DE2036261A1

DE2036261A1 - Kondensatoranlage zur Kolonnenkuhlung

Info

Publication number: DE2036261A1
Application number: DE19702036261
Authority: DE
Inventors: Asriel Tel Aviv Osdor
Original assignee: Hydro Chemical & Mineral Corp , New York, NY (VStA)
Priority date: 1969-08-04
Filing date: 1970-07-22
Publication date: 1971-02-18
Also published as: GB1313669A; IL34923A0; FR2063905A5; BE754341A; AT302914B; US3627646A; AU1835270A; ZA705335B; CH522420A; NL7011376A; OA03596A

Description

Professor Dr.-Ing» ?fl3R?ß1

■Hubert M e 1 d a u .. .i.vju*ui

■".Dipl.-Ing, ■

Gustav M e 1 d a u ·

- Patentanwälte -

4850 Guteaioh/Weatf. H 1337

Carl-Bertelsmann-Str.4

Hydro Chemical & Mineral Corp.

9 Bockefeller Plaza, Suite 1915 ■ ■·.'

Hew York, I.Y. 10020, U.S.A. *

Kondensatoranlage zur Kolonnenkühlung

(Die Priorität der USA-Patentanmeldung Ser.-No. 847,1°3 vom

4· August 1969 wird beansprucht, j

Diese Erfindung betrifft eine Kondensatoranlage aus Kühlkolonnen, also zur Kolonnenkühlung für Dämpfe bei verschiedenen Temperaturen und Drücken, die duroh direkten Wärmetausch mit ™ einer Kühlflüssigkeit wirkt. Die Erfindung ist auch als eine Destillieranlage brauchbar, die einen solchen Kondensator umfaßt.

Die Erfindung ist vielseitig verwendbar, besonders gut jedoch eignet sie sich für die Anwendung bei mehrstufigen Destillierkolonnen zur Gewinnung von Frischwasser und/oder Salz aus dem Meer, wie sie in den Patentanmeldungen P 17 69 768.6 vom lö#7_f68 und/oder P 19 28 354«ö» angemeldet 18.6*69 böschrie-Die Kondeniatoren dieetr Gattung bes'tehea aus malire«

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ren, in der Höhe zueinander versetzt angeordneten Kolonnen, die in Richtung abnehmender Höhe auf von Kammer zu Kammer steigendem Druck und steigender Wärmn gehalten werden. Die Kühlflüssigkeit (z.B. reines Wasser oder nicht flüchtiges und nicht mischbares Öl) zum Kondensieren der Dämpfe wird in die höchste Kammer eingebracht und fließt dann unter ihrem eigenen Gewicht abwärts nacheinander durch die einzelnen Kammern der Kolonne* Die Dämpfe werden in jeder Kammer durch direkten Austausch mit der Kühlflüssigkeit kondensiert.

Bei der praktischen Anwendung dieser Anlagen, bei denen ein durch Schwerkraft erzeugtes Dfuckgefälle dazu benutzt wirdj, die Kühlflüssigkeit sswischen den einzelnen Stufen auf die erforderlichen Druckunterschiede zu bringen,, haben sich Schwierigkeiten ergeben, deren Überwindung Hauptgegenstand dieser Erfindung ist«

In einer Entsalsungs-lnlagej, in der salzhaltiges Wasser z„B. in 34 Stufen bei Temperaturen zwischen 180 und 45⁰G schne>llver<dampft wird, werden die auf diese Weise erzeugten Dämpfe bei Drücken kondensiert, die zwischen 9_$3Π kg/om für die höchst© .Kondensierungstemperatur und O_?O9O kg/cm für die niedrigst© Eondensiermigstemperatür liegen« Diese Drüek® entsprechen etwa 93 bzw» 1 Meter Wasser· Wenn Öl als kondensierender Wärmetau-=' . seller bönufet wird, müe@©n &1®§® Höllen iam den E©lp?w©rt des spezifischen G-ewiehts dass Öls erhöht wenden«. Wird als© Z₀B₀ ein Kond©nsi©2?öl mit ©±n©m spezifischen ©©wicht O₉S Tferwandetj,' so würden di© ©Mg®n 38ri2,ekg©£äll© 115 bzw ο I₅S Met©!¹¹ Tb©trag®n₀ liiß©3?ilem pfXegaa äi« if©rsohi®ä©n©n EJondane@ti©nakamme:m salbst

"bis zu 2 Meter hoch zu sein, und diese Höhe muß noch zur Druckdifferenzhöhe zwischen den einzelnen Stufen hinzugezählt werden^ um die Gesamt-Bauhöhe der Anlage zu erhalten. Daher kann bei direktem Schwerkraftdurchfluß die für das Kondensiersystem erforderliche Höhe zu beträchtlichen baulichen Schwierigkeiten führen.

Die Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten.und ermöglicht, Dämpfe durch direkten Austausch bei Schwerkraftdurchfluß unter stark voneinander abweichenden Drücken zu kondensieren, ohne f daß dafür eine umfangreiche Kondensieranlage mit entsprechend ungewöhnlicher G-esamtbauhöhe erforderlich wäre« Vielmehr ergeben die Kondensatoranlagen nach der Erfindung sehr gering» Gesamtbauhöhen bei sehr einfachem Aufbau. Is können nämlich die bei der praktischen Auswertung dieser Erfindung benutzten Kondensatoranordnungen aus einfachen rohrartigen Bauteilen mit geeigneter innerer Unterteilung gefertigt werden, die bequem miteinander verbindbar sind.

Nach der Erfindung wird der zwischen aneinandergrenzenden Kon- ™ densatorstufen innerhalb eines Durchflußweges erforderliche senkrechte Abstand zum Aufrechterhalten des richtigen Druekunterschiede zwischen den einzelnen Stufen dazu ausgenützt, die Kondensorstufen eines oder mehrerer anderer Durchflußwege unterzubringen» Dies macht die Zusammenfassung der verschie— ■ denen Schwerkraftdurohflußwege für die Kondensierflüssigkeit zu einer Einheit möglich und vermeidet weitgehend den Aufwand für die Erstellung sowohl des aus einem einzigen langen Schwerkraftdurchflußweg bestehenden Kondensorsystems als auch für .

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mehrere kürzere Sohwerkraftdurohflußwsge, deren gleich der des einzigen !engen BurcJafluÄroges ist«, . ■ '■ -.' ■ '.

Gemäß einem Merkmal dieser Erfindung* wird.' einer. Kondensator» anlage der beschriebenen Art -erhaltBa₅₁-" bei -d-$r-.dl& IJEandensör**- - "■ kammern in Form einer odev »Är«r©*/te . ■

die in einer od«r'menrersa.'iEnionneA eaa«ta©nde»,eti|ilaiw ■■ ..:.'"■-;■ untergebracht sind, dabei -j)td« 'ftrupp'· ^:me3are3f«^; .ÄMe» ' ävfe£t₉ ^: ' die in der filohtune· abnehmender Höhenlage '.auf '"eiaer ■'3iempera,tttr.-■';■ und einem Druoi gehalten .v*$&<gft» ti® γοη Jiner Wämaßp zur . .·'. :■:-.■ nächsten höher werden» -ferner die -Bammem »±m.<Bs trappe ■-»ueaalften.-' mit denen einer oder mehrerer anderes Gruppen in derselben , Kolonne und höhenmfiSig g^?isehen den letzteren, angeordnet" sindj ■" aowie die Kammern Jeder zwischengesohobenen Gruppe..-miteinander-' durch Leitungen verbunden, sind». die die-Xamm^rn"anderer 'Gruppen-. "■ umgehen, und schließlich dur©h ©ine Rippe «wiechtai-Jeder der ... zwischengeechobenen Gruppen, angeox'toet 1st,- um" die Hüilfliies.igkeit und das Kondensat von der untersten Kammes¹ ©ia©r Gruppe zur obersten Kammer-der folgenden &rupp© zn pmapeii«>

Nach einer bevorzugten Ausbildung Adf -Erfindung- besteht jjta® .. " der in zunehmender Höhenlage angeordneten Kolonnen aus^;einem senkrechten Bohr, das durch trennwände in di© einzelnen Kammern unterteilt ist·

Nach einer weiteren Terbesserung der Erfindung wird eine Deatillierkolonne erhalten* die neben der beschriebenen Kondensatoranlage eine Terdampfungeanlage enthält, die mehrere, kokon« mäßig versetzte Terdampferkammern umfaßt ₉ durch die di® Aufgalbo«

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flüssigkeit in Sichtung abnehmender Temperatur und abnehmenden Drucks in den Verdampferkammern strömt,'während ein Teil der Aufgabeflüssigkeit in jeder Verdampferkammer verdampft wird, und Leitungen, in denen die Dämpfe von jeder Verdampferkammer in die entsprechende Kondensorkammer geleitet werden.

Ferner bedeutet eine Verbesserung, daß zumindest einige der Verdampferkammern am Boden mit Verlängerungsstücken versehen sind, die den Boden der Kammer soweit nach unten verlegen, daß er sich in der gewünschten Höhenlage-Beziehung zur nachfolgenden Stufe befindet.

Die Vorzüge der oben geschilderten Anordnungen werden sich nebst anderen Merkmalen und Vorteilen der Erfindung aus der nachstehenden Beschreibung ergeben.

I¹Ur die Darstellung und Beschreibung der Erfindung sind bestimmte Ausführungsbeispiele ausgewählt und in den einen Bestandteil der Patentbeschreibung darstellenden Zeichnungen dargestellt worden. Dabei zeigt: .

Fig. IA und IB zusammen eine schematische Darstellung eines

Teils einer Entsalzungsanlage, in die die Prinzipien dieser Erfindung mit einbezogen sind;

Fig. 2 eine Draufsicht, aus der die b*=vorzu^te seitliche Anordnung der Hauptelemente des Systems von Pig. IA und IB hervorgeht?

Pig. 2 eine schematische Darstellung, aus der die

höhenmäßige Beziehung zwischen den einzelnen·

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Verdampferkammern hervorgeht, die einen Teil des Systems von Fig. IA und IB. "bilden; 4 eine schematische Darstellung von Kondensoranordnungen, aus der die Art und Weise hervorgeht, in der diese Erfindung eine Verminderung der Bauhöhe durch geeignetes Zwischenschieben von Kondensierkammern erreicht; und

Fig. 5 eine schematiache Darstellung einer Variante der

Verdampferanordnung nach dieser Erfindung.

Wie die Figuren IA, IB und 2 zeigen, "besteht eine Entsalzungsanlage, bei der di^se Erfindung Anwendung firden kann, grundlegend aus mehreren senkrechten Rohren oder Kolonnen, zu denen fünf Verdampferkolonnen 10, 12, 14, 16 und 18 gehören und zwei Kondensorkolonnen 20 und 22^ die nahe beieinander angeordnet sind. Die Kolonnen erstrecken sich von derselben Bezugs- oder Grundlinie 24 aus bis etwa zur gleichen Gesamthöhe nach oben, es können jedoch - wie sich aus der Beschreibung der Arbeitsweise ergeben wird - einige Kolonnen höher sein als andere.

Die fünf Verdampferkolonnen 10, 12, 14, 16 und 18 sind durch horizontale innere Trennwände 26 jeweils in mehrere Verdampferkammern E,, Bp, · β«. Ε™, unterteilt. In einigen Fällen

sind aneinandergrenzende Verdampferkammern innerhalb jeder Kolonne senkrecht durch Hohlräume 24 voneinander getrennt. Diese Hohlräume ergeben sich aus der Anordnung der einzelnen Verdampfer in ihren Arbeitsdrücken entsprechenden Höhen» Neben den waagerechten !Trennwänden 26 enthält jede* Verdampferkammer nahe ihrem oberen Ende ein Entnebelungaelement 28, das sich durch

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ihr Inneres hinduroh erstreckt. Von jeder Verdampferkammer B führt ein Dampfkanal 30 zu einer entsprechenden Kondensorkammer C,-Vom Boden jeder Verdampferkammer führt ein U-förmigee Vei^- bindungsrohr 32 zur nächsten Verdampferkammer und mündet knapp unter dem Bntnebelungselement 28 dieser nächsten Verdampfer-* kammer. Somit sind die einzelnen Verdampferkmmmern S durch die U-förmigen Verbindungerohre 32 in Berit miteinander Terbunden, es stimmt jedoch die Serienanordnun« nur bei der ersten Kolonne 10 völlig mit der Anordnung der Verdampfer länge der verechiedenen Kolonnen ttberein·

In der ersten Kolonne 10 sind di* ersten Verdampferstufen E₁, E₂, ..··...·««..1-j» die Kolonne hoch in aufsteigender Beihenfolge angeordnet und die U-förmigen Bohrrerbindungen 32 führen von jeder Stufe zur nächst höheren Stufe in der Kolonne. Sie oberste Verdampferstufe EL - 1st durch ein ü-förmigee Übergangs-Verbindungsrohr 32a mit der obersten Verdampferstufβ E₁- der zweiten Kolonne 12 verbunden, di? ihrerseits wieder mit der obersten Verdampferstufe E₁- der dritten Verimmpferkolonne 14 verbunden 1st· Gleichartige, tj-förmige Übergange-Verbindungsrohre 32a führen auch zu den Verdampf erstuf en E₁^ und £.» in den oberen Enden der vierten und der fünften Verdampferkolonne 16 bzw. 18. Sie nächste Verdampferstufe S₁₈ befindet sich in der fünften Verdampferkolonne 18 knapp unter der Stufe E^ und ist mit der letzteren durch ein verlängertes U-förmigee Verbindungsrohr 32b verbunden. Die dann folgenden Verdampferstufen E₁Qt E₂₀ und Ep₁ Bind jeweils unter den Stufen E-,g, E₁- und B₁-' in der vierten, dritten und zweiten Verdampferkolonne 16, 14 und

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angeordnet. Diese letztgenannten Stufen sind durch ü-förmige Übergangs-Verbindungsrohre 32a wie oben beschrieben miteinander verbunden. Die Verdampferstufen Epo> #.·..β«B^c liegen unter

den Stufen E^₈, »»Epi ¹^ sind in der gleichen Weisen

miteinander verbunden. Diese Anordnung wiederholt sich auch bei den Stufen E₂g, .·...·,Egg und den Stufen E-_Q,.·.,.. ,E_..

Man wird feststellen, daß die ersten Verdampferstufen in vertikaler Sichtung um eine Strecke gegeneinander verschoben sind, die gleich der Höhe der Stufen ist, es sind aber die drei oberen Stufen E,,, E, ₂ und K- verkürzt, um diesen senkrechten Abstand zu vermindern. Um den durch die geringere Höh© dieser obersten Stufen bedingten Volumenverlust auszugleichen, haben sie einen größeren Durchmesser, sonst aber sind sie genau so aufgebaut wie die anderen Verdampferstufen.

Die vertikal zunehmende Höhenlage der aneinandergrenzenden Verdampferstufen 1 bis 17 in der; Serienanordnung entspricht dem Hub der Flüssigkeitshöhe durch die Druckdifferenz zwischen den aneinandergrenzenden Stufen abzüglich der Druckverluste. Ein zusätzlicher Hub läßt sich aus der Verdampfungsenergie gewinnen. Dieser Hub ist beträchtlich größer als-di^finige, den die Anordnung dieses Beispiels benötigt» Auch siM«bei dieser Anordnung die Stufen 18 bis 34 in geringer werdender Höhenlage angeordnet.

Im allgp inen ist bei höheren Temperaturen und Drücken der Hub von Stufe zu Stufe größer als bei niedrigeren Temperaturen und Drücken. Um den verfügbaren Hub den Eigenschaften der zur Ver-

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wendung konmenden flüssigen und gasförmigen, Medien richtig an<zupassett, sind die Verdampferstufen so auf die verschiedenen Kolonnen verteilt, wie es oben beschrieben wurde·

Fig. 3 zeigt diese Verteilung schematisch mit Angabe der jeweiligen senkrecht gemessenen Höhen für eine Verdampferanlage mit vierunddreißig Stufen, die für Betriebstemperaturen zwischen 180 und 45°C ausgelegt ist«-Man wird feststellen, daß der hinter der Stufe E^g zur Anwendung kommende Hub in Wirklichkeit ein negativer Hub ist, weil die Druckdifferenz zwischen den ( aneinandergrenzenden Niedrigtemperatur-Stufen "in-liquid head" (liquid s flüssig, Flüssigkeit; head κ Druckhöhe, Fallhöhe, Stauung. Anm.d.Übs.) kleiner ist als die Höhe d#s Verdampfers und die durch das Fließen der Flüssigkeit verursachten Druckverluste·

Die beiden Kondensatorkolonnen 20 und 22 sind innen durch horizontale Trennwände 36 in mehrere Kondensatorstufen CL, Cp, ........ ,CU. allmählich; abnehmenden Drucks unterteilt. In einigen. Fällen sind zwischen aneinandergrenzenden Stufen Hohlräume oder ™ Häume 37 vorhanden, die sich aus der Anordnung der Kondensatoren auf Niveaus ergeben, die - wie.weiter unten noch erklärt werden wird - die Ausnützung des Schwerkraftdurchflusses zur Erzeugung eines geeigneten Druckgefälles innerhalb des Kondensators ermöglichen. Jede Kondensatorstufeumfaßt einen Kondensierflüssigkeit seinlaß 38 nahe dem oberen Ende* ein Flussigkeitsverteilungselament 40 direkt unter dem Flüssigkeitseinlaß und einen Konden-Bierflüssigkeits- und Kondensat-Auslaß 42 nahe dem unteren Ende. .■'■.■.■■ ; "^: Λ ;.■;.■ - ίο -

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Das Flüsaigkeitsverteilungselement 40 kann eine Einricfitükg ' " ■ zur Bildung mehrerer Ströme umfassen wie etwa eine perforierte Platte, oder es kann eine Füllungsanordnung im gesamten Kondensatorbereich umfassen. Bs kann an sich jedes System benutzt · werden, das in der Lage ist, für eine große Kontaktoberfläche zwischen der Kondensierflüssigkeit und Dämpfen zu sorgen. Der Kondensierflüssigkeits- und Kondenaatauslaß 42 jeder oberen Kondensatoratufe in den Kolonnen 20 und 22 ist durch eine Fallrohrleitung 46 und einen Flüssigkeitsabscheider 48 mit dem Kon— densierflüssigkeitseinlaß 38 einer unteren Stufe verbunden. Wie die Figuren IA und IB zeigen, sind die verschiedenen Kondensat torstufen in ihren jeweiligen Kolonnen nicht in einer Seihen- . folge unmittelbar abnehmenden Drucks angeor4iet_ffl Vielmehr sind die Stufen in Kolonne 20 - d.h. die Stufen C₁ .*.-.·.·. C^ g - in vier ineinandergeschobenen (interspersed) Gruppen angeordnet, während die Stufen in Kolonnen 22 - d.h. die Stufen CL_- ....·· CL. - in zwei ineinandergeschobenen Gruppen angeordnet sind. So sind in der Kolonne 22 die Kondensatorstufen CL. .•»«••Cgg zu einer Gruppe (Gruppe A) zusammengefaßt und durch ihre jeweiligen Fallrohre 46 und Flüssigkeitsabscheider 48 in Serie miteinander verbunden, während die Kondensatorstufen -CL- .»,··.· Gj™ eine zweite Gruppe (Gruppe B) bilden und ebenfalls durch ■ entsprechende Fallrohre 46 und Flüssigkeitsabscheider· 48 in- \ Serie miteinander verbunden sind. In Kolonnen 20 sind die Kondensatorstufen C^g ....»CL~ zu einer dritten Gruppe (Gruppe C) zusammengefaßt, die Stufen C_lg .»_e,.C_g bilden eine vierte Gruppe (Gruppe D), die Stufen G₉ ·.«.».CL bilden ©ine fünfte Grippe (Gruppe B) und die Stufen CL ·<**·»· *P* bilden eine sechste Gr,up-

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pe (Gruppe.

Sine iCondensierf lüs sigkeits-Pumpe P^ist so angeordnet, daß sie ein kaltes, flüssiges Direktkontakt-Kondensiermedium - z.B. Öl - durch eine Steigleitung 50,. zum oberen Ende der Gruppe A hochpumpt. Diese Flüssigkeit gelangt in den Flüssigkeitseinlaß 38 der Kondensatorstufe C,.. Diese Flüssigkeit wird durch das Verteilerelement 40 in mehrere Ströme aufgeteilt und fällt durch die von der entsprechenden Verdampferatufe in die Kondensatorstufe einströmenden Dämpfe hindurch, um j dadurch die Dämpfe zu kondensieren. Das Kondensiermedium und das a'n diesem Medium niedergeschlagene flüssige Kondensat fließen zusammen durch das Fallrohr 46 und den Flüssigkeitsabscheider 48 abwärts und in die nächste Kondensatorstufe G„. Der oben beschriebene Kondensationsprozeß wiederholt sich während die Flüssigkeiten nacheinander durch die die Gruppe A bildenden Kondensatorstufen C-. .......Cg,- fließen. -

Sine weitere KondenHierflüssigkeitspumpe P-g ist so angeordnet, daß sie die Flüssigkeit von der untersten Kondensatorstufe der | Gruppe A - d.h. Cpg - durch eine Steigleitung 50-g zum oberen Ende der Kondensatorgruppe B hochpumpt, wo sie in den Flüssigkeitseinlaß der Kondensatorstufe .CL·^ gelangt. Weitere Kondensierflüssigkeits-Pumpen P_c, P_D, P_E und Pp sind an den Auslässen der Kondensatorstufen C₁₇, C,^, Cq und Cc so angeordnet, daß \ sie die Kondensierflüssi^keiten (kondensierenden Flüssigkeiten? Anm.i.Übs.} durch die entsprechenden Steigleitungen 5O_G, 5Cu, 50_E und 50p zu. den obersten Kondensatorstufen dieser aufeinanderfolg3nden Gruppen hochpumpen. Dabei erzeugen die Pumpen P-

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zwar einen beträchtlichen Druckanstieg, dem aber der Druck der !Flüssigkeitssäule in den Steigleitungen 50 in der Weise entgegenwirkt, daß die Druckdifferenz von Stufe zu Stufe innerhalb jeder Gruppe auch von Gruppe zu Gruppe erhalten bleibt.

Es dürfte klar sein, daß die Anordnung der verschiedenen Pumpen und Kondensatorstufen so ist, daß die Kondensierflüssigkeiten (kondensierenden Flüssigkeiten? Anm_ed,Übs.) nacheinander und in umgekehrter Reihenfolge - d„h. von CL. zu O- - durch die einzelnen Kondensatorstufen fließen, während sie unter ihrem eigenen Gewicht abwärts durch jede der sechs Gruppen von Kondensatorstuf en strömen.

Weiterhin versteht sich, daß die Fallrohre 46 praktisch senkrechte Abstände zwischen, den aneinandergrenzenden.Kondensatoren vergrößern und dadurch für das Druckgefälle sorgen, das für einen stetigen Fluß der Kondensierflüssigkeit gegen den von Stufe zu Stufe steigenden Druck erforderlich ist»

Beim Betrieb des oben beschriebenen Systems wird mit heißem öl vermischtes Salzwasser durch eine System-Einlaßleitung 60 zugeführt und auf die erste oder 'unterste Verdampferstufe E- aufgegeben. In dieser Stufe werden Heißöl und Wasser einer ersten Druckverminderung unterworfen, die einen Teil des Salzwassers verdampfen läßt. Die dstbei erzeugten Dämpfe strömen durch eine entsprechende Dampfleitung 30 zum Kondensator mit dem höchsten Druck C-, unterdessen gelangen das unverdampft gebliebene Salzwasser und das es begleitende. Öl zusammen durch die U-förmige Rohrverbindung 32, die vom Boden der Verdampferstufe E- hinauf

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zur zweiten Stufe führt, zur letzteren. Öl und Salzwasser haben sich an diesem Punkt etwas abgekühlt, indem sie einen -Teil·.der in ihnen enthaltenen Wärme zum Verdampfen eines Seils der Salzsole in der ersten Verdampferstufe E^ abgegeben haben. Dadurch wird der Dampfdruck des flüssigen Salzwassers erniedrigt. Nun wird jedoch die zweite Verdampferstufe S₂ auf einem Druck gehalten, der etwas unter diesem niedrigeren Dampfdruck liegt, sodaß die Flüssigkeiten beim Eintreten in die zweite Stufe eine weitere Verdampfung und damit Herabsetzung ihrer Temperatur erfahren. Die in dieser zweiten Verdampferstufe erzeugten Dämpfe gelangen durch eine entsprechende Verbindungsdampfleitung hinüber zur Kondensatorstufe mit dem nächst niedrigeren Druck CL,

Die Anordnung der Verdampferstufen und ihrer U-förmigen Hohr-*· verbindungen erzeugt eine Hubwirkung, die die Flüssigkeiten d.h. das Öl und das unverdampfte Salzwasser miteinander gemischt - durch die ganze Serie von Verdampferstufen treibt. Hat die Öl/Salzsole-Mischung durch die Leitung 61 die letzte Verdampferstufe EL4 verlassen, so befindet sie sich auf beträchtlich niedrigerem Druck und niedrigerer Temperatur, weil sie die in ihr enthaltene Wärme zum Verdampfen von Wasser in den einzelnen Stufen abgegeben hat. Da das Salzwasser einen großen Teil seines G-ehalts an reinem Wasser durch Verdampfung verloren hat, hat es nun einen höheren Salzgehalt. Dieses Öl und Salzwasser kann man wieder erwärmen und durch einp gleiche Serie von Verdampferstufen schicken, die einen zweiten Kreislauf zum Herbeiführen weiterer Verdampfung bilden. Wie in den eingangs erwähnten Patenten beschrieben, kann man in einer gan« Beihe von Kreislaufen den Salzgehalt des unverdampften SaIz-

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wassers soweit erhöhen, daß : verschiedene· Salze ausgefällt werden, sodaß man das System nicht nur als System zur FriachwassergeWinnung, sondern auch als Salsagev/innungs-System benutzen kakn.

Die einzelnen Kondensatorstufen CL,,, 0«, ..··.. ..,C-. erhalten die Dämpfe durch die Leitungen 30 von den entsprechenden Verdampferstufen E₁, B₂, .,.*.♦,E-. mit den Drücken und'den Temperaturen geliefert, bei denen die Dämpfe erzeugt werden» In diesen einzelnen Kondensatorstufen werden die Dämpfe dadurch kondensiert, daß man sie in direkten Eontakt mit einer Kühl- oder Kondensier-Flüssigkeit bringt. Diese flüssigkeit, bei der es sich um das gekühlte, von der stark salzhaltigen Flüssigkeit getrennte Öl von den Verdampferstufen handeln kannj, gelargt zunächst in die Kondensatorstufe mit dem niedrigsten Druck und der höchsten Höhenlage G~* der ersten Gruppe k® Sie strömt dann durch diese Stufe abwärts und kondensiert die darin enthaltenen Dampfes Während dieses Kondensationsvorganges nimmt das Öl die latente Terdampfungswärme der zum Kondensieren gebrachten Dämpfe auf und erfährt dabei eine Erhöhung seiner Temperatur, Das in der Kondensatorstuf® erzeugte reine, flüssige Wasser fließt mit dem Öl zusammen durch das Fallrohr 4β abwärts zur nächsten Kondensatorstufe C,*« Diese Abwärtsbewegung von Flüssigkeit wird durch Schwerkraft herbeigeführt und das durch die Höhenlage« differenz zwischen den aufeinanderfolgenden Stufen. C„. undC___; erzeugte Druckgefälle treibt das Öl in den Kondensator der zweiten Stufe Ο»«» wo der Dampftouel höher ist. als im vorhergehenden Kondensator CL,

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Das dabei anfallende Öl und Kondensat fließt so abwärts durch die Kondensatorstufen der Gruppe A zur Kondensatorstufe CLg. Hier haben die !Flüssigkeiten ihre niedrigste Höhenlage und können kein Druckgefälle für die nachfolgenden Kondensatorstufen mehr liefern, die Dampf mit noch höheren Drücken erhalten.

Nach Verlassen der^Kondensatorstufe C^g werden die Flüssigkeiten von der Pumpe P₃₃ durch das * Steigrohr - 5Ou in die nächstfolgende Kondensatorstufe C₂₁- hochgepumpt. Da die Stufe CL₁- sich unmittelbar unter der Stufe CL. und am höchsten Punkt der zwei-

- 34

ten Gruppe "von Stufen befindet, kann die Kondensierflüssigkeit unter ihrem eigenen Gewicht abwärts durch die Kondensatorstufen der Gruppe B zur Kondensatorstufe C,„ fließen* Die Kondensierflüssigkeiten (kondensierenden Flüssigkeiten? Anm.d.Übs.) werden dann von der Pumpe P_c zur Kondensatorstufe C, g hochgepumpt und fließen dann abwärts in gleicher Weise nacheinander durch die Kondensatorstufen der Gruppen C, D, S und IV

Nach Verlassen der Kondensatorstufe mit dem höchsten Druck C

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kann das Kondensat, bei dem es sich um praktisch reines Wasser handelt, von der Kondensierflüssigkeit oder dem Öl getrennt werden und dann wird das Öl nach zusätzlichem Erwärmen und Mischen mit heißem Salzwasser aufs neue durch das System geschickt.

Die Kondensator-Anordnungen, die es ermöglichen, die vierund— dreißig Stufen in zwei Kolonnen geringer Höhe unterzubringen, sind aus den Betriebsbedingungs-BeZiehungen zu ersehen, wie sie in der folgenden Tabelle I und in Pig. 4 angegeben sind. In Tabelle I bedeuten?

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·■· Io ·*

T χ Temperatur der Kondensierflüssigkeit beim Bin. "·*" tritt in jede Stufe in G-rad Celsius (⁰G.);

P = Druck in jeder Kondensatorstufe in Metern Wassersäule ;

Δ p st Druckdifferenz zwischen aneinandergrenzenden Kondensatorstufen in Metern Wassersäule; und

AH =s zwischen aufeinanderfolgenden Kondensatorstufen erforderliehe, senkrecht gemessene Höhe unter Berücksichtigung der Druckdifferenz zwischen einzelnen Stufen (P), der Verwendung von Öl als Kondensiermedium (spez.Gew. 0,8) und der mittleren Druckverluste von Stufe zu Stufe (30 Zentimeter), angegeben in Metern.

IABElIE I

	KOEDBNSATOEMGRUPPE	P	A	0,63
KOKDMSATOR	T	0,90	Δρ
/ 34	43,5	1,17	0,27	0,70
33	48,5	1,49		0,77
32	53,4	1,87	0,32	0,88
31	58,2	2,33	0,38	0,97
30	63,0	2,87	0,46	i^ii;
2g	67,7	3,52-	0,54	• 1,24
28	72f4	4,2-7	O₉ 65	1,40
27	77,0	5,13	Q„75	■- 1.55·
26	81,5		0p8i
		- I₉OO

.-. 17 -

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	-17-	P	22,47	35,82	52,85	74,34	B	AP	2036 261
		6,13	25,62	39,65	57,91	80,37		1,13
		7,26	28,81	32,79	63,02	86,59		1,29
ZOWDEIiSATOR	KOUDBNSAiDORQBtPPJl	8,55		48,28	68,67	93,17 I I Il		1,46	ΔΗ
25		10,01	32,11	EOWDEITSATORGRUPPE	KONDBirSATOßaRUPPB				1,70
■ar; ^: "	86,0	. * ■	KOHDENSATORGfiüPPE	153,2	16.6,6			1,60	1,91
²^	90,4	11,61	139,0	. 156,7	169,8		■ W ■■
22	94,8		142,6	160,0	172,9		1,81
	99,1	13,42	146,2	163,4	176 !»»!!!!■■tllllllKlllll		_ *	2,30
; 21 '		15,46	149,8		2,04
	103,3	17,69		2,23	2,56
20		20,12		2,43
19	107,5			2,62	2,85
18	111,7	KOWDMSATOR&RDPPE			3,09
17	: 115,8	123,7	C	2,88	3,32
	119,8	127,6		* . 3,19	3,58
-		131,5
16			3,30	4,02
15	135,2		3,71	4,29
14
	D	3,83	4,42
13		4,14	4,94
		4,49
12		4,57	5,09
11			5,47
10	Ξ	5,06	5,91
9		5,01	6,07
		5,65
8		5,67	6,62
7			6,56
6	j?		7,36
*5 "■*		6,03	7,40
		6,22
4		6,58
J		7y64
^: 2		8,07;
1		8,54

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Aus dieser Tabelle ist zu ersehen, daß das gesamte Druokgefälle zwisohen der ersten und der vierunddreißigsten Eondensatorstufe 92,27 Meter Wassersäule beträgt» Nun wird in den meisten Fällen eine Kondensierflüssigkeit für das System verwendet werden, die leichter als Wasser ist, z.B. öl mit einem spezifischen Gewicht 0,8. Demgemäß beträgt dieses gesamte Druckgefälle 92,27/0,8 oder etwa 115 Meter. Um Druckgefällever-' luste durch Reibung in den Bohren und Kondensatoren äuszuglei- ^: chen, sind etwa im Mittel 30 Zentimeter pro Stufe oder insge^·"' samt 10 Meter zum System hinzuzufügen. Somit wird der Aus- " druck AH in tabelle I wie folgt berechnet ί

H = P/0,8 + 0,30

Außerdem kann man damit rechnen, daß jede Kc idensatorstufe selbst eine Höhe von zwei Metern einnimmt, sodaß der kumulative vertikale Platzbedarf des Systems ohne die hoheeinsparenden Merkmale dieser Erfindung etwa 193 Meter betragen würde.

. 4 zeigt, wie ein nach tabelle I arbeitendes Kondensatorsystem gemäß dieser Erfindung in der Höhe auf ein praktikables Maß herabgesetzt werden kann* Alle Kondensatorstufen sind gleich und man kann anhand der Kondensatorstufe C^ sehen, daß sie eine Außenkammer 63 und einen an die entsprechende Verdampferstufe (durch Leitung 30, Fig. IA) angeschlossenen Dampfeinlaß umfassen. Kondensierflüssigkeit tritt durch ein^ Fallrohr 66 von der nächsthöheren^ Stufe Gg her ein und die Konden- : aierflüssigkeit und das aufgefangene Kondensat treten aus dem Boden durch ein gleichartiges Fallrohr 66 äus_e Am Kondensierf lüseigkeits-Einlaß jeder Kqn&ensatorstiaf © ist ein Fallabsehei-

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der(well-type trap) 68 angeordnet, der mit dem ankommenden Fallrohr 66 so zusammenwirkt, daß ein« hydraulis one Dijjitung erreicht wird.

Wie Fig. 4-deutlich zeigt, tritt Kondensierflüssigkeit via die Pumpe P* in das System ein und wird durch das Steigrohr 5O^ zur Kondensatorstufe G,* hochgepumpt. Sie fließt dann durch die Stufen der Gruppe A abwärts und wird dann durch die Pumpe P-o im Steigrohr 50-g zum oberen Ende der Kondensatorstufen der Gruppe B hochgepumpt. Hinauf wird die Kondensierflüssigkeit gepumpt und fließt dann unter ihrem eigenen Gewicht nacheinander durch jede der Gruppen A, B, C, D, B und F, bis sie den Boden des Kondensators C^ erreicht. Dann fließt sie zusammen mit dem gesamten, so entstandenen Kondensat durch -die Auslaßleitune· 62 zu einer Einrichtung (nicht dargestellt) zum Trennen von Kondensat und Kondensierflüssigkeit.

Längs entgegengesetzter Seiten der Gruppen von Kondensatorstufen in Fig. 4 befinden sich schematische Darstellungen der Kondensator-Kolonnen 20 und 22. In diese Zeichnung sind die zwischen aneinandergrenz^nden Kondensatorstufen zum Aufrechterhalten des unter Berücksichtigung von Druckverlusten (30 Zentimeter -je Stufe) und dee spezifischen Gewichts der Kondensierflüssigkeit (0,8) ermittelten, richtigen Drucks in den Stufen erforderlichen räumlichen Abstände eingetragen. Außerdem ist · jeder Kondensatorstufe eine senkrecht gemessene Höhe von 2 Metern zugeordnet. Fig. 4 ist zv;ar nicht maßstabsgetreu, man erkennt aber, daß bei nahezu allen Kondensatorstufen der Grup- ^: ■.■■ ; " ■■■.■■■■:. , - 20 - : '.' ">"

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pen C, D, E und F - den Kondensatorstufen CL . „.»... «Ο, _c der zwischen aneinandergrenzenden Kondensatorstufen zum Aufrechterhalten des richtigen Drucks erforderliche vertikale Abstand (d.h. die Höhe des Öl-Druckgefälles (oil pressure/head displacement)) größer ist als die räumliche Höhe von drei Kondensator— stufen (d.h. größer als 6 Meter). Demzufolge erhält man durch Ineinanderschieben (interspersing) der vier Gruppen (C, D, B und F) von Kondensatorstufen, wie es in der Kolonne 20 g es ehe-*-, hen ist, eine wirksame, Druckgefälle-erzeugende Höhe zwischen aneinandergrenzenden Stufen-, die 6 Meter beträgt. Im Falle des erforderlichen größeren Abstandes zwischen den Kondensatorstufen C-, , Cg unfl C- kann man das mit Hilfe der Hohlräume oder Räume 37 erreichen. In denjenigen Fällen, in denen die vertikale Höhe infolge der Kondensatorhöhe größer ist als das zwischen aufeinanderfolgenden Stufen benötigte öl-Druckg<=falle, stellt sich der Flüssigkeitspegel im Fallrohr 66 automatisch auf die benötigte Höhe ein. ■

Bine ähnliche Anordnung sieht man in Kolonne 22 für die Gruppen A und B. Für diese Kondensatorstufen ist aber in den meisten Fällen die maximale Druckgefälle-Diff.erenz kleiner als die vertikale Ausdehnung einer Kondensatorstuf® - d„h# 2 Meter. Demgemäß lassen sich die beiden Gruppen in der Kolonne 22 unterbringen, wobei natürlich wo nötig - wi~ z₀B_e zwischen den Stufen Ο-ιγ» C,g und C,« - Hohlräume oder Räume 37 angeordnet werden.

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Fig. 5 zeigt eine Variante der Verdampferanordnung, die sogar die Unterbringung weiterer Verdampfer ermöglicht, sodaß die Anzahl der Verdampferkolonnen von den in Pig, IA und IB dargestellten fünf Kolonnen auf drei vermindert werden kann. Pig. Ib zeigt, daß bei den Kolonnen 12, 14, 16 und 18, die die Verdampferstufeh B₁. ......E₅. enthalten, ein beträchtlicher Teil an vertikaler Höhe an die Hohlräume oder Bäume 24 verlorengeht. Wie ob^n bereits erwähnt, wurden di»se Bäume dazu benötigt, die Verdampferstufen auf den richtigen Höhen zu halten, um die in Pig. 5 dargestellte "Hub"«Verteilung zu erhalten.

Bei der in Pig. 5 dargestallten Verdampfer-Anordnung sind für die Verdampferstufen E₁. ......B,. nur zwei Kolonnen 70 und vorgesehen

Kolonne IO für die ersten Stuf en E, .....B-' ist dieselbe wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel, in den Kolonnen 70 und 72 -jedoch sind die Verdampferstufen etwas anders angeordnet. Wie Pig. 5 zeigt, enthält Kolonne 70 in der Reihenfolge zunehmender Höhe die folgenden Verdampferstufen s E**» ^31* ^B29^?

^B27» ^B25» ^B23> ^B21» ^B19» ^B18 ^{und B}14* ^Kolonne ?² 'enthält in der Heihenfolge zunehmender Höhe die Verdampferstufen E,.,

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Es dürfte klar seln_r daß die tateäohlichen räumliohen Höhenlage-Beziehungen zwisohen den einzelnen Verdampferstufen in den Kolonnen 7Q und 72 nicht völlig der auf Pig. 3^: dargestell ten Anordnung entsprechen· So liegt z.B. in Pig. 3 die Verdampf eretufe B₁ g höher als die Stufe E^y während sioh in

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Fig. 5 B₁^ über E₁₆ befindet» Trotzdem ist es gemäß dieser Erfindung möglich, die Hübe zwischen einzelnen Verdampferstufen zu erhalten, die der Hubverteilung nach Fig. 3 völlig entsprechen.

Wie Fig. 5 zeigt, erreicht man das durch Anbringen einer Vex-- längerung 74 mit großem Durchmesser am Boden der Verdampfer-, stufen, um den Boden soweit nach unten zu verlegen, daß er sich in einer gewünschten Höhenlage-Beziehung zur folgenden Stufe befindet. .

Am unteren Ende der Verlängerung 74 befint et sich ein U-förmiges Verbindungsrohr 76 geringeren Durchmessers, das einen abwärts gerichteten Schenkel 76a und· einen aufwärts gerichteten Schenkel 76b umfaßt, um einen kontrollierten Hub vom unteren Snde der Verlängerung bis auf die Höhe der folgenden Verdampferstufe zu erhalten. Von den U-förmigen Verbindungsrohren 76 führen Kreuzungsrohre 78 zum Einlaß der nächstfolgenden Verdampferstufe.

Fig. 5 zeigt, daß man bei richtiger Verwendung und Dimensionierung der Verlängerungen 74 eine weit bessere Ausnützung der Kolonnen 70 und 72 erreichen kann, als dies bei der in den Figuren IA und IB dargestellten Anordnung möglich ist. Es werden bei der Anordnung von Fig. 5 nur einige wenige, relativ kleine Hohlräume oder Bäume zwischen den einzelnen Verdampferstufen benötigt.

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Heben der Einsparung an Gesamthöhe einer Schwerkraftdurchflußr Kondenaieranlage liefert diese Erfindung auch ein neuartiges B.auverfahren, das eine beträchtliche Senkung der Baukosten er—

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fflöglicht. Wie man anhand der Zeichnungen sehen kann, können sowohl di- Verdampfer- als auch die Kondensatorstufen in langgestreckte, praktisch ununterbrochene Rohre oder Kolonnen eingebaut werden. Längs dieser Kolonnen können für jede Stufe Öffnungen angebracht werden, sciaß deren Inneres auf der gesamten Länge zum Einbauen oder Auswechseln der die einzelnen Stufen voneinander trennenden Trennwände sowie von anderen Imienbestandteilen'jeder Stufe zugänglich ist· Zum Verschließen dieser Öffnungen können einfache Türen angebracht werden«

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Claims

Patentansprüche .

1. Kondensatoranlage aus mehreren, höhenversetzten Kammern, die in der Richtung abnehmender Höhe auf steigender Temperatur und steigendem Druck gehalten werden, verbunden mit Einrichtungen, um in die höchste Kammer eine Kühlflüssigkeit einzubringen, die unter.ihrem eigenen Gewicht abwärts nacheinander durch diese' Kammern fließt, während in jeder Kammer Dämpfe durch direkte Berührung mit der Kühlflüssigkeit kondensiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß a) diese Kammern in einer oder mehreren Kolonnen mit zunehmender Höhenlage zu einer oder mehreren Gruppen zusammengefaßt sind, und jede Gruppe mehr°re Kammern umfaßt, die in der Hiehtung geringer -werdender Höhenlage auf von Kammer zu Kammer steigender Temperatur und steigendem Druck gehalten werden, b) die Kammern einer Gruppe in gleichen Kolonnen und zwischen diesen angeordnet sind,, wie die einer oder mehrerer anderer Gruppen, c) die Kammern jeder höhenmäßig zwi— schengeschobenen Gruppe durch die Kammern anderer Gruppen umgehende Leitungen und durch eine Pumpe zwischen jeder der zwiechengeschobenen Gruppen miteinander verbunden Bind, die die Kühlflüsaigkeit und das Kondensat

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aus der untersten Kammer einer Gruppe zur obersten Kammer der folgenden Gruppe pumpen.

2. Kondensatoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der in zunehmender Höhenlage angeordneten Kolonnen ein senkrechtes Bohr ist, das durch Trennwände in die einzelnen Kammern unterteilt ist·»

3. Kondensatoranlage nach den Ansprüchen 1 oder 2 als Destillieranlage, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine * Verdampfungsanlage zum Verdampfen aufgegebener Flüssigkeit umfaßt, die ihrerseits aus mehreren höhenmäßig gegeneinander versetzt angeordneten Verdampferkammern besteht, durch die die aufgegebene Flüssigkeit fließt, und zwar in der Sichtung abnehmender Temperatur und abnehmenden Drucks in diesen Verdampfungskammern, in jeder Kammer ein Teil der aufgegebenen Flüssigkeit verdampft wird, und Leitungen, um di<vDämpfe aus jeder Verdampfungskammer in die jeweilige Kondensatorkammer ' zu leiten,

4· Destillieranlage nach Anspruoh 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Verdampfungskammern mit Bodenverlängerüngen versehen sind, die den Boden der Kammer soweit nach unten verlegen, daß er sich in der gewünschten Höhelage-Beziehung zur nachfolgenden Stufe befindet.

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