DE2459935A1

DE2459935A1 - Anlage zur reinigung von fluessigkeit, insbesondere zur erzeugung von frischwasser aus meerwasser

Info

Publication number: DE2459935A1
Application number: DE19742459935
Authority: DE
Inventors: Jun Alvin Lowi; Clifford Cornwell Wright
Original assignee: TERRAQUA PRODUCTS Inc
Current assignee: TERRAQUA PRODUCTS Inc
Priority date: 1973-06-27
Filing date: 1974-12-18
Publication date: 1976-07-01
Also published as: NL7416639A; US3860492A

Description

"Anlage zur Reinigung von Flüssigkeit, insbesondere zur Erzeugung von

Frischwasser aus Meerwasser"

Die Erfindung betrifft Flüssigkeitsreinigungssysteme, insbesondere Anlagen, durch welche Frisch- oder Süsswasser aus einer wässrigen Lösung bzw. einer Flüssigkeit abgezogen wird, so aus Meerwasser.

Wirksame Flüssigkeitstrennsysteme erfordern, dass eine minimale Energie zur Anwendung gebracht wird, um maximale Mengen und maximalen Reinheitsgrad zu erreichen. Herkömmliche Reinigungsverfahren sehen vor, dass die eingegebene Flüssigkeit gekocht oder einer sogenannten Schnellverdampfung unterzogen wird. Es ist eine Anzahl von Verfahren bekannt, welche sich der Verdampfung bedienen, wo-

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bei Fluid mittels eines Gas- oder Luftstromes übertragen und nachfolgend kondensiert wird. Derartige Verfahren wurden vorgeschlagen, um reines Wasser aus Meerwasser herzustellen. In der US-PS 3 206 379 ist beispielsweise eine Anlage beschrieben, bei welcher eine Reihe von Kammern zur Anwendung gebracht wird, um schrittweise die Verdampfung und Abkühlung einer unreinen Flüssigkeit innerhalb jeder Kammer durchzuführen. Obwohl derartige Systeme verhältnismässig wirksam sind, verglichen mit Destillations-Reinigungssystemen bekannter Art, erweist sich die zur Durchführung des genannten Verfahrens geeignete Anlage als verhältnismässig komplex aufgebaut. Infolge der Anzahl verschiedener Kammern ist die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls der Anlage beträchtlich erhöht.

Zum Stand der Technik seien die nachfolgend aufgeführten US-Patentschriften genannt: 102 633, 236 940, 614 776, 1 101 001, 1 225 226,

1 277 895, 1 338 644, 1 489 009, 1 493 756, 1 541 789, 1 946 184,

2 018 049, 2 095 578, 2 342 201 , 2 368 665, 2 375 713, 2 424 142,

2 444 527, 2 480 659, 2 616 839, 2 680 437, 3 317 406, 3 214 351,

3 331 543, 3 248 306, 3 206 379, 3 223 596, 3 471 373.

Demgegenüber wurde erfindungsgemäss eine Anlage und ein Verfahren geschaffen, mittels welchen die Nachteile bekannter Flüssigkeitstrennsysteme beseitigt werden. Die Vorrichtung gemäss der Erfindung arbeitet mit einem Minimum von Eingangsenergie, mittels welcher die eingegebene Flüssigkeit gereinigt wird. Die Anlage kann dort benutzt werden, wo wirksame tragfähige Reinigungssysteme erwünscht sind. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, dass nur eine einzelne Kammer benutzt wird. Das System erfordert keine komplexe

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Ausrüstung und kann ohne weiteres in seinen Abmessungen vergrössert werden, um den Ausgang bzw. die Menge gereinigten Wassers zu erhöhen.

Es wird gekühltes, eingespeistes Fluid in einen Wärmetauscher eingepumpt, d.h. in mehrere Rohrschlangen einer Kondensatorstufe des Systems. Die Flüssigkeit wird daraufhin in eine Erhitzungsstufe übergeführt, wo sie erhitzt und einer Verdampfungsstufe, bestehend aus einem feststehenden Absorptionsturm, zugeführt wird. Ein nicht kondensierbares Gas wird in einem Gegenstrom verwendet, um die flüchtigen Bestandteile des eingegebenen Fluids zu absorbieren und um diese Dämpfe aus denn Absorptionsturnn der Kondensatorstufe zuzuführen, wo die Dämpfe kondensiert und zum Zwecke der Verwendung gesammelt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Fluidreinigungssystems gemäss der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht von Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 ist eine Schnittansicht von Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 ist eine Teildraufsicht eines beispielhaft verwendeten absorbierenden Vorhangs eines Monofaden-Nylonfischnetzes, welches in der Anlage nach Fig. 1 benutzt wird;

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Fig. 5 ist eine Schnittansicht von Linie 5-5 in Fig. 1;

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Enthalpie-Temperatureigenschaften eines Flüssigkeitsreinigungssystems zur Erläuterung des thermodynamischen Einschnüreffekts;

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung der Enthalpie-Temperatureigenschaften eines Flüssigkeitsreinigungssystems mit kontinuierlicher Ableitung bei quasi unendlicher Überführung eines gesättigten Gases aus dem Verdampferabschnitt in den Kondensatorabschnitt des Systems; und

Fig. 8 ist eine vergrösserte Wiedergabe eines Teils der in Fig. 7 dargestellten graphischen Ansicht.

Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Wasser als eingespeiste Flüssigkeit erläutert ist, kann die Anlage für beliebige Flüssigkeiten benutzt werden, welche nach dem Absorptions-Verdampfungsverfahren des vorliegenden Systems im Umlauf bewegt werden können. Die Anlage ist unter Bezug auf Wasser einer Temperatur knapp unterhalb des Siedepunktes unterhalb atmosphärischen Druckes erläutert. Indessen arbeitet das System auch bei geringeren Temperaturen als auch bei Raumtemperatur und unteratmosphärischem Druck, oder bei höheren Temperaturen unter ausreichendem Druck, um das erhitzte Fluid in flüssigem Zustand zu halten.

In Fig. 1 ist beispielhaft die kombinierte Anlage zum Extrahieren oder Abziehen reiner Flüssigkeit und zum Konzentrieren eingespeisten Fluids gemäss der Erfindung dargestellt.

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Eingespeistes Wasser, so beispielsweise Meerwasser, welches zu reinigen und im System zu konzentrieren ist, läuft durch ein Einlassrohr 12 in einen Behälter 14 ein. Das Einlassrohr 12 weist ein Verschlussorgan 16 auf (beispielsweise ein strömungsbetätigtes Flüssigkeitsniveauventil), mittels welchem die dem System eingegebene Menge von Wasser bestimmt wird. Der Behälter 14 weist ausserdem eine Sperre 18 und ein Ablassventil 22 (welches durch ein Salzgehalt-Steuerungselement 23 steuerbar ist) auf, um den Sumpf abzulassen. Die Sperre 18 ist über ein Wehr 25 mit dem Hauptteil des Behälters 14 verbunden. Kühlmittelschlangen 24 mit einem Einlass 26 und einem Auslass 28 sind im Sumpf vorgesehen und dienen zur Kühlung der Restflüssigkeit im Behälter 14. Die gekühlte Restflüssigkeit wird mit dem frisch eingespeisten Fluid mittels einer Pumpe 32 aus dem Behälter 14 in eine Leitung 30 gepumpt. Das eingespeiste Wasser fliesst von der Pumpe 32 in ein Rohr 36 und von diesem in eine Abzweigung 38, welche an einer isolierten Kammer 42 der Seitenwand 43 besteht.

Der Mittelteil der Kammer 42 ist durch eine in Querrichtung sich erstreckende Trennwand 44 unterteilt. Die Wand 44 befindet sich in einer Ebene parallel zur Seitenwand 43 und weist mehrere parallel verbundene Kondensatorschlangen 46 auf. Die Schlangen 46 befinden sich auf einer Seite der Trennwand 44, wobei Wasser aus der Verzweigung 38 durch die Kondensatorschlangen geleitet wird. Die Kondensatorschlangen können aus Aluminiumrohren eines Durchmessers von etwa 6 mm bestehen. Das Wasser innerhalb der Kondensatorschlangen 46 wird vom unteren Niveau des Eingangs an der Abzweigung bzw. Verzweigung 38 einer zweiten Verzweigung 48 zugeleitet, die sich an der Seitenwand 43 der isolierten Kammer nahe der oberen Wand 54 befindet.

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Die Verzweigung 48 verbindet die Ausgangsenden der Kondensatorschlangen 46. Das Wasser innerhalb der Schlangen wird aus der isolierten Kammer 42 entzogen und wird durch eine Wärmequelle 56 geleitet. Die Wärmequelle wärmt das Wasser bis auf eine Temperatur knapp unterhalb der Siedetemperatur, d.h. auf etwa 87,8 C, gemessen auf Meereshöhe. Das erhitzte Wasser wird nunmehr von der Wärmequelle 56 einer dritten Verzweigung 62 zugeleitet, die sich an der Seitenwand 64 der isolierten Kammer 42 nahe der oberen Wand 54 befindet. Das erhitzte Wasser an der Verzweigung 62 wird nunmehr durch mehrere parallele Rohre 66 geleitet und wird aus den Rohren 66 mittels Kapillarwirkung (wie nachfolgend ausführlich erläutert ist) im Abstand zueinander befindlichen Bogen oder Lagen zugeführt, welche aus Einzelfaden-Nylonfischnetzen 68 bestehen.

Die Netze 68 hängen von unterhalb der Rohre 66 nahe der Oberseite der Kammer 42 und erstrecken sich von dort bis zu einer Position nahe der unteren Wand 72 der Kammer. Ein Verdampfer-Sumpf 74 ist zwischen der Unterseite der Netze bzw. des Netzwerks 68 und der unteren Wand 72 der Kammer gebildet. In diesem Sumpf sammelt sich ungereinigtes Wasser an und wird mittels Schwerkraft über ein Rohr 76 dem Behälter 14 wieder zugeführt. Das Rohr 76 verbindet den Verdampfer-Sumpf 74 mit dem Behälter 14.

Die Trennwand 44 unterteilt den Mittelteil der Kammer 42 und endet an der oberen Kante 78. Eine Öffnung 82 wird durch die Kante 78 und die obere Wand 54 der Kammer gebildet. Eine Nebenwand 84 ist unter einem schräg nach unten verlaufenden Winkel bezüglich der Trennwand 44 ausgebildet und erstreckt sich von der Kante 78 der Trennwand nach unten in Richtung der Seitenwand 64, welche sich

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~τ _

als innere Basiswand 86 im Abstand oberhalb der unteren Wand 72 der Kammer fortsetzt. Die abzweigende Wand 84 bewirkt, dass das Netzwerk 68 nahe des Verdampfer-Sumpfes 74 nahe zusammengerückt ist.

Innerhalb der Kammer gebildetes gereinigtes Wasser sammelt sich an der inneren, unteren Wand 86 und wird mittels eines Rohres 92 in einen Sumpf 94 eingeleitet. Das Rohr 92 bildet eine Öffnung 93 in der inneren, an der Unterseite befindlichen Wand 72. Der Sumpf enthält in seiner Seitenwand eine Öffnung 96, von welcher ein Auslassrohr 98 abzweigt und benutzt wird, um das gereinigte Wasser in einen Frisch- bzw. Süsswasserbehälter 100 abzuleiten.

Die Seitenwand 43 der isolierten Kammer 42 endet unterhalb der Verzweigung 38. Ein gekrümmter Seitenwandteil 102 erstreckt sich von der Seitenwand nach aussen und ist in gekrümmter Form als Fortsetzung der unteren Wand 72 der Kammer ausgebildet. Die innere, unterseitig befindliche Wand 86 ist materialeinheitlich mit einem oberen, gekrümmten und verlängerten Teil 104 ausgebildet, welcher parallel mit dem Seitenwandteil 102 geführt ist. Auf diese Weise besteht eine Fluidbahn 105 zwischen der inneren, unterseitigen Wand 86 und der unteren Wand 72 als auch zwischen dem als Verlängerung 'ausgebildeten gekrümmten Teil 104 und dem Seitenwandteil 102. Die innere, unterseitige Wand 86 und die gekrümmte Verlängerung 104 bilden einen darüber befindlichen Kondensator-Sumpf 109, der sich unterhalb der Kondensatorschlange 46 befindet.

Der als Verlängerung ausgebildete gekrümmte Teil 104 der Wand endet an einem Leitblech 106, welches unter Abstand von der Verbindung der Seitenwand 43 mit einer horizontal geformten Wand 107 besteht.

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Die Wand 107 verbindet ein Ende der gekrümmten Seitenwand 102 mit dem unteren Ende der Kammerseitenwand 43. Im Abstand oberhalb des Leitbleches 106 ist ein Tangential-Gebläse 108 vorgesehen. Das Gebläse 108 bewirkt, dass Luft von der Unterseite der Kondensatorschlange 46 durch die Fluidbahn 105 in einer Richtung strömt, welche durch die Pfeile in Fig. 1 dargestellt ist. Gemäss Darstellung gelangt die Luft entlang der Netze bzw. des Netzwerks 68 nach oben in die Kammer 42. Gegebenenfalls kann auf das Gebläse 108 verzichtet werden. In diesem Fall wird mit Eigenströmung der Luft, jedoch unter einer gewissen Einbusse des Wirkungsgrades, gearbeitet.

Die Trennwand 44 erstreckt sich über die gesamte Breite der Kammer 42, so dass die Kammer in einen Kondensator-Kühlabschnitt 112, gebildet durch die Schlange bzw. Schlangen 46, und einen Absorptionsabschnitt 114, gebildet durch das Netzwerk 68, aufgeteilt ist (Fig. 5). Das dem Netzwerk 68 zugeleitete erhitzte Wasser wandert entlang des Netzwerkes nach unten, während das Fluid des Systems, normalerweise Luft, durch die Strömungsbahn 105 als auch nach oben zwischen und durch das Netzwerk 68 geleitet wird.

Die im Umlauf befindliche Luft wird mit dem Heisswasserdampf gesättigt und strömt in diesem Sättigungszustand durch die Öffnung 82 in den Kühlungsabschnitt 112 ein. Die gesättigte Luft wird innerhalb des Kühlungsabschnittes abgekühlt, wonach Frisch- bzw. Süsswasser ausfällt und nach unten in den Kondensator-Sumpf 109 gelangt. Aus diesem gerät das Frisch- oder Süsswasser an die innere, unterseitige Wand 86 und strömt von dieser über das Rohr 92 in den Sumpf bzw. in den Sammelbehälter 94. Gleichzeitig gelangt die im Umlauf befindliche Luft über den Kühlungsabschnitt 11.2 zurück zum

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Gebläse 108, wo die Luft in die Bahn 105 zurückgeleitet wird. Anstelle von Luft als Umlaufmedium können auch andere gasförmige Medien im System benutzt werden, welche Wasser absorbieren, wenn das System bezüglich des gasförmigen Mediums geschlossen ist.

Infolge der an der oberen Hälfte der Kammer befindlichen grossen vertikalen Öffnung 82, die zwischen dem Netzwerk 68 und den Kühlmittelschlangen 46 besteht, tritt in diesem Bereich ein automatischer, kontinuierlicher und progressiver Ablass auf, wenn Luft durch das Absorptionsmaterial entlang der Höhe der Öffnung 82 in die Kühlmittelschlangen 46 gelangt. Da sich das Wasser abkühlt, wenn es entlang des Netzwerkes 68 nach unten strömt, ist nahe der Basis der Öffnung 82 ein engerer Kontaktbereich gebildet, also dort, wo eine stärker eingeschnürte Berührung mit der Luft erforderlich ist, um die Sättigung der kühleren Luft mit kühlendem Wasser zu unterstützen. Ein breiterer Berührungsbereich mit der von der Oberseite des Netzwerkes 68 zurückgeleiteten Luft ist gegeben, wenn sich das Netzwerk nach aussen in Richtung des Kondensatorabschnittes 112 ausbläht oder biegt. Anstelle der einzelnen Öffnung'82 kann auch eine Platte benutzt werden, welche Perforationen oder horizontale (oder vertikale) Schlitze aufweist. Es kann auch eine mit Schlitzen ausgestattete Platte oder dergleichen benutzt werden, was von der Art und vom Material des feststehenden Gefüges, von den jeweiligen Bestimmungsgrössen, der Art der Kondensatorfläche etc. abhängt, um optimale Arbeitsweise des jeweiligen Systems zu erreichen.

Falls maximale Konzentrierung des zugeleiteten Fluids erwünscht ist, kann die Strömungsbahn 105 blockiert sein, während der gekrümmte Seitenwandteil 102 zum Zwecke des Ablasses in die At-

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mosphäre geöffnet sein kann. Dies geschieht mittels einer ersten Tür 116, welche durch gestrichelte Linien in Fig. 1 dargestellt ist. Die Tür 116 ist material einheitlich mit dem Wandteil 102 ausgebildet. Es kann auch eine zweite Tür 118 am unteren Teil der Wand 64 ausgebildet sein und kann geöffnet werden (wie durch gestrichelte Linien dargestellt ist), so dass das Gebläse 108 Frischluft an der Basis des Absorptionsabschnittes 114 in das System eingibt. Die Öffnung der ersten Tür 116 und der zweiten Tür 118 erhöht also die Wärmeabweisungskapazität des Systems, indem frische Luft in das System eingegeben wird.

Aus Fig. 1 ist ferner zu ersehen, dass das System zufriedenstellend arbeiten kann, um gereinigte Flüssigkeit abzuziehen, ohne dass es der Verwendung eines Behälters 14, der Kühlmittelschlangen 24, eines Ablassventils 22, eines Einlassventils 16 oder einer Pumpe bedarf, wenn das Einlassrohr direkt an die Verzweigung 38 angeschlossen wird.

Die Klappen oder Türen 116 und 118 als auch die Pumpe 32 und die Kühl mittel schlange 24 können einzeln oder zusammen in beliebiger Weise modifiziert werden, um maximale Arbeitsbedingungen für jede Kombination des Abzugs gereinigter Flüssigkeit und der Konzentrierung eingespeisten Fluids zu erreichen.

Ausser der Gegenströmungsanordnung mit Hilfe des Abschnittes kann man sich auch einer Mehrpassquerströmung bedienen, indem man das Netzwerk 68 senkrecht (kantenweise) zur oben erwähnten geschlitzten Platte ausrichtet und indem man mehrere horizontale Leitkörper anordnet. Diese sind geschlitzt, um die Netze aufzu-

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nehmen, wodurch eine Reihe von Quer-l_eitkörpern gebildet ist, die den Dampfstrom in einen Mehrpass-Quer- und Gegenstrom durch das Netzwerk leiten, ohne dass die vertikal fallenden Flüssigkeitsfilme beeinträchtigt sind. Eine Abströmung des Dampfes vom Absorptionsabschnitt 114 zum Kondensatorabschnitt 112 findet über die Schlitze der vertikalen Platte an vorbestimmten Positionen statt, also dort, wo sich der vertikale Anteil der Dampfströmungsbahn nahe der geschlitzten Platte befindet. Mit Hilfe dieser Einrichtung kann eine zusätzliche Steuerung der Dampfableitung und der inneren Verteilung innerhalb des Absorptionsabschnittes erreicht werden.

In Fig. 2 ist die Verbindung zwischen der Verzweigung 62 und den Rohren 66 dargestellt, welche das erhitzte Wasser dem Netzwerk 68 zuleiten. Die Rohre 66 sind parallel in einer Ebene geschaltet, die parallel zur oberen Wand 54 des isolierten Gehäuses ausgebildet ist. Öffnungen 122 sind an der Unterseite der Rohre vorgesehen, so dass Wasser aus dem Rohr entweichen und nach unten versprühen kann. Kapillargewebe 124 umgibt die Aussenfläche des Rohres. Das Kapillargewebe 124 sättigt sich mit Wasser, welches einem flachen Teil 126 zugeführt wird. Der Teil 126 ist in einer Ebene parallel ' zu den Rohren ausgebildet und ist direkt unterhalb derselben vorgesehen.

Gemäss Fig. 3 sind mehrere Dochtkörper 128 direkt unterhalb des flachen Teils 126 vorgesehen-und befinden sich in einer Ebene parallel zu den Rohren 66, jedoch quer zu diesen gerichtet sich erstreckend. Die Dochtkörper 128 weisen gegenseitigen Abstand auf, wobei mehrere Tragstangen 132 zwischen den Dochtkörpern vorgesehen sind. Die Tragstangen erstrecken sich dabei in der Ebene der Dochtkörper.

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Die Dochtkörper und die Tragstangen werden mittels einer Tragplatte 134 gehalten, welche mehrere direkt unterhalb jeder der Tragstangen 132 befindliche Öffnungen 136 aufweist.

Das beispielhaft in Fig. 4 dargestellte einfädige Nylonfischnetz bzw. Netzwerk von rautenförmiger Gestaltung ist an Tragstangen in Form einer Gruppe von parallelen Vorhängen aufgehängt. Jeder einzelne Vorhang erstreckt sich durch die Öffnung 136 nach unten in Richtung des Behälters 74, wie Fig. 1 erkennen lässt. Die Vorhänge hängen in Ebenen parallel zum Kondensatorabschnitt. Wahlweise kann das Netzwerk senkrecht (kantenweise) zum (nicht dargestellten) Kondensatorabschnitt 112 gehängt werden. Nach einer dritten Ausführungsfarm kann das Netzwerk in Querrichtung durchtrennt und als Mehrzahl geschlungener oder gewickelter (nicht dargestellter) Fadenkörper gehängt werden. In den beiden letztgenannten Fällen kann sich das Netzwerk nicht in der in Fig. 1 dargestellten Weise nach aussen durchbiegen. Das Netzwerk 68 ist gestrickt bzw. gewirkt und enthält keine Knoten, so dass das erhitzte Wasser in Form eines gleichförmigen Films entlang jedes Einzelfadens jedes einzelnen Vorhangs in Richtung des Behälters 74 strömen kann. So wird erhitztes Wasser vom Rohr dem Kapillargewebe 124 und von diesem den Dochtkörpern 128 zugeführt. Diese ihrerseits übergeben das erhitzte Wasser dem Netzwerk. Zusätzlich strömt das erhitzte Wasser in den flachen Teil 126 des Kapillargewebes, wenn sich der die Rohre 66 umgebende Teil des Kapillargewebes 124 sättigt. Die Dochtkörper 128 sind normalerweise stark kapillarwirkend und sind aus einem hydrophilen Kunststoffaser-Cordmaterial gefertigt, welches als flüssiger Leiter dient. Geeignete Materialien für Nylonfischnetzanordnungen sind beispielsweise U.S. Net and Twine-Material,

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ORIGINAL INSPECTED

Stock Nr. 4, mit einer Streckmasche von 25,4 mm, einer Tiefe von 144 Maschen, bei Fertigung aus einem einknotigen (gewirkten) Roh-Monofaden aus Nylon.

In Fig. 5 ist die Kammer 42 in horizontaler Schnittansicht von Linie 5-5 in Fig. 1 dargestellt. Jedes der Netze 66 erstreckt sich über die Breite der Kammer. Wenn man die Kammer breiter gestaltet, kann zusätzliches Netzmaterial grösserer Breite benutzt werden. Zusätzlich zur Verwendung paralleler Schlangen oder Leitungswicklungen können weitere Schlangen 46 parallel dazu geschaltet verwendet werden, falls Bedarf daran vorliegt.

In Fig. 6 _sind die thermodynamischen Prozesse eines Wasserreinigungssystems mittels eines Gleichgewichts-Arbeitsliniendiagramms dargestellt, unter Wiedergabe der Enthalpie (Wärmeinhalt) eines gesättigten Gemisches von Luft und Wasserdampf als Funktion der Temperatur. In Fig. 6 ist der Betrieb des Wasserreinigungssystems an einem Luft-Wasser-System dargestellt, wie es bei der Reinigung von Salzwasser bei einem Druck von einer Atmosphäre benutzt wird. Die Gleichgewichtslinie stellt den thermischen Energieinhalt der feuchtigkeitsgesättigten Luft gegenüber Wassertemperatur dar. Es sind zwei Gleichgewichtslinien dargestellt; die voll ausgezogene Linie gibt den Fall wieder, bei welchem gesättigte Luft gegenüber reinem Wasser im Kondensatorabschnitt vorliegt, während die gestrichelte Linie den Zustand wiedergibt, bei welchem gesättigte Luft gegenüber Salzwasser im Verdampferabschnitt vorliegt. Die Arbeitslinien geben Energiegleichgewichte zwischen Wasser- und Luftströmen innerhalb des Kondensatorabschnittes und des Verdampferabschnittes wieder. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist

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ORIGINAL INSPECTED

eine Wasserströmungsgeschwindigkeit bzw. -menge vorausgesetzt, welche dreimal so gross ist wie die der Luftströmung im System.

Beim ersten Ausführungsbeispiel des Systems, durch die Arbeits-Hnie I dargestellt, tritt Salzwasser mit einer Temperatur von 15,6⁰C (Punkt 1 nach Fig. 6) in die Kondensatorschlangen ein und tritt aus den Kondensatorschlangen mit einer Temperatur von 43,3 C aus (Punkt 2). Das Wasser wird dann auf 76,7°C erhitzt (Punkt 3), wonach es in den Verdampferabschnitt eintritt. Wenn das Wasser den Verdampferabschnitt verlässt, hat es sich auf eine Temperatur von 48,9°C abgekühlt (Punkt 4).

Gleichzeitig verlässt ein Luftstrom von der Basis des Verdampferabschnittes bei einer Temperatur von 37,1 C (Punkt al ) den Verdampfer bei einer Temperatur von 61 ,6 C (Punkt a2), bei welcher der Luftstrom in den Kondensatorabschnitt eintritt. Wenn der Luftstrom über die Kondensatorschlangen strömt, wird er wiederum auf 37,1 C (Punkt al ) abgekühlt und wird zum unteren Ende des Verdampfers mit Hilfe des Gebläses zurückgeleitet. Wasser wird durch die Luft im Verdampferabschnitt absorbiert und wird aus der Luft im Kondensatorabschnitt abgeleitet. Die Leistung gemäss Arbeitslinie I ist etwa wie folgt:

Das Verhältnis von erzeugtem Frischwasser zu eingegebenem Salzwasser ist gleich 0,041 .

Die Wirkzahl beträgt 0,76.

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Die Wirkzahl bestimmt sich als Verhältnis der Energie, welche benötigt ist, um eine Einheitsmasse reinen Wassers auf Dampf einer Atmosphäre zu erhitzen, wobei mit einer Flüssigkeit von 15,6 C begonnen wird, gegenüber der Energie, welche durch das Verfahren benötigt ist, um die gleiche Menge reinen Wassers zu erzeugen.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel, durch die Arbeitslinie II dargestellt, würde die Leistung verbessert, indem die Einheit doppelt so lang ausgebildet wurde. Als Folge davon liegen die Arbeitslinien näher zu den Gleichgewichtslinien, was verbesserte Leistung zur Folge hat. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis von erzeugtem Wasser zu eingegebenem Wasser 0,058, während die Wirk- oder Leistungszahl 1,47 beträgt. Jede weitere Grössenzunahme oder genauer gesagt jede Zunahme der Anzahl von Übertragungseinheiten führt nicht zu einer beträchtlichen Zunahme der Leistung, da die Arbeitslinien an einem bestimmten Punkt zu nahe an die Gleichgewichtslinien heranrücken. Diese Wirkung ist als thermodynamischer Klemm- oder Pincheffekt bekannt. Für die in Fig. 6 dargestellten zwei Fälle wurden sich die Arbeitslinien für den Kondensator eventuell am Wassereinlass klemmen, während sich die Arbeitslinien für den Verdampfer etwa in der Zwischenlage klemmen würden.

Eine Ausführungsform der Anlage, welche das Umgehen oder Vermeiden des Klennmeffekts gestattet, sieht vor, dass die Schräge der Arbeitslinien verändert wird. Durch Reduzieren der Wasserströmung bzw. durch Zunahme des Luftstromes, kann das Verhältnis des Wasserstroms zum Luftstrom gleich gemacht werden. Auch in diesem Fall sind jedoch die begrenzenden Auswirkungen thermo-

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- 16 dynamischen Pinch- oder Klemmeffekts zu beachten.

Eine Lösung des Klemm- oder Einschnürungseffekts würde darin bestehen, mit einem sehr niedrigen Verhältnis von Flüssigkeitsströmung zu Luftströmung zu beginnen und allmählich Luft aus dem Verdampfer in den Kondensator abzulassen. In diesem Fall können die Arbeitslinien so gestaltet werden, dass sie den Gleichgewichtslinien ohne Klemm- oder Einschnürungseffekt folgen. Diese Lösung erfordert sorgsame Steuerung der Luftableitung, welche ein vorteilhaftes Merkmal des Wasserreinigungssystems gemäss der Erfindung darstellt.

Die Leistung einer achtstufigen Anlage ist beträchtlich besser als diejenige einer einstufigen, unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläuterten Anlage. Bei einer achtstufigen Anlage ist das Verhältnis von Produktwasser zu eingegebenem Wasser 0,093, während die Wirkoder Leistungszahl 5,20 beträgt. Für jedes 0,4535 kp erzeugten Frischwassers sind also 4,85 kp eingespeisten Wassers erforderlich, während 4,4 kp Abwasser zurückgegeben werden. Der entsprechende thermische Energieeingang entspricht 54,2 kcal pro 0,4535 kp erzeugten Frisch- oder Süsswassers. Eine kleine zusätzliche Energie ist für den Pumpenantrieb erforderlich.

Wenn die Konzentration gelöster Festteile im eingespeisten Fluid als Folge des Abzugs gereinigten Fluids und Rücklaufs der Restmenge oder durch Verwendung eines bereits am Beginn konzentrierten eingespeisten Fluids, so Meerwasser, hoch ist, dann ist die Verdampfer-Gleichgewichtslinie niedriger (weniger Energie pro Einheitsmasse trockener Luft). Der Wasserdampfdruck über

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dem stärker konzentrierten, eingespeisten Fluid ist infolge der grösseren Menge gelöster Festteile im Fluid kleiner. Als Folge davon besitzen die Arbeitslinien die Neigung, sich zu trennen, was eine Zunahme des Wärmeeinganges oder eine Vergrösserung der Verdampferanlage (Anzahl der Übertragungseinheiten) erfordert, um den gleichen Ausgang zu erreichen.

Ein wesentliches Merkmal mehrstufiger Wasserreinigung besteht in der Steuerung des Luftablasses aus dem Verdampfer in den Kondensator, in-dem ein Ablassdifferential zwischen der Oberseite und der Basis einer Öffnung erzeugt wird, die durch eine Teilerplatte zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator gebildet ist. Im Falle einzelner Stufen, so einer achtstufigen Ausbildung, kann die Ablaßsteuerung mit einer geschlitzten oder perforierten Teilerplatte vollzogen werden. Kontinuierliche Stufung, bei welcher die Arbeitslinien aus glatten Kurven, den Gleichgewichtslinien folgend, bestehen, kann erreicht werden, indem man an der Vorderseite des Verdampfers eine kompaktere Packung benutzt. Der Widerstand gegenüber Strömung im Verdampfer kann in der Tat verändert werden, sq dass die erwünschte Steuerung des Luftabzuges erreicht wird. Bei kontinuierlicher Abstufung sind die Vorhänge aus Fischnetz bzw. Maschenwerk im Verdampferabschnitt an der dem Kondensator gegenüberliegenden Kante näher zusammen als in der Mitte, wodurch eine weitere Regulierungsmöglichkeit des Abzuges ermöglicht ist.

In Fig. 7 ist ein Gleichgewichts-Arbeitsiiniendiagramm für kontinuierlichen Abzug bei quasi unendlicher Arbeitsweise dargestellt. Bei Eingabe von Meerwasser ist die in Fig. 1 dargestellte Ausgestaltung

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thermodynamisch als ideal anzusehen. Die Temperaturen des Produktwassers und der Kondensatorrohrleitungswand sind gleichfalls in Fig. 8 dargestellt. Fig. 8 stellt eine vergrösserte Ansicht eines Teils von Fig. 7 dar. Wenn das System gemäss den in Fig.7 dargestellten Bedingungen arbeitet, dann wird ein Verhältnis des Produktwassers zum eingespeisten Wasser von 0,10 und eine Wirk- bzw. Leistungszahl von 8,5 erreicht. Grössere Konzentration des eingespeisten Meerwassers und ein höheres Verhältnis von Produktwasser zu eingespeistem Wasser kann erreicht werden, wenn man das konzentrierte Abwasser (welches die Verdampfer-Gleichgewichtslinie absenkt und die Arbeitslinien weiter voneinander trennt) im Umlauf transportiert und mehr thermische Energie zugibt.

Im Falle anderer Lösungen, welche bei entsprechender Produktion von reinem Wasser zu konzentrieren sind, hängt der Wirkungsgrad bzw. die Leistung einer Anlage von der Lösungsfähigkeit der gelösten Substanzen als auch vom Dampfdruck über der Lösung ab. Es können ausser Luft auch andere Trägermedien benutzt werden (beispielsweise Helium und Wasserstoff). Gemische von Helium und Sauerstoff besitzen gleichfalls gewisse Vorteile hinsichtlich der Wärmeübertragung und hinsichtlich des Pumpantriebes bzw. der Pumpleistung. Es sind auch Drücke verwendbar, welche entweder höher oder geringer sind als Atmosphärendruck.

Die Grosse der Druckveränderung innerhalb der Einheit ist eine Funktion der Luftströmungsgeschwindigkeit bzw. -menge, der Temperatur, der Grosse der Phasenveränderung (Verdampfung und Kondensation), der (&rösse der Molekulargewicht-Veränderung als auch der Friktions- und Widerstandseigenschaften der Vei—

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dampferpackung und der Kondensatorschlangen. Die Abzugströmung ist proportional zu:

mAP

m das Molekulargewicht des Luft-Wasserdampfgemisches ist,

J^ P das Druckdifferential zwischen Verdampfer und Kondensator Wiedergibt,

T die Temperatur des Luft-Wasserdampfgemisches an der Position der Abzugsströmung wiedergibt.

Der Exponent K ist für turbulente Strömung 0,5 und für laminare Strömung 1,0. Durch sorgsame Ausgestaltung und durch Experimentieren kann die Abzugsströmung entweder direkt durch Verwendung geschlitzter oder perforierter Platten oder automatisch bei Verwendung variabler Packungen im Verdampferabschnitt gesteuert werden.

Die Verwendung komprimierter Packungen (variable Fläche) nahe der Basis des Verdampfers ist vor Abzug des Luftstromes nützlich, um eine gleichförmige Strömung in der Verdampferpackung bzw. in der Verdampferanlage zu erreichen und um die Arbeitslinien näher zu den Gleichgewichtslinien zu rücken (indem die Anzahl von Übertragungseinheiten erhöht wird).

Wenn die in Fig. 1 dargestellte Anlage mit einem offenen Dampfkreis gefahren wird, um frische Luft in das System einzugeben, und das

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eingespeiste Wasser organische Komponenten bzw. Bestandteile enthält, dann kann der Sauerstoff in der Frischluft benutzt werden, um die organischen Bestandteile einer Βίο-Oxydation zu unterziehen, die in dem der Destillation unterzogenen Fluid enthalten sind.

Das Netzwerk 68 kann nicht nur als Absorptionsmittel dienen, sondern kann auch als Träger für biologische Kulturen benutzt werden. So kann das Netzwerk als Riesel-Filtermedium benutzt werden, welches das Absetzen überschüssiger Kulturen durch das an den Verdampfer-Sumpf 74 angeschlossene Rohr 76 in den Sumpf 14 ermöglicht, so dass sich die Kulturen absetzen und als Festteilchen trennen. Das auf der Oberfläche schwimmende Gut kann wie üblich in das System zurückgeleitet werden. Natürlich können auch auf besondere Weise zubereitete Kulturen benutzt werden, um die Ergebnisse der Bio-Oxydation zu verbessern.

Obwohl das System bei Verwendung einer Aussenkühlung in den Sumpf-Kühlschlangen 24 beschrieben wurde, um die Kühlung durch die Kondensatorschlangen 46 zu verbessern als auch unter Erläuterung einer Aussen-Wärmequelle 56, welche das abgekühlte Wasser des Kondensators weiter erwärmt, kann das System auch ohne diese zusätzlichen äusseren Heiz- und Kühlmittel gefahren werden, indem eine Kondensatoreinheit wie die Wärmequelle 56 und eine Verdampfereinheit wie die Sumpf-Rohrschlangen 24 zur Anwendung gebracht werden. Diese stellen Bestandteile eines Dampf-Kompressions- und Gefriersystems dar und bilden eine geschlossene Wärmepumpe. So ist der einzige erforderliche Energieeingang derjenige, der zum Antrieb des Kühlmittelkompressors

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(nicht dargestellt), des Gebläses 108 und der Speisepumpe 32 dient. Ein derartig integriertes thermodynamisches System kann die Energieerfordernisse weiterhin um wenigstens zwei Drittel senken.

Die beschriebene Anlage weist eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber bekannten Einrichtungen auf. So läuft der gesamte Flüssigkeitsstrom mittels Schwerkraft oder mittels Kapillarwirkung ab, wobei die Flüssigkeit im Bereich des Massenaustausches in Form dünner Filme vorliegt. Durch den Betrieb der Anlage wird also Pumpkraft erhalten, es wird ein hohes Ausmaß von Trennung erreicht und es liegt grosse Flächenberührung vor. All dies innerhalb eines einfachen Behälters, welcher gestreckt oder zusammengezogen werden kann, um den jeweiligen Erfordernissen gerecht zu werden.

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ORlGiMAL INSPECTED

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1 , Anlage zur Reinigung von Flüssigkeit, insbesondere Dampf-Destinationsanlage zur Trennung von Flüssigkeit von eingespeistem Fluid, wobei ein Konzentrat und ein Kondensat ausfallen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine vertikal sich erstreckende Teilerwand aufweist, einen vertikal sich erstreckenden Verdampferabschnitt an einer Seite der Teilerwand, einen vertikal sich erstreckenden Kondensatorabschnitt an der anderen Seite der Teilerwand, dass eine Kühleinrichtung den Dampf innerhalb des Kondensatorabschnittes kondensiert und eine Vorrichtung das eingespeiste Fluid dem Verdampferabschnitt bei einer Temperatur eingibt, welche höher ist als die Kühleinrichtung, dass eine Vorrichtung einen Gasstrom zyklisch vom Kondensatorabschnitt in den Verdampferabschnitt und zurück in den Kondensatorabschnitt fördert, dass eine Vorrichtung das Kondensat des Kondensatorabschnittes sammelt und eine Vorrichtung das Konzentrat des Verdampferabschnittes sammelt, wobei ein Mechanismus im Verdampferabschnitt mehrere vertikal sich erstreckende dünne Filme aus Flüssigkeit des auf höherer Temperatur befindlichen eingespeisten Fluids bildet und sich in der Oberseite der Teilerwand eine Öffnung beträchtlichen vertikalen Ausmaßes befindet, so dass der Verdampferabschnitt und der Kondensatorabschnitt direkt über die Öffnung miteinander in Verbindung stehen und Dampf der dünnen Filme im Verdampferabschnitt durch das Gas in den Kondensatorabschnitt transportiert wird, um ein Abzug-Gefälle zwischen der Oberseite und der Unterseite der Öffnung zu erzeugen.

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2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Kühlschlangen , welche eine Strömungsbahn für das eingespeiste Fluid darstellen.
3 . Anlage nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Wärmequelle, mittels welcher das eingespeiste Fluid von der Kühleinrichtung auf eine Temperatur erwärmt wird, welche nahe dem Siedepunkt der Flüssigkeit, jedoch knapp unterhalb demselben liegt.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der die dünnen Filme im Verdampferabschnitt bildende Mechanismus aus flexiblen, vertikal sich erstreckenden Vorhängen eines Netzwerkes besteht, welche eine feststehende Absorptionssäule bilden, und dass die Überführungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie das eingespeiste Fluid zur Oberseite des Netzwerkes leitet, um die dünnen Flüssigkeitsfilme auszubilden.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Netz- oder Maschenwerk aus Monofaden-Fischnetz-Vorhängen besteht, die aus Nylon gefertigt sind.
6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlschlangen und das Netzwerk innerhalb einer isolierten Kammer angeordnet sind.
7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung im wesentlichen keine Unterbrechungen aufweist, um eine kontinuierliche Überführung zu ermöglichen.

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8. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilerwand so ausgebildet ist, dass sie das Netzwerk an ihrem unteren Teil bündelt, wodurch sich das Netz- und Maschenwerk durch die Teilerwand-Öffnung in Richtung des Kondensatorabschnittes ausbeult.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk einen Träger für eine biologische Kultur darstellt.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überführungseinrichtung wenigstens eine horizontal sich erstreckende Leitung aufweist, welche an eine Quelle des einzuspeisenden Fluids angeschlossen ist, wobei die Leitung Öffnungen aufweist und Kapillarelemente an die Leitungsöffnungen und an die Oberseite des Netzwerkes angrenzen, wodurch das eingespeiste Fluid von den Leitungsöffnungen in das Netzwerk transportiert wird.

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ORIGINAL IMSPECTED