DE2533150A1

DE2533150A1 - Wasserdestillationsanlage

Info

Publication number: DE2533150A1
Application number: DE19752533150
Authority: DE
Inventors: Norman Leslie Foley
Original assignee: Auscoteng Pty Ltd
Current assignee: Hitech Distillation (international) Pty Ltd Dul
Priority date: 1974-07-18
Filing date: 1975-07-24
Publication date: 1977-02-10
Also published as: GB1516683A; FR2320264B1; AU495414B2; FR2320264A1; AU8326475A; DE2533150C2

Description

Auseoteng Pty. Ltd. A 34 895

28 Kensington Road

Hose Park / State of South Australia Commonwealth of Australia

Wasserdestillationsanlage

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Wasserdestillationsanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art.

Zur Herstellung von Süßwasser aus Salzwasser, d.h., von Wasser, dessen Salzbestandteil entfernt worden ist, gibt es eine Reihe von bekannten Verfahren, u.a. auch ein Verfahren, bei dem eine Druckverringerung verwendet wird, um den Wirkungsgrad der Verdampfung des Wassers zu verbessern, aus dem die Feststoffe, wie z.B. Salz, entfernt werden sollen.

Bei einer typischen Anlage des eben genannten Typs ist ein Verdampferabschnitt vorgesehen, in dem das Wasser in einen Zustand gebracht wird, wo eine Verdampfung bei verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit stattfindet. Dieser Dampf wird anschließend in einen Wärmetauscher geleitet, wo er kondensiert und schließlich als gereinigtes Wasser abfließt.

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Eine derartige Anlage umfaßt u.a. auch eine Vakuumpumpe, die den erforderlichen Druckabfall in dem Verdampfer erzeugt. Indessen haben sich in der Vergangenheit zahlreiche Schwierigkeiten mit diesem Gerätetyp ergeben. Zu diesen Schwierigkeiten zählt auch die Erzielung von verhältnismäßig geringen Anlagekosten, da es ohne weiteres ersichtlich ist, daß Pumpkosten eine kritische Größe darstellen und es einer sehr sorgfältigen Konstruktion bedarf, um geringstmögliche laufende Kosten zu erzielen. Es ist ferner aufgrund der schwierigen Reinigung der Anlage unbedingt erforderlich, eine Kesselsteinbildung in einer Anlage der beschriebenen Art zu verhindern. Eine weitere Schwierigkeit betrifft die Menge des Salzwassers bzw. der Sole, das bzw. die von der Anlage gepumpt werden muß, da die Anlage natürlich im betriebsfähigen Zustand bleiben muß. Wenn der Salzgehalt oder die Verunreinigungen des Wassers in dem Verdampfer ansteigen, ist es erforderlich, einen Teil des Destillats zu entziehen und es gegen Speisewasser zu ersetzen, so daß der Verfahrenszyklus wirksam fortgesetzt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Wasserdestillationsanlage der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß die laufenden Betriebskosten auf einen geringstmöglichen Wert gesenkt werden und gleichzeitig eine Kesselsteinbildung vermieden wird. Ferner soll ein genaues Gleichgewicht für den Entzug ("Abblasen¹¹) der das angesammelte Salz und andere feststoffe abtransportierenden Flüs-

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sigkeit erzielt werden, um eine wirksame Entsalzung aufrecht zu halten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Wasserdestillationsanlage sind in den Ansprüchen 2-4 gekennzeichnet.

Sie erfindungsgemäße Wasserdestillationsanlage umfaßt eine Zufuhrsteuerung, welche die Höhe des dem Verdampfer zugeführten Speisewassers auf einem geregelten Wert hält. Der Verdampfer ist an einen Kondensor angeschlossen, so daß eine Dampfströmung von dem Verdampfer zu dem Kondensor stattfinden kann. Der Kondensor besitzt seinerseits eine Einrichtung zum Entziehen des verflüssigten Destillats für dessen beabsichtigte Verwendung.

Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Wasserdestillationsanlage.

Die dargestellte Anlage weist einen Verdampfer 1 auf, der über Dampfleitungen 2 mit einem Kondensor 3 verbunden ist. Das in dem Kondensor 3 gebildete Kondensat wird über eine Produkt- bzw. Destillatleitung 4 aus dem Kondensor 3 ent-

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fernt.

Mittels einer Kühleinrichtung wird dem Verdampfer 1 Wärme zugeführt und dem Kondensor 3 Wärme entzogen. Die Kühleinrichtung umfaßt eine Verdichtereinheit 5» die ein Kühlgas

von
über eine leitung 6 einer Reihe/Wicklungen 7 innerhalb des Verdampfere 1 zuführt. Von der Wicklung 7 fließt das Kühlmittel in flüssiger Form über einen Flüssigkeitsabscheider 8 und einen Trockner 9 zu einem Druckreduzierventil 10, einem Verteiler 11 und parallelen leitungen 12 und von dort zu weiteren Wicklungen 13 innerhalb des Kondensors 3» von wo das Kühlmittel zurück zu dem Verdichter 5 fließt.

Auf diese Weise bringt die Kühleinrichtung Wärme in den Kondensor 3 und überträgt diese Wärme auf den Verdampfer 1, um eine Aufheizung der Flüssigkeit in dem Verdampfer 1 herbeizuführen.

Das unverarbeitete Speisewasser tritt über eine Leitung in einen von einem Schwimmer gesteuerten Speisewassertank 15 ein und fließt über eine Leitung 16 zu einer Wicklung 17 innerhalb des Wärmetauschers 18, um in eine wärmetauschende Wechselwirkung mit dem aus der Leitung 4 abfließenden Destillat zu treten. Die Leitung 16 verläuft von der Wicklung 17 zur Wicklung 19 innerhalb des Wärmetauschers 20, um in wärmetausehende Wechselwirkung mit dem verdichteten Wasser (Salzwasser bzw. "Abblas"- oder Entzugsflüssigkeit) zu treten. Die Leitung 16 verläuft ferner durch

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einen weiteren Wärmetauscher 21 und tritt an einer Stelle 22 im unteren Teil des Verdampfers 1 in diesen ein.

Das Produkt bzw. destillierte Wasser in der Leitung 4 wird mittels einer Destillationspumpe 25 abgezogen, die das destillierte Wasser ansaugt und gleichzeitig über den Kondensor 3 in dem Verdampfer 1 ein Hochvakuum erzeugt. Die Destillationspumpe pumpt das Destillat durch den Wärmetauscher 18, um es zu einer Beschickungskammer 24 zurückzuführen und durch eine Auslaßleitung 25 fließen zu lassen.

Der Salzwasserentzug erfolgt mittels einer Salzwasserentzugspumpe 26, intern das verdichtete Salzwasser über die Leitung 27 abgezogen wird, die an der Oberseite des Verdampfers 1 in gewünschter Höhe angeordnet ist, um den Flüssigkeitspegel innerhalb des Verdampfers 1 auf dieser Höhe zu halten. Die Leitung 27 ist an die mit der Pumpe 26 verbundenen Beschickungskammer 28 angeschlossen. Die Pumpe 26 fördert das Salzwasser durch den Wärmetauscher 20, von wo es zu der Beschickungskammer 26 zurückgeleitet wird. Das überschüssige Wasser tritt über die Leitung 29 durch den Speisewassertank 15 hindurch, wo es mit diesem in wärmetauschende Wechselwirkung tritt und fließt anschließend durch einen Wärmetauscher 21 naoh außen ab.

Die Destillatauölaßleitung 25 führt zu ei-aem Pegelsteuertank 31, der mit einem Überströmauafluß 32 versehen ist

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und auf oder etwa dem gleichen Niveau wie der Kondensor 3 angeordnet ist. Von dem Tank 31 führt eine Rückflußleitung 33 zurück zu dem Auslaß der Pumpe 23. Auf diese Weise ist der Tank 31 stets gefüllt. Wenn die Anlage außer Betrieb gesetzt wird, wird ein Ventil 34 geöffnet, damit das Wasser in den Kondensor 3 fließt und diesen flutet sowie die innerhalb des Kondensors 3 angeordneten Wicklungen 13 umgibt. Wird die Anlage wieder in Betrieb gesetzt, so läßt man die Kühleinrichtung für eine bestimmte Zeitspanne arbeiten, wodurch dem Wasser im Kondensor 3 Wärme entzogen und an das Wasser im Verdampfer 1 übertragen wird. Wenn jedoch zu diesem Zeitpunkt die Wicklungen 13 innerhalb des Kondensors 3 nicht mit Wasser bedeckt sind, werden diese Wicklungen in hohem Maße gekühlt, wodurch ein von dem Kondensor 3 übertragener Dampf eine Vereisung der Wicklungen auslöst. Das Wasser stellt somit eine Wärmesenke dar und verhindert eine Vereisung der Wicklungen, solange, bis die vollen Betriebsbedingungen erreicht sind und der Dampf strömt. Die Pumpe 23 wird dann in Gang gesetzt, um das Wasser zurück in den Tank 31 und aus dem Auslaß 32 zu pumpen, während das Ventil 34 geschlossen wird. Wenn das Wasser von dem Kondensor 3 abgelassen wird, erzeugt die Pumpe 23 das für das Sieden in dem Verdampfer 1 erforderliche Vakuum. Der gebildete Dampf strömt dann zu dem Kondensor 3, um sich an den Wicklungen 13 innerhalb des Kondensors 3 zu kondensieren.

Die beschriebene Anlage soll nachstehend theoretisch im

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Hinblick auf die eingangs erwähnten Aufgaben erörtert werden.

Wie ohne weiteres ersichtlich ist, muß im Falle, daß der gesamte, in einem Verdampfer einer Entsalzungsanlage erzeugte Dampf von der Beschickungskammer verarbeitet werden muß, die Beschickungspumpeinrichtung ausreichend groß sein, um dieser Aufgabe nachzukommen. Ein sehr großer Kondensor erzeugt normalerweise eine verhältnismäßig geringe Kondensatströmung. Daher kann dieser Kondensatstrom von einer kleinen Pumpe bewältigt werden. Eine große Anlage erfordert jedoch eine Verarbeitung eines Dampfvolumens von beispielsweise 113,56 Liter (= 30 Gallonen) Kondensat pro Tag, was einer Dampfmenge von 3.398 cbm bzw. 120.000 Kubikfuß pro Tag entspricht.

Bei kleineren Entsalzungsanlagen (0 - 3785 liter pro Tag bzw. 0 - 1000 Gallonen pro Tag) stellen die Pumpkosten eine kritische Größe dar, doch müssen auch stets die Kapitalkosten eines großen Kondensors gegen die steigenden laufenden Kosten der Beschickungspumpeinrichtung abgewogen werden, wo das Destillat, wenn es im nicht kondensierten Zustand ist, unmittelbar in der Beschickungskammer der Pumpeinrichtung kondensiert wird.

Die Erzielung geringstmöglicher laufender Kosten stellt, wie bereits erwähnt, eine kritische Größe bei der Wasserentsalzung dar. Erfindungsgemäß wird daher der Dampf in

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einem Kondensor mit hohem Wirkungsgrad kondensiert, der daraus resultiert, daß sowohl heiße als auch kalte Flüssigkeiten eine Zustandsänderung (Gas zu Flüssigkeit bei Wasser und Flüssigkeit zu Gas bei dem Kühlmittel) erfahren, wobei dieser Übergang große Wärmemengen bei konstanten Temperaturen betrifft. Durch entsprechende konstruktive Maßnahmen kann eine turbulente Strömung gewährleistet werden, die ein Absinken der Temperatur in den stillstehenden Schichten auf einem Minimum hält.

Es hat sich gezeigt, daß es wesentlich für einen wartungsfreien Betrieb ist, daß sich auf den Wärmeübertragungsflächen kein Kesselstein bilden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die heißeste, mit dem zu verdampfenden, unverarbeiteten Speisewasser in Berührung stehende Oberfläche eine Temperatur von weniger als 49⁰C (= 12O⁰F) besitzt.

Wie ohne weiteres ersichtlich ist, können durch konstruktive Maßnahmen die Sättigungstemperaturen des Kühlmittels zwar unter 49°C gehalten werden, doch muß die durch die Verdichtung bedingte Überhitzung gesteuert bzw. überwacht werden. Diese Überhitzung wird dadurch beaitigt, daß das Kühlgas in wärmetauschende Wechselwirkung mit dem durch den Wärmetauscher 21 fließenden Speisewasser gebracht wird, wo keine Verdampfung stattfindet und die Verweilzeit kurz ist. Das überschüssige Wasser in der Anlage wird über den Entzugs-EntÜberhitzer 30 abgeleitet.

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Sämtliche Kühlwicklungen werden vorteilhaft von oben her gespeist, um einen Abfluß des flüssigen Kühlmittels von den Wasserverdampferwicklungen (Kältekondensor) und dem Dampfkondensor (Kälteverdampfer) zu gewährleisten.

Bei Beginn des Wärmepumpzyklus muß eine Last in Form von Wärme vorhanden sein, damit sich die Kaitemitteidrucke aufbauen und auf die gewünschten Wärmepumpkapazitäten einstellen können. Wenn z.B. die Drucke gering sind, liegen die Sättigungstemperaturen gut unterhalb der Gefriertemperatur von Wasser. Dies muß beachtet werden, da beim Andauern dieses Zustandes der Kondensor vereist und den gesamten Betrieb zum Erliegen bringt.

Die eben erwähnte Schwierigkeit wird mittels des vorstehend beschriebenen Tanks 31 beseitigt, welcher gewährleistet, daß der Kondensierraum für den Dampf ausreichend Wasser enthält, d.h., daß der Kondensor 3 mit Wasser gefüllt ist. Der Verdampfer 1 ist selbstverständlich stets mit Wasser gefüllt und in der Lage, Dampf über^zu^leiten, der insbesondere an der Oberseite der Kondensorwicklungen zu Eis kondensiert, falls an dieser Stelle kein Wasser als Wärmelast vorhanden ist. Wenn der Wärmepumpverdichter in Gang gesetzt wird und z.B. fünf Minuten läuft, wird die in dem Wasser innerhalb des Kondensierraumes vorhandene Wärme in das Wasser innerhalb des Verdampfers übertragen. Hierdurch wird die Wasserfüllung im Kondensor gekühlt und das Verdampferwasser er-

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hitzt. Wenn die Anlage an diesem Punkt angelangt ist, liegen die Temperaturen und damit die G-asdrucke auf solchen Werten, daß gute Betriebsbedingungen erreicht sind und die Pumpen in Gang gesetzt werden können, um das Vakuum zu erzeugen.

Die Wasserfüllung in dem Kondensierraum wird in einen Speichertank für destilliertes Wasser entleert, während das von der Pump einrichtung erzeugte Vakuum zur Erzeugung von Dampf in den Verdampfern führt und die Dampflast dem Kühlmittel in dem Dampfkondensor als Wärme zugeführt wird.

Um zu verhindern, daß Teilchen von unbehandeltem Wasser infolge der Dampf geschwindigkeit von dem Verdampfer in den Kondensor befördert werden, erfolgt bei dieser Anlage eine automatische Verringerung des Siedewasserpegels, was die Verwendung von Dampftrennwänden und Monelmetallnetzen entbehrlich macht.

Dieser Vorteil ergibt sich daraus, daß zum Ablassen des Wassers in den Verdampfer eine Frischwasserspeisesteuerung, wie z.B. ein Flutventil, vorgesehen ist, welche die Zufuhr in den Verdampfer aufrecht hält. Wenn jedoch die Verdampfungsgeschwindigkeit aufgrund des besonders bei den oberen Wasserschichten des Verdampfers stattfindenden Siedevorganges zunimmt, so verringert sich etwas die vorhandene Wassersäule in dem Verdampfer, da durch das Sieden ein größerer Teil des oberen Wassers nach unten zu der Entzugs-

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einrichtung gelangt. Der Einlaß des Verdampfers ist weit genug von der Oberseite des Verdampfers entfernt, damit das weniger turbulente Wasser in dem unteren Teil des Verdampfers erhalten bleibt.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß das Kühlmittel von dem Verdichter zunächst durch Wärmetauscher fließt, wovon der eine Wärmetauscher für das in den Verdampfer fließende Speisewasser vorgesehen ist und der andere Wärmetauscher von der Entzugs- bzw. "Abblas"-Flüssigkeit durchströmt wird, d.i. die Flüssigkeit, die aufgrund der schweren Verunreinigungen abfließt. Das Speisewasser wird ferner durch einen Wärmetauscher geleitet, der mit dem aus dem Kondensor fließenden Destillat sowie mit einem an die Pumpe der Salzwasser-Entzugsvorrichtung angeschlossenen Wärmetauscher verbunden ist, so daß eine erhebliche Erhitzung des Speisewassers infolge des Wärmetauschers durch diese verschiedenen Einrichtungen stattfindet.

Das von dem Verdichter kommende Kühlgas wird anschließend von oben nach unten durch eine Reihe von Leitungen oder Wicklungen innerhalb des Verdampfers geleitet, um das Wasser in dem Verdampfer weiter zu erhitzen; das verflüssigte Kühlgas wird dann durch einen Aufnahmebehälter und einen Trockner zu dem Kondensor geleitet, wo wiederum eine Reihe von Wicklungen angeordnet ist, um eine nach unten gerichtete Strömung zu erzielen, so daß in diesen Wicklungen eine

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Verdampfung des flüssigen Kühlmittels und eine anschließende Kühlung und Kondensation des Destillats stattfindet,
wenn Letzteres durch den Kondensor fließt.

Durch die beiden Beschickungspumpen, die Gegenstand der
prioritätsgleichen Anmeldung der Anmelderin (Anwaltsakte
A 34 894) sind, kann ein Hochvakuum erzielt werden. Nähere Einzelheiten dieser Beschickungspumpen können der erwähnten prioritätsgleichen Anmeldung entnommen werden; soviel sei dennoch erwähnt, daß diese Pumpen eine Flüssigkeit zurückleiten, die eine am Einlaß der Pumpe angeordnete Beschickungs-(Mitnahme-)kammer durchquert, welche ferner an eine leitung angeschlossen ist, in der das Vakuum erzeugt wird.

Wie bereits erwähnt, wird ein Teil des Destillates in
einen mit dem Kondensor verbundenen Tank gepumpt, wobei
zu Beginn jedes Zyklus in dem die Kühlwicklungen umgebenden Kondensor eine ausreichende Menge Wasser vorhanden
ist, damit der Kondensor nicht vereist, und zwar solange, bis durch die anschließende Dampfbildung das Problem einer Vereisung gegenstandslos geworden ist.

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Claims

Auscoteng Pty. Ltd. A 34 895

Kensington Road

Rose Park / State of South Australia Commonwealth of Australia

Patentansprüche

©Wasserdestillationsanlage, mit einer Einrichtung zum Einspeisen von Wasser in einen Verdampfer, einem Kondensor zum Kondensieren des in dem Verdampfer erzeugten Dampfes und einerEinrichtung zum Zuführen von Wärme zu dem Verdampfer sowie zum Entziehen von Wärme aus dem Kondensor, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr- und -entzugseinrichtung folgende Merkmale aufweist:

a) Eine Kühleinrichtung, deren Kondensierwicklungen (7) in dem Wasserverdampfer (1) und dessen Verdampferwicklungen (13) in dem Wasserkondensor (3) angeordnet sind j

b) eine erste Beschickungspumpe (23) zum Ableiten des Kondensats aus dem Kondensor (3) sowie zum Erzeugen eines über dem Kondensor (3) in den Verdampfer (1) übergreifenden Vakuums, und

c) eine zweite Beschickungspumpe (26) zum Ableiten von Salzwasser von einem oberen Pegel des Verdampfers (1)

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derart, daß der obere Wasserpegel des Verdampfers auf einem bestimmten Wert gehalten und die Aufrechthaltung des Vakuums in dem Verdampfer erleichtert wird.
2. Wasserdestillationsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speisewasser so geführt ist, daß es in wärmetauschende Wechselwirkung mit dem Kondensat des Kondensors (3) sowie in wärmetauschende Wechselwirkung mit dem von dem Verdampfer (1) abgeleiteten Salzwasser tritt.
3. Wasserdestillationsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung einer Wärmesenke um die Wicklungen (13) innerhalb des Kondensors (3) während einer Anlaufperiode bei der Inbetriebsetzung der Anlage, wobei die Wärmesenke derart beschaffen ist, daß eine zu einer Vereisung führende Kühlung der Wicklungen (13) solange verhindert wird, bis der Dampffluß ausreichend groß ist, um an den Wicklungen (13) zu kondensieren.
4. Wasserdestillationsanlage nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmesenke Wasser vorgesehen ist, das als Kondensat von einem lank (31) dem Kondensor (3) zugeführt und mittels eines Ventils (34) derart steuerbar ist, daß bei Inbe-

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triebsetzung der Anlage das Ventil (34) geöffnet ist und das Wasser in den Kondensor (3) fließt und daß bei Erreichen der erforderlichen Betriebsbedingungen das Ventil (34) geschlossen und die erste, für die Ableitung des Kondensats vorgesehene Beschickungspumpe (23) in Gang gesetzt wird, um zunächst das Wasser von dem Kondensor (3) zu entfernen und anschließend das Kondensat abzuleiten.

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