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Apparat zur Destillation von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft einen
Apparat zum Destillieren von Flüssigkeiten, insbesondere einen Verdampfes mit natürlichem
Umlauf, der in erster Linie zum Destillieren von Rohwasser, z. B. von Seewasser,
Brak- oder FlußwasseT, für die Gewinnung von Kesselspeisewasser und/oder Trinkwasser
bestimmt ist.
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Es ist bereits bekannt, Apparate dieser Art zur Beheizung der Flüssigkeit
mit in einer Heizkammer angeordneten, mit Dampf betriebenen Heizelementen zu versehen,
ferner über der Heizkam.mer eine einen Kondensator enthaltende Dampfkammer anzuordnen
und Mittel zur Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Flüssigkeitsstandes in dem
Verdampfer sowie ein schwimmergesteuertes Ventil für die Zuführung der durch eine
Pumpe gelieferten, zu dlestillielrenden Flüssigkeit vorzusehen. Es ist weiterhin
bereits bekannt, bei einem solchen Apparat einen Abfallschacht für den Umlauf der
Flüssigkeit anzuordnen.
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Demgegenüber bestehen die wesentl,ichen Merkmale deir Erfindung darin,
daß in dem in der Heizkammer im wesentlichen mittig angeordneten Abfallschacht ein
mit seinem oberen Ende etwas unterhalb der Oberkante des Abfallschachtes liegender
und beim Betrieb des Apparates den Flüssigkeitsspiegel im Abfallschacht auf gleichbleibender
Höhe haltender tÇberlaufkanal angeordnet ist,
der an seinem untelren
Ende mit der eine Auslaßöffnung für die Lauge aufweisenden Schwimmerkammer in Verbindung
steht, deren Schwimmer bei einer Änderung des Flüssigkeitsstandes in der Schwimmerkammer
infolge von Änderungen des Grades der Verdampfung der Flüssigkeit und des Laugenabflusses
das den Zufluß der zu destillierenden Flüssigkeit regelnde Ventil öffnet oder schließt.
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Eine Schwimmersteuerung mit ähnlichen Merkmalen ist an sich zwar
in Verbindung mit einem Kreislaufverdampfer bereits bekannt. Bei dem beW kannten
Kreislaufverdampfer wird aber die Flüssigkeit in senkrechten oder schräg liegenden
Steigrohren verdampft, wobei die mit dem Dampf aus den oberen Enden der Steigroh,re
austreten.de Flüssigkeit in einem besonderen Trennbehälter von de,m Dampf getrennt
und durch ein Fallrohr oder mehrere Fallrohre wieder den unteren, Enden der Steigrohre
zugeführt wird.
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Demgegenüber findet bei dem Apparat nach der Erfindung die Verdampfung
nicht in Steigrohren statt, sondern in den Heizkammern außerhalb der den Heizdampf
führenden Rohre. Eine von der Heizkammer getrennte, besondere Flüssigkeits-bzw.
Wasserkammer sowie eine besondere Trennkammer sind daher im Gegensatz zu dem bekannten
Kreislaufverdampfer lei dem Apparat nach der Erfindung nicht erforderlich. Außerdem
ist die Schwimmersteuerung bei dem bekannten. Kreislaufverdampfer so ausgebildet,
daß sie den Wasserstand im Trennbehälter regelt, wobei sich im Abfallschacht ein
von dem geregelten Wasserstand verschiedener Wasserstand ausbildet. Beim Gegenstand
der Erfindung ist dagegen die Schwimmersteuerung so ausgebildet, daß sie unmittelbar
den Flüssigkeitsstand im Abfallschacht konstant hält.
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Durch diese neuartige Kombination einer an sich beka@nten Schwimmersteuerung
mit einem Verdampfer mit einer den Flüssigkeitssetand im Abfallschacht konstant
haltenden Au,sbiIdung wird ein außerordentlich wirksamer Verdampfer geschaffen,
der über längere Zeiträume selbsttätig arbeitet und bei dem die Lauge bei normalem
Betrieb in einer bestimmten Menge abfließt. Dabei wird die Dichte der Flüssigkeit
in dem Verdampfungskörper durch, die zum Abfluß der Lauge dienende Öffnung, die
in ihrer Größe leicht einstellbar ist, selbsttätig auf einem bestimmten Wert gehalten.
Wenn die Zumeßöffnung entsprechend der Dichte der zu destillieren.den Flüssigkeit
eingeregelt ist, elrübrigen sich daher Dichtemessungen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.
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Die Erfindung ist zum besseren Verständnis an Hand der Zeichnung
im einzelnen beschrieben.
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Fig I zeigt einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Apparat zum Destillieren
von Seewasser in Vorderansicht; Fig. 2 stellt die zugehörige Seitenanslicht dar;
Fig. 3 zeigt einen senkrechten Schnlitt durch den Apparat entsprechend Fig. 2; Fig.
4 stellt den Apparat in der Rückansicht, zum Teil im Schnitt dar; Fig. 5 ist eine
Draufsicht, und Fig. 6 zeigt einen waagerechten Schnitt durch den Apparat.
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Der Apparat besteht aus einer durch zwei üSefeinander angeordnete
Teile 1 und 2 gebildeten Heizkammer, einer darüber angeordneten Dampfkammer 3, einem.
Vorwärmer 4, einem Kondensator 5, einer Steuervorrichtung für den Zu- und Durchfluß
und einer nicht dargestellten Umwälzpumpe für das Seewasser.
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Die beiden Heizkammerteile I und 2 sind derart angeordnet, daß sie
austauschbar sind. Sie sind im Schnitt rechteckig und durch zwei verti! ale Wände
7 und 8, die in beliebiger Weise eingegos en oder eingebaut sein können, in drei
Kammern unterteilt. Die mittlere Kammer bildet einen Abfallschacht 34, während die
beiden äußeren Kammern die Heizeinheiten 9, 10, 11 und 12 enthalten.
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Diese Heizeinheiten bestehen aus mehreren, durch unrunde Rohre gebildeten
Elementen, die so angel ordnet sind, daß der Wärmeumlauf der Flüssigkeit stattfinden
kann, wenn die Anlage normal arbeitet.
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Zweckmäßig besteht jedes Element aus einem abgeflachten KupfeirrohYr,
das in eine Spirale gebogen und dann, wie aus Fig. 6 ersichtl,ich ist, zur Bildung
einer zweiten Spirale zwischen denen der ersten Spirale liegen Die so gebildeten
Elemente sind zur Bildung einer Einheit übereinander angeordnet, un.d die Heizelemente
der vier Einheiten 9, 10, 11 und 12 sind in Schiffs-Messing-Heizrohrplatten 13,
14, 15, 16 gefaßt, die an dem Heizkammerkörper angebolzt sind.. An der Rückseite
jeder Heizrohrplatte ist eine Dampf- und Kondensatbüchse 17, 18, 19, 20 angebracht,
an die die Heizdampfleitungen 2I, 22, 23, 24 un,d die Kondensatleitungen 25, 26,
27, 28 angeschlossen sind.
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Die gesamte Heizeinheit einschließlich der Ro,hr. ist abnehmbar angebracht,
so daß sie leicht herausgenommen und gegen, eine Ersat2einheit ausgewechselt werden
kann. Die Anordnung ist derart, daß der Heizdampf sich im Innern der Rohre befindet
und die zu siedende Flüssigkeit außen.
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Der untere Heizkammerteil 2 ist mit einem Abschlußglied verbolzt,
das zweckmäßig aus einer rechteckigen Gußplatte 29 besteht. An dieser Abschlußplatte
sind ein Ablaufrohr 32 und eine Verbindung 30 für die durch einen Schwimmer betätigte
Steuervorrichtung für den Durchfluß angehracht. Die Verbindung ist derart angeordnet,
daß sie gereinigt werden kann, falls sie sich mit Kesselstein zusetzt. An der Grundplatte
29 is,t ein In.nenrohr 33 angeschlossen, das in den erwähnten ab£allschacht 34 hineinragt
und mit seinem oberen offenen Ende 35 etwas unterhalt der Oberkanten 36, 37 der
Vertikalwände 7, 8 in der oberen Heizkammer 1 liegt, so daß das Rohr 33 als Überlaufkanal
wirkt, der den Flüssigkeitsspiegel in dem Abfallschacht konstant hält, indem er
den Ablauf der entdampften Flüssigkeit in noch zu erläuternder Weise ermöglicht.
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Oberhalb der oberen Heizeinheiten 9, I0 sind Ablenkkörper 38, 39
angeordnet, die so geformt sind, daß der Strom der aufsteigenden siedenden Flüssigkeit
mit einem Minimum an Streuung in den Abfallschacht 34 geleitet wird, wobei über
dem oberen Ende des Innenrohres 33 ein kegelförmiger Leitkörper 40 angeordnet ist,
der die Flüssigkeit zur äußeren Wandung des Abfallschachtes hin ablenkt. Die Dampfkammer
3 ist in waagerechter Lage über dem oberen Heizkammerteil 1 angeordnet und enthält
in der oberen Hälfte den Kondensator 5 und den Vorwärmer 4. Der Vorwärmer 4 und
der Kondensator 5 sind aus U-förmig gebogenen Rolren gebildet, die in einem gewalzten
Messingrohrboden 41 gefaßt sind, der an der Rückwand 42 der Dampfkammer 3 mittels
Bolzen befestigt ist. Unter den U-förmigen Rohren 4 und 5 ist ein Auffangblech,43
angebracht, in dem das Destillat gesammelt wird, nachdem es durch das Eühl- und
Speisewasser, das durch den Kondensator bzw. Vorwärmer fließt, kondensiert ist.
In der Wandung 42 ist ein Auslaß 44 angeordnet, durch den das gesammelte Destillat
über einen Anschluß 45 einem Vorratsbehälter oder einer Destillatpumpe zugeleitet
werden kann.
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Das Speisewasser wird durch eine nicht dargestellte Seewasserpnmpe
dem Einlaßrohr 62 zugeführt, von dem es über die Kammer 63 den Vorwärmer- und Kondensatorrohren
4, 5 in der Dampfkammer 3 zugeleitet wird. Die Auslaßenden dieser Rohe münden in
die Leitung 59, die über das Ventil 5S und die Leitung 64 mit dem oberen Ende des
Abfallschachtes 34 verbunden ist. Die Auslaßverbindung 30 an der Grundplatte 29
ist durch eine im wesentlichen senkrechte Leitung 46 mit dm unteren Ende einer zylindrischen
Schwimmer kammer 47 verbunden, an deren einer Seite eben falls am unteren Ende eine
im wesentlichen zylindrisch geformte Auslaßkammer 48 angebolzt ist.
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Diese steht mit der Schwimmerkammer 47 übelr eine Zumeßöffnung 49
in Verbindung, die so bemessen ist, daß sie die erforderliche Flüssigkeitsmenge
durchläßt, wenn der Flüssigkeitsspiegel in der Schwimmerkammer 47 um ein bestimmtes
Maß unter der Oberkante des Innenrohres 33 und über dem Mittelpunkt der Öffnung
gehalten wird. Die durch diese Öffnung durchfließende Flüssigkeit kann durch einen
Auslaß 50 abfließen, der in dem unteren Ende der Auslaßkammer angebracht ist und
durch eine Leitung 51 mit dem Auslaßrohr 32 verbunden ist. Zweckmäßig sind an der
Auslaß. kammer zur Drosselung des Ablaufes der Lauge durch die Zumeßöffnung 49 ein
Regelstift 52 und ferner Schaugläser 53, 54 angebracht, so daß der befriedigende
Abfluß der Lauge beobachtet oder anderweitig angezeigt werden kann.
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Änderungen des Wasserspiegels in der Schwimmerkammer 47 werden durch
den Schwimmer 60 über das Gestänge 55, 56, 57 auf ein Ventil 58 übertragen, das
zur Regelung des Speisewasserzuflusses dient, das von dem Vorwärmer 4 durch die
Rohrleitung 59 und dann durch die leitung 64 dem oberen Ende des Abfallschachtes
zufließt, während vorzugsweise eine Seewasserpumpe einige schaltet ist, die.dje
Zuführung des Speisewassers zu der Anlage bewirkt.
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Die Wirkungsweise des Apparates ist folgende: Wenn der. Apparat leer
ist, befindet sich der Schwimmer 6o in seiner untersten Stellung, wobei das von
ihm gesteuerte Ventil 58 voll geöffnet ist.
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Wenn dfe Seewasserpumpe in Betrieb gesetzt wird, wird der Apparat
gefüllt, bis Wasser über den Überlaufrand des im Abfallschacht befindlichen Innenrohres
33 übertritt und durch das Rohr 33 in die Schwimmerkammer 47 gelangt. Wenn dabei
das Auslaßventil 50 geschlossen ist, füllt sich die Kammer 47, bis der Schwimmer
60 angehoben wird, wodurch über das Gestänge 55, 56, 57 das Schwimmerventil 58 geschlossen
und der Zufluß von Wasser selbsttät.ig abgestellt wird.
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Das den Dampfeinlaß 6I regelnde Ventil wird offengehalten, bis das
in dem Apparat befindliche Wasser bis auf Siedetemperatur erhitzt ist. Wenn diese
erreicht ist, beginnt der Wärmeumlauf, und das Auslaßventil für die Lauge wird dann
geöffnet.
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Wenn die Lauge durch dieses Ventil zufrie!den stellen abläuft, fällt
der Wasserspiegel in der Schwimmerkammer +7, und es wird nunmehr Speisewasser durch
den Apparat geleitet, bis Gleichgewicht erreicht ist, d. h. bis genügend Flüssigkeit
in das Innenrohr 33 des Abfallschachtes gelangt, um in der Schwimmerkammer47 einen
bestimmen Wasserstand über dem Mittelpunkt der zu der Auslaßkammer 48 führenden
Öffnung 49 aufrechtzuerhalten. Die Dampfzufuhr wird dann ganz geöffnet. Steigt dann
der Abfluß der Lauge an, so wird der Abfluß durch das Fallrohr geringer, der Wasserstand
in der Schwimmerkammer 47 fällt und öffnet das Schwimmerventil 58, bis sich wiederum
Gleichgewichtszustand einstellt.
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Der bei dem Heizvorgang erzeugte Dampf steigt in die Dampfkammer
3, wo er an den Rohren des Vorwärmers 4 und Kondensators 5 kondensiert wird. Das
Destillat gelangt in die Auf'fangvorrichtung, von der es einem mit den Schiffsbehältern
verbundenen Zwischenbehälter oder einer Destillatpumpe zugeleitet wird. De.r an
den Vorwärmerrohren kondensiefte Dampf wärmt das zugeführte Seewasser vor, das auf
diese Weise bis zu annähernd 8,5°C unterhalb des Siedepunktes der zirkulierenden
Flüssigkeit vorerhitzt wird, wobei da.s Wasser für den Kondensator und den Vorwärmer
mittels der Seewasserpumpe zugeführt wird.
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Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, daß bei normalem
Betrieb der Anlage die entdampfte Flüssigkeit in einer bestimmten Menge durch die
Auslaßöffnung 49 abfließt und das schwimmergesteuerte Ventil 58 durch den Schwimmer
60 so weit offengehalten wird, daß genügend Speisewasser durch den Apparat strömt,
um die gewünschten Verdampfungsmengen zu erhalten.
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Nimmt dabei die Verdampfung zu, so wird der Abfluß der entdampften
Flüssigkeit verringert, wo durch der Flüssigkeitsspiegel in der Schwimme.rkammer
47 fällt und der Schwimmer selbst ent-
sprechend absinkt. Das durch
den Schwimmer gesteuerte Ventil 58 wird dadurch geöffnet, so daß der Zufluß zu dem
Apparat gesteigert wird, bis Gleichgewichtszustand erreicht ist. Nimmt umgekehrt
der Ausstoß ab, so steigt der Spiegel in der Schwimmerkammer 47 an, und das Ventil
58 schließt sich, bis Gleichgewichtszustand erreicht ist.
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Diese Art der Zuführung und Entdampfung ist abhängig von dem Aufrechterhalten
des Durchflusses der Flüssigkeit durch die Öffnung 49, und solange dies der Fall
ist, arbeitet der Apparat selbsttätig, wobei die Dichte der Flüssigkeit in. dem
Verdampfungskörper niemals über einen bestimmten. Wert, z. B. I,O4, steigt, wenn
die Dichte des zugeführten Wassers z. B. I,O2 beträgt. Hierdurch wird weiterhin
der Vorteil erreicht, daß die Zahl der erforderlichten Dichteanzeigen verringert
wird und die Anordnung einer Meßvorrichtung überflüssig ist.
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Außerdem wird durch die Anordnung eines geräumigen Abfallschachtes
und die Einhaltung des Flüssigkeitsspiegels in diesem etwas unter seinem oberen
Ende der Durchfluß der aufsteigenden siedenden Flüssigkeit nicht etwa durch über
dem oberen Heizelement lastende Flüssigkeit eingeengt oder verzögert.