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Folienwärmetauscher für das Eindampfen von Lösungen Die Erfindung
bezieht sich auf einen Bolienwärmetauscher für das Eindampfen von lösungen und/oder
für die Gewinnung des Lösungsmittels, insbesondere für die Gewinnung von Süßwasser
aus Brack- oder Meerwasser, mit hohlplattenartigen Einzelelementen, die aus je zwei
entlang von Saum- und Steppnähten verbundenen Eunststoffolien bestehen und durch
den ueberdruck innen strömendem Heizdampfes in aufgeblähtem Zustand gehalten werden.
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Bei solchen als Fallfilmverdampfer betriebenen Folienwärmetauschern
rieselt die zu verdampfende Flüssigkeit auf der Vorderseite einer Wärmetauscherwand,
d.h. einer Ennststofffolie, herab und verdampft dabei infolge der Heizwirkung des
höher gespannten Dampfes, welcher auf der Rückseite kondensiert
Ein
Ifauptproblem bei der Verwendung solcher Folienwärmetauscher als Verdampfer für
Flüssigkeiten besteht darin, daß einerseits die wärmeaustauschenden Fluidströme
auf geringstem Raum in möglichst viele durch Kunststoffolien getrennte dünne Fluidschichten
aufgeteilt werden sollen, also eine möglichst hohe Packungsdichte erlfunscht ist,
daß aber andererseits genügend Zwischenraum sowohl für die Abfuhr des auf der Folienvorderseite
entstehenden Dampfes als auch für die Zufuhr des Heizdampfes auf der ßückseite,
d.h. im Innern der Folienelemente verbleibt.
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Es ist bekannt, hohlplattenartige Folienelemente derart mit Stepp-
und/oder Punktnähten zu versehen, daß beim Auf blähen eine Vielzahl von parallel
verlaufenden kanälen entsteht, auf die sich das Fluid verteilt. Es ist ebenso bekannt,
die Folienelemente dicht an dicht hintereinander zu schichten und dabei die Stepp-
bzw. Punktnahtsuster gegeneinander so zu versetzen, daß zwischen den Folienelementen
zwickelförmige Kanäle entstehen, durch die das zweite Fluid strömt (DT-PS 1 259
362).
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Der Nachteil dieser Formgebung für Fluide, die während ihres Durchtritts
durch den Wärmetauscher in zwei Phasen unterschiedlicher Dichte zerfallen, wie z.B.
einerseits Heizdampf in Kondensat und Restdampf und andererseits Meerwasser in
Dampf
und Sole, besteht darin, daß eine Trennung der spezifisch leichteren von der spezifisch
schwereren Phase erst nach Austritt aus dem Wärmetauscher möglich ist. Dadurch wird
insbesondere der Wärmeübergang zwischen Heizdampf und Folienwand behindert.
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Es ist ferner bekannt, die Lösung mittels Düsen-, Loch-oder Schlitzböden
auf die darunter befindliche Verdampferfläche zu verrieseln, um die allgemein bekannten
guten Wärmeübergangseigenschaften von dünnen Rieselfilmen auszunutzen. Der Nachteil
hierbei ist jedoch, daß ein zusätzliches Einbauteil benötigt und somit der Herstellungsaufwand
erhöht wird.
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Es ist weiterhin bekannt, die Folienelemente durch stutzenähnliche
Ausformungen des Folienrandes an Zu- und Ableitungsstutzen für das im Innern der
Elemente strömende Fluid anzuschließen.
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Der Nachteil dieser Ausführung besteht darin, daß ein Wärmetauscherelement
im Allgemeinen mit einer Vielzahl von Anschlußstutzen versehen werden muß, da der
Durchmesser dieser Stutzen aus Platzgründen nicht wesentlich die etwa zwei- bis
dreifache Stärke des aufgeblähten Folienelements überschreiten kann. Dadurch erhöht
sich nicht nur der Herstellungsaufwand
des Wärmetauschers, sondern
auch die Auswechselbarkeit der Kunststoffolien wird erschwert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Folienverdampfer
zum Eindampfen von Lösungen zu schaffen, der die Nachteile bisher bekannter Ausführungen
vermeidet und einerseits eine hohe Packungsdichte mit dem sich daraus ergebenden
hohen Wärmeaustauschgrad zuläßt, verbunden mit apparativer Einfachheit und guter
Austauschbarkeit der Eunststoffolienelementevandererseits aber eine getrennte Stromführung
der leichteren und der schwereren Phase innerhalb des Verdampfers bei gleichmäßiger
Verteilung des Heizdampfes und der zu verdampfenden Lösung auf die Gesamtfläche
des Folienelements gestattet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei
einem gattungsgemäßen Folienwärmetauscher einerseits die Steppnähte der Folienelemente
so anzuordnen, daß im aufgeblähten Zustand Zeilen von im wesentlichen senkrecht
oder stärker geneigt verlaufenden, geradlinigen, geschwungenen oder winkelförmigen,
nebeneinander liegenden, kurzen Kanälen kleineren Durchmessers mit im wesentlichen
waagrecht oder schwächer geneigt verlaufenden Kanälen größeren Durchmessers abwechseln
und andererseits die Folienelemente unter Punktberührung hintereinander derart höhenversetzt
anzuordnen,
daß zwischen den Folienelementen waagrechte Kanäle entstehen,
deren Querschnitt die Form eines Trapezes hat, bei dem zwei gegenüberliegende Seiten
durch Viertelkreisbögen ersetzt sind.
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Diese erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der hohlplattenartigen
Folienelemente hat den Vorteil, daß der Heizdampf im wesentlichen in den waagrechten
weiten Kanälen der Folienelemente strömt, während das anfallende Kondensat im wesentlichen
an den Wandungen der abwärts gerichteten engen Kanäle herabrieselt und somit eine
frühzeitige Abscheidung des Kondensats vom Heizdampf eintritt, so daß die Kondensation
in nachfolgenden Abschnitten durch mitgerissenes Kondensat nicht behindert wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der zwischen den Folienelementen
beim Verdampfen einer Lösung- entstehende Dampf durch die trapezförmigen Kanäle
in waagrechter Richtung entweichen kann, so daß das Verdampfen der herabrieselnden
Lösung nicht behindert wird. Darüber hinaus bewirkt Jede Berührungsstelle zwischen
einem abwärtsgerichteten und einem waagrechten Kanal eine Neuverteilung der Lösung
auf der darunterliegenden Folienoberfläche, so daß eine weitgehende Benetzung der
gesamten Verdampfungsfläche erreicht wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollen Folienelemente mittels
Stützriegeln in einem Gestell dicht an dicht aufgehängt sein, indem die Kunststoffolien
der Elemente an ihrem oberen Ende jeweils einen Hohlsaum bilden, durch den ein Stützriegel
geschoben ist, wobei die Stützriegel mittels Distanzstücken einen Schlitzboden eines
Verteilerkastens für die zu verdampfende Lösung bilden.
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Der Vorteil dieser Anordnung ist die gute Verteilung der Lösung auf
die einzelnen Folienelemente, was auf diese Weise mit einfachsten Hilfsmitteln möglich
ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollen die hohlplattenartigen
Folienelemente an ihren Seitenenden durch streifenförmige Paßstücke begrenzt sein,
zwischen die jeweils die Folienenden eingeklemmt sind und die, über ihre Höhe verteilt,
mehrere Öffnungen zur Dampfzufuhr und Kondensatabfuhr aufweisen.
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Die Vorteile dieser Anordnung sind einerseits die gleichmäßige und
somit druckverlustarme Heizdampfzufuhr und andererseits die einfache Anschlußmöglichkeit
und leichte Austauschbarkeit einer ganzen Packung von Folienelementen.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer
Wärmetauscher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt
durch drei benachbarte Folienelemente eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, Fig.
2 einen Vertikalschnitt durch ein Folienelement entsprechend II-II in Fig. 1, Fig.
3 einen Horizontalschnitt durch drei benachbarte Folienelemente entsprechend III-III
in Fig. 1, Fig. 4 eine Ansicht mehrerer hintereinander in einem Traggestell aufgehängter
hohlplattenartiger Folienelemente eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, Fig. 5
eine Ansicht der Anordnung aus Fig. 4 in Richtung V, Fig. 6 die Ansicht einer weiteren
Ausführungsform einer Packung, bei der die hohlplattenartigen Folienelemente an
ihren Seitenenden durch streifenförmige Paßstücke begrenzt werden,
Fig.
7 einen Schnitt entsprechend VII-VII aus Fig. 8 und Fig. 8 einen Schnitt entsprechend
VIII-VIII aus Fig. 6.
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Die in Fig. 1 bis 3 ausschnittsweise gezeigten drei aufgeblähten hintereinander
gepackten Folienelemente bestehen aus je zwei Einzelfolienbahnen 1 und 2, die durch
die Steppnähte 301 bis 303 (siehe Fig. 3) miteinander verbunden sind, so daß einerseits
die engen abwärtsgerichteten Kanäle 401 bis 404 und andererseits die weiten waagrecht
verlaufenden Kanäle 5 entstehen. Die in regelmäßigen Abständen untereinander angeordneten
Kanäle 5 dienen der Fortleitung des Heizdampfes - durch gestrichelte Pfeillinien
gekennzeichnet -Die damit verbundenen Kanäle 4o1 ff. entnehmen dem Heizdampfstrom
kleinere Dampfteilmengen, welche an den Wandungen kondensieren (siehe die geschlängelten
Pfeillinien), sowie aus dem Dampfstrom abgeschiedene Kondensattropfen.
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Bei dichter und höhenversetzter Hintereinanderpackung der aufgeblähten
Folienelemente entstehen zwischen den Elementen trapezförmige Kanäle 6 für die Ableitung
des beim Eindampfen der herabrieselnden Lösung (diese ist mit durchgezogenen Pfeillinien
angedeutet) entstehenden Dampfes - durch gepunktete Pfeillinien angedeutet -
Das
in Fig. 4 zuvorderst sichtbare hohlplattenartige Verdampfereinzelelement besteht
aus einem stutzenförmigen Ansatzstück 11 für die Dampfzufuhr, einer punktgeschweißten
Dampfverteilungszone 20, dem mit Steppnähten versehenen wärmeübertragenden Teil
30 und dem Stutzen 41 für den Kondensatablauf, ferner aus dem in einem Hohlsaum
des Einzelelements untergebrachten Stützriegel 51.
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Die Seitenansicht der sieben nebeneinander hängenden Verdampferelemente
in dichter Packungsanordnung gemäß Fig. 4 ist in Fig. 5 gezeigt. Stützriegel 51
bis 57 werden durch Distanzelemente 61 und 62 (siehe Fig. 4) untereinander und gu
den Wandungen 71 und 72 auf Abstand gehalten, damit sich die in dem durch Wandungen
71 bis 74 gebildeten Behälter befindliche Lösung auf die Einzelelemente gleichmäßig
verteilt. Ein Rahmen 80 dient zur Abstützung der Stützriegel 51 bis 57 sowi#e zur
Halterung des Behältnisses für die Flüssigkeitsverteilung. Wie aus Fig. 4 und 5
ersichtlich, ist das Nahtmuster des benachbarten Folienelements höhenverschoben.
Dadurch stützen sich im aufgeblähten Zustand die abwärts verlaufenden Kanäle zu
den waagrecht verlaufenden ab, ohne den senkrechten Flüssigkeits- und waagrechten
Dampffluß zwischen den Elementen zu behindern.
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Bei der Einzelelementpackung gemäß Fig. 6 umschließen die Folienenden
paarweise je ein Paßstück 121 bis 123 bzw. 131
und 132. An den
Rändern werden die Paßstücke durch Endstücke 14, 151 und 152 eingefaßt. Ein Rahmen
im Fall des vorliegenden Beispiels, bestehend aus den Winkelprofilen 16 , 171 und
172 sorgt für die nötige mechanische Stabilität, welche durch Zuganker 18 je nach
Erfordernis noch erhöht werden kann.
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Die in Fig. 7 sichtbaren Stützriegel 58 und 59 entsprechen in ihrer
Wirkungsweise den in Fig. 4 und 5 beschriebenen.
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Ein Flüssigkeitsverteilerkasten wurde zwar nicht eingezeichnet, kann
jedoch auch bei dieser Ausführung auf einfache Weise vorgesehen sein.
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Eine weitere Ausführungsform des Musters der Steppnähte ist in Fig
8 gezeigt. Die durchgezogenen Linien sind dabei das Muster des geschnittenen Folienelements
und die gestrichelten das Muster des dahinter liegenden höhenversetzten Elements.
Stützriegel 510 sind in einem Halteprofil 19 gelagert, welches wiederum mit den
Eckprofilen 201 und 202 fest verbunden ist. Die Profile 19, 201, 202, 21, 22, 231
und 232 bilden einen Führungsrahmen für die von den Profilen 16, 171 und 172 eingefaßten
Böden.