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Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser
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und Salzen aus salzhaltigen, wässrigen Lösungen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser und Salzen
aus salzhaltigen, wässrigen Lösungen, insbesondere aus Meerwasser und Industrieabwässern.
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Es ist bekannt, salzhaltige wässrige Lösungen durch Entspannungsverdampfung
teilweise in ihre Bestandteile zu trennen, wobei Wasser und eine stark salzhaltige
Sole anfallen. Es ist ferner bekannt, Salze, deren Löslichkeit in Wasser mit steigender
Temperatur abnimmt und die folglich einen negativen Löslichkeitsgradienten haben,
aus wässrigen Lösungen durch Temperaturerhöhung auszufällen und danach abzutrennen.
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Alle bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Trennung wässriger
Lösungen in ihre Bestandteile benötigen aber viel Energie.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Energieverbrauch
bei
der Trennung wässriger Lösungen durch die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung
zu vermindern, wobei möglichst einfache Prozeßapparate verwendet werden sollen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
die zu trennende wässrige Lösung komprimiert, mit Brüdendampf vorgewärmt, von Salzen
mit negativem Löslichkeitsgradienten durch Erhitzen mit Brüdendampf befreit und
danach unter Bildung von Brüdendampf entspannt wird und daß anschließend aus der
verbleibenden, stark salzhaltigen Sole ein oder mehrere Salze mit positivem Löslichkeitsgradienten
ganz oder teilweise durch Kristallisation sowie Verdämpfung des Wassers abgeschieden
werden können. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Vorwärmung
in 2 oder 3, die Abscheidung der Salze mit negativem Löslichkeitsgradienten in 2
oder 3, die Verdampfung in 4, 5 oder 6 und die Kristallisation in 1 oder 2 Stufen
erfolgt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch die Schaffung
einer Vorrichtung gelöst, die aus einer Kompressionspumpe, einem Hauptkondensator,
2 oder 3 Vonfärmern, 2 oder 3 Entkrustern, einem Expansionsgefäß, eine Kompressor
und 4, 5 oder 6 Verdampfern besteht, wobei den Verdampfern 1 oder 2 Kristallisatoren
nachgeschaltet sein können. Es ist vorteilhaft, wenn die Verdampfer als Fallfilmverdampfer
ausgebildet sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Durchlauf-
verfahren
und läßt im Vergleich zum Umwälzverfahren eine höhere maximale Prozeßtemperatur
zu, die sich auf die Energiebilanz günstig auswirkt und für den Betrieb der einzelnen
Prozeßapparate günstige Verhältnisse schafft. Die Erfindung hat sich insbesondere
bei der Entsalzung von Meerwasser und bei der Aufbereitung von Industrieabwässern
bewährt. So wird beispielsweise beim Einsatz der Erfindung zur Gewinnung von Wasser
aus Meerwasser im Vergleich zu bekannten Meerwasserentsalzungsverfahren eine Energieersparnis
von 10 bis 30% /m3 Wasser erreicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 Fließbild des erfindungsgemäßen
Verfahrens, Fig. 2 Fließbild der Salzgewinnung.
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Das Rohwasser 1 wird über die Rohwasserpumpe 2, die der Förderung
und Kompression der zu trennenden Lösung dient, zum Hauptkondensator 3 gefördert
und durch die Kondensation des Brüdendampfes 4 aufgewärmt. Nach dem Hauptkondensator
3 verläßt der Teilstrom 5, der als Kühlwasser gedient hat, die Anlage. Der restliche
Teilstrom 6 dient als Prozeßagasser und wird in den Vorwärmern7, 8, 9 durch die
Dampfströme 10, 11, 12 stufenweise indirekt erhitzt. Danach durchläuft der vorgewärmte
Teilstrom 6 die Entkruster 13, 14, 15, die durch Einblasen von Heißdampf direkt
beheizt werden.
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In den Entkrustern 13, 14, 15 werden die Salze abgeschieden, deren
Löslichkeit in Wasser mit steigender Temperatur abnimmt. Die ausgefallenen Salze
sammeln sich in den trichterförmigen Böden der Entkruster 13, 14, 15 und werden
kontinuierlich oder diskontinuierlich über die Ventile 16, 17, 18 abgezogen. Die
zur Beheizung der Entkruster 13, 14, 15 benötigten Iampfmengen sind sehr gering.
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Das aus dem Entkruster 15 austretende, von den Krusten bildenden Salzen
befreite Wasser 19 expandiert im Expansionsbehälter 20. Der dabei entstehende Dampf
21 wird im Kompressor 22 verdichtet und dem Entkruster 15 als Heizdampf 23 zur Beheizung
zugeführt. Aus dem Expansionsbehälter 20 gelangt der Sole strom 24 in den Soleraum
des Verdampfers 25, wo er weiter entspannt wird. Durch diese Entspannung und die
Beheizung mit dem Frischdampf 26, den der Kessel 27 liefert, wird aus dem Sole strom
24 Wasser verdampft, wobei die Umwälzpwmee 28 ständig einen Teil des Solestroms
24 durch das beheizte Rohrbündel des Verdampfers 25 fördert.
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Das Kondensat 29 des Frischdampfes 26 wird durch die Pumpe 30 in den
Kessel 27 gefördert. Der Kessel 27 kann entfallen, wenn zur Erzeugung des Frischdampfes
26 geeignete Abwärme zur Verfügung steht.
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Der im Verdampfer 25 entstehende Brüdendampf 31 wird in zwei Teilströme
geteilt. Mit dem kleineren Teilstrom 32 wird der Entkruster 14 beheizt, während
der größere Teilstrom 33 zur Beheizung des zweiten Verdampfers 34 verwendet wird.
Der Teilstrom 33 wird nach
seiner Kondensation im Verdampfer 34
im Entspannungsgefäß 35 entspannt. Der dabei entstehende Dampf 36 wird dem Brüdendampf
37 zugesetzt, welcher im zweiten Verdampfer 34 entsteht. Aus dem ersten Verdampfer
25 wird der Sole strom 38 in den zweiten Verdampfer 34 geführt. Ein Teil des Solestromes
38 wird von der Umwälzpumpe 39 ständig durch die Rohrbündel des Verdampfers 34 gefördert.
Im Entspannungsgefäß 35 wird außer dem Dampf 36 das Kondensat 40 gebildet.
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Aus dem zweiten Verdampfer 34 wird die Sole 41 in den dritten Verdampfer
42 geführt. Ein Teil der Sole 41 wird mit der Umwälzpumpe 43 im Verdampfer 42 ständig
umgepumpt. Mit dem kleineren Teilstrom 44 des Brüdendampfes 37 wird der Entkruster
13 beheizt, während der größere Teilstrom 45 zur Beheizung des dritten Verdampfes
42 benutzt wird. Der Teilstrom 45 wird nach seiner Kondensation im Verdampfer 42
zusammen mit dem Kondensat 40 in das Entspannungsgefäß 46 geführt.
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Dort entstehen das Kondensat 47 und der Dampf 48, der dem im dritten
Verdampfer 42 gebildeten Brüdendampf 49 zugemischt wird.
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Aus dem dritten Verdampfer 42 gelangt die Sole 50 in den vierten Verdampfer
51. Ein Teil der Sole 50 wird von der Umwälzpumpe 52 im Verdampfer 51 umgepumpt.
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Mit dem kleineren Teilstrom 12 des Brüdendampfes 49 wird der Vorwärmer
9 beheizt, während der größere Teilstrom 53 der Beheizung des vierten Verdampfers
51 dient.
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Der Teilstrom 53 wird nach seiner Kondensation im Ver-
dampfer
51 zusammen mit dem Kondensat 47 und dem Kondensat 54 dem Entspannungsgefäß 55 zugeführt.
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Dort bilden sich das Kondensat 56 und der Dampf 57, der dem Brüdendampf
58 des Verdampfers 51 zugemischt wird. Aus dem Verdampfer 51 gelangt die Sole 59
in den fünften Verdampfer 60. Ein Teil der Sole 59 wird mit der Umwälzpumpe 61 im
Verdampfer 60 umgepumpt. Der kleinere Teilstrom 11 des Brüdendampfes 58 wird zur
Beheizung des Vorwärmers 8 verwendet, während mit dem größeren Teilstrom 62 der
Verdampfer 60 beheizt wird. Der Teilstrom 62 gelangt nach seiner Kondensation im
Verdampfer 60 zusammen mit den Kondensaten 56 und 63 in das Entspannungsgefäß 64,
wo das Kondensat 65 und der Dampf 66 gebildet werden, der dem Brüdendampf 67 des
Verdampfers 60 zugemischt wird.
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Aus dem Verdampfer 60 wird die Sole 68 in den Verdampfer 69 gefördert,
wo ein Teil der Sole 68 mit der Umwälzpumpe 70 ständig umgepumpt wird. Der kleinere
Teilstrom 10 des Brüdendampfes 67 wird zur Beheizung des Vorwärmers 7 verwendet.
während mit dem größeren Teilstrom 71 der Verdampfer 69 beheizt wird. Der Teilstrom
71 gelangt nach seiner Kondensation im Verdampfer 59 zusammen mit den Kondensaten
65 und 72 in das Entspannungsgefäß 73, wo das Kondensat 74 und der Dampf 75 entstehen,
der dem Brüdendampf 4 zugemischt wird. Der Brüdendampf 4 wird im Hauptkondensator
3 kondensiert. Die Kondensate 74 und 76 werden gemischt und verlassen über die Pumpe
77 als Destillat 78 die Anlage. Die aus dem Verdampfer 69 kommende, stark salzhaltige
Sole 79 wird über die Pumpe 80 abgegeben.
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Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die Entspannungsgefäße 35,
46, 55, 64, 73 in die Heizräume der Verdampfer 25, 34, 42, 51, 60, 69 integriert
werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verdampfer 25, 34, 42, 51,
60, 69 als Fallfilmverdampfer ausgebildet sind.
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Wenn aus der Sole nicht nur Destillat sondern auch Salze gewonnen
werden sollen, können dem Verdampfer 69 ein oder mehrere Kristallisatoren nachgeschaltet
werden. Die stark salzhaltige Sole 79 wird im Kristallisator 81 aufgeheizt, wobei
ein Teil der Salze ausfällt und Dampf 82 entsteht, der dem Hauptkondensator 3 zugeführt
wird. Von der Pumpe 83 wird aus dem Kristallisator 81 das Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch
84 in den Zyklon 85 gefördert, wo eine weitgehende Trennung der Phasen erfolgt.
Der im Zyklon 85 abgetrennte Kristallbrei 86 wird in der Vorrichtung 87 (Filter,
Zentrifuge) weitgehend entwässert. Die Lösung 88 wird in den Kristallisator 81 zurückgeführt.
Dem Kristallisator 81 wird kontinuierlich ein Lösungsteilstrom 89 entnommen und
in einen weiteren Kristallisator gefördert oder aus der Anlage abgegeben. Das feuchte
Salz 90 wird in geeigneter Weise getrocknet. Der Kristallisator 81 kann mit Brüdendampf
4 oder Frischdampf 26 beheizt werden.
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Als Expansionsgefäß 20 kann ein zylindrischer Behälter mit tangentialem
Einlauf und vorgeschaltetem Drosselventil oder ein Zyklonverdampfer mit einer im
Eintrittsstutzen fest eingebauten Drosselvorrichtung verwendet werden.
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In vielen Fällen ist es vorteilhaft, wenn der aufgewärmte Teilstrom
5 in einer geeigneten Vorrichtung zurückgekühlt wird.
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L e e r s e i t e