DE2236519C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Destillaterzeugung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Destillaterzeugung aus Rohwasser, insbesondere aus Seewasser oder Brackwasser in einem mehrstufigen Entspannungsverdampfer und einer weiteren Verdampferanlage, wobei im Entfpannungsverdampfer das 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 Inertgase und eine Vorrichtung zur Zusatzenergiezufuhr vorgesehen sind.

Es ist eine mehrstufige Entspannungsverdampfung zur Entsalzung von Seewasser oder Brackwasser bekannt. Anlagen, die nach diesem Prinzip arbeiten,

ίο habe» sich seit Jahren in der Praxis gut bewährt Der Energiebedarf solcher Anlagen liegt üblicherweise zwischen 120 und 50 kcal/kg Destillat, ohne Berücksichtigung der erforderlichen Energie zum Antrieb der Pumpen. Bereits der letztgenannte, relativ geringe

iS spezifische Wärmebedarf bedingt eine Anlage mit einer hohen Stufenzahl. Eine weitere Verringerung des spezifischen Wärmebedarfs, die allerdings mit einer starken Zunahme der Kapitalkosten verbunden ist, soll bereits durch ein bekanntes Verfahren der oben angegebenen Art erreicht werden, bei dem als weitere Verdampferanlage ein zweiter Entspannungsverdampfer vorgesehen ist, wobei der dort freiwerdende Dampf im Wärmeüberträger der ersten Anlage das vorgewärmte Rohwasser aufheizt und dann die Anlage als Kondensat verläßt, das zusammen mit dem in der ersten Anlage gewonnenen Destillat als Süßwasser zur Verfugung steht. Die Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, eine verbesserte Wirtschaftlichkeit unter gleichzeitiger Herabsetzung der Anlagekosten herbeizuführen. Das soll durch sinnvolle Anwendung eines Durchlaufverdampfers bei dem eingangs beschriebenen Verfahren in Verbindung mit der ebenfalls bekannten Brüdenverdichtung erreicht werden, 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 spezifischem Wärmeverbrauch von ca. 15 kcal/kg Destillat ausgeführt. Der spezifische Wärmebedarf einer solchen Verdampferanlage fällt mit steigender Arbeitstemperatur. Allerdings erfordert eine Steigerung der Arbeitstemperatur eine Vorwärmung des zugespeisten Rohwassers über einen höheren Temperaturbereich und damit verbunden einen größeren Wärmeaustauscher.

Ausgehend von diesen Zusammenhängen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das in den Kondensatoren des Entspannungsverdampfers vorgewärmte Rohwasser einem oder mehreren Durchlaufverdampfern zugeführt und durch Wärmezufuhr teilweise verdampft und der abgeführte Brüdendampf des Durchlaufverdampfers mittels eines Heißwasserejektors und einer vorgeschalteten Ejektortreibwasserpumpe auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau gebracht und dem Durchlaufverdampfer 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 FlUssigkeitswärme 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 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 wird, sich mit dem vom Durchlaufverdampfer kommenden Destillat mischt und an der letzten Entspannungsstufe abgeführt wird. Hierbei ist also praktisch zwischen die Funktion des Entspannungsverdampfers der Durchlaufverdampfer eingeschoben, und zwar unter Einschluß des iu Heißwass?rejektors, der im Kreislauf an den Durchlaufverdampfer angeschlossen ist. Einmal ist dadurch, daß der Durchlaufverdampfer so ausgelegt ist, daß in ihm die gesamte Rohwassermenge behandelt und die größtmögliche Destillatmenge erzeugt wird, der im Vergleich zur Entspannungsverdampfung erheblich niedrigere spezifische Wärmebedarf des Thermokompressionsprinzips weitgehend genutzt Zum anderen ist darüber hinaus eine weitere Verminderung des Energiebedarfs durch die Verwendung des Heißwasserojektors gegeben. Außerdem bringt der Ersatz des üblicherweise in Brüdenverdichtern verwendeten störanfälligen mechanischen Kompressors durch einen Heißwasserejektor über den wärmewirtschaftlichen Vorteil hinaus eine entscheidende Verbesserung der Funktionssicherheit der Anlage mit sich.

Die Wärmezufuhr für die Verdampferanlage kann in Form von mechanischer Energie ausschließlich über die Ejektortreibwasserpumpe erfolgen. Um jedoch diese Energieform wegen ihres höheren Aufwandes gering zu halten, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Aufteilung der Energiezufuhr vorzunehmen. Deshalb wird vorgeschlagen, zwischen dem Austritt der Ejektortreibwasserpumpe und dem Heißwasserejektor einen Wärmetauscher vorzusehen. 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 Ausführungsbeispielen. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ausführungsform, bei der die Entspannungsverdampferanlage nach dem Laugeumwälzprinzip arbeitet,

F i g. 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 Brüdenverdichteranlage apparativ in zwei Teile aufgeteilt ist.

Fig. 1 zeigt in einem Beispiel einen mehrstufigen Entspannungsverdampfer l.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 Entspannungsverdampfers 1 und fördert sie durch Kondensatoren, die im oberen Raum der einzelnen Entspannungsstufen des Entspannungsverdampfers 1 untergebracht sind. Hier wärmt sich die Lauge Stufe für Stufe durch kondensierende Dämpfe auf und tritt anschließend über eine Rohrleitung 3 in einen Durchlaufverdampfer 4 ein. Dieser besteht aus einem vertikalen Rohrbündel 5, einem das vertikale Rohrbündel 5 umschließenden Dampfraum 6, einer unteren Eintrittswasserkammer 7 sowie einem Brüdenraum 8 und einem darin befindlichen Feuchtigkeitsabscheider 9. Das Rohwasser tritt mit annähernd Siedetemperatur in die untere Eintrittswasserkammer 7 ein. Diese sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des Wasserstromes über das gesamte Rohrbündel 5. Das Rohwasser strömt durch das vertikal angeordnete Rohrbündel 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 Wasser und Dampf in den Brüdenraum 8 des Durchlaufverdampfers 4 eintritt Durch eine geeignete Anordnung von Ablenkblechen wird dieses Gemisch von Wasser und Dampf getrennt Das durch die teilweise Verdampfung etwas stärker konzentrierte Rohwasser fließt über die Rohrleitung 10 zur ersten Entspannungskammer des Entspannungsverdampfers 1. Der im Durchlaufverdampfer 4 erzeugte Brüdendampf passiert zunächst den Feuchtigkeitsabscheider 9, um evtl. mitgerissene Feuchtigkeitströpfchen zurückzuhalten, und strömt danach über eine Saugleitung 11 zum Heißwasserejektor 12.
Das erhitzte Treibwasser tritt über eine Rohrleitung

13 in den Heißwasserejektor 12 ein. In einer Düse des Heißwasserejektors 12 wird die Energie des Treibwassers in Geschwindigkeitsenergie 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 Saugleitung U angesaugte Brüdendampf mischt sich im Mischrohr des Heißwasserejektors 12 mit dem Triebwasser, wobei sich 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 eine Rohrleitung

14 in einen Abscheidebehälter 15 ein. Das Wasser und der Dampf werden hier getrennt. Der gesamte Dampf strömt über eine 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 Teil des entstehenden Destillats fließt über eine Rohrleitung 20 zu einer Ejektortreibwasserpumpe 18. Ein weiterer Wasserstrom, nämlich das restliche Wasser vom Abscheidebehälter 15, strömt über eine Rohrleitung 17 ebenfalls zur Ejektortreibwasserpumpe 18. Die Summe dieser beiden Wasserströme entspricht wiederum dem vorher in den Heißwasserejektor 12 eingetretenen Treibwasserstrom. Die Ejektortreibwasserpumpe 18 sorgt für die erforderliche Druckerhöhung des Treibwasserstromes. Anschließend passiert dieser Treibwasserstrom einen Wärmetauscher 19, in dem eine Wärmezufuhr für die Verdampferanlage erfolgt. Dieser Wärmetauscher 19 ist vorzugsweise als Rohrbündelwärmetauscher ausgeführt.

Abhängig vom Wirkungsgrad des Heißwasserejektors 12 muß ein mehr oder weniger großer prozentualer Anteil des Treibwasserstromes in der Düse ausdampfen, um die erforderliche Verdichtiingsarbeit zur Verdichtung des Brüdendampfes zu leisten. Somit strömt über die Rohrleitung 16 ein größerer Dampfstrom als über die Saugleitung U 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 Heizdampfkondensates strömt entsprechend der über die Saugleitung 11 angesaugten Brüdenmenge als Destillat über eine Rohrleitung 21 zur Destillatwanne der ersten Stufe des Entspannungsverdampfers 1.

Parallel zu dem über die Rohrleitung 10 eintretenden eingedickten Rohwasser strömt das Destillat nun durch den Entspannungsverdampfer 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 4 erzeugte Destillat, wird aus der letzten Stufe des Entspannungsverdampfers 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 wiederherzustellen.

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 des Durchlaufverdampfers 4. Hier verdampft ein Teil dieses Rohwassers, wodurch sich die Konzentration des verbleibenden Rohwassers stark erhöht. Dieser verbleibende Rohwasserstrom fließt danach, wie beschrieben, über die Rohrleitung 10 in die erste Entspannungskammer der Entspannungsverdampferanlage 1. Durch die Entspannungsverdampfung in dieser Anlage nimmt die Konzentration des Rohwassers von Stufe zu Stufe zu, bis schließlich in der letzten Stufe die maximal zulässige Konzentration erreicht ist.

,ο Mit zunehmender Verlagerung der Destillatproduktion in den Durchlaufverdampfer vergrößert sich auch der Anteil der Heizfläche dieses Verdampfers, in dem die zur Vorwärmung des Rohwassers auf Siedetemperatur erforderliche Wärmemenge übertragen wird. Dies kann eine Aufteilung der Gesamtheizfläche des Durchiaufverdampfers in zwei getrennte Apparate zweckmäßig erscheinen lassen. Das in der Entspannungsverdampferanlage vorgewärmte Rohwasser tritt über die Rohrleitung 3 in einen Röhrenwärmeaustauscher 22 ein, wo es annähernd bis auf die Siedetemperatur des Durchlaufverdampfers erwärmt wird, und strömt danach über die Fortsetzung der Rohrleitung 3 in die Eintrittswasserkammer des Durchlaufverdampfers 4, wo die Verdampfung eines Teils dieses Rohwassers erfolgt. F i g. 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel dieser Anlagenkombination.

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

der mit der 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 des vorbeschriebenen Heißwasserejektors 12 abgezogen und auf den Sättigungsdruck des Heizdampfsystems der ersten Stufe verdichtet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Destillaterzeugung aus Rohwasser, insbesondere aus Seewasser oder Brackwasser in einem mehrstufigen Entspannungsverdampfer und einer weiteren Verdampferanlage, wobei im Entspannungsverdampfer das angewärmte Rohwasser stufenweise in einer Vielzahl von Entspannungssuifen 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 Inertgase und eine Verrichtung zur Zusatzenergiezufuhr vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Kondensatoren des Entspannungsverdampfers vorgewärmte Rohwasser einem oder mehreren Durchlaufverdamptern zugeführt und durch Wärmezufuhr teilweise verdampft und der abgeführte Brüdendampf des Durchlaufverdampfers mittels eines Heißwasserejektors und einer vorgeschalteten Ejektortreibwasserpumpe auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau gebracht und dem Durchlaufverdampfer 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 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 wird, sich mit dem vom Durchlaufverdampfer kommenden Destillat mischt und an der letzten Entrpannungsstufe abgeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Austritt der Ejektortreibwasserpumpe (18) und dem Heißwasserejektor (12) ein Wärmetauscher vorgesehen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Rohrleitung (3) zwischen Rohwasseraustritt des Entspannungsverdampfers (1) und Rohwassereintritt in den Durchlaufverdampfer (4) ein Wärmetauscher (22) eingeschaltet ist.