DE1812960A1

DE1812960A1 - Rueckgewinnungsanlage fuer Fluessigkeiten aus Loesungen

Info

Publication number: DE1812960A1
Application number: DE19681812960
Authority: DE
Inventors: Joseph Lichtenstein
Original assignee: SALINE WATER CONVERSION CORP
Current assignee: SALINE WATER CONVERSION CORP
Priority date: 1967-12-11
Filing date: 1968-12-05
Publication date: 1970-11-19
Also published as: DE1812960B2; IL31108A0; ES361190A1; GB1254455A; NL6817600A; IL31108A; DE1812960C3; FR1595026A; US3551298A

Description

Saline Water Conversion Corporation in Oradell, N.J./USA

Rückgewinnungsanlage für Flüssigkeiten aus Lösungen

Die Erfindung bezieht sich auf die Rückgewinnung bestimmter flüssigkeiten aus Lösungen und im besonderen auf Verbesserungen an nach dem Verdampfungsprinzip arbeitenden Flüssigkeitrückgewinnung sanlagen.

Der Erfindungsgegenstand findet bevorzugt Anwendung bei nach dem Verdampfungsprinzip arbeitenden Anlagen für die Gewinnung salzfreien Frischwasser aus Seewasser. Grundsätzlich besitzen nach dem Verdampfungsprinzip arbeitende solche Rückgewinnungeanlagen eine Einrichtung zur Verdampfung eines Teiles des

.A

0098O/U10

hereinströmenden Seewassers, zur Trennung des so gebildeten Dampfes und zur anschließenden Kondensation desselben zu Frischwasser in flüssiger Form.

Von den hierfür zur Verfügung stehenden Verfahren findet dasjenige, welches mit Dampfausbruch arbeitet, heutzutage am meisten Verwendung» Ein solcher Dampfausbruch erfolgt, wenn das Seewasser nahe seines Sättigungspunktes einem verminderten Druck ausgesetzt wird. Dies führt zur Verdampfung eines Teiles des Wassers, und die Verdampfungswärme, welche unmittelbar der zurückbleibenden, nicht verdampften Flüssigkeit entnommen wird, muß nicht durch Kesselwände oder andere Barrieren für den Wärmeübergang zugeführt werden.

Die Erzielung eines Dampfausbruches, d.h. der Abkühlung einer Flüssigkeit durch Verdampfung derselben von einer Anfangstemperatur auf eine niedrigere Endtemperatür, kann auf verschiedene Weise erfolgen, ausgehend von dem thermodynamisch idealen Prozeß vollständiger Umkehrbarkeit bis zu dem gewöhnlicheren Prozeß vollständiger Nichtumkehrbarkeit. Der umkehrbare Prozeß setzt voraus, daß die Verdampfung in einer unbegrenzt großen Zahl kleiner Temperaturschritte erfolgt, wodurch infolge der resultierenden winzigen Dampfaustrittsgeschwindigkeiten ein reiner Dampf erzeugt wird· Koch bedeutsamer ist jedoch die Tatsache, daß bei diesem Prozeß jede der so erzeugten winzigen Dampfmengen demjenigen Druck unterliegt, der ihrer Temperatur entspricht, und so ein Enthalpie-Potential im Verhältnis zu der Enthalpie am Ende des Dampfausbruches besitzt. Durch Expansion kann daher jede der winzigen Dampfmengen eine kinetische Energie erhalten, welche dem zugehörigen Enthalpie-Potential entspricht.

009847/UtO

Es ist jedoch zu beachten, daß das Enthalpie-Potential jeder der aufeinanderfolgenden winzigen Dampfmengen verschieden ist. So besitzt die erste Dampfmenge, die bei der Eintrittstemperatur der Flüssigkeit zur Verdampfung kommt, das volle En thai pie-Potential, welches für den gesamten Dampfausbruch maßgebend ist, während die zuletzt auftretende Dampfmenge, die bei der Endtemperatur des Dampfausbruches entsteht, das Enthalpie-Potential null besitzt. Vv'ie the-oretische Rechnungen zeigen, kann man annehmen, daß die gesamte Dampfmenge bei der mittleren Temperatur des Dampfausbruches auftritt. Daher wird bei Expansion eine kinetische Energie erhalten, welche der Enthalpie-Differenz zwischen Mitte und Ende des Dampfausbruches entspricht.

In einem idealen, reibungslosen Diffusor kann die kinetische Energie der gesamten Dampfmenge wieder in Druck umgesetzt werden und erreicht dabei die mittlere Temperatur des Dampfausbruches. Damit eine solche Kompression stattfinden kann, muß die Dampfphase in dem Diffusor vollkommen von der flüssigen Phase der Verdampfung getrennt werden. Anderenfalls führt die bei der Kompression auftretende «"arme zur Kondensation des Dampfes an der kälteren flüssigen Phase. So führt beispielsweise ein ieldaler Dampfausbruchprozeß, der zwischen 37,8° und 32,2° stattfindet, bei erneuter Kompression zu einer Dampftemperatur von 35 , bei welcher die Kondensation stattfindet.

Der bei Destillation früher übliche Dampfausbruchprozeß kenn* zeichnete sich dadurch, daß Wasser unter Sättigungsdruck, welcher seiner ij-ifangstemperatur entspricht, plötzlich in einen Raum mit vermindertem Druck gebracht wird, welcher der Endtemperatur des Dampfausbruches entspricht. Der dabei auftretende

•A

0098A7/U10

ungestüme Dampfausbruch führt dazu, daß die gesamte Dampfmenge sogleich bei einer Sättigungstemperatur auftritt, welche der Endtemperatur des Dampfausbruches entspricht. Damit steht keine Enthalpie-Differenz für die erneute Kompression zur Verfügung. Die Gewalt des Dampfausbruches hat das Mitreißen von Teilchen der zu verdampfenden Flüssigkeit zur Folge, wodurch ein Nebel entsteht, der mit dem erzeugten Dampf in den Kondensator gelangt und das erhaltene Kondensat mit unerwünschtem Salz verunreinigt. Um das Produkt gegenüber einer zu großen Verunreinigung zu schützen, müssen Entnebelungseinrichtungen vorgesehen werden, die dem Dampfstrom einen Widerstand entgegensetzen und infolge/dessen zu einer weiteren Verminderung seiner Temperatur führen. So zum Beispiel ergibt ein solcher Dampfausbruch, der zwischen 37,8° und 32,2 stattfindet, bei einem Temperaturverlust durch die Entnebelung von 1,12° in dem Kondensator einen Dampf von 31»1 gegenüber 35 bei dem idealen Prozeß.

tfenn die erwähnte Temperaturdifferenz vollkommen der Temperaturdifferenz zwischen Kondensatorein- und -austritt entsprechen würde, würde die für einen idealen Dampfausbruch erforderliche Kondensatorfläche nur einen Bruchteil derjenigen betragen, die für herkömmliche Anlagen mit Dampfausbruch vorgesehen sein muß. rfenn andererseits diese Temperaturdifferenz dem Anstieg der Kühlmitteltemperatur des Kondensators zuzuschreiben ist, so würde sich eine merkliche Reduktion der Wärmemenge ergeben, die für die Inganghaltung des Dampfausbruches erforderlich ist.

Die Erfindung ermöglicht einen Verdampfungsproζeß mit Dampfausbruch, der sich sehr stark dem idealen umkehrbaren Prozeß nähert und damit die Unzulänglichkeiten überwindet, welche den bisher verwendeten Anlagen mit Dampfausbruch anhafteten.

009847/mO

Erfindungsgemäß wird die bei dem Dampfausbruch freiwerdende Energie mit hohem Wirkungsgrad erhalten, so daß sich die Kosten bei der Gewinnung von Frischwasser durch Entsalzung beträchtlich vermindern.

Erfindungsgemäß wird ein Dampfausbruch-Prozeß, welcher dem idealen, umkehrbaren Prozeß sehr nahe kommt, durch die folgenden Schritte erhalten:

Zunächst wird die unbegrenzte Zahl von Temperaturabstufungen, welche für den idealen Prozeß erforderlich ist, durch eine endliche Zahl ersetzt. Die gesamte Temperaturdifferenz des Dampfausbruches wird also in eine relativ geringe Zahl von Temperaturetufen unterteilt_β

Als nächstes wird die Dampfphase physikalisch von der flüssigen Phase getrennt. Diese Trennung wird erfindungsgemäß auf eine neuartige Weise erreicht, indem nämlich zwei völlig getrennte Ströme erzeugt werden, die beide über verhältnismäßig große Kanäle in Verbindung stehen, in welchen die in dem ersten Strom |

erzeugten Dämpfe mit geringer Geschwindigkeit zu dem zweiten Strom übertreten können.

In dem ersten Strom fließt Salzwasser mit geringer Geschwindigkeit durch eine Anzahl von Zellen, deren Zahl den einzelnen Temperaturstufen des Dampfausbruches entspricht. Die Zellen sind voneinander durch Widerstandselemente getrennt, die geeignete Druckunterschiede zwischen den aufeinanderfolgenden Zellen hervorrufen und in jeder Zelle den für die Verdampfung unter

0098A7/U10

- 6 der gewünschten Temperatur erforderlichen Druck herstellen.

Die in den einzelnen Zellen anfallenden Dampfmengen, welche durch die Verbindungskanäle strömen, werden mit dem zweiten Strom auf die nachfolgend beschriebene Weise vereinigt.

Zunächst wird das eintretende Salzwasser durch das erste itfiderstandselement hindurchgedrückt und tritt in die erste Zelle mit einem Druck ein, de*· um den entsprechenden Bruchteil geringer als der Sättigungsdruck ist. Auf diese Weise wird in der ersten Zelle eine bestimmte Dampfmenge erzeugt. Diese fließt durch den zugehörigen Verbindungskanal zu einer ersten Düse, welche die erste von der zweiten Zelle trennt. Beim Durchtritt durch die Düse unterliegt die Dampfmenge der Druckdifferenz, die zwischen diesen beiden Zellen auftritt. Dabei entspannt sich der Dampf und erhält eine kinetische Energie, welche der Druckdifferenz entspricht.

Der in der zweiten Zelle anfallende Dampf tritt durch den zugehörigen Verbindungskanal mit dem die erste Düse verlassenden Dampf in Berührung. Die beiden Dampfströme vermischen sich infolge Momentenausgleichs und nehmen eine gemeinsame, jedoch geringere Geschwindigkeit an, als die Austrittsgeschwindigkeit aus der ersten Düse. Die so erhaltene Mischung expandiert sodann durch die zweite Düse und erfährt eine Zunahme an kinetischer Energie, welche dem Druckunterschied zwischen der zweiten und der dritten Zelle entspricht. Dies wiederholt sich bis zur letzten Düse, deren Austrittsdampf durch den zugehörigen Verbindungskanal mit der. letzten Zelle in Verbindung tritt.

0098A7/U10

Der in dieser Zelle erzeugte Dampf vermischt sich mit dem die letzte Düse verlassenden Dampf. Die gesamte Dampfmenge besitzt an dieser Stelle eine maximale Geschwindigkeit. In diesem Zustand tritt sie in den Diffusor ein.

In dem Diffusor wird die kinetische Energie der gesamten Dampfmenge in Druckenergie umgesetzt, so daß der Dampf bei seinem Austrittden maximalen in dsm System erhaltbaren Druck aufweist und infolge dessen bei seiner maximalen Temperatur kondensiert werden kann.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäß bei verschiedenen Drücken und Temperaturen in den einzelnen Stufen des vielstufigen Verdampfungssystems anfallenden Dampfmengen auf wirtschaftliche Weise in einem gemeinsamen Kondensator niedergeschlagen werden. Zu diesem Merkmal der Erfindung gehört mithin der Ausgleich der thermodynami8chen Energie oder Enthalpie der einzelnen Dampfaengen aus den einzelnen Stufen, wodurch die einzelnen Dampfmengen in einem gemeinsamen Kondensator zusammentreffen können, ohne daß ungestüme Reaktionen zu befürchten sind. Der Enthalpie-Ausgleich der verschiedenen Dampfmengen wird ™ unter minimalem Energieverlust erreicht, indem die mit hoher Enthalpie anfallenden Dämpfe (diejenigen unter höherer Temperatur und höherem Druck) durch Düsen hindurchgetrieben werden, die einen Teil der diesen Dämpfen innewohnenden the%odynamischen Energie oder Enthalpie in kinetische Strömungsenergie umwandeln. Die resultierende Strömung wird in solcher weise geleitet, daß sie an den Dämpfen aus den nächst/niedrigeren Stufen entlangstreicht. Auf diese neise vereinigen sich die einzelnen Dämpfe zu einem gemeinsamen Dampfstrom, so daß sie zusammen eine weitere Enthalpie-Verminderung bei Zunahme ihrer Strömungsenergie auf dem Weg

009847/U10

zur nächst niedrigeren Stufe erfahren können. Schließlich nehmen alle Dämpfe eine gemeinsame Geschwindigkeit, eine gemeinsame Temperatur und einen gemeinsamen Druck an. Ihre kinetische Energie wird daraufhin zur wirtschaftlicheren Kondensation in einem Diffusor in eine erhöhte Temperatur und einen erhöhten Druck umgesetzt (was gleichbedeutend mit einer Erhöhung der themodynamischen Energie oder Enthalpie ist)

Vorausgehend wurden die Grundzüge der Erfindung im allgemeinen dargelegt, um die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Erfindung sowie die damit erzielten Vorteile besser verständlich zu machen. Selbstverständlich treten noch weitere Merkmale der Erfindung auf, die nachfolgend beschrieben werden und die ihren liederschlag in den zugehörigen Ansprüchen finden. Pur den Fachmann liegt auf der Hand, daß der dieser iäeschreibung zugrundeliegende Erfindungsgedanke ohne weiteres auch für die Konstruktion anderer Anlagen herangezogen werden kann, um den verschiedenartigen Zielsetzungen der Erfindung zu genügen.

Der nachfolgenden Beschreibung wurde ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zugrundegelegt, das auch in den begleitenden Zeichnungen dargestellt ist« In diesen ist

Figur 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Verdampfungs- und Dampftrennungseinheit einer erfindungsgemäßen Anlage;

Figur 2 ein Schnitt gemäß der Linie ΙΙ-ΓΙ in Figur 1 und

Figur 3 eine derjenigen der Figur 1 entsprechende Planansicht, aus welcher die in der betreffenden Anlage zur Verwendung kommenden Stufen und zugehörigen Elemente hervorgehen.

•A 0098A7/U10

Wie aus den Figuren 1 und 2 zu ersehen, ist das Verdampfungsund Dampftrennungsaystem von einem äußeren Mantel 10 umgeben, der stufenartige aufrechtstehende Seitenwände 12 und 14, eine vertikale Rückwand 16 und eine nicht dargestellte Vorderwand besitzt. Eine horizontale Deckplatte 18 erstreckt sich über den mittleren Teil des Mantelinneren in der Nähe dessen oberen ilndes. Diese Deckplatte besitzt zwei nach unten ragende Seiten 20, die gemeinsam mit den entsprechenden Seitenwänden 12 und des Mantels zwei innerhalb der ersten Stufe vorgesehene Salzwasserbehälter 22a bilden. Die Böden dieser Salzwasserbehälter werden durch zwei zur ersten Stufe gehörige Mündungsplatten 24a gebildet, die horizontal über den Raum zwischen den Seiten 20 der Deckplatte 18 und den entsprechenden Seitenwänden 12 und des Mantels 10 verlaufen.

Zwei Zuführungsrohre 26 sind dazu vorgesehen, erhitztes Salzwasser, das entsalzt werden soll, aus einer nicht gezeigten äußeren Quelle in die Behälter 22a einzuspljesen.

Die zur ersten Stufe gehörigen Mündungsplatten 24a sind mit Mündungen 28 versehen, durch welche das Salzwasser hindurchzu- ä fließen vermag. Unmittelbar unter jeder dieser Platten 24a ist eine Füllung aus Packmaterial 30 vorgesehen, das durch ein Drahtgitter 32 an seinem Platz gehalten wird. Dieses Packmaterial ist porös und erlaubt es der Flüssigkeit und den Dämpfen, nach unten hindurchzuströmen. Indessen dient es dazu, ein ungestümes Schäumen zu verhindern, das sich sonst leicht einstellen würde, wenn das Salzwasser durch die Mündungen 28 hindurchtritt.

009847/mO

Unmittelbar unterhalb jeder Packmaterialfüllung 30 ist eine zur ersten Stufe gehörige Dampfrückgewinnungszone 33a vorgesehen und unter dieser wiederum ein Salzwasservorratsbehälter 22b, der zweiten Stufe. Diese Abschnitte werden seitlich durch die Seitenwände 12 und 14- des äußeren Mantels 10 und die Seitenwände 36a einer zur ersten Stufe gehörigen Düsenpüafcte 38a zusammengehalten. Die Düsenplatte 38a besitzt im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Deckplatte i?8, außer daß sie eine längs ihrer Mitte verlaufende, zur ersten Stufe gehörige Düse 40a besitzt. Sie liegt teilweise innerhalb der Deckplatte 18, mit der zusammen sie Dampftrennungskanäle 42a der ersten Stufe bildet, die von der Dampfrückgewinnungszone 34a der ersten Stufe zu der in der Mitte angeordneten Düse 40a der ersten Stufe führen.

Zwei Mündungsplatten 24-b der zweiten Stufe, die im wesentlichen denen der ersten Stufe, 24a, gleichen, verlaufen zwischen den tfänden 12 bzw. 14 des äußeren Mantels und den Seitenwänden 36 der Düsenplatte 38a der ersten Stufe. Diese Mündungsplatten der zweiten Stufe, durch welche der Boden der Salzwasserbehälter 22b der zweiten Stufe gebildet wird, besitzen ebenfalls Mündungen 28, durch die das Salzwasser hindurchfließt. Auch ist wiederum eine Packmaterialfüllung 30 unter jeder der Platten 24b vorgesehen.

Unter der Packmaterialfüllung 30 jeder der Mündungsplatten 24b der zweiten Stufe befindet sich eine zur zweiten Stufe gehörige Dampfrückgewinnungszone 34-b und unter dieser ein der dritten Stufe angehöriger Salzwasserbehälter 22c.

Q09847/U10

Unter der ersten Stufe und teilweise in Überdeckung mit der Düsenplatte 38a derselben ist eine Düsenplatte 38b der zweiten Stufe angeordnet, die eine zentrale .Düsenöffnung 40b sowie Seitenwände 36b besitzt. Die Seitenwände 36 b dieser Dtisenpüatte wirken mit den Seitenwänden 36a der Düsenplatte 38a der ersten Stufe in der Weise zusammen, daß sie Dampftrennungskanäle 42b der zweiten Stufe bilden, die sich von den Dampfrückgewinnungszonen 34b der zweiten Stufe zu der zentralen Düsenöffnung 40b derselben Stufe erstrecken.

In gleicher Weise sind Salzwasservorratsbehälter 22c -e, Mün- ™ dungsplatten 24c-e, Dampfruckgewinnungszonen 34c-e, Düsenplatten 38c-e und Dampftrennungskanäle 42c-e der dritten, vierten und fünften Stufe vorgesehen.

Die Düsenplatten 38c und d der dritten bzw. vierten Stufe sind mit zentralen Düsenöffnungen 40c bzw. d versehen. Die Düsenplatte 38e der fünften Stufe jedoch besitzt eine zentrale Diffusoröffnung 50, die in einen sich nach unten erstreckenden, sich erweiternden Diffusor 52 mündet.

Unterhalb der Dampfrückgewinnungszone 34e der fünften Stufe sindSalzwasserrückgewinnungskanäle 54 und 56 vorgesehen, in denen das nicht verdampfte Salzwasser aus der fünften Verdampfungsstufe aufgefangen wird. Die Rückgewinnungskanäle 54 führen dieses Salzwasser zu den Kanälen 56, die es ihrerseits einer nachfolgenden Verdampfungsstufe oder, im falle des Fehlens einer solchen, einer nicht dargestellten Austrittsleitung zuführen.

009847/U10

Der durch die zentrale Diffusoröffnung 50 nach unten strömende Dampf erfährt durch den Diffusor 52 eine Energieumsetzung, wobei seine hohe kinetische Strömungsenergie in thermodynamische Energie in Gestalt von Druck und Temperatur umgesetzt wird.

Die verschiedenen Mündungsplatten 24 und Dampfrückgewinnungszonen 34 bilden eine Serie von Verdampfungszellen, die einen ersten Strömungsweg festlegen, in welchem das Salzwasser nach unten strömen kann. In gleicher Weise bilden die Düsenplatten 38 eine Serie von Dampfmischkammern, die durch die Düsen 40 miteinander verbunden sind, um einen zweiten, getrennten Strömungsweg für die Dämpfe festzulegen. Die Verdampfungszellen und Mischkammern stehen miteinander über die Dampftrennungskanäle 42 in Verbindung.

Beim Betrieb der soeben beschriebenen Anlage wird Salzwasser, das auf seine Sättigungstemperatur erhitzt worden ist, über die Zuführungsleitungen den Flüssigkeitsvorratsbehältern 22a der ersten Stufe zugeführt. Darauf tritt das erhitzte Salzwasser durch die Mündungen 28 der der ersten Stufe angehörigen Mündungsplatten 24a hindurch und strömt durch die Packmaterialfüllung 30 und die zur ersten Stufe gehörigen Dampfrückgewinnungszonen 34a nach unten in die Flüssigkeitsvorratsbehälter 22h der zweiten Stufe.

Der Druck innerhalb der Dampfrückgewinnungszonen 34 der ersten Stufe wird um einen geringen Betrag unterhalb desjenigen in den Flüssigkeitsvorratsbehältern der ersten Stufe gehalten, so daß ein Teil des durch die Mündungen 28 hindurchtretenden Salzwassers verdampft. Die für diese Verdampfung erforderliche

OO68J.7/U10

eP ν Λ /

Wärme wird dem nicht verdampften Teil des Salzwassers entzogen, Infolge/dessen sinkt dessen Temperatur, während es in die Flüssigkeitsvorratsbehälter 22b der zweiten Stufe eintritt.

Das in den Behältern 22b befindliche Salzwasser strömt nach unten durch die Mündungen 28 in den der zweiten Stufe angehöri- gen Mündungsplatten 24b und tritt durch die dortige Packmaterialfüllung 30 und die Dampfrückgewinnungszonen 34b der zweiten Stufe hindurch in die Vorratsbehälter 22c der dritten Stufe. Der Druck innerhalb der Dampfrückgewinnungszonen 34b der zweiten Stufe ist wiederum um ein geringes niedriger als derjenigen in den Plüssigkeitsvorratsbehältern 22b dieser Stufe. Infolge/dessen kommt es zu einer weiteren Verdampfung und Temperaturerniedrigung in diesen Zonen. Dieser Verdampfuntsprozeß setzt sich fort in jeder der nachfolgenden Stufen des Systems.

Die in jeder der Dampfrückgewinnungszonen 34a-f anfallenden Dämpfe strömen nach oben durch die entsprechenden Dampftrennungskanäle 42a-f. Diese Kanäle sind i» Vergleich zu den zugehörigen Dampfrückgewinnungszonen groß. Daher ist die Durchtrittsge- I schwindigkeit der Dämpfe durch die Kanäle 42a-f recht niedrig. Dies erlaubt es in den Dämpfen mitgeführten Flüssigkeitstropfen, in die Flüssigkeitsvorratsbehälter 22 zurückzusinken, üufjdiese Jeiae werden die Dämpfe sehr weitgehend von der zur Verdampfung kommenden Flüssigkeit getrennt, bis sie die Düsenöffnungen 40a-e erreichen.

Diese Düsenüffnungen 4oa-e stellen eine Verbindung zwischen den Dampftrennungskanälen mit nach und nach abnehmendem Druck her. Demgemäß treten die Dämpfe durch die Düsenöffnungen in

009847/1410

der Richtung des abnehmenden Druckes hindurch. Die Düsenöffnungen sind so geformt, daß die thamodynamische ikiergie der Dämpfe in einer höheren Stufe in kinetische Energie in Form von hoher Geschwindigkeit in einer niedrigeren Stufe umgewandelt wird. So vermögen also die Dämpfe während ihres Durchtritts durch die Düsenöffnungen zu expandieren, und diese Expansion wird durch die Düsenanordnung- so beeinflusst, daß eine nach unten gerichtete Strömung mit hoher Geschwindigkeit entsteht.

Die rasche ^bströmung der Dämpfe nach unten zwischen den einzelnen Dampftrennungskanälen 42a-f führt zu einem Absaugeffekt, durch den die langsam strömenden Dämpfe in den Kanälen mit den rasch strömenden Dämpfen durch die nachfolgende Düse des Systems mitgerissen werden. Auf diese Weise strömt von Stufe zu Stufe mehr Dampf nach unten und erreicht dabei eine ständig zunehmende Ge s chwindigke i t.

In jeder Stufe findet eine Mischung der Dämpfe infolge einer Ausbildung gemäß dem Prinzip der Erhaltung der Momente statt, was nicht nur gewährleistet, daß der Mischvorgang unter geringstmöglichem Energieverlust erfolgt, sondern ebenso, daß naeh der ■ Mischung Druck und Temperatur wiederum homogen sind.

Selbstverständlich ist der Mischvorgang mit einem gewissen Energieverlust verbunden. Die Theorie zeigt jedoch, daß dieser Verlust ein Minimum erreicht, wenn die Mischung unter Erhaltung der Momente vor sich geht. Auch wird der Verlust kleiner, wenn die Masse des mitgeführten Strömungsanteils klein gegenüber derjenigen der aufnehmenden Strömung ist und wenn die Eintrittsgeschwindigkeit der letzteren groß ist.

0 09847/U10

Das größte Verhältnis dieser Dampfmassen tritt am Austritt der ersten Düse auf. Dort sind die beiden zusammenkommenden Massen einander gleich. Im weiteren Verlauf nimmt das Verhältnis bis hin zur letzten Düse ab. Da diese Verluste den Gesamtwirkungsgrad bei der Ausnutzung der Dampfausbruchsenergie beeinträchtigen und um diesen Wirkungsgrad so groß wie möglich zu machen, kann es erwünscht sein, die Dampfgeschwindigkeiten beim Eintritt in die betreffenden Düsen größer als in den Verbindungskanälen zu machen. Dies erfordert eine Expansion des Dampfes zwischen dem Querschnitt der Verbindungskanäle bis zu dem kleineren Eintrittsquerschnitt des Düsensystems. Eine solche Expansion kann nur auf Kosten des Druckes erfolgen, d.h. unter Verminderung der Dampftemperaturen innerhalb des Düsensystems.

Beim Erreichen der Diffusoröffnung 50 werden die Dämpfe durch diese in den Diffusor 52 geleitet, wo ihre Geschwindigkeiten infolge des beständig zunehmenden Durchflußquerschnitts sich vermindern und ihre kinetische Energie in Druckenergie und in entsprechend erhöhte Temperatur umgewandelt werden. Demgemäß lassen sich die Dämpfe leichter mittels eines gewöhnlichen Kondensators Tester Größe kondensieren, dem eine bestimmte Menge Kühlwasser bei bestimmter Temperatur zugeführt wird. ä

Figur 3 zeigt eine Anordnung, in welcher die vielstufe Verdampfungseinheit nach den Figuren 1 und 2 unterteilt ist. In dieser vielstufigen Atfordnun& sind mehrere vielstufige Verdampfer 60, 62, 64· und 66 vorgesehen. Die Verdampfer 60 und 64-sind untereinander und parallel zu den Verdampfern 62 und 66 angeordnet, die ebenso übereinanderliegen. Die oberen Verdampfer 60 und 62 sind von den unteren, 64· und 66, durch gemeinsame Kondensatorabschnitte 70 getrennt, in denen Lagen von Kondensatorrohren 72 auftreten. Die Dämpfe strömen durch die Diffusoren 52

009847/U10

nach unten unterhalten dabei höhere Drücke und Temperaturen bis sie unter geringer Geschwindigkeit in die Kondensatorabschnitte 70 eintreten. Diese Dämpfe treten sodann mit den Kondensatorrohren 72 in Berührung und werden dabei niedergeschlagen. Das resultierende Kondensat tropft in einen Frischwasserbehälter 74·, worauf es durch verschiedenartige, nicht gezeigte Leitungen aufgefangen wird.

Die unverdampfte Flüssigkeit aus den oberen Verdampfern 60 und 62 tritt unmittelbar aus deienSalzwasserrückgewinnungskanälen 54 und 56 in die Salzwasserzuführungsleitungen 26 auf der Oberseite der unteren Verdampfer 64 und 66 ein. Darauf wiederholt sich der Verdampfungsvorgang unter geringerem Druck und geringerer Temperatur«, Es sei darauf hingewiesen, daß der Gedanke, diebach unten fließenden Ströme aufzuteilen, zu einer sehr großen Flexibilität der Konstruktion führt. So können die Düsengrößen derart bemessen werden, daß der Mischvorgang optimal verläuft, ohne daß der Verdampfungsprozeß beeinträchtigt wird. Y/eiterhin kann der Temperaturgradient zwischen den aufeinanderfolgenden Verdampfungsze11en so festgelegt werden, daß man einen maximalen Wirkungsgrad ohne Beeinträchtigung der Düsenfunktion erhält.

Falls erwünscht, kann die Zahl der Stufen noch erhöht werden. Die hier dargestellte vielstufige Anordnung erlaubt jedoch auch die Verwendung einer geringeren Stufenzahl bei einer gegebenen Gesamttemperaturdifferenz, da bei ihr jede einzelne Stufe einen Dampfausbruch über einen größeren Temperaturbereich zulässt, ohne Turbulenzprobleme in Kauf nehmen zu müssen,' wie sie bei herkömmlichen mit Dampfausbruch arbeitenden Systemen auftreten.

0098A7/U10

Durch Reduzierung der Stufenzahl des Systems nach der Erfindung gelingt es auch, die Zahl einzelner Kondensatoren samt deren Ausrüstungen zu vermindern. Auch lässt sich mittels der erfindungsgemäßen Diffusoranordnung die Wirtschaftlichkeit des Kondensators selbst verbessern, da er nun in der Lage ist, den zu kondensierenden Dämpfen eine größere Wärmemenge zu entziehen.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann ein gemeinsamer Kondensator dafür Verwendung finden, die in den einzelnen Stufen unter verschiedenen Bedingungen von Druck und Temperatur gebildeten Dämpfe zu kondensieren. Dies wird durch Reduzierung von Druck und Temperatur der Dämpfe in den höheren Stufen und dadurch erreicht, daß diese Reduzierung mittels einer Düse erfolgt, wodurch die Energie in Form von kinetischer Energie erhalten wird.

Es ist zu beachten, daß die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems teilweise auf die getrennt von der Verdampfung und abseits von dieser stattfindende Expansion zurückzuführen sind. Bei bisher üblichen Systemen expandierten die Dämpfe in einer Stufe, so/wie sie gebildet waren, und diese Expansion führte, ä da sie sogleich bei der Flüssigkeit erfolgte, aus der die Dämpfe entstanden, unvermeidlich zur Mitführung von Flüssigkeitsteilchen, welche das bei der nachfolgenden Kondensation anfallende Kondensat verunreinigten. Erfindungsgemäß erfolgt die Expansion · innerhalb der Düsen abseits des Salzwassere.

In Anlehnung an die begleitenden Zeichnungen ist eine Verauchaeinheit geschaffen und betrieben worden, um die Brauchbarkeit der Erfindung unter Beweis zu stellen. Diese Einheit vermochte 22,7 Liter Salzwasser pro Minute su verarbeiten und unter Dampfausbruch im Bereich von 40,6⁰C bis hinunter zu 32,2° C in

• A 0098A7/U10

fünf Stufen zu verdampfen. Mittels der Diffusoranordnung erhöhte sich die Dampftemperatur auf 34,4⁰O vor dem Eintritt in den Kondensator»

Die untersuchte Einheit hatte eine Gesamthöhe von 43,2 cm, eine Breite von ungefähr 26,7 cm und eine Tiefe von etwa 10,2 cm, Die verschiedenen weiteren Abmessungen und Betriebsdaten der einzelnen Stufen gehen aus der nachfolgenden Tabelle hervor.

Ta belle

Stufe	Druck ata	Temp. ⁰O	Dampfdurch satz , kg/secx10	Dampfge- schwindigk. m/sec	Abmessung ΕΙ cm
1	O,o730	39,4	0,740	7,62	5,08
2	0,0667	37,8	1,017	11,50	5,08
3	0,0610	36,0	1,171	14,48	5,08
4	0£548	34,2	1,194	16,53	5,08
5	0,0491	32,2	1,225	18,44	5,08
Stufe	Abmessung ^A cm	Abmessung ^Bcm	Abmessung cm	Abmessung cm
1	0,137	1,27	1,27	1,27
2	0,323	3,18	1,90	1,27
3	0,523	3,18	1,90	1,27
4	0,635	3,18	1,90	1,27
5	1,270	2,06	0,94	1,27

009847/ U10

— ι y —

Die Abmessungen "P" und "G" betrugen 25,4- cm bzw. 6,35 -cm. Selbstverständlich können die Dimensionen in Übereinstimmung mit der Strömungsgeschwindigkeit, des Temperaturbereiches für den Dampfausbruch und der verwendeten Stufenzahl festgelegt werden.

Nach der vorausgehenden Beschreibung wird es für den Fachmann ohne weiteres möglich sein, verschiedenartige Änderungen und Abwandlungen vorzunehmen, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

009847/U10

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung bestimmter Komponenten aus Lösungen, dadurch gekennzei chnet, daß die Lösung durch eine Serie miteinander verbundener, unter fortlaufend geringerem Druck stehender Verdampfungskammern hindurchgeführt wird und daß man die in diesen Verdampfungskammern anfallenden dämpfe durch Erteilung einer gemeinsamen Strömungsgeschwindigkeit auf gemeinsame Temperatur- und Druckbedingungen bringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Verdampfungskammern herrschenden Drücke unterhalb des anfänglichen Sättigungsdruckes der zu verdampfenden Plüssigkeitskomponente gehalten werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erteilung einer gemeinsamen Geschwindigkeit ein Teil des thermodynamischen Potentials der Dämpfe in kinetische Strömungsenergie umgewandelt wird«

4. Verfahren nach Anspruch. 3? dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfe nach Verlassen der Verdampfungskammern und. vor der Veränderung ihres thermo dynamischen Potentials von der zurückbleibenden, unverdampften Lösung weggeführt werden.

7/1410

!Γ ίΐρί

- 21 -

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g ekennzeichnet, daß die Dämpfe bei der Veränderung ihres thermodynamischen Potentials in einem gemeinsamen Strom vereinigt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfstrom nacheinander eine Reihe von Dampfmischkammern passiert, die durch Düsen miteinander verbunden sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Strömungsenergie des Dampfstromes anschließend wieder in thermodynamisehe Energie umgewandelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückgewinnung der thermodynamischen iinergie in einem Diffusor geschieht.

9· Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfstrom schließlieh zur Kondensation einem gemeinsamen Kondensator zugeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennze i chn e.t, daß die Verdampfung in den Verdampfunr;skammern unter Dampfausbruch erfolgt.

009847/ U10

.11. Mit Verdampfung arbeitende Anlage zur ü-ewinnung bestimmter Komponenten aus Lösungen, gekennzeichnet durch einen Strömungskanal für die betreffende Lösung, der aus einer leihe von miteinander verbundenen Verdampfungskammern (22-34) besteht, und durch eine Einrichtung (38-42), welche die in den einzelnen Verdampfungskammern anfallenden Dämpfe auf gemeinsame Temperatur- und Druckbedingungen zu bringen gestattet.

12. Anlage nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Kondensator (70) für die in den einzelnen Verdampfungskammern (22-34) anfallenden Dämpfe.

13· Anlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke in den aufeinanderfolgenden Verdampfungskammern (22-34) unterhalb des anfänglichen Sättigungsdruckes der zu verdampfenden !Plüssigkeitskoraponente liegen.

14. -Anlage nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verdampfungskammern (22-34) für eine Verdampfung unter Dampfausbrach ausgelegt sind.

15. Anlage nach einem der Ansprüche 11-14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (38-40) zur Umwandlung eines Teiles des den Dämpfen innewohnenden Enthalpie-Potentials in kinetische Strömungsenergie«

009847/ 1410

16. Anlage nach einem der Ansprüche 11-15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (38,40), welche allen diesen Dämpfen innerhalb eines gemeinsamen Stromes eine im wesentlichen gleiche Strömungsgeschwindigkeit erteilt.

17· Anlage nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Enthalpie-Umwandlung und die zur Erteilung der gemeinsamen Strömungsgeschwindigkeit in einem Strömungskanal für die Dämpfe vereinigt sind, der aus einer Reihe von Dampfmischkammern besteht, die durch Düsen (40) miteinander in Verbindung stehen und über getrennte Kanäle (42) mit den einzelnen Verdampfungskammern (22-34) verbunden aind.

18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (42) einen im Vergleich zu den zugehörigen Verdampfungskammern (22-34) großen Querschnitt besitzen.

19· Anlage nach einem der Ansprüche 16-18, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (52) zur Rückgewinnung f thermodynamischer Energie aus einem Teil der dem Dampfstrom innenwohnenden Strömungsenergie.

20. Anlage nach Anspruch 19, dadurch g e k e η nz e i chne t, daß die Einrichtung zur Rückgewinnung der thermodynamischen Energie aus, einem Diffusor (52) besteht·

0 0 9 8 A 7 / 1 U 0

21. Anlage nach einem der Ansprüche 11-20, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verdampfungskammer aus einem Flüssigkeitsbehälter (22), dessen Boden eine Heine γόη Durchflußöffnungen (28) aufweist, einer darunter angeordneten Füllung (30) aus porösem Material und einer darauf folgenden Dampfrückgewinnungszone (34) besteht, aus welcher die in dieser Kammer gewonnen Dämpfe abströmen.

22. Verfahren zur Vereinigung unter unterschiedlichen Temperatur- und Druckbedingungen auftretender Dämpfe, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Enthalpie-Potential der bei höherer Temperatur und höherem Druck auftretenden Dämpfe auf dasjenige der bei niedrigerer Temperatur und niedrigerem Druck auftretenden Dämpfe reduziert wird, indem ein Teil dieses Enthalpie-Potentials in leinetische Strömungsenergie umgewandelt wird, und daß die einzelnen Dampfstraue in additiver t/eise miteinander vereinigt werden.

23· Vorrichtung zur Vereinigung unter unterschiedlichen Temperatur- undDruckbedingungen auftretender Dämpfe, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (38,40) zur E| Reduzierung des Enthalpie-Potentials der bei höherer Temperatur und höherem Druck auftretenden Dämpfe auf dasjenige der bei niedrigerer Temperatur und niedrigerem Druck auftretenden Dämpfe durch Umwandlung einee Teiles der den Dämpfen innewohnenden Enthalpie in kinetische Strömungsenergie und zur gleichgerichteten Zusammenführung der so entstehenden Dampf™ ströme.

24. Verfahren zur Kondensation unter unterschiedlichen

Temperatur- und Druckbedingungen anfallender Dämpfe, dadurch gekennz ei chne t, daß die Dämpfe durch Hindurchführuri_c;

009847/U10

durch entsprechend bemessene Düsen auf gleiche Temperaturen und Drücke gebracht werden und daß die die Düse verlassenden Dampfströme zu einem Strom mit homogener Strömungsgeschwindigkeit verifenigt und dergestalt einem gemeinsamen Kondensator zugeführt werden.

25. Verfahren nach Anspruch 24, didurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Strömungsenergie des gemeinsamen Dampfstromes in einem Diffusor in thermodynamisch« i&ier^ie umgewandelt wird.

26. Vorrichtung zur Kondensation unter unterschiedlichen Temperatur- undDruckbedingungen anfallender Dämpfe, gekennzeichnet, durch eine Einrichtung (38,40), welche den Dämpfen durch Hindurchführung durch entsprechend bemessene Düsen (40) gleiche Temperaturen und Drücke verleiht und den die Düsen verlassenden' vereinigten Dampfströmen eine gemeinsame Strömungsgeschwindigkeit erteilt, sowie durch einen gemeinsamen Kondensator (70), dem die vereinigten Ströme zugeführt werden.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch einen Diffusor (52) zur Rückgewinnung eines Teiles der den vereinigten Dampfströmen innenwohnenden kinetischen Energie in thermodynamische Energie vor Eintritt in den Kondensator (70).

009847/U10

ι *^ · t

Le e rs eι te