. Zu den Faktoren, die eine derartige Verringerung der Investitionskosten ermöglichen, gehören vor allem die in Wegfall kommenden Kosten für den Bau eines tiefen Kellers für die Umlaufpumpe, der geringere Bedarf an Pumpleistung sowie die Tatsache, daß in allen diesen Konstruktionen die schwersten Teile, nämlich die Kondensatorrohre, verhältnismäßig tief liegen. Dadurch fallen die schweren Bauteile, die normalerweise zum Stützen der Kondensatorrohre verwendet werden und im oberen Teil des Verdampfers liegen, weg oder sie sind in einem tieferliegenden Teil untergebracht. Diese Bauteile haben daher ein geringeres Gewicht als bisher; auf Grund ihres tieferliegenden Schwerpunktes sind sie zudem stabiler und daher auch leichter zu transportieren. Hierdurch werden die Transportkosten, so z. B. bei Verschiffungskosten nach Übersee, bedeutend niedriger.

Selbstverständlich läßt sich die vorliegende Erfindung auch in anderen Ausführungsformen realisieren ohne daß vom ursprünglichen Sinn oder den wesentlichen Merkmalen der Erfindung abgewichen werder müßte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Entspannungsverdampfer zur Gewinnung von destilliertem Wasser aus Meerwasser, mit einem mehrstufigen Druckgefäß, wobei die einzelnen Stufen in Durchflußrichtung des Rohwassers einem abnehmenden Druck ausgesetzt sind, mit einem vom ankommenden Rohwasser durchflossenen Kondensator, je einer Rinne für das Rohwasser und das Kondensat sowie mit einer Umlaufpumpe zum Fördern von nicht verdampftem Wasserrest, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatrinne (76) am Boden des Druckgefäßes (6S) und die Rohwasserrinne (70) im Kopf dss Druckgefäßes (68) vorgesehen sind, wobei der Kondensator zwischen der Kondensatrinne (76) und der Rohwasserrinne (70) angeordnet ist

2. Entspannungsverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kopf des Druckgefä- ßes mehrere Rohwasserrinnen (88. 90) angeordnet sind.

3. Entspannungsverdampfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufpumpe (34, 84) auf der Ebene des Druckgefäß- bodens oder in einem geringen Abstand von dieser Ebene angeordnet ist.