DE2103288B2 - Mehrstufiges Destillationsverfahren zur Gewinnung von reinem Wasser aus Salzwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Destillationsverfahren zur Gewinnung von reinem Wasser aus Salzwasser gemäß dem Obei begriff des Anspruchs 1.

Bei Mehrstufigen Destillationsverfahren wird das Beschickungsgut, im allgemeinen Salzwasser, Brackwasser und dergleichen, durch eine Reihe hintereinander geschaheter Verdampfer in Aufeinanderfolge behandelt. Übliche Verdampfer sind sogenannte Fallfilmverdampfer, bei welchen das zu behandelnde Beschickungsgut in einem dünnen Film durch Gefällewirkung auf einer Wärmeübergangswand nach unten fließt Heißer Dampf wird der entgegengesetzten Seite der Wärmeübergangswand zugeführt, so daß eine Kondensation des Dampfes auf der einen Seite und eine Verdampfung des Beschickungsguts auf der anderen Seite geschieht Der auf der Kondensatseite der Wand kondensierte heiße Dampf überträgt Wärme auf den

ίο dünnen Flüssigkeitsfilm auf der Verdanvferseite, wodurch ein Teil des Beschickungsguts verdampft wird. Die angereicherte Flüssigkeit (Konzentrat) wird der Verdampferseite eines nächst folgenden Verdampfers zugeführt, während der heiße Dampf zur Kondensatsei te des nachfolgenden Verdampfers geleitet wird, wo er auf einer weiteren Wärmeübergangswand kondensiert, usw.

Bei einem aus der US-PS 33 03 106 bekannten mehrstufigen Destillationsverfahren wird mit zwei Reihen vertikal übereinander angeordneter Verdampfer gearbeitet Der auf der Verdampferseite eines oberen Verdampfers der einen Reihe erzeugte Wasserdampf wird auf die Kondensatseite des nächst unteren Verdampfers der anderen Reihe geleitet Ebenso wird das Kondenswasser des jeweils oberen Verdampfers der einen Reihe zur Kondensatseite des nächst unteren Verdampfers der anderen Reihe entspannt Weiteres Kondensat wird schließlich zum jeweils tiefer gelegenen Verdampfer entspannt das sich am Salzwasserzulauf niederschlägt der sich durch den Dampfraum auf der Verdampferseite der Verdampfer erstreckt

Das auf der Verdampferseite eines jeden Verdampfers erzeugte Konzentrat wird in den jeweils darunter angeordneten Verdampfer derselben Verdampferreihe geleitet Das Konzentrat bleibt also jeweils in derselben Verdampferreihe, während der auf der Verdampferseite erzeugte Wasserdampf sov/ie das auf der Kondensatseite der Verdampfer und am Salzwasserzulauf niedergeschlagene Kondenswasser unter ständigem Wechsel der Verdampferreihe zum jeweils tiefer gelegenen Verdampfer geleitet wird. Die Folge ist, daß einer sich langsam verringernden Konzentmtmenge (da sie nur eine Verdampferreihe durchwandert) eine stark wachsende (da in zwei Verdampferreihen erzeugte) Konden- satmenge gegenübersteht, die die in den Verdampfern in indirekten Wärmeaustausch gebracht wird. Aufgrund dieses sich stark verändernden Verhältnisses von Konzentrat und Kondensat können keine optimalen thermodynamischen Bedingungen in den Verdampfern

5n aufrechterhalten werden.

Nachteilig ist auch, daß, da das Konzentrat jeweils nur eine Verdampferreihe durchfließt, der Wirkungsgrad der Anlage nicht dem Bauaufwand entsprechend hoch ist Das den letzten Verdampfer verlassende Kondens wasser besitzt damit es das Salzwasser auf der Verdampferseite noch zum Verdampfen bringen kann, eine relativ hohe Temperatur, so daß es in einem weiteren Salzwasser-Vorerhitzer heruntergekühlt werden muß. In den einzelnen Verdampfern kann kein für einen hohen Wärmeübergang entsprechendes Temperaturgefälle aufrechterhalten werden. Der auf der Verdarnpferseite eines oberen Verdampfers der einen Reihe erzeugte Wasserdampf wird, bevor er auf die Kondensatseite des darunterliegenden Verdampfers derselben Reihe geleitet wird, um dort mit dem Konzentrat aus dem oberen Verdampfer in Wärmetausch gebracht zu werden, vorher noch auf der Kondensatseite eines zwischenliegenden Verdampfers

der anderen Reihe gekühlt Umgekehrt besitzt das Konzentrat, aus dem oberen Verdampfer bei Eintritt in den darunterliegenden Verdampfer noch eine relativ hohe Temperatur, da der Zwischenschritt über einen Verdampfer der anderen Reihe fehlt Auch der sich durch den Dampfraum der Verdampferseite der Verdampfer erstreckende Salzwasserzulauf senkt das in den Verdampfern zur Verfugung stehende Temperaturgefälle ab.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein mehrstufiges Destillationsverfahren zur Gewinnung von reinem Wasser aus Salzwasser zu schaffen, bei welchem da.·= Salzwasser mit besserem Wirkungsgrad als bei den bekannten Verfahren konzentriert wird.

Diese Aufgabe wird mit dem mehrstufigen Destillationsverfahren gelöst wie es durch den Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Verbesserung des Wirkungsgrades beim Eindikken von Salzwasser ist auf folgende Ursachen 2C zurückzuführen:

In den einzelnen Verdampfern wird ein optimales Temperaturgefälle zwischen Kondensatseite und Verdampferseite aufrechterhalten, indem einerseits der Wasserdampf aus der Verdampferseite eines vorderen Verdampfers direkt und ungekühlt zur Kondensatseite des nachfolgenden Verdampfers geleitet wird, und andererseits das Konzentrat durch erstes Entspannungsverdampfen in einem Vorerhitzer und zweites Entspannungsverdampfen im nachfolgenden Verdamp- jo fer gekühlt wird. Im Vorerhitzer wird durch die Entspannungsverdampfung gleichzeitig die Beschikkungsflüssigkeit aufgeheizt, wodurch sich Kondenswasser niederschlägt das mit dem Kondenswasser der Kondensatseite des vorderen Verdampfers zusammengeführt und abgeleitet wird. Aufgrund der Ableitung des Kondenswasser? und der sich von Verdampferstufe zu Verdampferstufe verringernden Konzentratmenge ändert sich das Verhältnis von Heizdampf und Konzentrat in den einzelnen Verdampfern nicht in so eklatenter Weise wie ^m Falle der US-PS 33 03 106, so daß verbesserte Wärmeübertragungsbedingungen aufrechterhalten werden können. Das abgeleitete Kondenswasser heizt das Beschickungs-Salzwasser auf, während es sich selbst abkühlt, so daß das Kondenswasser = Produktwasser am Verfahrensende nicht wie im Fall der US-PS in wesentlich erhöhter Temperatur anfällt

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. IA und IB zusammengenommen eine schematische Darstellung einer mehrstufigen Verdampfungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen mehrstufigen Destillationsverfahrens.

Die in der Zeichnung dargestellte mehrstufige Verdampfungsanlage weist eine Anzahl von Verdampfern 10, 11 und 12 auf, welche zusammen die Verdampfereinheit 13 bilden. Die Verdampfereinheit 13 kann anstelle der drei dargestellten Verdampfer 10 bis 12 auch eine andere, dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßte Anzahl von Verdampfern umfassen.

Das zu destillierende Salzwasser wird in die Anlage durch eine Zulaufleitung 14 über den Vorerhitzer 80 mit mehreren Vorerhitzungsstufen 15, 16, 17, 18, 19 und 20 eingeleitet, in welchen das Salzwasser vor dem Einleiten μ in den vordersten Verdampfer 10 aufgeheizt wird. Wie sich aus dem Nachfolgenden näher ergibt, sind die Stufen 15 und 17 Mehrkarnmerstufen, die zur Beheizung des Salzwassers einerseits durch das Konzentrat und andererseits durch das Kondensat aus den Verdampfern dienen, und die Stufe 19 weist mehr als eine Kammer zur Beheizung des Salzwassers durch das heiße Kondensat aus dem Verdampfer 10 auf. Die Stufen 15 bis 20 können gemeinsam in einem Gehäuse untergebracht sein, das den Vorerhitzer SO bildet Das Beschickungs-Salzwasser tritt nach Durchlauf durch den Vorerhitzer 80 durch eine Leitung 21 in den oberen Bereich 22 des Verdampfers 10 ein. Das System ist so ausgelegt daß der Druck im Bereich 22 niedriger als der in der Stufe 20 des Vorerhitzers ist so daß, wenn das Salzwasser in den Bereich 22 des Verdampfers 10 gelangt es sich entspannt und ein Teil des Salzwassers spontan verdampft wodurch das restliche Salzwasser auf die dem Druck im Bereich 22 zugeordnete Sättigungstemperatur gekühlt wird.

Heißer Wasserdampf wird durch eine Leitung Z3 in den Bereich 24 des Verdampfers 10 eingeleitet Der Bereich 24 enthält ein Rohrbündel 70 mit Wärmeübergangsflächen. Das Salzwasser vom Bereich 22 fließt in den Rohren 70 nach unten und bik«.* im Bereich 24 einen dünnen Film an der Innenfläche jedts Rohre.

Wasserdampf kondensiert an der Außenfläche jedes Rohres, so daß er seine Wärme auf den dünnen Flüssigkeitsfilm in den Rohren überträgt um ein Teil des Salzwassers in den Rohren zu verdampfen. Der kondensierte Wasserdampf, der sich an den Außenflächen der Rohre im Bereich 24 niedergeschlagen hat wird durch eine Leitung 25 der Vorerhitzerstufe 19 für die nachstehend näher beschriebenen Zwecke zugeführt Das Konzentrat und der Dampf, die sich innerhalb der Rohre bilden, treten durch die Rohre hindurch in den Bereich 26 unterhalb der Rohre ein. Der Dampf wird über eine Leitung 27 dem nachfolgenden Verdampfer 11 zugeführt während das Konzentrat über eine Leitung 28 der Vorerhitzerstufe 17 für die nachstehend näher beschriebenen Zwecke zugeführt wird.

Derjenige Teil des Wasserdampfes, der nicht im Bereich 24 des Verdampfers 10 kondensiert, wird über eine Leitung 29 zu der Vorerhitzerstufe 20 weggeführt, in welcher er das von der Vorerhitzerstufe 19 kommende Salzwasser auf seine Endtemperatur aufheizt. Der kondensierte Wasserdampf aus der Vorerhitzerstufe 20 wird dann mit dem kondensierten Dampf (Kondensat) aus dem Bereich 24, der über die Leitung 25 abgeleitet wird, in die Kammer 30 der Stufe 19 entspannt bzw. spontan verdampft Der Druck innerhalb der Vorerhitzerstufe 20 ist annähernd der gleiche wie der Druck im Bereich 24 des Verdampfers 10 und höher als der Druck in der Kammer 30 der Vorerhitzerstufe 19. Das Kondensat wird daher bei seinem Eintritt in die Kammer 30 der Stufe 19 entspannt, so daß ein Teil des Kondensats spontan verdampft, wodurch das restliche Kondensat auf die dem niedrigeren Druck in der Kammer 30 zugeordnete Sättigungstemperatur gekühlt wird. Das verdampfte Kondensat in der Kammer 30 überträgt latente Wärme auf das durch sie bindurchtretende Beschickungs-Salzwasser. Das Kondensat in der Kammer 30 entspannt sich in eine weitere Kammer 31, in welcher ein niedrigerer Druck als in der Kammer 30 he-rscht, so daß ein Teil des Kondensats spontan verdampft, während das restliche Kondensat abgekühlt wird. Das verdampfte Kondensat übertngt wiederum latente Wärme auf das Beschickungs-Salzwasser, wodurch der Dampf kondensiert wird. Das Kondensat wird zur Vorerhitzer-

stufe 18 weitergeleitet.

Das Kondensat der Kammer 31 wird der Kammer 45 der Vorerhitzerstufe 18 zugeführt. Die Kammer 45 hat annähernd den gleichen Druck und die gleiche Temperatur wie der Bereich 37 des zweiten Verdampfers 11. Infolge des überhitzten Zustandes des in die Kammer 25 eintretenden Kondensats wird ein Teil des Kondensats spontan verdampft, so daß sich Dampf bildet, der sich mit dem Dampf aus dem Bereich 37 des Verdampfers 11 vereinigt und der Kammer 46 der Vorerhitzerstufe 18 zugeführt wird. In der Kammer 46 beheizen der heiße Dampf aus dem Bereich 37 des Verdampfers 11 und der heiße Dampf aus der Kammer 45 der Vorerhitzerstufe 18 das hindurchtretende Beschickungs-Salzwasser durch Kondensation an der ι; Außenfläche geeigneter Wärmeübergangswände·. Das so erhaltene Kondensat vereinigt sich mit dem aus der Kammer 45 fließenden Kondensat und wird der

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Das aus dem Bereich 37 über eine Leitung 47 abgeführte heiße Kondensat wird mit dem Kondensat aus den Kammern 45 und 46 vereinigt und erfährt eine spontane Verdampfung in den mehreren Entspannungskammern 48 und 49 der Vorerhitzerstufe 17. Das Konzentrat bzw. die angereicherte Flüssigkeit aus dem r> Bereich des Verdampfers 10 wird über die Leitung 28 in die Kammer 32 der Vorerhitzungsstufe 17 entspannt, so daß ein Teil des Konzentrats verdampft, wobei der Dampf Wärme auf das Beschickungs-Salzwasser in der Vorerhitzerstufe überträgt. Das angereicherte restliche in Konzentrat kühlt auf die dem niedrigeren Druck in der Kammer 32 zugeordnete Sättigungstemperatur ab und entspannt sich dann in die zweite Kammer 33 der Stufe 17. um auch hier das Beschickungs-Salzwasser zu beheizen. Das angereicherte restliche Konzentrat wird v, sodann durch eine Pumpe 34 über eine Leitung 35 in den oberen Teil 36 des Verdampfers 11 gefördert. Der durch Entspannung in den Kammern 32 und 33 gebildete Dampf kondensiert auf Wärmeübergangsflächen, um Wärme auf das Beschickungs-Salzwasser zu übertragen, w Das Kondensat aus diesen Dämpfen wird in Becken gesammelt, die den Kammern 48 und 49 zugeordnet sind, um mit dem Kondensat aus den vorhergehenden Stufen weggeführt zu werden. Auf diese Weise nimmt die Menge des Konzentrats mit jeder nachfolgenden 4> Vorerhitzerstufe ab, während die Menge des Kondensats zunimmt.

Der Druck im Bereich 36 des Verdampfers 11 ist niedriger als derjenige in der Kammer 33 der Vorerhitzerstufe 17, so daß, wenn das Salzwasser-Kon- >o zentrat in den Bereich sich eintritt, eine Entspannung erfolgt, was eine spontane Verdampfung eines Teils des Konzentrats und eine Abkühlung des weiter angerei Beschickungs-Salzwasser restlichen Konzentrats auf die dem Druck zugeordnete Sättigungstemperatur zur Folge hat Der heiße Dampf aus dem Bereich 26 des Verdampfers 10 tritt in den Bereich 37 des Verdampfers 11 über die Leitung 27 ein.

Eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen dem heißen Dampf aus dem Bereich 26 des Verdampfers 10 und dem Konzentrat im Bereich 36 des Verdampfers 11 ist sichergestellt da die spontane Verdampfung eines Teils des Konzentrats bei seinem Eintritt in den Bereich 36 eine Kühlung des Restkonzentrats bewirkt das seinerseits in Form eines dünnen Films im Bereich 37 im Inneren der Verdampfungsrohre 7i nach unten fließt Ein Teil des innerhalb der Rohre hinabfließenden Konzentrats wird verdampft welche Dämpfe durch den Bereich 38 hindurchtreten und in eine Leitung 39 für die Zufuhr zu einem Bereich 40 des nachfolgenden Verdampfers 12 eintreten. Das angereicherte Konzentrat wird über eine Leitung 41 abgeleitet und über mehrere Kammern 42 und 43 der Voiorhitzerstufe 15 entspannt, um das Beschickungs-Salzwasser in der vorangehend beschriebenen Weise aufzuheizen, Ferner vereinigt sich der aus dem FWeich 37 über eine Leitung 44 abgeführte Dampf mit dem Dampf der durch die Kondensatorspannung: in der Vorerhitzerstufe 18 erhalten wird, um das Beschickungs-Salzwasser aufzuheizen, wie vorangehend beschrieben.

Die Vorerhitzershife 16 nimmt überhitztes Kondensat aus der Kammer 49 der Vorerhitzerslufe 17 auf und bewirkt in ähnlicher Weise wie in der Vorerhitzerstufe 18 eine Aufheizung des Beschickungs-Salzwassers während das restliche Kondensat aufeinanderfolgend zn Kammern 59 und 60 der Vorerhitzerstufe 15 zur

wird. Die Arbeitsweise der Vorerhitzerstufe 15 isi derjenigen der Vorerhitzerstufe 17 gleich.

Das Konzentrat aus dem Bereich 43 der Vorerhitzerstufe 15 wird durch eine Pumpe 50 und eine Leitung 51 in den oberen Bereich 52 des Verdampfers 12 gefördcri und dort entspannt, da im Bereich 52 ein niedrigerer Druck herrscht als in der Kammer 43 der Stufe 15. Beim Entspannen des Konzentrats verdampft ein Teil de? Konrentrats, während das angereicherte Restkonzentrat abkühlt, wie vorangehend beschrieben. Das gekühlte Konzentrat fließt an der Innenfläche der Rohre 72 nach unten und bildet einen dünnen Film an den Rohren, so daß die heißen Dämpfe aus dem Bereich 38 des Verdampfers 11, die auf die Außenflächen der Rohre 72 im Bereich 40 auftreffen und an diesen Rohren kondensieren, einen Teil des Konzentratfilmr, verdampfen.

Der Dampf in den Rohren wird durch eine Leitung 53 als Abdampf weitergeleitet, während das Salzwasser-Konzentrat durch eine Leitung 54 abgeführt wird, wie vorangehend beschrieben. Überschüssiger Heizdampl wird über eine Leitung 55 abgeleitet und der Vorerhitzerstufe 16 zugeführt, in welcher er in der Kammer 56 wirksam wird, um das Beschickungs-Salzwasser zu beheizen. Das dabei gebildete Kondensat wird mit dem durch eine Leitung 58 aus dem Bereich 40 des Vorerhitzers 12 abgeleiteten Kondensat in die Kammern 59 und GO der Vorerhitzerstufe 15 entspannt um das Beschickungs-Salzwasser zu beheizen, wie vorangehend beschrieben. Das Kondensat wird über eine Leitung 61 abgeleitet.

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, ei .ß da; Salzwasser-Konzentrat aus einem Verdampfer durch mehrere Kammern hindurch entspannt wird, um da; Beschickungs-Salzwasser aufzuheizen, wonach das an gereicherte Salzwasser-Konzentrat in dem nachfolgenden Verdampfer weiter entspannt wird, um dadurch dai verbleibende Konzentrat zu kühlen und so eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen dem Kon zentrat und dem heißen Heizdampf aus dem vorange henden Verdampfer herbeizuführen.

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß der Drud der verschiedenen Bereiche jedes Verdampfers und dei Kammern der Vorerhitzerslufen wie folgt sein soll (di< Indizes entsprechen den Bezeichnungen der Verdamp ferbereiche bzw. de r Vorerhitzerkammern):

P₂₆ = P₃₇ = P₄₅ = P₄₆ > P₄₈ > P₄₉ > P57 und
Px > P32 > P33 > Px > Px

Diese Drücke und die zugeordneten Temperaturen können durch geeignete Regelung des Drucks des Einlaß-Wasserdampfes in der Leitung 23, des Beschikkungs-Salzwassers in der Leitung 14 sowie des Auslaß-Wasserdampfs, -konzentrats und -kondensats in den Leitungen 53,54 bzw. 61 aufrechterhalten werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Mehrstufiges Destillationsverfahren zur Gewinnung von reinem Wasser aus Salzwasser, das nach Durchleiten durch einen Vorerhitier in einem ersten Verdampfer mit Wasserdampf in indirekten Wärmeaustausch gebracht wird, wodurch auf einer Kondensatseite Kondenswasser und auf einer Verdampferseite Wasserdampf und Konzentrat erzeugt wird, welcher Dampf zur Kondensatseite und welches Konzentrat zur Verdampferseite eines nachfolgenden Verdampfers geleitet wird, und welche den Vorerhitzer speisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat eines in Strömungsrichtung vorderen Verdampfers (10, 11) in eine Entspannungskammer (32, 33; 42, 43) eines als Vorerhitzer dienenden Entspannungsverdampfers (17,15) geleitet wird, in der ein Druck zwischen dem Druck der Verdampferseite (26, 38) des vorderen Verdampfers (10,11) und dem Druck der Verdampferseite @>S. 52) des folgenden Verdampfers (11, 12) aufrechterhalten wird, um durch Entspannen des Konzentrats Wasserdampf und weiter angereichertes Konzentrat zu erzeugen, welcher Wasserdampf durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Salzwasserzulauf (14) kondensiert und mit dem Kondenswasser der Kondensatseite $4, 37) des vorderen Verdampfers (10,11) zusammengeführt und abgeleitet wird, und welches weiter angereicherte Konzentrat der Verdampferseite (36, 52) des folgenden Verdampfers zugeführt wird.

2. Mehrstufiges Destillationsverfahren nach Anspruch 1, bei dei-i der Salzwasserzulauf im Vorerhitzer mit dem Kondenswasser aus der Kondensatseite der Verdau, jfer in indirekten Wärmeaustausch gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondenswasser in eine Entspannungskammer (30,31) eines als Vorerhitzer dienenden Entspannungsverdampfers (19) sowie in eine Entspannungskammer (48, 49; 59, 60) des als Vorerhitzer dienenden Entspannungsverdampfers (17,15) geleitet wird, um Wasserdampf zu erzeugen, der durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Salzwasserzulauf (14) kondensiert und wieder mit dem Kondenswasser zusammengeführt wird.

3. Mehrstufiges Destillationsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat durch jeweils mehr als eine Entspannungskammer (30, 31; 48, 49; 59, 60) und das Konzentrat durch jeweils mehr als eine Entspannungskammer (32, 33; 42, 43) geleitet wird, wobei der Druqk in der jeweils letzten Kammer kleiner als in der jeweils ersten Kammer, jedoch größer als der Druck der Verdampferseite des folgenden Verdampfers (11,12) ist.