DE2717543C3 - Verfahren zum Destillieren einer Flüssigkeit und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Destillieren einer Flüssigkeit durch Aufsprühen der Flüssigkeit auf horizontal und übereinander angeordnete Rohrbündel, die von innen mit Heizdampf hoher Temperatur nacheinander durchströmt werden, wobei die Anzahl der Rohre jedes Rohrbündels in Strömungsrichtung des Heizdampfes abnimmt und der Heizdampf unier Kondensation Wärme an die aufgesprühte Flüssigkeit abgibt, die ihrerseits verdampft und deren Dampf wieder kondensiert wird, unter Abführen nicht kondensierter Gase und Dämpfe, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit eimer Einrichtung zum Versprühen von Flüssigkeit in einem oberen Teil eines Verdampfergehäuses, durch das sich mehrere horizontal und übereinander angeordnete Rohrbündel zwischen zwei Rohrverbindern erstrecken, die durch Trennwände so unterteilt sind, daß die übereinander angeordneten Rohrbündel nacheinander durchströmt werden, und mit einem Kondensatsammler.

Be: einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 14 44 321) sind zwei Rohrbündel aus Wännetauccherrohren übereinander angeordnet Die zugeführte, zwecks Destillation zu verdampfende Flüssigkeit, im

ία folgenden auch Frischflüssigkeit genannt, wird auf die Rohrbündel gesprüht, und der verdampfte Teil der Flüssigkeit wird in einem von einem Motor angetriebenen Verdichter verdichtet, bevor er für den Wärmeaustausch in das obere Rohrbündel geleitet wird. Das

t5 Fluid wird aus dem oberen Rohrbündel in das untere Rohrbündel geleitet, aus dem das Kondensat und nichtkondensierbare Gase abgelassen werden. Die Außenseite des unteren Rohrbündels wird von der versprühten und am oberen Rohrbündel auf hohe Temperatur erhitzten Flüssigkeit beaufschlagt, so daß nicht kondensierbare Gase, die durch das untere Rohrbündel strömen, nicht vollständig abgekühlt werden und zusammen mit einer großen Dampfmenge abgelassen werden müssen. Dies erhöht die Abgasmenge und erfordert einen großen Gasejektor oder einen zusätzlichen Entlüftungskondensator, um die Wärmeverluste zu verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei dem bzw. der ein höherer thermischer Wirkungsgrad erzielt wird.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß die Rohrbündel vom Heizdampf im Kreuzgegenstrom zur aufgesprühten, über die Rohrbündel herabfließenden Flüssigkeit durchströmt werden und der Heizdampf, bevor er in die Rohrbündel geleitet wird, das in einem der oberen Rohrbündel gebildete, durch sein Eigengewicht herabströmende Kondensat zerstäubt und dadurch gekühlt wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, daß die Anzahl der Rohre jedes Rohrbündels von unten nach oben im Verdampfungsgehäuse abnimmt, daß die unterste Trennwand in einem der Rohrverbinder mit einer öffnung versehen ist, von der sich ein eine Dampfsperre aufweisendes Rohr nach unten in den Raum am Eingang des untersten Rohrbündels erstreckt, und daß ein Dampfejektor in diesen Raum mündet,

wobei die öffnung des Rohres in der Nähe der

Austrittsöffnung des Dampfejektors liegt, und daß der Kondensatsammler am Boden des Verdampfergehäuses

vorgesehen ist

Hierbei wird der Heizdampf von unten nach oben

durch die übereinander angeordneten Rohrbündel geleitet, d. h, nicht im Kreuzgleichstrom (wie im bekannten Falle), sondern im Kreuzgegenstrom zur aufgesprühten, über die Rohrbündel herabfließenden Flüssigkeit Das aus dem letzten Rohrbündel austretende Fluid weist daher nur geringe Mengen nichtkondensierter Gase und Dämpfe auf, so daß zum Abziehen der nichtkondensierten Gase und Dämpfe gegebenenfalls ein kleiner Ejektor ausreicht Der vom Dampfejektor mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßene Dampfstrom zerstäubt das durch das Rohr nach unten in den Raum am Eingang des untersten Rohrbündels strömende Kondensat, so daß der Heizdampf, bevor er in die Rohrbündel geleitet wird, durch das in einem der oberen

Rohrbündel gebildete Kondensat gekühlt und eine Kesselsteinbildung auf den Rohrbündeln aufgrund eines zu heißen Heizdampfes vermieden wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüehe 3 und 4.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht des Verdampfers,
F i g. 2 Git Schnittansicht !III nach F i g. 1,
F i g. 3 die Schnittansicht IH-III nach F i g. 1 und
Fig.4 eine perspektivische Ansicht des teilweise aufgebrochenen Verdampfers.

Oben in einem Gehäuse 1 des Verdampfers ist eine Platte 4 mit mehreren kleinen öffnungen 2 vorgesehen, die eine Flüssigkeitssprüheinrichtung 3 über einer Verdampferkammer 5 bildet, in der getrennte Bündel aus im wesentlichen horizontalen Wärmetauscher-Rohren 7 sich zwischen Rohrplatten 6 und 6a unter den öffnungen 2 erstrecken. Die Außenseiten beider Rohrplatten 6 und 6a sind durch einen ersten Rohrverbinder 8 und einen zweiten Rohrverbinder 8a abgedeckt Der Innenraum der Rohrverbinder ist jeweils durch Trennwände 10 und 10a in getrennte Räume unterteilt, um einige, in diesem Falle drei, Rohrbündel 19, 34 und 35 aus Rohren 7 abzugrenzen. Die Trennwand 10 ist im Rohrverbinder 8 zwischen dem unteren Rohrbündel 19 und dem mittleren Rohrbündel 34 angeordnet, während die Trennwand 10a im Rohrverbinder 8a zwischen dem mittleren Rohrbündel 34 und dem oberen Rohrbündel 35 liegt Die Anzahl der Rohre 7 jedes Rohrbündels ist kleiner als die des nächstniedrigeren Rohrbündels, so daß die Fluidströmungsgeschwindigkeit bzw. der Fluiddurchfluß in den oberen Rohren mit der Abnahme des Fluidvolumens in diesen Rohren aufgrund der Kondensation des Fluids nicht abnimmt Ein Raum auf dem Boden der Kammer 5 dient als Konzentratsammler 12, der mit einem Entnahmerohr 13 in Verbindung steht Die Sprüheinrichtung 3 ist mit einem Flüssigkeitszuführrohr 14 (Frischwasserrohr) verbunden.

Die Trennwand 10 weist mindestens eine durchgehende öffnung 15 auf, an die sich ein etwa U-förmiges Kondensatabfluß-Rohr 16 anschließt, das in eine Einlaß- oder erste Rohrverbinder-Kammer 20 für das untere Rohrbündel 19 ragt, so daß das sich in einer oberen oder dritten Rohrverbinder-Kammer 9 sammelnde Kondensat aufgrund seines Eigengewichts durch das Rohr 16 in die Rohrverbinder-Kammer 20 strömt Das nach oben gebogene Ende 18 des Rohrs 16 öffnet sich gegenüber einer Austrittsöffnung 22 eines Dampf-Ejektors 21, der am Rohrverbinder 20 angeschlossen ist, so daß das durch das Rohr 16 nach unten strömende Kondensat durch den vom Ejektor 21 ausgestoßenen Dampfstrom versprüht wird. Das Rohr 16 muß nicht U-förmig sein, sondern kann auch irgendeine andere Form haben, bei der sich das Rohr 16 am einen Ende in dem Dampfstrom des Ejektors 21 öffnet und eine vorbestimmte Kondensatmenge ständig auf der Trennwand 10 zurückgehalten wird, so daß der Dampf im Rohrverbinder 20 nicht durch die Druckdifferenz zwischen den beiden Rohrverbindern 9 und 20 unmittelbar in den oberen Rohrverbinder 9 entweicht. Das Kondensat in dem gekrümmten Teil des siphonartigen Rohrs 16 verhindert dieses Entweichen des Dampfes.

Eine vertikale Trennwand 23, die in F i g. 3 dargestellt ist, begrenzt einen Dampfdurchtrittskanal 25 längs der Trennwand 23 im Gehäuse 1 und einen Zwischenraum 24 darunter, über den die Verdampfungskammer 5 mit dem Durchtrittskanal 25 in Verbindung steht, der seinerseits mit einem Dampf auslaß 27 verbunden ist Ein Tröpfclienabscheider 26 ist in dsn Durchtrittskanal 25 eingeschaltet

Ein weiteres Kondensatablaßrohr 28, das ähnlich wie das Rohr 16 ausgebildet ist, ist an eine durchgehende Öffnung der Trennwand 10a angeschlossen und endet in

ίο einer unteren oder zweiten Rohrverbinder-Kammer 11. Eine Auslaß- oder letzte Rohrverbinder-Kammer 29 für das obere Rohrbündel 35 ist mit einem Gasejektor 30 versehen. Wenn der Druck in den Rohren 7 höher als der Atmosphärendruck gehalten wird, genügt ein einfaches Loch in der Außenwand der Rohrverbinder-Kammer 29 anstelle eines Gasejektors, um nichtkondensierbare Gase abzulassen. Die über das Rohr 14 zugeführte Flüssigkeit, zum Beispiel Meerwasser, wird von den Öffnungen 2 gleichförmig über die Wärmetauscher-Rohre 7 versprüht Unter hohem Druck stehender Dampf wird als Heiz- und Antriebsmedium über ein Rohr 32 in den Ejektor 21 geleitet Aus dem Rohr 27 oder, im Falle eines mehrstufigen Verdampfers, aus der (nicht dargestellten) Stufe mit der niedrigsten Temperatür austretender Niederdruck-Dampf wird über ein Rohr 33 angesaugt und mit dem Hochdruck-Dampf gemischt Das sich ergebende überhitzte Dampfgemisch wird über die Austrittsöffnung 22 in die Einlaß-Rohrverbinder-Kammer 20 ausgestoßen.

Andererseits sammelt sich das in den Wärmetauscher-Rohren des mittleren Rohrbündels 34 erzeugte Kondensat, das die Rohre zusammen mit dem Dampf durchströmt, auf der Trennwand 10. Das Kondensat strömt dann durch das Rohr 16 nach unten und an der Öffnung 18 heraus, wo es durch den mit hoher Geschwindigkeit über die Austrittsöffnung 22 eintretenden Dampfgemischstrom zu Nebel zerstäubt wird. Der Nebel verteilt sich im Einlaß-Rohrverbinder 20 und befeuchtet die inneren Oberflächen der Wärmetauscher-Rohre 19. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Wärmetauscher-Rohre über die Sättigungstemperatur hinaus erhitzt werden, die dem Druck des Dampfgemisches entspricht mit dem Ergebnis, daß praktisch die Überhitzungswärme des Dampfes bis zum Erreichen der Temperatur des gesättigten Dampfes abgeführt wird.

Der auf diese Weise durch Überhitzungswärmeabfuhr gekühlte Dampf tritt in Wärmeaustausch mit der über die Rohre des unteren Rohrbündels 19 versprühten Frischflüssigkeit, so daß ein Teil des Dampfes kondensiert und sich auf dem Boden der zweiten Rohrverbinder-Kammer 11 sammelt, von dem das Kondensat über das Rohr 31 abgeführt wird. Der nichtkondensierte Dampf strömt in die mittleren Rohre 34, in denen ein weiterer Teil des Dampfes kondensiert und sich als Kondensat auf der Trennwand 10 ansammelt. Das Kondensat strömt dann durch das Rohr 16 nach unten, um mit dem Dampfgemitch aus dem Ejektor 21 vermischt zu werden. Der auch dann noch

to nicht kondensierte Dampf strömt bis in das obere Rohrbündel 35, in dem ein weiterer Teil des Dampfes kondensiert, um sich als Kondensat auf der Trennwand 10a anzusammeln, von der es über das Rohr 28 nach unten strömt und dem in den unteren Rohren 19

■ erzeugten Kondensat zugesetzt wird, bevor es über das Rohr 31 abgeführt wird. Die nichtkondensierbaren Gase werden über den Gasejektor 30 ins Freie abgelassen. Der aus der zugeführten Flüssigkeit durch den

Wärmeaustausch in der Kammer 5 erzeugte Dampf strömt über den Zwischenraum 24 und den Durchtrittskanal 25, wobei die in ihm enthaltenen Tröpfchen durch den Abscheider 26 entfernt werden, in den Auslaß 27. Bei einem mehrstufigen Verdampfer strömt der Dampf als Heizmedium in die nächste Stufe. Bei einem einstufigen Verdampfer wird der Dampf über das Rohr 33 abgesaugt und durch den Ejektor 21 wieder erhitzt. Das sich auf dem Boden der Kammer 5 ansammelnde Konzentrat wird über das Rohr 13 abgelassen und kann bei einem mehrstufigen Verdampfer in die nächste Stufe geleitet werden.

Hierbei wird also der Heizdampf in die Wärmetauscher-Rohre des unteren Rohrbündels und schließlich in die Rohre des oberen Rohrbündels geleitet, auf das die kalte Frischflüssigkeit mit einer unter dem Verdampfungspunkt liegenden Temperatur versprüht wird und dabei nacheinander auf die unteren Rohrbündel fällt. Der nichtkondensierbare Gase enthaltende Dampf wird daher, während er durch die oberen Rohrbündel strömt, im Wärmeaustausch mit der kältesten Frischflüssigkeit soweit abgekühlt, daß das Verhältnis der Dampfmenge zur Menge der darin enthaltenen nichtkondensierbaren Gase auf ein Minimum verringert wird. Aus dem Verdampfer werden daher nur diese Gase und sehr wenig Dampf abgelassen, so daß nur ein kleiner Ejektor zum Ablassen genügt oder, wenn kein derartiger Ejektor verwendet wird, Abdampf-Wärmeverluste ohne einen Entlüftungskondensator verhindert werden.

Die Anzahl der Wärmetauscher-Rohre eines oberen Rohrbündels ist kleiner als die eines unteren, so daß der Fluiddurchfluß in den Rohren nicht verlangsamt wird, obwohl das Volumen des Dampfes mit der Kondensation absinkt, während er von den unteren zu den oberen Rohren strömt Dies verhindert eine Verringerung des Wärmeaustausch-Koeffizienten aufgrund einer Abnahme der Fluid-Strömungsgeschwindigkeit, so daß der Wärmeaustausch-Koeffizient in jedem Rohrbündel verbessert wird. Die Ausgangsöffnung 18 des Kondensat-Ablaßrohrs 16, das von der Trennwand 10 wegführt, liegt der Austrittsöffnung 22 für den Heizdampf aus dem Ejektor 21 gegenüber, so daß der mit hoher Geschwindigkeit aus dem Ejektor ausströmende über-■" > hitzte Dampf das an der Ausgangsöffnung 18 überlaufende Kondensat zerstäubt Ein Gemisch aus Dampf und zerstäubtem Kondensat strömt in die Wärmetauscher-Rohre, um die Frischflüssigkeit auf den Außenseiten der Rohre aufzuheizen und die Kesselsteinbildung aufgrund

ι» einer Verdampfung zu verhindern, so daß der kontinuierliche Betrieb verlängert wird. Da sich das erste Rohrbündel in der untersten Lage befindet, kann das Kondensat auf der Trennwand 10 ohne Pumpe durch sein Eigengewicht in die Nähe der Eintrittsöffnung für den Heizdampf aus dem Dampfejektor strömen. Das nach unten führende Rohr 16 braucht keine speziell ausgebildete Auslaßeinrichtung aufzuweisen, sondern die Ausgangsöffnung 18 braucht lediglich so angeordnet zu sein, daß sie in der Nähe der Austrittsöffnung 22 liegt Alle diese Merkmale ergeben einen einfachen störungsfreien Aufbau. Da die Dampfströmungsgeschwindigkeit an der Ejektor-Austrittsöffnung 22 hoch ist, wird das Kondensat in dem untersten Rohrverbinder 20 gleichförmig unter Bildung von Wirbelströmen zerstäubt, so daß selbst bei großer Anzahl von Wärmetauscher-Rohren die Wassertröpfchen des Gemisches aus Dampf und zerstäubtem Kondensat die Innenseite der Rohre, die nicht überhitzt werden, benetzen können und damit eine Kesselsteinbildung verhindern.

Die Verwendung mehrere getrennter Bündel aus Wärmetauscher-Rohren verbessert daher einmal den thermischen Wirkungsgrad beim Wärmeaustausch an den Rohren und verringert zum anderen die Größe des ausgangsseitigen Gasejektors 30. Sodann wird eine einfache Einrichtung zur Kühlung der Wärmetauscher-Rohre mittels des Dampfejektors 21 geschaffen, um die Kesselsteinbildung zu verhindern, die das größte Problem von Verdampfern darstellt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Destillieren einer Flüssigkeit durch Aufsprühen der Flüssigkeit auf horizontal und übereinander angeordnete Rohrbündel, die von innen mit Heizdampf hoher Temperatur nacheinander durchströmt werden, wobei die Anzahl der Rohre jedes Rohrbündels in Strömungsrichtung des Heizdampfes abnimmt und der Heizdampf unter Kondensation Wärme an die aufgesprühte Flüssigkeit abgibt, die ihrerseits verdampft und deren Dampf wieder kondensiert wird, unter Abführen nicht kondensierter Gase und Dämpfe, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrbündel vom Heizdampf im Kreuzgegenstrom zur aufgesprühten, über die Rohrbündel herabfließenden Flüssigkeit durchströmt werden und der Heizdampf, bevor er in die Rohrbündel geleitet wird, das in einem der oberen Rohrbündel gebildete, durch sein Eigengewicht herabströmende Kondensat zerstäubt und dadurch gekühlt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung zum Versprühen von Flüssigkeit in einem oberen Teil eines Verdampfergehäuses, durch das sich mehrere horizontal und übereinander angeordnete Rohrbündel zwischen zwei Rohrverbindern erstrecken, die durch Trennwände so unterteilt sind, daß die übereinander angeordneten Rohrbündel nacheinander durchströmt werden, und mit einem Kondensatsammler, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Rohre jedes Rohrbündels (19,34,35) von unten nach oben im Verdampfergehäuse abnimmt, daß die unterste Trennwand (10) in einem der Rohrverbinder (8) mit einer öffnung (15) versehen ist, von der sich ein eine Dampfsperre aufweisendes Rohr (16) nach unten in den Raum am Eingang des untersten Rohrbündels (19) erstreckt, und daß ein Dampfejektor (21) in diesen Raum mündet, wobei die öffnung (18) des Rohres (16) in der Nähe der Austrittsöffnung (22) des Dampfejektors liegt, und daß der Kondensatsammler am Boden des Verdampfergehäuses vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine obere Trennwand (10a) in den Rohrverbindern mit einer öffnung versehen ist, von der sich ein eine Dampfsperre aufweisendes Rohr (28) nach unten erstreckt

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfsperre durch eine siphonartige Rohrkrümmung gebildet ist