DE2236519A1

DE2236519A1 - Verfahren und vorrichtung zur destillaterzeugung

Info

Publication number: DE2236519A1
Application number: DE2236519A
Authority: DE
Inventors: Klaus Peter
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1972-07-26
Filing date: 1972-07-26
Publication date: 1974-02-14
Also published as: EG11268A; JPS4953563A; US3856632A; AU5836273A; BE802768A; IT995063B; ES417090A1; FR2193631B1; FR2193631A1; ZA735061B; ES442620A1; GB1443554A; DE2236519B2; NL7309953A

Description

PRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT
BESCHRÄNKTER HAFTUNG IN ESSEN

Verfahren und Vorrichtung zur Destillaterzeugung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Destillaterzeugung aus Rohwasser, insbesondere aus Seewasser oder Brackwasser in einem mehrstufigen Entspannungsverdampfer, bei dem das zugeführte, in den Kondensatoren angewärmte Rohwasser stufenweise in einer Vielzahl von läntapannungsstufen zu einem Teil verdampft, das verdampfte Bohwasser an jeder Entspannungsstuf© !zugeordneten Sondensatoren eioh verflüssigt und in darunter befindlieken lasamn aufgefangen wird und Mittel zur Absaugung raid Entfernung der Ia@rtga.ee und eine Vorrichtung zur Zusatsenergiezufuhr varg©ieh©a eiad«

Ee ist eine mehrstufige EntspaimimgiiTsrdampfiaag smr latsalanmg von Seewasser oder Braekwassor bakaaat. toXageSg, die aaefe, diesem Prinzip arbeiten^ haben sieh seit JaMrsa ia. d< gut bewährt. Der Energiebedarf solölier tolagea, li@§t weise zwischen 120 und 50 kaal/lsg Dsstillatj, ©ha® B®5 tigung der erforderlichen Energie zum Antrieb der Bereits der letztgenannte, relativ geringe spezifische Wärmebedarf bedingt eine Anlage mit einer hohen Stufenzahl. Eine weitere Verringerung des spezifischen YJämabedarfs, die mit einer starken Zunahme der Kapitalkosten if®rbCT.&©E. ist_p erscheint nur sinmrollj wean die Kosten für die er£ar&<arlie$i©

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Wärmeenergie sehr hoch sind.

Ebenfalls ist die Brüdenverdichtung bekannt, die jedoch bisher nur für kleinere Anlagen angewendet wird. Der Energiebedarf einer Verdampferanlage, die nach diesem Prinzip arbeitet, liegt wesentlich unter dem einer Entspannungsverdampferanlage. Üblicherweise werden Brüdenverdichteranlagen mit spezifischen Wärmeverbräuchen von ca. 15 kcal/kg Destillat ausgeführt. Der spezifische Wärmebedarf einer solchen Verdampferanlage fällt mit steigender Arbeitstemperatur. Allerdings erfordert ei,ne Steigerung der Arbeitstemperatur eine Vorwärmung dee zugespeisten Rohwassers über einen höheren Temperaturbereich und damit verbunden einen größeren Wärmeaustauscher. Diese Wärmetauscher, die zur Abkühlung des erzeugten Destillates sowie des konzentrierten Rohwassers unter gleichzeitiger Vorwärmung des eingespeisten Rohwassers dienen, werden üblicherweise als konventionelle Röhren- oder Plattenwärmetauscher ausgeführt.

Auch kommen Durchlaufverdampfer und Umwälzverdampfer zur Anwendung, bei denen die Verdampfung des Rohwassere an einer Heizfläche,z.B. beheizte Rohrbündel, stattfindet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Deetillatgestehungskosten zu verringern und die PunktionsSicherheit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadur-ch gelöst, daß in

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den Kondensatoren des Entspannungsverdampfers vorgewärmtes Rohwasser entnommen und einem oder mehreren'DurchlaufVerdampfern zugeführt und durch Wärmezufuhr teilweise verdampft und der abgeführte Brüdendampf des Durchlaufverdampfers mittels einer Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und dem Durchlaufverdampfer als Heizmedium zugeführt wird, welches seine Verdampfungswärme an das zu verdampfende Rohwasser im Durchlaufverdampfer abgibt, dann als Destillat dem Entepannungsverdampfer zugeführt wird und einen Teil seiner Fluesigkeitswärme durch stufenweise Entspannung an das in den Kondensatoren aufzuwärmende Rohwasser abgibt, daß das im Durchlaufverdampfer leicht eingedickte Rohwasser nach dem einmaligen Durchlauf durch das Heizsystem dem oberen Flüssigkeit sraum des Durchlaufverdampfers entnommen und dem Laugeraum der ersten Stufe und anschließend den folgenden Stufen des Entspannungsverdampfers zugeführt wird, in bekannter Weise durch stufenweise Entspannung teilweise verdampft, seine Verdampfungswärme durch Kondensation des in den einzelnen Stufen erzeugten Brüdendampfes an das aufzuwärmende Rohwasser abgibt, daß das Destillat in den Destillatwannen der jeweiligen Stufen aufgefangen, sich mit dem vom Durchlaufverdampfer kommenden Destillat mischt und an der letzten Entspannungsstufe abgeführt wird.

Vorteilhaft ist es bei der Durchführung des Verfahrens, daß die Wärmepumpe aus einem Heißwasserejektor und einer Ejektortreibwasserpumpe besteht.

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Eb hat sich als zweckmäßig erwiesen, für die gesamte Wärmezufuhr einen Wärmetauscher zu wählen, der zwischen dem Austritt der Ejektortreibwasserpumpe und dem Heißwasserejektor vorgesehen ist. Außerdem hat es sich in besonders gelagerten Fällen für erforderlich ergeben, einen Wärmetauscher in eine Rohrleitung zwischen Rohwasseraustritt, Entspannungsverdampfer und Rohwassereintritt in den Durchlaufverdampfer einzuschalten.

Nähere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den in den Zeichnungen dargestellten Aueführungsbeispielen.
Es zeigen:

Fig. 1 eine sohematische Ausführungsform, bei der die Entspannungsverdampferanlage nach dem Laugeumwälzprinzip arbeitet

Fig. 2 eine schematische Ausführungsform, bei der die Entspannungsverdampferanlage nach dem Durchlaufprinzip geschaltet ist und

Fig. 3 eine schematische Ausführungsform, bei der die erforderliche Heizfläche der Brüdenverdiohteranlage apparativ in zwei Teile aufgeteilt ist.

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Fig. 1 zeigt in einem Beispiel einen mehrstufigen Entspannungsverdampfer 1, der fünf Entspannungskammern aufweist.

Die Entspannungsverdampferanlage ist in diesem Beispiel nach dem Laugeumwälzprinzip geschaltet. Die Laugeumwälzpumpe 2 saugt die Lauge aus der letzten Stufe des EntspannungeVerdampfers 1 und fördert sie durch Kondensatoren, dl· im oberen Baum der einzelnen Entspannungsstufen des EntapaanungeVerdampfers 1 untergebracht sind. Hier wärmt eich die Lauge Stufe für Stufe durch kondensierende Dämpfe auf und tritt anschließend über eine Rohrleitung 3 in die Brüdenverdiohteranlage 4 ein, die in diesem Beispiel als Durohlaufverdampfer ausgebildet ist. Der Durohlaufverdampfer 4 besteht au· einem vertikalen Rohrbündel 5, einem das vertikale Rohrbündel 5 umschließenden Dampfraum 6, einer unteren Eintrittewaeserkammer 7 sowie einem Brüdenraum 8.und einem darin befindlichen Feuchtigkeitsabscheider 9. Das Rohwaeser tritt mit annähernd Siedetemperatur in die untere Eintrittswasserkammer 7 ein. Diese sorgt für eine gleichmäßige Verteilung dee Wasserstromes über das gesamte Rohrbündel 5. Das Bohwasser strömt durch das vertikal angeordnete Bohrbündel 5 und wird zunächst durch den im Dampfraum 6 befindlichen Dampf auf Siedetemperatur aufgewärmt. Durch weitere Zufuhr von Wärme verdampft ein Teil dieses Rohwassers, so daß beim Austritt aus dem Rohrbündel 5 ein Gemisch von Wasaor und Dampf in den Brüdenraum 8 des DurchlaufVerdampfers 4 eintritt. Durch eine geeignete Anordnung von Ablenkblechen wird dieses

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Gemisch von Wasser und Dampf getrennt. Bas durch die teilweise Verdampfung etwas stärker konzentrierte Rohwaseer fließt über die Rohrleitung 10 zur ersten Entspannungskammer des Entspannungsverdampfers 1. Der im Durchlaufverdampfer 4 erzeugte Brüdendampf passiert zunächst einen Feuchtigkeitsabscheider 9f um evtl. mitgerissene Feuchtigkeitströpfchen zurückzuhalten und strömt danach über eine Saugeleitung 11 zum Heißwasserejektor 12.

Bas erhitzte Treibwasser tritt über die Rohrleitung 13 in den Heißwasserejektor 12 ein. In einer Düse des Heißwasserejektors 12 wird die Energie des Treibwassers in Oeechwindigkeitsenergie umgewandelt. Hierbei verdampft ein Teil des heißen Treibwassers, so daß ein Gemisch aus Wasser und Dampf mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse austritt. Der über die Saugeleitung 11 angesaugte Brüdendampf mischt sioh la Mischrohr des Heißwasserejektors 12 mit dem Treibwasser, wobei eioh eine mittlere Gemischgeschwindigkeit einstellt. Im Diffusor des Heißwasserejektors 12 erfolgt die Verzögerung des Gemisches unter Druckzunahme. Das verdichtete Gemisch, welches immer noch aus Treibwasser und Dampf besteht, tritt über die Rohrleitung 14 in einen Abscheidebehälter 15 ein. Das Wasser und der Dampf werden hier getrennt. Der gesamte Dampf strömt über die Rohrleitung 16 in den Dampfraum 6 des Durchlaufverdampfers 4 und dient hier als Heizmedium für das in den Durchlaufverdampfer 4 eingetretene Rohwasser. Der Dampf gibt hierbei seine Verdampfungswärme an das Rohwasser im Inneren des Rohrsystems 5 ab und kondensiert dabei. Ein

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Tell des entstehenden Destillats fließt über die Rohrleitung 20 zur Ejektortreibwasserpumpe 18. Ein weiterer Wasserstrom, nämlich das restliche Wasser vom Abscheidebehälter 15» Btrömt über die Rohrleitung 17 ebenfalls zu einer Ejektortreibwasserpumpe 18. Die Summe dieser beiden Wasserströme entspricht wiederum dem vorher in den Heißwasserejöktor 12 eingetretenen Treibwasserstrom» Die Ejektortreibwasserpumpe 18 sorgt für die erforderliche Druckerhöhung des Treibwasserstromes. Anschließend passiert dieser Treibwasserstrom einen Wärmetauscher 19, in dem die gesamte Wärmezufuhr für die Verdampferanlage erfolgt. Dieser Wärmetauscher 19 ist vorzugsweise als Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt.

Abhängig vom Wirkungsgrad des Heißwasserejjektors 12 muß ein' mehr oder weniger großer prozentualer Anteil des Treibwasseretromes in der Düse ausdampfen, um die erforderliche Verdichtungsarbeit zur Verdichtung des Brüdendampfes zu leisten. Somit strömt über die Rohrleitung 16 ein größerer Dampf-Btrom als über die Saugeleitung 11 von dem Heißwasserejektor 12 angesaugt wird. Die Kondensationswärme dieser überschüssigen Dampfmenge wird andererseits jedoch zur Aufwärmung des über die Rohrleitung 3 eintretenden Rohwassers von der Eintrittstemperatur bis zur Siedetemperatur benötigt. Ein Teil des im Dampfraum 6 anfallenden Heizdampfkondensates fließt, wie bereits erwähnt, über die Rohrleitung 20 zur Ejektortreibwasserpumpe 18. Der restliche Teil dieses Heiz dampfkondensates strömt entsprechend der über die Sauge-

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leitung 11 angesaugten Brüdenmenge als Destillat über die Rohrleitung 21 zur Destillatwanne der ersten Stufe des Eifepannungsverdampfers 1.

Parallel zu dem über die Rohrleitung 10 eintretenden eingedickten Rohwasser«r strömt das Destillat nun durch den Erfepannungsverdampfer 1. Durch den sich von Stufe zu Stufe wiederholenden Entspannungsvorgang verdampft ein weiterer Anteil des eingedickten Rohwassers, wodurch eine zusätzliche Destillatmenge erzeugt wird. Das gesamte produzierte Destillat, also das im Entspannungsverdampfer 1 sowie im Durchlaufverdampfer k erzeugte Destillat wird aus der letzten Stufe des Entspannungen Verdampfers 1 mit Hilfe einer Pumpe abgezogen. Desgleichen wird ein Teil der stark eingedickten Lauge aus dem Laugeraum dieser Stufe abgezogen und ein entsprechender Teil frischen Seewassers in diese Stufe eingespeist» um die Anfangskonzentration im Umwälzkreislauf wieder-herzustellen.

Die Anlagenkombination Entspannungsverdampfer-Brüdenverdichter läßt sich bei Einsatz eines Heißwasserejektors und gleicher Leistung sowie gleichem spezifischen Wärmebedarf wesentlich kostengünstiger als ein konventioneller Enspannungsverdampfer herstellen.

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Die optimale Aufteilung der Destillatproduktion auf Ent spannungsverdampferanlge und Brüdenverdichteranlage läßt sich durch eine Optimierungsrechnung leicht ermitteln· Mit zunehmender Verlagerung der Destillatproduktion in die Brüdenverdi clteranlage verringert sich die durch die Entspannungsverdampferanlage umzuwälzende Rohwasser» menge. Hierbei wird schließlich ein Punkt- erreicht, an dem eine Entspannungsverdampferanlage mit Lauge-Umwälzung keine wensentlichen Vorteile mehr bringt· *.*n wird in diesem Fall die Enspannungsverdampferanlage als Durchlaufanlage aueführen·

Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer solchen Anlage· Der Entspannungsverdampfer besteht hierbei nur aus einer Reihe hintereinander geschalteter Entspannungskammern mit den zugehörigen Brüdenkondensatoren, ohne die frühere Aufteilung im Wärmerückgewinnungs- und Wärmeabführteil. Die Rohwasserpumpe 2 fördert in diesem Fall das einfach konzentrierte Rohwasser durch die in Reihe geschalteten Kondensatoren der Entspannungsverdampferanlage 1 und danach in die Eintrittswasserkammer 7 der Brüdenverdichteranlage· Hier verdampft ein Teil dieses Rohwassers, wo«·durch

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sich die Konzentration des verbleibenden Rohwaseers stark erhöht. Dieser verbleibende Rohwasserstrom fließt danach, wie beschrieben, über die Rohrleitung 10 in die erste Entspannungskammer der Entspannungsverdampferanlage 1. Durch die Entspannungsverdampfung in dieeer Anlage nimmt die Konzentration des Rohwassers von Stufe zu Stufe zu, bi.; schließlich in der letzten Stufe, die max. zulässige Konzentration erreicht ist.

Mit zunehmender Verlagerung der Deetillatpraduktion in die Brüdenverdichteranlage vergrößert eich auch der Anteil der Heizfläche dieses Verdampfers, in dem die zur Vorwärmung des Rohwassers auf Siedetemperatur erforderliohe Wärmemenge übertragen wird. Dies kann eine Aufteilung der Oeeamtheizflache der Brüdenverdichteranlage in zwei getrennte Apparate zweckmäßig erscheinen lassen. Das in der Bntspannungsverdampferanlage vorgewärmte Rohwaeeer tritt Über die Rohrleitung 3 in einen Röhrenwärmeauetaueoher 22 ein, wo es annähernd bis auf die Siedetemperatur der Brüdenverdichteranlage erwärmt wird und strömt danaoh über die Fortsetzung der Rohrleitung 3 in die Eintrittewaeeerkammer der Brüdenverdichteranlage 4, wo die Verdampfung eines Teiles dieses Rohwassers erfolgt. Pig. 3 zeigt aonematisoh ein Ausfuhrungsbeispiel dieser Anlagenkombination.

Eine weitere Variante sieht die Ausführung der Brüdenverdichteranlage als zwei- oder mehrstufigen Apparat vor. Hierbei dient der in der ersten Stufe, d.h. der mit der

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höchsten Temperatur arbeitenden Stufe erzeugte Brüdendampf zur Beheizung der nächst folgenden Stufe. Aus der mit der niedrigsten Temperatur arbeitenden Stufe wird der Brüdendampf mit Hilfe eines vorbeschriebenen Heiöwasserejektors 12 abgezogen und auf den Sättigungsdruck des Heizdampfsystems der ersten Stufe verdichtet.

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Claims

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Patentansprüche

Π. Verfahren zur Destillaterzeugung aus Rohwasser, insbesondere aus Seewasser oder Brackwasser in «inem mehrstufigen Entspannungsverdampfer, bei dem das zugeführte, in den Kondensatoren angewärmte Rohwasser stufenweise in einer Vielzahl von Entspannungsstufen zu einem Teil verdampft, das verdampfte Rohwasser an jeder Entspannungsstufe zugeordneten Kondensatoren sich verflüssigt und in darunter befindlichen Wannen aufgefangen wird und Mittel zur Absaugung und Entfernung der Inertgas': und eine Vorrichtung zur Zusatzenergiezufuhr vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kondensatoren des Entspannungsverdampfers vorgewärmtes Rohwasser entnommen und einem oder mehreren Durchlaufverdampfem zugeführt und durch Wärmezufuhr teilweise verdampft und der abgeführte Brüdendampf des Durchlaufverdampfers mittels einer Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und dem Durohlaufverdampfer als Heizmedium zugeführt wird, welches seine Verdampfungswärme an das zu verdampfende Rohwasser im Durchlaufverdampfer abgibt, dann als Destillat dem Entspannungsverdampfer zugeführt wird und einen Teil seiner Flüssigkeitswärme durch stufenweise Entspannung an das in den Kondensatoren aufzuwärmende Rohwasser abgibt, daß das im Durchlaufverdampfer leicht eingedickte Rohwasser nach dem einmaligen Durchlauf durch das Heizsystem dem oberen Flüssigkeitsraum des Durchlaufverdampfers entnommen und dem Laugeraum der ersten Stufe und anschließend den folgenden Stufen des Entspannungsverdampfers zugeführt wird, in

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■bekannter Weise durch stufenweise Entspannung teilweise verdampft, seine Verdampfungswärme durch Kondensation des in den einzelnen Stufen erzeugten Brüdendampfes an das aufzuwärmende Rohwasser abgibt, daß das Destillat in den Destillatwannen der jeweiligen Stufen aufgefangen, sich mit dem vom Durchiaufverdampfer kommenden Destillat mischt und an der letzten Entspannungsstufe abgeführt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch ,gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe aus einem Heißwasserejektor (12) und einer Ejektortreibwasserpumpe (18) besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Austritt der Ejektortreibwasserpumpe (18) und dem Heißwasserejektor (12) ein Wärmetauscher vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

in eine Rohrleitung (3) zwischen Rohwasseraustritt des Entspannungsverdampfers (1) und Rohwassereintritt in den Durchlaufverdampfer (4) ein Wärmetauscher (22) eingeschaltet ist.

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