DE2334481A1 - DEVICE FOR SEA WATER DESALINATION - Google Patents
DEVICE FOR SEA WATER DESALINATIONInfo
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Description
■ Vorrichtung zur Seewasserentsalzung■ Device for seawater desalination
Die Seewaßserentsalzung kann unter Anwendung von Wärme nach zwei verschiedenen Verfahren durchgeführt werden. Das sogenannte "multiflash-Verfahren" beruht auf einer mehrstufigen Verdampfung einea salzhaltigen Wasserstroms bei allmählich abnehmendem Druck, bei Temperaturen in der Größenordnung zwischen 130 und 2O0C. Die Dämpfe jeder Verdampfungsatufe werden kondensiert an einer Fläche, die gekühlt wird durch den Strom an kaltem Salzwasser. Man erhält somit in jeder Stufe Frischwasser. Das Salzwasser wird vor Eintritt in die Verdampfer vorgewärmt, im allgemeinen mit Dampf niederenDrucks·Seawater desalination can be carried out using heat by two different methods. The so-called "multi-flash-process" based on a multi-stage evaporation Onea salt-containing water stream at a gradually decreasing pressure, at temperatures in the order of between 130 and 2O 0 C. The vapors each Verdampfungsatufe which is cooled to be condensed on a surface by the flow of cold Salt water. Fresh water is thus obtained in every stage. The salt water is preheated before it enters the evaporator, generally with low-pressure steam.
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Die zweite Methode ist die sogenannte "Multieffektdestillation" , die auf entgegengesetzter Vorgangsweise beruht und zwar auf dem allgemein bekannten Prinzip des Verdampf ens und anschließenden Kondensierens. Die in einer Stufe erzeugten Dämpfe werden in der nachfolgenden Stufe kondensiert für die Erzeugung von Dampf geringeren Wärmeinhaltsund so fort entlang der ganzen Stufen. Das Grundprinzip dieser Verdampfungen und anschließenden Kondensationen ist derart, daß Verfahren der Multieffektdestillation keine Vorwärmung des ankommenden Salzwassers und keine Wärmerückgewinnung aus den Abläufen benötigt.The second method is the so-called "multi-effect distillation" , which is based on the opposite procedure, namely on the well-known principle of vaporization ens and subsequent condensation. The vapors generated in one stage are used in the next stage condenses for the production of steam with a lower heat content and so on along the entire stages. The basic principle this evaporation and subsequent condensation is such that process of multi-effect distillation no preheating of the incoming salt water and no heat recovery from the processes required.
Schließlich besteht auch das sogenannte "Vorspeiseverfahren", wonach das ankommende Salzwasser üblicherweise vorgewärmt Stufe nach Stufe mit kondensierendem Dampf-eingeführt wird in die Stufe der höchsten Temperatur. Die einzudampfende Lösung strömt in der gleichen Richtung als der kondensiereiide Dampf.Finally, there is also the so-called "starter process", according to which the incoming salt water is usually preheated Stage after stage with condensing steam is introduced to the highest temperature level. The solution to be evaporated flows in the same direction as the condensation fluid Steam.
Eine Abwandlung dazu stellt da3 sogenannte "Rückspeiseverfahren" dar. Hier wird das ankommende Salzwasser kalt in die Stufe niedester Temperatur eingeführt und wird in die nachfolgenden Stufen gepumpt. Die zu konzentrierende Lösung strömt entgegengesetzt dem kondensierenden Dampf, mit anderen Worten wird für die Verdampfung au3 der Lösung in der eraten Stufe der aus der zweiten Stufe kommende Dampf angewandt und so durch die ganze Anlage fort.A modification to this is provided by the so-called "feedback method" Here the incoming salt water is introduced cold into the stage of the lowest temperature and is in the subsequent stages are pumped. The solution to be concentrated flows in the opposite direction to the condensing vapor, with others Words is advised for evaporation from the solution in the Stage the steam coming from the second stage is applied and so continues through the whole system.
In den 60iger Jahren wurden Untersuchungen in Amerika durchgeführt anhand einer speziellen Art von Multieffektentsalaungsanlagen unter Anwendung eines vertikalen Rohrverdampfers, der betrieben wurde im Sinne der "Vorspeise-methode" oderInvestigations were carried out in America in the 1960s using a special type of multi-effect desalination system using a vertical tube evaporator that was operated in the sense of the "starter method" or
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einer gemischten Form von Vorspeisung und Rückspeisung.a mixed form of feed and recovery.
In Fig. 1 ist ein Multieffektverfahren - der Einfachheit halber nur mit 4 Stufen - gezeigt, wobei es sich um eine Folge von Vorspeisungen handelt. Bei dem Verdampfen selbst handelt es sich um Filmverdampfer. . ■In Fig. 1 is a multi-effects process - simplicity sake only with 4 levels - shown, which is a series of starters. With the evaporation itself it is a film evaporator. . ■
Das bei 1 - einkommende Seewasser wird bei.2, 3» 4,5 vorgewärmt mit kondensierende Dampf und gelangt in die erste Stufe 6, der Frischdampf 7 zugeführt wird. Der bei dieser Vorgangaweise gebildete Dampf gelangt teilweise über 9 in die nächste Stufe und teilweise über 8 in den Kondensator 5 zur Vorwärmung des frischen Seewassers. Das Kondensat aus 5 wird in 10 entspannt, das Reinwasser 14 geht in das Entspannungsgefäß 13 der nächsten Stufe und der Dampfstroia 11 vereinigt sich mit dem Teildampfstrom aus 9 der ersten '. Stufe und gelangt über 12 in die zweite Stufe.The seawater coming in at 1 - is preheated at 2.3 »4.5 with condensing steam and reaches the first stage 6, the live steam 7 is fed. The one with this one Steam generated during the process partially reaches over 9 in the next stage and partly via 8 in the condenser 5 to preheat the fresh seawater. The condensate from 5 is expanded in 10, the pure water 14 goes into the expansion vessel 13 of the next stage and the steam stream 11 merges with the partial steam flow from 9 of the first '. Stage and reaches the second stage via 12.
Diese Vorgangsweise wiederholt sich für alle 4 Stufen. Der die letzte Stufe verlassende Dampfstrom 17 gelangt in ein Vacuumsystem 18 z.B. einen barometrischen .Kondensator, eine Flüssigkeitsringpumpe oder eine Vacuumpumpe.This procedure is repeated for all 4 levels. The steam stream 17 leaving the last stage enters a Vacuum system 18 e.g. a barometric condenser, a liquid ring pump or a vacuum pump.
Die konzentrierte Salzlauge wird bei 20 und das Frischwasser bei 19 abgezogen. Die Salzlauge 15 der ersten Stufe wird mit Hilfe der Pumpe 16 zur Überwindung des Höhenunterschieds im Hinblick auf den herrschenden Druckabfall in die zweite Stufe gepumpt·The concentrated brine is drawn off at 20 and the fresh water at 19. The brine 15 of the first stage is with the aid of the pump 16 to overcome the height difference with regard to the prevailing pressure drop in the second stage pumped
Die Vorteile dieses Verfahrens gegenüber dem "Multiflash-Verfahren" sind folgende:The advantages of this process compared to the "multiflash process" are the following:
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1· Die höchste Salzkonzentration liegt im kältesten Teil vor, dies gestattet einen Konzentrationsfaktor von etwa 3 H00 g/l Salz) ohne Ansatzbildung, während das Multiflash-Verfahren keinen Konzentrationsfaktor über etwa 2 zuläßt» Als Konzentrationsfaktor "bezeichnet man das Verhältnis zwischen Endkonzentration und Anfangskonzentration. Demzufolge sinktdie Strömungsgeschwindigkeit des Seewassers um etwa 1/3 "beim Multieffektverfahren.1 · The highest salt concentration is in the coldest part before, this allows a concentration factor of about 3 H00 g / l salt) without buildup, during the multiflash process does not allow a concentration factor above about 2 "The concentration factor" is the name given to the ratio between final concentration and initial concentration. As a result, the flow rate of the Sea water by about 1/3 "with the multi-effect method.
2. Das Verhältnis Salzwasser zu Frischwasser liegt für das Multi effekt verfahr en bei 1,5r während es bei dem Multiflashverfahren auf 7,5 steigt, infolge des Umlaufs der meisten Salzlauge. Aufgrund der geringeren Strömungsgeschwindigkeit beträgt die Anzahl der Stufen für das Multieffektverfahren etwa 1/3 der Stufen des Multiflashverfahrens gleichen Wärmeverbrauchs.2. The ratio of salt water to fresh water for the multi-effect process is 1.5 r while it rises to 7.5 for the multi-flash process, due to the circulation of most of the brine. Due to the lower flow rate, the number of stages for the multi-effect process is about 1/3 of the number of stages for the multi-flash process with the same heat consumption.
3. Geringe hydraulische Probleme und geringer Energieverbrauch durch geringere Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. 3. Low hydraulic problems and low energy consumption due to the lower flow rate of the liquid.
4. Möglichkeit zur Erreichung höherer Wärmeübergangskoeffizient en in den Filmverdampfen gegenüber solchen bei dem Multiflashverfahren.4. Possibility to achieve higher heat transfer coefficient en in the film evaporation compared to those in the Multiflash process.
5. Höhere Temperaturdifferenz (AT), die für den Wärmeübergang zur Verfügung steht, ob nun für die geringere Stufenanzahl oder für konstante Temperatur des verdampfenden Films, der ohne Kopf arbeitet.5. Higher temperature difference (AT), which is available for the heat transfer, whether now for the lower one Number of steps or for constant temperature of the evaporating film, which works without a head.
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Die Nachteile sind im wesentlichen technischer Art, verbunden mit der Anlageentwicklung in horizontaler Richtung, der Notwendigkeit von Pumpen zur Überführung der Salzlaugen von Stufe zu Stufe und von großen Dampfleitungen. Dies macht die Anlage nicht recht konkurrenzfähig gegenüber einer äquivalenten Multiflashanlage. ,The disadvantages are essentially of a technical nature, combined with the development of the investment in the horizontal direction, the need for pumps to transfer the brine from stage to stage and from large steam lines. this does not make the system quite competitive compared to an equivalent multiflash system. ,
Gegenstand der Erfindung iat nun eine Anlage, die die Durchführung einer Multieffektdestillation von Seewasser gestattet bei Beibehaltung der Vorteile, wie oben beschrieben, und unter Ausschaltung der hauptsächlichen Nachteile aufgrund der Anwendung von Pumpen zwischen den verschiedenen Stufen und den großen Durchmessern für die Dampfleitungen. The subject of the invention is now a system that carries out a multi-effect distillation of sea water while maintaining the advantages as described above and eliminating the main disadvantages due to the use of pumps between the different stages and the large diameters for the steam lines.
Die Anlage besteht aus einer vertikalen Kolonne, die in mehrere Zylinderabschnitte unterteilt ist. Jeder Abschnitt enthält folgende Bauteile:The system consists of a vertical column that is divided into several cylinder sections. Every section contains the following components:
1. Zwei.!Filmverdampfer mit vertikalem Rohrbündel, vorzugsweise im Querschnitt ausgebildet als Segment eines Kreises ohne Mantel.1. Two.! Film evaporators with vertical tube bundle, preferably formed in cross section as a segment of a circle without a jacket.
. 2. Zwei Behälter, die jeweils verbunden sind. 2. Two containers, each connected
a) am Boden mit dem oberen Rohrblech eines Filmverdampfers des gleichen Abschnitts,im letzten Abschnitt ohne Filmverdampfer sind diese Behälter verbunden mit dem Austragrohr für Salzlauge;a) at the bottom with the upper tube sheet of a film evaporator of the same section, in the last section without Film evaporators, these containers are connected to the discharge pipe for brine;
b) oben zu dem unteren Rohrblech eines der Filmverdampfer des darüberangeordneten Abschnitts, im ersten Abschnitt ist der Behälter mit der Einspeisung für See- · wasser verbunden.b) at the top of the lower tube sheet one of the film evaporators of the section above, in the first section the container is connected to the feed for seawater.
3· Am Boden jedes Behälters ein Laminiersystem (Flaschenhals)fum den Durchgang der Salzlauge von dem Behälter in das untere Rohrblech zu gestatten, während gleichzeitig die3 · At the bottom of each container a lamination system (bottle neck) f to allow the passage of the brine from the container into the lower tube sheet, while at the same time the
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positive Druckdifferenz zwischen Behälter und Rohrblech ausgeglichen wird.positive pressure difference between container and tube sheet is balanced.
Nach Fig. 2 wird ein solches System einfacherweise dargestellt durch einen eintauchenden Überlauf oder Überfall.Es können jedoch auch andere Systeme, wie Ventile vorzugsweise Überflutungsventile, angewandt werden.Such a system is shown in a simple manner according to FIG by a submerged overflow or overflow. However, other systems, such as valves, preferably overflow valves, can also be used. can be applied.
4. Die obere Seite der Behälter weist Öffnungen auf, mit Ausnahme des Behälters des ersten Abschnitts. Diese Öffnungen werden, wenn nötig, versehen mit Mitteln zur Entfernung von Flüssigkeit (Entfeuchter).4. The top of the container has openings, with the exception of the container of the first section. These openings are, if necessary, provided with means for removing liquids (dehumidifiers).
5. Ein oder mehrere Siphonrolire zum Abzug des Kondensats, welches sich am Boden jedes Abschnitts sammelt^ und zur Wiedereinführung an einer mittleren Stelle de3 folgenden Abschnitts. 5. One or more siphon rollers to remove the condensate, which collects at the bottom of each section ^ and for reintroduction at a middle point of the following section.
6. Rohrbündelaustauscher, vorzugsweise horizontal angeordnet, einer in jedem Abschnitt zum Vorwärmen des Seewassers» als Wärmequelle dafür dient der in jeder Stufe gebildete Dampf.6. Tube bundle exchanger, preferably arranged horizontally, one in each section to preheat the seawater » The steam formed in each stage serves as the heat source for this.
7. Abführungen (Rohre mit Ventilen) eventuell vorhandener inerfcerGase aus einem Abschnitt in den nächsten.7. Outlets (pipes with valves) possibly available inerfcerGase from one section to the next.
8. Rohre für die Seewassereinspeisung. 9· Rohre für die Salzlaugenaustragung. TO.Rohre für die Prischwasseraustragung8. Pipes for the seawater feed. 9 · Pipes for the brine discharge. TO.pipes for water discharge
11. Rohre für die Einführung vom Primärdampf.11. Pipes for the introduction of primary steam.
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12.Rohre zaun Vakuumsystem.12. Pipes fence vacuum system.
Der Druck in den einzelnen Abschnitten fällt ab von oben nach unten. Das Kondensat sammelt sich auf dem Bodenblech jedes Abschnitts und gelangt in die nächste Stufe. Auf diese- Weise benötigt man keinen einwandfreien mechanischen Abschluß zwischen den Abschnitten. Der Flüssigkeitsabschluß am Blech reicht aus für den Abschluß an der DampfSeite. Es ist auch nicht von Bedeutung, wenn Flüssigkeit durch das Blech dringt. Im extremen Fall können die Verdampfer einfach auf einem Tragring ruhen, was merklich di*e Konstruk~ tion und den Aufbau erleichtert.The pressure in the individual sections falls from above downward. The condensate collects on the floor pan of each section and goes to the next stage. To this- In this way, you do not need a perfect mechanical seal between the sections. The liquid seal on the sheet metal is sufficient for the closure on the steam side. It is also irrelevant if liquid penetrates through the sheet metal. In extreme cases, the vaporizers can simply rest on a support ring, which noticeably facilitates the construction and assembly.
Das Seewasser strömt innerhalb der Austauscher ohne mit der Kolonne· in Berührung zu kommen, welche aus Kohlenstoffstahl hergestellt sein kann. Die Verteilung des Salzwassers in die Rohre des Filmverdampfers geschieht durch entsprechende Verteilerhülsen. Für Anlagen mittlerer und größerer Leistungsfähigkeit werden zumindest 15 Stufen in zwei Kolonnen vorgesehen.The sea water flows inside the exchanger without coming into contact with the column, which is made of carbon steel can be made. The distribution of the salt water in the tubes of the film evaporator is done by appropriate Distributor sleeves. For systems of medium and larger capacity, at least 15 stages are required in two columns intended.
Für die Reinigung des Filmverdampfers, ohne deren Ausbau aus der Kolonne,ist es notwendig, einen Abstand von etwa 2jn zwischen den einzelnen Verdampfern vorzusehen. Für Anlagen geringerer Leistungsfähigkeit mit nicht mehr als 10 bis 12 Stufen kann eine einzige Kolonne ausreichen· Für die Wartung kann man die Austauscher aus der Kolonne nehmen.For cleaning the film evaporator without removing it the column, it is necessary to leave a distance of about 2jn between to be provided for the individual evaporators. For systems of lower capacity with no more than 10 to 12 A single column can be sufficient for stages · The exchangers can be removed from the column for maintenance.
Die Erfindung wird nun anhand der Fig. 2 weiter erläutert· Der Kolonne 1 wird über 2 Seewasser zugeführt, welches im Vorerhitzer 3 vorgewärmt wurde. 4 sind die Behälter zumThe invention will now be further explained with reference to FIG. 2. The column 1 is fed via 2 seawater, which in the Preheater 3 was preheated. 4 are the containers for
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Auffangen der Lauge, 6 der Überlauf, 7 der Dampfabzug versehen mit Entfeuchter und 8 die vertikalen Rohrbündel des Verdampfers (von denen nur eines gezeigt ist). Das Kondensat gelangt über 9 von Stufe zu Stufe. Bei 10 wird die Salzlauge und bei 11 das Reinwasser ausgetragen. Bei 5 wird Primärdampf zugeleitet, eventuell vorhandene inerte Gase gelangen über 12 von Stufe zu Stufe bis in die Vacuumstation über den Anschluß 13*Catch the lye, 6 the overflow, 7 the steam vent with dehumidifier and 8 the vertical tube bundle of the evaporator (only one of which is shown). The condensate moves from level to level via 9. At 10 the brine and at 11 the pure water is discharged. At 5 Primary steam is fed in, any inert gases that may be present reach the vacuum station via 12 from stage to stage via connection 13 *
Das bei 2 eintretende Seewasser gelangt zuerst in den ersten Behälter 4 und über den Überlauf 6 wird es auf der Rohrplatte des darunter angeos'dneten Verdampfers 8, der bei tieferem Druck arbeitet, verteilt. Der Verdampfer wird von außen durch Frischdampf über 5 beheizt. Der Frischdampf gilt auch als letzte Wärmequelle für das Seewasser im Austauscher 3«The seawater entering at 2 first reaches the first container 4 and via the overflow 6 it is on the tube plate of the evaporator 8, which is connected below and operates at lower pressure, is distributed. The vaporizer is powered by heated outside by live steam over 5. The live steam is also the last source of heat for the sea water in exchanger 3 «
Durch die Erwärmung verdampft ein Teil des Seewassers innerhalb der Rohre des Verdampfers und das gebildete Flüssiggasgemisch strömt in den Behälter des darunter liegenden Abschnitts worin sich der Dampf von der Flüssigkeit trennt. Die Flüssigkeit gelangt dann über den Überlauf des Behälters in die Verdampferrohre des nächsten Verdampfers, der auf geringerem Druck arbeitet und so fort. Im Gegensatz dazu kondensiert der Dampf außerhalb der Verdampfer 8 und der Kondensator 3 im selben Kolonnenabschnitt. Die Betriebsweise der verschiedenen Abschnitte bis zum letzten ist gleich; im letzten Abschnitt ist kein Verdampfer mehr vorhanden, die Flüssigkeit wird als Salzlauge ausgetragen, der gesamte Dampf wird im Kondensator 14 kondensiert, während gleichzeitig das eingespeiste Seewasser vorgewärmt wird. Eventuell vorhandenes Inertgas wird über 13 in das Vacuumsystem ausgetragen.As a result of the heating, part of the seawater evaporates within the tubes of the evaporator and the liquefied gas mixture formed flows into the container of the section below where the vapor separates from the liquid. The liquid then passes through the overflow of the container into the evaporator tubes of the next evaporator, the one on the lower one Pressure works and so on. In contrast, the vapor condenses outside the evaporator 8 and the condenser 3 in the same column section. The operation of the various sections up to the last is the same; in the last part if there is no longer an evaporator, the liquid is discharged as brine, all the steam is in the Condenser 14 condenses while the seawater fed in is preheated at the same time. Possibly existing Inert gas is discharged into the vacuum system via 13.
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Pig. 3 zeigt einen Querschnitt der Kolonne.Pig. 3 shows a cross section of the column.
Aus obigen geht die bemerkenswerte Einfachheit der Entsalzungsanlage nach der Erfindung hervor. Man benötigt je nach der gewünschten Leistung nur eineoder zwei Kolonnen. Auf dieser Vereinfachung beruht die bemerkenswerte Kostenherabsetzung der Anlage und für die Herstellung von Frischwasser. Darauf beruht ein wesentlicher Teil des Erfindungsgegenstandes. Is muß noch darauf hingewiesen werden, daß die Bauelemente der erfindungsge— mäßen Anlage sehr beschränkte Dimensionen aufweisen gegenüber den üblichen Systemen, die mit horizontalen Verdampfern arbeiten. Ein v/eiterer Vorteil liegt darin, daß man vorfabrizierte, getrennte Abschnitte an Ort und Stelle einen auf den anderen zusammenbauen kann. Dadurch! werden die Kosten für Konstruktion auch wesentlich gesenkt, denn Arbeiten in den Spezialfirmen sind wesentlich preiswerter als direkte Konstruktion an Ort und Stelle.From the above goes the remarkable simplicity of the desalination plant according to the invention. Depending on the desired output, only one or two columns are required. It is on this simplification that the remarkable reduction in the cost of the installation and of manufacture is based of fresh water. A substantial part of the subject matter of the invention is based on this. Is still needs to be pointed out that the components of the system according to the invention have very limited dimensions the usual systems that work with horizontal evaporators. Another advantage is that that one can assemble prefabricated, separate sections one on top of the other in place. Through this! the costs for construction are also significantly reduced, because work in the specialist companies is much cheaper than direct construction on site.
PatentansprücheClaims
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Claims (3)
nächsten Abschnitts, schließlich vorzugsweise horizontal angeordnete Rohrbündelaustauscher für die Vorwärmung
des Seewassers mit Hilfe des in den einzelnen Stufen gebildeten Dampfes und dessen Kondensation in dem letzten Abschnitt, sowie Inertgasleitungen von Abschnitt zu Abschnitt bis zum Vacuumsystem.and for reintroduction at a middle point of the
next section, finally, preferably horizontally arranged tube bundle exchangers for preheating
of the sea water with the help of the steam formed in the individual stages and its condensation in the last section, as well as inert gas lines from section to section up to the vacuum system.
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