DE2442741B2 - Vorrichtung fuer die rueckgewinnung von stroemungsenergie zum einsatz in die nach der umgekehrten osmose arbeitenden trennanlagen - Google Patents
Vorrichtung fuer die rueckgewinnung von stroemungsenergie zum einsatz in die nach der umgekehrten osmose arbeitenden trennanlagenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Rückgewinnung von Strömungsenergie zum Einsatz in die
nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Trennanlagen.
Vorrichtungen dieser Art haben den Zweck, über eine
Senkung der Energiekosten beim Betriib der Trennanlagen die Gestehungskosten des gewünschten Trennprodukts zu senken.
Trennanlagen, die auf der Basis der umgekehrten Osmose arbeiten, sind z.B. in der Lage, Meerwasser
zu entsalzen oder die Trockensubstanz in Molke anzureichern. Im ersten Falle wirtf das Produkt (Meerwasser) an der semipermeablen Membrane in das
Permeat (reines Wasser) und das Konzentrat (aufkonzentriertes Meerwasser) getrennt. Im zweiten Falle wird
das Produkt (Molke) in das Permeat (reines Wasser) und das Konzentrat (mit Trockensubstanz angereicherte Molke) zerlegt Einmal ist das Ziel der Trennung das Permeat (reines Wasser), im anderen Falle
ist es das Konzentrat (mit Trockensubstanz angereicherte Molke). In beiden Fällen beaufschlagt das Produkt unter hohem Druck den Modul, eine Anordnung
mehrerer semipermeabler Membrane. Bis auf den infolge Strömungswiderstände im Modul auftretenden
Druckverlust findet man die dem Produktstrom zugeführte Druckenergie im Konzentratstrom wieder vor.
Die auf der umgekehrten Osmose basierenden Trennverfahren, die sogenannten Membran-Verfahren, konkurrieren mit Destillations- und Kristallisations-Verfahren. Eine Wirtschaftlichkeit gegenüber diesen
Konkurrenzverfahren ist hei kleinen Produktionskapazitäten und unter Ausnutzung der im Konzentratstrom
mitgeführten Druckenergie gegeben. Die Kosten des gewünschten Trennproduktes, also Permeat- bzw.
Konzentratkosten pro Kubikmeter, sind unter anderem eine Funktion der Anlage-, der Membranwechsel- und
der Energiekosten. Eine Senkung der Energiekosten wird durch Energie-Rückgewinnung erreicht. Bei der
Energie-Rückgewinnung wird dem Konzentratstrom in einer geeigneten Vorrichtung durch arbeitsleistende
Entspannung Druckenergie entzogen und diese dem frischen Produktstrom wieder zugeführt.
In den letzten Jahren wurden auf dem Gebiet der umgekehrten Osmose in Verbindung mit der Energie-Rückgewinnung croße Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen gemacht. Kommerzielle Anlagen mit
über 1000 Kubikmeter pro Tag werden bereits zur Brackwasser-Entsalzung eingesetzt Anlagen zur Entsalzung von Meerwasser existieren bislang als Versuchsanlagea Vorrichtungen zur Energie-Rückgewinnung existieren als Prototypen. In theoretischen Arbeiten wurden diese Vorrichtungen auf ihre Wirtschaft
lichkeit hm untersucht
So wird von C. Y. Cheng, S. W. Cheng und L. S. Fan, AICHE Journal 13, 1967, 438 eine Vorrichtung zur Energie-Rückgewinnung diskutiert Diese
Vorrichtung, dort »flow work exchanger« genannt, wird vom Konzentratstrom angetrieben und komprimiert einen Teil des Produktstroms auf den erforderlichen Anlagedruck.
In der Zeitschrift »Chemie-Ingenieur-Technik«, Heft Π/1974, wird auf eine einstufige Meerwasserentsalzungs-Anlage durch umgekehrte Osmose hingewiesen. Ohne näher auf die Vorrichtung zur Energie-Rürkgewinnung einzugehen, diskutiert diese Veröffentlichung insbesondere in Abb. 1 und Tabelle 1
Permeatkosten unter Berücksichtigung der Energie-Rückgewinnung.
D;e bisher aus der Literatur bekannten Vorrichtungen zur Energie-Rückgewinnung haben den Nachteil,
daß sie zum Teil aus einer unmittelbaren Kombination von Hochdruckpumpe und Hydraulikmotor bestehen.
Diese Kopplung von zwei separaten Aggregaten ist im Hinblick auf einen hohen Wirkungsgrad, den eine
optimale Energie-Rückgewinnung erfordert, unvorteilhaft. Die von Fan und Mitarbeitern vorgeschlagene
Lösung hat den Nachteil, daß der im Aufbau zwar sehr einfache »flow work exchanger« mit seinen vier
Ventilen nur unter zusätzlichem Einsatz von zwei Pumpen (»low-pressure low head pump« und »highpressure low head pump«) arbeiten kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist in
einem einzigen Aggregat (Vereinigung von Hydraulik-Pumpe und -Motor) unter Verwendung minimal möglicher Steuerungs- und Kraftübertragungsteile hydraulische Energie zwischen zwei Strömen (Konzentrat-
und Produktstrom) auszutauschen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß beispielsweise eine Plunger-Pumpe mit doppelt wirkendem
Stufenkolben, deren Aufbau und Funktion im normalen Einsatz bekannt ist, erfindungsgemäß zwei
Funktionen gleichzeitig übernimmt nämlich die Funktion einer Pumpe und die eines Motors. Dies geschieht
dadurch, daß ein Teil des Stufenkolbens Arbeits- und der andere Antriebskolben wird. Der Arbeitskolben
komprimiert den Produktstrom auf den erforderlichen Verfahrensdruck vor der Membrane, wobei der Antriebskolben gleichzeitig treibend von dem hochgespannten Konzentratstrom beaufschlagt wird. Die Stufung des Kolbens richtet sich nach den Volumen-Stromverhältnissen bei Produkt- und Konzentratstrom.
In gleicher Weise wie eine Plunger-Pumpe mit doppelt wirkendem Stufenkolben, die hier exemplarisch
behandelt wird, läßt sich eine beidseitig beaufschlagbare Membranpumpe verwenden. Die Membrane tritt
dabei sinngemäß an die Stelle des Stufenkolbens, wobei das Schluckvermögen des Arbeits- bzw. Antriebszylinders über eine Kolbenstange, die von der Membrane wahlweise produkt- bzw. konzentratseitig aus
dem Gehäuse zum Antrieb herausgeführt wird, variierbar ist.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß
der Erfindung ist der Antriebs- kleiner als der Arbeitskolben ausgeführt und aus dem Gehäuse zum Antrieb
herausgeführt Auslaßventil für der. Produkt- und Einlaßventil
für den hochgespannten, treibenden Konzentratstrom ist erfindungsgemäß ein selbsttätig arbeitendes
Doppelventil. Das Ansaugen des Produkt&fomes
durch den Arbeitskolben erfolgt in bekannter Weise ι ο Ober ein selbsttätig arbeitendes, durch Federkraft
schließendes Saugventil. Über ein in bekannter Weise z.B. durch Nocken gesteuertes Auslaßventil wird das
Konzentrat am Ende des Antriebshubes auf den Ausschiebedruck gedrosselt und aus dem Antriebszylinder
ausgeschoben, wobei gleichzeitig produktseitig frisches
Produkt über den Arbeitskolben durch das Saugventil angesaugt wird. Da durch Druckverlust im Modul
der Druck im energetisch zur Nutzung anstehenden Konzentrat im Regelfall stets kleiner als der dem
Produktstrom aufzuprägende Verfahrensdruck und je nach Verfahren der Konzentrat- kleiner als der Produkt-Volumenstrom
ist, muß der Stufenkolben angetrieben werden. Die erforderliche Antriebskraft richtet
sich nach den Druck- und Volumenstromverhältnissen bei Produkt- und Konzentratstrom und den mechanischen
und hydraulischen Verlusten der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird der Afbeitskolben
aus dem Gehäuse herausgeführt und kleiner als der Antriebskolben ausgeführt. Diese Ausführungsform
der Vorrichtung kann unter den im Regelfall vorliegenden Druckverhältnissen bei geeigneten durch
die Ausbildung des Stufenkolbens vorgegebenen Produkt- und Konzentrationsströmen ohne Antriebsenergie
arbeiten.
Eine mehrzylindrige parallele Anordnung von Arbeits- und Antriebszylinder (z.B. Dreizylinder-Anordnung)
ist zum Zwecke eines geringeren Ungleichformigkeitsgrades der Vojumenstrome, eines selbsttätigen
Anlaufs und zum Öffnen des Doppelventils zu Beginn des Arbeits- bzw. Antriebshubes bei beiden
Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung notwendig.
Die mit der: Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß Energie-Rückgewinnung in Trennanlagen, die nach der umgekehrten Osmose arbeiten,
mit einem einzigen Aggregat, das Hydraulikmotor und -pumpe in sich vereint, unter Verwendung
minimal möglicher Steuerungs- und Kraftübertragungsteile möglich ist und demzufolge eine Energieübertragung
mit geringsten Verlusten erfolgt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung für die Rückgewinnung von Strömungsenergie
zum Einsatz in die nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Trennanlagen mit konzentratseitigem
Gehäusedurchtritt des Stufenkolbens,
Fig.2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung für die Rückgewinnung von Strömungsenergie
zum Einsatz in die nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Trennanlagen mit produktseitigem Gehäusedurchtritt
des Stufenkolbens.
In F i β. 1 ist eine Vorrichtung für die Rückgewinnung von Strömungsenergie zum Einsatz in die nach der umgekehrten
Osmose arbeitenden Trennanlage mit konzentratseitigem Gehäusedurchtritt des Stufenkolbens
schematisch dargestellt.
Im Gehäuse 1 befindet sich der erfindungsgemäß aus Arbeits- und Antriebskolben 2 α und 2 b bestehende
Stufenkolben 2. Der Arbeiiskolben 2 α läuft im Arbeitszylinder
3, der Antriebskolben 2Z» im Antriebszylinder 4 und ist über die Gehäusebohrung 1 e aus dem
Gehäuse 1 herausgeführt und gegen dieses mit der Antriebskolben-Packung 15 gedichtet.
Die Abdichtung der Arbeits- und Antriebszylinder 3 und 4 gegeneinander erfolgt über die Arbeitskolben-Packung
14. Im Arbeitszylinder-Saugkanal 5, mit seinem Produkt-Eintritt £1 sitzt ein selbsttätig arbeiten-•des,
in bekannter Weise aus Saugventilsitz 1 α, Ventilteller 6 und Ventilfeder 7 bestehendes Arbeitszylinder-Saugventil.
Ein ebenfalls selbsttätig arbeitendes und in bekannter Weise aus Druckventilsitz 1 b und Ventilsitz
Ic, den Ventiltellern 9 und 9 a, der Ventilteller-Verbindungsstange
9 b und der Ventilfeder 10 bestehendes Doppelventil steuert erfindungsgemäß den
Arbeitszylinder-Druckkanal 8 mit seinem Produkt-Austritt A 1 und gleichzeitig den Antriebszylinder-Kanal
U mit seinem Konzentrat-Eintritt El. Die Ventilteller-Verbindungsstange 9b ist über den Dichtspalt
17 im Gehäuse 1 berührungsfrei gedichtet. Die Steuerung des Antriebszylinder-Austrittskanals Ua
mit seinem Konzentrat-Austritt /12 erfolgt über ein z. B. durch einen Nocken gesteuertes und in bekannter
Weise aus Ventilsitz 1 d. Ventilteller 12, Ventilstange 12a und Ventilfeder 13 bestehendes Antriebszylinder-Auslaßventil.
Die Ventilstange 12 a ist über die Ventilstangen-Packung 16 im Gehäuse 1 gedichtet. Am Antriebskolben
2 b greift von außen die Antriebskraft Fan.
In der in der Fig. 1 gezeigten Stufenkolben-Stellung wird gerade der Arbeits- bzw. Antriebshub vollzogen.
Das Doppelventil 16, Ic, 9, 9a, 9b, 10 ist in Offenstellung.
Das Hauptzylinder-Saugventil 1 α, 6, 7 und das Antriebszylinder-Auslaßventil Id, 12, 12 a, 13 sind
geschlossen. Das Produkt wird aus dem Arbeitszylinder 3 mit dem Arbeitskolben 2 a durch den Spalt
zwischen Druckventilsitz 1 b und Ventilteller 9 des Doppelventils Ib, Ic, 9, 9a, 9b, 10 über den Arbeits-7ylinder-Druckkanal
8 und dessen Produkt-Austritt A 1 aus dem Gehäuse 1 gegen den erforderlichen
Druck im Modul der Trennanlage herausgefordert. Gleichzeitig strömt durch den Konzentrat-Eintritt El
und den Spalt zwischen Ventilsitz 1 c und Ventilteller 9a des Doppelventils 16, Ic, 9, 9a, 10 Konzentrat
unter hohem Druck über den Antriebszylinder-Kanal 11 in den Antriebszylinder 4, beaufschlagt die Ringfläche
des Stufenkolbens 2, die durch den rückwärtigen Teil des Arbeitskolbens 2 a in Verbindung mit
dem Antriebskolben Ib gebildet wird und treibt den
Stufenkolben 2 weiter nach links bis zum oberen Totpunkt, dem Endpunkt des Arbeits- bzw. Antriebshubes, von dem aus die Stufenkolben-Bewegung in
umgekehrter Richtung erfolgt Auf Grund der im Regelfall zwischen Produkt- und Konzentratstrom
herrschenden Druckverhältnisse ist dabei zusätzlich eine Antriebskraft F notwendig, die am aus dem Gehäuse
1 herausgeführten Teil des Antriebskolbens Ib angreift. Am oberen Totpunkt schließt infolge ausbleibenden
Produktstromes das Doppelventil Ib, Ic,
9, 9 o, 9 b, 10 durch die von der Ventilfeder 10 ausgeübte Kraft selbsttätig; gleichzeitig öffnet das in bekannter
Weise z.B. durch einen Nocken gesteuerte
Antriebszylirider-Auslaßventil id, 12, 12ο, 13. Die
Konzentratstromzufuhr zum Antriebszylinder 4 wird unterbrochen, und es erfolgen der Saughub über
Arbeitskolben la im Arbeitszylinder 3, wobei selbsttätig das Hauptzylinder-Saugventil 1 a, 6, 7 öffnet und
damit gleichzeitig, nach Drosselung des Konzentrats im Antriebszylinder 4, Antriebszylinder-Kanal 11 und
-Austrittskanal Ho auf Ausschiebedruck, das Ausschieben
den Konzentrats durch den Antriebszylinder-Austrittskanal lla, den Spalt zwischen Ventilsitz IcZ
und Ventilteller 12 und den Konzentrat-Austritt Al aus dem Gehäuse 1.
Im unteren Totpunkt, der Stufenkolben-Stellung am Ende des Saug- bzw. Ausschiebehubes, schließen das
Arbeitszyünder-Saugventil 1 α, 6,7 selbsttätig und das
Antriebszylinder-Auslaßventil Xd, 12,12 a, 13 zwangsweise.
Infolge der Mehrzylinder-Anordnung und der Schwungmomente der Triebswerksteile beginnt der
Stufenkolben 2 aus der unteren Totpunktlage erneut den Arbeits- bzw. Antriebshub, wobei sich das Doppelventil
Ib, ic, 9, 9c, 9b, 10 selbsttätig öffnet. Der
bereits beschriebene Funktionszyklus beginnt von neuem.
Fig.2 zeigt in schematischer Dlrstellung eine weitere
vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung. Es ist dabei lediglich ein<
Variante der Stufenkolben-Anordnung dargestellt. De Stufenkolben 2, bestehend aus Antriebskolben 2 b unc
Arbeitskolben la, wobei letzterer über die Gehäuse bohrung 1/ produktseitig aus dem Gehäuse heraus
gefiihrt und mit der Arbeitskolben-Packung 15 ο gegei
dieses gedichtet ist, fördert in der gezeigten Stelluni den Produktstrom P in den Arbeitszylinder-Druck
kanal 8, wobei er gleichzeitig über den Antriebs zylinder-Kanal 11 mit dem Konzenlratslrom K trei
bend beaufschlagt wird. Arbeitszylinder 3 und An triebszylinder 4 sind gegeneinander durch die Arbeits
kolben-Packung 14 α gedichtet. Im übrigen ist die Vor richtung entsprechend Fig. 1 aufgebaut. Der frühe
beschriebene Funktionszyklus gilt sinngemäß, wöbe eine eventuell notwendige Antriebskraft Fl am au
dem Gehäuse herausgeführten Arbeitskolbeil la an greift. Der Arbeitskolben la wird kleiner als de
Antriebskolben Ib ausgeführt, so daß bei Mehrzylin
der-Anordnung und entsprechender Dimensionieruni des Stufenkolbens 2 und den im Regelfall zwischei
Produkt- und Konzentratstrom existierenden Druck Verhältnissen selbsttätiges Arbeiten der Vorrichtuni
ohne Antriebskraft F\ möglich ist
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Vorrichtung fur die Rückgewinnung von Strömungsenergie zum Einsatz in die nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Treonanlagen mit einem Stufenkolben (2), der mit seinem Arbeitskolben (2 a) im Arbeitezylinder (3) in bekannter Weise einen Produktstrom komprimiert, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig der Antriebskolben (2 b) im Antriebszylinder (i) vom hochgespannten Konzentratstrom treibend oeaufschlagt wird, wobei ein in bekannter Weise aus Druckventilsitz (1 b), Ventilsitz (1c), den Ventiltellern (9) und (9 a), der Ventilteller-Verbindungsstange (96) und der Ventilfeder (10) bestehendes Doppelventil gleichzeitig den Produkt-Austritt (Al) und den Rouzentrat-Eintritt (El) steuert und wahlweise der Antriebskolben (2 b) konzentratseiiig bzw. der Arbeitskolben (2 a) produktseitig über die Gehäusebohrung (I e) bzw. (1/) aus dem Gehäuse (1) herausgeführt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742442741 DE2442741C3 (de) | 1974-09-06 | Vorrichtung für die Rückgewinnung von Strömungsenergie zum Einsatz in die nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Trennanlagen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742442741 DE2442741C3 (de) | 1974-09-06 | Vorrichtung für die Rückgewinnung von Strömungsenergie zum Einsatz in die nach der umgekehrten Osmose arbeitenden Trennanlagen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2442741A1 DE2442741A1 (de) | 1976-03-25 |
DE2442741B2 true DE2442741B2 (de) | 1976-07-29 |
DE2442741C3 DE2442741C3 (de) | 1977-03-10 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3129551A1 (de) * | 1981-07-27 | 1983-02-10 | Bran & Lübbe GmbH, 2000 Norderstedt | "verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von fluessigkeit durch umkehrosmose" |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3129551A1 (de) * | 1981-07-27 | 1983-02-10 | Bran & Lübbe GmbH, 2000 Norderstedt | "verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von fluessigkeit durch umkehrosmose" |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2442741A1 (de) | 1976-03-25 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: O.T. PUMPEN GMBH & CO KG, 2059 BUECHEN, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |