DE2533188C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Destillationsanlage mit einer Verdampferkammer zur Verdampfung von Flüssigkeit bei verringertem Innendruck.

Aus der DE-OS 17 92 134 ist eine Destillationsanlage bekannt, bei der die zu entsalzende Flüssigkeit in einem Verdampfer verdampft wird, der Dampf über eine Leitung einem Kondensor zugeführt wird, dort kondensiert und über eine Pumpe abgeführt wird. Die Pumpe ist über den Kondensor und die Leitung mit dem Inneren des Verdampfers verbunden und sorgt für den im Verdampfer erforderlichen Unterdruck.

Eine derartige Destillationsanlage benötigt recht große und teure Kondensoren, um den vom Verdampfer erzeugten Wasser­ dampf wieder zu kondensieren. Diese Kondensoren arbeiten meist als Wärmetauscher und sind deshalb nicht nur in der Herstellung sondern auch im Betrieb sehr kostenintensiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Destil­ lationsanlage anzugeben, bei der übliche Kondensoren entfallen können und deren laufenden Betriebskosten möglichst gering sind.

Diese Aufgabe wird mit einer Destillationsanlage gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Anordnung des Ansaugstutzens der Flüssigkeitspumpe und der Mündung der Rückführleitung zueinander mit axialem Abstand führt zu dem die Beschickungskammer frei durch­ strömenden Flüssigkeitsstrahl, wobei mit verhältnismäßig geringem Energieaufwand ein merklich höherer Unterdruck in der Beschickungskammer und damit in der Saugleitung zum Verdampfer erzielt werden kann als mit herkömmlichen Flüssigkeitspumpen.

Die Umfangsfläche des frei die Beschickungskammer durch­ strömenden Flüssigkeitsstrahls dient dem in der Kammer befindlichen Dampf als Kondensationsfläche. Der Dampf kondensiert also auf der Umfangsfläche des Flüssigkeits­ strahls, so daß das Kondensat vom Strahl mitgenommen und von der Flüssigkeitspumpe über die Trennkammer zur Auslaßleitung gefördert wird. Die Erkenntnis dieser Förderwirkung wird erfindungsgemäß ausgenutzt. Die Kondensation des Dampfes wird mit der Dampfförderung und mit der Erzeugung eines Unterdruckes im Verdampfer derart verknüpft, daß auf einen Kondensor verzichtet werden kann und dabei der Unterdruck ausreicht, um ohne weitere Energiezufuhr insbesondere Meerwasser zum Sieden zu bringen. Bei Verwendung der Pumpeinrichtung in einer Meerwasserentsalzungsanlage braucht also lediglich die im Meerwasser vorhandene Wärme zum Siedevorgang eingesetzt zu werden. Außerdem kann die Pumpe bei der erfindungsgemäßen Destillationsanlage für nur geringe Leistung ausgelegt werden. Es muß lediglich gewährleistet sein, daß ein konstanter Flüssigkeitsstrahl die Beschickungskammer kontinuierlich durchströmt. Hierbei unterstützt die Druck­ seite der Flüssigkeitspumpe deren Ansaugseite, so daß der Energiebedarf zur Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsstrahls äußerst gering ist.

Zwar ist bekannt, Flüssigkeitspumpen mit Strahlpumpen zu kombinieren. Diese Maßnahme dient aber in erster Linie dazu, bei Lufteintritt in den Ansaugstutzen der Flüssig­ keitspumpe ein Anlaufen der Pumpe zu gewährleisten (CH-PS 2 26 526). In Aufbau und Funktion ähnlich sind auch andere bekannte Pumpeinrichtungen (US-PS 28 53 014 und DE-PS 9 68 232), wobei das Umlaufmedium zum Betrieb der Strahlpumpe auch ein gasförmiges Medium sein kann (DE-PS 9 68 232).

Auch ist bekannt (DE-PS 5 83 763), zum Evakuieren eines Kondensors eine auf der Druckseite einer Flüssigkeitspumpe angeordnete Strahlpumpe zu verwenden. Dabei wird als Treib­ flüssigkeit eine Salzlösung eingesetzt. Dieser Druckschrift ist aber nicht zu entnehmen, die Strahlpumpe zur Erzielung eines hohen Vakuums im Verdampfer auf der Saugseite der Pumpe anzuordnen und als Pumpflüssigkeit das Destillat umzupumpen, wobei der freie Strahl in der Beschickungs­ kammer als Kondensationsfläche ausgenutzt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Destil­ lationsanlage ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5.

Die Erfindung ist im folgenden im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert, die schematisch einen Teil der erfindungsgemäßen Destillationsanlage zeigt.

Die Destillationsanlage enthält eine von einer Antriebs­ vorrichtung 9 angetriebene Zentrifugalpumpe 1, deren Auslaß 2 in eine Trennkammer 3 in der Nähe von deren oberem Ende mündet. An die Trennkammer 3 ist oben eine Auslaßleitung 8 angeschlossen. An der Unterseite der Trennkammer 3 ist eine Rückführleitung 4 vorhanden, die in eine Beschickungs­ kammer 6 mündet, welche mit dem Pumpeneinlaß 5 in Verbin­ dung steht. In die Beschickungskammer 6 mündet außerdem von oben eine Leitung 7 zum Ansaugen für Luft oder ein anderes gasförmiges Medium, z.B. den Dampf eines angeschlossenen Verdampfers (nicht dargestellt).

Das Austrittsende der Rückführleitung 4 ist mit Abstand von dem ihm gegenüberliegenden Pumpeneinlaß 5 angeordnet. Die Rückführleitung 4 hat einen kleineren Durchmesser als der Pumpeneinlaß 5. Beim Betrieb der Pumpe wird infolge der Anordnung des Endes der Rückführleitung 4 in bezug auf den Pumpeneinlaß 5 durch einen den Raum zwischen ihnen durch­ strömenden Destillatstrahl ein starker Unterdruck innerhalb der Beschickungskammer 6 erzeugt, wobei der Destillatstrahl die Luft oder das Gas in der Kammer 6 mitnimmt. Die auf diese Weise mitgenommene Luft wird von der Pumpe 1 in die Trennkammer 3 gefördert, von wo sie über die Auslaßleitung 8 abströmt.

Da ein im Vergleich zum Volumen der mitgenommenen Luft sehr großes Flüssigkeitsvolumen umgewälzt wird, wirkt die rück­ geführte Flüssigkeit in der Zentrifugalpumpe 1 als Flüssig­ keitsdichtung, wodurch ohne weitere Dichtmaßnahme ein großer Unterdruck in der Beschickungskammer 6 erzeugt werden kann. Dieser Unterdruck steht auch in der Saug­ leitung 7 und einem angeschlossenen Verdampfer an.

Die Pumpe 1 erzeugt also in der Beschickungskammer 6 einen erheblichen Unterdruck und ist gleichzeitig in der Lage, Flüssigkeit zu fördern. Tritt durch die Saugleitung 7 in die Beschickungskammer 6 Flüssigkeit ein, z.B. Destillat, so sammelt sich diese zunächst am Boden der Kammer und wird, wenn der Flüssigkeitspegel auf die Höhe des Pumpen­ einlasses 5 ansteigt, ebenfalls in die Pumpe 1 mitgenommen und in die Trennkammer 3 gefördert, wobei die überschüssige Flüssigkeit in der Trennkammer an deren Oberseite über die Auslaßleitung 8 abgeführt wird.

Im Ausführungsbeispiel hat die Mündung der Rückführleitung 4 einen Durchmesser von 1,27 cm und zum Pumpeneinlaß 5 einen Abstand von 2,54 cm, wobei der Durchmesser des Einlasses 2,54 cm beträgt. Diese Maße können jedoch auch anders gewählt werden und sind abhängig von der Leistung der Pumpe 1, dem Flüssigkeitsdurchsatz und den sonstigen Größen, welche die Druckverminderung auf den gewünschten Unterdruck beeinflussen.

In dem über die Leitung 7 angeschlossenen Verdampfer der Destillationsanlage wird Salzwasser umgewälzt. Der Unter­ druck im Verdampfer wird ausschließlich über die Be­ schickungskammer erzielt und ist so gewählt, daß zur Dampf­ erzeugung der aufgebaute Unterdruck in Verbindung mit der in der Flüssigkeit enthaltenen Wärme ausreicht. Diesem Verdampfer ist die Beschickungskammer 6 als Kondensor zugeordnet, wobei der Dampf in die Beschickungskammer angesaugt wird und dort an dem Flüssigkeitsstrahl konden­ siert, wodurch das Kondensat mit dem Destillat umgewälzt wird.

Die Kondensation wird demnach in der Beschickungskammer erreicht, wobei die am Pumpeneinlaß angeordnete Be­ schickungskammer derart bemessen wird, daß das von der Pumpe umgewälzte Destillat mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit in diese Kammer einströmt. Zu diesem Zweck ist die in die Kammer mündende Leitung 4 in geeigneter Weise verengt, so daß das einströmende Wasser in jedem Augenblick eine kalte, kondensierende Oberfläche darstellt und der in die Beschickungskammer durch den Druck seiner Verdampfungsquelle oder durch die Saugwirkung der Pumpe eintretende Dampf an oder innerhalb der Oberfläche des Destillatstrahls innerhalb der Beschickungskammer kondensiert.

Da stets ein neuer Oberflächenbereich dargeboten wird, wird der Dampf kontinuierlich kondensiert; die Anlage ist so ausgebildet, daß die latente und die feststellbare Wärme des in das umgewälzte Destillat eintretenden Dampfes durch Wärmeaustausch in der Trennkammer 3 entfernt wird. Hierzu können in der Trennkammer 3 Kühlwicklungen vorgesehen sein.

Versuche haben gezeigt, daß die Leistung einer derartig ergänzten Flüssigkeitspumpe für ein Volumen von 3,4 m³ von schwach gesättigtem Dampf mit einer Temperatur von 36°C gut ausreicht, während das anfallende Destillat und die nicht­ kondensierbaren Gase ohne jede Unterbrechung des gewünsch­ ten hohen Unterdrucks in dem Verdampfer der Anlage verar­ beitet werden können.

Für den Betrieb der Anlage ist eine Zentrifugalpumpe ausreichend, wobei zu berücksichtigen ist, daß eine ausreichende Menge Destillat umzupumpen ist, um die in der Beschickungskammer aufgenommene Dampfwärmemenge tatsächlich abführen zu können und über die Trennkammer weiterzugeben. Hierzu wird das umgewälzte Destillat über in der Trennkammer angeordnete Kühlwicklungen gekühlt, wobei die abgeführte Wärme vorzugsweise wiederum zur Dampferzeugung im Verdampfer herangezogen wird. Dieser Vorgang läuft kontinuierlich ab.

Der Pumpenausgangsdruck und damit die zum Betrieb der Pumpe erforderliche Leistung ist um so geringer, je größer der Durchmesser des in die Beschickungskammer eintretenden Flüssigkeitsstrahls in bezug auf die Pumpenansaugleistung ist, wobei jedoch der Flüssigkeitsstrahl im Verhältnis zum Pumpeneinlaß nicht gleichen oder größeren Durchmesser haben muß. Da der Pumpenausgangsdruck tatsächlich die Ansaugung unterstützt, genügen kleinere Motoren zur Umwälzung vorbe­ stimmter Destillatmengen.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Destillationsanlage ist eine Pumpeneinrichtung für das Destillat und eine für das Salzwasser vorgesehen. Durch direkte Kopplung der Beschickungskammern beider Pumpeinrichtungen kann auf einen Verdampfer und einen Kondensor verzichtet werden. Die Anlage kann dabei so eingerichtet sein, daß die Umgebungs­ luft als Heizmedium und irgendeine andere, kältere Flüssigkeit, beispielsweise Meerwasser, als Kühlmedium verwendet ist.

Bei einer derartigen Anlage ist zur Verdampfung ein Gefäß vorgesehen, das an eine Wasserversorgung angeschlossen ist, um einen bestimmten Flüssigkeitspegel innerhalb des Gefäßes zu gewährleisten. Aus diesem Gefäß fließt Wasser in die Beschickungskammer einer sogenannten Abblas-Pumpe ab, welche in diese Pumpe über eine Wärmesteuerkammer eintre­ tendes Salzwasser umwälzt. Aufgrund dieses Umwälzsystems fließt Wasser ab, so daß dem Gefäß ausreichend Frischwasser zugeführt ist, um den Salzgehalt der Flüssigkeit in dem Gefäß einzustellen. Überschüssiges Wasser wird aus dem Umwälzsystem abgepumpt, wodurch Mineralien und andere Stoffe abgeführt werden können, die sich sonst in dem Verdampfer niederschlagen würden.

Der Dampf wird aus dem Gefäß in die Beschickungskammer der Destillationspumpe gesaugt, die gleichzeitig in der Ver­ dampferkammer das Vakuum erzeugt. Die Destillationspumpe wälzt das Destillat um, wobei in der Beschickungskammer der Dampf kondensiert und die resultierende Flüssigkeit zu einem Bestandteil der umgewälzten Flüssigkeit wird, wobei die überschüssige Flüssigkeitsmenge während des Arbeits­ ablaufes aus dem Destillationskreislauf abgezogen wird. Im Verdampfergefäß kann ein Wärmetauscher angeordnet sein, der mit Kühlwasser durchströmt ist. Die Entleerung der Kammern und der Abblas-Pumpen der Destillationsanlage erfolgt mit nicht rückstellenden Ventilen, so daß beim Stillstand der Pumpen der Unterdruck in der Anlage erhalten bleibt.

Wie bereits ausgeführt, kann die Anlage ohne Kühlein­ richtung arbeiten. Es kann jedoch eine Kühleinrichtung vorteilhaft sein, wobei der Kondensor der Kühleinrichtung in dem Verdampfer angeordnet ist, der dann als Wärme­ tauscher arbeitet, während der Verdampfer der Kühleinrich­ tung innerhalb der Trennkammer angeordnet wird.

Claims (6)

1. Destillationsanlage bestehend aus

• - einer Verdampferkammer zur Verdampfung von Flüssigkeit bei verringertem Innendruck,
• - einer den verringerten Innendruck erzeugenden Pumpein­ richtung (1, 4, 6) mit einer Flüssigkeitspumpe (1) zum Umwälzen des Destillats in einem aus einer Auslaßlei­ tung (2), einer Trennkammer (3), einer Rückführleitung (4), einer Beschickungskammer (6) und einem Pumpeneinlaß (5) gebildeten geschlossenen Kreislauf,

wobei das Ende der Rückführleitung (4) in der Nähe des Pumpeneinlasses (5) innerhalb der Beschickungskammer (6) derart liegt, daß ein den Raum der Beschickungskammer (6) durchströmender Destillatstrahl zwischen dem Ende der Rückführleitung (4) und dem Pumpeneinlaß (5) ausgebildet ist, und wobei die Beschickungskammer (6) über eine Leitung (7) so mit der Verdampferkammer verbunden ist, daß der in die Beschickungskammer (6) eintretende Dampf an der Oberfläche oder innerhalb des Destillatstrahls in der Beschickungskammer kondensiert, und wobei das Kondensat zusammen mit dem Destillat von der Flüssig­ keitspumpe (1) zur Trennkammer (3) gefördert ist, die eine Auslaßleitung (8) aufweist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Vergleich zum Volumen der mitgenommenen Luft das umgewälzte Flüssigkeitsvolumen sehr groß ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Rückführleitung (4) verengt ausgebildet ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kühlen des Destillats in der Trennkammer (3) Kühlwicklungen vorgesehen sind.

5. Anlage nach eiem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitspumpe (1) eine Zentrifugalpumpe ist.