DE1642442C3 - Entspannungsverdampfer - Google Patents
EntspannungsverdampferInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- 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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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- 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 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 für unterschiedliche Größen zu verwenden.
.
Diese Nachteile werden im wesentlichen durch bekannte
Entspannungsverdampfer (US-PS 32 14 349) abff-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)
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.
60
Applications Claiming Priority (1)
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US58476766A | 1966-10-06 | 1966-10-06 |
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DE1642442C3 true DE1642442C3 (de) | 1975-11-27 |
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ID=24338703
Family Applications (1)
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