DE2223081A1

DE2223081A1 - Mehrstufenverdampfungsverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens.4

Info

Publication number: DE2223081A1
Application number: DE19722223081
Authority: DE
Inventors: Masaharu Takada
Original assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Current assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Priority date: 1971-05-14
Filing date: 1972-05-12
Publication date: 1974-10-03
Also published as: DE2223081C3; GB1377577A; US3824155A; NL174538C; DE2223081B2; NL7206496A; JPS5119425B1; NL174538B; BE783370A; FR2137864A1; FR2137864B1; IT957864B

Description

DIPL.-ING. HARROGRALFS PATENTANWALT

33 BRAUNSCHWEIG

AM BORGERPARK. 8 TELEFON (0531)74798

9. Mai 1972

S 1020 - Al/Lie

Sasakura Engineering Go. Limited Osaka (Japan)

102, NiSM 4~chome, Mitejima, Eishiyodo gawa-ku

Mehrstufenverdampfungsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Es ist allgemein üblich, daß "bei Mehrstufenverdampfungsverfahren eine Vorrichtung verwendet wird, bei der alle Stufen in horizontaler Eichtung angeordnet sind. Das hat aber insofern Nachteile, daß für den Einbau der Vorrichtung ein großer Bedarf an Bodenfläche erforderlich ist, und daß jede Stufe mit Einrichtungen wie einer Pumpe, einem Regler für den Flüssigkeitsspiegel usw. versehen werden muß. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es denkbar, ein sogenanntes vertikales Mehrstufenverdampfungsverfahren anzuwenden, bei dem die Stufen übereinander angeordnet sind. Ein solches Verfahren besitzt ebenfalls Nachteile, und zwar wird die Vorrichtung sehr hoch, wodurch die Konstruktion entsprechend höhere Kosten verursacht und wegen der größeren Pumpenförderhöhe eine größere Leistung erforderlich ist.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden. Mit Hilfe des Verdampfungsverfahrens gemäß der Erfindung kann eine wirtschaftliche Kombination der Bodenfläche für den Einbau und der Höhe der Vorrichtung erhalten werden sowie gleichfalls eine sehr wirksame Verdampfereinrichtung, die weniger Ausrüstungsteile wie Pumpen und eine geringere Pumpenförderhöhe benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Stufenverdampf ersysteme, die eine Mehrzahl von übereinander liegenden Verdampferstufen aufweisen, nebeneinander angeordnet werden, daß Dampf, der in jeder Stufe erzeugt wird, in horizontale Wärmeübertragerrohre einer Stufe mit geringerem Druck und geringerer Temperatur, die zu einem anderen Stufenverdampfersystem gehört, geleitet wird, und daß der Dampf durch Wärmeübertragung an von oben zufließende Lösung und Verdampfen dieser Lösung kondensiert.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung im einzelnen erläutert und ist in einem Ausführungsbeispiel in der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die im einzelnen erläuterte und dargestellte Ausführungsform beschränkt.

Fig. 1 zeigt in einer Schemazeichnung die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 bis 4· lassen die Hauptteile einer Aus führungs form der Erfindung im einzelnen erkennen.

Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie I-I der Fig. 3 und der Fig. 4 durch eine zweireihige Stufe, wobei ein Vorwärmer weggelassen worden ist.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt nach der Linie II-II der Fig.

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Fig. 4- zeigt einen Längsschnitt nach der Linie III-III der Fig. 2.

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

In der Zeichnung wird mit dem Bezugs zeichen 1 ein Gehäuse bezeichnet. In diesem Gehäuse ist ein Stufenverdampfersystem 2 in der Weise eingebaut, daß ein linkes System A und ein rechtes System B nebeneinander in zwei Reihen angeordnet sind.

Jedes Stufenverdampfersystem weist eine Mehrzahl von Stufen 4 auf, die übereinander liegen und jeweils durch eine im wesentlichen horizontale Trennwand 3 getrennt sind. Druck und Temperatur in jeder Stufe werden in beiden Systemen bei fortschreitend geringeren Werten von den oberen zu den unteren Stufen in der Weise gewählt, daß die oberste Stufe 4-1 des Stuf enverdampfersyst ems A unter dem höchsten Druck und der höchsten Temperatur gehalten wird, gefolgt von der obersten Stufe 4—2 des Verdampfersystems B, der zweiten Stufe 4—3 des Systems A usw.

Jede Stufe 4 ist mit Wärmeübertragerrohren 5 versehen, die bei dieser Ausführungsform horizontal angeordnet sind. Um zu erreichen, daß die zu verdampfende Lösung gleichförmig und regelmäßig nach unten auf die Außenflächen der Wärmeübertragerrohre 5 strömt, sind in den oben erwähnten Trennwänden 3 zahlreiche düsenförmige öffnungen 6 vorgesehen. Diese düsenförmigen Öffnungen können auch durch irgendwelche geeigneten Sprüheinrichtungen ersetzt werden. Jede Stufe 4-ist mit einem Dampfdurchlaß 7 versehen,üher den die eine Stufe mit einer weiteren Stufe in einer solchen Weise verbunden ist, daß der Dampf, der in der einen Stufe erzeugt wird, in die Wärmeübertragerrohre der nächsten Stufe überführt wird, die unter einem geringeren Druck gehalten wird und zu dem anderen Stufenverdampfersystem gehört. Wie in den

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S¹Ig. 2 und 3 dargestellt, kann der Dampfdurchlaß 7 entlang der Längsrichtung der horizontalen Wärmeubertragerrohre 5 angeordnet sein. Mit dem Bezugszeichen 8 wird ein Heizdampfrohrsystem "bezeichnet. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet Dunst-Abscheider, die an Stellen zwischen zwei Stufen angeordnet sind, wobei immer eine Stufe zum Stüfenverdampfersystem A und die andere zum System B gehört. Mit 10 sind Vorwärmer angedeutet während 11 einen Kondensator bezeichnet, der im unteren Teil des Gehäuses 1 angeordnet ist. Weiterhin weist die Einrichtung noch eine Pumpe 12 für destilliertes Wasser und eine Pumpe 15 auf, mit der die zu verdampfende Lösung umgepumpt wird. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet Wasserbehälter für destilliertes Wasser, die mit dem Inneren der Wärmeübertragerrohre 5 in Verbindung stehen, und die in ihrem Boden mit kleinen Löchern 15 versehen sind. Schließlich wird mit 27 noch eine Vakuumeinrichtung bezeichnet.

Es soll jetzt die Wirkungsweise der oben beschriebenen Mehrstufenverdampfungseinrichtung beschrieben werden.

Seewasser wird durch eine Rohrleitung 16 eingeführt, strömt durch den Kondensator 11, kühlt und kondensiert den Dampf, der in der letzten Stufe erzeugt wurde, und tritt dann durch ein Auslaßrohr 17 aus. Das Auslaßrohr 17 ist mit einer Zweigleitung 18 versehen, durch das ein Teil des austretenden Seewassers als Speisewasser über eine Rohrleitung 19 in einen Lösungsbehälter 20 der letzten Stufe bei dem geringsten Druck und der geringsten Temperatur eingeleitet wird, und sich mit der Lösung mischt. Die Lösung, die mit dem Seewasser gemischt wurde, wird aus dem Behälter 20 mit einer Umlaufpumpe 13 weitergefördert, wobei ein Teil über eine Rohrleitung 21 zu den Vorwärmern 10 gefördert und der Rest durch ein Auslaßrohr 22 abgeleitet wird. Falls erforderlich, kann die Injektion eines Verkrustungsinhibitors, eine Entlüftung

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oder anderes -vorgenommen werden, wie es bei den üblichen Seewasser-Verdampfungsverfahren der Pail ist. Es ist weiterhin möglich, auch nur frisches Seewasser als Umlauflösung durch die Vorwärmer zu schicken, ozne es mit konzentrierter Lösung zu mischen.

Die umlaufende lösung wird vorgewärmt, während sie die Vorwärmer durchströmt. Anschließend wird die aufgeteilt, und zwar einmal durch eine Rohrleitung 23 zum linken Stufenverdampf ersys tem A hin.

wahrend die Lösung, dann als feinverteilter Strom nach untren auf die Außenflächen der warmeübertragerrohre 5-1 der ersten Stufe 4-1 auftrifft, in der der höchste Druck und die höchste Temperatur herrschen, wobei die Lösung einen Film auf der Außenfläche der Rohre bildet, kondensiert in den Rohren Heizdampf, der in die warmeübertragerrohre 5-1 durch die Heizdampfleitungen 8 eingeleitet wird. Die Lösung, die sich auf einer Trennwand 3-1 sammelt, tritt durch die düsenförmigen Öffnungen 6 hindurch und strömt fortschreitend durch das Stufenverdampfersystem A nach unten.

Die Lösung, die bei der Aufteilung nach dem Durchtritt durch die Vorwärmer zur anderen Seite geleitet wurde, erreicht das rechtsliegende Stufenverdampfersystem B über eine Zweigleitung 24 und bildet einen Film auf den Außenflächen der warmeübertragerrohre 5-2 der Stufe 4-2, in der Druck und Temperatur geringer als in der Stufe 4-1 des Systems A sind. Der Dampf, der in der Stufe 4-1 des Systems A erzeugt wird, wird in die warmeübertragerrohre 5-2 der Stufe 4-2 über einen Dunst-Abscheider 9-1 und einen Dampfdurchlaß 7-1 eingeführt und erhitzt und verdampft die Lösung. Der Dampf selbst kondensiert in den Rohren. Unverdampfte Lösung, die sich auf der Trennwand 3-2 angesammelt hat, tritt durch die düsenförmigen Öffnungen 6 hindurch und strömt dann fortschreitend durch das Stufenverdampfungssystem B nach unten.

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Der Dampf, der in der Stufe 4-2 erzeugt wird, wird in die Wärmeübertragerrohre 5-3 der Stufe 4—3, die zum System A gehört, über den Dunst-Abscheider 9-2 und den Dampfdurchlaß 7-2 geleitet und verdampft die Lösung, die auf der Außenfläche der Rohre vorhanden ist, wobei der Dampf selbst kondensiert. Anschließend wird der Dampf, der in jeder Stufe jedes Systems erzeugt wird, in die Wänneübertragerrohre einer Stufe axt geringerem Druck und geringerer Temperatur, die zum anderen System gehört, eingeleitet. Der Vorgang wird in dieser Weise bis zur letzten oder untersten .Stufe fortgesetzt.

Das destillierte Wasser, das sich in dem Behälter 14-1 der Stufe 4-1 angesammelt hat, die zum System A gehört, wird durch kleine Löcher 15 in den Behälter 14-3 für destilliertes Wasser gesprüht, der unmittelbar darunter liegt, wobei der durch Entspannung entstehende Dampf mit dem oben erwähnten Dampf vereinigt wird, der in der Stufe 4-2 des Systems B erzeugt worden ist und durch den Dampfdurchlaß 7-2 in die Wärmeübertragerrohre 5-3 gelangte, wo er als Teil des Heizmediums für die Lösung ausgenutzt wird, dann kondensiert und sich im Behälter 14-3 für destilliertes Wasser sammelt.

In gleicher Weise sammelt sich das destillierte Wasser, das in den Wärmeübertragerrohren 5-2 der Stufe 4-2, die zum System B gehört, kondensiert, in dem Behälter 14-2 für destilliertes Wasser, wird in die darunterliegende Stufe durch kleine Löcher versprüht, vereinigt sich mit dem Dampf, der von der Stufe 4-3 des Systems A kommt, tritt in die Wärmeübertragerrohre 5-4 ein und heizt und verdampft dann wieder die Lösung, worauf der Dampf wieder kondensiert.

Das destillierte Wasser fließt hier also immer zu der unmittelbar darunter liegenden Stufe bei den entsprechenden

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Systemen A und B, oder mit anderen Worten, es fließt nach unten jeweils unter Umgehung einer Stufe hinsichtlich Brück und Temperatur; jedoch ist es auch möglich, den warmerüekgewinn noch weiter dadurch zu verbessern, daß das destillierte Wasser die Stufen mit fortschreitend geringerem Druck und geringerer Temperatur durchströmt, und zwar in beiden Systemen.

Auf diese Weise wird das destillierte Wasser durch Entspannung wiederholt verdampft und kondensiert und wird schließlich in die Kammer 25 der untersten Stufe versprüht. Der durch Entspannung sich bildende Dampf in dieser Kammer wird mit dem Dampf vereinigt, der aus der Lösung in der letzten Stufe ' entstanden ist, und kondensiert dann im Kondensator 11, der mit dem oben erwähnten Speisewasser versorgt wird. Das sich ergebende Kondensat sammelt sich in der Kammer 25 und wird durch eine Pumpe 12 für das destillierte Wasser über eine Rohrleitung 26 abgezogen.

Die Arbeitsweise der Erfindung wird an einer Ausführungsform erläutert, die ein zweireihiges Stufenverdampfersystem auf-2eist. Jedoch ist die Anordnung der Wärmeübertragerrohre, der Dunst-Abscheider und der Dampf durchlas se in einer Ebene oder Höhenlage nicht auf die in Fig. 2 dargestellte Anordnung beschränkt, sondern läßt sich in verschiedenartiger Weise abwandeln. Eine solche Flexibilität in der Anordnung in einer Höhenlage wird bei solchen Ausführungen noch erweitert, bei denen eine Vielfältigkeit von Stufenverdampfersystemen vorhanden ist und wo Bündel von Wärmeübertragerrohren in jeder Stufe in einer Höhenlage parallel, dreieckförmig, rechteckförmig, radial oder in Zickzackanordnung möglich ist. Als Beispiel ist eine rechteckige Anordnung mit vier Reihen in Fig. 5 dargestellt.

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Bei Mehrstufenverdampfungsverfahren ist es erforderlich, zur Verbesserung des LeistungsVerhältnisses, d.h. des Verhältnisses vom erzeugten Frischwasser zur verbrauchten Dampfmenge, die Anzahl der Stufen zu vergrößern, was von besonderer Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung ist, Bei den bekannten Vorrichtungen führt dies jedoch dazu, daß bei Anordnung der Stufen in horizontaler Richtung eine sehr große Bodenfläche für die Aufstellung benötigt wird, während bei der Anordnung der Stufen übereinander eine übermäßige Höhe der Vorrichtung erhalten wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Höhe der Vorrichtung dadurch geringer gehalten werden, daß eine Mehrfachanordnung der Stufen in senkrechter Richtung angewendet wird im Gegensatz zur üblichen senkrechten Anordnung. Dadurch kann die Höhe der Vorrichtung bei einer Zweireihenanordnung um etwa die Hälfte oder bei einer Verreihenanordnung auf etwa ein Viertel verringert werden. Auf diese Weise ermöglicht es die Erfindung, einen Verdampfer zu schaffen, der eine große Anzahl von Stufen und ein höheres Leistungsverhältnis besitzt, wobei er nur eine verhältnismäßig geringe Bodenfläche und eine verhältnismäßig geringe Höhe einnimmt.

Weil weiterhin die Anzahl der Stufensysteme nach Wunsch festgelegt werden kann, ist es möglich, eine optimale Kombination von Einbaubodenfläche und Höhe auszuwählen, in Abhängigkeit von den Einbau- oder Aufstellbedingungen.

Weiterhin ermöglicht es die Anordnung nach Fig. 2, bei der die Bündel der Wärmeübertragerrohre der in einer Ebene liegenden Verdampferstufen parallel zueinander angeordnet sind, und der Dampf oder das Heizmedium in die Bündel in entgegengesetzten Richtungen eingeleitet wird, die Länge der Dampfdurchlässe sowie die Anzagl der Umlenkungen des Dampfes zwischen den Stufen zu verringern und dadurch den Strömungswiderstand oder den Druckverlust des Dampfes möglichst gering zu halten sowie den thermischen Wirkungsgrad der Anlage zu ver-

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bessern. Bei Mehrfachanordnxmgen oder Reihenanordnungen von Stufenverdampfersystemen gemäß der Erdindung können die o"ben geschilderten Vorteile weiterhin besser realisiert werden, wenn die Rohrbündel in Rechteckform, in Polygonform, in Zickzackform oder radial angeordnet sind.

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Claims

Patentansprüche

Mehrsinifenverdampflängsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß· Sfcufenverdampfersysteme, die eine Mehrzahl von übereinander liegenden Verdampferstufen aufweisen, nebeneinander angeordnet werden, daß Dampf, der in jeder Stufe erzeugt wird, in horizontale warmeübertragerrohre einer Stufe mit geringerem Druck und geringerer Temperatur, die zu einem anderen Stuf enverdampf ersystem gehört, geleitet wird, und daß der Dampf durch wärmeübertragung an von oben zufließende Lösung und Verdampfen dieser Lösung kondensiert.
2. Mehrstufenverdampfer zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stuf enverdampf ersysteme reihenförmig angeordnet sind und je warmeübertragerrohre aufweisen, die im wesentlichen horizontal und parallel zueinander derart angeordnet sind, daß der zum Kondensieren in die warmeübertragerrohre eingeleitete Dampf bei den aufeinanderfolgenden Stufen in umgekehrten Richtungen eingeleitet wird.
3- Mehrstufenverdampfer zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer Wärmeübertragerrohre aufweist, die im wesentlichen horizontal und bei den einzelnen Stufen in unterschiedlichen Richtungen angeordnet sind, so daß der zum Kondensieren in die warmeübertragerrohre eingeleitete Dampf bei aufeinanderfolgenden Stufen entsprechend den unterschiedlichen Richtungen eingeleitet wird.

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4-. Mehrstufenverdampfer nach. Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte jedes Dampfdurchlasses zwischen Verdampferstufen, die zu unterschiedlichen Stufenverdampfersystemen gehören, ein Dunst-Abscheider angeordnet ist.
5. Mehrstufenverdampfer nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet, daß die Bündel von Wärmeübertragerrohren in Zickzack-, Dreieck-, Hechteck-, Polygonform oder in radialen Richtungen angeordnet sind.
6. Mehrstufenverdampfer zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Stufen vorgesehen ist, die übereinander angeordnet sind und je durch Trennwände voneinander getrennt sind, welche mit einer Mehrzahl von düsenförmigen Öffnungen versehen sind, durch welche die oberen und unteren Stufen miteinander verbunden sind, und durch die - in jedem Stufenverdampfersystem getrennt - die Lösung nach unten fließt.
Mehrstuf enverdampfungs verfahr en nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß destilliertes Wasser, das in jeder Stufe kondensiert, in den Behälter für destilliertes Wasser der nachfolgenden unteren Stufe versprüht wird und schließlich in einem am unteren Ende angeordneten Kondensator gekühlt und kondensiert wird.
8. Mehrstufenverdampfungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nicht-kondensierendes Gas aus dem unten gelegenen Kondensator mittels einer Vakuumeinrichtung abgezogen wird.

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9. Mehrstufenverdampfungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der aus der letzten Stufe abgeleiteten Lösung zur erneuten Verwendung wieder in Umlauf gesetzt wird.
10. Mehrstufenverdampfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung in den entsprechenden Stufenverdampfersystemen durch andere Sprüheinrichtungen als düsenförmige öffnungen, die in den Trennwänden zwischen benachbarten oberen und unteren Stufen liegen, nach unten fließt.
11. Mehrstufenverdampfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Speisewasser durch eine Reihe von Vorwärmern strömt, die in Reihe geschaltet sind, und daß das Speisewasser anschließend in mehrere Ströme aufgeteilt wird, mit denen die einzelnen Stufenverdampfersysteme einzeln gespeist werden.