NO154453B - Fremgangsmaate ved fordampning av en vannopploesning samt en fordamper for gjennomfoering av fremgangsmaaten. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en innretning for fordampning fra en vannoppløsning ifølge kravenes inn-ledninger .

Ved konvensjonelle vannrensnings- eller avsaltingspro-sesser basert på fordampning vil de vesentlige kostnader bli fordelt tilnærmelsesvis likt mellom energikostnader og kapi-talkostnader. Kun mindre ytterligere kostnader kreves for drift og tilsetninger. En fordampningsprosess<1> energieffek-tivitet stiger med avtagende temperaturdifferanse, AT, mellom den kondenserende damp og den kokende vannoppløsning. Imidlertid arbeider de vanlige vannfordampningsprosesser av praktiske grunner ved relativt høye AT på minst 5°C.

Utstyr basert på innkoking som eksempelvis koking i en beholder, fordampere med stigende film og fordampere med natur-lig sirkulasjon, krever en A T på minst 5 - 8°C for effektiv drift, men er ikke benyttet i moderne avsaltingsanlegg. Fordampere med fallende film, fordampere med trykksirkulasjon og flertrinns sprøyteenheter er i prinsippet i stand til å funksjonere godt ved små temperaturdifferanser, men intet utstyr er hittil foreslått som både krever liten kapitalinvestering og lavt energiforbruk.

For å kunne holde en rimelig gjennomstrømning, er det nødvendig ved drift med lav AT, å øke varmevekslerflåtenes arealer. Da de vanlige fordampere er bygget i metall, vil tilleggskostnadene for så store overflateelementer (både material- og produksjonskostnader) være betydelige.

Naturligvis bidrar den ytterligere vekt og volum av slikt utstyr til kapitalkostnadene, da det kreves større byg-ninger. Endelig korroderer de fleste varmevekslerelementer i metall ved kontakt med saltvann og må erstattes periodisk. Utskiftning av større varmevekslerelementer koster mer enn utskiftning av mindre elementer.

Senkningen av energiforbruket ved fordampere med mindre A T er et resultat av den økende betydningen av den nødvendige energi for å pumpe vannoppløsningen gjennom systemet i for-hold til fordampningsenergien som spares ved drift ved en mindre temperaturdifferanse. Den følgende tabell viser energiforbruket og kapitalinvesteringen som kreves for konvensjonelle fordampningsenheter under bruk med havvann ved en 50% konvertering. Dataene er beregnet for en damp-kompresjonsfordamper med fallende film.

Tabellen ovenfor viser tydelig hvorfor dampkompresjons-fordampere med fallende film ikke vanligvis arbeider ved AT mindre enn 5°C. Ved en fordamper med fallende film avhenger kravet til større pumpeenergi av nødvendigheten å opprettholde en kontinuerlig væskefilm på fordampningsoverflåtene, noe som krever store tilførselsmengder. Når væskestrømmen er util-strekkelig, oppstår det tørre områder på varmeoverførings-flåtene og til slutt dannes det små bekker som etterlater mesteparten av overflaten inaktiv. Av denne grunn benyttes de nå tilgjengelige fordampere med fallende film ved store tilførselsmengder, vanligvis omkring 1.000 - 4.000 kg per lineær horisontal meter fordampningsflate, selv om det ved nøyaktig betjening og utmerket strømningskontroll er mulig å benytte disse ved matingsmengder ned til 600 kg per lineær horisontal meter. Det er således ønskelig å frembringe en mindre kapitalkrevende prosess og innretning for en mer energisparende fordampning av vannoppløsninger.

Med fremgangsmåten og innretningen ifølge oppfinnelsen oppnås de forannevnte mål med de i kravenes karakter-iserende deler anførte trekk.

På tegningen viser Fig. 1 et skjematisk prosesskjema for en enkelttrinns vannfordampningsprosess ifølge den foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 viser et skjematisk prosess-skjema for en flertrinnsprosess ifølge den foreliggende oppfinnelse, Fig. 3 viser skjematisk et enderiss av en fordamper med fallende film, bestående av parallelle plater, Fig. 4 viser et delsnitt av en fordamperplate-konstruksjon, Fig. 5 viser skjematisk et enderiss av en fordamper med fallende film, bestående av parallelle poser og Fig. 6 viser et del-riss av en fordamper for fallende film, bestående av parallelle poser.

Prosessen ifølge den foreliggende oppfinnelse kan utføres som en enkelttrinns fordampnings- og kompresjons-destillasjon eller en flertrinnsdestillasjon. Den siste driftsform er mer praktisk når lavtrykks-overskuddsdamp er tilgjengelig fra en annen prosess, f.eks. fra et kraftverk. Den første er betraktet å være mer praktisk for en fritt-stående, selvbærende vannrensningsinstallasjon. Denne prosess kan utføres ved et overatmosfærisk, et atmosfærisk eller et underatmosfærisk trykk. Ved et vanlig enkelttrinns system, fordampes vann ved atmosfærisk trykk, mens oppvarmingsdamp mates ved et noe høyere trykk, fortrinnsvis ikke over 115 kPa, vanligvis ikke over 108 kPa. På denne måten kan enkelt utstyr, som eksempelvis en vifte, benyttes for damp re-kompresjon og kun en mindre mengde energi forbrukes i dette trinn. Ved en flertrinnsprosess benyttes damp som er dannet i det første trinn som oppvarmingsmedium i det annet trinn som foregår ved et lavere trykk, og damp som er dannet i det annet trinn, benyttes i det tredje trinn som foregår ved et enda lavere trykk etc.

På Fig. 1 føres en vannløsning inn ved 1 og deles i strømmene A og B som føres gjennom forvarmere, henholdsvis 12 og 13. Forvarmeren 12 er oppvarmet av varmt, friskt vann, tatt nedstrømsfra, mens forvarmeren 13 er oppvarmet av varmt væskekonsentrat som forblir som rest etter fordampning av vann fra den opprinnelige vannoppløsning. Strømmene A og B føres sammen gjennom ledningen 2 til utlufteren 3 som arbeider ved et noe redusert trykk, og løsningen mates inn i strømmene 4 og 4' til de ytre varmevekslingsflater (eller f ordampnings-flater E og E' i varmeutvekslingselementet 5. De indre varme-utvekslingsflater er atskilt fra hverandre ved hjelp av flere forhøyninger eller tapper P som er utformet i en av plast-platene i varmeutvekslingselementet 5. Både toppen T av varmeutvekslingselementet 5 og bunnen B, ikke vist, er lukket. Hver fordampningsoverflate E og E' befinner seg i nær kontakt med en væskespredningsanordning, ikke vist.

Vannoppløsningen som tilføres overflatene E og E', strømmer ned som en film. Vann fordamper som damp, som trenger inn i huset 6 og deretter ledes gjennom ledningen 7 til viften 8, som komprimerer den til et mindre overtrykk (for sjøvann, omtrent 107 kPa).

Komprimert damp trenger inn i manifolden 9 og rettes deretter mot det åpne rom V mellom varmeutvekslingselement-platene. Dampens retning er vist med piler og bokstaver S. Damp kondenseres til varmt ferskvann 10 som fjernes gjennom ledningen 14 og forvarmeren 12. Dette vann har normalt ikke behov for ytterligere rensing. Væskekonsentratet 11 som drypper fra fordampningsoverflåtene E og E<1>, oppsamles og ledes gjennom ledningen 15 og forvarmeren 13, hvoretter det forbrukes. I en virkelig fordamper vil det foreligge et stort antall, eller en stabel med slike varmevekslingselementer anordnet i det vesentlige ens, slik det beskrives nedenfor.

Naturligvis kan modifikasjoner av denne prosess ut-føres uten å fjerne seg fra denne oppfinnelses ramme. For eksempel kan man istedenfor å benytte to forvarmere 12 og 13, benytte en enkelt forvarmer som oppvarmes simultant av varmt ferskvann og varmt væskekonsentrat. Varmt ferskvann kan istedenfor å bli benyttet direkte i en forvarmer, spyles for å utvikle damp, som tjener som et varmemedium i forvarmeren. Ytterligere varme kan, om ønsket, tilføres fra en annen kilde.

Istedenfor varmevekslingselementer utført av plastplater,

kan man benytte varmevekslingselementer utført av plastposer, som det beskrives nedenfor. Alle slike eller andre naturlige modifikasjoner er ment å være omfattet av oppfinnelsens ramme.

Således vil også, når innretningen ifølge denne oppfinnelse benyttes for rensing av brakkvann eller for redestil-lasjon av ferskt eller destillert vann, heller enn for avsalting av sjøvann, volumet av væskekonsentratet være betydelig mindre, kanskje 10% eller mindre av det tilførte. I slike tilfeller kan det være uøkonomisk å gjenvinne varmen fra væskekonsentratet på den ovenfor beskrevne måte.

Fig. 2 viser skjematisk en flertrinnsprosess.

Vannløsningen (f.eks. sjøvann) 1 mates inn i forvarmeren 12, føres deretter gjennom ledningen 2 til utlufteren 3 og strømmer inn mot fordampningsoverflåtene E og E' i varmevekslingselementet 5, mens et underatmosfærisk trykk opprettholdes. Overskuddsdamp 20 fra en industriell kilde (f.eks. fra et elektrisk kraftverk), føres inn til manifolden 9 og strømmer inn i det hule rom V på innsiden av varmevekslerelementet 5. Vann som fordamper fra vannoppløsningen danner damp som trenger inn i huset 6 og dermed også i det hule rom Va i varmevekslerelementet 5a. Den opprinnelige overskuddsdamp som er kondensert i varmevekslerelementet 5 danner ferskvann 10 som gjenvinnes gjennom forvarmeren 12. Væskekonsentratet (f.eks. rest-saltvann) 11 bringes gjennom ledningen 15, deretter til forvarmeren 12 og til forbruker. Frisk vannopp-løsning la pumpes gjennom forvarmeren 12a og ledningen 2a (vist kun delvis) til utlufteren 3a, deretter mot fordamp-ningsoverf låtene i varmevekslingselementet 5a, mens et lavere trykk enn varmevekslerelementet 5 opprettholdes. Damp som kondenserer i varmevekslerelementet 5a, gjenvinnes som varmt ferskvann 10a gjennom forvarmeren 12a og restsaltvann lia som passerer gjennom ledningen 15a, deretter forvarmeren 12a og til forbruker. Damp som dannes ved fordampning av vann fra overflatene i varmevekslerelementet 5a, benyttes som oppvarmingsmedium for elementet 5b, som holdes ved et lavere trykk enn varmevekslerelementet 5a. Naturligvis har hvert trinn et stort antall varmevekslerelementer, selv om det kun er vist ett for hvert trinn for illustrasjonens skyld. Denne prosess kan repeteres gjennom ethvert hensiktsmessig antall trinn. Typisk vil overskuddsdamp 20 ha en kondensasjonstemperatur på 55°C, damp i kamret 6 vil ha 53°C og damp i kamret 6a, 51°C. De tilsvarende trykk er henholdsvis 15,7 kPa, 14,3 kPa og 12,9 kPa.

Det skal bemerkes, at denne flertrinnsprosess ikke arbeider i serie, men i parallell, dvs. at den opprinnelige vannoppløsning kun passerer gjennom systemet én gang, istedenfor å bli gjenvunnet fra et trinn og sendt for ytterligere destillasjon til det neste trinn. Dette er mulig på grunn av det foreliggende systems høye effektivitet, enten dette er et enkelttrinns- eller et flertrinnssystem, som kan fremstille høy-kvalitets ferskvann med høy gjenvinning per gjennomgang og med et meget lavt energiforbruk. Følgelig er ytterligere rensing av væskekonsentratet unødvendig og ville i tilfelle være uøkonomisk på grunn av den høye konsentrasjon med faste stoffer som oppnås etter én gjennomgang. Det er imidlertid ingen teoretisk grunn til at flertrinnsprosessen ikke skulle kunne arbeide i serie. Dette kan f.eks. gjennomføres for brakkvann eller andre som har relativt få faste andeler.

Fig. 3 viser et skjematisk enderiss av en stabel med to varmevekslingselementer 5 som er utformet i plastplater og atskilt med skillere eller tapper P. Væskespredningsanordningen 21 kommer i nær kontakt med de ytre overflaterE og E<1> i platene, mens væskespredningsanordningen i de tilstøtende varmevekslerelementer ikke er i kontakt med hverandre, men holdes atskilt med skillere 22 for således å opprettholde et åpent rom V. Ved en fordamper for fallende film av denne type, er stabelens ender lukket med en manifold, ikke vist, som har åpninger som står i forbindelse med innsiden av hvert varmevekslingselement, slik at damp kan tilføres hit. Det foreligger aldri noen direkte kontakt mellom oppvarmingsdampen og hverken den fordampende vannoppløsning eller dampen som er dannet av vann som fordamper derfra.

Oppbygningen av en foretrukket type av varmevekslingselement ifølge denne oppfinnelse, er vist på Fig. 4. Plastplaten 30 er flat, mens plastplaten 31 har forhøyninger eller tapper P som er støpt inn i dens overflater. Disse tjener som avstandselementer i varmevekslerelementet. De to plater som er atskilt ved hjelp av tappene P, danner et hult rom V,

i hvilket damp innføres under driften. Vannoppløsning fordamper fra de ytre overflater E og E<1>.

Fig. 5 viser et tverrsnitt av en fordamper med fallende film av posetypen. Alternerende poserSO og 51

er forbundet med hverandre ved topp og bunn. Posene 5 0 er tettet i toppen og i bunnen, men har åpne sider. Posene 51 er åpne i toppen og i bunnen, men har tette sider. En plastisk holdeanordning 23, som har en væskespredningsanordning 21 i kontakt med hver av sine overflater, er inn-ført i hver pose 51. På denne tegning er en av posene 51

vist tom, mens den annen pose 51 er vist inneholdende holdeanordningen 23 og med væskesprednings.anordningen 21 innsatt deri. Hele stabelen med poser 50 og 51 holdes av endestål-plater 24. Under drift innføres oppvarmingsdamp i posene 50, mens vannoppløsningen som skal fordampes, strømmer ned gjennom sidene av posene 51. Damp som er dannet ved vannfordampning, fjernes gjennom toppen og bunnen av posene 51 mens væskekonsentrat oppsamles ved bunnen. Friskt, varmt vann som er dannet ved kondensasjon av oppvarmingsdampen, fjernes ved den fjerne ende av posene 50.

Fig. 6 viser et toppriss av stabelen på Fig. 5. Holdeanordningen 23 som er vist ved denne spesielle utfør-else, er fremstilt av to polyethylenplater med parallelle kanaler 40 som er preget inn i en overflate og som er anordnet rygg mot rygg, slik at kanalene befinner seg på utsiden og strekker seg fra toppen til bunnen. Denne anordning gir åpent rom for vannfordampning og fjerning av damp. Naturligvis kan tilsvarende holdeanordninger av annen konstruksjon benyttes. Det eneste krav er at de gir tilstrekkelig mekanisk støtte og gir egnet fritt rom for damp som beveger seg vertikalt. Henvisningstallenes betydning er den samme som på Fig. 5.

Det plastmaterialet som er benyttet for fremstilling av varmevekslerelementene, enten disse er i form av plater eller poser, må ha tilstrekkelig mekanisk styrke og må motstå korrosjon eller hydrolyse under driftsbetingelsene. Egnede polymeriske materialer for dette formål omfatter polyolefiner, især polyethylen og polypropylen, halogenerte polyolefiner som eksempelvis polytetrafluorethylen, halogenerte vinyl-polymerer som eksempelvis polyvinylfluorid, polyvinyliden-fluorid og klorinert polyvinylklorid, polysulfoner og poly-fenyloksyder. Polyethylen er det foretrukne materiale for varmevekslerelementer på grunn av dets lett-tilgjengelighet, lave pris, gode termiske ledeningsevne og enkle fabrikasjon. Cellulosematerialer, polyestre og polyamider ville ha en meget begrenset levetid i denne sammenheng. -2 Plastfilmen er fortrinnsvis 1,25 til 25 x 10 mm tykk og kan være orientert, enten uniaksialt eller biaksialt. En 2,5-5 x 10 -2 mm tykk orientert polyvinylfluoridfilm er et meget godt materiale som er mer motstandsdyktig mot oksyda-sjon og mot angrep fra spormengder av aromatiske hydrokarboner som leilighetsvis foreligger i matevann,enn polyolefiner.

Når varmevekslerelementene foreligger i form av poser, kan posen være utformet fra rørformede, blåste folier av hensiktsmessig diameter eller av plane folier med varmeforsegling, liming eller mekanisk lukking. Hver pose begrenses til en tykkelse på mindre enn omtrent 1,25 cm, vanligvis 0,125-0,4 cm. Posens lengde (den vertikale dimensjon) er minst ti ganger, vanligvis hundrede eller tusener ganger større enn dens begrensede tykkelse. Posens bredde (den horisontale dimensjon) er flere hundre eller flere tusen ganger dens begrensede tykkelse.

Varmevekslerelementenes lengde vil variere med anleg-gets størrelse. Vanligvis vil den være mindre enn omtrent 6 m, men høyden på en fordamper med fallende film har ingen teoretisk begrensning. Enten kan lengre elementer benyttes eller kortere elementer kan stables til enhver ønsket høyde. En praktisk størrelse for plate eller pose er omtrent 2,5 m vertikalt og 1,25 m horisontalt. Holdeanordningen benyttet i forbindelse med varmevekslerelementene av posetypen, vil vanligvis være fremstilt av et plastisk materiale som kan ha samme sammensetning som selve posene, men som må være tilstrekkelig stive til å gi god mekanisk stabilitet. Holdeanordningene kan foreligge i form av et åpent rammeverk eller en matrise. I et slikt tilfelle bør dens densitet være mindre enn omtrent 3 0% av en kompakt plate av det samme materiale og med samme tykkelse. De kompakte partier av holdeanordningene bør plasseres slik at de gir minst mulig motstand mot vannoppløsningens og dampens bevegelse.

Hensikten med væskespredningsanordningen er å holde fordampningsflåtene ensartet fuktige til enhver tid, uten lokale tørre områder. Væskespredningsanordningene kan fremstilles av mange typer materialer, inkludert bomull, akrylfibre, asbest, glass, karbon eller polyolefiner som enten kan fuktes med vann eller som har fått deres overflater behandlet slik at de kan fuktes med vann. De kan foreligge i form av vevede eller ikke-vevede stoffer eller kan festes til varmevekslerelementets overflate som fiber-bunter med en vesentlig del av deres fibre i den horisontale retning. Andre fintfordelte materialer kan festes til overflaten for å gi en væskespredningsvirkning, f.eks. knust silikagel, eller varmevekslerelementets overflate kan opp-rues for å gi bedre fuktning. En effektiv væskespredningsanordning må ha et fritt areal på minst 20%. Et osteklede med garnnummer omtrent 20 til 16 (20 count by 16 count) er en god væskespredningsanordning. Dersom det åpne areal er for stort, vil det imidlertid ikke oppnås god væskespredning på grunn av at overflatespenningen i den nedfallende væske ikke kan være tilstrekkelig til å danne dråper som fullstendig fyller tomrommene. En væskespredningsanordning må ha en spredningsanordning med en horisontalkomponent.

Væskespredningsanordninger av stoff er meget hensiktsmessige. på grunn av at de enkelt kan innsettes og fjernes og er lett tilgjengelige til en lav kostnad, spesielt stoffer av bomull og akrylfiber. Da kompakt materiale kan utskilles fra vannoppløsningen under drift av den foreliggende prosess, og mesteparten av dette kompakte materiale oppsamles på overflaten av væskespredningsanordningen, er en væskespredningsanordning av stoff praktisk fordi den kan fjernes for rensing eller vasking og igjen benyttes eller ut-skiftes uten å beskadige varmevekslingselementet eller å måtte demontere utstyret. Ostekleder og gardinstoffer synes å være de mest egnede vevtyper fordi de hefter seg til overflaten av et varmevekslingselement og mellomrommene mellom fibrene forblir fylte med en tynn vannfilm. Finere kleder og fla-nell har en tendens til å opparbeide damplommer og er, selv om de har gode væskespredningsegenskaper, uønsket.

En væskespredningsanordnings effektivitet kan bestem-mes ved å plassere væskespredningsanordningen vertikalt i nær kontakt med en plate eller folie av samme materiale som benyttes for varmevekslerelementene, idet det dannes en nedre kant av den ovenfor nevnte konstruksjon med taggesaks og ved å tilføre vann til den øvre kant av konstruksjonen ved et punkt tilnærmelsesvis i sentrum av den øvre kant. Dråpene som kommer ut -av de enkelte punkter langs den nedre kant i løpet av en gitt tidsperiode, telles. Dersom dette antall er tilnærmet likt for alle enkelte punkter, betraktes væskespredningsanordningen å være effektiv for denne matemengde. Både den minimale og den maksimale effektive matemengde bør være kjent for hver type væskespredningsanordning, og vil variere for ulike typer.

Denne prosess er spesielt egnet for avsalting av sjøvann og rensing av brakkvann og industrielt benyttet vann. Vann som inneholder fra 1 ppm til omtrent flere prosent av totalt oppløste faststoffer, kan renses. Systemet er relativt praktisk for vannoppløsninger som inneholder en væske-konsentrasjon på omtrent 10% av faststoffene eller mindre. Prosessen utføres fortrinnsvis under atmosfærisk trykk, selv om høyere trykk, opp til omtrent 2 atmosfærer, er mulig.

Den forhøyede kapitalinvestering og vedlikehold og arbeids-kostnader kan gjøre drift med et slikt høyere trykk økonomisk uinteressant. Strømningsmengden av den innkomne vannoppløs-ning er normalt under 150 kg per lineær meter og fortrinnsvis under omtrent 45 kg per lineær meter bredde av hver fordampningsflate, per time. Dette er betydelig mindre enn ved kjente fordampere med fallende film, men er høyst ønskelig på grunn av at vann ved denne langsomme mating fordamper fra den opprinnelige oppløsning ved en meget høy effektivitet, slik at en gjeninnføring vanligvis ikke er nødvendig. Dette elimi-nerer et behov for pumpe- og resirkuleringsutstyr og redu-serer det totale energibehov. Mateutstyret må være i stand til å operere ved denne meget langsomme tilførselshastighet.

Et effektivt matesystem kan fremstilles av flere lag med ostekleder som henger over lepper av flere sammenkoblede,

tett ved hverandre anordnede tau. Vannoppløsningen i trauene ledes over toppen på en ensartet måte for å suges inn mellom holdeanordningene og væskespredningsanordningene i varme-vekslingselementene. Vanlige pumper eller sprøyteanordninger kan også benyttes, men er funnet å være mindre hensiktsmessig å bruke eller mer utsatt for forstyrrelser.

De tynne,plastiske varmevekslingselementer som benyttes ved fordampere for fallende film ifølge denne oppfinnelse, kan pakkes meget effektivt og økonomisk slik at det totalt aktive fordampningsareal per gitt volum, er eksepsjonelt høyt. På grunn av dette kan en fordamper med fallende film ifølge denne prosess fordampe en meget stor vannmengde over en gitt tid,til tross for at den innkommende vannoppløsning mates ved en meget lav hastighet. Det er både hensiktsmessig og praktisk å sammenpakke eksempelvis 150-300 varmevekslerelementer i en stabel. Selv om plastfilm har en tilstrekkelig varme-ledningsevne for formålet i denne oppfinnelse, ville det ikke være praktisk å søke å oppnå fordampning fra vannoppløsninger uten bruk av væskespredningsanordninger. Imidlertid er en jevn og effektiv vannfordampning mulig når disse foreligger. Ved en enkelttrinnsoperasjon er det praktisk å utføre prosessen under atmosfærisk trykk på vannfordampningssiden. For sjøvann som har et kokepunkt på 106,6°C, ville oppvarmingsdampen måtte komprimeres til omtrent 107,5 kPa og ville ha en kondensasjonstemperatur på omtrent 101,8°C. For brakkvann som koker ved omtrent 100°C, ville det være tilstrekkelig å komprimere dampen til omtrent 104,8 kPa. Slik damp ville kondensere ved omtrent 101,0°C. Ved 115,1 kPa damptrykk, som betraktes å være maksimalt økonomisk i praksis, er kondensa-sjonstemperaturen omtrent 103,5°C.

Ettersom kokepunktet, for vannoppløsningen som strøm-mer ned langs overflatene av varmevekslerelementene i fordamperen stiger i nedadgående retning med stigende konsentrasjon av oppløsningen, foreligger det i virkeligheten et kokepunktområde. Den gjennomsnittlige AT er beregnet som differansen mellom kondensjonstemperaturen for oppvarmingsdampen på en side av varmeelementet og den gjennomsnittlige koketemperatur for vannoppløsningen på den annen side. Denne gjennomsnittstemperatur er basert på differansen mellom toppen og bunnen av varmevekslerelementene. Vanligvis er en temperaturdifferanse AT mellom oppvarmingsdampen og kokepunktet for den tilførte vannoppløsning på mer enn omtrent 2°C ikke økonomisk ønskelig, bortsett fra i de tilfeller en billig energikilde, som eksempelvis overskuddsdamp eller overskuddsvarme, er tilgjengelig. Vanligvis er overskuddsdamp tilgjengelig ved et relativt lavt trykk, og i dette tilfelle er det hensiktsmessig å benytte en flertrinnsprosess som skjematisk er vist på Fig. 2. En installasjon av denne type kan eksempelvis ha ti trinn. Flertrinnsprosessen kan imidlertid også arbeide med høytrykksdamp, eksempelvis ved 175 kPa. Dette tillater bruken av et større antall trinn. Damptrykket faller gradvis fra omtrent 175 kPa til omtrent 2 kPa, vanligvis fra 103 kPa til 7 kPa. Trykket i hvert trinn justeres for å oppnå den ønskede AT. Men for et frittstå-ende anlegg er enkelttrinnssystemet vist på Fig. 1 mer praktisk.

Det kan være praktisk at flertrinnsprosessen arbeider kun med 2-12 trinn og at dampen som dannes i det siste trinn, komprimeres og brukes som oppvarmingsdamp for det første trinn.

På grunn av de meget kritiske temperatur- og trykk-forhold ved driften av prosessen ifølge den foreliggende oppfinnelse, er det nødvendig å fjerne ikke-kondenserbare gasser, især luft,, fra systemet. Av denne grunn fjernes alltid luft fra den innkomne vannoppløsning. Noen ganger til-føres også vakuum til rommet med oppvarmingsdamp, eller oppvarmingsdampen kan tilføres ved et noe forhøyet trykk, og en mindre del av den kan utblåses for å fjerne ikke-kondenser-

bare stoffer.

Prosessen i denne forbindelse beskrives i det følgende ved hjelp av eksempler:

Eksempel 1

En fordamper med fallende film av enkeltposetypen

var oppbygget av 5 x 10 mm Tedlar ® -folie (Du Pont poly-vinylf luorid) , bomulls-ostekledemed garnnummer 32-30

(32-30 count) og plater med polyethylenribber.

To ark med Tedlar<®> -folie, 33 x 33 cm, ble varmefor-seglet mot hverandre langs alle fire sider ved bruk av im-pulsforsegling for å fremstille en lukket pose på 30,5 x 30,5 cm. To hull med 2 cm diameter ble snittet i en folie-flate, én i det høyre, øvre hjørne og én i det venstre, nedre hjørne. Disse ble utstyrt med messinginntak, tettet med gum-mipakninger på en tilsvarende måte som slangeventilene som benyttes i vanlige slanger. To aluminiumsplater, 36 x 36 cm, ble anordnet med avstandsstykker på 0,5 cm ved hvert av de fire hjørner, og egnede hull ble boret i en plate for å motta messinginntakene. En plate med polyethylenribber ble limt til innsiden av hver av platene, med ribbene ragende mot sentrum. Platen med ribber hadde en total tykkelse på 1,25 mm,med en folie på 0,125 mm tykkelse, og ribber med 0,2 mm tykkelse og en høyde på 1,15 mm, med 3,2 mm avstand senter til senter. Løse stykker med bomulls-ostekleder ble oppskåret for å passe over platen med ribber og rager omtrent 2,5 cm over og under platen med ribber. De enkelte stykker ble samlet for å danne en en-pose-fordamper av fallende film-typen. Ved å fukte ostekledet, bringes dette til å klebe til Tedlar® -foliens overflate og eliminere alle ryn-ker .

Det nedre uttak var utstyrt med en variabel trykk-dampkilde og et uttak for produsert vann, begge styrt av vari-able vannsøyler. Det øvre uttak var utstyrt med en variabel vannsøyle og tjente til å tillate fjerning av overskuddsdamp og spyle ikke-kondenserbare andeler fra systemet. På grunn av området som ble dekket av uttakene og laget med produsert vann i bunnen av posen, ble det effektive areal som var tilgjengelig for varmeoverføring, redusert fra 0,19 til 0,16 m 2.

Hele enheten var nedsenket i en beholder fylt med mettet damp for å forhindre varmetap eller varmetilførsel til enheten. Kokende forbruksvann ble matet til toppen av poseenheten gjennom et 6 mm rustfritt stålrør med 30,5 cm lengde og med små hull boret i 5 cm avstand og som var dekket av et osteklede som var anordnet nedover for å ha kontakt med væskespredningsanordningen i form av ostekledet som strakte seg fra enkeltposeenheten.

Enheten ble testet ved forskjellige trykk fra 2,66 kPa til 7,98 kPa over atmosfærisk trykk. Under drift ble det tilførte vann innstilt til en strømningsmengde på omtrent 20 cm^/min., tilsvarende omtrent 4 kg per lineær meter per time, og de forskjellige søyler ble innstilt til å gi auto-matisk drift av dampinntakstrykk-kontrollen og vannuttaket, og uttakstrykket ble innstilt til å gi en liten dampstrøm ut av posen for å spyle ut alle ikke-kondenserbare enheter.

De oppnådde testresultater er som følger:

Ifølge testen ble enheten bragt under kontinuerlig, uforandret drift ved 7,3 kPa over atmosfærisk trykk i posen. Produksjonen lå i området 14-15 cm 3/min over en periode på 20 dager, over de følgende dager sank produksjonen til omtrent 12 cm"Vmin. Etter en total driftsperiode på 27 dager, ble enheten avstengt. Undersøkelse av enheten viste en stor mengde brun-hvite,kompakte, kalsiumkarbonater, forurenset med rust. Tilnærmet var alle faststoffer i ostekledet. Posen var ren ved fjerningen. Små oppsamlinger av faststoffer ble observert i noen områder av ribbeplaten. Faststoffene ble lett fjernet ved rensing med fortynnet svovelsyre, som ga en bløt, regenerert væskespredningsanordning som synlig atskilte seg fra den opprinnelige væskespredningsanordning. Varmeoverføringskoeffisienten for denne fordamper med en fallende film var under testbetingelsene 1.400 W/m 2 K.

Eksempel 2

På grunnlag av enkeltposeenhetens suksess og for-ventninger, ble en større enhet med 5 poser bygget, med bruk av de samme materialer som ved eksempel 1.

Posene (omtrent 36 x 74 cm) ble fremstilt med en overlappende varmeforsegling i lengderetningen og tilsist lukket i endene med en forsterket varmeforsegling. Posene ble deretter forseglet alternerende side mot side ved bruk av en varmeplateforsegling med stramt, lukket bånd for å danne forseglinger, 2,5 eller 5 cm vide, med sirkulære ender for å danne lommer mellom posene med 25 cm bredde over posenes lengde. To lommer ble utformet mellom hvert sett med poser under bruk av tre side mot side forseglinger.

Det midtre forseglingsområdet tjente til å bære inntakene for damp og uttakene for produsert vann, mens områdene med forsegling av to kanter hadde uttak for ikke-kondenserbare bestanddeler og overskytende damp. Hullet ble kuttet i forseglingsområdet mellom tilstøtende poser for å åpne innsiden av posene helt mot hverandre. Uttak tilsvarende de som ble benyttet ved enheten med én pose, ble innsatt i en ytre folie mens den siste, ytre folie forble uoppsnittet for å holde trykket. Holdematrisen ble utformet av to stykker med ribbe-plater som ble varmforseglet mot hverandre rygg mot rygg og skåret i en størrelse for å passe inn i lommene og rage omtrent 2 cm ut bak lommen. Disse enheter ble dekket med ostekledet og innsatt i lommene. Hele enheten ble plassert mellom egnede aluminiumsstøtteplater. Mateveker fremstilt av sammenfoldet osteklede med den omtrentlige dimensjon 1,25 x 0,25 x 30,5 cm ble innsatt mellom posenes øvre kant og den nedhengende plastmatrise som var dekket av ostekledet. Enheten ble anordnet i en dampfylt beholder og tilførsels-kontroller festet på samme måte som ved enheten med enkeltpose. Denne enhet hadde et effektivt varmeoverførings-område på omtrent 1,5 m 2, omtrent 10 ganger området for enheten med enkeltpose.

Enheten ble bragt i drift med en tilført mengde på omtrent 2,5 kg per lineær horisontal meter av fordampnings-overf laten og et trykkdifferensial på 7,4-8 kPa over atmosfærisk trykk, noe som tilsvarer AT på omtrent 2,1 °C. Produksjonen over en kontinuerlig i det vesentlige ikke overvåket periode på 2 000 timer med leilighetsvis syre-vasking, ga en produksjon som varierte fra 100 til 120 cm<3 >per minutt over denne tid, eller omtrent 38 cm3/min /m<2>/°C.

Etter omtrent ti dagers drift, var produksjonen sunket omtrent 10%. På dette tidspunkt ble beholderen åpnet og ostekledet renset med 8 liter 2% svovelsyre. Etter vasking steg produksjonen til det opprinnelige nivå. Andre metoder, som f.eks. å tilføre syre til matetrauet, idet enheten stoppes en halv time og å fjerne og atskilt å vaske væskespredningsanordningen, og å sprøyte syreoppløsning på væskespredningsanordningen, ble utført med omtrent ti dagers intervaller, med gjenvinning av den opprinnelige produksjon i alle tilfeller. Dette viser at intermitterende fjerning kan benyttes på mange måter for å sikre lang drift med høy aktivitet av enheten.

Etter omtrent 2 000 driftstimer ble enheten avstengt og demontert.

Eksempel 3

En fordamper for fallende film med 150 x 150 mm plastplater ble fremstilt av en hul lineær polyethylen-struktur, bestående av to plane plater, 0,1 mm tykke, som ble holdt atskilt av kanaldannende ribber med 0,2 mm bredde og 1 mm høyde i 3 mm avstand, forløpende over platens lengde. Sandwich-konstruksjonen tilsvarte varmevekslerelementet vist på Fig. 4, bortsett fra at platene 30 og 31 ble atskilt med ribber, istedenfor tapper og at enheten ble fremstilt i ett enkelt stykke. Dette element ble plassert slik at kanalene ble vertikale. Både øvre og nedre ender ble forbundet med manifolder av sveiset polyethylen, som sto i forbindelse med alle kanaler. Hele den øvre manifold og overflaten av fordamperen ble dekket med en fordelingsanordning av bomulls-osteklede med garnnummer 32 x 32 (32 x 32 count). Den øvre manifold hadde et inntak for damp og den nedre manifold hadde et uttak for kondensat. Den totale aktive fordampningsflate

2

var 0,0 5 m .

Fordamperen med fallende film ble plassert i test-standen fra eksempel 1 med dampinntaket festet til den øvre manifold og kondensatoppsamlingssystemet forbundet med den nedre manifold. Den ble testet ved et trykk på 6,7 kPa over atmosfærisk trykk, med en beregnet A T på 1,8°C. Tilførselen av varmt vann til utsiden av modulen ble variert fra 3 til 10 kg per time per horisontal meter for hver fordampningsoverflate. Produksjonen fra det aktive området var 5 cm 3/ min. Dette ble beregnet å gi en total varmeoverføringskoef-fisient på 1 700 W/m 2K, som er noe høyere enn i eksempel 1. Den totale varmeoverføringskoeffisient var uavhengig av til-førselsmengden innenfor det undersøkte område.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte ved fordampning fra en vannopp-løsning (1) som forvarmes i det vesentlige med varmt ferskvann og utluftes, hvor den forvarmede og utluftede vann-oppløsning føres inn ved den øvre ende av en et- eller flertrinns fordamper med fallende vannfilm, som har flere i det vesentlige ens vertikale og adskilte varmevekslerelementer (5) av en folie av syntetisk polymermateriale, idet hvert slikt element har to ytre og to indre varmevekslerflater, hvor de ytre flater står i forbindelse med en mateanordning for vannoppløsningen ved fordamperens øvre ende og med en oppsamlingsanordning for væskekonsentrat ved bunnen av fordamperen, og hvor de indre overflater oppvarmes av damp med en temperatur som er høyere enn væskeoppløs-ningens kokepunkt ved driftstrykket, idet den gjennomsnittlige temperaturdifferanse .A T mellom den kondenserende damp mot de indre overflater og kokepunkt for vannoppløs-ningen mot de ytre overflater, er omtrent 0,1-3,5 grader, hvor vannoppløsningen videre fordeles over varmevekslerelementene og tillates å falle som en film nedover deres ytre varmevekslerflater, og hvor den del av vannet fordamper fra vannoppløsningen ved kokepunktet, idet fordampnings-varme tilføres av damp i kontakt med varmevekslerelementenes indre varmevekslerplate, slik at damp kondenseres til varmt ferskvann, hvor varmt ferskvann fjernes fra fordamperen og gjenvinnes, idet det varme ferskvann benyttes for å forvarme den innkommende vannoppløsning, hvor væskekonsentratet som oppsamles ved bunnen av varmevekslerelementene fjernes fra fordamperen og fjernes, men hvor dets varme, dersom væskekonsentratets volum er tilstrekkelig for en økonomisk hensiktsmessig utnyttelse, benyttes til å forvarme den innkommende vannoppløsningen, og hvor dampen fra fordampning fra de ytre overflater i varmevekslerelementene enten komprimeres og resirkuleres som oppvarmingsdamp for det samme trinn i fordamperen, eller innføres uten kompresjon til et annet trinn i fordamperen som virker på samme måte som det første trinn, men ved et lavere damptrykk og et lavere kokepunkt for vannet, KARAKTERISERT VED å anordne væskefor- delingsanordninger fremstilt av fibre eller partikler som kan fuktes eller er fuktet med vann, idet væskefordelingsanordningene har et fritt areal på minst 20% og hvor av-standen og størrelsen av de enkelte fibre eller partikler er slik at den synkende vannoppløsning danner dråper som fullstendig fyller ut tomrommene slik at hver væskefor-delingsanordning samvirker med sin nærmeste ytre varmevekslerflate og med den strømmende vannoppløsning for å danne en stabil, tynn film over den ytre varmevekslerflate for derved å tillate ensartet fordampning av vann fra hver overflate uten dannelse av tørre flekker eller rennende dråper, idet væskefordelingsanordningene har en horisontal fordelingskomponent, å opprettholde strømningsmengden av den vannoppløsning som skal fordampes, ved mindre enn 300 kg pr. lineær horisontal meter på hver ytre varmevekslerflate pr. time, idet strømningsmengden alltid er høyere enn oppløsningens fordampningsmengde, og å danne den stabile tynne film over hele arealet på hver ytre varmevekslerflate.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED å holde tilførselsmengden av vannoppløsning mindre enn 150 kg pr. horisontal meter på hver ytre varmevekslerflate pr. time.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED å holde tilførselsmengden mindre enn 45 kg vannoppløsning pr. horisontal meter pr. time.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED å komprimere og gjeninnføre det fordampende vann i fordamperen som oppvarmingsdamp.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, brukt ved flere etterfølgende trinn, KARAKTERISERT VED uten kompresjon å benytte vann som fordamper fra hvert trinn, bortsett fra det siste trinn, som oppvarmingsdamp for det neste trinn idet dette arbeider ved lavere temperatur og trykk.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED å komprimere og gjeninnføre damp som fremkommer ved vannfordampning i det siste trinn, i fordamperen som oppvarmingsdamp for et tidligere trinn.

7. Fordamper med fallende film for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge krav 1-6, KARAKTERISERT VED at den har (A) flere i det vesentlige vertikale og adskilte varmevekslerelementer (5) fremstilt av en folie av et syntetisk polymermateriale, hvor hvert varmevekslerelement (5) har to f ordampningsf later (E, E') og to oppvarmingsflater som står i forbindelse med et inntak for oppvarmingsdamp og hvor fordampningsflåtene befinner seg i kontakt med væskespredningsanordninger (B), en mateanordning for tilførsel av vannoppløsning (4, 4) som skal fordampes til fordampningsflåtene i varmevekslerelementene (5), (C) en oppsamlingsanordning for væskekonsentrat (11) for mottak og fjerning av væske som strømmer ned fra bunnen av fordampningsflåtene (E, E') i varmevekslerelementene (5), (D) en kompresjonsanordning for damp, som står i forbindelse med vanndamp fra varmevekslerelementenes fordampningsflater og med inntaket for oppvarmingsdamp, og (E) en anordning for oppsamling av ferskvann som er dannet ved kondensasjon av oppvarmingsdamp som er i kontakt med varmevekslerelementenes oppvarmingsflater.

8. Fordamper ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at varmevekslerelementene (5) er oppbygget av alternerende plastposer (50) som er festet til hverandre ved toppen og bunnen, idet det første sett alternerende poser (50) er lukket i topp og bunn og åpen i fremre og bakre ender, mens det annet sett med alternerende poser (50) er åpen i topp og bunn, men lukket i fremre og bakre ender, med holdeanordninger i det annet setts poser, som hver befinner seg i nær kontakt med væskespredningsanordningene over i det vesentlige hver av disses overflater og hvor posene i det første sett befinner seg i kontakt med et inntak for oppvarmingsdamp ved en ende og med oppsamlingsanord-ningene for ferskvann ved den annen ende, og hvor de to sett med alternerende poser (50) danner en vertikal stabel som med endeholdeanordninger holdes i en i det vesentlige fast form.

9. Fordamper ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at platene som danner sider i varmevekslerelementene er fremstilt av polyetylen eller polyvinylfluorid.

10. Fordamper ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED at posene som danner varmeveksleroverflater, er fremstilt av polyetylen eller polyvinylfluorid.

11. Fordamper ifølge krav 7, med flere trinn, KARAKTERISERT VED at varmevekslerelementenes (5) oppvarmingsflater (E, E') i hvert etterfølgende trinn står i forbindelse med damp som er dannet ved fordampning av vann fra fordampningsoverflåtene i det foregående trinns varmevekslerelementer (5), slik at det første trinn mottar damp enten fra en ytre kilde, eller etter kompresjon, fra det siste trinn, og hvor hvert etterfølgende trinns temperatur og trykk er lavere enn de tilsvarende temperaturer og trykk i det foregående trinn og er slik at vann koker fra vannløs-ningen fra hvert trinns vannoppløsning.