DE3018918C2

DE3018918C2 - Vorrichtung zur Durchführung eines Kälteprozesses sowie Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung

Info

Publication number: DE3018918C2
Application number: DE19803018918
Authority: DE
Inventors: Jochen Dr.-Ing. 4030 Ratingen Kern; Herbert Ing.(grad.) 4630 Bochum Krips
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1980-05-17
Filing date: 1980-05-17
Publication date: 1985-09-26
Also published as: DE3018918A1

Description

Tropfenabscheider angeordnet und der Kondensator mit einem Wärmetauscher ausgestattet ist, der von dem infolge der Teilverdampfung im Verdampfungsgefäß abgekühlten Meerwasser vor dessen Rückführung ins Meer als Kühlmittel durchflossen ist

Die mit diesem Vorschlag erzielte Wirkungsgradverbesserung wird dadurch erreicht, daß das bei der Teilverdampfung im direkten Wärmeaustausch abgekühlte Meerwasser vor seiner Rückführung ins Meer als Kühlmittel für den indirekten Wärmeaustausch im Kondensator herangezogen wird, so daß zu diesem Zweck kein zusätzliches Kühlmittel verwendet werden muß. Durch die bereits erwähnte Integration von Verdampfungsgefäß und Kondensator ia einem gemeinsamen, unterschiedliche Funktionen übernehmenden Gehäuse wird der Konstruktionsaufwand und der Raumbedarf der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich herabgesetzt Insoweit werden dieselben Vorteile erzielt wie bei der zur Durchführung eines Kälteprozesses verwendeten Vorrichtung der Erfindung. ■

Zur Weiterbildung der beiden erfindungsgemäßen Vorrichtungen wird schließlich vorgeschlagen, das Gehäuse mit einem trichterförmigen Boden und einem gewölbten oberen Abschluß auszubilden.

Auf der Zeichnung ist jeweils ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtungen dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine zur Durchführung eines Kälteprozesses verwendete Vorrichtung und

F i g. 2 einen entsprechenden Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung.

Die für einen Kälteprozeß eingesetzte Vorrichtung nach F i g. 1 zeigt einen zylindrischen Behälter 1, der mit senkrecht stehender Längsachse angeordnet ist und eine trichterförmige Unterseite sowie eine gewölbte Oberseite besitzt Der untere Teil des Behälters 1 ist als Verdampfungsgefäß 2 ausgebildet, wogegen der obere Teil des Behälters 1 als Kondensator 3 dient.

Die Prozeßflüssigkeit P, im vorliegenden Fall zu kühlendes Wasser, wird über eine Zuführleitung 4 in das Verdampfungsgefäß 2 eingeführt, das beispielsweise auf einen Druck von 0,015 bar evakuiert wird. Durch diesen niedrigen Druck verdampfen 1 bis 2% der Prozeßflüssigkeit P, die beispielsweise eine Temperatur von 20° Celsius aufweist Durch die der Prozeßflüssigkeit P zur Verdampfung entzogenen Wärme kühlt sich die restliche Prozeßflüssigkeit P_r auf etwa 13° Celsius ab. Diese gekühlte Prozeßflüüsigkeit P_r wird am trichterförmigen Ende des zylindrischen Behälters 1 abgezogen und der weiteren Verwendung zugeführt.

Der im Verdampfungsgefäß 2 entstandene Dampf D wird von einem Verdichter 5 angesaugt, der beim Ausführungsbeispiel als Turboverdichter ausgebildet ist und sich innerhalb des Kondensators 3 befindet Dami' keine Wassertröpfchen in den Verdichter 5 gelangen, ist vor dessen Einlauf ein Tröpfchenabscheider 6 angeordnet Der Verdichter 5 wird von einem Elektromotor 7 angetrieben, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Oberseite des zylindrischen Behälters 1 angeordnet ist.

Auch im Kondensator 3 wird durch Anschlußstutzen 8 ein Unterdruck erzeugt der beim Ausführungsbeispiel bei 0,03 bar liegt. Im Kondensator 3 ist weiterhin eine Sprühleitung 9 angeordnet, durch welche ein Kühlmedium K in den Kondensator 3 eingesprüht wird. Bei diesem Kühlmedium K handelt es sich im vorliegenden Fall ebenfalls um Wasser, das im Kreislauf über einen Rückkühler 10 geführt wird. Dieses Kühlmedium gelangt auf diese Weise mit etwa 20° Celsius in die Sprühleitung 9. Das aus der Kondensatleitung 11 des Kondensators 3 austretende Kondensat besitzt eine Temperatur von etwa 24° Celsius.

Dieses Kondensat setzt sich aus dem dem Kondensator 3 zugeführten Kühlmedium K sowie dem niedergeschlagenen Dampf D zusammen, der aus der Prozeßflüssigkeit P im Verdampfungsgefäß 2 ausgedampft worden ist Da etwa 1 bis 2% der Prozeßflüssigkeit P ausdampfen, nimmt die Menge des Kühlmediums K ständig zu. Sofern es sich bei dem Rückkühler 10 um einen Trockenkühlturm handelt muß deshalb kontinuierlich oder periodisch eine Reduzierung der Menge des Kühlmediums K erfolgen. Gleichzeitig ist es erforderlich, das Prozeßmedium P um den Betrag des im Verdampfungsgefäß 2 entstandenen Dampfes D aufzufüllen.

Durch die mittels der Anschlußstutzen 8 an den Kondensator 3 angeschlossene Vakuumleitung können beim Betrieb der Vorrichtung Inertgase abgezogen werden. Diese Vakuumleitung kann vor Inbetriebnahme zugleich zur Erzeugung des Vakuums im Kondensator 3 und im Verdampfungsgefäß 2 benutzt werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 wird die im Grundaufbau gleichartige Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser verwendet. Als Prozeßflüssigkeit P wird dem im zylindrischen Behälter 1 ausgebildeten Verdampfungsgefäß 2 dementsprechend durch die Zuführleitung 4 Meerwasser zugeführt Durch den im Verdampfungsgefäß 2 herrschenden Unterdruck erfolgt somit eine teilweise Verdampfung des Meerwassers, und zwar wiederum durch direkten Wärmeaustausch. Während der salzfreie Dampf D im Kondensator 3 als Süßwasser 5 niedergeschlagen wird, wird das eingedickte und gleichzeitig gekühlte Meerwasser aus dem unteren Teil des zylindrischen Behälters 1 abgezogen.

Im Kondensator 3 ist bei dieser Anwendung der Vorrichtung außer dem Verdichter 5 ein Wärmetauscher 12 zum indirekten Wärmeaustausch zwischen einem Kühlmedium und dem niederzuschlagenden Dampf D angeordnet. Als Kühlmedium wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel das eingedickte und gekühlte Meerwasser verwendet, das als restliche Prozeßflüssigkeit P_r am unteren Teil des zylindrischen Behälters 1 abgezogen wird. Das eingedickte Meerwasser wird auf diese Weise über den Wärmetauscher 12 geführt, bevor es durch eine Abflußleitung 13 ins Meer zurückgeleitet wird.

Auch im vorliegenden Fall geschieht der Wärmeaustausch zum Verdampfen des Meerwassers direkt, so daß ein hoher thermodynamischer Wirkungsgrad erzielt wird. Weiterhin vermeidet die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung das Entstehen von Salzverkrusti'ngen beim teilweisen Verdampfen des Meerwassers. Das durch Niederschlagen an den Oberflächen des Wärmetauschers 12 entstehende Süßwasser wird durch eine Süßwasserleitung 14 aus dem Kondensator 3 abgezogen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Vakuumgefäß zum teilweisen Verdampfen der Flüssig- Patentansprüche: keit aufweist, das über einen Verdichter mit einem den verdampften Teil der Flüssigkeit niederschlagenden

1. Vorrichtung zur Durchführung eines Kältepro- Kondensator verbunden ist. an den eine Vakuumleitung zesses durch Teilverdampfen und dadurch bedingtes 5 angeschlossen ist und der durch ein Kühlmittel eines gleichzeitiges Abkühlen einer Flüssigkeit infolge di- sekundären Kühlkreislaufes gekühlt wird.

rekten Wärmeaustausches mit sich selbst, wobei die Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik Vorrichtung ein Vakuumgefäß zum teilweisen Ver- liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte dampfen der Flüssigkeit aufweist, das über einen Vorrichtung derart weiterzubilden, daß einerseits ihr Verdichter mit einem den verdampften Teil der Flüs- io Raumbedarf sowie der notwendige Konstruktionsaufsigkeit niederschlagenden Kondensator verbunden wand verringert werden und andererseits der Wirist, an den eine Vakuumleitung angeschlossen ist und kungsgrad verbessert wird.

der durch ein Kühlmittel eines sekundären Kühl- Diese Aufgabenstellung wird mit der eine Durchfühkreislaufes gekühlt wird, dadurch gekenn- rung eines Kälteprozesses betreffenden Erfindung dazeichnet, daß das Verdampfungsgefäß (2) durch 15 durch gelöst, daß das Verdampfungsgefäß durch den den unteren Teil eines im wesentlichen zylinderför- unteren Teil eines im wesentlichen zylinderförmigen migen Gehäuses (1) mit senkrechter Längsachse ge- Gehäuses mit senkrechter Längsachse gebildet ist, in büdet ist, in dessen oberen Teii der Kondensator (3) dessen oberen Teil der Kondensator mit dem als Turbomit dem als Turboverdichter ausgebildeten Verdich- verdichter ausgebildeten Verdichter integriert ist, wobei ter (5) integriert ist, wobei zwischen dem Einlauf des 20 zwischen dem Einlauf des Verdichters und dem VerVerdichters (5) und dem Verdampfungsgefäß (2) ein dampfungsgefäß ein Tropfenabscheider angeordnet Tropfenabscheider (6) angeordnet und der Konden- und der Kondensator als Sprühkondensator mit einer sator (3) als Sprühkondensator mit einer Sprühlei- Sprühleit(;ng für das über einen Rückkühler im getung (9) für das über einen Rückkühler (10) im ge- schlossenen Kreislauf umgewälzte Kühlmittel ausgebilschlossenen Kreislauf umgewälzte Kühlmittel (K) 25 detist
ausgebildet ist. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung wird der

2. Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung durch Wirkungsgrad der zur Durchführung eines Kälteproteilweises Verdampfen und anschließendes Konden- zesses dienenden Vorrichtung dadurch verbessert, daß sieren des Meerwassers in einem Vakuumgefäß, wo- nicht nur der Prozeß zur Teilverdampfung im direkten bei das Meerwasser einem Verdampfungsgefäß und 30 Wärmeaustausch stattfindet, sondern auch die Kondender hier durch den Unterdruck im direkten Wärme- sation des dem Kondensator mittels eines Verdichters austausch entstehende Dampf mittels eines Verdich- zugeführten Dampfes. Beide Prozesse finden in einem ters einem Kondensator zugeführt wird, in dem der Gehäuse statt, das durch Integration von Verdamp-Dampf durch indirekten Wärmeaustausch mit einem fungsgefäß und Kondensator nebst allen notwendigen Kühlmittel als Süßwasser niedergeschlagen wird, da- 35 Bauteilen eine Baueinheit bildet, so daß nicht nur der durch gekennzeichnet, daß das Verdampfungsgefäß Konstruktionsaufwand erheblich herabgesetzt wird, (2) durch den unteren Teil eines im wesentlichen sondern auch ein geringerer Raumbedarf entsteht Bei zylinderförmigen Gehäuses (1) mit senkrechter dem das Verdampfungsgefäß und den Kondensator entLängsachse gebildet ist, in dessen oberen Teil der haltenden Gehäuse handelt es sich somit nicht um eine Kondensator (3) mit dem als Turboverdichter ausge- 40 Kompaktbauweise aus einzelnen Bauteilen, wie sie beibildeten Verdichter (5) integriert ist, wobei zwischen spielsweise aus der US-PS 21 17 693 bekannt war; bei dem Einlauf des Verdichters (5) und dem Verdamp- der durch Integration entstandenen Baueinheit der Erfungsgefäß (2) ein Tropfenabscheider angeordnet findung übernimmt das Gehäuse mehrere Funktionen, und der Kondensator (3) mit einem Wärmetauscher Hierin unterscheidet sich die erfindungsgemäße Vor-(12) ausgestattet ist, der von dem infolge der Teilver- 45 richtung auch von dem aus der DD-PS 76 530 bekanndampfung im Verdampfungsgefäß (2) abgekühlten ten Stand der Technik, der lediglich ein zusätzliches Meerwasser vor dessen Rückführung ins Meer als Gehäuse als Aufnahmebehälter für sämtliche Einzelele-Kühlmittel durchflossen ist. mente zeigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Meerwassergekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mit einem 50 entsalzung durch teilweises Verdampfen und anschlietrichterförmigen Boden und einem gewölbten obe- ßendes Kondensieren des Meerwassers in einem Vakuren Abschluß ausgebildet ist. umgefäß geht von einem Stand der Technik aus, bei dem

das Meerwasser einem Verdampfungsgefäß und der

hier durch den Unterdruck im direkten Wärmeaus-

55 tausch entstehende Dampf mittels eines Verdichters einem Kondensator zugeführt wird, in dem der Dampf

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durch- durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Kühlmitführung eines Kälteprozesses durch Teilverdampfen tel als Süßwasser niedergeschlagen wird,
und dadurch bedingtes gleichzeitiges Abkühlen einer Um auch bei der zur Meerwasserentsalzung verwen-Flüssigkeit infolge direkten Wärmeaustausches mit sich 60 deten Vorrichtung den Konstruktionsaufwand sowie selbst sowie weiterhin eine Vorrichtung zur Meerwas- den Raumbedarf zu verringern und den Wirkungsgrad serentsalzung durch teilweises Verdampfen und an- zu erhöhen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß schließendes Kondensieren des Meerwassers. das Verdampfungsgefäß durch den unteren Teil eines im Aus der US-PS 21 17 693 ist eine Vorrichtung zur wesentlichen zylinderförmigen Gehäuses mit senkrech-Durchfiihrung eines Kälteprozesses durch Teilver- 65 ter Längsachse gebildet ist, in dessen oberen Teil der dampfen und dadurch bedingtes gleichzeitiges Abküh- Kondensator mit dem als Turboverdichter ausgebildelen einer Flüssigkeit infolge direkten Wärmeaustau- ten Verdichter integriert ist, wobei zwischen dem Einsches mit sich selbst bekannt, wobei die Vorrichtung ein lauf des Verdichters und dem Verdampfungsgefäß ein