DE1642442C3 - Entspannungsverdampfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Entspannungsverdampfer zur Gewinnung reinen Wassers aus Meerwasser durch vielstufige Entspannungsverdampfung, mit in jeder Verdampferstul'e 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.

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 Kondensationswärme wird auf das ankommende, durch die Kondensatoiröhre¹' fließende Meerwasser übertragen. Das Kondensat füllt von den Röhren in einen Destillattrog, wo es /11 bereits vorher erzeugtem Destillat hinzutritt und aus der Kammer geleitet wird. Das verbleibende Meerwasser gelangt von der Entspannungskammer und einer Druckmindervorrichtiing in eine weitere Stufe mit niedrigem Druck. Dort werden wiederum Meerwasserdämpfe abgespalten. Das Meerwasser in den Kondensatorröhren, das aus frischem Meerwasser und Uuilaufmeerwasscr bestehen kann, gelangt nunmehr in eine weitere Stufe mit höherem Druck, in welcher es durch die Kondensationswärme der abgespaltenen Dämpfe weiter aufgewärmt wird. Ein Vielstufenentspannungsverdampfer 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 Mängeln und Nachteilen behaftet: So sind beispielsweise die Verdampl'erverkleidungen 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 einsikkcrt. Dies erfordert zusätzliche Vakuumpumpen zur Aufrcchterhaltung der Betriebsbedingungen. Ein anderer, nicht minder großer Nachteil der vorgenannten vielstufigen Entspannungsvcrdichter liegt in den Abmessungen der Kondensatorröhren begründet, die gewöhnlich zwischen Vt" und 1" Durchmesser haben und nahtlos sein müssen.

Didurch wird die erforderliche Wärmeübergangsflä-■he verhältnismäßig teuer. Nachteilig wirkt sich bei den Vielstufenentspannungsverdampfern der bekannten _ua,t auch aus, daß sie sich nicht, und wenn, dann nur u^inat, für die Massenfertigung eignen. Es ist daher •"•hl "möglich, ein- und dasselbe G.undmodell einer Desiilkuionsanlage f_ür unterschiedliche Größen zu verwenden. .

Diese Nachteile werden im wesentlichen durch bekannte Entspannungsverdampfer (US-PS 32 14 349) ab_ff-schafft-Die Destillationskolonnen dieser Verdampfer enthalten eine Füllung aus porösem Material, z. B. Ru-•hia-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 •inen Verteiler in die Füllungsschicht. Durch die Füllung die vor allem zur Vergrößerung der Austauschflächedient, wird ein Druckabfall in der gepackten Kolon-^C _c 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 Entspannungverdampfer der eingangs genannten Art in der Weise zu verbessern, daß er im Aufbau kompakt und mit einfichcren und billigeren Kondensationsmitteln versehen ist und baukastenartig zusammengesetzt werden kann, frfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß «ede Verdampferstufe ein Wärmeübergangsrohr aufweist, in dem eine über ihre gesamte Lange 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.

Ni.ch einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Rippen durch eine um die Rinne bandagenühnlich spiralförmig gewickelte Fläche gebildet.

Nai> der Erfindung ist weiter vorgesehen, daß die Füllung aus einer Packung porösen Materials bestellt und im wesentlichen feinmaschigen Draht, Glaswolle und/oder Kunststoffschaum enthalt.

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 dn der Rinnenöffnung cntgcgengesctzten Seite ein Segment entfernt ist. wobei die 1 lohen der einzelnen Segmente in Richtung des Destillats.comes

zunehmen.

Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Kippen öffnungen mit einem Abflußrohr verbunden sind, über das eine Wärmeübergangsflüssigkeii hinwcggeleitet

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dien! das Wärmeübergangsrohr der Führung dor Wärme iibergangsflüssigkeit.

Zweckmäßigerweise weist der er1indiingsgemal.se Fntspannungsvcrdampfcr 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 Aus i>5 fülirungsbcispielen dargestellt. Dabei zeigt

Fig. I einen Querschnitt durch eine Enispannungsvprrln m nfer-Ein heil.

F 1 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 Mitteln, 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 modifizierten Ausführungsformen.

Der Verdampfer 10 enthält einen Kanal 12, der im wesentlichen aus einem halbzylindrischen Blechstreilen, 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. F i g. 2). Die Rippen 16. der Kanal 12 sowie die Packung 14 werden in das Rohr 20 eingepaßt, wodurch sich eine Wärmeübergangsfläche ergib!. 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. H. 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 Entspannungsverdampleranlagc zusammensetzen.

Aus den I- i g. 1 und 2 ist ersichtlich, daß jede Grundeinheit durch Konsolen, Stege od. dgl. 22 in einer der Umgrenzung dei ganzen Entspannungsverdampferanlage dienenden Verkleidung 24 gehalten wird.

Der Betrieb eines F.nispamuingsverdampfcrs 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 Feil gefüllt ist. Mittels einer Pumpe wird das Meerwasser unter hohem Druck in die durch den Pfeil 26 dargesidl-'.■ Richtung gefördert. Der Widerstand des porösen Materials 14 gegenüber der Strömung des Meerwassers verursacht im Kanal 12 oine ständige Dnickmimli· rung, welche wiederum die Verdampfung des Meerwassers während des Fließens durch den Kanal 12 verursacht. Die vom Meerwasser abgespaltenen Dampfe 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 enllangzufließen. 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 /ur Niederdruckseile. Das im Kanal 12 befindliche Meerwasser fließt in der Leitung 28 um. von wo es zur llochdruckseite des Verdampfers 10 im Kingraum zwischen Rohr 20 und Verkleidung 24 zu rückgeleitet wird. He' Bedarf kann durch die Leitung JO frisches Meerwasser zugeführt werden. Während sei nes Musses von links nach rechts wird das umlaufende Meerwasser durch Aufnahme der Kondensationswärmc der abgespaltenen Dämpfe allmählich erwärmt. Hei der Abspaltung der Destillatdämpfc wird das zu verdampfende Meerwasser allmählich kühler.

Der Grund, weshalb die Segmente fiii die Öffnungen 18 in ihrer Höhe zunehmen, liegt darin, daß ihre Fläche (und damit auch die Fähigkeit. Destillat durchzulassen) vergrößert werden soll.

Der Fntspannungsverdampfer 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. |edc Grundeinheit umfaßt ebenfalls wieder einen Kanal 12'. eine Packung 14', Rippen 16', öffnungen 18' und ein Wärmeübergangsrohr 20'. Die Finheiten 10' werden in der Verkleidung durch mehrere miteinander verbundene Konsolen 22' getragen. Obwohl in F i g. 3 sieben Grundeinheiten 10' dargestellt sind, kann selbstverständlich auch jede beliebig ,in«leie Anzahl in einer einzelnen Verkleidung untergebracht werden, um eine Fntspannungsvcrdampferanlage erforderlicher bzw. erwünschter Größe zu erhalten. Der Betrieb des Fntspannungsvcrdampfcrs 40 nach F i g. 3 erfolgt in gleicher Weise wie der des Verdampfers 11 der F i g. ! und 2; seine Wirkung wird jedoch versiebenfacht.

In F i g. 4 sind die Rippen für die Grundeinheit 10 anderweitig ausgebildet. Der Kanal 12" hat dabei halb-/ylindrische 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 Einzelrippcn 50 mit einem zentrisch gelochten Streifenstück 52 und einem am Kanal 12 befestigten halbzylindrischcn Flansch 54. Die Rippen 50 sind wie die Rippen 16 bei 5t mit Segmenten versehen. Der Unterschied zwischen den Rippen 50 und den Rippen 16 besteht darin. daⁿ die erstgenannten Rippen einzeln aus einem Blech ausgestanzt und dann verhältnismäßig leicht am Kanal 12" angebracht werden können.

F i g. 'S zeigt eine Grundeinheit 60. bei der der Kanal 62 exzentrisch zum Wärmeübergangsrohr 64 angebracht ist. Diese Exzentrizität gestattet eine Durchmcsscrvcrringerung des Wärmcübcrtragungsrohrcs 64.

F i g. b zeigt eine Grundeinheit 70, die einen rcchtekkigen Kanal 72 innerhalb eines sechseckig ausgebildeten Wärmcübergangsrohrcs 74 hat. In F i g. 7 ist die Grundeinheit 80 mit einem rechteckigen Kanal 82 vcr sehen, 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 Meerwasser kanälc und Wärmeübergangsrohre nach den F i g. 5 bi> 8 hängt im wesentlichen vom geforderten Verhältnis Wärmeübergangsfläche zu Meerwassermenge im Kanal und/oder von der Wahl bestimmter Fertigungsarten ab.

F.in wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßer! Fntspannungsverdampfers besteht darin, daß die War meübergangsrohre einen verhältnismäßig großer Durchmesser und damit eine ebensolche Oberfläche haben. Diese Rohre können zudem Nahtrohre sein. Mil einer derartigen Ixisung lassen sich die Kosten pro Fin licit beträchtlich vermindern. Während die Rohre mit einem äußeren Überzug versehen sind, sind sie im Inne ren durch Rippen verstärkt, so daß die Wandstärke nicht größer zu sein braucht als die der Kondensator rohre bekannter Ausführung.

Selbstverständlich beschränkt sich die vorliegende Erfindung keineswegs allein auf die dargestellten unc beschriebenen Ausführungsformen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Paten,anspräche:

1. Entspannungsverdampfer zur Gewinnung reinen Wassers aus Meerwasser durch vielstufige Entspannungsverdampfung, mit in jeder Verdampfersiufe vorgesehenem Sammelraum für das unter Verringerung von Druck und Temperatur gewonnene Kondensat, der jeweils mit der nachfolgenden Verdampferstufe bzw. nach der letzten Verdamp- i" ferstiife mit einem Sammelbehälter für reines Destillat verbunden ist sowie mit Kondensationsvorrichtungen und Leitungen für Wasser bzw. Destillat, wobei in jeder Verdampferstufe ein¹³ Füllung mit wasser- bzw. gasdurchlässigen Material vorgeseher 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 lüllung (14) erstreckt, wobei die Rinne (!2. 72. 62. 82, 92) von im wesentlichen quer zur Rinnenachse angeordneten Rip,fen (16, 50) umgeben ist, die von der Rinne (12, 62. 72, 82, 92) aus bis zur Wand des Warmeiibergangsrohrs (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. Entspannungsverdampler nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekenn/.eichnei. daß die Füllung (14) aus einer Packung porösen Materials besteht und im wesentlichen feinmaschigen Draht. Glaswolle und/oder Kunststolfschaum enthält.

4. Fntspannungsverdampfer nach den Ansprüchen I bis S. dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (14) oder ein Teil derselben als Tropfenabscheider dient.

5. Fntspannungsverdampfer nach Anspruch I, 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 I, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenolfnungen (18) mit einem Abflußrohr verbunden sind, über das eine Wärmeübergangsflüssigkeit hinweggeleitet wird.

7. Entspannungsverdampfer nach den Ansprüchen I bis b, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübergangsrohr (20, 64, 74, 84. 94) der Führung der Wärmeübcrgangsflüssigkeit dient.

8. Enlspannungsverdampfer nach den Ansprüchcn 1 bis 7. gekennzeichnet durch mehrere, aus je einer Rinne (12. 62, 72,82,92), Füllung (14) und Rippen (16. 50) bestehende Einheilen, die von einem gemeinsamen Gehäuse umgeben sind.

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