DE1717080A1

DE1717080A1 - Verfahren zur Gewinnung von reinem Wasser aus Seewasser und anderen Loesungen durch Entspannungsverdampfung und Kondensation

Info

Publication number: DE1717080A1
Application number: DE19641717080
Authority: DE
Inventors: Prof Othmer Donald F
Original assignee: OTHMER MARIAN; OTHMER MILDRED TOPP
Current assignee: OTHMER MARIAN; OTHMER MILDRED TOPP
Priority date: 1963-01-18
Filing date: 1964-01-15
Publication date: 1971-12-23
Also published as: ES295788A1; US3329583A

Description

Verfahren zur Gewinnung von reinem Wasser aus Seewasser und anderen Lösun-en durch U Entspannungsverdampfung und Kondensation C> Die Erfindung bezieht sich auf ein Verrahren zur mehrfachen Entspannungsverdampfung von verdünnten wäserigen Lösungen wie beispielsweise und insbesondere Seewasserg wo- bei die Konzentration der Lösung und Kondensation der Dämpfe entweder a) zur Vorwärmung der Lösung selbst durch indirekten W;'rmeilbergang oder b) zur Vorwärmung eines umgewälzten Stroms frischen Wassers durch direkten WärmeUbergang und Kondensation verwendet vird.

Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, bei dem die Verdampfung in einer Anzahl von Stufen durchgeführt wirdl die zusätzlich zu anderen üblichen mehrfachentspannungsverdampfungsstufen oder zur mehrfachen Entspannungsverdampfung mit DampfvorwUrmung ein oder wehrere der folgenden Stufen enthalten: a) Vorwärmung der verdünnten Lösung unter Druck wenigstens auf ihren Sättigungsdruck in einem Vorerhitzer durch eine Verbrennung eines gasartigen oder flüssigen Brennstoffes unter Wasser; b) Verdampfung einer kleinen Menge von Ulasser in dem Vorerhitzer zur Erzeugung von Dampf, der zu einer sogenannten halben Stufe geleitet wird, um den einströmenden Strom der verdünnten Lösung des Ublichen hlehrfachentspannungsverdampfersysteme zu erwdrmen oder um den umgewälzten Strom frischen Wassers des Danipfvorw'tirmesystems auf eine höhere Temperatur zu erwärmen als die des Dampfes der höchsten Temperatur, die durch die Entspannungsverdampfung erzeugt werden kann; 0 VorbeifUhrung einer kleinen Menge verdünnter Speiselosung an dem Vorerhitzer und Zuführung des vorbeigeleiteten Teils zu einer Entspannungsverdampfungsstuiel die in ihrer Temperatur unter der aes Stroms liegt, im allgemeinen zur zweiten bis zehnten Stufe von aer Stufe mit der höchsten Temperatur ausgehendg wodurch eine Wiedergewinnung der meisten sonst verworrenen WIrme ermöglicht wird, -aeil sonst auf niedrigeren als fUr das verfahren zulässigen optimalen Bedingungen gearbeitet wird; d) Auskristallisation von Kesselstein bildenden Salzen beschrqrücter Lbslichkeit, falls solche vorhanden sind, durch schnelle Erwdrmung der verdünnten Lösung auf eine höhere Temperatur-und Brmöglichung einer Verweilzeit auf einer aus einem zusammengesetzten Maschengewebe bestehenden Oberfläche, von der später der auskristallisierte Kesoelstein, der sich auf dem Maschengewebe niedergeschiagen hat, abgebrochen aird, indem die Oberfläche des flexiblen Maschengewebes in ihrem Volumen verringert und dadurch die Oberfläche zerstört wird; e) Kühlung des erwärmten Stroms frischen Wasserkondensats, flalls ein Dampfvorwärmesystem verwendet wird, wobei das rohe Seewasser, ehe et in den Vorerhitzer eintritt, durch direkten Kontakt in einem Flüssigkeit-Flüssigkeit-Flüssigkeii,-Wärmeaustauscher vorgewärmt wird oder durch einen Wärmeaustauscher, der zur Kühiung eine MehrfachentspannungsverdampfUng benutzt.

Einige dieser Veri.-3,lirensiaerkmale 'z.öiinen ohne zusätzliche

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,rmeil-Losten die Kondensation in jeder Stufe erhönen und ge-

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Kondensats, das als reines Wasser abgeführt wird. mehrere dieser Verfahrenestufen, wenn sie in aer erfindungsgemäßen Weise vereinigt-werden, ergeben auch andere Vorteilefür die Konstruktion und die Arbeitsweis6 des üblichen Entspannunge-oder Vorwärmeverdalapfungssystems, was weiter unten beschrieben werden wird.

Obgleich Standardapparaturen und -einrichtungen im allgemeinen verwendet werden können, um die Vorteile der Erfindung zu erhalten durch entsprechende Anordnung, Verbindung, Regelung und Arbeitsweise, sind für manche besonderen Fälle einige besondere Einrichtungen, wie beispielsweise eine besondere Mehrfachumwälzpumpe, entworfen worden, die es ermöglichen, den größten Nutzen aus der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ziehen.
Das neue Verfahren umfaßt einige Verbesserungen der apparativen Einrichtungen und eine grundsätzliche Verbesserung in der Art der Wärme- und Materialströme, die dazu dienen, einige oder alle der folgenden Wärmeübergangsoperationen zu .erhalten, nämlich a) die Erwärmung und teilweise Verdampfung von rohem Seewasser, b) die Entspannungsverdampfung von erwärmtem Seewasser in mehreren Stufen, e) Kondensation der Dämpfe aus dem Vorerhitzer und dem Mehrfachstufenverdampfer auf den Oberflächen der Röhren des Vorwärmers, wenn ein übliches Mehrfachentspannungsverfahren angewendet wird oder direkt auf oder in dem kondensierten Wasser, welches im Gegenstrom zurückgeleitet wird, wenn ein Da4apfvorwärmesystem verwendet wird und d) Wärmeaustausch zwischen zwei Verfahrensflüssigkeiteströmen, wenn ein Dampfvorwärmesystem verwendet wird, nämlich zwischen rohem Seewasser und Destillat, welches vermittels eines dritten Stromes als Wärmeträger umgewälzt wird, der wechselweise in direkter Berührung mit jedem Strom der Verfahrensflüssigkeit ist oder vermittels eines Entspannungsverdampfungswärmeaustauschers.
Obgleich Wasser das häufigste Lösungsmittel sein wird, welches aus verdünnten Lösungen in reiner Porm wiedergewonnen werden soll, können auch andere Lösungsmittel in Betracht gezogen und in der gleichen Ileise.wiedergewonnen werden. Auch Seewasser wird als verdünnte wässrige Lösung benutzt, aber die Erfindung ist nicht auf dieses oder andere salzhaltige Wasser oder Brackwasser, welches als Trinkwasser benutzt werden soll, beschränkt. Andere wäserige Lösungen können ebenfalls verwendet werden, entweder um rdineo Wasser zu erhalten oder um konzentrierte Lösungen daraus zu schaffen.
Beim Nntealzen von Seewasser kann als verfügbar im allgemeinen eine sehr große oder praktisch unbegrenzte Menge angesehen werden. Somit brauchen bei der Herstellung von Frischwasser keine'Überlegungen darauf verwendet zu werden, ob und welche Menge von Seewasser für eine bestimmte Menge Produkt in Frage kommt. Manchmal ist es erforderlich, aus anderen uberlegungen oder Gründen die Menge des Ausgangswassers ZU begrenzen. Aus diesem Grund ist daher eine Umwälzung von Seewasser zur Erhöhung seiner Konzentration nicht erforderlich, höchstens aus Wärmewirtschaftsgründen. wenn jedoch Gegenstand des Verrahrens eine konzentrierze Lösung oder So211le aus Seewasser oder eine Konzentration irgendeiner anderen Lösung ist, dann muß ein Teil des aus der untersten Stufe abfließenden Konzentrate wieder umgewälzt werden, damit die gew,inschte Konzentration entstehen xann.
Im nachfolgenden wird dieser erneuten Umwälzung der Lösung xeine Beachtung geschenxtp obgleich sie im allgemeinen in der Verringerung des Wärmeabfalls für die üblichen Mehrfachentspannungsveraampfersysteme und auch für das Dampfvorwärmesystem in Beträgen von 25 bis 40 % bei der Verwendung verhältniamäßig weniger Stufen von Bedeutung sein kann. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung weraen dennoch eintreten, ganz gleichg ob eine Umwälzung von beewasser durchgeführt wird oder nicht.
Lösungen von anorganischen oder organischen Stoffen oder beiden lassen sich durch das beschriebene Verfahren konzentrieren und bei der Handhabung dieser Lösungen können doch verschied.ene Bedingungen auftreten, selbst wenn das Verfahren das gleiche ist. So kann eine Sulfidlauge, die nach diesem Verfahren konzentriert werden'soll, andere Eigenschaften zei-en und einen viel höheren Siedepunkt haben (was weiter unten erläutert werden wird) als dieg die bei der Entealzung von Seewasser auftreten. Selbst bei Lösungen gewöhnlichen oder anderen Salzes, nämlich wenn eine Sohle konzentriert weraen soll, um daraus Salz herzustellen statt frischen Wassers, ist die Siedepi,-"-trrhöhung der umgewälzten Lösung von Bedeutung.
In jenen Fällen, bei denen sich durch die Erwärmung einer Lösung Kesselstein bildet und durch die sich dadurch ergebende verringerte Löslichkeit einiger der Kesselstein bildenden Salze in der Lösung, eriiiiglicht eine Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens die leichte Entfernung dieser Salze so vollst-indig, daß sie in keiner Einrichtung stören. Diese Entfernung erhält man durch eine ausreichende Haltezeit, in der sich Kesselstein bilden kann und auf der großen Oberfläche eines flexiblen Materials, das in die Lösung getaucht ist, auskristallisiert. Dieses Material liegt dort in der Lösung, wo diese etwa ihre höchste Temperatur hat, nämlich entweder in dem Vorerhitzer oder in einem anderen anschließenden Behälter. Wenn sich eine optimale Menge Kesselstein gebildet hat, wird die flexible Oberfläche verbogen und der Kesselstein abgebrochen und ausgewaschen, wobei er entweder von dem strömenden Lösungsmittel ausgewaschen wird oder durch einen Waschvorgang, sofern die Anlage vorübergehend stillgelegt werden muß.
Obgleich ein flüssig-flüssig-flüssig-Wärmeaustauscher oft w'inschenswert ist und in der Beschreibung als Beispiel für das Arbeiten mit einem Dampfvorwärmes7,stem beschrieben wird, xann genau so gut eine Übliche Röhrenanlage verwendet werden, wenn auf äußerste Einfachneit 'lert gelegt wird, und statt dieser beiden Einrichtungen können das Verfahren und die Einrichtungen für '#llärmeübergang verwendet werden, die in der noch schwebenden Anmeldung 241 721 vom 3. Dezember 1962 beschrieben sind.
Klassische Verdampfungsverfahren Die Gewinnung von Trinkwasser aus Seewasser und anderem Wasser, das eine so große Konzentration von Salzen oder anderen ,Verunreinigungen enthält, daß es nicht trinkbar ist, ist bisher durch verschiedene Arten von Verdampfungsverfahren durchgefUhrt worden, nämlich a) durch die übliche Mehrfachverdampfung und b) durch Dampfdruckverdampfung, die beide metallische Flächen für den Wärmeübergang sowonl für die Verdampfung des Seewassers als auch die Kondensation des Destillats verwenden, und durch e) Mehrfachentspannungsverdampfung, die darin besteht, daß das Seewasser aufeine hohe Temperatur vorgewärmt wird und die Abkühlung durch Spannungsverdampfung in Stufen, wobei die Dämpfe aus der Entspannungsverdampfung den Zulauf vorwärmen. Dieses System beseitigte die metallische Wärmeübergangsflächen für die Veraampfung, benutzt aber metallische Übergangsflächen sowohl für die Kondensation der Dämpfe aus der Entspannungsverdainpfung als auch für hohe Temperaturerwärmung durch Vorwärmung aurch Dampf.
In jedem Pall kann die Verdampfung einerLösung bei Temperaturen und Drücken erfolgene die höher oder niedriger sind als die für den normalen Sieaepunkt. rer Sättigungswasserdampfdruck wird hier als der Druck des Wasserdampfes bezeichnet, der im Gleichgewicht mit der Lösung bei einer bestimmten Temperatur ist und der auch der Sättigungstemperatur fUr diesen Druck entspricht. Die Sätzigungsbedingungen für eine Lösung und für Wasser sind aber verschieden, wenn nämlich der Dampfdruck von Wasser der gleiche ist und im Gleichgewicht mir reinem Wasser (Kondensat) ist' und auch mit einer Lösung, ist die Sättigungstemperatur für Wasser niedriger als der Sättigungsdruck für die Lösung, und diese Differenz nennt man Siedepunktserhöhung bei dem Druck der Lösung einer bestimmten ionzentration.
Im allgemeinen Können Luft und andere nicht j:ondensierbare Uase in Seewasser gelöst vierden und insbesondere unter Vakuumbeain,g-ungen ist es wünschenswerz, Seewasser vor der Verdampfung zu entlüften. uas gleiche gilt bei dem hier besprochenen Verfahren, obgleich in manchen Fällen die Entlärtung gleichzeitig mit anderen Stufen einhergehen kann.
Dampfvorwärmeverfahren - Allgemeine Beschreibung Kürzlich ist ein Mehrfachstufen-Entspannungsverdampfungsverfahren entwickelt worden, in dem keine metallischen Wärmeübergangsflächen bei dem Kondensieren der Dämpfe, die sich während der Abkühlunc des erwärmten See",#as,-,ers bilden, vorhanden sind und das in mehreren Entspannungsverdampfungen durchc> geführt wird. Diese Dämpfe dienen dazu, nicht den Lösungsstrom, der behandelt wird, vorzuwärmen wie bei den üblichen Entspannungsverdampfern, sondern die Wärme des Dampfes dient zur Erwärmung eines umvewälzten-Stroms kälteren frischen Wasserkondensats, das manchmal auch als Destillat bezeichnet Tiirdp durch direkte Berührung des Dampfes mit und durch da3 Kondensat auf der Oberfläche der Flüssigkeit des frischen Wasserstroms. Es ist eine Leiter von Stufen vorhanden, in denen auf der einen Seite heißes Seewasserherunterströmt, wobei es durch Entspannungsverdampfung in jeder Stufe abgekühlt wird und kälteres, reines Wasserkondensat steigt auf der anderen Seite empor . und wird entsprechend durch Entspannung oder offene Kondensation erwärmt. Die D:3,mpfe strömen von der heißen Sole zum kälteren Kondensat quer durch jede Stufeg wodurch die metallische Wärmeübergangsflächen fÜr die Kondensation wegfallen.
Die Vorteile eines Verdampfungssystems, das keine Wärmeiiber,7angsfl-;-zchen enth,-'#7.1t, und zwar in der Verdampfung oder Prodqxiion von D;-i.mpfen und in der 'Kondensation dieser Dämpfe, durch die sich destilliertes `Jasser ergibt, sind augenfällig, weil diese Wärmeübergangsflär-#hen der klassischen Systeme hohe Kosten verursachen. Außerdem ergeben die Nachteile beim Übergang der. 'Närme einen verh,;-:'ltnismäßig niedrigen WärmeUbergangekoeefffizienten, so daß entsprechend höhere Temperaturdifferenzen als Triebkrqfte erforderlich sind. Durch diesen Verlust in der effektiven L'Tesamtteiitperaturdiffertnz wird die Vereinigung von zahlreichen itUfen erheblich begrenzt, die eine Gegenstrom-."rbeitsweise so weit wie müglich ermöglichen könnte.
CI Ein'weiterer Vorteil des 'Jegfalls cLer metallischen lärmeüber-angsflI-Ichen ist der Jegfall der Schwierigkeiten, die sich durch die Bildung von Kesselstein auf diesen Plächen ergeben. Fester Kesselstein kann sieh aus verschiedenen Kesselstein bildenden Bestandteilen des Seewassers bilden, derart, daß jene Salze, die weniger löslich in Vaser bei höheren Temperaturen vierden (z. B. Kalziumsulfat), oder jene, die sich bei höheren Temperaturen zersetzen (z. B. verschiedene Biearbonate) Salze bilden, die verhältnismäßig schwer lösbar sind. Eine aer Hauptschwierigkeiten der üblichen anderen Verdampfungsverfahren ist die Bildung von Kesselstein auf den Wärmeübergangsflächen, wodurch der Wärmeübergang und damit die Kapazität und der thermische Wirkungsgrad verringert werden. Eine i#rw-3'.rmung von Rohren bewirkt, daß deren Oberflächen die heißesten Teile sind, die #riit dem Seewasser in Berührung komiiien, so* daß sich auf diesen Rohren Kesselstein bilden kann. Dadurch wird der l,'lärmeübergang beträchtlich herabgesetzt, so daß eine wirksame Durchführung des Ver.Iahrens verhindert wird.
In der "Leiter" von Stufen des Dampfvorwärmeverfahrens, wie es genannt worden ist, ist eine derartige Kesselsteinbildung weder in der Veraaiipfunge- noch in der Kondensationsseite der Leitermöglich, weil dort keine metallischen Wärmeübergangsflächen vorhanden sind. Naeh Hier wird das erwärmte Seewasser von der Stufe nöchsten Druckes zu der niedrigsten Druckes Aiit entsprechender Entspannungsverdampfung in jeuer Stufe geleitet, dhne daß es auf metallische Wärmeubergangsflächen trifft. Die Entspannungsverdai"infung ergibt in jeder Stufe Dämpfe, die frei ur anderen Seite der Stufe strömen und dort durch Kondensation auf den Ylüssigkeitsflächen aas umgewälzte Destillat, das Iiii uegenstrom auf dieser Seite der Leiter strömt, erwärmen. Eine Kesselsteinbildung in dem Vorwärmer und in dem Vorerhitzer läßt sich vollständig C) durch einige Merkmale des vorliegenden Verfahrens fUr die meisten Fälle regeln und außerdem können Verfahren, die anderenorts benutzt werden, angewandt werden, wenn defür besondere Gründe vorliegen.
In jedem Mehrfachverdampfer besteht eine Summierung von Siedepunkteerhöhungen, jeweils eine für jeden Effekt, während in einem Entspannungsverdampfer einschließlich des Systems der Dampfvorheizung nur eine Siedepunktserhöhung von Bedeutung ist; dadurch ist eine viel größere Anzahl von Stufen innerhalb einer geeigneten Temperaturspanne möglich. Für eine bestimmte Temperaturdifferenz in einer Leiter von Stufen sind jedoch viel mehr Stufen in einem Dampfvorwärme-Entspannungsverdampfer als in den üblichen Mehrfachentspannungsverdampfern verwendet werden können, weil der übliche Typ große Verluste des gesamten effektiven Temperaturabfalls beim Wärmeübergang durch hemmende Filme oder Schichten auf beiden Seiten der metallischen Wärmeübergangsflächen, auf denen sich die Dämpfe kondensieren aufweist. Deshalb ist bei einem großen thermischen Wirkungsgrad bine nahezu vollständige Gegenstromarbeitsweise möglich.
Othmer (Jour. Ind. Eng. Chem, Vol.219 S. 5769 1929) wendet die glassische Gleichung von Langmuir an und zeigteg daß die Temperaturdifferenz an einer Grenzfläche zwischen Dampf und Iffasser sowohl bei der Verdampfung als auch bei der Kondenerition außerordentlich klein ist (in der Größenordnung von 0901 0 F oder weniger) bei jeder ausreichenden Wärmeübergangsgeschwindigkeitg die in der Praxis auftritt. Demgegenüber liegt der normale Bereich des Temperaturabfalls an metallischen Flächen z. B. für die Kondensationserwärmun,-.-sseite eines üblichen Entspannungsverdampfers zwischen 5 und 15 0 F. Deshalb sind die hohen Temperaturunterschiede, die sonst fUr den `,-lärme-Übergang ineinem mehrstufigen Verdampfer notwendig sind, im wesentlichen überflüssig, genauso wie auf die Wärmeübergangsflächen verzeichtet werden kann. Eine größere Anzahl von Stu-CD fen kann bei einem entsprechend größeren thermischen '#t'irkun-,-s-L2 grad benutzt werden und damit auch eine Senkung der Wärmekosten pro Volumeneinheit produzierten '.iassers erreicht werden. In der früheren Ausgestaltung des Dampfvorwärmeverfahrens der U.S.-Patentschrift 2 803 589 ist trotzdem der Übergang der Wärme durch a) die metallischen Wärmeübergangsflächen eines Wärmeaustauschers zwischen dem heißen Destilla-u.strom und dem kalten rohen Seewasserstrom und b) die Wärmeübergangefläche des Erhitzers, der dem System Wärme zufUhrt, erforderlich. Daraus ergibt sich, daß das Dampfvorwärmeverfahren wärmewirtschaftlich arbeitetg insbesondere mit einem Optimum der Arbeitavariablen, nämlich a) Anzahl der Stufen, b) obere Einlaßtemperatur des Seewassereinlaufesq e) VerhUtnis von Frischwasser zu Seewas-,ereinlauf in der Leiter der Stufen und d) Vernältnis von Seewassermenge, die durch den Vorerhitzer zirk-hiert wird. Ein minimaler Wärmebedarf kann im Bereiche von 40 bis 100 BTU pro lb. frischen Wassers, das durch dieses System produziert wird, liegen, was von den Variablen abhängt, sogar ohne die vorliegenden Verbesserungen, die diesen wqrmebedarf weiter erniedrigen., was #.,ieiter unten beschrieben vierden wird.
Fließbilder fUr Entspannungsverdampfung Um die entsprechenden Gemeinsamkeiten und Unterschiede kenntlich zu machen, ist der ötrom-der Flüssigkeiten in dem Üblichen Plehrfachentspannungsverdampfertyp in Fig. 1 schematiscn dargestellt und der Strom der Flüssigkeiten in dem Dampfvorwärmeverfahren #"emAder Erfindung in Pig. 2. In diesen Figuren sind nur fünf Stufen A bis B dargestellt. Die tatsächliehe Anzahl kann zwischen 15 un4 50 liegen und gibt auch bei einem DampfvoZw-"#rmeverfahren ausgezeichnete Dampfausnutzung.
Die Leiter der in Fig. 1 dargestellten Stufen zeigt auf der iinken Seite jeweils eine Verdampfungs-Kühl-Zone 1 und auf der rechten Seite eine Kondensations-Erhitzungs-Zone 2. Der links nerabfließenue Strom 3 der Sole ist zunächst unter einem Druck, der aenigstens dem Sättigungsdruck für die Maximaltemperatur in aem Vorerhitzer 4 entspricht, erhitzt worden, wozu 'gqrme benutzt wird, die von einer besonderen Wärmequelle herangefUhrt wird. Die Sole entspannt sich auf einen tieferen Druck und Temperatur nach und nach in Jeder folgenden Kammer oder Stufe. Der Vieg der herabströmenden Soille ist durch die Pfeile angedeutet, die in jeder Stufe unterbrochen eindv weil kein geschlossener Strömungeweg vorhanden ist, der für das Konzentrat in Frage kommt, welches das untere Ende verläßt. Eine Umwälzung eines Teils des Konzentrate zurück zum Seewassereinlaß 5 ist üblich. Es findet dabei Verdampfung statt und die Dämpfe strömen aus jeder Entspannungekammer einer entsprechenden Stufe quer durch die Entspannungskammer in eine angeschlossene Kondensationskammer oder einen KondensationBabschnitt6a bis 6e der Stufe, wo die Dämpfe auf den Wärmeübergangsrohrendurch die das vorzuheizende Seewasser im Gegenstrom hindurchfließt, kondensieren. Das Kondeneat des Frischwassers auf den rohrförmigen Oberflächen wird in einem Produktenstrom, der durch die Pfeile 7 dargestellt ist, auf der rechten Seite entfernt. Das heiße Wasser, welches den.Kondeneatorerwärmerteil der oberen Stufe verlätt., besitzt zusätzliche Wärme, die dem Vorerhitzer 4 zugefUhrt wird.
Bei vielen Anlageng insbesondere wenn die Anlage unauegeglichen arbeitet, wird mehr Seewasser zugeführt ale in den Entspannungsseiten des Systems verbraucht werden kann. Dieses wird daher im allgemeinen in einen zuzätzlichen Satz von Kondensationsrohren in den unteren zwei '&jis fünf oder mehr Stufen oder in getrennten Stufen unterhalb der regulären Leitern gegeben und dient als Einrichtung zur P,bl;.11-,rttng vor. Wärme, die für die Vorwärmung von Seewasser, welches später zu verdampfen ist, nicht benutzt werden kann. Das wird durch die stark gestrichelte Linie 87 die die Seewasserleitung 5 verläßt, und zwar in der zweiten Stufe 6b von untent angedeutet.
Bei dem Dampfvorwärmesystem gemäß Fig. 2 ist die Strömung auf der linken Seite der in Fig. 1 identisch. Das Seewasser wird wiederum durch den Vorerhitzer erwärmt, wobei es sich unter einem j)ruck befindet, der wenigstens so hoch ist wie der Sättigungsdruck. Sodann wird das Seewasser in zahlreichen Stufen entspannungsverdampft. Der entstehende Dampf strömt von links nach rechts in jeder Stufe zur Kondensationszone. Der Kondensatstrom, der abgekühlt ist, wird im Gegenstrom zum Seewasser umgewälzt und daher durch die Dämpfe nach und nach auf höhere Temperaturen erwärmt. Sie wird durch das Kondensat in jeder Stufe erhöht und das Frischwasser strömt dann aus der oberen Stufe ab. Der Teilbetrag an Frischwasser, der umgewälzt wird, wird später als Produkt des Verfahrens abgezogen. Der aufsteigende Strom umgewälzten Kondensats in der rechten Hälfte wird durch die Linie mit den Pfeilen 9 angedeutet, weil keine kontinuierliche leitung vorhanden ist, wie bei den üblichen Entspannungsverdampfern. Mas Verfahren zur HerbeifUhrung eines Kohdensatstroms von jeder im Druck niedrigeren Stufe zu der im Druck höheren Stufe ist in dem Diagramm nicht dargestellt. Außer den verschiedenen Verfahren3-una Vorrichtungsvorteilen, die für den Dampfvorwärmeprozess besprochen worden sind; verglichen mit dem üblichen mehrfachentspannungsverfahren, sollte doch ein thermodynainischer Grundvorteil beachtet weraen. Die Erwärmungs- und Abkühlungsströme sind so echt ini Gegenstrom wie die entsprechenue endliche Anzahl der Stufen es erlaubt (eine größere Anzahi ist bei der Damprvorwqrinung wie oben erwähnt möglich und das ergibt schon eine bedeutende Wirtschaftlichkeit). Das Gegenstromverfahren -aird aurch zwei Faktoren beaentlich: a) wenn die Menge des Seewasuers für die Dampfvorw--Urmung zur Verdanipfung verringert wird, dann -Jird auch in gleichem Umfring der Kondensatstrom, der aufsteigt erhöht. Somit ist die Differenz in den Mengen zwischen den beiden Strömen bei jedem Stufenpegel von oben nach unten i=ier die gleiche unter optimalen Ströiaungsverh-iltiiissen. Bei dem üblichen Entspannungsverdampfer der Fig. 1 nimmt die Menge an Seewasser von oben nach unten wegen der gleichen Verdampfung ab, während-die Ilenge der SoXle, die erwärmt - wird, konstant bleibt.
b) Die Menge an Xondensat, die dem umgewälzten Frischvias2erstrom in irgendeiner Stufe der Dampfvorwärmungsleiter zugefUhrt wird, geht unmittelbar auf die n#i-chst höhere Stufe über, dai"iit ihre Masse und Kühlfl'Issi--keit zur Kondensation in dieser Stufe und in jeder höheren Stufe wirksam wird. Damit wird eine optinale Ausnutzui-, des Kühleffektes des Destillatstroms für jede Destillatmenge, die auf den entsprechenden Temperaturpegeln erzeugt wird, erreicht. Das ist bei dee üblichen Mehrfachentspannungsverdampfungsverfahren nicht der Fall.
Bei den Strömungsbildern in Fig. 1 und 2 und den sich anschließenden Figuren kann ein Teil der konzentrierten Sohle zum Seewassereinlaß zurückgeleitet werdeng um Wärme zu erhalten oder zu einem anderen Zweckg beis-pielsweise um die Konzentration ,zu erhöhen, die Menge des vert#-iendeten Seewassers zu verringern oder um die Verviendung irgendeines Zusatzstoffes im SeewaBser zu verringern. Eine derartige Umwälzung ist auf diesem Gebiete bekannt und in manchen Fällen kann es ein Vorteil sein und kann immer dann durchgefUhrt werdeng wenn es erforderlich ist, obgleich es in keiner der Figuren dargestellt isti da es mit der Neuheit und mit den Vorteilen der vorliegenden Erfindung nicht im direkten Zusammenhang steht.
In Fig. 1 und 2 und in den anderen Figuren ist der Strom der wässrigen Lösung, die manchmal auch als Seewasser und manchmal als Soele bezeichnet wird, durch eine starke Linie dargestellt, -,#iährend der Strom des frischen wassers durch eine dünne Linie dargestellt ist. Die Dampfströme van der Verdaint)fung zum Kialilabschnitt der Stufen quer durch die Stufen nindurch sind durch gestrichelte horizontale Linien angedeutet..
In beiden Fig. 1 und 2 müssen die Ströme, die nach oben durch die Kondensationsvorwärmeseite hindurchgehen, gepumpt oder sonotwie gegen die zunehmenden höheren Dampfarücke der oberen Stufen bewegt werden. In Fig. 1 wird die Lösung erwärmt. Dadurch wird ihr Dampfdruck kontinuierlich erhöht und die Pumpenwirkung muß immer diesem Druck entgegenwirkeng zusätzlich aber auch dem hydro.statischen Druck und der Raohrreibung. Tatsächlich muß der Pumpendruck dem höheren Druck in jeder folgenden höheren Stufe entgegenwirken und dem Gesamtdruck in der oberen Stufe + dem hydrostatischen Druck + der Rohrreibung, so daß sich aus diesen der erforderliche Einlaßdruck ergibt.
mie Fließbilder der verschiedenen Figuren zeigen schematisch und der Einfachheit halber die Entspannungsverdafflpfungeabteilung immer auf der gleichen Höfte und unmittelbar benachbart der Kondensationsabteilung der entsprechenden Stufe. Auch ist die höhere Druckstufe immer oben dargestellt und die nach und nach im Druck niedrigeren Stufen nach unten verlaufend bis zum Boden- oder niedrigsten Druck. Der Gesamtarucktereich wird, beherrscht von den DampfdrUcken des Wassers öei den betrachteten .Temperaturen, die von den höchsten Temperaturen und Drücken bis in die Gegend der Uirigebungsteinperatur oder üer des verfügbaren Seewassers abfallen. Diese letztere kann im allgemeinen, muß aber nLcht, einem Druck en,##j.prechen, der sehr weit unterhalb Atmosph'i'irendruc"kc in unte,-i-sten Stilfe der Leiter liegt. Jede ge#,;i*tlnsclite Tel.,.'z.--raturspa)ine k<,3nn benutzt wercien. In der Praxis sollte die oberste Stufe auf einer Temperatur von wenigstens 75 bis 150 0 r oberhalb der Temperatur der untersten Stufe liegen.
Der Einfachheit halber ist in den Yließbildern angenommen, daß das Seewasser von der oberen Stufe zur unteren ötufe unter der Wirkung der Schwerkraft und der nach und nach niedrigeren Dampfdrücke in den unteren Stufen nindurchfließt. Das umgewälzte DesLillat fließt nach oben und muß gepumpt -.iercten von Stufe zu Stufe, damit die 'Unterschiede im Dampfdruck und in der Höhe Uberwunden werden. Die Verdampfungeseite hat daher zwei Elemente, die den Strom nach unten bewirken, nämlich Höhe und hydrostatischer Druck, und die Kondensationeseite besitzt die gleiellen.Eleinentel.jedoch gegen den Strom, die durch eine Pumpe auf jeder Stufe überwunden werden. Die Abteilungen für Verdampfung und Kondensation in jeder Stufe brauchen nicht unmittelbar benachbart zu sein, sie können getrennt und auf verschiedenen Höhen angeordnet sein und durch ein Rohr verbunden werden.
Die Queranordnung von Verdampfungs- und Kondensationsabteilungen ist für einige Druckbereiche entwickelt worden, insbesondere für die, wo die hähste Temperatur nicht wesentlich oberhalb das Atmoophätensiedepunktes liegt und wo eine große Anzahl von Stufen vorhanden ist. Es hat sich als möglich erwiesen, dann den rechten oder Kondensationsetrom nach unten fließen zu lgssen, wenn der Höhenunterschied (hydrostatischer Druck) zwischen aufeingnderfolgenden Stufen größer ist als die Zunahme im Dampfdruck zwischen den gleichen Stufen. Es ist erforderlich, die linken Abschnitte, die die Verdampfungsabteilungen enthalten, von den rechten Abschnitten der Kondensationsabteilungen zu trennen, und jede dieser Abteilungen wird durch einen von oben nach unten fließenden Strom gespeist.
Bei dieser "Quer"-Anordnung hat die oberste Verdampfungsabteilung eine Dampfverbindung mit der unteren Kondensationsabteilung und die beiden bilden zusam-,ien die Stufe höchsten Druckes. In ähnlicher Weise hat die nächst höchste Verdampfungsabteilung eine Verbindung mit der vorletzten Kondensationsabteilung, so daß sich eine Stufe für den nächst höchsten Druck ergibt. Die anderen Seiten sind mit einer unteren Abteilung auf der linken, mit einer oberen auf der rechten Seite verbunden, bis die Stufe niedrigsten Druckes durch die Verbindung der untersten Verdampfungsabteilung mit der obersten Kondensationsabteilung geschaffen worden ist.
Diese Verdampfungeleitungen überkreuzen einanderg wodurch sich der Name "Quer-" fUr dieses System ergibt. Die zusätzlichen Dampfrohre in dieser Aneordnung mUssen gegen das Pehlen von Pumpen auf der Kondensationsseite ausgeglichen werden, wie jedoch weiter unten besprochen werden .-iird» ist besonders auf der Kondensationsseite im allgemeinen ein zusätzlicher hydraulischer Druck und Energie erforcterlichp das Wasser zu Strahlen oder Schichten großer Oberfläche zu verteilen, falle eine ausreichende Wärmeübergangskapazität in einer Anlage bedtimmter Größe erhalten werden soll. Ein derartiger zusät.-licher hydraulischer Druck und die Energie können bei Anlagen ausreichender Größe nur durch eine 2umpe in jeder Stufe erhalten werden, so daß sich in diesen Fällen das Quersystem der Veraampfungs- und Kondensationsabteilungen w egen der zusätzlichen Kosten für die Dampfverbindungen nicht rechtfertigt.
in jedem Fall läßt sich ctas-Quersystem in solchen Druckbereichen verwenden, bei denen der Druckabfall pro Stufe kleiner ist als der hydrostatische Druck oder die Höhe zwischen den Stufen, weil sonst die elüssigkeit auf der Kondersationsseite durch die Druckaifferenz des Dampfes nach oben anstatt nach unten fließen würde aufgrund des 4 Unterschiedes in der höhe.
Zur Konstruktion wirtschaftlicher Anlagen kann in besonderen Fällen eine andere Anordnung von Verdampfungsabteilungen, die von den Kondensationsabteilungen getrennt sind und durch entsprechende Dampfrohre verbunden werden, vorgesehen sein, bei der verschiedene Strömungswinkel des Seewassers und des destillierten nassers vorhanden sind. Die Verdampfungseinheit kann wie bei Jblichen Spannungsveruampfern horizontal angeordnet sein und die Kondensationseinheit kann ebenfalls norizontal liegen und entweder oberhalb oder daneben, wobei entsprechende Pumpen zwischen den Stufen angeordnet sind oder vertikal möglichst ohne Pumpen, was aber wiederum vom Ausgleich der Uriterschiede im Dampfdruck und in der Höhe abhängt.
Mehrfachentspannungsverdam-Pferleiter mit halber Stufe Fig. 3 zeigt den Ublichen Mehrfachentspannungsveraampfer prozess, dem eine sogenannte halbe Stufe vorangestellt ist, ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung. Die Funktion dieser halben Stufe bei der Gewinnung einer zusätzlichen Menge destillierten Wassers ohne zusätzliche TIrmekosten wird unten beschrieben.
Das zuströmende Seewasser unter einem Druck, der wenigstens so hoch wie der Sättigungsdruck ist, der der Maxiinaltemperatur entspricht,-strömt durch die Wärmeübertragungsrohre, die Leiter der Stufen nach oben, wie in Fig. 1 gezeigt, um durch die Dämpfe, die in den aufeinanderfolgenden Entspannungsverdaripfungen erzeugt werden, und zwar in der li#iken TUfte der entsprechenden Stufen, erwl;Irmt zu werden. Der Vorerhitzer 4 in Fig. 3 arbeitet bei. der Verwendung der halben Stufe 10 nicht nur als ein Erhitzer, sondern auch als ein gewöhnlicher Verdampfer, er liefert D:;nipfe mit einer höheren Temperatur als die von der obersten ;Stufe, die durch d.-#'-e der Flüssigkeit hervorgerufen werdeng die den Vorerhitzer 4 verläßt. Die Dämpfe von dem Vorerhitzer erwärmen das Kondensat von der Temperatur, init der es die oberste Stufe verläßt, auf eine Temperatur, die ziemlich nahe derjenigen liegt, die die Dämpfe haben. Das erfolgt mit der Kondensator-Halbstufe 10, die genau wie irgendeine Kondensatorstufe einer Stufe des Entspannungsverdampfers ausgebildet ist. Sie liegt oberhalb der Leiter wie dargestellt und wird mit Dämpfen von der Verdampfung in dem Vorerhitzer 4 einer kleinen Menge heißen Seewas;3ers beliefert. Bei einem üblichen Entspannungsverdampfer erfolgt die Kondensation auf einer WärmeUbertragungsfläche. Bei dem Dampfvorwärmesystem erfolgt sie direkt auf dem umgewälzten Destillat.
Die halbe Stufe 10 wird mit Dampf einer echten Siedeverdampfung belierert. Diese Dämpfe (wobei die Siedepunktserhöhung vernachlässigt werden soll) befinden sich auf der höchsten Temperatur der Flüssigkeit, die durch diese Verdampfung nicht abgekühlt wird. Daher können sie die Temperatur des eingespeisten Seewassers auf eine Temperatur erhöhen, die der des Dampfes nahekomiit. Im Gegensatz dazu kürilt eine Entspannungsverdaiapfung den Flüssigkeitsstromg so daß der Dämpfe entstehen, die bei einer niedrigeren Temperatur abgegeben werden als der höchsten Temperatur-der Flüssigkeit, wobei wiederum die Siedepunktserhöhung unberücksichtigt bleiben soll. Dabei tritt ein Unterschied'von einer halben Stufe von der Verdampfungsseite der vollen Stufe auf. Die Folge davon ist, daß die Flüssigkeit, die in dem Vorerhitzer verdampft wird, natürlich Keine Temperatur verliert wie bei einem Entspannungsverdampfer in einer üblichen Stufe, da die Wärme von einer Wärmequelle kom--,t. und nicht durch eine Abkühlung hervorgerufen wird.
Vergleicht inan Fig. 1 und Fig. 39 so sieht nian, daß der Wärmebedarf für den Vorerhitzer 4 der gleicne ist, da in jedeut Falle die #J-Urme zur Erwärmung des beewassers von der Temperatur, mit der es die Kondensatorseite der oberen Stufe verläßt" auf die Temperatur, .!iit der es in den Entspannungsteil der oberen Stufe eintritt, die gleiche ist. Aber in Fig. 39 in der ein Merkmal der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, werden die Dämpfe, die durch die verdampfung des beewassers erhalten werden, zu reinem Wasser verdampft und diese zusätziiehe Menge ist der erzielte Vorteil. Da außerdem diese Verdampfung bei der höchsten Temperatur erfolgt, erzeugt eine Entspannung des zusätzlichen reinen Wassers ein Dampf- und Kondensatorinkrement in jeder Stufe herab bis zu letzten oder einen Gesamtvorteil an erhöhtem Produkt, was beträchtlich mehr ist als das, was in der halben Stufe 10 kondensiert wurde.
Genau die gleichen Gründe lassen sich für die Verwendung der halben Stufe, die oberhalb der Dampfvorwärmeleiter liegt, finden, wenn man Fig. 4 mit Fig. 2 vergleicht. Auch hier stellt die Dampfmenge, die in der nalben Stufe 10 kondensiert wird, einen Reingewinn an reinehi Wasser dar, das durch das bystem ohne einen zusUtzlichen Bedarf an erster WÄrme ernalten wirdg d. a. durch zus-itzliche Wärme, die von außen herangeführt werclen muß. In Fig. 4 wird jedoch angenommen, aaß der Wärmeaustauscher die verfUgbare Wärme in dem heißen Destillam absorbiert und sie aem eintretenden öeewasser abgibt, damit dieses auf die gleiche Temperatur gebracht wirdl auf der das heiße Destillat gemäß Fig. 2 ist.
Bei dem Dampfvorwärmesystem erhöht die Verwendung der halben Stufe das Produkt und verringert den Wärmebedarf der Anlage um 5 bis 20 % und bei einem'Ublichen Mehrfachentspannungsveraampfer liegt der Vorteil zwischen 10 und 25 %. Die Kostenvormeile ergeben sich in-iier bei einer niedrigeren Anzahl von Stufen. Wiedergewinnung von Wärmel Beim BAtrieb eines Ublichen Entspannungsverdainpfers wird das rohe Seewas---er durch die Kondensation der Dämpfe, die sich durch die aufeinanderfollgenden Entspannungsverdampfungen in den Stufen ergibt, erwärmt, nachdem es vorher auf eine ausreichende Temperatur erhitzt worden ist; das vor,-ewärmte Seewasjer strömt dann durch den Erhitzer 4, das dem Seewasser ',7;irme zuführt, um es auf eine Temperatur zu erwärmen, die fUr die oberste Stufe der Entspannungskamri.,er erforderlich ist.
Für ein bestimiates System ergibt sich immer eine be-U stimmte-Anzahl von Stufen und die oberste Temperaturg die für das Seewasser erreichbar ist. Aue wärmewirtschaftlichen Gründen ist es wünschenswert, so viel von der Wärme wiederzugewinnen, und zwar aus dem austretenden konzentriertem Seewasser, wie möglich, d. h. die Temperatur so weit wie möglich abzusenken und außerdem ein s'olches Umwälzungsverhältnis zu wählen, daß optimale Arbeitsbedingungen und minimale Wärmekosten entstehen. Eine derartige Umwälzung ist in den Fließbildern der Zeichnungen nicht dargestellt, aber allgemein üblich.
Unter manchen Arbeitsbedingungen kann es sich herausstellen, daß eine größere Seewassermenge durch die Kondensationsseite geleitet werden muß, um die Dämpfe zu kondensieren, als die Menge, die verdampft werden kanng bzw. in der Verdampfungsseite ausgenutzt werden kann. Dies ist bereits unter Pig. 1 besprochen worden, bei der ein Strom 8 erwärmten Seewassers verworfen wird, der in nur einigen Stufen der niedrigsten Temperatur erwärmt worden ist. Eine andere Möglichkeit, um diesen Effekt zu berücksichtigen, ist die, daß eine geringere Wqrmemenge in dem Seewasser, welches die obere Stufe verläßt, enthalten ist als die, die durch Dampf von der gleichen Menge Seewasser zugefUhrt wird, wenn es zuni Vorerhitzer 4 fließt und zur obersten Stufe der Dampfvorwärmeleiter. Das kann darauf zurückzuführen sein, daß die verscIiiedenen Arbeitsvariablen eines Systems mit einer bestimmten Anzahl von Stufen nicht im Gleichgewicht sind, z. B. die Menge des Seewassers,_die bei einer bestimmten Temperatur zugeführt wirde die Menge des Seewassers, die umgewälzt wirde falle eine Umwälzung stattfindet, und die Temperatur, init der ctas Seewasser aus dem Vorerhitzer 4 austritt. Nur ein Wert einer jeden Variablen ergibt ein ausgeglichenes System.
In.mand'en Fällen ist es unmöglich, alle diese Arbeitsvariablen unter den vorteilhaftesten Bedingungen der Arbeiteweise auszugleichen, es ist jedoch immer erforderlich, die Frischwasserdämpfeg die sich bilden, zu kondensieren und deren Wärme dem einfließenden Seewasserstrom 5 zuzufUhren. Ajas kann dadurch erfolgeng daß die Menge des einfließenden Seewassers erhöht wird. Wenn überschüssige Wärme sich bildetg ist es erforderlich, einen Teil der Wärme aus dem System durch einen Teil vorgewärmten Seewasserag das durch die Kondensationsseite 2 strömt, abzuleitene ehe es in den Vorerhitzer 4 einströmt und zur oberen Entspannungsabteilung gelangt. ße ist daher allgemein üblich gewesen, eine kleine Menge erwärmmen nassere aus der obersten Stufe der Kondensationeabteilung abzufUhren, ehe es in den Vorerhitzer 4 eintritt. Das führt jedoch dazu, daß die Anlage nicht mit ihrer vollen Leistung arbeitett in#x#,ldßm Fall aas umgewälzte Seewasser auf einer höheren als der gew,-i'nBehten Temperatur Istp wenn es miz frisch zugeführtem Seewasser in die unterste Stufe wieder eintritt. Diese Wärmeverwerfuzigt die man bisher für erforderlich hieltg steilt einen Verlust Aare den man nicht wiedergewinnen kanng wenigstens nicht in nennenswertem Umfange. e'ig. 5a zeigt.durch eine gestrichelte Linie 11 eine Umgehungsleitung am Vorerhitzer 4. bin beewasserstrom vom oberen Ende der Kondensations- und Vorwärmeseite 2 strömt über ein Auslaßventil 12 ab. Auf diese '.'leise kann so viel vorgewärmtes Seewasser abgeleitet werden wie erforderlichg um ein Gleichgewicht zu erhalten, im allgemeinen zwischen 2 und 5 %, obgleich im Falle einer Störung in der Arbeitsweise diese Menge bis auf 10 % und vorübergehend auch darüber ansteigen kann. Der andere Zweig dieser gestrichelten Leitung 11 ist die zu bevorzugende Verbindung für die Erfindung. Das Ventil 12 ist geschlossen und eine kleine Menge Seewasser, .-;elche von der Kondensationsseite 2 erwärmt ist, wird an dem Vorerhitzer 4 vorbeigeleitet und der obersten Stufe der Stufen zugeführt. In diesem Fall tritt, wie dargestellt, der Strom auf der Verdampferseite 1 in der Stufe D oder auch in der dritten Stufe 0 von oben ein.
Fig. 5a ist lediglich eine schematische Darstellung und entsprechend der vorhandenen Temperaturen und der Anzahl der Entspannungsstufen in dem System kann die Einspeisung auch zwischen der zweiten und der zehnten Stufe von oben erfolgen. Auch Fig. 5a zeigt wie Fig. 1 die andere Möglichkeit einer größeren Menge eines zu verwerfenden Stromes 8, der oft aus den gleichen Gründen von dem Seewasser abgeleitet viirdg das bei einer niedrigen Anzahl von Utufen eingespeist 17 (D Dadurch, daß ein Teil Seewasser, das in der Kondensationsseite'2 der Stufenleiter vorgewärmt worden ist, durch diese Umgehungsleitung, die durch die gestrichelte Linie 11 in Fig.
5a dargestellt GStG geleitet wirdg wird die darin enthaltene wärme für einen weiteren Zweck bei def höchsten Temperatur, für die sie verwendet werden kann, ausgenutzt. Daher ist die Lktspannungskammer, aer dieses Seewasser zugeführt wird, jene, die die Temperatur hat, die unmittelbar unter der des Seewassers an dieser ötelle liegt. Durch Anordnung einer Verteilungsleitung mit Ventilen 13 und 14 und entsprechenden Verbindungen, von denen in Fig. 5a nur zwei gezeigt sind, kann die richtige Stufe ausgewählt werden, in die ein Teil der Flüssigkeit eingeleitet wird.
Der Anteil des Se`ewasserel der wieder austritt, liegt vorzugsweise zwischen 5 und 20 % des eintretenden Seewassers, obgleichin aen meisten Fällen 10y, nicht überstiegen wird. Dieser Betrag vorgewärmten öeewassers wird abgezweigt in dem Vorerhitzer 4 undager oberen Stufe B der Stufen vorbeigeleitet und in die ausgewählte Stufe D oder 0 eingespeist. Die Verda pfung durch Entspannung dieser Flüssigkeit findet zusammen nit dem ausgewogenen Teil des Seewassers dieser Stufe statt und weiterhin von Stufe zu Stufe nach unten bis zur untersten Stufe, wo das konzentrierte Seewasser 15 abgeleitet wird.
Eine richtige Regelung des Ventils 12, dure,"i die die Menge des zu entnehmenden tias,.!ers aus dem Umgehungsstrom 11 bestimi:A wird, kann das System in einen stabilen Zustand bringen, wodurch die zugefUhrie Wärme einen maximalen Effekt ergibt.
Zunächst Wird durch die Einstellung des SiTstems über die Umgehungsleitung des erwähnten Ube*rschüssigen Seewassers an dem Vorerhitzer 4 vorbei zu einer Entspannuncskammer in der Nähe des oberen Endes eine zusätziiche Menge von Dampfwärme in dem Kondensatorabschnitt 2 auf der rechten Seite entfernt. Eine weitere Justierung des Ventils 12, das den Nebenstrom regelt, ist eriorderlich, um dieses zu berücksichtigen. Weitere geringfügige Justierungen ergeben dann den stabilen Arbeitszustand.
Die Regelung der menge des umgeleiteten leewasserstroms kann ganz oder teilweise automatisch vermittels einer Kombination geeigneter thermostatischer Ventile durchgeführt Zierden, von denen das eine den Austritt des Seewassers, ehe es in den Vorerhitzer 4 eintritt, regelt und das"andere den Eintritt an verschiedenen Einlaastellen der zahlreichen ötufen. Eine Einstellung von Hand ist einfachp wenn die Stufen mit Thermometern ausgestattet sind, die die Temperatur in jeder Stufe anzeigen, so daß dann die an dem Vorerhitzer 4 vorbeigeleitete Flüssigkeit der Stufe zugELhrt wird, die die nächst niedere Temperatur besitzt. Die Regelung der Flüssigkeitsmenge, die in der Umgehungs-CD leitung 11 strömt, kann aber dennoch automatisch geschehen.
Auf diese Weise wird von der Temperatur automatisch die richtige Einspeisungsstelle des an dem Vorerhitzer 4 vorbeige.Leizeten CD Stroms in der obersten oder oberen Stufe ausgewählt. In der Zwischenzeit wird die Temperatur der Flüssigkeit, die den Vorerhitzer 4 verläßt, konstant gehalten, obgleich deren Menge schwankt, weil die abgezweigte Flüssigkeit nicht durch den Vorerhitzer hindurchströmt.
Im Betrieb wird bei der Mehrfachentspannungsverdampfung zur Entsalzung von Seewasser auf der Verdampfungsseite Wärme verworfen, um die auszugleichen, die auf der Kondensationsseite 2 absorbiert werden kann. Auf diese 'Jeise wird ein Teil des eintretenden Seewassers 5, nachdem es durch die Stufen niederer Temperatur (rechte untere Ecke in Fig. 1) hindurchgeströmt ist, abgeleitet, ohne daß es mehr als 10 bis 15 % der Gesamtzahl der Stufen in der Leiter hochgestiegen ist. Es strömt also eine größere Seewassermenge ein als auf hohe Temperatur erwärmt wird, und diese dient nur dazu, die Dämpfe der

untersten Stufen, wie durch diE#igestrichelten Linien angedeu-

. t

teten Ström9pzuz e eignbensieren.

In ähnlicher ';feise wird bei der Verwendung der Mehrfachentspannungsverdampfung zur Konzentration der SoAleg wobei sich die unterste Stufe auf Atmoophärendruck befindet, oft überschüssiger Dampf erzeugt, der in der Vorwärmung des eingespeisten Seewassers 5 nicht verwendet werden kann. Dieser Dampf wird mit seiner Wärme abgeblasen. In beiden Fällen geht Wärme verloren, w.-Ihrend in der vorliegenden Erfindung Wärme wiedergewonnen wird, die sonst verworfen werden #,-iUrde. Es wird die gesamte `J#lärme der Sole, ehe liese in den Vorerilitzer 4 eintritt, bei der höchsten Temperatur, bei der sie verfügbar t3 ist, benutzt und praktisch keine W--irme -vr#itorfen, selbst dann nicht, wenn das U-,#iwälzungsverh;-"ltnis der Sole irrtüm-CD licher#.#ieise verll-*iltniom.qf.3i,.,- se,"ilecht sein sollte. t; In der Arbeitsweise des Dampfvorwärmes--stems ergibt CD sich in #Ihnlicher 'leise die Sch-#,vieri.ckeit der unabh-Ungi-en C> LD Einstellung und Regelung der verschiedenen Detriebsvariablen des Systems. Daher ist es im allgemei nen wünschenswert, die höchste Arbeitsteniperatur der einströmenden Sole in dem oberen Entspannungsverdampfer, ganz gleich, was fUr Grenzen vorliegen mögen, aufrecht zu erhalten und au3erde"..# ist es CD C> wünschenswert, eine r..iöglichst niedrige Temperatur des frischen Wassers, .--elches von der unteren Stufe zurückgef",',.#irt -,-iird, zu erhalten, damit die niedrigste Arbeitsbedingung fUr eine opti-CD male Kondensation sichergestellt ist. Außerdem ist das Urilwälzungsverhältnis von Destillat und Sole von Bedeutung, die unabhängig regelbar sein können. Ilormaler.ieise ist die Eintrittsteiaueratur in dem #APUrmeaustauscher als feststehend anzusehen, falls der Wärmeaustauscher für das S-"stem von ausreichender KapazitUt ist. Diese vier Faktoren, nUmlich a) n.lei.i.#eratur der o, eren einströmünden Soleg b) Te#rifiperatur des Frischviassereinlaufs zur unteren c) Ilenge Ües um-C:) mestillats und d) Mehge der umgewälzten Sohle (was gew..
in den Fließbildern nicht dargestellt ist), können nicht unab-111:i.ngig festgelegt werden. Auch hier, genau wie bei den üblichen Ehtspannungsveräampfern, hat es sich als wünschesviert heraus--estellt, ein ähnliches ausgeglichenes System von Variablen zu verjenden, aas die Verdampfung und die Kondensation auf beiden beiten des Systems anbelangi, ohne daß Wärme verworfen vierden muu.
5b zeigi ein Diagramm der Verbindung ahnlich der der

das

rig. 5a,/liinsichtlich des unausgeglichenen Wärmestroms auf den

beiden Seiten der Dampfvorwärmung hechnung trI:igt. Hier kann eine größere Ilenge gekühlten Destillats zur Kondensation der .üämpfe, die in aen Veraampfungsabbeilungen der Stufen entstehen, zurückgeführt -..iierden. Da das in manchen Fällen nicht z,.-jeck..iäßig sein.kann, kann als sofortige Justierung oder Re-..,elung ",ieni#,er Seewasier verdampft vierden als in dem Wiärmeaus-D C-2 tauscher erforderlich ist, uni die W.:. rme aus dem Frischwasser der oberen Stufe zu entfernen. Auch hier wäre die normale Arbeitsweise die, daß ein Teil des vorgewärmten Seewassers, ehe es' in den Vorerhitzer 4 eintritt, verworfen werden -.,jürde und eine gestrichelte, ":lit Ventilen versehene Leitung 11 ist Mr diese ', . 1-«;.rmeableitung.vorgesehen.
Durch Umgehung des Vorerliitzers 4 und der oberen Stufe wird durch einen Anteil eines Stromes vorgewärmten Seewassers, meistens 10 bis 20 % und im allgemeinen nicht mehr als 2 bis 8 J:irme abgenommen, wodurch sich eine einfache Regelung ergibt und sich alle ve#rfUgbaren Vorteile der Wärmeausnutzung verwenden lassen, indem der umgeleitete'Teilstrom jener Stufe wieder zugeführt wird, deren Temperatur unmittelbar unterhalb der des Stroms liegt. Die wirksamste Einleitungsstelle für diesen umgeleiteten Strom, der in dem Wärmeaustauscher 16 vorgewärmt worden ist, liegt zwischen der zweiten und zehnten Kammer von oben, je nach Arbeitstemperaturbereich und der Anzahl der Stufen.
Andererseits kann ein Hilfswärmeaustauscher 17 oder einer, def bei einer niedrigen Temperatur arbeitet, vorgesehen sein, der den umgewälzten Frischwasserstrom 7 abkühlt durch einen weiteren Seewasserstrom 18, der verworfen wird und dessen Wärme man nicht wiederzugewinnen sucht. Das ist durch die gestrichelten Linien in der oberen rechten Hälfte der Fig. 5b-dargestellt. Dieser Strom kühlt das zirkulierte Frischwasser auf eine Temperatur ab, die in der Nähe des rohen Seewassers liegt. Dadurch wird ein Wärmeverluast in der N;Ihe aer untersten Temperaturen, die in dem System erreicht ",;erden, erreicht, aber der Wärmeverlust ist erforderlich, um den ','lärmebedarf pro Einheit Produkt zu erhöhen.
Eine Uhnliche Ausgestaltung mit einem Hilfswärmeaustuascher 17 könnte im Falle eines üblichen Entspannungsverdampfers gemäß Fig. 1 verwendet werden. Das ist aber in Fig. 5a nicht dargestellt. Ein Teil des konzentrierten Öeewassers 15 wird zur Seewassereinlaßleitung 5 zurückgeleitet, wie oben beschrieben. Dieser Fall stellt auch eine Art Hilfswärmeaustauscher dar, der in Fig. 5a nicht gezeigt ist. Diese Ausge-C2 staltung kann anstelle der Umgehungsleitung 11 verwendet werden, die wie oben beschrieben, an dem Vorerhitzer 4 vorbeiführt, aber dadurch wird 'lärme vergeudet. In Fig. 5a ist jedoch durch die stark gestrichelte Linie in der unteren rechten Ecke eine Wärmeableitung 8 für ein Entspannungsverdampfersystem darge-.stellt, durch die ein Teil des Seewassers, welches zugefUhrt wird, nach einigen der unteren Stufen abgeleitet und verworfen wird. Das ist bereits mit Bezug auf Fig. 1 erwähnt worden.
Die Verwendung überschüssiger Wärme im Seewasser, die für die rechte oder Kondensationsseite 2 erforderlich ist und die sonst verworfen werden mUßte, kann -leichfalls in Vernindung mit einer dieser verschiedenen Modifikationen angewandt werden. In der Praxis-gestattet sie die Verwendung der gesamten Wärme durch die Rückführung zum System bei der höchsten Temperatur, die erzielbar ist, und summiert dann ihren Wirkungsgrad bis herunter zur Stufe niedrigster Temperatur.
So hat'z. B. durch ausgedehnte Versuche sich herausgestellt, daß bei der Verwendung eines Dampfvorwärmesystemß mit 10 Stufen und einem Seewassereinlaß von aem Vorerhitzer 4 zur obersten Stufe mit 300 0 7, einem Einlaß von abgekühltem Frisch wasserdestillat zur untersten Stufe mit 60 0 F und einer Seewassertemperatur von 55 0 F eine Änderung von nur 10 01, in jeder Richtung vom optimalen Destillationsverhältnis umgewälzten Seewassers eine Erhöhung im J--irmeverbrauch pro Gallone Produict von ungefähr 50 'p'f ergibt. Daraus geht hervor, daß der Aufbau und Betrieb mit außerordentlicher Sorgfalt erfoll-en müssen. Diese Zunahme im Wärmebedarf stellt den #yärmebetrag dar, der in Ausnahmefällen verworfen werden muß. Dadurch jedoch, daß der Strom zur zweiten Stuie geteilt wird', war die Erhöhung im Wärmebedarf bei geringst möglichem Umwälzungsverhältnis nur 5 %. Eine derartige Arbeitsweise läßt sich völlig automatisch mit einfachen Thermostaten und -trömungsreglern steuern.
,.yenn optimale >Jerze fUr die Variaölen aufgestellt vierden xönnen und durch eine exakte Regelung auch aufrecht erhalten werden können, wird dieser Wärmeverlust verschwinden. In der Praxis beträgt der allgemein Ubliene durchschnittliche Veriust zwischen 10 und 20 fo des theoretischen Minimums und dieser Verlust kann durch die beschriebene Arbeitsweise auf 2 bis 3 verringert werden.
Die Pig. 5a und 5b zeigen das öystem ohne weitere lylerkmale der Erfindung; so ist z. B. keine halbe Stufe 10 dargestellt und auch nicht angegeben, ob die Verbrennung in dem Vorerhitzer 4 unter Wasser eriolgt. Fig. 5b zeigt auch nicht die Art des W:*,rmeaustausches !ioch das Verfallreng das zur zntfernung aes Kesselsteins verwendet weraen kann.
Ein anderes Verfahren zum wärmeaustausch ebenfalls durch direkte Berührung der Flüssigkeiten ibt die Erwärmung eines Verfahrensstromes durch Abkühlung eines anderen wässrigen Verfahrensstroms unter Verwendung einer weiteren wasserunlöslichen FlUssi gkeit als Wärmeträger. Früher ist als Wärmeträger eine Betroleumfraktion, beispielsweise Gasolin, Naphta oder ein schweres Öl. je nach den in Frage kommenden Temperaturen der verwendeten Flüssigkeiten veriv#ndet worden. Das Öl wird zunächst durch eine innige Berührung im Gegenstrom mit der heißen Flüssigkeit erwärmt, wobei der wässrige Strom gekühlt wird. Daraufhin wird das Öl durch eine innige Berünrung im Gegenstrom iUt dem kalten wässrigen Strom zusammengebracht, wodurch das 01 sich abkühlt und Ier wässrige Strom erwärmt wird. Das Öl wird als Wärmeträger von dem heißen wässrigen Strom zum kalten wässrigen Strom fortlaufend umgewälzt. 'Jegen der fast vollstindigen Unlöslichkeit des Ölstroms in den w,--issrigen Strömen und der in den wässrigen Strömen enthaltenen Salze aird eine Verunreinigung des einen wässrigen Strom durch den anderen durch Austausch über das Öl verhindert. Außerdem ist eine vollkommene Phasentrennung möglich. Paraphinkohlenwasserstoff-Fraktionen hoher Reinheit und riit einem Siedepunkt oberl-i-ilb der Arbeitstenperaturen sind allgemein verwendet worden. Im allgemeinen werden die beiden Hälften dieser Arbeitsweise in getrennten Behältern durchgeführt, manchmal sind beide Hälften irl einem Turm vereinigt, wobei das Öl am Boden eintritt und die beiden wässrigen-Ströme nacheinander berUhrt, wenn es zum oberen Ende aufsteigt. Die Prinzipien dieses flüssig-flüssig-flüssig-Wärmeaustausches sind aus den verschiedenen Wärmeübergangswerten von Flüssigkeiten verschiedener Temperaturen, die in einem einzigen Turm im Gegenstrom extra-CD hiert werden, entwickelt worden. Das System, bei dem Wärme von einer warmen Flüssigkeit auf eine andere unlösliche Trägerflüssigkeit übergeht, die dann ihre Wärme an eine andere kalte Flüssigkeit abgibt, ist oft, einschließlich durch Othmer (Ind. Eng. Chem.. Bd. 22e S.'988), Rosenthal (New York University, Thesis 1949), Umano, japanische Patente und Berichte an Office of Saline Water, Washington, D.C., Garwin und Smith (Chemical Engineering Progress, Bd. 49e 5919 1953), Wooaward (Chemical Engineering Progress, Bd. 57, 52, 1961), und anderen beschrieben worden.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Form eines flüssig-flüssigflüssig-Wärmeaustauschers, der verwendet werden kann. Er besteht aus zwei Einheiten der gleichen Art, nUmlich flüssigflüssig-Extraktoren des Tröpfchentyps. Er kann aber auch aus xomplizierten und teuren Anlagen von Gegenstrom-flüssig-fliissig-E:ziraktoren hergestellt sein, z. B. jenen, die in der u.S.-2atentschrift 2 000 606 beschrieben sind oder aus Modifikationen derselben. In Fig. 6 ist die untere kontinuierliene Phase in jedem der beiden TUrme 19 und 191 Wasser und die obere kontinuierlielie Yhase ein Petroleumöl, das die Wärme von aem Irischen heißen Wasser auf der rechten Seite dem kalten Seewasser auf der iinken Seite zuführt. Wie immer beim betrieb eines flüssigflüssig-Exmraktors ist das Verhältnis der Gesamtvolumen des Extraktors, das durch jede Phase beansprucht wird, von zahlreichen verschiedenen eIaktoren, die sieh bei der Arbeitsweise abspielen, im groijen Umlange abhängig. In dem Öl löst sich kein Salz aus aem öeewasser (linke Einheit -ig), das In das #rischwasser (Einheit 191) übertragen weraen soll. Verteilerplatten 20 oder Sprenkler mit Löchern oder Düsen sind nach oben geric htet, so daß sich Tröpfchen 21 aus Öl am Boden eines jeden Turms 19, 191 bilden und den nach unten fallenden Tröpfchen 22 der wässrigen Phase, die von oben kommen, 6ntgegenströmen.
Die wässrigen Tröpfchen sammeln sich weiter unten auf der Grenzschicht, wo sie zusammenfließen. Die Öltröpfchen steigen durch die wässrige Phase nach oben und vereinigen sich an einer Zwischenwand; auf diese Weise wird im Gegenstrom ein Wärmeaustausch erreicht. Die große Fläche der Millionen von Tröpfchen ergibt eine außerordentlich große Wärmeübergangsfläche.
Ein Konstruktionskoeffizient von 2500 BTU pro Stunde Puß3 pro Grad F. Gesamttemperaturabfall hat sich als leicht durchführbar erwiesen, wie Garwin und Smith und auch Woodward gezeigt haben. Dies entspricht einer 1.Ilärmeübergangskapazität einer Fläche von ungefähr 8 Fuß 2 eines Röhrenwärmeaustauschers. Die Kosten der Behälter und der Armaturen sind verglichen mit den Kosten eines Röhrenwärmeaustauschers außerordentlich niedrig.
Die Einheiten können in befriedigender '.leise bei den gleichen Drücken wie dargestellt arbeiten, wenn sie wie in Fig. 61 8 und 9 gezeigt verwendet werden, obgleich sie auch bei verschiedenen Drücken arbeiten können, indem geeignete Pumpen vorgesehen werden, genau so wie bei zaei Seiten eines normalen Wärmeaustauschers. Bei der vorliegenden Ausbildung ist es im allgemeinen wünschenswert, bei einem Druck zu arbeiten, der höher ist als der der höchsten Stufe der Einheit, so daß ein direkter Strom zum Erhitzer, der mit Unterwasserverbrennung arbeitet, erfolgt. Das ausgewählte Petroleumöl siedet bei diesen Drücken und Temperaturen nicht.
Irgendwelche Kesselstein bildenden Verbindungen des Seewassers, die sich während.der Erwärmung im linken Behdlter 19 ausscheiden könneng können sich in einem geringen Umfang niederschlagen und als Schlamm vom Boden des Behälters abgezogen werden oder sie können zusammen mit dem vorgewärmten Seewasser 51 dem Vorerhitzer 4 zugeführt und weiter durch den Entspannungsverdampfer zum Auslaß strömen.
Der Einfachheit halber ist in den Fig. 69 8 und 9 der Wärmeaustauscher als aus zwei getrennten Teilen bestehend dargestellt. Normalerweise sind diese aber vereinigt und der linke Behälter 19 ist auf den rechten Behälter 191 aufgesetzt. Das kühle Öl strömt von unten nach oben, wird dann umgewälzt und geeignete Dichtungseinrichtungen halten die beiden wässrigen Ströme getrennt.
Der heiße Kondensatstrom 9 verläßt die obere Stufe der rechten Seite 2 der Fig. 2 oder 5b oder die halbe Stufe 10, Fig. 4, Lind wirdeUrmBehälter bei einem niedrigen Druck zugefUhrt, damit eine teilweise Entspannungsverdampfung eintreten kann. Die sich so bildenden Dämpfe vierden kondensiert, vorzugsweise auf den Röhren, durch die das einströmende Seewasser 5 fließt, so daß sich ein Kondensat bildetl welches zweifach destiiliertes Viasser darstellt. Diese Entspannungsverdampfung und Kondensation wUrde'die Stelle des Wärmeaustauschers 16 der Fig. 21 4 oder 5b einnehmen.
.Das heiße Kondensat 9, welches von der oberen Stufe 6e oder der halb-en Stufe 10 kommt, kann durch mehrere Entspannungsverdaeipfungen in einer zaeiten Stufenserie abgekühlt werden. Die D:impfe strömen zur anderen Seite der entsprechenden tufe der z-.lleiten Serie und vierden auf den Röhren kondensiert, die durch die Stufen führen und in denen das einströmende Seewasser, nachdem es geeigneterweise entlüftet worden ist, iiindurchfließt. Das zugeführte 'Jasser in den Röhren wird auf diese ",!eise durch die zu kondensierenden Dämpfe, was auf der Auß,denseite der Rohre erfolgt, vorgewärmt, wie bei einem üblichen 1,1ehrfachentspannungsverdampfer. Stattdessen stammen im vorliegenden Fall die Dämpfe von einem Strom destillierten Was,z-,-ers, welches durch Entspannung'sverdampfung abgekühlt wird.
Das Kondensat dieses Entspannungsverdampferswärmeaustauschesq d. h. das der.zweiten Stufe, ist somit doppelt destillieries Wasser und seine Reinheiz ist größer als die des einfach destillierten Wassers. Wasser einer solchen großlen Reinheit kann daher von dem normalen Produkt getrennt werden. Seine Menge wird etwa der Menge der Entspannungsverdampfung des beewassers in der anderen Stufenserie entsprechen. Das Kondensat der zweiten Stufenserie kann aem ursprünglichen Strom heißer Verdampfbarer Flüssigkeit, die in jeder Stufe abgekühlt werden soll, zurückgeführt werden. Ein Teil des Stroms wUrd dann als rrodukt abge zogen, nachdem er wie oben mit Bezug auf die anderen Fälle beschrieben, abgekühlt worden ist.
Da außerdem die Temperaturspanne dieser zweiten Stufenserie der der ursprünglichen uder ersten Serie entspricht, miT Ausnahme der obersten Stufe, können diese beiden Serien zu einer Serie mit vier Strömen und verbindenden Dampfkanälen vereinigt werden. uiese vier Süöme sind a) eine geschlossene C> ErwUrmung des Seewassers, b) offene Entspannungsveraampfung von Seewasser, c) offene Kondensation von umgewälztem Destillat und a) offene Entspannungsveraampfung des umgewälzten Destillats. Der Vorerhitzer für das Seewasser ist so konstruiert, daß sich eine hohe Strömungsgeschwindigkeit in den Röhren, die das Seewasser vorerwärmen, und eine niedrige Haltezeit ergibt. Durch die kurze Verweilzeit ist die Möglichkeit der Bildung von Kesselstein auf den Heizflächen auf ein Minimum verringert.
Die sogenannte Unterwasserverbrennung von gasigen oder flüssigen Brennstofffen ist eine weitere Art eines Wärmeaustausches durot(direkte Berührung der Ströme. In diesem Fall werden die heißen Verbrennungsgase und das Seewasser erhitzt. Durch Verbrennen einer Flüssigkeit oder eines verdichteten gasartigen Brennstoffes mit verdichteter Luft unter einer Flüssigkeitsoberfläche wird die sich bei der Verbrennung bildende Wärme unmittelbar der Flüssigkeit zugeführt. Das ist benutzt worden, um heißes Wasser oder eine heiße Lösung zu erhalten oder um korrodierende oder andere lösungeng die schwierig zu handhaben sind, zu verdampfen.
In Fig. 1 bis 5 kann der Vorerhitzer 4 tatsächlich mit Wärme durch die Verbrennung eines flüssigen Brennstoffes oder eines Gasea.innerhalb der Schale des Erhitzers versorgt werden. Die Verbrennungegase können über einen Waschturm im Gegenstrom abgeleitet werden, Die Gasesteigen in diesem Turm hoch und werden durch das im Gegenstrom strömende kalte Seewasser abge kühlt, wodurch dieses vorgewärmt in das System eintritt. Damit verlassen die Verbrennungsgase so kalt wie möglich das System und nehmen nur ein Minimum an Wasserdanipf nlit, rait einem Minimum der latenten Wärme. Dadurch ergibt sich eine weitere Ausnutzung der direkten Berührung der Ströme - flüssi- ger oder gasartiger - fUr einen Wärmeaustauschvorgang.
Es wurde gefunden, daß als Vorerhitzer 4 ein System mit einer Unterwasserverbrennung verwendet vierden Icann, zusammen mit Seewasser oder anderen salzhaltigen Wassern, so daß die übliche Kesselsteinbildung auf den WärmeUbergangsflächen bei der Verwendung von Metallrohren vermieden wird und wodurch sich gewisse Vorteile erzielen lassen. Es hat sich auch als möglich erwiesen, gleichzeitig die übliche Entlüftung des deewassers, die bei jedem V*erdampfungsprozese durchgeführt werden mußg durchzuführen, zusammen mit der Erwärmung in der unterwasserverbrennung oder in dem Gegenstrom im Waschturm, der daran angeschlossen ist.
In Fig. 7 ist schematisch ein horizontal liegender Behälter dargestellt, der mit einer darin angeordneten Verbrennungskammer 25 versehen ist, die mit einem flüssigem oder gasförmigem Brennstoff 26 und Lufz 27 unter Druck versorgt wird und in den auch Seewasser bei 5 ein- und bei 5t abgeleitet wird. Außerdem sind Auslaßleitungen 28, 299 30 für die Verbrennungsgase mit mehr oder weniger Wasserdampf vorgesehen. Ein Bestandteil dieser unterwasserverbrennung ist der Verbrennungegaskühler 29 in Fig. 7. üieser erlaubt die Ausscheidung nicht kondensierbarer Gase aus dem eingespeisten Seev#asser. Diese Gase werden aus dem Seewasser, wenn es durch die Unterwasserverbrennung erwärmt wird, hernusgedrückt. Die (Aase gehen mit den -Verbrennungsgasen weg, werden gekühlt und :ibgeleitet.
Ein Teil des kalten öeewassers 5, welches dem System zugeführt -#.vird, strömt im Gegenstrom durch den 'Naschturm oder Verbrennungsgaskühler 29. Dabei werden die Verbrennungsprodukte aer Unterwasserverbrennung auf eine möglichst tiefe Temperatur a bgekUhlt, damit ein Maximum an Wasserdampf vor dem Austritt der Gase k-ondensiert wird. Das beste verfügbare Kühlmittel ist das eintretende Seewasser. Der Verbrennungsgaskühler 29 ist ein einfacher Turm, in dem das Seewasser über Packungen oder Kaskadenböden 31 nach uhten str5mt gegen den aufsteigenden Gasstrom. Vorzugsweise hat der Kühler eine Höhe, die 4 bis 10 Böden im Gegenstrom entspricht. 4in kleiner Teil des eintretenden kalten.Seewassers kondensiert die Wasserdämpfe in dem Gemisch nicht kondensierbarer Gase des eingespeisten Seewassers und der Verbren-nungsgase, insbesondere CO 2 und Stickstoff, so daß die Abgase mit einer Temperatur, vorzugsweise nicht hö-;ier als 20 0 F. oberhalb der Temperatur des Seewassers austreten und unter diesen Bedingungen mit Feuchtigkeit gesättigt sind. Diese kalten Gase, vorzugsweise nach einer Entspannung, durch die die Energie, die für die Kompression der Luft und des gasartigen Brennstoffesq falls ein solcher verwendet wird, wiedergewonnen wird, können dann einem äußeren Verwendungszweck, falls ein solcher für das Gasgemisch vorhanden ist, zugefUthrt werden. Bei der Unterwasserverbrennung wird ein komprimiertes Gas oder ein flüssiger Brennstoff zusammen mit komprimierter Luft verbrannt. Die-Kompression der Luft kann in einem Kompressor 32 erfolgen, der durch einen Teil der Energie angetrieben wird, die man durch die Ausdehnung der verbrauchten Verbrennungsgase erhält, im allgemeinen eine erheblich größere Anzahl von Molen. In ähnl.*Lcher Iffeise kann«das Brennsto±fgas, falle erforderlich, komprimiert werden. Es ist bekannt, die mechanische Energie eines solchen Gemisches aus Verbrennungsgasen und Dampf durch Expansion wie in einer Dampfmaschine auszunutzen.
Eine gräßere Anzahl von Molen von CO 2 wird bei der Verbrennung der meisten gasartigen Brennstoffe erhalten als Mole Brennstoff verbrannt werden. Stickstoff der Luft und irgendwelcher nicht verbrennbarer Sauerstoff gehen ohne Änderung hindurch. Dennoch kann die meiste oder die gesamte Energie, die für die Kompression des Brennstoffgases und der Luft erforderlich ist, wiedergewonnen werden, da eine größere Anzahl von Molen von Gas bei einem höheren Druck expandiert wird als än Gas bei einem niedrigmm Druck komprimiert wird. Diese l,'liedergewinnung der Energie kann in einem System von drei Zylindern 32, 33, 30 mit einer gemeinsamen Kolbenstange 349 wie in Fig. 7 dar.-.estelltg erfolgeng wobei die Expansionsenergie der Verbrennungsgase in dem rechten Zylinder 30 dazu dient$ die Kolben der linken Zylinder 32 und 30 ohne Kompriessoren zur Komprimierung gasartigen Brennstofffes 26 und der Luft 27 für die Verbrennung auf einen höheren Druck, der für die Verbrennung in einer Flüssigkeit erforderlich ist, zu bringen. Andererseits kann auch durch die sich ausdehnenden Verbrennungsgase eine Turbine angetrieben werden. Diese Turbine ist auf einer Welle angeordnet, auf der auch zwei Turbogebläne sitzen, von denen das eine für Luft und das andere für Gasbrennstoff vorgesehen ist. In jedem Fall ist ein Motor oder ein Antrieb mit diesem mechanischen System verbunden, der zur Ingangsetzung oder zur Erzeugung von Energie, wann immer auch erforaerlicht dient.
.lein vieiterer Vorteil der Unterwasserverbrennung ist der, daß sich bei diesem Verfahren als eines der Verbrennungsprodukte aus dem Brenngas oder dem flüssigen Brennstoff Wasser bildet, aas der Anlage als eine zusätzliche Wassermenge zugefUhrt wird. Bei der Verbrennung von 1000 Fuß 3 Methan bei Atmoophärendruck bilden sich ehemisch ungefähr 13 Gallonen 3 reinen Wassers, während bei der Verbrennung von 1000 Fuß Butan chemisch mehr alo j0 Gallonen Vasser'gebildet werden. Diese Geaamtmenge ist nicht unmittelbar als gebenprodurt erhältlich, aber die oben erwähnte halbe Stufe 10 gewinnt einen großen Anteil des entstehenden Wassers, wenn die Unterwasserverbrennung, die einen Teil der Erfindung darstellt, verwandt wird.
Die 1,11ärmeerzeugung für den Vorerhitzer 4 durch Unterwasserverbrennung kann zusammen mit einem ublichen Entspannungsverdampfer verwendet werden. bie ist auch Desonders wirkungsvoll, wenn sie mit einem Dampfvorwärmesystem benutzt wird. In jedem Fall kann sie mit irgendwelchen Merkmalen aer Erfindung, insbesondere mit dem Verfahren der Entfernung von Kesselstein, der Vermeidung von Beseitigung von Wärme und der nalben Stufe zusammen benutzt werden. Die Bildung von Kesselstein Die Bildung von Kesselstein ist eine der größten Schwierigkeiten aller Metallflächen, die dem Seewasser Wärme übertragen. #vie Weglassung derartiger Wärmeüberbragungsflächen gemäß der vorliegenden Erfindung maent auch derartige Überlegungen überflüssig. Wenn man aber keine Vorkehrung trifftg kann sich eine geringe Menge Kesselstein insbesondere in der oberen Druckstufe aer Dampfvorwärmung absetzeng was auf die Zeit zurückzuführen ist, in der die Flüssigkeiz dort gehalten wird, wobei Kristallisation eintreten kann, so klein diese auch sein mag. Manchmal ist der Kesselstein weich und schlammartig, dann läßt er sich leicht in die nachfolgende Verdampfungsstufe und mit der abfließenden SoMle wegbefördern.
Manchmal ist jedoch der Kesselstein auch hart und spröde, was von den Bestandteilen der Verunreinigungen abhängt. Dadurch können sich insbesondere an Ventilen, SprUhdUsen, Aveauregel-Vorrichtungen und dgl. Schwierigkeiten ergeben..
Eine periodische Reinigung ist dann erforderlich. Es ist dieser harte, spröde Kesselstein, der auch auf den Drähten der Vorrichtung zur Entfernung des Kesselsteins haftet, die als Teil der Erfindung weiter unten beschrieben wird. Dieser Kessels.tein läßt sich leicht abbrechen und wie beschrieben werden wird in Form verhältnismäßig kleiner Teilchen, deren größter Durchmesser kleiner als 1 mm ist, entfernen und die bei der normalen Turbulanz in dem Vorerhit.-er und dem Entspannungeverdampfer durch die Anlage transportiert und beseitigt werden. Zusätzlicher Kesselstein, der sich aufgrund der Verweilzeit in dem Entspannungsverdampfer bilden könnte, Lagert sich auf diesen kleinen, als Kristallkeime wirkenden Kesseisteinteilchen ab und nicht an den Oberflächen der Anlage.
Bei den Ublichen Entspannungsverdampfern sollte ein Rührenerhitzer mit einer minimalen Veraeilzeit für die ErwUrmung auf die obere Betriebstemperatur verwendet werden, um die Gefahr des Kristallwachstums und der Kesselsteinbildung während des Aufheizens zu verringern. Die gleiche kurze Aufheizzeit ist vorgeschlagen, falls die eingespeiste Lösung durch eine Entspannungsverdampfung durch das heiße Kondensat vor,-,1.elieizt .vird. Der Vorerhitzer ist als ein Behälter ausreichenuer Größe konstruiert, damit eine Verweilzeit des Seewassers möglZich istg in der Kristallisation und Nieders.chlagung des Kesselsteins stattfinden kann.
Fig. '! heigt eine Vorrichtung zur Entfernung von Kesselstein, der sich in dem Vorerhitzer niederschlagen ko'nnte. j#Ur diese Bildung aes'Kesselsteins ist Zeit erforderlich und eine große Oberfläche, auf der der Kesselstein sich bilden Kann.
Der Vorerhitzer hat vorzugsweise die Form eines horizontalen Zylinders und die Vorrichtung zur Entfernung des Lesselsteins erwies sich gleichermaßen -airksam sowohl bei einer Dampfbehlange als auch bei einer Verbrennung unter Wasser oder einer sonstigen ersten Wärmequelle. Die erforderliche Verweilzeit ergibt. sich durch das Volumen des Vorerhitzers für das Seewasser, daiait der Kesselstein sich bilden kann, der 1.) aufgrund der Erwärinung, 2.) aufgrund der Zersetzung von Salzen, die Verbindungen geringer Löslichkeit ergeben und 3.) durch eine cheinische Reaktion entstehen kann, falls Unterwasserverbrei-inung angewandt wird zwischen 00 2 und Salzen schwacher Azidit-:it, die zugegen sein können und bei dem bestehendem hohen Druck unlösliche Carbonate bilden können.
Eine geeignete Oberfläche, auf der sich der Kesselstein bilden kann, i--#t ein Masellengewebe aus 'iiiletalldr---*t*llten zwisclien A.T.G. lir. 30 und -',lr. 14, das lose -epackt einen i.Urper ergibt, wie er in Verdai.,.pfern oder DestilliertUrmen ver,...,endet wird. Ein bevorzugtes Verfahren besteht in der Verwendung eines kontinuierlichen Schlauches, der aus lockeren Drähten der Größen 20 und 26 A.W.G. geflochten wird. Es kann dabei ein flacher Draht mit rechteckigem Querschnitt entsprechenden Gewichts verwandt weraen. Damit unter den Betriebsbedingungen xeine -Korrosion eintritt, kann rostfreier Stahl oder ein anderes entsprechendes Material benutzt werden. Dieser Schlauch wird dann flachgelegt, so daß sich eine doppelte Schicht in Form eines Streifens ergibt, der durch Walzen zur Erzeugung einer gewellten Fläche bewegt wird, damit ein zusätzliches rolumen erfaßt wird. In Schichten aufeinandergelegt enthält dieses Metallgewebe einen freien Raum in der Größenordnung von 90 bis 98 %, wobei die Metalldrähte ein Volumen von nur 2 bis 10 % des'tatsächlichen Volumens einnehmen, im allgemeinen 2 bis 4 %. Ein Stapel derartigen Gewebes wird zu einem Zylinder zugeschnitten, der im Durchmesser etwas kleiner ist als die kreisförmige Querschnittsfläche des Vorerhitzers, in dem die Verbrennung unter Wasser stattfindet, so daß sich ein Verhältnis des freien Volumens zum tatsächlichen Volumen von 95 bis 98 % ergibt. "as Metallvolumen beträgt dabei 2 bis 5 %. Auf aiese Weise erhält man eine sehr große Metalloberfläche pro Volumeneinheit und die Anordnung ist wegen der Federeigenschaften des Drahtes leicht zusammendrUckbar. Das Metallgewebe kann in seiner ausgedehnten Gestalt 15 bis 60 % des gesamten Volumens dea Vorerhitzerbehälters einnehmen. Auf der Drahtoberfläche kann sich Kesselstein aufgrund

der übersättigten Bedingungens die für die KesselsteLgtildenden

Stoffe existieren, bilden. Bei der Bildung des Kesselsteins überzieht dieser das Lletallgewebe. Wenn sich eine entsprechende Schicht von Kesselstein gebildet hat, im allgeneinen von einer

Durchmessers des

Starke, die zwischen der des Radius und der des..,Jrahtes liegt,

kann der Kesselstein entfernt vierden. Dafür wird das Metallgewebe auf 40 bis 60 % seines Maximalvolumens zusammengedrückt und durch die Verbiegung der Drähte bricht der Kesselstein in kleine Stückchen. Dieses Zusammenpressen kann auf verschiedene 'leise durchgefährt werden. Ein geeignetes Verfahren verwendet einen Kolben 35, der gegen eine Fläche 36 des Drahtgewebes 37 drUckt und durch einen äußeren Mechanismus betätigt aird. Eine Kolbenstange verbindet den Kolben mit einer dußeren Bewegungsvorrichtung, beispielsweise einer Schraubeg einem hydraulisch betätigten Plunger und dgl. Die andere Fläche 38 des Maschengewebes liegt gegen eine perforierte Platte 39. Nach der ZusammendrUckung wird der Kolben zurückbewegt, worauf das Gewebe sein ursprüngliches Volumen wieder einnimmt. Die abgesprungenen Kesselsteinteilchen können während einer Stillstandszeit ausgewaschen werden. Vorzugsweise sind dann zwei Anlagen vorhanden, die wechselweise in Betrieb sind. Andererseits kann der abgesprungene Kesselstein aber auch direkt durch die Sohle in die Dampfvorwärmeseite überführt und schließlich mit der aus der untersten Stufe ausströmenden Sohle 15 abgeführt werden. Im allgemeinen ist dann xeine Stillegung der Anlage zur Beseitigung des Kesselsteins erforderlich.
Die Vorrichtung zur Beseitung des Kesselsteins kann in dem Vorerhitzer untergebracht sein oder in einem geeigneten äehälter, der mit diesem verbunden istl so daß die erhitzte Lösung bei dieser Temperatur eine Ve'rweilzeit von 3 bis60 Minuten oder mehr hat und dabei mit dem Metallgewebe, auf dem sich die Kesselsteinkristalle bilden, in Berührung ist. Diese Vorrichtung kann sowohl für einen üblichen Entspannungsverdampfer als auch für eine Anlage mit Dampfvorwärmung verwendet werden.
Die gleiche Vorrichtung zur Beseitigung von Kesselstein kann auch unter anderen ähnlichen Bedingungen von Erwärmung und Verdampfung benut zt werden, wo sich bei einer bestimmten Temperatur, falls genügend Zeit und Oberfläche vorhanden ist, Kesselstein bilden könnte. Das kann z. B. in Behältern der Fall sein, die für verschiedene Verfahrensflüssigkeiten vorgesehen sind und in denen eine Unterwaeserverörennung stattfindet oder irgendeine andere Art von Heizvorrichtung enthalten ist. Es kann ein besonderer Beh7-*.lter benutzt werden, der nur diese Maschengewebemasse entnält und der nur zum Zwecke der Beseitigung des Kesselsteins vorgesehen ist, aber mit einem verdampfer, einem Kessel oder einem Rönrenerhitzer verbunden ist, wobei eine Zirkulation zwischen diesen beiden Behältern stattfinden kann. Das Volumen nes Metallgewebes, das Verhältnis. des Volumens zum Volumen des Heizkesiels als auch der Grad der Kompresbion zum Entfernen des Kesselsteine sind nicht kritisch. Es wurde gefunden, daß es möglich ist, verschiedene Blementaranlage,n und -einrichtungen für einen direkten Wärmeüberganz zwischen verschiedenen 2lUssigkeiteströmen und Gasen in wirtschaftlicher und wirksamer Weise zu vereinigeng um die Erzeugung von reinem Wasser aus Seewasser durchführen zu Können. -,i - enn clas richtig erfolgtp ernält man neue und überraschende Vorteile, von denen die Gewinnung von Trinkwa?ser zu niedrigeren Betriebe- und Wärmekosten und nierigeren Gesamtkosten als bei anderen Systemen zu nennen sind.
Geeignete Apparaturen zur Durchführung des Dampfvorwärmeprozesses der vorliegenden Erfindung umfassen normale Verfahrensgeräte, beispielsweise Pumpen und Behälter, einen kürzlich entwickelten flüseig-flüssig-flüssig- oder anderen Wärmeaustauscher, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Verbrennung unter Wasser, einen im Gegenstrom arbeitenden Gasflüssig -Reaktor, Strahlen, Sprühvorrichtungeng Rohrleitungen, Gaskompressoren und Entspannungsgasturbinen und dgl. Sofern diese Teile oder Geräte bekannt sind und nicht neu, wird das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren in der Kombination von Verfahrensstufen, Geräten und dgl. gesehen, durch die sich erhebliche und überraschende Vorteile ergeben.
In Fig. 8 ist das Fließbild eines Verfahrens dargestellt, in dem eine Anlage mit neun Stufen für eine Dampfvorwärmung enthalten ist. Jede Stufe ist in einem druckfesten Behälter 40 untergebracht. Jede Stufe umfaßt zwei Räumeg die durch Leitungen für den Dampf von linke nach rechte verbunden sind.
Es kann auch in getrennten Behältern unter Verwendung von Verbindungsrohrleitungen durchgeführt werden, durch die die Dämpfe von dem Entapannungsverdampfer 1 zu dem Kondensator 2 strömen. Andererseits kann jede Stufe eine Querschnittehälfte eines einzigen Behälters sein und diese Konstruktion, meistens in horizontaler Anordnung, ist oft verwendet wordeng um eine Anzahl von Stufen für einen Mehrfachentspannungsverdampfer zu bilden. Die Wand, die diese Stufen trennt, ist dann nur einem geringen Differentialdruck, der zwischen den beiden Abteilungen .herrschtt ausgesetzt. Auf diese Weise erhält man eine billigere Konstruktion, da alle Wände der Stufen nicht stark zu nein btauchen, weil sie dem gesamIen Innendruok nicht ausgesetzt sind. Auch die Anordnung von Rohrleitungen zwischen den Stufen ist einfach. FrUher hat man Spannungsverdampfer oft aus einem horizontalen Behälter hergestellt, in dem die Stufen angeordnet sind. Bin vertikaler Behä]Jer, in dem die Stufen wie die Böden in einer, Destilliersäule angeordnet eindg hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt. Dabei wird nur ein einfachen Trennblech 41 verwendet, um die Plüssigkeiteströme in den beiden Abteilungen den druckfesten Behälters getrennt zu halten, aber ein freier Übergang in,horizontaler Richtung oberhalb der Bleche 21 ist möglich. Eine solche Anordnung ist in Fig. 8 dargestellt, Das heiße Seewasser 5t strömt lihke von oben herab. In jeder folgenden Stufe.niedrigeren Druckes entstehen durch Entspannung Dämpfe, die quer durch die Stufe hindurchströmen; diese kondensieren und erwärmen das Destillat, ielches im Gegenstrom umgewälzt wird. Das heiße Seewasser tritt auf der iinken Seite einer Stufe ein, die so ausgefUhrt ist, daß sie eine maximale flüssige Oberfläche besitzt, damit eine wirksame Berührung und eine Gleichgewichtseinstellung mit den Dämpfen bei aem herrschenden Druck der btufe eintreten kann. mie nach unten gerichteten Pfeile 42 stellen bprühstrahlen von Seewasser ctar, damit das Seewasser eine große Oberfläche bildet, mit der die Dämpfe in Berünrung kommen können. Die Tefehen können im wahrsten Sinne des Wortes aufgruna des hohen inneren Dampfdruckes beim Versprühen in niedrigerem Druck für eine Entapannungevurdampfung zerplatzen. Andererseits können auch 0 dünne Schichten von Flüssigkeiten auf einem oder mehreren Böden auf Flüssigkeiten als nerabströmende Filme zur Erhöhung der Oberfläche fUr die zu entspannende Plüssigkei6 verwandt werden. Es sind viele Anordnungen für eine Kaskaaenströmung verwendet worden, die von Böden innerhalb einer Stufe ausgehen. Dadurch erhält man große Oberflächen, wodurch die Verdampfung außerordentlich unterstützt wird, sowie auch die Einstellung des Gleichgewichts zu der flüssigen und der Dampfphase.
Die Verdampfungsoberfläche braucht nichtg verglichen mit der normalen Wärmeübergangeflächeg bei der Verwendung metallischer Oberflächen groß zu sein. Sie kann man durch Bleche oder horizontale Oberflächen erhalteng Über die Flüssigkeitefilme nach unten herabrieseln. Eine genaue lusgestaltung soll hier nicht bespAchen werden, da sie keinen Teil der Erfindung bildet. Bei einer derartigen Ausbildung der Verdampfungsoberfläche ist nu.- eine sehr.kleine Zeitspanne erforderlich, damit sich Gleieligewicht einstellen kann. Daraus wiederum ergibt sich nur eine sehr kleine Verweilzeit in jeder Stufe.
Zwei-DrUcke, a) die Schwerkraft von der oberen zur unteren Stufe und b) die Differenz im herrschenden Dampfdrue k bewirken den Strom des Seewassers bLuf der linken Seite über die Böden oder andere Systeme nach unten: Schwimmerventile (nicht gezeigt) können vorgesehen sein, um die Strömung und die Einhaltung eines Flüssigkeitspegels des Seewassers in flachen Schalen zu regeln. Es können aber auch andere Fallen benutzt werden,.wie sie in Dampfleitungeg üblich sind, damit der Überstrom des#Seewassers zu einer Stufe so geregelt werden kann, daß keine Dämpfe übergehen, aber der Zustrom ausgeglichen wird. Unter derartigen Vorrichtungen gibt es welche, die man als thermodynamische Fallen bezeichnet und die im Handel erhältlich sind. Durch eine Schwimnerscheibe oder ein entsprechend konstruiertes Labyrinth verhindern diese Fallen, daß Dämpfe übergellen und erlauben nur der Flüssigkeit den Durchstrom entsprechend dem Druck,-,radienten von Stufe zu Stufe. Im Falle des kalten Destillatag das jede r Stufe fortschreitend von' einer Stufe jeweils der im Druck höheren und oft auch,'wie in den Figuren dargestellt# der der Lage nach höheren zugeführt wirdy sind Plüssigkeite-Dampf-Schichten erforderlich. Eine etwas größere Oberfläche hat sich als erforderlich herausgestellt, bei der gleichen Wärmemengeg wenn noch nicht lilondensierbare Gase vorhanden sind. Noch bedeutend wichtiger ist es, eine maximale Flüssigkeitsfläche mit dem Dampf in BerUhrung zu bringen, daiait das thermische Gleichge-,;licht durch die Kondensation der Dämpfe sich einstelltg wobei das Destillat fortschreitend von Stufe zu Stufe nach oben erwärmt wird. Auch hier können fUr die Zwecke des Diagramms überströmende horizontale Flächen angenom2en werdeng die die erforderliche Fläche, auf der!Berührung zwischen Dämpfen und Konde'nsat stattfindet, bilden, obgleich in der Praxis eine VersprUhung vorgezo-en wird, die die Verwendung einer größeren FlUssigkeitsmenge pro Voluineneinheit als Ublich gestattet.
Jede Stufe ist init einem Wehr oder ilit Blechen ausgerUstet, uni die Vermischung des Seewassers mit dem frischen blasser zu verhindern, ohne daß dabei ein Durchtritt des frisctlen Da,.lipfes, der von links nach rechts strömt, ver-

;,-i.,idert Es; Ilinien diese beiden Seiten der Leiter der Stufen

in R-"'ume oder mehrere getrennte BehUlter aufgeteilt .-jerden

(1#iz--:isclieri, was bei besonders gro113en

Anlagen wünschenswert ist. Der Effekt wäre der gleiche, mit der Ausnahme, daß die Da mpfrohre dann so ausgefUhrt sein müssen"daß ein Minimum an Reibungsverlusten und Druckverluoten, die von Tomperaturverlusten begleitet sind,' auftritt. Be hat sich gezeigtp daß eine Rückleitung oder ein RUckfluß einen Teils etwa bis 50 oder 60 % oder sogar mehr an konzentriertem Seewasser 15, welches aus,der untersten Stufe austritt, zum Beewannereinlaß eine Wärmeeinaparung ergibt, die oberhalb der Temperatur des rohen Seewaaaers liegt. Der Eihfachheit halber sind aber in dieser und in den anderen 7iguren derartige Rohrleitungen nicht dargestellt. Das Priaftwasserdeotillat wird von der untersten Druckstufe in Pig. 8 der obersten oder im Druck höchsten Stufe zurückgeführt, und dann über einen Wärmeauatauscher 191 zur untersten Druckstufe zurückgeleitet. In jeder Stufe kann die Höhe des Destillate durch ein Schwimmerventil (nicht gezeigt) kohatant gehalten werden, das sich öffnet, wenn die Flüseigkeit ansteigt. Der Übergang der FlUaeigkeit zur nächst höheren Stufe kann vermittels einer Anzahl von Pumpen 43 erfolgen. Das Volumen der Kondensation wird durch die Kondensation in jeder Stufe erhöht und ein Teil deo'Destillato wird kontinuierlich abgezogeng das gleich dem Inkrement einen Umlaufs ist.
Bei der Damptvorwärmearlage mit zahlreichen Stufen strömen die beiden Plüssigkeitsetröme im Gegenstrom. Sind die Stufen vertikal angeordnetg wobei nur ein Mantel vorhanden sein sollte, fließt ein Flüssigkeitsetrom von Stufe zu Stufe unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten. Wenn das der Ueewasserstrom ist,- unterstützt die Druckaifferenz des Dampfdruckes diese Bewegung. Da eine vernältnismäßig kleine Abtrennung frischen Nassere zur ßrzielung der Kondensation auf der Destillatseite erforderlich ist, ist man im allgemeinen so vorgegangen, daß man das Seewasser ohne Zuhilfenahme von Pumpen von Stufe zu Stufe herabatrömen läßt. In normalen Druckbereichen und bei einer großen Anzahl von Stufen hat man es für erforderlich und wünschenswert angesehen, das umgewälzte Destillat von Stufe zu Stufe vermittels Pumpen nach oben zu befördern. Dabei ist jeweils eine Pumpe 43 zwischen den Stufen .angeordnet. Dieses Verfahren ergibt dann vier erforderliche Druckinkremente: a) Höhe und Schwerkraft, b) höherer Dampfdruck, c) mechanische Energie, die erforderlich ist, um das Wasser auf eine entsprechende größere Oberfläche zu verteilen, und d) Rohrreibung.
Die beiden ersten dieser Inkremente können als die bedeutenderen angesehen-werden, weil durch gute Konstruktion die beiden anderen erheblich verringert werden können. Oben ist die "Quer"-Stromanlage beschrieben worden# in der beide Ströme nach unten fließen. Der Destillatatrom fließt dabei gegen einen zunehmenden Dampfdruckg der durch die hydrostatische Höhe ausgeglichen wird. Das ist nur bei kleineren DampfdrUcken zweckmäßig. Die Verwendung einer.besonderen Pumpeg die später beschrieben werden wirdv vereinfacht ebenfalls die Anlage und insbesondere die Verrohrung. Bei großen Anlagen hat es sich aber als günst!g lierausge-stellt, die Sohle unter dem Einfluß der Schwerkraft fließen zu lassen und das Destillat von Stufe zur nächst höheren Stufe vermitteln Pumpen zu bewegen, wie dgs in Pig.'8 dargestellt ist.
Das Seewasser unter Druckg der wenigstens dem Bättigungsdruck bei der höchs.ten Temperatur, die auftritt, entspricht, wird, ehe es in die oberste Druckstufe eintritt, vorgewärmt.
Das vorgewärmte Seewasser strömt zu einem Vorerhitzer 4, in dem, wie mit Bezug auf Fig. 7 beschrieben, eine Unterwasserverbrennung eine.s flUssigen oder gasförmigen Brennstoffes stattfinden kann. *Kenn Öl statt Gas als Brennstoff verwendet wird, wird dieses in die unter Wasser liegende Verbrennungskainmer mit dem erforderlichen Druck, um eine Zerstäubung herbeizuführen, eingepumpt. Das kalte Seewasser 5 wird auch sowohl dem W-irmeaustauscher 19 als auch dem VerbrennungsgaskUhler 29 mit dem gleichen Druck zugefUhrt. Das heiße Destillat 44, das die oberste Stufe des VorwIriners verläßt, -Jird ebenfalls auf dibeen etwas hAtren Druck gepumpt. Damit befindet eich die gesamte Anlage in Pigo 8 linke von den Vordampfungekondensator auf einem Druck# der etwas oberhalb des Druckes liegto. der in der obersten Stufe herrscht.
i g. F 9 C> geigt dieselben Merkmale wie Fig. 8 mit der zusätzlichen halben Stufe. Im Betrieb des Unterwaaaerbrennern befindet sich das abgegebene Gemisch von Verbrennungegasen und Dampf auf der höheren Temperatur und dem Druck des'erihitzten Seewasserei welchen zum oberen Entspannungsraum strömt. Es ist die übliche Differenz zwischen dieser Temperatur und aer des destillierten Wassers vorhandeng welches die obere Kammer verläßt.
Da aber die Gase entfernt werden müssen und sie notwendigerweise eine entsprechende Menge Dampf mit sich führen, können sie, wie ob.en erwähnt, zum Vorwärmen rohen Seewassers 5, welches in die Anlage einströmt, verwendet werden. Für dieses Vorwärmen ist mehr Märme vorhanden als erforderlich, so daß das meiste Seewasser durch den Wärmeaustauscher 29 fließt. .In jedem tlall ist ctas 'Vorwärmen cLes Ausgangsmaterials eine verh:#-;,ltnismU2ig unwirtschaftliche Verwendung der latenten Wl;-irme nes Dampfes, der zusamnen mit cten Verbrennungsgasen weggäit" da sie im wesentlichen nur dazu verwendet wird, Wärme bei einer viel tieferen -.Temperatur zuzuführen als der des Vorerhitzers. Es wurde gefunden, daß das Gemisch von Verbrennunigsgasen und Dampf dazu benutzt werden kann, das Destillat zu erhitzen, welches den Dampfvorwärmeabschnitt verläßt, und zwar auf eine Temperatur, die oberhalb der der obereten Stufe liegt. Das Destillat fließt dann zu dem Wärmeaustauscher mit einer entsprechend höheren Temperatur. Falls die Temperäur des einströmenden Seewassers 5 in dem Wärmeaustauscher 29 zu der des heißen Destillats festliegt, was meistens der Fall sein wird, wird das in den Vorerhitzer 4 eintretende Seewas--jer eine höhere Temperatur haben. Dadurch wird der Wärmebedarf in dem Vorerhitzer verringert und damit der Wirkungsgrad und die Kapazität der Anlage erhöht, indem man bei niedrigeren Wärmekosten pro Einheit Destillat produzieren kann. -Fig. 9 zeigt eine Ausbildung, die das Verbrennungsgas-Dampf-Gemisch ausnutzt vermittels einer halben Stufe 109 die der Dampfvorwärmeabteilung vorangestellt ist. Die Verbrennungegase der Heizvorrichtung 24 strömen durch eine halbe Stufe 10, die in diesem Fall ein völlig getrennter Behälter ist, auf ihrem ',lege zum unteren Ende des VerbrennungsgaskUhlers 29.
Die DestillatflUseigkeit 44 von der oberen Stufe der Abteilung 2 strömt in die halbe Stufe 10 ein, damit es in unmittelbarer wärmeaustauschende Beziehungen ##.iie in den anderen Stufen gelangen kann, d. h. dadurch, daß es versprüht zu dünnen Filmen oder Schichten zerteilt wird. Dabei wird das Destillat weiter erwärmt und mehr reines Wasser durch Kondensation zugeführt, genau so wie in den regulären Stufen der Kondensationeabteilung; dann strömt es zu dem lj'Iärmeaustauscher.
In manchen Fällen kann die halbe Stufe 10oben auf der Abteilung 2, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, liegen. Geeignete Bedingungen fUr Dampf- und Plüssigkeitsströme sind vorgesehen.
Der Dampfaustritt wird jedoch zum Verbrennungsgaskühler 29 geleitet, wenn Unterwasserverbrennung verwendet wird.
Der Wärmeübergang in Gegenwart großer Mengen nichtkondensierbarer Gase ist verhältnismäßig schlecht. Deshalb kann die halbe Stufe 10 bei Unterwasserverbrennung viel größer ausgeführt werden als ein entsprechender Teil einer regulären Stufe und das Volumen der halben Stufe 10 kann gut und gern das Volumen irgendeiner anderen kompletten Stufe haben, d. 11. der physikalische Raum kann der dew sein, der von einer halben Stufe in Anspruch genommen wird.
Obgleich sich die halbe Stufe 10 als besonders nützlich zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Anlage herausgestellt naty wenn Unterwasserverbrennung erfolgt, bei der Dampf zusanuaen mit den nichtkondensierbaren Gasen weggehtt kann die gleiche Technik zur Verringerung des Dampfverbrauches benutzt werdeng wenn eine normale Vorheizungsvorrichtung 4 mit Wärmeübergangsflächen verwendet wird. Man erhält dann besonders reinen Dampf pus kleine Mengen nichtkondensierbarer Gase des rohen Oeewassero 5, die bei *er Erwärmung in dem WäMeaußtauscher nicht beseitigt worden sind. PUr die Wärmowirtschaft ergeben sich für eine wirksame Ausnutzung die gleichen Gründe wie frUher. Der Vorerhitzer 4 ist somit tatsächlich zu einem einfachen verdampfer gewordeng,mit dem Ziel, eo viel Dampf zu e rzeugen, ivie erforderlich isty dap!it das Destillat von der Temperatur, mit der es die oberste Stufe verläßtl im wesentlichen im GleieLewicht mit dem Druck der Stufe auf die Temperatur des reinen Destillats gebracht wirdp das im Gleichgewicht steht mit den Dämpfen des Vorerhitzers» Mie Verwendung einer Unterwasserverbrennung in dem Vorerhitzer 4 ist# wie in Fig. 8 und 9 gezeigt# besondere vorteilhaft insbesondere an solchen jtpllen, wo Dampf nicht unmittelbar erhältlich ist und eine neue Dampferzeugungeanlage gebaut werden müßte. Falle jedoch eine Dampfquelle vorhanden ist, kann der Vorerhitzer normaler Konstruktion aeing beispielsweise zahlreiche Dampfrohre enthalteng die von dem Dampf durchströmt iverden. Die Vorteile'der halben Stufe ergeben sicli auch danh aus den oben angegebenen Gründen.
In jeder der üblichen Stufen der Dampfvorwärmeabteilung nefindet sich die Temperatur des abströmenden Destillats im wesentlichen im Gleichgewicht iait dem herrschenden Druck, der im wesentlichen der des beewassers ist, das seine Seite der Stufe verläßt. Eine geringe Erhöhung des Siedepunktes muß bei der Berückeichtigung von Zahlenwerten erfolgen. Wenn die 80ewarinermengeg die in die Stufe einetrömtg der Menge den einetrömenden'Destillate entspricht und falle die Siedepunkte#-erhöhung vernachlässigt wird# wird der Temperaturabfalldes Seewassers ungefähr der gleiche sein wie der Temperaturanstieg des Destillate, d. h, jeder beträgt ungefähr die Hälfte von der Temperaturdifferenz zwischen eintretendem Seewasser .und eintretendem Destillat. Unter diesen Bedingungen, die zum Zwecke aer Darstellung idealisiert sind, besitzt das Destillat eine Temperatur, verglichen mit der der eintretenden SoNle, die ungefähr die Hälfte der Gesamtdifferenz der Stufe an beiden-Enden ausmacht. Bei üblichen Mehrfachentspannungsverdampfern wird eine größere Differenz vorhanden sein.
Wenn jedoch eine halbe Stufe 10 oberhalb der regulären Abteilung 2 verwendet wirdp ganz gleichg ob ein Vorerhitzer 4 mit Unterwasserverbrennung oder üblicher Dampfheizschlange verwendet wird, und wenn die Verdampfung so erfolgtv daß der entsprechende Druck in der halben Stufe aufrecht erhal#ein wird, dann kann die Ausgangstemperatur des Destillate praktisch auf die Temperatur der Flüssigkeit gebracht wordeng die den Vorerhitzer 4 verläßt, mit Ausnahme irgendwelcher bestehenden Siedepunktserhöhungen. Diese Wärmezufuhr zum Destillat, die dann durch den Wärmeauatauscher die Temperatur des eintretenden Seewassers entsprechend erhöht, erfolgt durch die gleiche Wärmemenge, die dem Vorerhitzer zugeführt und die auch erforderlich wärey falls die Sale nicht das zusätzliche Wärmeinkrement gehabt hätte, das sie in dem Wärmeaustauscher behält. Die Verwendung der halben Stufe 10 indessen erfordert nicht weniger WUrme, aber erzeugt eine zusätzliche Menge Frischwasserdestillat, das der Verdampfung in dem Erhitzer 4 entspricht. Dadurch wird die anfallende Produktmenge entsprechend verbessert und der Wärmewirkungsgrad als Ganzes um 5 bis 20 %. - In ähnlicher Weise kann der thermische Wirkungegrad des üblichen Entspannungsverdampfers durch die zusätzliche Anordnung einer halben Stufe verbessert werden. Im Fall der halben Stufe iat ein weiterer Kondensator-Wärmeaustauscher auf die-übliche Serie von Stufen aufgesetzt und dieser Wärmeaustauscher wird mit den Dämpfen des Vorerhitzers verso4, der wieaerum mit erster Wärme verso4 wird, die in Form einer Unterwasserverbrennung erzeugt wird oder aus einer Dampfschlange oder dgl. Einrichtung stammt.
Obgleich es in der Praxis wünschenswert ist, das eingespeiste Seewasser 5 zu entlüften durch irgendeine bekannte und übliche Vorrichtung oder gleichzeitig mit der Entfernung der Verbrennungsüase von der Unterwasserverbrennung, kann in jeder Stufe eine zusätzliche Einrichtung vorgesehen sein. Die Ventile 45 in Fig. 8 und 9 gestatten die Entfernung nicht icondensierbarer Gase, die aus ir..cendeiner Quelle stammen Xönnen. Jedes Ventil ist lediglich ein kurzes, mit Ventil versehenes Rohr kleinen Durchmessers, dessen Enden in die Dampfräume benachbarter Kondensationeabteilungen ragen. Die Ventile und die Druckdifferenzen gestatten eine Belüftung der Räume bzw. Entlüftung des Gases mit etwas Dampf aus jedem Raum in die nächst niedere Abteilung. Schließlich tritt die unterste Abteilung über eine v-akuumpumpe 46 rait der Atmosphäre in Verbindung oder direkt mit der Atmosphäre, vienn sich die letzte Stufe in Nähe des Atmosphärendruckes befirdet. Fig. 9 zeigt die Kombination des einheitlichen Systems init der vorteilhaften Dampfvorwärmemethode zum Entealzen von Seewasser, zeigt aber nicht alle merkmale oder notwendigerweise die beste Kombination, insbesondere, wenn verschiedene Situationen und ßrfordernisse berücksichtigt werden müssen. So ist z. B.' keine Rückführung des konzentrierten Seewassers 15 zum Seewassereinlaß 5 gezeigt, uni den Vorteil der höheren i2emperatur ues austretenden Szroms auszunutzen und damit die Wirtschaftlichxeit um 20 oder mehr % zu veroessern, In 2ig. 9 ist auch nicht der Ausgleich des Systeme, der sich,ohne Wärme verwerfen zu müssen, durch eine Ungehungsleitung 11 erzielen iäßt, durch die ein Teil aes eintretenden Seewassers an dem Vorerhitzer 4 vorbei einer Stufe zugeführt wird, die etwas tiefer liegt als die oberste Stufe, wie in Fig. 5b dargestellt, gezeigt. Auf diese '.'x`eise erhUlt man eine C> Verringerung des Wärmeverlustes von 20 bis auf 2 bis 3 (Pe , Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung» die sehr geeignet iatg den Strom des Priochwasserdestillate von Stufe zu Stufe nach oben in der Dampfvorwäriüeleiter oder -abteilung gegen den hydrostatiochen Druckg die Dampfdruckdifferenzeng die Rohrrei-. bung und den Widerstand, des Wasserstrome, gegen die Zertei'Iung in Tröpfchen zur Erzielung einer großen Oberfläche durchzuf:-Lhren. tig werden Dämpfe aus der Bntspannungsverdampfung in den Verdampfungsabteilungen der gleichen Stufe kondensiert aufgrund der innigen Berührung mit dem frischen Wasser.
Die Stufen können durch Unterteilung in einem vertikalen Zylinder 47 durch horizontale Plagten 48 gebildet seing etwa in der gleichen,Art wie die Glockenböden einer Kollonne. Das ist in Fie. 10a an einem vertikalen Querschnitt dargestellt und In C3 Fig. 10d an einem horizontalen Querschnitt. Jede Stutenplatte 48 ist mit einem Stator 49 verbunden und der oberen Schalenanordnung 50 einer beBonderen-Zehtrifugalpumpeg die'inagesamt f %. 9 - einen axialen'Strom besitzt. Eine Draufsicht auf eine solche obere Schale ist in Pig. 10a gezeigt. Die Pumpen sind senk-.recht untereinander auf einer gemeinsamen Welle 51 befestigtg indem die Rotoren 53 Jeder Stufe vermittels einen Keils 52 auf der Welle 51 befestigt sind. Eine Ansicht von unten auf einen Rotor 53 ist in Fig. 10b dargestellt. Abstandshalter 54 sind miteinander verbolzt, damit sich eine feste Konstruktion zwischen dem Stator oder oberen Gußteil der einen Stufe und dem Rotdrgehäuse 56 der nächsten Stufe ergibt.
Das Rotorgehäuse 56 besitzt eine große Öffnung 57, damit hydraulische Verluste auf ein Minimum beschränkt sind. Durch diese Öffnung saugt der Roter die Dämpfe ang die in Form von Tröpfehenströmen aus den Sprühdüsen 58 der darunter liegenden Einheit direkt zugesprüht werden. Die meiste Kondensation findet in dem Damip raum auf den Waesertröpfohen der Strahlen statt. Große Durchgänge 59 zwieche n den Rotoxen.und dem Gehäuoe ergeben nur einen sehr geringen Widerstand. Der Abstand zwischen Stator und Gehäuse, nämlich die Höhe der Rotorschaufeln ist so weit vermindertg damit ausreichende Kompression des Dampf-flüseig-Gemisches erfolgtv damit gleichzeitig Kondensation des Dampfes stattfindet. Der Austritt der ursprünglichen Flüssigkeit und des Kondensate erfolgt in eine ringförniige Rinne des Stators; Flügel zwischen dem Stator und dem dazugehörigen Gehäuse richten den Strom des Destillate mit neu gebildetem Kondensat durch die durch gestrichelte Linien 60 aargestellten Gänge von dem unteren Teil in den oberen Teil 4er Fig. 109 bis das Destillat schließlich in einen oberen Ringraum gelangt. Auf diese Vieise wird verschieden bearbeitezen und eingesetzten Öffnungen oben auf dem Gehäuse ein FlUssigkeitsstrom zugeführt, der eine Anzahl von Otrahlen in die Saugöffnung des nächst höheren Gebläses schickt. Anstelle einzelner Düsenöffnungen kann auch eine kreieförmige Ringöffnung vorgesehen sein, die einen Wasserzylinder abgibt.
Die hydraulische Ausgestaltung des Rotora 53 und des Stators 59 ist so getroffen, daß die folgenden Punktionen auftreten: Aufnahme der aus Dampf und 7lüssigkeit bestehenden, aus den Düsen austretenden Strahleng Inberührungbringen von Dampf und Plüssigkeit und Verdichten des Gemisches, um dadurch eine Kondensation des enthaltenen Dampfen zu bewirken, und den. Strom aus einer axialen Richtung in eine nach außen gerichtete radiale itichtung umzuleiten, sodänh wieder in eine axiale und dann in eine radiale nach innen und wieder axial verlaufende .iiiehtung und ihn über eine Anzahl auf einem Kreis angeordneter Düsen in Porm einen Tröpfchenstroms zu versprünent damit er ein Maximum an Dampf erfaßty das durch einen schmalen freien Raum in den Saugbereich des nächst höheren Gebläses gelangt. Es ist zu erkennen, daß die Ausgestaltung dieser Pumpe, insbesondere der Rotor 53, die Punktionen einer Zentrifugalpumpe und eines Zentrifugal-Gaaverdich%ere ausführt.

Eine bemonders große Öffnung 57 sowohl hinsichtlich Durchmesser als auch Tiefe der Rotorflügel ist für einen ieichten Eintritt eines großen Dampfvolumens vorgeseheng das durch die Yrischwasserstrahlen der Düsen der darunter liegenden Stufe erAet wird. Der Raum, in dem sich aas Pluidum zwischen den Rotorflügeln bewegt, verengt sich in der Nähe des Umfangs des Rotors, weil sich bis zu dieser Stelle bzw. an dieser Stelle Abkühlung vollzogen hat und Kompression erfolgt. Die arbeitsweise ist aber durch die blenge des umgewälzten Prischwassers so geregelt, daß das Wasser nicht durch die Kondensation der Dämpfe auf eine Temperatur erwärmt wird, die oberhalb der liegt, mit der es in die nächste Utufe eintreten soll. Der Rotor soll also frisches Kondensat zusammen mit einem Strom frischen Wassers tranaporuieren, das in die nächst höhere Stufe eintritt. Der Rotor soll aber kein zusätzlichee Kondensat durch Verdichtung der Dämpfe oberhalb des Dampfdruckes der Stufe erzeugeng aus der die Dämpfe austreten. In manchen Fällen werden nichtkondensierbare Gase verdichtet und von Stufe zu Stufe transportiert, damit sie aus allen Stufen bei einem höheren Druck abgegeben werden. Jeder Rotor 53 läuft In einem Gehäuee 56, dessen Konstruktion so getroffen ist, daß ein großer freier Durchgang zwischen den Flügeln und ein mittlerer Druck entsteht, der ausreicht, die Flüssigkeit in-die nächste Stufe, die auf einem höheren-Druck liegtp zu transportieren. Dieser Druck reicht aus, die gesamten Dämpfe, die durch die Wasserstrahlen vor Eintritt in die Öffnung der Pumpe nicht kondensiert warent sofort zu kondensieren. Der Dampf, der in den Strahlen enthalten ist und in dem Wasser der Utrahlen kondensiert wird und in dem Rotorg tritt unter den herrschenden Bedingungen der Entspannungsverdampfung des Dampfdruckes in die Kondensationsseite der Stufe ein.

Der höchste erzeugte Druck herrscht im-allgemetnen

an den Spitzen der Plügel den notorag der gemäß der Ausbildung

in Fig. 10 vertikal in die Wasserkanäle 59 den ßtatorn eintritt.

Na sind eine Reihe von befriedigender Konstruktionen möglich,

aber wie in Fig'a 10 gezeigt.besitzt der Stator zwei ringförnige

Känäle, von denen der untere ringförmige Kanal einen Aufnahmeraum bildet und der obere ringförmige Kanal die Düne versorgt. Diese Kanälp s."id durch Öffnungen verbunden.

Zwischen den bäiden ringförmigen Kanälen den Stators 49 liegen eine Anzahl von Verbindungsleitungeng dte in das Statorgehäuse eingearbeitet sind, was durch die gestriohelten Linien in der unteren Anordnung dargestellt ist. Dbr Schnitt der oberen der beiden Vorrichtungen in ?lg. 10 geht durch diese Verbindungewege zwischen dem oberen und dem unteren Ringraum. In der Nähe der Achse des Stators sind mehrere vertikale öffnungen angeordnet# in die mit Gewinde versehene Düsen 58 eingeschraubt sind,. welche einen Strahl in die Öffnung der nächst höheren-Pumpe richten.
Das Gelläuse 49 ist bei 61 mit dem Boden den Rotorgehäuses 56 verbolzt, so daß sich für jede Stufe eine Ptimpe ergibt" und trägt ein Lager für die Welle 51. Bine ariale Bohrung 62 in dem Statorgehäuee nimmt das Lager für die Welle auf. Entsprechend der Größe der Pumpe können sechs oder mehr Abstandshalter 54 zusammen mit dem Statorgehluse bzw. Rotorgehäuse aus einem Stück, wie in Fig. 10 dargestellt, gefertigt sein. Diese Abstandshalter werden miteinander verbolztg so daß sich ein fester Aufbau von einer Anzahl von Pumpen ergibt, von denen jew4ils eine in jeder Stufe liegt. Der gesamte axiale Aufbau kann getrennt gehandhabt und zusammengebaut werden, wobei die Vielle du rch alle Einheiten hindurchlauft. Am Rande der Pumpen können Ringflansche angeordnet sein, mit denen jede Pumpe an einer Trennplatte der entsprechenden Stufen befestigt wird.
In dem in Fig. 10c dargestellten Vertikalschnitt und in dem in Fig. 10d dargestellten Horizontalschnitt sind Pumpen mit Rotoren vorhanden, deren Durchmesser etwa 55 cm betragen, die auf einer Welle von etwa 5 cm Durchmesser befestigt sind und in aeren Statorgehäusen 8 DUsen 58 angeordnet sind, aurch die Strahlen von Dampf Uber eine Distanz von ungefähr 10 cm gesprüht werden. 10 Otufen sind in einer Schale oder einem Mantel 47 untergebracht und die 10 Rotoren weraen durch einen Motor direkt angetrieben. Der Stator cter 1-1umpe cier obersten Stuie ist mit einer Wasserrinne verbunden, die wieder mit einem Rohr verbunden ist, das nach außen wegfUhrt. Die ijufUhrung des irischen Wassers in der unteren Stufe erfolgt über Düsen, die in einem entsprechenden Ring der Bodenplatte befestigt sind.
In einem ringförmigen Raum wit einem Durchnesser von t> etwa 1,20 m und einem Innendurchmesser von etwa 80 cm liegt die Verdampfungezone, in der Entspannung und Abkühlung des Seewassers erfolgt. In diesem Fall wird der Strom von einer Platte zur nUchst niederen Platte durch einfache Kugelvexitile 63 mit 15 cm Durchmesser, die in nach unten führende Rohrstutzen entleeren, geregelt und die wie in einer Destillierkolonne angeordnet sind. Drei derartige Schwimmerventile liegen auf einer Seite einer Platte und öffnen eine kreisförnlige Öffnung oder ein Wehr oder einen Ventilsitz, in dem sie aufschwimmen und auf diese Weise eine Seewasserhöhe von etwa 2,5-em auf dem Boden des Ringraumes aufrechterhalten. Die zu verdampfende Flüssigkeit strömt in den Ringraum. Eine Vermischung ist auf .diese -leise weitgehend verhindert, da die meiste Verdampfung unmittelbar unterhalb des Ventilsitzes erfolgt und die Flüssigkeit und die Dämpfe in dem Ringraum zur gegenüberliegenden Seite strömen, wobei eine Trennung von Dampf und Flüssigkeit erfolgen kann. Die Dämpfe, die sich bei der Entspannungsverdampfung bilden, strömen auf der gegenüberliegenden Seite des Ringraums durch eine Öffnung 65 in die innere HUlle 66 hinein. CD Die Öffnung 65 liegt in der Nähe der Flüssigkeitsauslaßöffnungen zur nächst tieferen Platte. Die in die Mitte, nämlich den Kondensationsraum eintretenden Dämpfe strömen weiter zu den Strahlen 589 die aus der darunter liegenden Stufe kommen, und werden von dem Gebläse angeaaugt, das sie in die nächste Stufe Uberf !« ihrt. In jeder Stufe ist nur ein geringer Raum zur Speicherung frischen Wassers vorhanden und das Frischwasser nimmt nur den D",mpf einer jeden Stufe auf und berührt ihn, der durch den Dampfraum hindurchströmt. Bei einen Dampfvorwärmesystem großer Kapazität kannmehr als eine Einheiz eines Pumpengebläses und Strahlenkondensators auf einer Welle in Serie angeordnet sein, da die Anzahl von Stufen von 30 bis 50t die üblicherweise verwendet werden, oft zu groß ist, um so viele Einheiten auf einer einzigen 'Jelle unterzubringen.
Es können auch mehrere Anordnungen parallel zur Achse einer Schale oder eines Zylinders angeordnet sein. Obgleich die in der Zeichnung dargestellte Anlage nur eine relativ -eringe Kapazität besitzt, können viele Pumtienanlagen vertikal und parallel angeordnet sein und alle durch die gleiche Stufenteilplatte hindurchführeng wie auch viele Glockenböden in einer Destillierkolonne angeordnet sein können, damit deren Gesamtkapazität erhöht -,Vird. 'lenn die Anzahl der Pumpe pro Stufe die Hälfte der Anzahl der Stufen übersteigtt besonders bei sehr großen Anlacen, die l,.lillionen von Litern pro Tag verda#ripfeng ergibt sich die wirtschaftlichste Konstruktion dadurch, daß für das Destillat pro Stufe eine Pumpe 43 wie in Fig. 8 und 9 ver#,.iendet wird, die entsprechende Sprühdüsen oder dgl. Zerteilungseinriähtungen versorgt. Bei Anlagen, die oberhalb Atmosphärendrück arbeiten, kann die Dampfvorwärmeseite ohne weiteres umgekehrt seing d. h. die Sole steigt auf der Verdainpfungsseite 1 nac.11 oben statt nach unten, Iiie in Fig. 29 4 und 10. Das ist wegen der betrichtlichen Druckunterschiede LD von Stufe zu Stufe möglich. Mas Destillat kann dan n von Stufe zu Stufe auf Dein Kondensationeseite 2 durch eine Gebläsepumpenausgestaltung wie in Fig. 10 transportiert werden. Die Konstruktion wUre dabei entsprechend abzu-Undern, aber der Pumpeffekt der Flüssigkeit von einer ötufe zur nächsten mit höherem Druck wäre der -,leiche, wobei noch der Vorteil äuftreten würde, daß irgendwelche versprUhte Flüssigkeit (Destillat), das an der Saugöffnung der Pumpe vorbeigelangt, ein Volumen außerhalb der Vorrichtung erzeugt und dann zur Saugseite überströmt. Die Stufe höneren Druckes läge dann unten und die Stufe niedrigeren Druckes am oberen Ende. Bei einer umgekehrt angeordneten Pumpenanlage würde das Frischwa-sser durch die Strahlen in jeder Stufe nach unten gerichtet, durch den Dampfraum hindurch und in die nach oben gerichteten Ansaugöffnungen 57 des Rotorraumes 53 der.nächst niedrigeren Stufe, die jetzt den höheren Dainpfdruck besitzt, eintreten. Eine solche Anordnung sollte nur bei Anlagen verwendet werden, bei denen der niedrigste Abfall im Dampfdruck von Stufe zu Stufe ausreicht, um das Seewasser um den Abstand in der Höhe zwischen den Stufen nochzubefördern und auch die nydraulische ueibung zu überwinden. Mie niedrigste Temperatur und der niedrigste Druch, der jetzt am oberen Ende vorhanden i8t, darf nicht kleiner sein als der beim normalen Siedepunkt des Wasserog wenn noch eine ausreichend6 Druckdifferenz in jeder Stufen vorhanden sein sollg damit das Seewassär auf der Entspannungsseite der Stufen sich unter der Wirl#ung der Dampfdruckdifferenz allein von Stufe zu Stufe nach oben bewegen kann. Unterhalb des normalen Siedepunktes des Wassers nimmt der Dampfdruck pro Stufe so vienig pro Grad Temperaturdifferenz abt daß der Dampfdruck allein nicht mehr ausreicht, das Seewasser von 8tufe zu Stufe nach oben zu bewegen, wenn nicht nur einige wenige Stufen vorhanden sind und die Differenz pro Stufe damit groß ist. Das hdngt aber auch von der Höhe einer jeden Stufe ab und hydraulische Bewegungen für den Strom des Seewassers von einer Stufe zur n#ichsten müssen bei einer solchen Konstruktion berücksichtigt werden.
Jede Anlage, die einen WärmeUbergang.aus Dämpfen einschließlich einer normalen Verdampfung, im allgemeinen Mehrfachentspannungsverdampfung und Dampfvorwärmung umfaßtg verlangt eine Entlüftungg um die Kondensationsgeschwindigkeit des Dampfes auf ein Maximum zu bringeng insbesondere wenn Kondensation bei Drücken erfolgt, die unterhalb des Umgebungsdruckes liegen.

Claims

11 a t e n t a n a p r U c 1. Verfahren zur Entapannungsverdampfung einer wässrigen Lösung zur Brzeugung von Frischwasser, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrenemaßnahmen: a) Erwärmung der wässrigen Ausgangslösung in einem Vorerhitzer., CD wobei diese auf einem Druck gehalten wird, der nicht nie-C> driger ist als der Sättigungsdruck bei der höchst auftretenden Temperatur durch Verbrennung eines Brennstoffe unter der Oberfläche der Lösung, b) Hindurchleitung der erhitzten Lösung durch Stufen bei Drücken und Temperaturen, die - bezogen auf die des Vorerhitzere - niedriger sind, wobei ein Wärmeaustausch mit einem kilteren wässrigen Strom stattfindet, der auf einer niedrigmm Temperatur als der der Ausgangslösung in jeder Stufe gehalten wird, wobei der kältere wäserige Strom immer auf einem Druck gehalten wird, der oberhalb seines Sättigungsdruckes liegt, c) Verdampfung eines Teils des Wassers der uroprUnglichen Lösung in jeder Stufe und Kondensation der entstandenen Dampfel #rodurah der.kältere Wasserstrom in jeder Stufe erwärmt Wird, und d) Ableitung eines Teils I des gebildeten Frischwasserag das durch Kondensation der Dämpfe entstanden iste wobei dieser Teil etwa gleich der menge des sich bei der VerdaiApfung bildenden Dampfes ist.

2. Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnety daß die Dämpfe der entspannten wässrigen Lösung in einem kalten Frischwasserstrom kondensiert weraen. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Lösung durch eine Anzahl von Stufen fließt, dieübereinander in einem Mantel angeordnet sind, unter dem Einfluß sich nach und nach verringernden Dampfdruckes in den verschiedenen aufeinander folgenden in Richtung des Stroms liegenden Stufen, während der kältere Wasserstrom durch Pumren bis zur Stufe höchsten Dampfdruckes du2ch die Stufen im Gegenstrom hindurchgepumpt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der Lösung in dem Vorerhitzer eine Verdampfung eines Teils des vorhandenen Wassers bewirkt, dessen Dämpfezur Erwärmung des kälteren Wasserstrome kondensiert werden, wobei der kältere Wasserstrom auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher ist als die der Dämpfe, die in irgendeiner der Stufen bei verringerten Drücken und Temperaturen erzeugt werden. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Ausgangslösung an dem Vorerhitzer vorbeigeleitet und mit dem Hauptstrom der Ausgangslösung.zwischen der zweiten bis zehnten der Stufen wieder vereinigt wird. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,'dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil aer Ausgangslösung an dem Vorerhitzer vorbeige-.Leitet und mit dem HauptBtrom der Ausgangslösung in der Stufe wieaer vereinigt wird, deren Temperatur unmittelbar unter der .aer Ausgangslösung Liegt, ehü.diese in aen Vorerhitzer einge-, leitet wird. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis j, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangslösung in etwa auf der Temperatur des Vorernitzers für eine Zeitspanne von 3 bis 60 flinuten gehalten wird und auch in Berührung mit einer metallischen Pläche, die aus einem-zusammengesetzten Mascherigewebe besteht und äuf der die in der Lösung enthaltenen 8alze auskristallisieren können. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sich auf dem Maschengewebe ausscheidenden Kristalle durch Verringerung des Volumens des Maschengewebes durch Stauchung oder Biegung abgesprengt werden. 9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnetg daß der FrischWasserstromtnachdem er auf eine höhere Temperatur durch direkten Wärmeaustausch mit dem Dampf der erhitzten #-usgangelösung gebracht-worden istyund auf einem Druck gehalten wird, der oberhalb seines Sättigungsdruckes liegt, dann durch teilweise Entspannungsverdampfung abgekühlt wird, indem er einem Behälter zugefUhrt wird, der auf einem Druck gehalten wird, aer niedriger ist als der Sättigungsdruck bei der höheren Temperatur, und daß die so gebildeten Dämpfe bei der teilweisen Entspanhüngsverdampfung des Frischwasserstrome kondensiert werden, so daß sich doppelt destillierten Wasser bildet, wobei -eine Vorwärmung der Ausgangslösung erfolgtp ehe diese in aen Vorerhitzer eintritt. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zeilweise Entspannungsverdampfung des von-aer AuBgangslösung erwärmten Frischwasserstroms in einer zweiten Polge von Stufen erfolgt, die in.der Reihenfolge des Stroms des Frischwassers auf Drücken gehalten werdeng die von Stufe zu Stufe niedriger sind und unterhalb des- Sättigungsdrunkes des Stroms bei der hohen m-emperaturg auf die diesererwärmt wurde, liegt , worauf durch teilweise Entspannungsverdampfung in jeder Otufe Dampfbildung erfolgt und die Dämpfe in der im Gegenstrom aufsteigenden Ausgangslösung zum Vorerhitzer kondensiert werden. 11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die'Ausgangalösung durch direkten Wärmeaustausch mit einen erhitzten unlöslichen Öl erwärmt wirdl welches dadurch abgekühlt wird, worauf das unlösliche Öl durch direkte'Berührung mit einem Prischwasserstrom wieder erwärmt wird, nachdem der Frischwasserstrom durch Wärmeaustausch mit der wässrigen Lösung erhitzt worden ist. 12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Vorerhitzer erzeugte Dampf kondensiert viird, indem ein Teil des in der Ausgangslösung enthaltenen iassers verdampft wird, wodurch ein kleiner Wasserstrom auf eine Temperatur erwärmt wirde die höher ist als die der in irgendeiner Stufe bei verringerten Drücken und Temperaturen - verglichen mit dem Vorerhitzer erzeugten Dämpfe. 13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensmaßnahmen: a.) Erwärmung der Ausgangslösung in einem Vorerhitzer unter Beibehaltung eines Druckes, der nicht kleiner ist als der Sättigungsdruck bei der auftretenden höchsten Tomperaturg wobei gleichzeiUg ein Teil den Wassers in der Lösung verdampft wird, b) Ableitung der erwärmten Lösung durch Stufen, deren Drücke und Temperaturen unter denen des Vorerhitzers liegen, bei gleichzeitigem direkten Dampf- und #I:-irmeaustausch L:iit einem kälteren Wasserstrom, der auf einer niedri geren Temperatur gehalten wird als der der Ausgangslösung in jeder Stufe, viobei der kältere Frischwasserstrom erwärmt wird und immer auf einem Druck gehalten #.-iird, der oberhalb seines Sättigungsdruckes liegt, c) Verdampfung eines Teils des Wassers der Ausgangslösung in jeder Stufe und Kondensation des so entstandenen Dampfes an und in dem kälteren Frischwasserstrom, d) Kondensation des in dem Vorerhitzer erzeugten Dampfes durch Verdampfung eines Teils des in der Lösung enthaltenen Wassers, wodurch der kühlere 2rischwasserstrom auf eine Temperatur erwärmt wirdt die höher ist als die der in irgendeiner der Stufen bei verringerten 111rUcken und Temperaturen erzeugten Dämpfeg und e) Ableitung eines Teile dea-kälteren Frischwasserstrome in einer lüengeg die gleich der Summe der Menge des darin durch direkten Wärmeaustausch kondensierten Dampfes ist und aerklenge des im Vorerhitzer erzeugten Dampfes. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnetg daß der Yrischwasserstrom nach der Erwärmung auf eine höhere Temperatur in direktem Dampf- und Wärmeaustauech mit der erwärmten Ausgangslösungg wobei gleichzeitig der Strom auf einem Druck gehalten wirdl der oberhalb seines Sättigungsdruckes liegt, durch teilweise ßntspannungsverdarapfung abgekühlt wird, indem er einem.Behälter zugefUhrt wird, aer auf iinem niedrigeren Druck als dem Sättigungsdruck bei der höheren Temperatur gehalten wird und wobei die sich durch die teilweise Entspannungsveraampfung bildenden Dämpfe des Prischwasserstroms kondensiert werden, so daß sich doppelt destilliertes Wasser ergibt, während die Ausgangslösung, die in den Vorerhitzer eintrittg dadurch vorgewärmt wird. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise Entspannungsveraampfung in einer zweiten Folge von Stufen durchgeführt wird, von denen eine jede in Strömungsrichtung des Prischwasserstrome auf einem niedrigeren Druck als dem der Sättigungstemperatur entsprechenden Druck gehalten wird, nachdem der Prischwase--rstrom auf die höhere Temperatur vorgeWUrmt worden istt und daß die durch Entapannungsverdainpfung erzeugten Dämpfe an der im Gegenstrom fließenden Aus.angslösung kondensiert werden, ehe diese in den Vorerhitzer eintritt. 16. Verfahren nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet,daß der Hauptteil der Ausgangslösung in einem Vorerhitzer erw..-.irmt wobei er auf einem Dru. '# gehalten #,-iird, der nicht tiefer liegt als sein Sättigungedruök bei der höchst auftretenden Temperatur, worauf dieser Hauptteil der Lösung nach der Urwärmung über»Stufen geleitet wird, deren Drücke und Tempera-. turen niedriger.-sind als die des Vorerhitzerag wobei Wärmeaustausch mit einer kälteren Wasserströmung stattfindet, die auf einer niedrigeren Temperatur gehalten wird als die der Lösung in jeder Stufe, wobei der kältere Wasserstrom auf einem Druck gehalten wird, der oberhalb seines Sättigungedruckes liegt, und viobei eine kleinere Menge der Ausgangslösung, die nicht vorerhitzt ist, mit dem Hauptteil der Lösung in der zweiten bis zehnten Stufe,von der höchsten Tem-#peratur aus gezählt, vereinigt wird und dabei ein Teil des Wassers der Ausgangslösung in jeder Stufe verdampft und die gebildeten Dämpfe an der kälteren Frischwasserströmung in jeder Stufe kondensiert werdeng worauf ein Teil des so gebildeten Frischwassers abgezogen wird, der in seiner Menge ungefähr der Menge de.r gebildeten Dämpfe bei der Verdampfung und der Kondensation e ntspricht. 17. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Verbrennung des flüssigen Brennstoffe erzeugten Gase durch einen Turm umgeleitet werden, in dem eine Gegenstromberührung mit der wässrigen Ausgangslösung stattfindet, wodurch diese vorgewärmt wird. la. Verfahren nach Anspruch 19 2 oder 3, dadurch gekennzeichnett da2 die durch die Verbrennung des Bretinstoffes erzeugten Gase zusammen mit dem Dampf des Vorerhitzerag der durch Verdampfung einen Teils des vorhandenen Wassers der Lösung erzeugt wird, kondensiert werden, wodurch die kälterewäserige Lösung auf eine Temperatur erwärmt wirdg die höher ist als die, der in irgendeiner der Stufen erzeugten Dämpfe bei Drücken und Tempe raturen, die niedriger liegen als die däa Vorerhitzers, und wobei wenigstens die VerbrennungegaBe des Brennstoffs durch einen Turm geleitet werden, in welchem eine direkte Berührung und Vorwärmung der Ausgangslösung im Gegenstrom stattfindet, wenn die Ausgangslöaung in die Anlage eintritt, wobei die Verbrennungegase abgekühlt werden.