ES2281552T3 - Dispositivo y procedimiento para la destilacion. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la destilación, por ejemplo extracción de agua dulce a partir del agua del mar, que comprende un número de cámaras (3) en por lo menos una fila, una entrada (10) para el fluido a destilar, una salida (11) para el residuo de la destilación, una salida (5) para el destilado, y un compresor de gas (13), en el que: - el dispositivo comprende dos sistemas de tuberías (1, 2), en el que - el primer sistema de tuberías (1) comprende una entrada (10) para el fluido a destilar y una salida (11) para el residuo de destilación, junto con una salida (12) para el vapor condensado, y - el segundo sistema de tuberías (2) presenta un número de cámaras (3) en una fila, presentando cada fila (3) una entrada superior (4) para el vapor condensado y una salida inferior (5) para el destilado, de modo que las entradas (4) están conectadas en paralelo, y las salidas (5) están conectadas en paralelo, - la salida de vapor condensado (12) del primer sistema de tuberías (1) está conectado a la entrada(4) del segundo sistema de tuberías (2) a través del compresor (13), y - el primer sistema de tuberías (1) aloja el segundo sistema de tuberías (2) entre la entrada (10) para el fluido a destilar, la salida (11) para el residuo de la destilación y la salida de vapor condensado (12).
Description
Dispositivo y procedimiento para la
destilación.
La presente invención se refiere a un
dispositivo para la destilación, por ejemplo para la extracción de
agua dulce a partir del agua del mar, y a un procedimiento para lo
mismo, según las reivindicaciones 1 y 5.
En muchas situaciones se puede disponer de poca
agua dulce, pero una gran disposición de agua de mar. Ejemplos de
esto pueden ser las comunidades de islas pequeñas, barcos que viajan
largas distancias sin contacto con tierra y plataformas o
instalaciones similares en el mar.
Hoy, existen diversos tipos de instalaciones de
desalinización para proporcionar agua dulce a partir del agua del
mar, tal como por ejemplo se describe en los documentos US 4 391 676
y WO 93/10 048. Estas dos instalaciones utilizan un sistema similar
a los intercambiadores de calor comunes, de modo que el agua del mar
se evapora y el vapor condensado se comprime y se condensa.
Las instalaciones de desalinización más
conocidas presentan una estructura relativamente compleja, por lo
tanto son caras de construir y de hacer funcionar ciertas partes de
las instalaciones también requieren frecuentes cierres y
mantenimientos, que contribuyen además a incrementar los costes. Muy
frecuentemente, el agua de mar corroe diferentes partes de la
instalación, provocando que algunas partes se deban cambiar
periódicamente.
Es conocido otro dispositivo para la
desalinización del agua del mar a partir del documento
DE-A-19 915 818.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un dispositivo de destilación y un procedimiento que
presente un funcionamiento estable, que requiera escaso
mantenimiento, que no sea caro de explotación y que ahorre
energía.
El objetivo se logra con un dispositivo y un
procedimiento según la parte caracterizadora de las reivindicaciones
1 y 5 respectivamente. Las características preferibles adicionales
aparecerán a partir de las reivindicaciones dependientes.
La presente invención se basa en el antiguo
principio de hervir el agua del mar, y la condensación del vapor
condensado para producir agua dulce. Según la presente invención se
utiliza un nuevo dispositivo y un nuevo procedimiento para
conseguir esto. El dispositivo y el procedimiento se pueden utilizar
asimismo para otros propósitos de destilación, pero esta solicitud
de patente sólo describirá la destilación del agua del mar.
El dispositivo según la presente invención
consta sustancialmente de dos sistemas de tuberías, en el que el
primer sistema de tuberías consta de una entrada y unas salidas
inferior y superior, y el segundo sistema comprende una entrada y
una salida, de modo que la salida superior del primer sistema está
conectado a la entrada del segundo sistema mediante un compresor.
En el primer sistema de tuberías parte del fluido a destilar se
evapora, y en el segundo sistema de tuberías el vapor condensado se
condensa como destilado, de modo que el fluido en el sistema de
tuberías intercambia calor con el otro.
El segundo sistema de tuberías, de modo que el
vapor condensado se condensa como destilado, está formado como una
fila de cámaras verticales. Las entradas de las cámaras están
conectadas en paralelo, de tal modo que el vapor condensado sólo
pasa a través de una cámara.
Mediante la expresión conectado en paralelo, se
entiende en este contexto que los elementos conectados en paralelo
están conectados de tal modo que la probabilidad de que el fluido
fluya en cada uno de los elementos es igual. Al fluido que fluye
en el interior de un elemento no le está permitido ir por el
interior de otro de los elementos conectados en paralelo.
El primer sistema de tuberías comprende
principalmente una entrada para el fluido a destilar y una salida
superior para el vapor condensado, de modo que la salida está
conectada a la entrada del segundo sistema de tuberías, junto con
una segunda salida para el residuo de la destilación, ya que sólo se
evaporará algo del fluido a destilar. El primer sistema de tuberías
aloja el segundo sistema de tuberías entre la entrada y las
salidas. En la forma de realización más sencilla el primer sistema
de tuberías es un espacio con una entrada y unas salidas inferior y
superior, en el que el segundo sistema de tuberías está colocado en
el espacio. Obviamente, el espacio debe estar formado de tal forma
que la salida del vapor condensado a partir del recinto esté
conectado a la entrada del segundo sistema de tuberías colocado en
el interior del espacio, por ejemplo mediante una tubería que se
extiende a través de la pared en el espacio y a la entrada del
segundo sistema de tuberías, y en consecuencia para la salida a
partir del segundo sistema de tuberías. En una forma de realización
preferida de la presente invención, un primer sistema de tuberías
puede alojar unos segundos sistemas de tuberías, en el que las
entradas a los segundos sistemas de tuberías estén conectadas en
paralelo.
La temperatura del fluido de destilación que
entra y del destilado de salida debe ser cercana al punto de
ebullición, de tal modo que el intercambio de calor entre el sistema
de tuberías produzca esencialmente evaporación y condensación.
La presente invención se describirá a
continuación como un proceso para producir agua dulce a partir de
agua del mar, haciendo referencia a los dibujos que se adjuntan, en
el que:
la figura 1 muestra una vista en sección
transversal longitudinal vertical de un segundo sistema de tuberías
del dispositivo según la presente invención,
la figura 2 muestra una vista en sección
transversal vertical de un segundo sistema de tuberías a lo largo
de la línea I-I de la figura 1,
la figura 3 muestra una vista en sección
transversal horizontal de un segundo sistema de tuberías según las
figuras 1 y 2, tomadas a lo largo de la línea II-II
en la figura 2,
la figura 4, muestra una forma de realización
preferida del dispositivo según la presente invención, visto
lateralmente, y
la figura 5 muestra el dispositivo según la
figura 4 desde arriba.
La figura 1 muestra una vista en sección
transversal longitudinal vertical de un segundo sistema de tuberías
2 del dispositivo según la presente invención, de modo que el vapor
condensado se condensa en agua dulce. El segundo sistema de
tuberías 2 consta de un número de cámaras 3 en una fila, el número
de las cuales se tiene que optimizar según el proceso que se va a
llevar a cabo, el diseño completo de la instalación y las
cantidades que se van a destilar. Debido a las limitaciones del
dibujo, la figura 1 muestra un número al azar de cámaras. Cada
cámara 3 de la fila está formada con una entrada 4 para el vapor
condensado en el extremo superior y una salida 5 para el
condensado/agua dulce en el extremo inferior. Las entradas están
conectadas en paralelo de tal modo que el vapor condensado entra en
cada cámara 3 en paralelo. Las salidas están conectadas de tal modo
que el agua dulce abandona cada cámara en paralelo. Las cámaras 3
están montadas a una distancia en una fila, de tal modo que la
profundidad d de cada cámara, y la distancia entre las cámaras es la
longitud 1 del segundo sistema de tuberías 2.
En la figura 2 se muestra una vista en sección
transversal a lo largo de la línea I-I de la figura
1, y la vista en sección transversal muestra una pared vertical 6
en una de las cámaras. Cada cámara 3 consta, preferentemente, de
dos paredes verticales idénticas 6 de material conductor del calor,
de modo que las paredes 6 componen una altura h y una anchura b en
la cámara 3. Cada cámara 3 presenta, preferentemente, una extensión
vertical, de modo que la altura h es mayor que la anchura b y ambas
son sustancialmente mayores que la profundidad d. La pared vertical
6 está formada con una entrada superior 4 para el vapor condensado
y una salida inferior 5 para el condensado. En la forma de
realización ilustrada la pared 6 está dispuesta con ondulaciones 7.
Esto no es necesario para hacer que el dispositivo funcione, pero
proporciona una forma de realización preferida. Mediante la
presencia de estas ondulaciones 7, el agua del mar entre las cámaras
3, en el exterior del segundo sistema de tuberías 2, se puede
desplazar entre las cámaras 3, de tal modo que el intercambio de
calor que atraviesa las paredes 6 es óptimo y el agua se evapora
más rápido. En la forma de realización ilustrada, la parte superior
de la pared 6 está formada como una punta redonda, de modo que la
entrada 4 para el vapor condensado está colocada en la punta. Esto
no es un requisito para que el dispositivo funcione adecuadamente,
pero puede provocar una mejor separación del vapor condensado y al
mismo tiempo el agua transportada se desviará y retrocederá a la
superficie del agua del mar en el primer sistema de tuberías
1.
1.
Las paredes verticales 6, que constituyen la
altura h y la anchura b en una cámara, se fijan preferentemente
entre sí con dos paredes interiores verticales 8 a lo largo de los
bordes laterales verticales, y una pared interior horizontal a lo
largo del borde inferior, que forma el fondo de la cámara. También
en el extremo superior las paredes 6 se fijarán entre sí con
paredes interiores. Si la pared interior mencionada en último lugar
deberá ser horizontal o inclinada, se decidirá mediante la forma del
borde superior de las paredes interiores 6, de modo que la pared
interior, preferentemente, siga éste. La anchura de las paredes
interiores 8 que dividen las paredes 6 debería/tendría que ser, por
supuesto, igual, de tal modo que una cámara 3 obtenga la misma
extensión de profundidad d en toda la cámara 3, tanto horizontal
como verticalmente. Las paredes interiores 8 pueden,
preferentemente, ser también de un material conductor del calor.
Una pared vertical 6 puede, preferentemente,
estar troquelada con por lo menos una pared interior 8 y estar
doblada para ajustar. De este modo se requiere un menor número de
piezas y de juntas para cada cámara. Las diferentes piezas se
juntan, preferentemente, de un modo permanente, como por medio de
soldadura.
Las diferentes cámaras 3 están, tal como se ha
mencionado, dispuestas en fila, y tanto las entradas 4 como las
salidas 5 están conectadas en paralelo. Las cámaras 3 están en la
forma de realización de la figura 1 fijadas entre sí de tal modo
que la entrada de vapor condensado 4 y la salida de condensado 5 de
cada una es una tubería que circula a través de todas las cámaras
3, desde la primera a la última, de modo que las tuberías están
abiertas a través de cada cámara. Obviamente, esto se puede hacer de
cualquier otro modo.
La figura 3 muestra el segundo sistema de
tuberías visto desde arriba, parcialmente en sección transversal
horizontal. En el lado izquierdo de la línea III-III
en el dibujo, el sistema de tuberías está cortado a través, y en el
lado derecho de la línea el sistema de tuberías está visto desde
arriba. Debido a las limitaciones del dibujo, sólo están dibujadas
la primera y la última de las cámaras 3 con respecto a la entrada de
vapor condensado 4. A partir del dibujo, resulta que la entrada 4
está en conexión abierta con todas las otras cámaras 3 y que las
cámaras 3 están cerradas en el extremo superior.
Correspondientemente, están, por supuesto, también cerradas en su
extremo inferior, excepto a partir de la salida para el condensado
5, tal como se describe más arriba.
Tal como se muestra en los dibujos, la entrada 4
para el vapor condensado y la salida 5 para el condensado están
colocadas directamente en oposición entre sí, centradas en el
sentido de la anchura de las cámaras 3. Esto no es necesario, pero
de este modo se logra la mejor distribución del vapor condensado en
la cámara 3, junto con la mejor recogida del condensado.
El segundo sistema de tuberías 2, descrito más
arriba, está colocado en el interior del primer sistema de tuberías
1, y los fluidos en los sistemas de tuberías 1, 2 son objeto de
intercambio de calor entre sí debido a que el vapor condensado en
las cámaras 3 en el segundo sistema de tuberías 2 calentará el agua
del mar en el primer sistema 1, hasta la ebullición. En la forma de
realización más sencilla, el primer sistema de tuberías 1 comprende
de un amplio espacio 9, con entradas 10 y salidas 11, 12. El agua
del mar es guiada a través de la entrada 10, y sale a través de una
salida inferior 11. En el espacio 9 el agua del mar intercambiará
calor con el vapor condensado de las cámaras 3 del segundo sistema
de tuberías 2, a través de las paredes 6, de tal modo que el agua
del mar fluirá entre las cámaras 3, y una parte del agua del mar se
evaporará. En consecuencia, el segundo sistema de tuberías 2 se
ubicará en el agua del mar, de modo que la entrada 4 para el vapor
condensado estará encima de la superficie del agua, mientras que
las salida 5 para el condensado estará por debajo de la superficie
del agua.
Entre la salida superior 12 del primer sistema
de tuberías 1 y la entrada 4 del segundo sistema de tuberías está
colocado un compresor 13 que comprime el vapor condensado de tal
modo que la temperatura aumenta y de tal modo que el intercambio de
calor se produce adecuadamente. Esto aumenta también la presión, de
tal modo que la presión del segundo sistema de tuberías 2 es mayor
que la presión del primer sistema de tuberías 1.
El agua del mar que fluye hacia el interior de
la entrada 10 del primer sistema de tuberías se pone en contacto
con el exterior del segundo sistema de tuberías 2. El agua del mar
se calentará mediante el vapor condensado de las cámaras 3 del
segundo sistema de tuberías 2, y una parte del agua en el agua del
mar se evaporará y ascenderá en forma de corriente ascendente.
Frecuentemente, el vapor condensado llevará gotas de agua de mar.
En el primer extremo del primer sistema de tuberías 1 existe una
salida de vapor condensado 12 a través de la que el vapor
condensado puede fluir hacia fuera del primer sistema de tuberías 1.
Las gotas de agua del mar arrastradas por el vapor condensado
caerán hacia la superficie del agua del mar. El vapor condensado que
fluye a través de las salida superior 12 del primer sistema de
tuberías es guiado hacia el interior del compresor 13 en el que
aumenta la presión y la temperatura. El vapor condensado comprimido
es guiado entonces hacia el interior de la entrada 4 del segundo
sistema de tuberías 2 y será enfriado por el agua de mar ubicada en
el exterior del segundo sistema de tuberías 2. El vapor condensado
se condensa y se puede extraer como agua dulce. El primer sistema
de tuberías 1 presenta también una salida para el agua del mar 11, y
la parte del agua de mar que no se evapora será guiada hacia fuera
a través de ésta. Esta agua del mar presentará una concentración de
sal mayor que el agua de mar entrante, debido a la evaporación. Esta
diferencia se debe mantener baja, debida a que un incremento de la
concentración de sal incrementará el punto de ebullición del agua y
la corrosión de los sistemas de tuberías.
En las figuras 4 y 5 se muestras unas vistas en
alzado lateral y en planta superior de una forma de realización
preferida de la presente invención. El primer sistema de tuberías 1
comprende cuatro segundos sistemas de tuberías 2, mostrados con
líneas discontinuas, de modo que las entradas 4 a los cuatro
segundos sistemas de tuberías 2 están conectados en paralelo.
El primer sistema de tuberías 1 todavía presenta
una entrada 10 y una salida 11 para el agua del mar, y una salida
superior 12 para el vapor condensado. Tal como se muestra en la
figura 4, un recogedor de gotas 14 está dispuesto en el extremo
superior del primer sistema de tuberías 1, antes de la salida 12 del
vapor condensado. El recogedor de gotas 14 hace que se separen del
vapor condensado las gotas de agua de mar existentes en el vapor
condensado, mejorando consiguientemente la destilación. El vapor
condensado es recogido y guiado a un compresor 13, antes de que sea
distribuido a los cuatro segundos sistemas de tuberías 2, mostrados
en las figuras 4 y 5 como cajas en líneas discontinuas. Los cuatro
segundos sistemas de tuberías 2 presentan cada uno una entrada 4
para el vapor condensado, y una salida 5 para el condensado. Las
entradas y las salidas están conectadas en paralelo, y las salidas
se juntan todas de tal modo que la instalación presenta una única
salida.
En las formas de realización ilustradas las
entradas 4 para el vapor condensado y las salidas 5 para el
condensado se muestran en el mismo extremo longitudinal del segundo
sistema de tuberías, en los extremos superior e inferior
respectivamente. El sistema de tuberías puede, por supuesto, estar
dispuesto de tal modo que las entradas 4 y las salidas 5 estén
colocadas en los extremos longitudinales opuestos.
El primer y segundo sistemas de tuberías,
preferentemente, deben estar realizados a partir de un material
resistente al agua de mar, por ejemplo titanio. Si el dispositivo se
utiliza para otras destilaciones, los sistemas de tuberías deben
estar realizados a partir de un material que sea resistente a los
fluidos que se destilan. Además, el segundo sistema de tuberías,
preferentemente, debe ser de un material conductor del calor, de
tal modo que el intercambio de calor entre el primer y segundo
sistemas de tuberías se optimice. El primer sistema de tuberías
puede, preferentemente, estar realizado de un material menos
conductor del calor, por ejemplo materiales compuestos, de tal modo
que la pérdida de calor hacia el exterior sea mínima.
El dispositivo y el procedimiento pueden, por
supuesto, ser utilizados también para otras destilaciones, tales
con para la destilación de alcohol a partir de una mezcla de
alcohol y agua, que será obvio para un experto en la materia. La
presente invención no se limita a las formas de realización de la
presente invención ilustradas y descritas más arriba, tal como un
experto en la materia comprenderá. La presente invención define
asimismo combinaciones y subcombinaciones de las características
descritas, junto con modificaciones y variaciones de las mismas que
son obvias para un experto en la materia, y que están comprendidos
en el alcance de las reivindicaciones siguientes.
Claims (5)
1. Dispositivo para la destilación, por ejemplo
extracción de agua dulce a partir del agua del mar, que comprende
un número de cámaras (3) en por lo menos una fila, una entrada (10)
para el fluido a destilar, una salida (11) para el residuo de la
destilación, una salida (5) para el destilado, y un compresor de gas
(13), en el que:
- el dispositivo comprende dos sistemas de
tuberías (1, 2), en el que
- el primer sistema de tuberías (1) comprende
una entrada (10) para el fluido a destilar y una salida (11) para
el residuo de destilación, junto con una salida (12) para el vapor
condensado, y
- el segundo sistema de tuberías (2) presenta un
número de cámaras (3) en una fila, presentando cada fila (3) una
entrada superior (4) para el vapor condensado y una salida inferior
(5) para el destilado, de modo que las entradas (4) están
conectadas en paralelo, y las salidas (5) están conectadas en
paralelo,
- la salida de vapor condensado (12) del primer
sistema de tuberías (1) está conectado a la entrada (4) del segundo
sistema de tuberías (2) a través del compresor (13), y
- el primer sistema de tuberías (1) aloja el
segundo sistema de tuberías (2) entre la entrada (10) para el
fluido a destilar, la salida (11) para el residuo de la destilación
y la salida de vapor condensado (12).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el primer sistema de tuberías (1)
presenta dos o más segundos sistemas de tuberías (2), de modo que
las entradas (4) del segundo sistema de
tuberías (2) están conectadas en paralelo.
tuberías (2) están conectadas en paralelo.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque cada cámara (3) del segundo sistema de
tuberías (2) presenta dos paredes verticales (6), que configuran la
altura (h) y la anchura (b) de la cámara (3), siendo las paredes (6)
de material conductor del calor.
4. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la entrada
de vapor condensado (4) y salida del destilado (5) del segundo
sistema de tuberías (2) están centrados en la dimensión de la
anchura de cada cámara (3).
5. Procedimiento para la destilación, por
ejemplo la extracción de agua dulce a partir del agua del mar,
mediante la utilización de un dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que:
- el fluido a destilar es guiado hacia el
interior de un primer sistema de tuberías (1), en el que el fluido
fluye entre una cámara (3) de un segundo sistema de tuberías (2) y
en el que el fluido a destilar intercambia calor con el vapor en
las cámaras (3) de tal manera que una parte del fluido se evapora y
una parte del vapor en la cámara (3) se condensa,
- el vapor del fluido se extrae a través de una
salida superior (12) en el primer sistema de tuberías (1) y es
guiado hacia el interior de un compresor de gas (13),
- el vapor es guiado hacia fuera del compresor
de gas (13) y hacia el interior de las cámaras (3) del segundo
sistema de tuberías (2), en el que intercambia calor con el fluido a
destilar y se condensa, y
- el vapor condensado condensado se extrae a
través de la salida (5) para el destilado y se extrae del
dispositivo.
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