DE1642517C3 - Vorrichtung zum Entsalzen von Wasser - Google Patents

Description

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Die Erfindung beiriffi eine Vorrichtung zum Entsalzen von Wasser, mit Einern behälter für Salzwasser, Düsen zum Einspritze.! eine flüchtigen, im Salzwasser siedenden und Eiskristahe bildenden Kühlflüssigkeit in dem Behälter, einer Einrichtung zum Abscheiden der Eiskristalle von ihrer Mutterlauge und einer Anordnung zum Schmelzen der abgeschiedenen Eiskristallc

Meerwasser hat üblicherweise eine Salzkonzentration von etwa 3,5 Gewichtsprozent und muß. um es zu Trinkwasser aufzubereiten, auf eine Salzkonzentralion unter 0,05 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,03 Gewichtsprozent, entsalzen werden. Für andere Verwendungszwecke sind höhere Salzkonzentrationen noch zulässig.

Die Knappheit von Frischwasser ist ein sich ständig vergrößerndes Problem auf der Welt, und es wurden bisher viele Verfahren zur Erzeugung von Frischwasser, z. B. aus Meerwasser, durch Entsalzen vorgeschlagen. Eines dieser Verfahren besteht darin, daß im Meerwasser Eiskristalle gebildet, diese Eiskristalle von ihrer Mutterlauge abgetrennt und die abgetrennten Eiskristalle geschmolzen werden, wobei das geschmolzene Eis ein Wasser mit geringerer Salzkonzentration als das ursprüngliche Meerwasser ergibt. Dieses Verfahren ist zwar wirkungsvoll, bedingt jedoch relativ hohe Kosten für die Erzeugung des Süßwassers,

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine im Hinblick auf Wärmewirtschaftlichkeit verbesserte Vorrichtung zum Entsalzen von Wasser zu schaffen, welche leistungsfähig und wirtschaftlich arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgcmäß gelöst durch eine Leitflächenanordnung im Behälter und Anortlnung der Düsen im Behälter lediglich auf einer Seite der Leitflächenanordnung.

Gemäß der Erfindung wird das Entsalzen von Salzwasser durch Eisbildung zur Erzeugung von Frischwasser durch folgende Schritte erreicht:

a) Einspritzen einer flüchtigen, mit Wasser nicht mischbaren Kühlflüssigkeit in das Salzwasser derart, daß die Kühlflüssigkeit verdampft und die Bildung von Eiskristalien sowie die Zirkulation einer Suspension der Eiskristalle um Leitflächen bewirkt,

b) Abscheiden der Eiskristalle aus ihrer Mutterlauge und

c) Schmelzen der abgeschiedenen Eiskristalle.

Die Entsalzungsvorrichtung besteht aus

a) einem Behälter für Salzwasser,

b) einer Einrichtung zum Einspritzen einer sich verflüchtigenden Kühlflüssigkeit in den Behälter,

c) einer Leitflächenanordnung in dem Behälter, durch die bei Betrieb der Anlage die mit dem Wasser nicht mischbare, in den Behälter eingespritzte flüchtige Kühlflüssigkeit in dem Salzwasser verteilt wird, dann verdampft und die Bildung von Eiskristallen bewirkt, wobei eine turbulente Strömung um die Leitflächen einer Aufschlämmung von EiskristaUcn in Gang gesetzt wird, sowie

d) einer Einrichtung zum Abscheiden der Eiskristalle aus der Mutterlauge und

e) einer Einrichtung zum Schmelzen der abgetrennten Eiskristalle.

Zweckmäßig ist die Leitflächenanordnung im Behälter vertikal angeordnet, so daß sie während des Betriebs der Vorrichtung in das Salzwasser eintaacht.

Vorteilhaft ist die Leitflächenanordnung ein Rohr, wobei die Düsen innerhalb des Umfanges des Rohres vorgesehen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Strangschema der Entsalzungsanlage,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Gefrier-Kristallisicr-Behälter und

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2.

Die Anlage besteht aus einem Behälter 12, in welchem Eiskristalle aus Meerwasser durch direkte Berührung mit siedendem η-Butan als Kühlmittel gebildet werden, aus einer Kolonne 14 zum Abscheiden der Eiskristallc aus ihrer Mutterlauge und Waschen der Eiskristalle von anhaftendem Salzwasser und aus einem Sciimclzbehälter 16 zum Schmelzen der in der Kolonne 14 abgeschiedenen Eiskristallc

Die Anlage enthält ferner einen Entlüfter 18, Wärmetauscher 20, 22, 24, Butan-Abscheider 26, 28, einen Absorber 30 und Verdichter 32, 34, 35. Alle diese Teile der Anlage sind für sich bekannt.

Zum Betrieb strömt ständig ungereinigtes Meerwasser durch eine Leitung 36 in den Entlüfter 18, in dem ihm Gase entzogen werden. Das gasfreie Meerwasser wird aus dem Entlüfter 18 durch eine Leitung 38 über Leitungen 40, 42 zu den Wärmetauschern 20 bzw. 22 gepumpt. Der Wärmetauscher 20 arbeitet mit indirektem Wärmeaustausch, und das Meerwasser wird dort durch indirekten Wärmetausch mit dem erzeugten Wa,ser aus dem Schmclzgefäß 16 abgekühlt. Der Wärmetauscher 22 arbeitet mit doppelter

Konvektion und mit einer mit Wasser nicht mischbaren Hilfswärmeträgerdüssißkeit, wobei das Meerwasser durch Wärmetausch mit dem aus der Kolonne 14 u!s Mutterlauge abgeführten Salzwasser abgekühlt wird. Das gekühlte Meerwasser verladt die Wärmetauscher 20, 22 durch Leitungen 44 bzw. 46, die beide in eine in den Behälter 12 führende Leitung 48 münden. Im Behälter 12 werden durch direkte Berührung des Salzwassers mit siedendem η-Butan Eiskristalle erzeugt. Die Aufschlämmung der Eiskristalle im Salzwasser verläßt den Behälter 12 durch eine Leitung 50, die in die Kolonne 14 mündet. Die Eiskristalle, die in der Kolonne 14 abgeschieden werden, werden durch eine Rutsche 52 nach unten in das Schmelzgefäß 16 abgeführt, in welchem sie durch direkte Berührung mit warmem Butandampf geschmolzen werden. Das sich durch das Schmelzen der Eiskristalle bildende Wasser fließt aus dem Schmelzgefäß 16 durch eine Leitung 56 in den Wärmetauscher 20. Vom Wärmetauscher 20 strömt das Wasser über eine Leitung 58 in den Butanabscheider 26, wo die geringen im Wasser suspendierten bzw. gelosten Butanmengen entfernt werden. Aus dem Butanabscheider 26 strömt das Wasser durch eine Leitung 60 in den Absorber 30, in welchem Rest- as mengen von Butan durch Absorption mit Holzkohle entfernt werden. Das erzeugte Frischwasser verläßt die Anlage durch eine aus dem Absorber 30 abführende Leitung 62.

Für die Kolonne 14 wird Waschwasser aus der Lei-Hing 56 durch eine Leitung 64 entnommen. Das νο,ϊ den Eiskristallen abgezogene Salzwasser verläßt die Kolonne 14 durch eine Leitung 66, die in den Wärmetauscher 22 führt. Das Salzwasser verläßt den Wärmetauscher 22 durch eine Leitung 68, die in den Wärmetauscher 24 führt. In dem Wärmetauscher 24 wird Butan durch Wärmetausch mit Salzwasser gekühlt und kondensiert. Das Salzwasser verläßt den Wärmetauscher 24 durch eine Leitung 70, die in den Butanabscheider 28 führt, welcher im Salzwasser suspendiertes oder gelöstes Butan zurückgewinnt. Das Salzwasser wird aus der Anlage durch eine Leitung 72 aus dem Butanabscheider 28 abgeführt. Ein Teil ics Salzwassers aus der Leitung 66 wird durch eine in die Kolonne 14 führende Leitung 74 in die Leilung 50 rückgeleitet, und ein weiterer Teil wird durch eine Leitung 75 rückgeführt, welche in die in den Behälter 12 führende Leitung 48 mündet.

Während des Betriebes der Anlage wird ständig Butan für die Erzeugung von Eiskristallen im Bchäl- »er 12 in e^;nem geschlossenen Kreislauf unigepumpt. Flüssiges Butan tritt in den Behälter 12 durch Leitungen 76 ein, und dampfförmiges Butan verläßt den Behälter 12 durch eine Leitung 78, die in den Verdichter 32 mündet. Die Leitung 50 entlüftet in die Leitung 78 über eine Leitung 79. Aus dem Verdichter 32 strömt warmer Butandampf durch eine Leitung 80 in den Schmelzbehälter 16. in welchem der Butandampf durch direkte Berührung mit den zu schmelzenden Eiskristallen gekühlt und teilweise fio kondensiert wird. Der verbleibende Butandampf strömt vom Schmelzgefäß 16 durch eine Leitung 8?. zum Verdichter 34 und verläßt diesen durch eine Leitung 84, die in den Wärmetauscher 24 führt, in dem dar, Butan durch indirekten Wärmetausch mit r_K) dem aus dem Wärmetauscher 22 abgeführten Salzwasser gekühlt und kondensiert wird. Das im Wärmetauscher 24 konde/i.iierte flüssige Butan fließt über die Leitung 76 in den Behälter 12. Zusätzliches Butan wird, falis erforderlich, in die Anlage über eine Leitung 86 in die Leitung 76 gespeist. Der Butandampf aus den Abscheidern 26, 28 gelangt durch Leitungen 88 bzw. 90 über eine Leitung 92 in den Verdichter 35. Ams diesem führt eine Leitung 94 in die Leitung 78. Das im Schmelzgefäß 16 kondensierte flüssige Butan wird durch die Leitung 1)6 und über die Leitung 76 in den Behälter 12 rückgeführt.

Der in F i g. 2 und 3 gezeigte Behälter 12 besteht aus einem aufrechten zylindrischen Gefäß 100 mit Kreisförmigem Querschnitt, welches im Betrieb der Anlage eine Aufschlämmung von Salzwasser und Eis bis etwa zum Spiegel L enthält. Die Leitung 50 führt in Höhe des Spiegels L aus dem Gefäß 100. Die Leitung 48 führt durch den Deckel 102 und dicht an der Umfangswand 114 in das Gefäß 100. Die Leitung 78 führt aus dem Gefäß 100 axial durch den Deckel 102. Die Leitungen 96 und 76 führen zu einem Fiüssie-Butan-Verteiler 104, der vier vertikale, durch den Boden 108 de·, Gefäßes 100 nach oben ragende Düsen 106 aufweist. Die Düsen 106 sind um die Achse des Gefäßes 100 symmetrisch verteilt angeordnet. Der Behälter 12 enthält ferner eine Leitflächenanordnung, die aus einem aufrecht stehende- zylindrischen Leitrohr 110 mit kreisförmigem Querschnitt besteht, das auf Stützen 112 an der Bodenwand 108 koaxial zum Gefäß 100 befestigt ist. Das Leitrohr 110 endet unterhalb des Spiegelst und liegt in Abstand von dem Boden 108 und der Seitenwand 114. Die Leitung 48 verläuft bis in den Ringspalt zwischen dem Lein ohr 110 und der Behälterwand 114. Die Düsen 106 liegen in Draufsicht: gesehen innerhalb, und zwar wesentlich innerhalb des Umfange« des Rohres UO.

Im Betrieb der Anlage wird im Gefäß 1OU eine Aufschlämmung von Eiskristallen in Salzwasser durch die Wirkung des ständig durch die D^;isen 106 eingespritzten Flüssigbutans in turbulenter Strömung sei in Umlauf gehalten, daß sie im Leitrohr HO nach oben strömt. Die in F i g. 2 durch Pfeile angedeutete Zirkulation erfolgt um das Rohr HO entlang dessen Innenseite nach oben, durch den Ringspalt zwischen dem Rohr 110 und der Wand 114 nach unten und wieder in das Rohr 110 zur erneuten Aufwärtsstromung. Durch diese Zirkulation werden die EiskristalltT gleichförmig in der Aufschlämmung verteilt. Das der Anlage zugeführtc Salzwasser tritt in das Gefäß 100 kontinuierlich durch die Leitung 48 ein. und die Aufschlämmung verläßt den Behälter kontinuierlich durch die Leitung 50. Das Flüssigbutan sicdel in der Aufschlämmung und bewirkt dabei eine Kühlung von Eiskristallen, während der sich bildende Butandaninf ständig durch die Leitung 78 abströmt.

Die Kolonne 14 (Fig. 1) hai rechteckigen Querschnitt (nicht «-zeigt) und vier Hntwässcrungskästen 120 (von denen nur drei gezeig! sind) an den Scitenwänden der Kolonne 14, deren jeder mit der Leitung 66 in Verbindung steht. Jeder Entwässcrungskastcn 120 steht über eine Entwässerungswand 122 mit der durch den Innenraum der Kolonne 14 gebildeten Kammer in Verbindung. Die Kolonne 14 ist außerdem mit einer .Sprüheinrichtung 124 ausgestattet, durch welche über die Leitung 64 aus dem Schmel/-gct'äß 16 abgezogenes Wasser aufgesprüht weiden kann. Ferner isi ein endloser Gurtkratzer 126 vor der Rutsche 1»2 aniioordrv:!.

Beim Betrieb der Anlage steigt ein Bett von Eis- Seewasserzuführung:
kristallen und Salzwasser ständig langsam in der vom

Innenraum der Kolonne 14 gebildeten Kammer an, Zuströmmcngc 40 kg/h,

und das enthaltene Salzwasser wird seitlich durch die Salzkonzcntration 3,5⁰Zo,

Lntwässerungswändc 122 und die Entwässerungskä- 5 Temperatur unmittelbar vor Eintritt in den Gesten 120 in die Leitung 66 abgeführt. Der Kratzer frier-Kristallisier-Behälter = 10° C.
126 kratzt kontinuierlich die Eiskristallc von der
Oberseite des Bettes auf die Rutsche 52. durch ^Blltan:
welche die Kristalle in das Schmelzgcfäß 16 abge- Zuführmenge 18 kg/h

führt werden, während durch die Sprüheinrichtung io (dies ist mehr als theoretisch erforderlich, um

124 ständig Frischwasser auf das ansteigende Bett die Wärmeverlustc auszugleichen),

aufgesprüht wird, um noch anhaftendes Salzwasser Siedetemperatur — 2,45" C.

von den Eiskristallen abzuwaschen. Der wesentliche .

Teil dieses Waschwassers verläßt die Kolonne 14 zu- Abgeführte Lauge:

sammen mit den Eiskristallen über die Rutsche 52. 15 Zur Seewasserzuführung rückgeführte Menge

Das Schmelzgcfäß 16 enthält ein Sieb 130, auf 11 kg/h,

welches die Eiskristallc von der Rutsche 52 auftref- Salzkonzentration 4,4°/o,

len. Butandampf aus der Leitung 80 tritt unterhalb Riickführmenge zum Einlaß der Waschab-

des Siebes 130 in das Schmelzgcfäß 16 ein und schcidc-Säule = 0.

kommt mit den Eiskristallen auf dem Sieb 130 in Bc- 20 .

rührung. Das von den Eiskristallen abgcschmolzcne bisknstallc:

Wasser und das kondensierte Butan sammeln sich in Flache Scheiben I bis 2 mm Durchmesser mit

zwei getrennten Schichten unterhalb des Siebes 130 einer Dicke von etwa ein Fünftel ihres Durch-

iiiul werden aus jeder Schicht durch Leitungen 56 messers.

bzw. 96 abgezogen. ²⁵C u/

Beim Inbetriebsetzen der Anlage wird vorteilhaf- erzeugtes Wasser:

terweisc eine Anfangsmenge Frischwasser von etwa ' Gesamtausbeute 8 kg/h,

20 bis 50"ti der zugcführten Salzwasscrmengc. vor- Rückführung für Waschen der Eiskristalle

zugswcisc etwa 40 ° n. zugesetzt. 11 kg/h,

30 Salzkonzentration 0,05 ⁿ/n.

D c 1 s ρ 1 c 1 Verwcilzcit im Gefrier-Kristallisier-Behälter:

In einem Behälter 12 im wesentlichen gemäß = 10 Minuten.

F-i e. 2 und 3 werden aus Seewasser Eiskristalle ge- „. . , . , . _,..·,.

bildet. Das Fassungsvermögen des Behälters bis zum 35 Gle.chgewchtstempcratur im Gefrier-Kristallisier-Flüssigkeitsspiegel L beträgt etwa 9 kg Aufschläm-

mung. Die üiskristallc werden von ihrer Mutterlauge = --2,45''¹C.
in einer Wasch-Abscheidc-Kolonne etwa gemäß

F i g. 1 abgetrennt. Die Eiskristalle werden dann ge- Es ist zu ersehen, daß die Gesamtausbeute an

schmolzen. ■ 4° Frischwasser etwa 2O°/o der Seewasserzuführung er-

Die Bedingungen und Ergebnisse sind die fol- reicht und eine Salzkonzentration im Frischwasser

gendcn: von 0,05 Gewichtsprozent erzielt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

I 642 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Entsalzen von Wasser, mit einem Behälter für Salzwasser, Düsen zum Einspritzen einer flüchtigen, im Salzwasser siedenden und Eiskristallc bildenden Kühlflüssigkeit in dem Behälter, einer Einrichtung zum Abscheiden der Eiskristalle von ihrer Mutlerlauge und einer Anordnung zum Schmelzen der abgeschiedenen Eis-

.kristalle, gekennzeichnet durch eine Leitflächenanordnung (110) im Behälter (12) und Anordnung der Düsen (106) im Behälter (12) lediglich auf einer Seite der Leitflächenanordnung (HO).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächenanordnung (110) ;m Behälter (12) vertikal angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächenanordnung au (110) ein Rohr ist und daß die Düsen (106) innerhalb des Umfanges des Rohres vorgesehen sind.