DE2239456A1 - Vorrichtung zur gewinnung von trinkwasser aus brackwasser oder salzwasser - Google Patents

Description

Nederlandse Organ! sat ie το or
Toegepast-Natuurwetenschappelijk
Onderzoek ten behoeve van Nijver
heid, Handel en Verkeer

Den Haag, Niederlande

10. AUG. 1972

Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser aus Brackwasser oder Salzwasser

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser aus Brack- oder Salzwasser, die einen Vorkühler, einen Verdampfer-Kristallator, ein Eis-Laugen-Abtrenngefäß, einen Hllfskühler, einen Kompressor und ein Schmelz-Kondensiergefäß aufweist.

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt. Dabei wird das Wasser dadurch gereinigt, daß es durch Direktkontakt mit einem flüchtigen Kühlmittel, wie Butan, Freon C-5I8, zu Eis umgewandelt wird, das weitgehend frei von gelösten Salzen ist. Das in ausgeschiedenem Zustand im Salzwasser vorhandene Eis wird vom Salzwasser abgetrennt und zur Gewinnung von Trinkwasser geschmolzen. Die für das' Schmelzen nötige Wärme wird dadurch gewonnen, daß das Eis in Direktkontakt mit den Dämpfen gebracht wird, die beim Einfrieren des Wassers durch Verdampfung des Kühlmittels erzeugt wurden. Infolge der Abgabe der zum Schmelzen erforderlichen Wärme kondensieren die Dämpfe wieder, so daß das Kühlmittel erneut zur Wiederverwendung beim Einfrieren zur Verfügung steht.

Da die Temperatur zum Einfrieren des Wassers niedriger ist als diejenige zum Schmelzen des Eises, ist der Dampfdruck des Kühlmittels in der Gefrierkammer niedriger als in der Schmelzkammer, so daß der Druck des von der Gefrierkammer kommenden Kühlmitteldampfes mittels eines Kompressors erhöht werden muß, bevor der Dampf in die Schmelzkammer eintritt.

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Das Schmelz-Kondensiergefäß ist meist vom bekannten "Drainagebett"-Typ. Die Eiskristalle werden auf einem Rost verteilt und in Direktberührung mit dem verdichteten Kühlgas gebracht, wobei

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die Schmelz- und Kondensationprodukte nach dem Wärmeaustausch unter Schwerkrafteinfluß über den Rost abfließen. Der durchschnittliche Durchmesser der Eiskristalle ist vergleichsweise klein und liegt typischerweise bei 0,3 - 1,0 mm, so daß die für denWärmeaustausch zur Verfügung stehende Fläche je Volumeneinheit vergleichsweise groß ist. Die infolge dieser großen Wärmeaustauschfläche zu erwartende hohe Schmelzgeschwindigkeit wird jedoch bei den bekannten Schmelzeinrichtungen nicht realisiert.

Die Ursachen für diesen genannten Mangel sind der Strömungswiderstand des Eisbetts, durch den die Zufuhr von Kühlmitteldampf und der Austrag von Schmelz- und Kondensationsprodukten behindert werden, eine Koagulation von Eisteilchen zu Agglomeraten, die in ihren Poren Flüssigkeit einschließen, und die Ansammlung von nicht-kondensierbaren, im Kühlmitteldampf enthaltenen Gasen an den Wärmeaustauschflächen.

Die reduzierte Wärmeübertragung führt meist zu einer Vergrößerung der Schmelzkammer, was eine erhebliche Erhöhung der Verfahrenskosten sowie eine Erhöhung der für den Schmelzvorgang benötigten Energie mit sich bringt.

Überraschenderweise hat es sich nun gezeigt, daß das Schmelzen der Eisteilchen im Verdichtungsraum eines an sich bekannten Fluidumschaufel-Kompressors durchgeführt werden kann, wobei die Eisteilchen am Ende des Verdichtungsvorgangs im verdichteten Kühlmitteldampf suspendiert sind. Dabei entfallen die vorher beschriebenen nachteiligen Auswirkungen auf die Wärmeübertragung fast vollständig.

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Bei diesem Verfahren erfolgt die Verdichtung des Kühlmitteldampfes mittels Pluidumschaufeln, die dabei aus einem Gemisch aus Eisteilchen und einem im Verfahren vorhandenen Fluidum bzw. Fluidmedium gebildet werden.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Kompressor und das Schmelz-Kondensiergefäß erfindungsgemäß zu einer Einheit kombiniert sind, wodurch sich beträchtliche Einsparungen an Einbaukosten ergeben.

Demgemäß besteht die Erfindung darin, daß der Kompressor und das Schmelz-Kondensiergefäß zu einer Einheit zusammengefaßt sind, die aus einem an sich bekannten Fluidumschaufel-Zentrifugalkompressor (18) besteht, dessen Verdichtungskammer zugleich auch die Schmelzkammer bildet, und daß die Fluidumschaufeln aus einem Gemisch aus Eisteilchen und einem im Verfahren auftretenden, den Düsen zugeführten Fluidum bestehen.

Die Anwendung eines Fluidumschaufel-Kompressors bietet gegenüber einem herkömmlichen Zentrifugalkompressor bzw. -verdichter den Vorteil, daß mit einem Rotor des gleichen Durchmessers pro Zeiteinheit eine größere Gewichtsmenge an Gas verdichtet wird. Durch eine Regelung des Zuflusses der"Schaufel-Flüssigkeit" kann bei konstanter Umfangsgeschwindigkeit die pro Gasmengeneinheit über-

tragene Leistung an unterschiedliche Betriebsbedingungen angepaßt werden. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn der Antrieb mit konstanter Umfangsgeschwindigkeit, beispielsweise mittels eines Elektromotors erfolgt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß infolge der stark erhöhten Wärmeübertragung der erforderliche Schmelzraum klein ist und die für den Schmelzvorgang erforderliche mechanische Energie vermindert wird.

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Der herkömmliche Zentrifugalkompressor ist dem Nachteil unterworfen, daß beim Einfriervorgang infolge der Umwälzung des Fluidums Salzwassertropfen an der Dampfkammer ankommen und vom Kompressor angesaugt werden. Bei der Verdampfung im Kompressor findet dann eine Salzablagerung statt, die für den Verdichtungswirkungsgrad und den Auswuchtzustand des Rotors nachteilig ist. Die Anwendung eines Fluidumschaufel-Kompressors bietet dagegen den Vorteil, daß die Verunreinigung infolge des vergleichsweise kleineren Rotors und des Wascheffekts des die Schaufeln bildenden Pluidums auf ein Mindestmaß begrenzt ist.

Die erfindungsgemäß verbesserte Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser kann auch bei einem Verfahren zur Reinigung von Seewasser durch Bildung von Hydraten mittels Direktkontakts mit einem flüchtigen, hydratbildenden Fluidum, wie Propan, Freon 12, eingesetzt werden. Dieses Verfahren ähnelt weitgehend dem der Reinigung von Seewasser durch Bildung von Eiskristallen. Vorteilhaft ist dabei, daß die Hydrate bei höherer Temperatur als Eis gebildet werden, was einen günstigen Einfluß auf den Energieverbrauch des Verfahrens hat.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Kompressor-Schmelzvorrichtung nicht nur bei einer Behandlungsanlage zur Reinigung von Brack- oder Salzwasser, sondern bei jeder beliebigen Behandlungsanlage angewandt werden, bei der Arbeitsgänge wie die Verdichtung eines Gases oder Dampfes und das Schmelzen einer Festsubstanz in ausgeschiedenem Zustand mittels eines Direktkontakt-Wärmeaustausches mit dem verdichteten Medium durchgeführt werden.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die bevorzugte Fluidumschaufel-Zentrifugalkompressorschmelzvorrichtung gemäß der Erfindung und

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Fig. 2 ein Fließschema für die Gewinnung von Trinkwasser.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist ein Rotor 1 eines Fluidumschaufel-Zentrifugalkompressors in der Mitte einer Verdichtungsschmelzkammer montiert, die durch eine obere Wand 2 eines Verdampfer-Kristallisators und eine Endwand 3 begrenzt ist.

Der Rotor 1 wird über eine Kupplung 4 durch einen Elektromotor 5 angetrieben und ist mit Schaufeln 6 zur Führung von Kühlmitteldampf sowie mit Düsen 7 zur Führung eines die Schaufeln bildenden Mediums aus einem Gemisch von Eisteilchen und Trinkwasser versehen.

Der Kühlmitteldampf wird über einen Wasserabscheider 8 und einen Zufuhrschacht 9 vom Verdampfer-Kristallisator 17 ange- ' saugt.

Das schaufelbildende Medium wird mittels einer Pumpe 10, einer Speiseleitung 11 und einer Umlaufdichtung 12 axial zum Rotor 1 gefördert. Der Austausch bzw. die Übertragung der für die Verdichtung nötigen mechanischen Energie zwischen dem schaufelbildenden Medium und dem Kühlmittel erfolgt in einer Diffusorkammer, die durch eine Diffusorplatte 13 und die Endwand 3 begrenzt ist. Die Schmelzkammer 18 ist mit einem Rost 14- zum Auffangen von unvollständig geschmolzenen Eisteilchen einer Leitung 15 zur Abfuhr des gereinigten Wassers zusammen mit dem Kühlmittel sowie mit einer Leitung 16 zur Abfuhr des noch nicht kondensierten Kühlmitteldampfes zu einer Hilfs-Kühlanlage versehen.

Fig. 2 zeigt ein Behandlungsschema für die Gewinnung von Trinkwasser, in welches der erfindungsgemäße Fluidumschaufel-Zentrifugalkompressor eingeschaltet ist.

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Das Reinigungsverfahren geht wie folgt vor sich:

über eine Leitung 20 wird Seewasser einem Vorkühler 19 zugeführt un^d in diesem durch Wärmeaustausch einerseits mit dem gereinigten Wasser, welches das Verfahren verläßt, und andererseits mit Lauge vorgekühlt. Das gekühlte Seewasser wird über eine Leitung 21 in einem Verdampfer-Kristallisator 17 mit einem über eine Leitung 22 zugeführten flüssigen Kühlmittel in Direktkontakt gebracht, welches infolge des Wärmeaustausches verdampft und Eis aus dem Seewasser ausfrieren läßt. Der Kühlmitteldampf wird über den Schacht 9 durch den Rotor des Fluidumschaufel-Zentrifugalkompressors 18 aus dem Verdampfer-Kristallisator abgesaugt. Über eine Leitung 2j5 wird das Gemisch aus Eis und Lauge aus dem Verdampfer-Kristallisator 17 zu einem Waschturm 24 überführt, in welchem das Eis mit Hilfe von über eine Leitung 25 zugeführtem Seewasser von der anhaftenden Lauge abgetrennt wird, die dann zum Teil über Leitungen 26, 36 zum Verdampfer-Kristallisator 17 zurückgeführt und zum Teil über Leitungen 26, 37 zum Kühler 19 geleitet und bei 27 ausgetragen wird. Das abgetrennte Eis wird dann durch die Pumpe 10 über die Leitung 11 zusammen mit einem Teil des gereinigten Trinkwassers zum Rotorabschnitt des Pluidumschaufel-Kompressorschmelzers 18 geleitet, wo sich die Schaufeln aus einem Gemisch von Eisteilchen in Wasser ausbilden. Diese Schaufeln verdichten das über die Leitung 9 aus dem Verdampfer-Kristallisator 17 abgesaugte Kühlmittelgas, Infolge des Direktkontakts der in den Wasserstrahlen suspendierten Eisteilchen mit dem verdichteten Gas schmilzt das Eis und kondensiert das Kühlmittel zum großen Teil, Der noch verbleibende Kühlmitteldampf wird über eine Leitung 16 zu einer Hilfs-KUhlanlage 28 zurückgeführt und nach der Kondensation über Leitungen 22, 29 zusammen mit dem zugeführten Kühlmittel dem Verdampfer-Kristallisator 17 zugeliefert.

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Das gereinigte Wasser wird zusammen mit dem flüssigen Kühlmittel über eine Leitung 15 aus dem Kompressorschmelzer 18 zu einem Dekantierapparat J>0 überführt. Das hierin abgetrennte flüssige Kühlmittel wird über Leitungen 31 $ 22 zum Verdampfer-Kristallisator 17 geleitet, während das gereinigte Wasser über eine Leitung 32 und den Vorkühler 19 bei 33 für den Verbrauch ausgetragen und zum Teil als Waschwasser und über die Leitung 25 als Schaufelbildungswasser verbraucht wird.

Mit Hilfe der Hilfs-Kühlanlage 28 wird die dem Verfahren zugeführte Wärme abgeführt. Dies geschieht beispielsweise durch Verdichten und Kondensieren eines Teils des beim Einfrieren erzeugten Kühlmitteldampfes, wobei die Kondensationswärme an die Umgebungsluft abgeführt wird.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird gereinigtes Wasser als Pluidum für die Bildung der Fluidumschaufeln im Kompressorschmelzer verwendet, was für die Homogenität der Fluidumschaufeln von Vorteil ist.

Es ist jedoch auch möglich, für diesen Zweck das Kühlmittel zu verwenden, was für eine noch bessere Schmelzwirkung vorteilhaft sein kann.

Zu diesem Zweck brauchen an dem dargestellten Schema nur geringe Änderungen vorgenommen zu werden. Beispielsweise wird dann die Leitung 3^ mit dem einstellbaren Ventil 35 nicht mit der Leitung 25, sondern mit den Leitungen 31 und 22 verbunden.

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Claims (2)

1. - 8 Patentansprüche

   Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser aus Brackwasser oder Salzwasser, die einen Vorkühler, einen Verdampfer-Kristallisator, ein Eis-Laugen-Abtrenngefäß, einen Hilfskühler, einen Kompressor und ein Schmelz-Kondensiergefäß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor und das Schmelz-Kondensiergefäß zu einer Einheit zusammengefaßt sind, die aus einem an sich bekannten Fluidumschaufel-Zentrifugalkompressor (18) besteht, dessen Verdichtungskammer zugleich auch die Schmelzkammer bildet, und daß die Pluidumschaufeln aus einem Gemisch aus Eisteilchen und einem im Verfahren auftretenden, den ' Düsen zugeführten Fluidum bestehen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressor-Schmelzeinheit an der Oberseite des Verdampfer-Kristallisators montiert ist.

   3 Ω 9 8 1 0 / Π 9 7 !;