DE2636682C3 - Verfahren und Vorrichtung zum mehrstufigen Entspannungsverdampfen von Salz- oder Meerwasser zur Gewinnung von Süßwasser - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mehrstufigen Entspannungsverdampfen von Meerwasser zur Gewinnung von Süßwasser, bei welchem das Meerwasser zunächst als wärmeaufnehmendes Kühlmittel von der Stufe mit der geringsten Temperatur und dem so geringsten Druck zur Stufe mit der höchsten Temperatur und dem höchsten Druck geleitet und dann nach einer zusätzlichen Erwärmung als zu verdampfende Flüssigkeit die Stufen in Richtung der abnehmenden Temperatur und des abnehmenden Druckes durchläuft, wobei ein Teil des Wassers verdampft und als Destillat abgeführt wird und wobei der letzteren Wärmeabfuhrstufe Rohwasser in zwei 'feilströmen zugeführt wird, welches zwei voneinander unabhängige Wärmeaustauschvorrichtungen durchströmt, von denen nur eine mit der Wärmeabfuhrstufe in Verbindung steht, so daß dieser Teil des Frischwassers der als Kühlmittel den vorhergehenden Stufen zuzuleitenden angereicherten Sole zugemischt wird, während der andere Teilstrom des Frischwassers nach seiner Verwendung zur Kühlung der letzten Stufe abgelassen wird.

Die Menge des produzierten Reinwassers und damit die Wirtschaftlichkeit ist bei derartigen Verfahren von der Temperatur des Meerwassers abhängig. Zwar stellt man den Verfahrensablauf so ein, daß bei der am häufigsten auftretenden Meerwassertemperatur ein optimales Ausbringen erzielt wird. Sobald sich jedoch die Temperatur des frischen Meerwassers nur wenig erhöht, verringert sich die Produktion. Dies beruht auf folgenden Zusammenhängen: Der Verfahrensablauf und die zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Anlage sind für eine bestimmte Temperatur ausgelegt, mit der die Sole von der letzten Stufe des Entspannungsverdampfers in das System geleitet wird. Bei Einhaltung dieser Temperatur ist der Verfahrensablauf optimal. Die erwähnte Soletemperatur ist aus diesem Grunde verfahrensbestimmend, denn bei einer Abweichung von dem vorgegebenen Wert verändert sich in allen Stufen das Temperaturgefälle zwischen dem Teil der Sole, der die Wärmetauscherrohre als Kühlmittel durchströmt und dem Teil, aus dem Reinwasser verdampft wird. Die Temperatur der Sole in den letzten Wärmeabfuhrstufen wird aber durch das frische Meerwasser, welches als Kühlmittel durch die Wärmetauscherrohre in diesen Wärmeabfuhrstufen geleitet wird, beeinflußt

Es kommt hinzu, daß ein Teil der Sole aus der letzten Stufe abgelassen wird, um eine zu hohe Konzentration an Salz in der Sole zu verhindern. Dieser abgelassene Teil sowie der Teil der Sole, der in den verschiedenen Stufen in Dampf überführt worden ist, muß durch frisches Meerwasser in dieser letzten Stufe ersetzt werden. Dieses Wasser wird — wie gesagt — zunächst als Kühlwasser zur Wärmeabführung durch die letzten Stufen hindurchgeleitet Von dem hierbei erwärmten frischen Meerwasser wird ein Teil abgezweigt und der Sole als Zusatzwasser zugeführt. Um Inhomogenität zu vermeiden, muß das Zusatzwasser die gleiche Temperatur wie die Sole in der letzten Stufe haben. Es ist deshalb bisher erforderlich, die Menge des in die letzte Stufe fließenden frischen Salz- oder Meerwassers so zu bemessen, daß es die gewünschte Temperatur aufweist Ist das frische Wasser — bezogen auf die bei der Auslegung zugrunde gelegte Normaltemperatur — zu kalt, muß der Kühlwasserstrom soweit gedrosselt werden, daß er die richtige Temperatur aufnimmt. Ist dagegen das ankommende Frischwasser zu warm, muß durch Vergrößerung der Durchsatzmenge an Kühlwasser dafür gesorgt werden, daß sich das Zusatzwasser nicht über die gewünschte Soletemperatur hinaus erwärmt Die Gesamtmenge des frischen Salz- oder Meerwassers muß deshalb auf die jeweils richtige Temperatur eingestellt werden. Das bedeutet bei den bisher üblichen Verfahren, daß zur Temperaturregelung des Frischwassers in den letzten Wärmeabfuhrstufen zum einen eine erhebliche Pumpenleitung bereitgehalten werden muß, um bei Bedarf die Durchflußmenge des Kühlwassers ausreichend zu erhöhen, sowie daß zum anderen die Wärmetauscherfläche so groß gewählt werden muß, daß sie auch im Falle eines geringeren Wärmegefälles ausreicht Beide Erfordernisse belasten die Kosten der Anlage, wobei ein Verkleinerung der Wärmetauscherfläche in diesen letzten Stufen deshalb besonders die Anlagekosten verringert, weil das bis dahin nicht aufbereitete, insbes. nicht chemisch behandelte Salz- oder Meerwasser durch teure korrosionsfeste Rohre geleitet werden muß.

Diese Nachteile gelten auch für das eingangs erwähnte bekannte Verfahren, bei welchem man in der letzten Stufe mit zwei voneinander unabhängigen Wärmeaustauschvorrichtungen arbeitet, weil trotz Aufteilung des Frischwasserstroms keine Maßnahmen

dafür getroffen sind, die Auswirkungen von Temperaturschwankungen des Frischwassers zu beseitigen. Die Aufteilung des Frischwasserstroms in der letzten Stufe bewirkt lediglich, daß eine nachgeschaltete Entgasungseinrichtung nur mit der normalerweise der Sole s zuzusetzenden Frischwassermenge beaufschlagt wird. Die im erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagene Maßnahme, eine die Wirtschaftlichkeit des Verfahrensgangs beeinträchtigende Einflußgröße zu beseitigen, wurde nicht erkannt

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs genannten Art in der Weise zu verbessern, daß der nachteilige Einfluß von Temperaturabweichungen des in die letzte Stufe eingespeisten Meerwassers mit geringerem Aufwand als bisher vermieden wird. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der der Sole zugeleitete Teilstrom des Frischwassers hinsichtlich seiner Menge so geregelt wird, odß er beim Eintritt in die angereicherte Sole deren Temperatur aufweist

Die zur Durchführung des genannten Verfahrens erfindungsgemäß vorgesehene Vorrichtung besteht aus einem mehrstufigen Entspannungsverdampfer zur Gewinnung von Süßwasser, dessen letzte Stufe mit zwei voneinander unabhängigen Wärmeaustauschvorrichtungen versehen ist, welche beide mit Frischwasser beaufschlagt sind, von denen jedoch nur eine mit der letzten Verdampferstufe in Verbindung steht in der der Sole Frischwasser zugesetzt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß dieser Wärmeaustauschvorrichtung Einrichtungen zur Regelung der Frischwasser-Durchflußmenge zugeordnet sind.

Die Erfindung wird anhand eines Beispieles beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das Schemabild der Wärmeabfuhrstufen eines herkömmlichen Entspannungsverdampfers,

F i g. 2 das Schaltbild der Wärmeabfuhrstufen eines erfindungsgemäßen Entspannungsverdampfers.

In F i g. 1 ist die Wärmeabfuhrstufe einer üblichen Anlage zum Entspannungsverdampfen von Meerwasser allgemein mit 1 bezeichnet Die Wärmeabfuhrstufe 1 besteht aus mehreren Kammern 2, 3, 4, die in Pfeilrichtung von der bereits in den vorhergehenden Stufen, von denen die letze: vorhergehende bei 16 angedeutet ist, durch Verdampfen an Salz angereicherten Sole durchflossen wird. Der Druck in den Kammern nimmt in Fließrichtung der Sole ab, ebenso wie deren Temperatur. Der aus der Sole austretende Wasserdampf wird mit Hilfe der Wärmetauscher 9 kondensiert und sammelt sich als Reinwasser in den durch eine Leitung 8 miteinander verbundenen Sammeltrögen 5,6, 7.

Durch die Wärmetauscher 9 der Wasserabfuhrstufe 1 wird frisches Meerwasser mit Hilfe der Leitung 10 hindurchgepumpt, welches sich dabei unter Wärmeaufnahme aus dem zu kondensierenden Dampf erwärmt. Die Hauptmenge des Frischwassers wird durch die Leitung 11 ins Meer zurückgeleitet

Eine Teilmenge des Frischwassers wird jedoch abgezweigt und strömt durch die Leitung 13 in die Solekammer 4 als Zusatzwasser. Dieses Zusatzwasser dient sowohl dazu, das aus der Sole in den verschiedenen vorhergehenden Stufen verdampfte Wasser als auch die bei 15 abgelassene Sole zu ersetzen. Bekanntlich wird stets eine gewisse Solemenge aus der letzten Stufe abgelassen, um die Konzentration des Salzes in der Sole nicht zu hoch werden zu lassen. Die mit Zusatzwasser vermischte Sole wird aus der Kammer 4 durch die Leitung 14 zu der Stufe 16 gepumpt, in welcher sie — wie in den dann noch folgenden Stufen — den Wärmetauscher 9 durchströmt Dabei dient sie als Kühlmittel für den aus der Sole austretenden Dampf, der — wie erwähnt — zu Reinwasser kondensiert

Das von dem durch die Leitung 11 fließenden Frischwasser in die Leitung 13 abgezweigte Zusatzwasser muß die gleiche Temperatur wie die Sole in der Kammer 4 aufweisen. Dementsprechend muß der Gesamtstrom des frischen Meerwassers, der durch die Leitung 10 zu den Wärmetauschern 9 geht und dessen Temperaturschwankungen unterliegt, so geregelt werden, daß das Zusatzwasser die richtige Temperatur hat Dies erfolgt durch Beeinflussung der Durchflußmenge.

Die Möglichkeit einer Durchfluß-Mengenregelung ist bei 10a angedeutet Die als Zusatzwasser abzuzweigende Teilmenge wird durch das Ventil 12 in der Leitung 11 eingestellt Bei 17 ist eine Möglichkeit vorgesehen, Aufbereitungsmittel, insbesondere Chemikalien, die die Bildung von Kesselstein verringern, zuzusetzen.

Der Zusatz der Aufbereitungsmittel erfolgt aus Gründen der Wirtschaftlichkeit nur zu dem Zusatzwasserstrom, der die Leitung 13 durchfließt Der mengenmäßig weitaus größere Frischwasserstrom, der durch die Wärmetauscher 9 der Wärmeabfuhrstufe 1 hindurchgeleitet und ins Meer (durch Leitung 11) abgelassen wird, wild nicht behandelt

In F i g. 2 ist die erfindungsgemäß gestaltete Wärmeabfuhrstufe 1 dargestellt. Die Anordnung unterscheidet sich dadurch von F i g. 1, daß in der Wärmeabfuhrstufe 1 zusätzlich und parallel zu den Wärmetauschern 9 weitere Wärmetauscher 9a in den Kammern 2, 3, 4 angeordnet sind. Von der Meerwasser-Zuleitung 10 ist vor der Wärmeabfuhrstufe 1 eine Leitung 11a abgezweigt, die eine Teilmenge des Frischwassers — nämlich das Zusatzwasser — in die zusätzlichen Wärmetauscher 9a führt. Die Einstellung der die Leitung U und 11a durchfließenden Wassermengen erfolgt mit Hilfe der Ventile 1 IZ)und lic Daher wird der die zusätzlichen Wärmetauscher 9a durchfließende Wasserstrom so geregelt, daß er nach dem Durchgang durch die Wärmetauscher diejenige Temperatur aufweist, mit der die Sole in die letzte Stufe 4 der Wärmeabfuhrstufe 1 gelangt Diese Regelung geschieht z. B. mit Hilfe der Ventile Hc und 12a Das auf diese Weise auf die Temperatur der Sole in der Kammer 4 eingeregelte Wasser wird durch die Leitung 13 als Zusatzwasser der Sole zugemischt. Dabei wird das auf die Soletemperatur gebrachte Zusatzwasser tunlich nur dem im Entspannungsverdampfer verbleibenden Teil der Sole zugemischt, also nachdem die Sole bereits um den abzulassenden Teil vermindert ist Diese Möglichkeit ist in der der besseren Übersichtlichkeit wegen schematisch ausgeführten Figur 2 nicht dargestellt. Damit zur Einstellung der gewünschten Temperatur erforderlichenfalls durch die zusätzlichen Wärmetauscher 9a eine größere Frischwassermenge geleitet werden kann, als sie als Frischwasser in der Kammer 4 benötigt wird, kann bei 12a überschüssiges Frischwasser vor der Zumischung zur Sole abgelassen werden.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahn.en wird auf einfache Weise die Wirtschaftlichkeit eines Entspannungsverdampfers verbessert Ausgehend von der Forderung, daß in der Wärmeabfuhrstufe, also den letzten Stufen des Verdampfers, mit frischem unaufbereiteten Salz- oder Meerwasser gekühlt werden muß, werden Temperaturänderungen des Frischwassers

dadurch berücksichtigt, daß nicht, wie bisher, der gesamte Frischwasserslrom auf die Temperatur eingeregelt wird, die das Zusatzwasser aufweisen muß, sondern daß nur ein Teüstrom dieses Frischwassers auf die möglichst genau einzuhaltende Temperatur gebracht wird, mit der die angereicherte Sole zusammen mit dem Zusatzwasser wieder in den Prozeß zurückgefünrt wird. Dadurch erübrigt sich die Bereitstellung von Pumpen und Wärmetauschern der bisherigen Größe, denn bisher mußte dafür gesorgt werden, daß die Erwärmung des gesamten Frischwassers in der Wärmeabfuhrstufe auch dann das vorgegebene Maß nicht überstieg, wenn das Frischwasser die z. B. jahreszeitlich bedingte Höchsttemperatur aufwies. Insbesondere die für diesen Fall erforderliche Durchsetzkapazität und

damit Größe der Wärmetauscher verteuerte die Anlage, weil die betreffenden Wärmetauscher von unaufbereitetem Wasser durchflossen werden und deshalb aus besonders hochwertigem Material bestehen müssen. Verzichtete man aus Kostengründen auf den Einbau von Wärmetauschern und Pumpen entsprechender Größe, müßte man bei Temperaturanstieg des Frischwassers einen erheblichen Rückgang der Süßwasserproduktion in Kauf nehmen.

Demgegenüber erfolgt bei der Erfindung die Temperaturregelung nur desjenigen Teils des Frischwassers, das der angereicherten Sole als Zusatzwasser zugegeben wird, wodurch sowohl Anlage- und Betriebskosten eingespart werden als auch ein durchgehend gutes Ausbringen an Süßwasser erzielt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum mehrstufigen Entspannungsverdampfen von Salz- oder Meerwasser zur Gewinnung von Süßwasser, bei welchem das Salz- oder s Meerwasser zunächst als wärmeaufnehmendes Kühlmittel von der Stufe mit der geringsten Temperatur und dem geringsten Druck zur Stufe mit der höchsten Temperatur und dem höchsten Druck geleitet, dann nach einer zusätzlichen Erwärmung als zu verdampfende Flüssigkeit die Stufen in Richtung der abnehmenden Temperatur und des abnehmenden Druckes durchläuft, wobei ein Teil des Wassers verdampft und als Destillat abgeführt wird und wobei der letzten Wärmeabfuhrstufe Rohwasser in zwei Teilströmen zugeführt wird, welches zwei voneinander unabhängige Wärmeaustauschvorrichtungen durchströmt, von denen nur eine mit der Wärmeabfuhrstufe in Verbindung steht, so daß dieser Teil des Frischwassers der als Kühlmittel den vorhergehenden Stufen zuzuleitenden angereicherten Sole zugemischt wird, während der andere Teilstrom des Frischwassers nach seiner Verwendung zur Kühlung der letzten Stufe abgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der der Sole zugeleitete Teilstrom (HaJ des Frischwassers hinsichtlich seiner Menge so geregelt wird, daß er beim Eintritt in die angereicherte Sole deren Temperatur aufweist

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem mehrstufigen Entspannungsverdampfer zur Gewinnung von Süßwasser, dessen letzte Stufe mit zwei voneinander unabhängigen Wärmeaustauschvorrichtungen versehen ist, welche beide mit Frischwasser beaufschlagt sind, von denen jedoch nur eine mit der letzten Verdampferstufe in Verbindung steht, in der der Sole Frischwasser zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß diesur Wärmeaustauschvorrichtung (9a) Einrichtungen (lic, Ma)zur Regelung *o der Frischwasser-Durchflußmenge zugeordnet sind.