DE3736112C2 - Verfahren zur Herstellung von Eissuspensionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eis­ suspensionen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei die Eis­ suspensionen für Kühlzwecke und zur Aufkonzentrierung wäßriger Lösungen verwendet werden.

Bekannt sind konventionelle Kälteanlagen, die in Verbindung mit einem Eisspeicher Eis für Kühlzwecke erzeugen. Nach demselben thermodynamischen Prinzip arbeiten Eismaschinen zur Herstellung von Scherben- und Blockeis. Allerdings wird durch die große er­ forderliche Unterkühlung eine wesentlich höhere, in der Regel die 4- bis 5fache Leistung im Vergleich zu reinen Kühlanlagen benötigt.

Die Erzeugung von Eissuspensionen wurde bereits zur Meerwasser­ entsalzung angewendet. Dabei wurden in einem Gefrierer Tripelpunktbedingungen eingestellt, so daß sich Eiskristalle bildeten, die nach Schmelzen durch den verdichteten Brüden das Süßwasser lieferten. Probleme ergaben sich bei der Trennung des Eises vom Salzwasser. Der Energiebedarf konnte jedoch im Ver­ gleich zu Verdampfungsverfahren erheblich reduziert werden.

Bekannt sind ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Eiskristallsuspension mittels Gefrierverdampfung am Tripelpunkt, näher beschrieben in der Patentschrift CH 661786 A5, wobei zur Einstellung von Tripelpunktbedingungen ein Dampfstrahlverdichter verwendet wird, der aus dem Gefrier- bzw. Verdampfungsraum den entstehenden Dampf abzieht, diesen verdichtet und zur Kondensation in einen mit Kältemittel gekühlten Apparat fördert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit niedrigem Energiebedarf für die Erzeugung von Eissuspensionen zu schaffen, die als Kühlmittel in beliebigen Kühlkreisläufen verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs gelöst.

Die erzeugte Eissupension wird für Kühlzwecke verwendet, während die mit Wasserdampf angereicherte Lösung zunächst erwärmt und anschließend in einem Verdampfer vom aufgenommenen Wasser wieder befreit wird. Der dabei ent­ stehende Dampf wird verdichtet und demselben Verdampfer zuge­ führt. Das Kondensat und die abgereicherte Lösung dienen zur Erwärmung der angereicherten Lösung, die durch Zwischenkühlung des verdichteten Dampfes in einem mehrstufigen Verdichter weiter erwärmt wird. Nach Eintritt in den Gefrierer nimmt die abgereicherte Lösung wieder den Brüdendampf auf. Die dabei entstehende Absorptionswärme wird durch Kühlwasser abgeführt.

Durch diese Anordnung ist es möglich, eine Leistungsziffer von 6 und mehr zu erreichen. Die vergleichbaren Werte für gut ausge­ führte herkömmliche Kältemaschinen liegen bei 4 bis 4,5. Ein weiterer entscheidender Vorteil besteht darin, daß Wasser als Kältemittel verwendet wird, welches hervorragende Wärmeübertra­ gungseigenschaften hat und keine umweltbelastende Stoffe wie FCKW aufweist. Ferner wird durch die große Speicherkapazität des Eises ein wesentlich kleinerer Kühlmittelmassenstrom benö­ tigt. Die Eiserzeugung kann auch während der Nacht mit Hilfe von preiswertem Nachtstrom durchgeführt werden, wodurch eine bessere Wirtschaftlichkeit erreicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt.

Die einzige Figur zeigt das Schema des Verfahrens zur Erzeugung von Eissuspensionen.

Das Rohwasser 1 tritt über die Pumpe P1 in den Gefrierer G ein, in dem die Tripelpunktbedingungen herrschen. Es fließt durch die Lanze L1, die mehrere Düsen D1 trägt, in den Gefrierraum. Dabei bilden sich sehr feine Tröpfchen, die schon während der Flugphase zu gefrieren beginnen. Im Sumpf S1 bildet sich eine Eissuspension. Hiervon gelangt ein Teil 2 über die Pumpe P2 in den Trennapparat T, der ein einfacher Behälter, ein Zyklon, eine Zentrifuge oder ein Mikrofilter sein kann. Im Trennapparat wird der Eisgehalt der austretenden Suspension 3 erhöht, während die weitgehend von Eis befreite Suspension 4 in den Gefrierer G zurückgeführt wird. Die eingedickte Eissupension gelangt über die Pumpe P3 in die angeschlossene Kühlanlage und dient dort als Kühlmittel.

Da im Gefrierer die Tripelpunktbedingungen herrschen, bildet sich beim Gefrieren der eingedüsten Tröpfchen gleichzeitig Dampf, der zur Aufrechterhaltung des Prozesses ständig abge­ zogen werden muß. Die Absaugung erfolgt mit Hilfe eines Absorp­ tionsmittels in einem integrierten Absorber. Der Dampf 4 steigt nach oben und strömt quer zum Rohrbündel RA des Absorbers A wieder nach unten. Gleichzeitig wird die absorbierende Lösung 5 über die Lanze L2, die mit den Düsen D2 versehen ist, einge­ sprüht. Sie bildet auf den Rohren des Rohrbündels RA einen dünnen Film, und absorbiert den im Gleichstrom strömenden Dampf. Hierbei muß die Absorptionswärme abgeführt werden. Dies ge­ schieht mittels des Kühlwassers (6), das durch die Rohre fließt und sich dabei etwas erwärmt. Die mit Wasser verdünnte Lösung 7 sammelt sich im Sumpf S2 und wird durch die Pumpe P4 abgezogen. Die Lösung teilt sich dann auf, durchströmt die zwei parallel ge­ schalteten Wärmetauscher, den Lösungswärmetauscher LT und den Destillatkühler DK und heizt sich dabei auf. Die Teilströme 8 und 9 vereinigen sich wieder zu dem Hauptstrom 7, der in mehreren hintereinander geschalteten Dampfkühlern D1, D2, D3 weiter erwärmt wird und schließlich in den Verdampfer V ein­ tritt. Dort wird das im Absorber A aufgenommene Wasser durch Verdampfung wieder ausgetrieben. Die abgereicherte Lösung 5 sammelt sich im Sumpf S3 und wird durch die Pumpe P5 abge­ zogen. Sie gibt im Lösungswärmetauscher LT Wärme an die ver­ dünnte Lösung 8 ab und tritt wieder in den Absorber A ein, um den Dampf 4 aufzunehmen. Zur Aufrechterhaltung des Druckge­ fälles dient ein Expansionsventil EV.

Der im Verdampfer erzeugte Dampf 10 gelangt nach Befreiung von mitgerissenen Tropfen im Tropfenabscheider TS in einen mehrstu­ figen Verdichter und wird in den einzelnen Stufen VS1, VS2, VS3 stufenweise komprimiert. Zwischen den einzelnen Stufen kühlt sich er Dampf 10 durch Wärmeaustausch in den Dampfkühlern D1, D2, D3 ab, um einerseits hohe Verdichtungsendtemperaturen zu vermeiden und andererseits die Dampfwärme zu nutzen. Der ver­ dichtete Dampf erreicht dann einen so hohen Sättigungsdruck, daß er zur Beheizung des Verdampfers V verwendet werden kann.

Das Verdichtungsverhältnis ergibt sich aus der Siedepunkterhö­ hung und der treibenden Temperaturdifferenz im Verdampfer.

Durch Wärmeabgabe kondensiert der Dampf und bildet das Destil­ lat 11, das mit der Pumpe P6 durch den Destillatkühler DK ge­ fördert wird, um Wärme an den Teilstrom 9 der verdünnten Lösung abzugeben. Danach verläßt das Destillat die Anlage und kann als hochreines Wasser oder auch als Rohwasser verwendet werden.

Die Absaugung des Dampfes aus dem Gefrierer erfolgt also erst durch eine thermische und anschließend durch eine mechanische Verdichtung. Eine direkte mechanische Verdichtung des Dampfes aus dem Gefrierer würde aufgrund des sehr hohen spezifischen Dampfvolumens zu unwirtschaftlichen Dimensionen und schlechten Wirkungsgraden des Verdichters führen.

Die Brauchbarkeit des Verfahrens konnte bereits experimentell nachgewiesen werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Eissuspensionen (2, 3) aus Wasser (1), bei dem das Wasser (1) in einem Gefrierer (G) unter Tripelpunkt­ bedingungen versprüht wird (D1) und der dabei entstehende Wasserdampf (4) durch eine gekühlte (6) Absorptionslösung (5) aufgenommen wird, wobei eine verdünnte Absorptionslösung (7) entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die verdünnte Absorptionslösung (7) in zwei Teilströme (8, 9) aufgeteilt wird, die vor ihrem Eintritt in einen Verdampfer (V) für das Wasser zunächst in zwei separaten Wärmetauschern (LT, DK) im Gegenstrom zur in dem Verdampfer (V) eingedickten Absorptionslösung (5) bzw. im Gegenstrom zum in dem Verdampfer anfallenden Wasserdestillat (11) aufgeheizt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeheizte verdünnte Absorptionslösung (7) in in Serie geschalteten Dampfkühlern (D1, D2, D3) durch Wärmeaufnahme aus dem den Verdampfer (V) verlassenden verdichteten Wasserdampf (10) weiter erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im Verdampfer (V) erzeugte Wasserdampf in einem mehrstufigen Verdichter (VS1, VS2, VS3) verdichtet und als Heizdampf demselben Verdampfer (V) zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Gefrierer (G) austretende Suspension in einem nach­ geschalteten Trennapparat (T) eingedickt wird, wobei das vom Eis befreite Wasser in den Gefrierer (G) zurückfließt.