DE1642442B2 - Entspannungsverdampfer - Google Patents
EntspannungsverdampferInfo
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
- B01D3/06—Flash distillation
- B01D3/065—Multiple-effect flash distillation (more than two traps)
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- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Entspannungsverdampfer zur Gewinnung reinen Wassers aus Meerwasser
durch vielstufige Entspannungsverdampfung, mit in jeder Verdampferstufe vorgesehenem Sammelraum für
das unter Verringerung von Druck und Temperatur gewonnene Kondensat der jeweils mit der nachfolgenden
Verdampferstufe bzw. nach der letzten Verdampferstufe mit einem Sammelbehälter für reines Destillat verbunden
ist sowie mit Kondensationsvorrichtungen und Leitungen für Wasser bzw. Destillat, wobei in jeder
Verdampferstufe eine Füllung mit wasser- bzv,·. gasdurchlässigem Material vorgesehen ist
Bei der Entspannungsverdampfung, insbesondere bei der Gewinnung reinen Wassers aus Meerwasser, kommen
üblicherweise sogenannte Vielstufenentspannungsverdampfer zur Anwendung. Ein derartiger Verdampfer
besteht im wesentlichen aus einer Vakuumkammer, durch welche das betreffende Salzwasser
fließt. Der Druck in der Kammer ist dabei niedriger als der Sättigungsdruck des Salzwassers in der Kammer,
so daß sich ein Teil des Salzwassers in an sich bekannter Weise als Dampf oder Gas abspaltet. Der Hauptteil
eines derartigen Verdampfers enthält vielfach auch einen Tropfenabscheider, der die mit den Dämpfen aufsteigenden
Salzwassertröpfchen entfernt. Diese Dämpfe werden auf einem Rohrbündel, durch welches das
ankommende Umlaufsalzwasser bzw. frisches Meerwasser hindurchläuft, kondensiert. Die Kondensationwärme
wird auf das ankommende, durch die Kondensatorröhren fließende Meerwasser übertragen. Das Kondensat
fällt von den Röhren in einen Destillatirog. wo es zu bereits vorher erzeugtem Destillat hinzutritt und
aus der Kammer geleitet wird. Das verbleibende Meerwasser gelangt von der Entspannungskammer und
einer Druckrnindervorrichtung in eine weitere Stufe mit niedrigem Druck. Dort werden wiederum Meerwasserdämpfe
abgespalten. Das Meerwasser in den Kondensatorröhren, das aus frischem Meerwasser und
Umlaufmeerwasser bestehen kann, gelangt nunmehr in eine weitere Stufe mit höherem Druck, in welcher es
durch die Kondensationswärme der abgespaltenen Dämpfe weiter aufgewärmt wird. Ein Vielstufeneni-Spannungsverdampfer
besteht also in der Regel aus mehreren solcher Einheiten. Die Drücke nehmen dabei
in Richtung des Meerwasserflusses nacheinander ab, während die Temperaturen in Richtung des frischen
oder in Umlauf gebrachten Meerwassers nacheinander zunehmen.
Wie sich in der Praxis gezeigt hat, sind derartige Vielstufen-Entspannungsverdampfer mit gewissen
Mangeln und Nachteilen behaftet: So sind beispielsweise die Verdampferverkleidungen recht unhandlich, sie
enthalten ziemlich viel ungenutzten Verdampferraum. Diese Verkleidungen müssen zudem so konstruiert sein,
daß sie eine vollständige Evakuierung aushalten können, selbst wenn sie bei höheren Drücken verwendet
werden. Der Grund hierfür liegt im wesentlichen darin, daß aus den Gasen nicht kondensierbare Dämpfe herausgezogen
werden müssen, bevor die Anlage in Betrieb genommen werden kann.
Zusätzlich erforderliches Verstärkungsmaterial macht die Verkleidungen noch unhandlicher und
schwerer. Ein weiterer Nachteil bei den bekannten Verdampfern dieser Art besteht auch darin, daß bei
normalen Betriebsdrücken, die in verschiedenen Stufen unter dem atmosphärischen Druck liegen, Luft einsikkert.
Dies erfordert zusätzliche Vakuumpumpen zur Aufrechterhaltung der Betriebsbedingungen. Ein anderer,
nicht minder großer Nachteil der vorgenannten vielstufigen Entspannungsverdichter liegt in den Abmessungen
der Kondensatorröhren begründet, die gewöhnlich zwischen 3A" und 1" Durchmesser haben und
nahtlos sein müssen.
Dadurch wird die erforderliche Wärmeübergangsfläche verhältnismäßig teuer. Nachteilig wirkt sich bei den
Vielsiufenentspannungsverdampferr der bekannten Bauart auch aus, daß sie sich nicht, und wenn, dann nur
bedingt, für die Massenfertigung eignen. Es ist daher nicht möglich, ein- und dasselbe Grundmodell einer
Destillationsanlage für unterschiedliche Größen zu verwenden.
Diese Nachteile werden im wesentlichen durch bekannte Entspannungsverdampfer (US-PS 32 14 349) abgeschafft.
Die Destillationskolonnen dieser Verdampfer enthalten eine Füllung aus porösem Material, z. B. Raschig-Ringe
Die Füllung ruht auf einem Rost. Das zu verarbeitende Wasser wird in den oberen Teil der Kolonne
über eine Sprühdüse zugeführt und gelangt über einen Verteiler in die Füllungsschicht. Durch die Füllung,
die vor allem zur Vergrößerung der Austauschfläche dient, wird ein Druckabfall in der gepackten Kolonne
hervorgerufen. Dadurch kann die Anlage wesentlich kleiner ausgelegt werden.
Die Entspannungsverdampfer der zuletzt beschriebenen Art sind jedoch noch mit dem erheblichen Nachteil
behaftet, daß sie mit getrennten Kondensationssystemen versehen werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Entspannungsverdampfer der eingangs genannten Art in der Weise
zu verbessern, daß er im Aufbau kompakt und mit einfacheren und billigeren Kondensationsmitteln versehen
ist und baukastenartig zusammengesetzt werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß
jede Verdampferstufe ein Wärmeübergangsrohr aufweist, in dem eine über ihre gesamte Länge nach oben
offene Rinne koaxial angeordnet ist, in deren Innerem sich jeweils über ihre gesamte Länge hinweg die Füllung
erstreckt, wobei die Rinne von im wesentlichen quer zur Rinnenachse angeordneten Rippen umgeben
ist, die von der Rinne aus bis zur Wand des Wärmeübergangsrohrs reichen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Rippen durch eine um die Rinne bandagenähnlich
spiralförmig gewickelte Fläche gebildet.
Nach der Erfindung ist weiter vorgesehen, daß die Füllung aus einer Packung porösen Materials besteht
und im wesentlichen feinmaschigen Draht, Glaswolle und/oder Kunststoffschaum enthält.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dient die Füllung oder ein Teil derselben als Tropfenabscheider.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn aus dem Umfang jeder Rippe an der der Rinnenöffnung entgegengesetzten
Seite ein Segment entfernt ist, wobei die Höhen der einzelnen Segmente in Richtung des Destillatstromes
zunehmen.
Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Rippenöffnungen mit einem Abflußrohr verbunden sind, über
das eine Wärmeübergangsflüssigkeit hinweggeleitet wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dient das Wärmeübergangsrohr der Führung der Wärmeübergangsflüssigkeit.
Zweckmäßigerweise weist der erfindungsgemäße Entspannungsverdampfer mehrere, aus je einer Rinne,
Füllung und Rippen bestehende Einheiten auf, die von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben, sind.
In der Zeichnung ist die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt. Dabei zeigt
F i g. I einen Querschnitt durch eine Entspannungsverdampfer-Einheit,
F i g. 2 einen Längsschnitt durch den Verdampfer nach F i g. 1 entlang der Linie 2-2,
F i g. 3 einen Längsschnitt durch den Verdampfer mit Mitlein, die der Leistungserhöhung der Anlage dienen,
F i g. 4 eine weitere Ausführungsform des Verdampfers nach F i g. 1 in perspektivischer Darstellung,
F i g. 5. 6, 7 und 8 enthalten schließlich Querschnitte
durch den in F i g. 1 dargestellten Entspannungsverdampfer mit demgegenüber modifizieren Ausführungsformen.
Der Verdampfer 10 enthält einen Kanal 12, der im wesentlichen aus einem halbzylindrischen Blechstreifen,
z. B. aus Stahl, besteht. Dieser Kanal 12 ist mit porösem Material 14 ausgefüllt. Als Füllmaterial kann z. B.
ein Drahtnetz, Kunststoffschaum, Glaswolle od. dgl. verwendet werden. Eine elastische Bandage, z. B. aus
Stahl, Kupfer, bestimmten Legierungen oder auch aus Kunststoff, ist spiralförmig um den Kanal 12 sowie um
das Füllmaterial 14 herumgewickelt. Durch diese Wicklung bildet der Spiralstreifen Rippen 16. Die Fertigungsart
dieser Rippen 16 entspricht im wesentlichen derjenigen, die bei der Herstellung von Rippenrohren
für Wärmetauscher Anwendung findet.
Aus dem Umfang jeder Rippe wird an der der öffnung des Kanals 12 gegenüberliegenden Stelle ein Segment
herausgeschnitten. Die Höhe der aus den Rippen herausgeschnittenen Segmente nimmt nacheinander
von links nach rechts bzw. in Richtung des Destillatstromes zu (vgl. Fig.2). Die Rippen 16, der Kanal 12
sowie die Packung 14 werden in das Rohr 20 eingepaßt, wodurch sich eine Wärmeübergangsfläche ergibt. Das
Rohr 20 umgrenzt schließlich zusammen mit den ausgeschnittenen Segmenten der Rippen 16 eine Anzahl öffnungen
18 für den Durchfluß des Destillats. Das Rohr 20 wird vorzugsweise aus gut wärmeleitfähigem Material,
z. B. einer Kupferlegierung, hergestellt; es kann einen relativ großen Durchmesser haben, z. B. 4" oder
mehr, und eine Naht besitzen. Die Rippen 16 liegen eng am Rohr 20 an und stützen dieses; sie brauchen jedoch
nicht unbedingt dampfdicht anzuschließen.
Die vorstehend beschriebenen Teile bilden eine Grundeinheit; aus einer Vielzahl solcher Einheiten läßt
sich ohne Schwierigkeiten eine Entspannungsverdampferanlage zusammensetzen.
Aus den F i g. 1 und 2 ist ersichtlich, daß jede Grundeinheit durch Konsolen, Stege od. dgl. 22 in einer der
Umgrenzung der ganzen Entspannungsverdampferanlage dienenden Verkleidung 24 gehalten wird.
Der Betrieb eines Entspannungeverdampfers nach F i g. 1 und 2 läuft wie folgt ab:
Das zu verdampfende Meerwasser gelangt unter hoher Temperatur in den Kanal 12, so daß dieser zum Teil
gefüllt ist. Mittels einer Pumpe wird das Meerwasser unter hohem Druck in die durch den Pieil 26 dargestellte
Richtung gefördert. Der Widerstand des porösen Materials 14 gegenüber der Strömung des Meerwassers
verursacht im Kanal 12 eine ständige Druckminderung, welche wiederum die Verdampfung des Meerwassers
während des Fließens durch den Kanal 12 verursacht. Die vom Meerwasser abgespaltenen Dämpfe
gelangen durch den nicht gefüllten Teil der Packung nach oben, der auf diese Weise als Tropfenabscheider
arbeitet. Sobald die Dämpfe aus der Packung austreten, werden sie durch die Rippen 16 daran gehindert, zwischen
Rinne 12 und Rohr 20 dem Ring entlangzufließen. Ohne die Rippen 16 erfolgte dieser Fluß wegen
des Druckunterschiedes zwischen den einander benachbarten Rippen. Die Dämpfe gelangen an das Rohr
20 und kondensieren an dessen Innenfläche. Das kondensierte
Destillat läuft an den Seiten des Rohres 20 herab und wird gesammelt; durch die öffnungen 18
fließt es sodann zur Niederdruckseite. Das im Kanal 12 befindliche Meerwasser fließt in der Leitung 28 um, von
wo es zur Hochdruckseite des Verdampfers 10 im Ringraum zwischen Rohr 20 und Verkleidung 24 zurückgeleitet
wird. Bei Bedarf kann durch die Leitung 30 frisches Meerwasser zugeführt werden. Während seines
Flusses von links nach rechts wird das umlaufende Meerwasser durch Aufnahme der Kondensationswärme
der abgespaltenen Dämpfe allmählich erwärmt. Bei der Abspaltung der Destillatdämpfe wird das zu verdampfende
Meerwasser allmählich kühler.
Der Grund, weshalb die Segmente für die Öffnungen 18 in ihrer Höhe zunehmen, liegt darin, daß ihre Fläche
(und damit auch die Fähigkeit, Destillat durchzulassen) vergrößert werden soll.
Der Entspannungsverdampfer 40 nach F i g. 3 hat im Prinzip den gleichen Aufbau wie der Verdampfer 11; er
besteht jedoch in diesem Falle aus 7 Grundeinheiten 10'. Die Verkleidung 42 des Verdampfers 40 entspricht
dabei der Verkleidung 24, hat jedoch einen größeren Durchmesser. Jede Grundeinheit umfaßt ebenfalls wieder
einen Kanal 12', eine Packung 14', Rippen 16', Öffnungen 18' und ein Wärmeübergangsrohr 20'. Die Einheiten
10' werden in der Verkleidung durch mehrere miteinander verbundene Konsolen 22' getragen. Obwohl
in Fig.3 sieben Grundeinheiten 10' dargestellt sind, kann selbstverständlich auch jede beliebig andere
Anzahl in einer einzelnen Verkleidung untergebracht werden, um eine Entspannungsverdampferanlage erforderlicher
bzw. erwünschter Größe zu erhalten. Der Betrieb des Entspannungsverdampfers 40 nach F i g. 3
erfolgt in gleicher Weise wie der des Verdampfers 11 der F i g. 1 und 2; seine Wirkung wird jedoch versiebenfacht.
In Fig.4 sind die Rippen für die Grundeinheit 10
anderweitig ausgebildet. Der Kanal 12" hat dabei halbzylindrische Form; er ist mit einer Packung 14" nach
F i g. 1 versehen. Anstatt jedoch einen spiralförmig gewickelten Streifen zur Bildung der Rippen 16 zu verwenden,
erhält der Kanal 12 eine Anzahl Einzelrippen 50 mit einem zentrisch gelochten Streifenstück 52 und
einem am Kanal 12 befestigten halbzylindrischer Flansch 54. Die Rippen 50 sind wie die Rippen 16 bei 5(
mit Segmenten versehen. Der Unterschied zwischer den Rippen 50 und den Rippen 16 besteht darin, daß
die erstgenannten Rippen einzeln aus einem Blech ausgestanzt und dann verhältnismäßig leicht am Kanal 12"
angebracht werden können.
F i g. 5 zeigt eine Grundeinheit 60, bei der der Kanal 62 exzentrisch zum Wärmeübergangsrohr 64 angebracht
ist. Diese Exzentrizität gestattet eine Durchmesserverringerung des Wärmeübertragungsrohres 64.
F i g. 6 zeigt eine Grundeinheit 70, die einen rechtekkigen Kanal 72 innerhalb eines sechseckig ausgebildeten
Wärmeübergangsrohres 74 hat. In F i g. 7 ist die Grundeinheit 80 mit einem rechteckigen Kanal 82 versehen,
welcher in einer kreisförmigen Wärmeübergangsfläche 84 angebracht ist.
in F i g. 8 ist schließlich eine Grundeinheit 90 dargestellt, die einen rechteckigen Kanal 92 aufweist, der in
einer fünfeckigen Wärmeübergangsfläche 94 angeordnet ist. Alle diese Ausbildungsformen enthalten Segmentrippen.
Die Anwendung der jeweils günstigsten Ausbildungsform der mit Packung versehenen Meerwasserkanäle
und Wärmeübergangsrohre nach den F i g. 5 bis 8 hängt im wesentlichen vom geforderten Verhältnis
Wärmeübergangsfläche zu Meerwassermenge im Kanal und/oder von der Wahl bestimmter Fertigungsarten
ab.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Entspannungsverdampfers besteht darin, daß die Wärmeübergangsrohre
einen verhältnismäßig großen Durchmesser und damit eine ebensolche Oberfläche haben. Diese Rohre können zudem Nahtrohre sein. Mit
einer derartigen Lösung lassen sich die Kosten pro Einheit beträchtlich vermindern. Während die Rohre mit
einem äußeren Überzug versehen sind, sind sie im Inneren durch Rippen verstärkt, so daß die Wandstärke
nicht größer zu sein braucht als die der Kondensatorrohre bekannter Ausführung.
Selbstverständlich beschränkt sich die vorliegende Erfindung keineswegs allein auf die dargestellten und
beschriebenen Ausführungsformen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Entspannungsverdampfer zur Gewinnung reinen Wassers aus Meerwasser durch vielstufige Ent-Spannungsverdampfung,
mit in jeder Verdampferstufe vorgesehenem Sammelraum für das unter Verringerung von Druck und Temperatur gewonnene
Kondensat, der jeweils mit der nachfolgenden Verdampferstufe bzw. nach der letzten Verdampferstufe
mit einem Sammelbehälter für reines Destillat verbunden ist sowie mit Kondensationsvorrichtungen
und Leitungen für Wasser bzw. Destillat, wobei in jeder Verdampferstufe eine Füllung mit
wasser- bzw. gasdurchlässigem Material vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
jede Verdampferstufe ein Wärmeübergangsrohr (20, 64, 74, 84, 94) aufweist, in dem eine über ihre
gesamte Länge nach oben offene Rinne (12, 62, 72, 82.92) koaxial angeordnet ist, in deren Innerem sich
jeweils über ihre gesamte Länge hinweg die Füllung (14) erstreckt, wobei die Rinne (12. 72, 62, 82. 92)
von im wesentlichen quer zur Rinnenachse angeordneten Rippen (16, 50) umgeben ist. die von der
Rinne (12. 62. 72. 82, 92) aus bis zur Wand des Warmeübergangsrohrs
(20,64,74,84,94) reichen.
2. Entspannungsverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (16) durch
eine um die Rinne (12) bandagenähnlich spiralförmig gewickelte Fläche gebildet sind.
3. Entspannungsvetdampfer nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung
(14) aus einer Packung porösen Materials besteht und im wesentlichen feinmaschigen Draht,
Glaswolle und/oder Kunststoffschaum enthält.
4. Entspannungsverdampfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung
(14) oder ein Teil derselben als Tropfenabscheiderdient.
5. Entspannungsverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Umfang jeder
Rippe (16, 50) an der der Rinnenöffnung entgegengesetzten Seite ein Segment entfernt ist, wobei die
Höhen der einzelnen Segmente in Richtung des Destillatstromes zunehmen.
6. Entspannungsverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenöffnungen
(18) mit einem Abflußrohr verbunden sind, über das eine Wärmeübergangsflüssigkeit hinweggeleitet
wird.
7. Entspannungsverdampfer nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärineübergangsrohr
(20, 64, 74, 84, 94) der Führung der Wärmeübergangsflüssigkeit dient.
8. Entspannungsverdampfer nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch mehrere, aus je
einer Rinne (12,62, 72, 82, 92), Füllung (14) und Rippen (16, 50) bestehende Einheiten, die von einem
gemeinsamen Gehäuse umgeben sind.
60
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