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Mehrstufen-Entspannungsverdampfer für die Destillation von Seewasser
od. dgl.
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Die Erfindung betrifft einen Entspannungsverdampfer für die Destillation
von Seewasser od. dgl. durch Mehrstufenverdampfung und anschließender Kondensation
in einer Anzahl von Verdampfungskammern, die hintereinander durch Zwischenwände
in einem gemeinsamen Mantel in Längsrichtung gebildet und hintereinander geschaltet
sind, wobei in jeder der Kammern ein Röhrenkondensator angeordnet ist.
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Bei Entspannungsverdampfern ist es bekannt, die durch die Entpsannung
freiwerdeneden Brüden in einer quer zur
Behälterachse verlaufenden
Strömung zu führen. Dadurch wird einmal die Verdampfungsfläche vergrößert und die
Strömungswege ders Brüden verkürzt. Dabei liegt ein wesentliches Problem darin,
die Strömungs- bzw. die TemperaturverEsltnisse über die unter Umständen sehr erhebliche
Länge der Kammer möglichst gleichmäßig zu halten, was insbesondere bei Zu- und Abführung
an den Stirnseiten der Kammer besondere Verkehrungen erforderlich macht. Um dies
zu vermeiden, ist es bekannt (USA-Pat. 2 623 177), die Auströmstellen für das erhitzte
Wasser mit einer Diosselanordnung z.B. Lochplatten abzudecken, unterhalb denen sich
über die ganze Länge ein gleichförmiger statischer Dampfcb&ck aufbaut, der dann
eine gleichmäßige Durchströmung durch die Drosselstellen durch die ganze Länge der
Kammern bewirkt. Bei dieser Anordnung muß jedoch die Drosselung mit zunehmender
Länge der Kammer erhöht werden, so daß nicht unerhebliche Druckverluste in Kauf
genommen werden müessen.
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Bei einer anderen bekannten Anordnung erfolgt die Entspannung unter
einer glockenartigen Anordnung, wobei das Druckgefälle nur bis zum hydrostatischen
Druck des in die Flüssigkeit eintrauchenden Randes des Domes ausgeglichen werden
kann. Auch hier tritt entweder ein Druckgefälle über die
ganze Länge
der Kainrier auf oder der zu überwindende hydrostatische Druck verbrauchte einen
erheblichen Teil des Druckgefälles. Um dies zu vermeiden, ist eine Wasservervweilvorrichtung
zum Zuführen des überhitzten Wassers und Abführen der SLauge über die ganze länge
des Verdampfers vorgeschlagen worden, bei welchem durch entsprechende Leitblechanordnungen
eine gleichmäßige Entspannung über die Länge des Verdampfers erreicht wird, ohne
daß wesentliche Drosselverlus te auftreten. Die Strömungsverhältnisse quer zur Behälterlängsachse
hängen jedoch nicht nur vom Dampfaustritt aus dem überhitzten Wasser sonden auch
sehr weitgehend von der Kondensation ab. Bei Verwendung normaler Rohrkondensatoren,
deren Röhrensystem aus zum Zuführ- und Abführkammern für das Kühlmittel an den Enden
verlaufenden Kühlrohren besteht, welche quer vom Brüden durchströmt werden, tritt
über die Länge der Rohre ein nicht unerhebliches Temperaturgefälle auf, wenn eine
wi@tschatliche Ausnutzung des Kühlmittels ermöglicht werden soll. Dadurch ist die
Kondensation über die Länge des Kondensators unterschiedlich, so daß auch die Zuströmung
an Brüden und damit die Strömungsverhältnisse in der Verdampfungskammer über die
Länge unterschiedlich werden.
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Es besteht zwar die Möglichkeit, Kondensatoren mit Rohrschlangen zu
verwenden, in denen das Kühlmittel jeweils in der Hälfte der Röhren gegenläufig
zur anderen Hälfte der Röhren strömt, jedoch haben derartige Kondensatoren einen
sehr hohen Leitungswiderstand und machen daher eine hohe Leistung der Pördereinrichtung
für das Kühlmittel erforderlich. Insbesondere tritt dieses Problem bei Mehrstufen-Verdampfern
auf, da dabei das in den letzten Stufen zur Verfügung stehende Temperaturgefälle
gerhg ist und damit die Ausnutzung des Kühlmittels an sich leicht unwirtschaftlich
wird.
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Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen derartigen
Entspannungsverdampfer der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem mit dem geringsten
an batAichen und betriebsmäßigen Aufwand ein maximaler Kühleffekt erzielbar ist.
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GemäB der B ? findung wird dies dadurch erreicht, daß die Kondensatorröhre
über die ganze Länge des durch den Mantel gebildeten Verdampfers durch alle Verdampfungskammern
und durch die Trennwände verlaufen, Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird
einmal def Leistungswiderstand außerordentlich gering und zum anderen
verteilt
sich das Temperaturgefälle des Kondensators über die ganze Länge des Behälters,
doh. über alle Kammern, so daß an jeder einzelnen Kammer nur ein anteiliges geringes
Bewegungsgefälle auftritt, wobei die Führung des Kühlmittels so eingestellt werden
kann, daß enSprechend der Temperaturänderung des Mehrstufensystems die Temperatur
des Kühlmittels angepaßt ist. So läßt es sich ohne weiteres erreichen, daß in der
mit höchsten Temperaturen arbeitenden Kammer relativ warmes Kühlmittel zur Vergfügung
steht, während in der letzten, mit niederer Temperatur arbeitenden Kammer frisches
Kühlmittel mit nidrigerer Temperatur zur Verfügung steht.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand ir Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
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In dieser Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht auf die Schnelldestillieranlage,
welche das Gehäuse mit drei Schnelldestillierstufen darin im Ende an Sndeanordnung
zeigt, Fig. 2 eine Schnittansicht nach Linie 2-2 in Fig. 3, Pig. 3 eine Aufrißansicht
der Schnelldestillieranlage, teilweise aufgebrochen, um die Kondensatorrohre zu
zeigen, die durch eine Scheidewand zwischen den Stufen gehen, Fig. 4 eine vergrößerte
Einzelheit der Kondensatorrohre, die durch die Scheidewand zwischen Stufen gehen,
wobei ein ibdichtungsverfahren der Zwischenräume rund um die Rohre herum gezeigt
ist.
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Der Mehrstufen-Verdampfer besitzt ein Gehäuse l welches in geeigneter
Weise mittels Ringen 2 versteift ist, mit darin vorgesehenen Scheidewänden 3, die
die Stufen 4, 5 und 6 begrenzen. Obwohl nur ein Mehrstufengehäuse gezeigt ist, ist
es verstandlich, daß in irgendeiner besonderen Anlage ein oder mehrere solcher Mehrstufengehäuse
benutzt werden können, wie es nachfolgend beschrieben ist, was von den wirtschaftlichen
Faktoren der besonderen lage
abhängt. Es ist weiter verständlich,
daß, obwohl ein Dreistufengehäuse gezeigt ist, die Erfindung nicht auf diese Zahl
beschränkt ist, sondern daß Gehäuse mit mehr oder weniger als drei Stufen im Hahmen
der Erfindung beabsichtigt sind, wobei die genaue Stufenzahl in einem Gehäuse von
der Wirtschaftlichkeit der besonderen Verwendung abhängt.
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Das Ende jeder Stufe, an welchem die Zufuhr des erhitzten Rohwassers
zur Schnellverdampfung erfolgt, wird als die "Vorderseite" dieser Stufe bezeichnet
und das entgegengesetzte sunde der Stufe wird als "Hinterseite" bezeichnet.
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Hierfür sind in Fig. 1 Pfeile eingetragen, um die Strömung der erhitzten
Speisung von der 1,Vorderseite" zur "Hinterseite" anzuzeigen.
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Verjüngte Speisekanäle 7 für das Rohwasser sind an dem Boden jeder
der Stufen 4, 5 und 6 angeordnet, wobei jeder eine Wand 8 enthält, die mit einer
Mehrzahl von in xängsrichtung im Abstand angeordneten Öffnungen 9, der Wand 10 und
der Oberplatte 11 versehen ist, die einen Teil der Wand 10 bildet oder daran befestigt
ist. Es ist aus Fig. 1 ersichtlich, daß die Wand 10 unter einem Winkel zu der Wand
8 angeordnet ist, so daß der Raum, der durch die Wände 8 und 10 und das Gehäuse
1 unter der Oberplatte 11 umgrenzt ist, von der Vorderseite zu der Hinterseite jeder
Stufe a@nimmt. Es ist auch aus der gleichen Figur
ersichtlich, daß
der Raum an der anderen Seite der Wand 10, der als Uberschußspeisungskanal 7a bezeichnet
ist, von der Vorderseite zu der Hinterseite irgendeiner Stufe komplementär zu dem
Speisungskanal 7 zunimmt.
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Bei der Mehrstufenverdampfung wird die erhitzte Speisung oder Zufuhr
in aufeinanderfolgenden Stufen einem zunehmenden Vakuum (oder abnehmendem Druck)
ausgesetzt. In der in den Fig. 1-4 gezei@ten Anlage befindet sich die Stufe 4 unter
einem höheren Druck als Stufe 5 und die letztere befindet sich unter einem höheren
Druck als Stufe 6, wobei die nötigen Vakua in den verschiedenen Stufen durch herkömmliche
Mittel, wie z.B. einen Luftejektor, erzeugt werden.
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Der Mehrstufen-Verdampfer ist mit dem Speisungseinlaß 12 (Fig. 3)
versehen, der mit dem Speisungskanal 7 der Stufe 4 in Verbindung steht und besitzt
den Uberschußspeisungsauslaß 13, der mit dem Uberschußspeisungskanal 7a von Stufe
6 in Verbindung steht.
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Ein Schleifenabschluß und Übertragungstopf 14, der einen zylindrischen
Abschnitt 15, eine Bodenplatte 16 und eine Wand 17 enthält, ist an dem Gehäuse 1
zwischen zwei benachbarten Stufen des Verdampfers angebracht. Uberschußspeisungswasser
irgendeiner Stufe sammelt sich in dem Uberschußspeisungskanal 7a, fließt durch die
Öffnung
18 in dem Gehäuse 1 an einer Seite des Schleifenabschlusses und des Übertragunstopfes
14 herunter unter die Nand 17 und auf der anderen Seite derselben aufwärts und von
da durch die öffnung 19 des Gehäuses 1 in den Speisungskanal 7 der nächsten Stufe.
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Die zwei Speisungssäulen in dem Topf 14 unterstützen die Aufrechterhaltung
der Druckdifferenz zwischen den Stufen.
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Die Umhüllungsplatte 20, die zwischen den zwei Scheidewänden 3 ununterbrochen
verläuft, trennt den Kondensatorabschnitt 21 von dem Austriebsabschnitt 22 außer
der Verbindung durch die Dampfseparatoren 23. Die Rohre 24 im Kondensatorabschnitt
21 erstrecken sich durch alle Scheidewände 3 aller Stufen, wobei sie in jeder Stufe
mittels Rohrwänden 24a unterstützt sind und mit Wasserkästen 25 und 26 in Verbindung
stehen, welche mit dem Wassereinlaß 27 bzw. dem Wasserauslaß 28 versehen sind.
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Wo die Rohre 24 durch eine Scheidewand 3 hindurchgehen, sid Dichtungsmittel
vorgesehen, um den Dampfdurchtritt zwischen den Stufen zu verhindern. Es ist ein
solches Dichtungsmittel in Fig. 4 gezeigt, welches aus einer Tafel 29 aus gummiartigem
Material mit darin gebohrten Öffnungen besteht, die mit den Löchern in der Scheidewand
3 übereinstimmten und etwas kleiner als diese sind.
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Es wird bevorzugt, diese Tafel 29 an der Hochdruckseite der Scheidewand
3 anzubringen, so daß der Druck dahin
wirkt, die Tafel 29 gegen
die Scheidewand 3 zu drücken und dieselbe gegen die rohre 24 auszudehnen, um die
Dichtung aufrechtzuerhalten. Die Tafel 29 kann natürlich auch an die Niederdruckseite
der Scheidewand 3 gesetzt werden, in welchem Falle sie unter Druck von einem Halter
oder einer nichtgezeigten Festhalteplatte in Stellung gehalten werden müßte, die
in ähnlicher Weise gebohrt und beispielsweise an der Scheidewand 3 befestigt sein
würde. ds können auch andere Mittel benutzt werden, um die ringförmigen Öffnungen
zwischen den Rohren 24 und der Scheidewand 3 abzuschließen. Beispielsweise könnten
die Rohre 24 leicht ausgedehnt werden, um das Metall der Scheidewand 3 zu berühren,
was einen dichten Verschluß sichert, um die Druckdifferenz zwischen den Stufen aufrechtzuerhalten.
Wenn gewünscht, können"O"-Ringe aus gummiartigem Material in Nuten in der Scheidewand
3 aingesetzt werden, welche die Rohre 24 umgreifen. Man kann auch irgendwelche andere
geeignete Dichtungsvorrichtungen gebrauchen.
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Das Kondensat sammelt sich auf der Umhüllungsplatte 20, wobei es nach
unten in den Raum 20a zwischen dem unteren Schenkel der Umhüllungsplatte 20 und
dem Gehäuse 1 fließt, von hier wird das Kondensat der nächsten Stufe mittels des
Kondensatschleifenabschlusses 30 zugeführt, wobei der letztere auch dazu dient,
die Druckdifferenz zwischen den Stufen aufrechtzuerhalten. Man kann auch
den
Raum 20a durch Verlängerung der Umhüllungsplatte 20 zu dem Gehäuse 1 schaffen. In
der letzten Stufe 6 des gezeigten Verdampfers wird das Kondensatz aus dem Raum 20a
durch den Auslaß 31 abgezogen, um es zu speichern oder dem KondensateinlaB eines
zweiten Verdampfers zuzuführen. In ähnlicher Weise kann das Kondensate aus dem Kondensatnaum
der letzten Stufe des vorhergehenden Gehäuses in den Einlaß 32 eingeführt werden,
der mitldem Kondensat raum 20a der ersten Stufe 4 des Gehäuses 1 in Verbindung steht.
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Die Arbeitsweise dieses Mehrstufenverdampfers ist folgende: Rohwasser
tritt in die erste Stufe, nämlich Stufe 4, des Gehäuses 1 durch den Einlaß 12 ein
und geht längs des Speisungskanales 7. Die Öffrungen 9 in der Wand 8 des Speisungskanales
7 geben das Rohwassers aus dem Kanal 7 an den Verdampfungsabschnitt 22 frei, wo
ein ; L des Rohwassers verdampft wird, und der nicht verdampfte bzv. unausgetriebene
Teil des zugeführten Rohwassers (als Überschußspeisung bezeichnet) in den Kanal
7a für die überschüssige Speisung gelangt. Die Querschnittsfläche des Speisungskanales
7 nimmt in Strömungsrichtung der Stufe ab, vorzugsweise im Verhältnis zu der Abnahme
des zugeführten Rohwassers zu der Menge, die bereits durch die Öffnungen 9 hindurchgegangen
ist.
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Die Mischung aus ausgetriebenem Dampf und Uberschußspeisung
prallt
auf Ablenkungsmittel lla (Fig. 2), wobei sie eine vorhangartige Brause aus flüssiger
Speisung erzeugt, durch welche der Dampf hindurchgeht und etwas von seinem mitgenommenen
Nebel. verliert. Die Mischung geht dann durch einen bogenartigen Weg hindurch, der
durch die Wände 20 gebildet ist, wobei eine zweite vorhangartige Brause erzeugt
wird, durch welche der Dampf hindurchgeht, um weiter an Nebel zu verlieren.
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Der Dampf geht dann aufwärts durch Dampfseparatoren 23 und von da
in den Kondensatorabschnitt 21. Die Überschußspeisung sammelt sich in dem Überschußspeisungs
kanal 7a und fließt in den Topf 14.
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Die Überschußspeisung aus Stufe 4 geht an einer Seite der Mand 17
des Topfes 14 herunter und auf der anderen Seite nach oben in den Speisekanal 7
von Stufe 5.
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Das Kondensat aus dem Kondensator 21 von Stufe 4 sammelt sich auf
der Umhüllungsplatte 20, fließt in den Kondensatraum 20a und gelangt durch den Schleifenabschluß
30 als Kaskade zu dem Kondensatraum 20a von Stufe 5.
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Die vorgenannten Prozesse werden in den Stufen 5 und 6 wiederholt,
außer, daß in der letzten Stufe die Überschußspeisung aus dem Auslaß 13 abgezogen
und das Kondensat aus dem Auslaß 31 abgezogen und zur Speicherung verwendet wird.
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Das Kühlmittel für die im Kondensatorabschnitt 21
befindlichen
Rohre 24 wird in an sich bekannter eise im Gegenstrom geführt und tritt durch den
Einlaß 27 ein, geht durch alle Stufen durch die Rohre 24 hindurch, gegenläufig zu
der Strömungsrichtung des Speisungswassers in den Speisungskanälen 7 und wird durch
den Auslaß 28 entfernt. Dieses Kühlmittel kann Rohwasser seine welches durch die
ersten Vorwärinungsstufen hindurchgegangen ist.
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In analoger Weise kann das Kondensat aus dem Kondensatraum der letzten
Stufe des vorhergehenden Gehäuses in Kaskade aus dem Auslaß 31 in den Einlaß 32
gebracht werden, der mit dem Kondensatraum 20a der ersten Stufe des nächsten Gehäuses
in Verbindung steht.
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Kühlmittel (vorgewärmtes Speisungswasser), welches weiterer Vorerwärmung
unterworfen wird, wird aus Auslaß 28 eines Gehäuses an den Einlaß des benachbarten
Gehäuses entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung von Speisungswasser zugelassen,
so daß durch sämtliche der Stufen aller Gehäuse das Kühlmittel in den Rohren 24
und die erhitzte Speisung in den Speisungskanälen 7 zueinander gegenläufig strömen.
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Das Gehäuse 1 kann in irgendeiner bekannten und geeigneten Reise gelagert
sein, z. B. auf Konsolen 33.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verdampfers sind folgende: 1. Der
Rohwasserdruckabfall in und zwischen den verschiedenen Stufen ist durch die neuartigen
verjüngten Speisungskanäle 7 und tlberschußspeisungskanäle 7a beträchtlich vermindert,
sowie durch den neuartigen SchleifenabschluB und die Übertragungstöpfe 14, wobei
die Kanäle und Töpfe niedrige Speisungsgeschwindigkeiten gestatten. Die Verminderung
des Speisungsdruckabfalles in und zwischen den Stufen in Mehrstufenanlagen ist besonders
dann wichtig, wenn die Temperatur- und Druckdifferenzen zwischen den Stufen begrenzt
sind.
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2. Verjüngte Speisungskanäle 7 und tfberschußspeisungskanäle 7a ermöglichen
eine bessere Raumausnutzung von torgegebenen Gehäusen.
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3. Die Zahl von Wasserkästen ist vermindert. Beispielsweise erfordert
das gezeigte Dreistufengehäuse nur zwei Wasserkästen. Herkömmlicherweise würden
drei solcher Stufen sechs Wasserkästen erfordern.
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4. Der erforderliche Kühlmitteldruck ist auf ein Minimum vermindert
infolge des durchgehenden Kondensatorabschnittes 21 mit den Rohren 24, die sich
in
einer geraden Bahn durch alle Stufen erstrecken und infolge
der Verringerung von Wasserkästen und der Röhrenanlage zwischen den Stufen.
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Patentanspruch