DE2149874B2 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von destilliertem wasser aus rohwasser, insbesondere meerwasser, durch mehrstufige entspannungsdestillation - Google Patents

Description

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als in der vorhergehenden Verdampfungsstufe, wobei die in dem Verdampfungsteil der letzten Verdampfungsstufe vorhandene, nicht verdampfte Flüssigkeit als Kondensationsmittel von der Verdampfungsstufe mit der niedrigsten Temperatur und dem niedrigsten Druck zu der Stufe mit der höchsten Temperatur und dem höchsten Druck durch die Kondensationsteile mehrerer Verdampfungsstufen geleitet und anschließend aus den Verdampfungsstufen herausgeführt und unter Beibehaltung eines Druckes, der über dem sich bei der maximalen Erhitzungstemperatur einstellenden Sättigungsdruck liegt, erhitzt und danach als zu destilierende Flüssigkeit wieder in die Verdampfungsstufe mit der höchsten Temperatur und dem höchsten Druck eingeführt wird.

Bei den bisher bekannten Entspannungsdestillations-Vorrichtungen (DT-OS 15 17 384 bzw. DT-OS 16 4^440), die insbesondere bei der Entsalzung von Seewasser von Nutzen sind, erfährt das unbearbeitete Seewasser die folgende Aufbereitung:

Zunächst werden die kesselsteinbildenden Bestandteile im Seewasser wenigstens teilweise durch chemi sche oder andere Mittel entfernt; danach wird das behandelte Seewasser durch Kondensatorrohre, die mit einer Reihe von Verdampfungsstufen in Verbindung stehen, ge'eiiet, wobei die Richtung des Durchflusses des zu destillierenden Materials in den Rohren von Stufen niedriger Temperatur zu Stufen höherer Temperatur verläuft. Im Anschluß hieran wird die zu destillierende Flüssigkeit weiter auf eine maximale Temperatur angewärmt, über ein Druckreduzierventil geleitet und dann in eine Verdampfungskammer der Verdampfungsstufe mit dem höchsten Druck und der höchsten Temperatur eingeführt. Danach durchläuft die zu destillierende Flüssigkeit Stufen von nach und nach niedrigerer Temperatur und niedrigerem Druck, in denen Teile des zu destillierenden Wassers nacheinander verdampft werden. Die entstandenen Dämpfe werden kondensiert und bilden das Destillaiionsprodukt.

Nach einem anderen aus der DT-OS 15 17 50b bekannten Verfahren wird das zugeführte, zu destillierende Seewasser nach Aufbereitung zur Entfernung der kesselsteinbildenden Bestandteile mit dem unverdampften konzentrierten Salzwasser in der Verdampfungsstufe mit der niedrigsten Temperatur und dem niedrigsten Druck ver dem Durchlauf durch die Kondensatorrohre gemischt. Die Umwälzung des aufbereiteten, zu destillierenden Seewassers und des unverdampften, konzentrierten Salzwassers erfolgt durch eine Umwälzpumpe, deren Energiebedarf einen Großteil des gesamten, externen Energiebedarfs für die ganze Vorrichtung ausmacht. Die Pumpe entnimmt das Salzwasser von der letzten Destillationsstufe, pumpt das Salzwasser durch die Kondensatorrohre und einen Erhitzer und anschließend zur ersten Stufe der Verdampfungskammer. Folglich muß die vorerwähnte Pumpe die Energie zur Überwindung der Reibungsver luste in den Rohren und Rohrleitungen sowie der hydraulischen Verluste durch Einlauf, Auslauf und Störmungsunterbrechungen in den Sammelleitungen, Verteilern u. dgl. und der Druckdifferenz zwischen dem Vakuumzustand in der letzten Verdampfungsstufe und dem Druck der ersten Verdampfungssiufe aufbringen. So muß ζ. B. in einer Anlage, die mit einer Temperatur von 33' C in der letzten Stufe und einer Austrittstemperatur aus dem Salz.wassererhitzer von 12(TC arbeitet. Ja Pumpe den Druck des Salzwassers von ca.

O05 kg/cro^{2 in} ^^er '^etzten Verdampfungsstufe auf einen Druck von mindestens 1,05 kg/cm² am Austritt aus dem Salzwassererhitzer erhöhen. Diese Druckerhöhung Stellt eine nicht wieder zu ersetzende Energie dar. Ferner ist es erforderlich, den Druck des Salzwassers im Erhitzer auf einem Wert zu halten, der hinlänglich über dem Sättigungsdruck bei der Tempei atur der Rohrwänj|_e J₆₅ Erhitzers liegt, um ein Kochen innerhalb der Rohrleitungen zu vermeiden. Ei wird als ein durchaus brauchbares und übliches Betriebsverfahren angesehen, den Salzwasserdruck im Erhitzer auf einem Wert z.u halten, der ausreicht, um die Siedetemperatur um mehrere Grad C über die maximale Wandtemperatur des Erhitzers zu erhöhen. Da das Salzwasser den erforderlichen Austrittsdruck durch die Pumpe erhält, ist dieser hinter der Pumpe in den Kondensleitungen, im Erhitzer und in der Auslrittsleitung des Erhitzers gegeben.

Es ist üblich, den Salzwasserdruck vor Eintritt des Salzwassers in die Verdampfungskammer der ersten Verdampfungsstufe zu reduzieren, und zwar über ein Ventil oder eine feste Blende zwischen dem Erhitzer und der ersten Stufe. Dieses Ventil oder diese Blende reduziert den Salzwasserdruck in der ersten Stufe auf den gewünschten Wert. Die dem Austrittsdruck des Salzwassers zuschreibbare potentielle Energie geht in den bekannten bisherigen Vorrichtungen und Verfahren unvermeidlich verloren.

Demzufolge ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Entspannungsdestillationsverfahren zu finden, welches es ermöglicht, die durch den Druck der zu destillierenden Flüssigkeit vorhandene Energie wenigstens teilweise zurückzugewinnen und in brauchbare Arbeit umzuwandeln.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß der Druck der zu destillierenden Flüssigkeit vor der Einführung dieser Flüssigkeit in die Verdampfungsstu fen vermindert und ihre Druckenergie in nutzbare kinetische Energie umgewandelt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Druck des zu destillierenden Materials über seinem Sättigungsdruck gehalten, der der maximalen Temperatur der Wand entspricht, mit dem das zu destillierende Material ^;n Berührung kommt.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Überdruck zwischen 0,211 kg/cm² (3 psi) und 0,703 kg/cm² (10 psi) liegt.

Die Vot richtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bestehend aus mehreren Verdampfungsstufen, wobei jeweils in der nachfolgenden Verdampfungsstufe die Temperatur und der Druck niedriger sind als in der vorhergehenden Verdampferstufe, aus mit einer jeden Stufe verbundenen Kondensationseinrichtungen, einer Pumpe zur Förderung der in der letzten Verdampferstufe vorhandenen, nicht verdampften Flüssigkeit durch die Kondensationseinrichtungen, einem Erhitzer zur Aufwärmung der zu destillierenden Flüssigkeit vor der Einführung in die Verdampferstufe mit der höchsten Temperatur und dem höchsten Druck ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Kreislauf der zu destillierenden Flüssigkeit nach dem Erhitzer und vor der Zuleitung der Flüssigkeit in die erste Verdampferstufe eine die Druckenergie de, Flüssigkeit ausnutzende Turbine angeschlossen ist.

Um den externen Energiebedarf der Vorrichtung zu <\< beschränken und dadurch einen wirtschaftlicheren Betrieb der Anlage zu erreichen, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Pumpe von der Turbine angetrieben.

Die Erfindung wird an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert:

Die mehrstufige Entspannungsdestillationsanlage ist mit 10 bezeichnet Die Vorrichtung 10 umfaßt eine Reihe von Verdampfungsstufen, deren Temperatur und Druck in der jeweils folgenden Stufe niedriger gehalten werden. Diese Verdampfungsstufen sind allgemein mit 12 und 14 bezeichnet Folglich hält man die Verdampfungskammer der ersten Verdampfungsstufe 16 unter einer höheren Temperatur und einem höheren Druck als die nächste Stufe 18 usw. Die letzte Verdampfungsstufe, die mit 20 bezeichnet ist, weist die niedrigste Temperatur und den niedrigsten Druck auf.

Die gezeigte Vorrichtung 10 wendet einen Salzwasser-Kreislauf an, wobei das Wasser in der letzten Verdampfungsstufe 20 mit frisch eingespeistem Salzwasser gemischt und zwecks Entfernung der kesselsteinbildenden Bestandteile behandelt wird. In der gezeigten Vorrichtung 10 wird nur ein Teil des zugeführten Seewassers als zu destillierendes Material verwendet und der Rest in das Meer abgelassen. Unter Verweisung auf die Zeichnung erfolgt die Seewasserzuführung durch eine Pumpe 24 über eine Leitung 22. Von der Pumpe 24 läuft das Seewasser durch geeignete Sammelleitungen oder Verteiler, die nicht gezeigt sind, in eine Reihe Kondensleitungen 26. die mit den Stufen niedriger Temperatur der Vorrichtung tO zusammenwirkend verbunden sind. Nach Durchlauf durch die Kondensleitungen 26 und die Leitung (32) wird das eingespeiste Seewasser unterteilt in einen Ablaufstrom, der durch eine Ableitung 28 läuft, und einen Aufbereitungsstrom, der durch eine Leitung 30 geführt wird.

Die relativen Durchflußgeschwindigkeiten in den Ableitungs- und Aufbereilungsströmen werden über ein geeignetes Ventil gesteuert. Das eingespeiste Wasser wird den üblichen chemischen und Entgasungsbehandiungen 34 und 36 unterzogen, um wenigstens zum Teil die kesselsteinbüdenden Bestandteile auszuschalten. wodurch die Kesselsteinbildung in der Vorrichtung 10 vermindert wird.

Der Aufbereitungsstrom tritt in die letzte Verdampfungsstufe 20 ein, in der er mit dem unverdampft bleibenden Salzwasser vermischt wird. Eine Umwälzpumpe 38 pumpt die Mischung aus der Verdampfungsstufe 20 und fördert sie in eine Umwälzleitung 40. Von der Umwälzleitung 40 läuft das zu destillierende Wasser in geeignete Sammelleitungen, Verteiler od. dgl., die mit einer Reihe Kondensleitungen 42 für die Stufen mit höherer Temperatur zusammenwirkend verbunden sind. Der Durchfluß des unverdampften, zu destillierenden Wassers in den Kondensleitungen 42 verläuft von den Stufen mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck zu den Stufen mit höherer Temperatur und höherem Druck.

Von den Kondensleitungen 42 tritt das zu destillierende Wasser in eine geeignete Leitung 44 ein und dann in den Erhitzer 46, in dem es auf die optimale Temperatur erhitzt wird.

Vom Erhitzer 46 läuft das zu destillierende Wasser in eine Erhitzer-Austrittsleitung 48 und dann in eine Turbine 50.

Von der Austrittseite der Turbine 50 wird das zu destillierende Wasser durch eine Rohrleitung 52 in die Verdampfungskammer der ersten Verdampfungsstufe 16 geleitet. Das zu destillierende Wasser wird dann in aufeinanderfolgenden Stufen verdampft bis auf einen

unverdampften Rest, der die letzte Verdampfungsstufe 20 erreicht. Dieser Teil des unverdampften Salzwassers kann von der Vorrichtung 10 durch eine Ableitung 54, die mit einer Pumpe 56 verbunden ist, geleitet werden.

Das destillierte Produkt wird über eine Leitung 60 mit Hilfe einer Pumpe 62 abgeführt.

Wie bereits erwähnt, hat die Umwälzpumpe 38 eine ausreichende Förderhöhe, so daß die zu destillierende Flüssigkeit im Erhitzer 46 und am Eintritt in die Abführleitung 48 aus dem Erhitzer einen Druck hat, der über dem Sättigungsdruck bei der maximalen, im Erhitzer 46 auftretenden Temperatur liegt. Dieser Druck wird in der Turbine 50 in nutzbare mechanische Energie umgewandelt. Die Turbinenwelle kann z. B.

zum Antrieb eines elektrischen Generators verwende werden, der wiederum dazu eingesetzt werden könnte die elektrische Energie, die für den Antrieb de Einspeisepumpe 24, der Umwälzpumpe 38, der Pump« 58 oder der Pumpe 62, die das Destillationsproduk fördert, erforderlich ist, zu reduzieren.

In einer theoretischen Mehrstufenverdampfungsanla ge von 24 Millionen Liter Flüssigkeit pro Tag, in der da; Salzwasser im Kreislauf von 250⁰F auf 100° F gebrach wird, ist am Turbineneinlauf bei einem Überdruck vor 0,211 kg/cm² eine Leistung von ca. 1650 PS verfügbar. Ir vielen Anlagen beträgt der Überdruck ca. 0,352 bi· 0,703 kg/cm², und in diesem Fall liegen die Leistunger der Turbinen noch höher.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche: 21

1. Verfahren zur Gewinnung von destilliertem Wasser aus Rohwasser, insbesondere Meerwasser, durch mehrstufige Entspannungsdestillation, bei dem jeweils in der nachfolgenden Verdampfungsstufe die Temperatur und der Druck niedriger sind als in der vorhergehenden Verdampfungsstufe, wobei die in dem Verdampfungsteil der letzten Verdampfungs- ι ο stufe vorhandene, nicht verdampfte Flüssigkeit als Kondensationsmittel von der Verdampfungsstufe mit der niedrigsten Temperatur und dem niedrigsten Druck zu der Stufe mit der höchsten Temperatur und dem höchsten Druck durch die Kondensationsteile mehrerer Verdampfungssuifen geleitet und anschließend aus den Verdampfungsstulen herausgeführt und unier Beibehaltung eines Druckes, der über dem sich bei der maximalen Erhiizungsiemperatur einstellenden Sättigungsdruck liegt, erhitzt und danach als /u destillierende Flüssigkeit wieder in die Verdampfungsstufe mil der höchsten Temperatur und dem höchsten Druck eingeführt wird, d a d u r c h g e k e η η / e i c h η e t. daß der Druck der zu destillierenden Flüssigkeit vor der Einführung 25, dieser Flüssigkeit in die Verdampfungsstufen vermindert wird und ihre Druekenergie in nutzbare kinetische F.nergie umgewandelt w ird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des /ti destillierenden Materials über seinem Sättigungsdruck gehalten wird, der der maximalen Temperatur der Wand entspricht, mit dem das zu destillierende Material in Berührung kommt.

3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekenn· \<, zeichnet, daß der Überdruck zwischen 0,211 kg/cm^: und 0,703 kg/cm-¹ liegt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch !.bestehend aus mehreren Verdampfungsstufen, wobei jeweils in der nachfolgenden ^o Verdampfungsstufe die Temperatur und der Druck niedriger sind als in der vorhergehenden Verdampfersuife. aus mit einer jeden Stufe verbundenen kondensationseinrichtungcn. einer Pumpe zur Förderung der in der letzten Verdampferstufe vornandenen, nicht verdampften Flüssigkeil durch die Kondensationseinrichtungcn. einem Erhitzer z.ur Aufwiirmung der zu destillierenden Flüssigkeit vor der Einführung in die Verdampferstufe mit der höchsten Temperatur und dem höchsten Druck, so dadurch gekennzeichnet, daß an den Kreislauf der zu destillierenden Flüssigkeit nach dem Erhitzer (46) und vor der Zuleitung (52) der Flüssigkeit in die erste Verdampferstufe (16) eine die Druckenergie der Flüssigkeit ausnutzend·· Turbine (50) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (50) die Pumpe (38)