DE2223081C3 - Mehrstufenverdampfer zur Gewinnung von Süßwasser aus Salzwasser - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Mehrstufenverdampfer zur Gewinnung von Süßwasser aus Salzwasser, mit mehreren hintereinander geschalteten Stufenverdampfereinheiten mit horizontal angeordneten Wärmeübertragungsrohren in jeder Stufe, die in der ersten Stufe mit Frischdampf und in jeder nachgeschalteten Stufe mit dem in der vorhergehenden Stufe mit reduziertem Druck entstehenden Dampf beheizt sind.

Mehrstufenverdampfei dieses Typs mit horizontal liegenden Wärmeübertragungsrohren sind bekannt (DE-OS 15 17 503). Im Vergleich zu Mehrstufenverdampfern mit senkrecht ausgerichteten Wärmeübertragungsrohren (US-PS 33 03 106) sind sie vorteilhafter, da das Problem der Krustenbildung bei horizontal angeordneten Wärmeübertragungsrohren besser beherrscht werden kann. Zur Vermeidung der Krustenbildung ist es erforderlich, das vorgewärmte Salzwasser möglichst gleichmäßig in oder an den Wärmeübertragungsrohren zu verteilen. Bei senkrecht ausgerichteten Wärmeübertragungsrohren wird das Salzwasser über genau zu justierende Ringdusen an der inneren Rohroberfläche verteilt Justierfehler, nicht genau senkrecht ausgerichtete oder nicht ganz gleichmäßig gezogene Rohre führen schnell zu örtlichen Rohrüberhitzungen und Krustenbildung. Bei horizontal liegenden Wärmeübertragungsrohren wird das Salzwasser gleichmäßig von außen auf das Rohrpaket aufgesprüht. Hier läßt sich eine gleichmäßige Verteilung wesentlich einfacher beherrschen, da Oberflächenungleichmäßigkeiten oder nicht ganz exakte Ausrichtung der Rohre einen wesentlichen Einfluß auf die Sprühverteilung haben.

Im Hinblick auf eine optimale Grundflächen- und Raumausnutzung ermöglichen jedoch vertikal ausgerichtete Wärmeübertragungsrohre eine bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Grundfläche als dies bei horizontal liegenden Wärmeübertragungsrohren möglich ist. Auch setzen senkrecht angeordnete Rohrbündel dem aufsteigenden Dampf einen geringeren Widerstand entgegen, so daß die Forderung nach möglichst geringem Druckverlust der Dampfströmung von einem Verdampfer in den anderen bei vertikal ausgerichteten Wärmeübertragungsrohren besser erfüllt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Mehrstufenverdampfer mit horizontal liegenden Wärmeübertragungsrohren eine Anlage zu schaffen, die eine gute Grundflächen- und Raumnutzung bei gleichzeitig geringen Druckverlusten der Dampfströmung besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Stufenverdampfereinheit aus der Verdampfungsstufe, einem dieser zugeordneten Dampfeintritt- und Kondensatsammelbehälter, in dem die horizontal angeordneten Wärmeübertragungsrohre der Verdampfungsstufe münden, und einem Dampfdurchlaß besteht, und daß weiterhin mehrere solcher Verdampfungsstufen übereinanderliegend und durch Trennwände voneinander getrennt zu Stufenverdampfereinheiten zusammengeschlossen und mehrere solcher Stufenverdampfereinheiten so nebeneinander angeordnet sind, daß der Dampf aus dem Dampfdurchlaß der Verdampferstufe einer Einheit direkt in die Wärmeübertragungsrohre der nachgeschalteten Einheit überströmen kann.

Ein so ausgebildeter Mehrstufenverdampfer ist kompakt und raumsparend aufgebaut. Es ergeben sich sehr kurze Wege der Dampfströmung in großdimensionierten Dampfdurchlässen, so daß die Druckverluste klein gehalten sind. Von Vorteil ist die Anordnung der Dampfdurchlässe in unmittelbarer Nachbarschaft der horizontalen Wärmeübertragungsrohre, wodurch der auf den Wärmeübertragungsrohren erzeugte Dampf quer zur gesamten Länge des Rohrpaketes abströmen kann. Damit entfallen lange Strömungswege und häufige Umlenkungen des erzeugten Dampfes.

Die Verdampferstufen einer Einheit sind zweckmäßig untereinander über öffnungen in den Trennwänden bzw. den Bodenplatten der Destillatbehälter der Verdampfungsstufen bzw. der Kondensatsammelbehälter verbunden. Das in der obersten Verdampferstufe einer Einheit eingesprühte Salzwasser und das in dem Dampfeintritts- und Kondensatzsammelbehälter sich ansammelnde Süßwasser fließt dann allein aufgrund der Schwerkraft und der Druckdifferenz in die darunterliegende Verdampferstufe ab.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeich-

nungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen Mehrstufenverdampfers,

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Mehrstufenverdampfer entlang der Linie I-I in F i g. 3 und 4,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch den Mehrstufenverdampfer entlang der Linie H-II in F i g. 2,

Fig.4 einen Längsschnitt durch den Mehrstufenverdampfer entlang der Linie III-III in F i g. 2,

Fig.5 einen Horizontalschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufenverdampfers.

Der äußere Gehäusemantel des dargestellten Mehrstufenverdamp'ers ist mit dem Bezugszeichen 1 versehen. In dem Gehäuse befinden sich Stufenverdampfereinheiten A und B. Jede Stufenverdampfereinheit weist eine Mehrzahl von Verdampfungsstufen 4 auf, die übereinander liegen und jeweils durch eine im wesentlichen horizontale Trennwand 1 voneinander getrennt sind. Druck und Temperatur in jeder Stufe werden in beiden Einheiten bei fortschreitend geringeren Werten von den oberen zu den unteren Stufen in der Weise gewählt, daß die oberste Stufe 4-1 der Stufenverdampfereinheit A unter dem höchsten Druck und der höchsten Temperatur gehalten wird, gefolgt von der obersten Stufe 4-2 der Einheit B, der zweiten Stufe 4-3 der Einheit A usw.

Jede Verdampfungsstufe besitzt Wärmeübertragungsrohre 5, die horizontal angeordnet sind. Um zu erreichen, daß die zu verdampfende Lösung gleichförmig und regelmäßig nach unten auf die Außenflächen der Wärmeübertragungsrohre 5 versprüht wird, sind in den Trennwänden 3 zahlreiche düsenförmige öffnungen 6 vorgesehen. Diese düsenförmigen öffnungen können auch durch irgendwelche geeigneten Sprüheinrichtungen ersetzt werden. Jede Verdampfungsstufe 4 ist mit einem Dampfdurchlaß 7 versehen, über den die eine Stufe nvt einer weiteren Stufe in einer solchen Weise verbunden ist, daß der Dampf, der in der einen Stufe erzeugt wird, in die Wärmeübertragungsrohre der nächsten Stufe überführt wird, die unter einem geringeren Druck gehalten ist und zu der anderen Stufenverdampfereinheit gehört.

Wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt, ist der Dampfdurchlaß 7 in Längsrichtung zu den horizontalen Wärmeübertragungsrohren 5 angeordnet. Mit dem Bezugszeichen 8 ist ein Heizdampfrohrsystem bezeichnet. Das Bezugszeichen 9 weist auf Dunstabscheider hin, die zwischen zwei Verdampfungsstufen angeordnet sind, wobei immer eine Stufe zu der einen Einheit A und die andere Stufe zu der anderen Einheit ßgehört. Mit 10 sind Vorwärmer bezeichnet und die Bezugsziffer 11 kennzeichnet einen Kondensator, der im unteren Teil des Mehrstufenverdampfers angeordnet ist. Weiterhin besitzt der Mehrstufenverdampfer eine Pumpe 12, mit der das destillierte Wasser gefördert wird, und eine Pumpe 13, mit der die zu verdampfende Lösung umgepumpt wird. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet den Kondensatsammelbehälter, der mit dem Inneren der Wärmeübertragungsrohre 5 in Verbindung steht und der in seinem Boden Löcher 15 besitzt. Mit der Bezugsziffer 27 ist eine Vorrichtung zum Evakuieren des Mehrstufenverdampfers bezeichnet.

Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Mehrstufenverdampfers wird Salzwasser durch die Rohrleitung 16 eingeführt, strömt dann durch den Kondensator 11 und kühlt und kondensiert der. 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 Salzwassers 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 vermischt. Die Lösung wird aus dem Behälter 20 mit der Umlaufpumpe 13 gefördert, wobei ün Teil über die Rohrleitung 21 zu den Vorwärmern 10 gelangt und der

ίο Rest durch das Auslaßrohr 22 abgeleitet wird. Alternativ ist es möglich, nur frisches Salzwasser als Umlauflösung durch die Vorwärmer zu schicken, ohne es mit dem Salzwasserkonzentrat zu mischen.

Die umlaufende Lösung wird vorgewärmt und in zwei Teilströme aufgeteilt. Der über die Rohrleitung 23 zu der Stufenverdampfereinheit A gelangende Teilstrom wird fein verteilt über die Außenfläche der Wärmeübertragungsrohre 5-1 der ersten Stufe 4-1 versprüht. In den Rohren kondensiert der Heizdampf, der in den Wärmeübertragungsrohren 5-1 durch die Heizdampfleitung 8 eingeleitet wird. Die Lösung, die sich auf der Trennwand 3-1 sammelt, tritt durch die düsenförmigen öffnungen 6 hindurch und strömt fortschreitend durch die Stufenverdampfereinheit A nach unten.

Der andere Teilstrom gelangt über die Zweigleitung 24 zu der anderen Stufenverdampfereinheit B und wird als Film auf die Außenflächen der Wärmeübertragungsrohre 5-2 der Stufe 4-2 versprüht, in der der Druck und die Temperatur geringer ist als in der Stufe 4-1 der Einheit A. Der Dampf, der in der Stufe 4-1 der Einheit A erzeugt wird, wird in die Wärmeübertragungsrohre 5-2 der Stufe 4-2 über einen Dunstabscheider 9-1 und den Dampfdurchlaß 7-1 eingeleitet und erhitzt und verdampft die Lösung. Der Dampf selbst kondensiert in den Rohren. Unverdampfte Lösung, die sich auf der Trennwand 3-2 ansammelt, Irin durch die düsenförmigen öffnungen 6 hindurch und strömt dann fortschreitend durch die Stufenverdampfereinheit ßnach unten.
Der Dampf, der in der Stufe 4-2 erzeuc* wird, wird in die Wärmeübertragungsrohre 5-3 der Stufe 4-3, die zu der Einheit A gehören, über den D'unstabscheider 9-2 und den Dampfdurchiaß 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 jeder Einheit erzeugt wird, in die Wärmeübertragungsrohre einer Stufe mit geringerem Druck und geringerer Temperatur, die zu der anderen Einheit 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 zur Einheit A gehört, wird durch kleine Löcher 15 in den Behälter 14-3 weitergeleitet, der unmittelbar darunterliegt, wobei der durch die Entspannung entstehende Dampf dem obenerwähnten Dampf zugeschlagen wird, der in der Stufe 4-2 der Einheit B erzeugt worden ist und durch den Dampfdurchlaß 7-2 in die Wärmeübertragungsrohre 5-3 gelangte, in denen er kondensiert und als destilliertes Wasser in dem Behälter 14-3 gesammelt wird.

In gleicher Weise sammelt sich destilliertes Wasser, das in den Wärmeübertragungsrühren 5-2 der Stufe 4-2, di" zu der Einheit ßgehört, kondensiert in dem Behälter 14-2, wird dann in die darunterliegende Stufe versprüht, der erzeugte Dampf vermischt sich mit dem Dampf aus der Stufe 4-3 der Einheit A und tritt in die Wärmeübertragungsrohre 5-4 ein, in denen er wiederum kondensiert.

Auf diese Weise wird das destillierte Wasser durch Entspannung wiederholt verdampft und kondensiert und gelangt schließlich in die Kammer 25 der untersten Stufe. Der durch die Entspannung sich bildende Dampf in dieser Kammer wird mit dem Dampf vermischt, der aus der Lösung der letzten Stufe entstanden ist, und kondensiert im Kondensator 11, der von dem Speisewasser durchströmt ist. Das in der Kammer 25 sich sammelnde Kondensat wird vermittels der Pumpe 12 über die Rohrleitung 26 abgezogen.

Die Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Mehrstufenverdampfers ist vorstehend anhand eines Verdampfers erläutert, der aus zwei Stufenverdampfereinheiten besteht. Ebenso ist es aber möglich, einen Mehrstufenverdampfer gemäß der Erfindung zu schaffen, der aus mehreren Stufenverdampfereinheiten besteht und bei dem die Wärmeübertragungsrohre in jeder Stufe in bevorzugter Weise in einer Ebene in dreieckförmiger, rechteckförmiger, radialer o.a. Zuordnung ausgerichtet sind.

F i g. 5 zeigt den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Mehrstufenverdampfer mit 4 Stufenverdampfereinheiten und einer rechteckigen Zuordnung der Wärmeübertragungsrohre.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mehrstufenverdampfer zur Gewinnung von Süßwasser aus Salzwasser, mit mehreren hintereinandergeschalteten Stufenverdampfereinheiten mit horizontal angeordneten Wärmeübertragungsrohren in jeder Stufe, die in der ersten Stufe mit Frischdampf und in jeder nachgeschalteten Stufe mit dem in der vorhergehenden Stufe mit reduziertem Druck entstehenden Dampf beheizt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Stufenverdampfereinheit aus der Verdampfungsscufe (4-1,4-2 etc.), einem dieser zugeordneten Dampfeintritts- und Kondensatsammelbehälter (14-1, 14-2 etc.), in den die horizontal angeordneten Wärmeübertragungsrohre (5-1, 5-2 etc.) der Verdampfungrstufe münden, und einem Dampfdurchlaß (7-¹,7-2 etc.) bes.'eht, daß mehrere solcher Verdampfungsstufen übereinanderliegend und durch Trennwände (3) voneinander getrennt zu Stufenverdampfereinheiten (A, B) zusammengeschlossen und mehrere solcher Stufenverdampfereinheiten so nebeneinander angeordnet sind, daß der Dampf aus dem Dampfdurchlaß der Verdampferstufe einer Einheit direkt in die Wärmeübertragungsrohre der nachgeschalteten Einheit überströmen kann.

2. Mehrstufenverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferstufen einer Einheit untereinander über öffnungen (6 bzw. 15) in den Trennwänden (3) bzw. den Bodenplatten der Destillatbehälter (14) der Verdampfungsstufen bzw. der Kondensatsammelbehälter verbunden sind.

3. Mehrstufenverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferstufen benachbarter Einheiten in einer Ebene angeordnet sind.

4. Mehrstufenverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte jeden Dampfdurchlasses Dunstabscheider (9-1, 9-2 etc.) angeordnet sind.

5. Mehrstufenverdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Vorwärmer (10) zur Vorwärmung des Salzwassers, die jeweils in den Dampfeintritts- und Kondensatsammelbehältern angeordnet sind.