NO164280B

NO164280B - Fremgangsmaate til kontinuerlig destillasjon av en foedevaeske og apparat til utfoerelse av fremgangsmaaten.

Info

Publication number: NO164280B
Application number: NO830754A
Authority: NO
Inventors: Wilbert Lee Gore; Robert Walton Gore; David Walton Gore
Original assignee: Gore & Ass
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1983-03-04
Publication date: 1990-06-11
Also published as: SU1286097A3; US4545862A; JPH0317526B2; FR2522520A1; JPS58202089A; ES8403324A1; DK98783A; EP0088315B1; ES524784A0; FR2522520B1; IT8319920A0; ATE22812T1; FI830733L; CA1203488A; GB8305344D0; AU554562B2; AU1205383A; GR78460B; NO164280C; IT1160503B

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og

et apparat for destillasjon av vandige væsker og er spesielt hensiktsmessig for avsalting av sjøvann for fremstilling av ferskvann.

Destillasjon er en fremgangsmåte for fordampning av en væske og deretter kondensasjon av dampen. Den er hensiktsmessig for å separere flyktige andeler i en blanding fra ikke flyktige eller mindre flyktige komponenter.

En praktisk destillasjonsanordning må utføre denne se-parasjon med lave omkostninger, både når det gjelder energi og kapital. Bare når disse to omkostningselementer er lave, kan en destillasjonsanordning eller fremgangsmåte forventes å være nyttig. Energieffekt måles vanligvis som "ytelsesforhold", som er den mengde av latent varme som gjenvinnes, dividert med den varmemengde som tilføres systemet. Et høyt ytelsesforhold i en anordning innebærer lav energikostnad. Typiske ytelsesforhold for handelsførte destillasjonsanlegg ligger i området seks til tolv. Kapitalomkostningene avhenger av komponentenes pris, den nødvendige materialmengde og systemets kompleksisitet. De van-lig tilgjengelige destillasjonssystemer er kostbare, fordi de krever kostbare legeringer og er mekanisk kompliserte.

Det er gjort forsøk på å konstruere destillasjonsapparater hvor det brukes porøse materialer, gjennom hvilke væske-dampene kan diffundere, og US-PS 3 3^0 186 omtaler et eksempel hvor det benyttes en mikroporøs. hydrofob PTPE membran. Por slike "membrandestillasjons" apparater, kan kapitalinnsatsen relateres til mengden av destillat som produseres pr. membran-arealenhet pr. tidsenhet. Dette betegnes som anordningens eller fremgangsmåtens "produktivitet".

Det er vanskelig å lage en destillasjonsprosess som bå-de har høy energieffekt og er produktiv. I enhver fremgangsmåte av denne type vil økning av produktiviteten ved økning av' temperaturdifferansen mellom det varme, fordampende saltvann og det kaldere saltvann i kondensatoren resultere i et redusert ytelsesforhold. Målet er således å redusere denne tempera-turdifferanse, samtidig som samme produktivitet opprettholdes. Dette kan oppnås ved å redusere "dampgapavstanden", dvs den avstand dampen må vandre fra fordampningspunktet til kondensa-sjonspunktet; redusere tykkelsen av destillatlaget; bedre blandingen av saltvannet i kanalene; og/eller bruke et mer varmeledende materiale for kondensatoren.

Det er også gjort forsøk på å konstruere "sandwich" eller multieffekt-anordninger som et middel for å gjenvinne

kondensatets latente varme, men disse forsøk har i stor utstrek-ning ikke kunnet føre til en praktisk anvendelig destillasjonsanordning. Blandingen i saltvannskanalene kan være dårlig, fordi oppnåelsen av temperaturdifferanser på tvers av membranene avhenger av at saltvannsstrømningen blir holdt forholdsvis lang-som. Den resulterende dårlige blanding fører til store temperaturfall gjennom saltvannslagene, hvilket svekker de hensikts-messige temperaturfall gjennom membranene. Dårlig blanding vil dessuten føre til stagnerte, konsentrerte saltvannslag i gren-seflaten for membranen og det varme saltvann. De senker damp-trykket i grenseflate-saltvannet og svekker produktiviteten.. De-kan også bli overmettet og "gjennombløte" membranen, slik at destillatet blir forurenset med fødevann.

En annen hoved.svakhet ved de kjente multi-ef f ekt destillasjonsapparater er at. det. ikke er sørget for effektiv fjer-nelse av destillatet, slik at. det opprettholdes en minimal tykkelse av destillatlagene. Fordi temperaturfallet gjennom destillatlagene svekker temperaturdifferansane gj ennom- membranen, vil det enten svekke produktiviteten eller ytelsesforholdet.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et apparat for kontinuerlig destillasjon av en tilført, varm, vandig væske som inneholder salt eller en annen oppløst substans med lav flyktighet, omfattende en varmeledende. duk som ikke er gjennomtrengelig for damp og danner en langsgående vegg av et destillatsamlekammer. Apparatet omfatter videre en hydrofob, mikroporøs membran., som danner en motstående, langsgående vegg av kamret. Kamret har et dreneringsutløp for destillat, organer for å få det varme fødevann til å strømme forbi og i intim kontakt med overflaten av den mikroporøse membranen overfor destil-latsamlekarnret, slik at vanndamp fra det hete fødevann kan diffundere gjennom den: mikroporøse membran til destillatsamlekamret. Apparatet omfaÆter videre organer for å avkjøle overflaten av den ugjennomtrengelige plate overfor destillatsamlekamret, slik at kondensasjon av den diffunderte vanndamp kan finne sted i samlekamret. Apparatet ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved midler for stripping av kondensert destillat fra destillatsamlekamret, hvor det kondenserte destillat er i intim kontakt bå-de med nevnte plate, og membran, hvor strippemidlene omfatter midler som utnytter krefter som utøves av det hete, strømmende fødevann gjennom den mikroporøse membran på destillatet som er beliggende mellom den porøse membran og den ugjennomtrengelige plate for å få destillatet til å strømme i retning av den hete fødevannsstrømning mot nevnte dreneringsutløp.

Kjøleorganene omfatter fortrinnsvis organer for å få kald fødevæske til å strømme i motsatt retning av den varme fø-devannsstrømning, forbi overflaten av den ugjennomtrengelige plate på den motsatte side av samlekamret, hvor temperaturen av den kalde fødevæske er lav i forhold til det varme fødevannets som strømmer forbi den mikroporøse membran. Apparatet omfatter videre oppvarmingsorganer som er driftsmessig koplet inn mellom organene for den kalde fødevæskestrømning og den varme føde-vannsstrømning for mottagelse av den kalde fødevæske etter å ha avkjølt den ugjennomtrengelige membran, og for oppvarming av den mottatte, kalde fødevæske til temperaturen av det varme fø-devann som strømmer forbi den mikroporøse membran, og for fri-givning av det oppvarmede fødevann for strømning forbi den mi-kroporøse membran.

Det foretrekkes også at midlene for destillatstripping omfatter at den ugjennomtrengelige plate gjøres stivere mot bøyning i retningen perpendikulært på den mikroporøse membranens overflate, at den ugjennomtrengelige plate og den mikroporøse membran er anordnet for et overflate-kontaktforhold når det ik-ke foreligger destillat i samlekamret, og at det opprettholdes en trykkgradient i den varme fødevannsstrømning forbi membranen, hvor trykket avtar i strømningsretning, og at den mikroporøse membran lokalt deformeres i retning perpendikulært på den ugjennomtrengelige plate under destillasjon for å tillate ansamling og passasje av flytende destillat.

Fremgangsmåten og apparatet til dens utførelse er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk og oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til

utførelseseksempler som er vist på tegningen og der:

fig. IA er et skjematisk snitt av en lineær destillasjonsmodul ifølge foreliggende oppfinnelse,

fig. IB er-, en skjematisk detalj av en del av utførel-seseksemplet ifølge fig. IA, vist i snitt etter linje-1B-1B i fig. IA,

fig. 2A er' et skjematisk snitt av en del av en spiralformet destillasjo.nsmodul ifølge foreliggende oppfinnelse,

fig. IB er en skjematisk gjengivelse av delen av den spiralformede modul som er vist i fig. 2A og

fig. 3 viser en skjematisk detalj av en del av den spiralformede modul som er vist i fig. 2A.

Som vist i tegningen, omfatter et apparat for kontinuerlig destillasjon av en vandig fødevæske,som inneholder salt eller en annen oppløst substans av ikke flyktig type,en damp-ugjennomtrengelig plate som danner en langsgående vegg av et destillatsamlekammer. Fig'. IA vis.er' et lineært diestillas jons:-apparat 10, hvor en vanndiamp-ugjennomtr-engelig' plate 12 er- anordnet på en side av destillas.j.onssamllefeamret. 1.4, s.lik. at; éeni danner en vegg av kamret. Platen. 12 er' fortriinnsivis' fremsvtilt av en metallplate eller en tynn plastfilm:,, s:om: polye.tyler. nredi stor tetthet og med en tykkelse i området nreiOomi ca-.., 0,025 mm til ca. 0,125 mm. Dette tykkelsesområde vil gi tilstrekkelig styrke til platen og samtidig gi en akseptabelt lav varmemotstand mot varmepassasje. Lav varmemotstand er viktig, fordi platen 12 virker som kondensatorelement for destillasjonsenheten 10.

En hydrofob mikroporøs membran 16 er anordnet slik at den danner en motstående, langsgående vegg for destillat-samlekamret 1^1. Den mikroporøse membran 16 er fortrinnsvis en mikro-porøs polytetrafluoretylen (PTFE) membran'med en tykkelse mellom ca. 0,025 mm og ca. 0,125 mm og med en hulromsandel på ca.

80% til ca. 90%. Et tilfredsstillende mikroporøst PTFE membran-produkt er omtalt i US-PS No. 3 953 566, skjønt andre hydrofobe mikroporøse membranrnaterialer kan benyttes, f. eks. mikroporøs polypropylen.

Det er sørget for organer for å bringe varm, vandig fø-devæske til å strømme raskt forbi og i intim kontakt med overflaten av den mikroporøse membran på den side som vender bort fra destillat-samlekamret. I foreliggende utførelse er det anordnet en motstående langsgående vegg 18, som vender mot den mikroporøse membran 16 og sammen med denne danner et strømnings-kammer 20 for varm fødevæske. Den langsgående vegg 18 kan være fremstilt av et valgfritt materiale som er stivt nok til å in-neholde og lede den varme fødevæskestrømning. Ved enkelte des-tillasjonsanvendelser kan den langsgående vegg 18 erstattes av en annen mikroporøs membran i likhet med den mikroporøse membran 16, som med en tilordnet kondensatorplate kan danne et andre, parallelt destillat-samlekammer som mates fra samme varme fødevæskestrømning i kamret 20. Det spiralformede apparat som er vist i fig. 2A utnytter i prinsippet en slik konstruksjon.

I den utførelsesform som er vist i fig. IA er det anordnet en pumpe 22, som er driftsmessig koplet for å tilføre varm fødevæske i en langsgående retning gjennom innløpet 24 til kamret 20 og deretter raskt forbi den mikroporøse membran 16 (fra venstre mot høyre i fig. 1, som angitt med piler). Det er viktig at den varme fødevæske kommer i intim kontakt med membranens 16 overflate. Som følge av den strømning som pumpen 22' opp-retter, strømmer den varme, vandige fødevæske inn i kamret 20 og raskt forbi den mikroporøse membran 16. Vanndamp som fordam-per fra fødevæsken diffunderer gjennom den mikroporøse membran 16 til destillat-samlekamret 14, hvor den kondenseres og samles .

Organene for avkjøling av den ugjennomtrengelige plate omfatter en langsgående vegg 28, som vender mot kondensatorpla-) ten 12 på motsatt side i forhold til den mikroporøse membran 16, og som sammen med platen 12 danner et kammer 30 for oppta-gelse av en kald væske som benyttes for avkjøling av kondensatorplaten 12.

Med fordel og for å oppnå latent varmegjenvinning fra

5 det kondenserende destillat er den kalde væske en vandig føde-væske ved lavere temperatur enn den varme fødevæske som strøm-mer i kammer 20. Den kalde fødevæske strømmer i motsatt retning av den varme fødevæskes strømningsretning i kamret 20. På grunn av den kontinuerlige avkjøling av kondensatorplaten 12, vil dampen som diffunderer gjennom den mikroporøse membran 16 kondenseres, iallfall til å begynne med, på kondensatorplaten 12. Etter at det er dannet en film av flytende destillat, kan damp kondensere i den flytende destillatfilm, men fordampningsvarmen skal til slutt overføres gjennom kondensatorplaten 12 til den kalde fødevæsken som strømmer i kammer 30. Det skal også bemer-kes at det kondenserte destillat i samlekamret 14 til enhver tid er i fysisk kontakt med membranen 16 på den ene side og med kondensatorplaten 12 på den andre siden og er i realiteten lagt som en "sandwich" mellom membranen 16 og platen 12.,

I apparatet som er vist i fig. IA, er en pumpe 32 anordnet for å motta kald fødevæske fra en ikke vist kilde og er driftsmessig koplet til destillasjonsenheten 10' for å innføre den kalde fødevæske til kamwer 30' gjennom inanløpi 34;. Etter at den kalde fødevæske har strømmet forbi kondensatorplate-M 12,

vil den kalde fødevæske (som nå er varm) forlate kamret 30 gjennom utløpet 36. Den oppvarmede kalde fødevæske som forlater kamret 30 ved utløp 36 blir fortrinnsvis etterpå varmet opp, f. eks med varmeelement 38, og brukt for å øke eller danne hele mengden av varm fødevæske som innføres i kammer 20 via pumpen 22 og innløpet 24.

Det skal bemerkes at et flertall destil.Lasjonsrnoduler

10 som vist i fig. IA kan benyttes: s,om, serie- eller paralell-trinn i destillasjonsapparater av forskjellig, utformning. Det kan f. eks.,, som skjematisk vist i fig. 1A med stiplede stre_ ker, dannes en langstrakt vegg 28 av samme type som materialet 7 ^ brUkt f°r kondensatorplaten 12 . Denne langstrakte vegg 28 kan brukes som kondensatorpiate for en annen destillasjonsmodul, som avkjøles av samme kalde fØdevæskestrømning. Det vil r>r;e.klart at dSt *an-brukes forskjellige gjensidige strømnings-l0rblnd6lSer mellom de forskjellige trinn, avhengig av de relative temperaturer av de varme og kalde fØdestrømninger som trer ut av og inn i de enkelte enheter for oppnåelse av effektiv ut-nyttelse og bevaring av varmeenergien som brukes for fordampning av den vandige væske.

Det er anordnet midler f°r stripping av det kondenserte og samlede destillat fra destillat-samlekamret ved bruk av krefter som utøves av den strømmende varme fødevæske, som virker gjennom den mikroporøse membran på destillatet som er beliggende mellom den mikroporøse membran og den ugjennomtrengelige platen. Disse krefter får destillatet til å strømme i samme retning som den varme fødestrømning. Som vist i eksemplet, er den mikroporøse membran 16 montert slik at membranen 16 har kontakt med overflaten av kondensatorplaten 12 når det ikke foreligger destillat i kamret 14, f.eks. under oppstarting eller når destillatfilmen forbigående er strippet fra et bestemt sted på kondensatorplaten 12 som følge av virkningen av den varme fødestrømning. I tillegg er materialene og tykkelsene av den mikroporøse membran 16 og kondensatorplaten 12 valgt slik at kondensatorplaten 12 er stivere mot bøyning i retningen perpendikulært på kondensatorplatens 12 overflate enn den mikroporøse membran 12. Forskjellen i bøyemotstand gjør at den mikroporøse membran deformeres lokalt i perpendikulær retning mot kondensatorplatens 12 overflate for å oppta en ansamling av kondensert destillat, mens kondensatorplaten 12 forblir forholdsvis ude-formert fra stillingen den hadde før ansamlingen av kondensert destillat.

For destillasjonsenheter hvor det brukes et stivt plate-materiale, som metallplate, for kondensatorplaten 12, kan den ønskede relative bøyefleksibilitet lett oppnås. De fleste materialer som er egnet for mikroporøse membraner 16, især det foretrukne ekspanderte PTFE membranmateriale, i tykkelsesområdet fra ca. 0,025 mm til ca. 0,125 mm, er særdeles fleksible og føyelige, og det er lett å velge materialer med hensiktsmessig tykkelse blant de tilgjengelige materialer til destillasjons-bruk.

I forbindelse med ovennevnte relative egenskaper og plassering av membranen 16 og kondensatorplaten 12, omfatter strippemidlene ved det viste eksempel opprettelse av en trykkgradient i samme retning som strømningen av varm fødevæske i kamret 20, slik at trykket faller fra innløpet 24 til utløpet 26. Tverrsnittsdimensjonene av kamret 20 kan velges med hen-blikk på det ønskede strømningsvolumforhold av den varme føde-væske gjennom kamret 20,og pumpens 22 kapasitet kan velges for oppnåelse av den ønskede trykkgradient. Det er fortrinnsvis anordnet organer i kanalen 20 for opprettelse av ytterligere tur- . bulens og blanding '.av den strømmende varme fødevæske, f.eks. i form av avstandsorganet 50 som er vist i fig. IB.

Avstandsorganet 50 omfatter et innbyrdes sammenkoplet nettverk av langsgående strenger 52 og tverrgående strenger'54. De langsgående strenger 52 sørger for å atskille membranen 16

og veggen 18, for å danne strømningsrom for fødevæsken i kamret 20, mens strengene 54 holder strengene 52 på pJias-s;.. De tverrgående strenger 54 har betydelig mindre diameter enn strengene 52. Den reduserte størrelse av strengene 5>4l er nødvendig for at samlekamret 14 skal kunne dannes ved deformasjon av membranen 16, samtidig som turmulensen langs kamret; 20 økes. Dimensjonene av avstandsorganet 50 bør selvsagt velges slik at trykkgradien-ten ikke økes for sterkt, da en generell ef f ektivitetss.vekkelse.' kunne resultere som følge av behov for' økt pumpekraft og' tykkelse av kondensatorplaten 12' for1 å r. ot st å eventuell statisk trykk-ubalanse mellom kamrene 20 og 30. Avstandsorganet 5-Q> har også den funksjon å øke blandingen i kamret 210) og; hdimdire- oppbygning av stagnerte, kjølige lag, av fødevæske: nær miemifeiraneim 1.6..

Konvensjonelle avstands.organer1 som' benyttes: I omiwemdltt; osmose og ultrafiltrering, virker ikke- godt, fordi ( å& Ifckce; tillater membranen 16 å skilles fra konde nsat or pla t en. 12? I em kontinuerlig linje langs kamret 20. Destillat: tol ir avskåret, o-g; kam ikke strømme under membranen 16 til utløpet 40. Et kanalav-standsorgan som har vist seg å fungere adekvat i destillasjonsmoduler, fremstilt i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse,, er- et som; er fremstilt av rygg-mot-rygg lag av Conwed XN2170 raettdng (Conwed er et varemerke), en konstruksjon som har et tverrsnitt som vist i fig. IB. Varm fødevæske og des-tiHatstrømning skjer perpendikulært på snittplanet i fig. IB.

Destillatet som strømmer i samlekamret blir tømt langs den varme fødevæskes strømningsretning. Som vist i fig. IA, er det anordnet et utløp 40 for drenering av destillat fra samlekamret 14. Utløpet 40 er anordnet i enden av destillatsamlekamret 14 i retningen av den varme fødevæskes strømning i kammer 20. Det har vist seg at denne beliggenhet for tømming av destillatsamlekamret 14 i samvirke med anordningen dg konstruksjo-nen av den mikroporøse membran 16, kondensatorplaten 12 og strømningsretningen av den varme fødevæske i kamret 20 gir en overraskende og uventet høy produktivitet, uttrykt ved produsert destillatmengde, brukt varmeenergi for fordampning og total størrelse av destillasjonsenheten. Skjønt de fysiske fenomener som er ansvarlige for den høye produktiviteten bare er delvis erkjent på det nåværende tidspunkt, vil nedenstående anførsler gjøre det mulig for fagfolk på området å verdsette fenomenet og forstå betydningen av disse trekk for driften av et apparat ifølge oppfinnelsen.

Når et apparat som er utført i overensstemmelse med des-tillas jonsenheten 10 først blir satt i gang, skal membranen 16 og platen 12 være i berøring med hverandre. Vanndamp vil til å begynne med ikke kondensere i destillatet, men på platen 12. Etter hvert som destillat samles i samlekamret 14, vil det kom-me mellom membranen 16 og platen 12 og danne et rom for seg selv. Etter kort tid, vil en kontinuerlig hinne av destillat ad-skille membranen 16 fra kondensatorplaten 12. Søkerne har ved testing oppdaget at krefter som innføres av den raske strømning av varm fødevæske i kamret 20 tilsynelatende virker gjennorn membranen 16 for å drive eller "melke" destillat mot utløpet 40, som er anordnet i lavtrykksenden av kamret 20. Denne "melking" av destillatet viste seg ved produksjon av forholdsvis store destillatmengder å få form av krusninger eller bølger i membranen 16, som faktisk kan observeres dersom veggen 18 er gjennomsiktig. Destillatet akkumulerer således ved kamrets 14 lavtrykksende og dreneres via utløpet 40. Den noe konsentrerte og avkjølte "varme" fødevæske forlater destillasjonsmodulen 10 ved utløp 26 og blir enten tømt eller delvis resirkulert til innløpet 34.

Fremgangsmåten og apparatet for å fjerne destillat ved stripping ved bruk av de krefter som innføres av den strømmen-de fødevæske er viktig ved bestemmelsen av den praktiske anven-delighet av destillasjonsapparatet ifølge foreliggende oppfinnelse. Apparatet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen resulterer i et destillasjonslag som har minimal tykkelse. Et tynt destillatlag sikrer god overføring av latent varme til kondensatorplaten 12, og øker dermed, temperaturfallet gjennom membranen 16 og øker produktiviteten. Fordi destillatet alltid er i Intim kontakt med kondensatorplaten 12, trer selve destillatet ut,fra anordningen i kjølig tilstand, idet det har avgitt

■sin varmeenergi til den kalde fødevæske i kamret 30. Svært høye ytelsesforhold er dermed mulige med anordninger som er fremstilt i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse.

En annen fordel ved foreliggende fremgangsmåte og apparat for oppnåelse av destillatdrenering er at den mikropo-røse membran er opphengt mellom to væsker (dvs den oppvarmede fødevæske og destillatet), som har grunnleggende like statiske trykk gjennom membranen 16 i ethvert gitt punkt langs den varme fødevæskes strømningsretning,. skjønt det eksisterer' en. trykkgradient langs strømningsretningen av den varme fødevæske1 som tidligere omtalt. Dette resulterer- i minimal mekan-is-k på-kjenning på den mikroporøse membrani 16-,, fordi dem Ikke motstår' en stor hydrostatisk høyde- Skjønt de statiske- trykk I kamrene 20 og 30 generelt ikke er ilke,, vil entreer- b-e-lastniirag; forår-saket av ulike trykk så å si I sin helhet, bæres; av kondensatorplaten 12 på grunn av slakken i memto-ra>nie>nt I.S>-

Bruken av en tynn, fleksibel kondensatorpQlavfce. 12 I. forbindelse med en meget fleksibel, mikroporøs membran lfi> kam resultere i noe buling eller bevegelse av kondensatorplaten 12 som respons på forskjeller i det statiske trykk mellom kamret 20 og kamret 30 i destillasjonsenheten som er vist i fig.IA.

I et slikt tilfelle er endene av platen 12 og membranen 16

som regel hindret fra bevegelse av monteringsanordningen (ik-ke vist), med den følge at kreftene som opprettes av trykket må bæres, av platen 12 som blir strekkbelastet. Kondensatorplaten 12 bærer i det- vesentlige hele den hydrostatiske belastning, slik at membranen 16 forblir forholdsvis lite strammet og forholdsvis føyelig og elastisk.

Sammenfatningsvis bør den mikroporøse hydrofobe mem-bran 16 være tynn og meget porøs for å lette diffusjon av vanndamp. Den bør ha lav varmeledningsevne for reduksjon av ledet varmestrømning fra den varmede fødevæske til det avkjølte destillat til et minimum. Porestørrelsen bør være liten nok til å motstå inntrengning av vann ved statisk fødetrykk i lange perioder ved forhøyede temperaturer. Membranen bør være sterk og motstandsdyktig mot abrasjon selv ved temperaturer på 100°C, og den bør motstå kjemiske og biologiske angrep. Fleksibilitet er nødvendig, slik at den kan beveges for å gi rom for destillat-strørnning.

Kondensatorplaten 12 bør være ugjennomtrengelig, varmeledende, motstandsdyktig mot korrosjon av saltvann og mot bio-logisk angrep og den bør være rimelig. Den kan bestå av et la-minert materiale, som polyetylen-belagt aluminiumplate. Fordi kondensatorplaten 12 må bære praktisk talt all belastning som resulterer fra trykkdifferensialer i anordningen, må den ha stor strekkfasthet.

Eksempel 1

"Melkings"-fenomenet som er omtalt ovenfor, ble under-søkt eksperimentelt ved bruk av saltvanns-fødevæske i et lineært destillasjons-apparat med en form lignende den som er vist i fig. IA. Klare plexiglassruter dannet de langsgående vegger 18 og 28 i anordningen, og fødekamrene 20 og 30 ble fylt med avstandsorganer i likhet med det som er vist i fig. IB, dannet av Conwed XN2170 netting. Kondensatorplaten 12 i fig. 1 besto av 0,075 mm tykk, meget tett polyetylen, og den mikroporøse membran 16 var en 0,1 mm tykk hydrofob PTFE film med 0,45 mikron porer, som selges av W.L.Gore & Associates, Inc under betegnelsen 5C.2.

Prøveapparatet skilte seg fra apparatet ifølge fig. IA ved at det var anordnet en ekstra destillat-dreneringsport i kamrets 20 høytrykksende, mellom utløp 36 og innløp 24. Da dette destilleringsapparat ble drevet med to anordnede destillat-porter, gikk 98% av destillatet ut gjennom den port som svarer til utløpet 40 nærmest utløpet 26 for varm fødevæske. Da porten som svarer til utløp 40 ble blokkert med hensikt, sank anordningens destillatproduksjon fra 12,4 ml/min til 4,7 ml/min. Når man så gjennom anordningens klare plastvegger, virket den mik-roporøse membran oppsvulmet. Åpning av den blokkerte port før-te til en flom av destillat som strømmet ut av porten under trykk. Det er da overraskende å oppdage betydningen av at destillatet dreneres i samme retning som den varme saltvanns-føde-strømning.

Dette eksperiment demonstrerte at selv om kondensatorplaten 12 er en forholdsvis tynn, fleksibel plastfolie, avhenger inelkningsretningen av destillatet av retningen av den varme fø-devæskestrømning langs den mikroporøse- membran 16, ikke av retningen av den kalde fødevæskestrømning på den andre siden av kondensatorplaten 12. Det antas at dette skyldes det faktum at selv om kondensatorplaten 12 er noe fleksibel, er kondensatorplaten 12 stram som følge av statiske trykkdifferanser mellom det varme fødevæskekammer 20 og det kalde saltvannsfødekammer 30. På grunn av den større belastning på platen 12 i stramning, sammenlignet med membranen 16, bæres praktisk talt all belastning av kondensatorplaten 12; dette gjør at mienÉMrøneo! er' fri til å deformeres lokalt under de krefter som! utøv/es-, av/ fødJe-væskestrømningen og destillatet, somi skal melikes'. mat; utløp) 40)..

En større ulempe ved em Urneser' auaordunriing; s:onv oier:- somi er' vist i fig. IA, er at lengder på. 3®,5 me/ter ©Iler mier' M.ir bry-somme og kostbare å isolere.. De trykk som er- nød!v/emdlig'e £'©Æ' å. drive fødevæsken ag sikre god blanding kan dessuten kre.ve omfattende avstivning i et lineært utførelseseksempel av oppfinnelsen. Av disse grunner er det i en foretrukket destillasjonsmodul ifølge oppfinnelsen benyttet en spiralviklet geometri,

som den som generelt er betegnet med 110 og vist i fig. 2A. I

den følgende beskrivelse er elementer av den spiralformede modul 110, somi svarer funksjonelt til elementer i den tidligere omtal-te lineære modul 10 (fig. IA) gitt henvisningstall som er økt med 100 1 forhold til henvisningstallene i fig. IA.

Kald fødevæske pumpes inn i modulen gjennom innløp 134

og følger en spiralformet bane til sentrum gjennom kamret 130, samtidig som. den tar opp varme fra kondensatorplatene 112a og 112b underveis.- Denne kalde fødevæske, som nå er oppvarmet av den gjenvunne,, latente varme fra kondensasjon av destillatet, forlater modulen gjennorn utløp 136, varmes ytterligere opp av va.rmeelement 138 og returneres deretter til kammer 120 via innløp 124. En pumpe 122,.som er vist i fig. 2B, kan være anordnet i strømningsforbindelsen mellom utløpet 136 og innløp

124 for å opprette en drivkraft for den varme og kalde føde-væske. Den varme fødevæske følger deretter en spiralformet bane utover gjennom kammer 120, som er foret på begge sider med hydrofobe, mikroporøse membraner 116a, 116b.

Mens fødevæsken passerer gjennom kamret 120, vil en del av den fordampe gjennom membranene 116a, 116b, og' det samles destillat i de parallelle destillatkamre 114a, 114b, som dan-' nes av membranene 116a, ll6b og nærliggende respektive kondensatorplate 112a, 112b. Dette destillat følger en spiralformet bane utad i to tynne strømmer, melkes videre av den varme fø-devæskestrømning i kammer 120 og samles i destillatbeholderne l40a, 140b, fra hvilke destillatet tas ut fra sporalmodulen 110. Den noe konsentrerte og avkjølte, varme fødevæske som trer ut av utløp 126 blir enten tømt ut, pumpet som fødevæske til en annen modul eller delvis resirkulert til innløpet 134.

Tvilling-membran- og tvilling-kondensator-destillasjonsenheter som den som er vist i fig. 2A kan gi plassbesparelse, ettersom bare. halvparten av antallet kanaler kreves for- et gitt areal av/ miikr^pøirø.s membran. Dessuten kan lengden av de nøfåiv/endige.' kanaler' for' oppnåelse av et gitt ytelsesf orhold bare.- være haiivrpar-ten så stor som ved destillasjonsmoduler som msjGtal. 1.0: s'om: er' v;ist i fig'.. IA.

Bføydeim av/ dien spiralformede modul,, målt langs s.p.iralens akse vil ikke påvirke ytelsesf or/holdet merkbart,, mea bare den nødvendige f ødevæskemengde.-,, den; mødv/endig;e varmemengde og mengden av produsert destillat, som alle forandres lineært med høyden. Ytelsesforholdet øker for et gitt driftstemperaturom-råde og fødestrømningshastighet når ytterligere vindinger føyes til modulen. Men ytterligere vindinger gir ytterligere lengde, hvilket virker i retning av redusert destillatproduksjon pr. arealenhet av membran pr. tidsenhet. Økning av fødevæskens strømningshastighet ved en gitt modul som drives innenfor fas-te temperaturer, øker produktiviteten på bekostning av ytelsesf orholdet . Disse hensyn må avveies, når en destillasjonsmodul blir konstruert, slik at man får best ytelse for et gitt behov. Hensynet til produktivitet og ytelsesforhold gir rom for en viss fleksibilitet under drift av modulen, slik at uvan-lig store behov for destillat under perioder kan tilfredsstil-

les temporært uten store kapitalutgifter.

Generelt er trykket av den varme fødevæske i kamret 120 ikke det samme som trykket av den kalde fødevæske i kamret 130. Por å hindre kollaps av kamret med lavere trykk, kan avstandsorganer som avstandsorganene 150, som er vist i det parti av kamret 120 for varm fødevæske i fig. 3, benyttes i det ene eller fortrinnsvis i begge fødevæske-strømningskamre. Som ved ut-førelseseksemplet som er vist i fig. IA og IB, har disse avstandsorganer den ytterligere funksjon at de virker som turbu-lensfremmende organer. Bedre blanding blir også oppnådd med avstandsorganet 150.

Avstandsorganet 150 omfatter et innbyrdes sammenkoplet nettverk av langsgående strenger 152 og tverrgående strenger 154. De langsgående strenger 152 sørger for å holde de mikropo-røse membraner 116a, 116b og kondensatorplatene 112a, 112b fra hverandre, slik at det dannes strømningsrom for fødevæsken i kamret 120. De tverrgående strenger 154 har betydelig mindre diameter enn de langsgående strenger 152 og sørger samtidig for å holde de langsgående strenger 154 på plass, for å gi rom for lokal deformasjon av membranene 116a, 116b for dannelse av destillatkamre 114a og 114b, for å øke turbulensen i kamret 120 og for å fremme blanding av saltvanns-fødevæsken i strømnings-kamret 120 for varm fødevæske. Denne blanding hindrer dannelse av tykke, forholdsvis kalde lag av konsentrert varm fødevæske langs membranene 116a, 116b. En åvstandsorgan-konstruksjon med rygg-mot-rygg lag av Conwed XN217 0 netting viste seg å virke tilfredsstillende som avstandsorgan 150.

Avstandsorganene for kamret for varm fødevæske bør fortrinnsvis være fremstilt av materialer som plast, som er mot-standsdyktige mot korrosjon og som ikke hydrolyserer eller faller sammen i varme vandige oppløsninger. De langsgående strenger 152 bør enten være gummiaktige eller svært glatte, slik at punktering av membranene 116a, 116b unngås.

Avstandsorganene for kamret for kald fødevæske, som ikke er vist, kommer ikke i kontakt med membranene 116a, ll6b, og kan ha formen av avstandsorganet 150 som vist i fig. 3 eller formen av konvensjonelle avstandsorganer, som Vexar (varemerke), produsert av DuPont Co.

Eksempel 2

En membran-destillasjonsmodul med lignende form som spiralmodulen 110 som er vist i fig. 2 og 3, ble konstruert. Det ble brukt saltvann som fødevæske og kamrene 120, 130 hadde en lengde på 19,5 m hver. De mikroporøse membraner og kondensatorplatene var 15,2 cm brede, slik at den totale høyde av modulen var ca. 15,2 cm. Kondensatorplatene 112a, 112b var 0,2 mm tykk 1145 legering H-19 aluminium, og membranene 116a, 116b var 0,1 mm tykke porøse PTFE membraner, hver med en effektiv pore-størrelse på ca. 0,45 y, tilg jengelic; fra w. L. Gore « Associates, Inc. med betegnelsen 5C.2. Kamrene for varm og kald fødevæske omfattet begge avstandsorganer i form av rygg-mot-rygg-lag, av Conwed XN.-2170 netting. Kamrene for kald og varm fødevæske var 4,3' mm' tykke hver,, og den totale moduldiameter var 50,8 cm. For montering a.v iroduilen b-le en enkelt PTFE: mem-branstrimmel først f orbuandlet i kantene' med en: enkelt alu.mir.ium-s.trimmel ved bruk av dobbeltsidig tape. De midlertidig forbund-ne strimileme ble deretter brettet slik at membranen vendte mot membram,, dlera brettede enhet ble løst rullet for dannelse av spiralen1 og; samlebeholderforbindélsene ble opprettet. Bunn og topp av modiuuiem. ble deretter innleiret i epoksy, slik at inn-leiringslaget strakte seg 1,27 cm inn på toppen og bunnen. Dermed, ble det 12,7 cm1 effektiv membran- og kondensatorbredde.

En. test. ble- gjennomført med 2,838 l/min av H% saltvann som fødevæs'ke? ved 2'7',6)°b' til testmodulen via innløp 134 i fig. 2A. Fødevæsken kom ut av utløpet 136 ved 8l,7°C, hvoretter det ble varmet opp ved hjelp av elektriske motstamdselementer til 85,6°C og pumpet tilbake til modulen gjennom innløp 124. Saltvannet kom ut fra kamret for varmt fødevann gjennom utløp 126 ved en temperatur på 31J6°C. Under en tre minutters drift av det stabiliserte system ble 659 ml destillat med en ledeevne på 15 mikromho/cm drenert fra destillatsamlebeholderne 140a, 140b. Produktiviteten var da 63,5 l/m pr. dag eller 316 1/ dag. Ytelsesforholdet var 11. Dette ytelsesforhold kunne ha vært økt ved bruk av lengre strømningskanaler. Både produktiviteten og ytelsesforholdet kunne ha vært økt ved økning av varmeelementets temperatur. Den her viste kombinasjon av høy produktivitet og høy ytelsesevne ligger godt over det som er vist ved kjent membran-destillasjon og gjør membran-destillasjon til en nyttig metode ved avsalting.

Sammenfatningsvis er det fire elementer av betydning for en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse med konservering av latent varme: 1) Motstrøm av kaldt, innkommende saltvann i forhold til strøm-ningen av varmt saltvann. Dette er nødvendig for maksimal konservering av den latente varmeenergi. 2) Rask strømning av varmt saltvann for sammenblanding og opprettelse av turbulens, som bedrer varmeoverføringen og hindrer høye saltkonsentrasjoner ved overflaten av den hydrofobe, mikroporøse membran. Denne raske strømning sikrer også den raske utstøtning av destillatet. 3) En tynn, hydrofob, mikroporøs membran i direkte kontakt med både det varme, salte fødevann og destillatet. Dette mulig-gjør maskimal strømning av vanndamp og hindrer like fullt forurensning av destillatet med fødevannet. 4) En strømning av destillatet som drives av strømningen av varmt saltvann, slik at de strømninger er jamsides. Dette er nødvendig for å sikre et tynt destillatlag og dermed en minimal barriere mot varmestrømning. Det medfører også at destillatet avgir sin frie varme. Svært høye ytelsesforhold kan bare oppnås med anordninger som produserer et kjølig destillat.

I tillegg til disse primære forhold, synes ytterligere to forhold å være til stor nytte: 1) Avstandsorganer for saltvannskanalene, som øker blandingen, motstår sammentrykking av kanalen og, for den varme salt-vannskanals vedkommende, muliggjør fri strømning av destil-. latet i samme retning som strømningen av det varme saltvann. 2) En spiralviklet form, som tillater store kanallengder i et begrenset volum, som motstår moderate vanntrykk og krever

5 ringe varmeisolasjon.

Det vil være innlysende at foreliggende oppfinnelse kan tilpasses mange forskjellige anvendelsesformål, inklusive situasjoner hvor energikostnaden er lav, som ved soloppvar-mings- eller energikonserveringssystemer som utnytter havtem-peraturgradienter, og situasjoner hvor den tilførte varme er kostbar, f.eks. ved elektriske varmeelementer eller forbren-ning av fosilt brennstoff.

Claims

1. Fremgangsmåte til kontinuerlig destilasjon av en varm vanndig fødevæske inneholdende et salt eller en annen oppløst substans med lav flyktighet, omfattende følgende trinn: a) den varme fødevæske bringes til å strømme forbi og i intim kontakt med en side av en mikroporøs membran, b) diffundering av vanndamp gjennom membranen, c) kondensasjon av den diffunderte vanndamp i et samlekammer som er dannet mellom membranen og en kontinuerlig kjølt ugjennomtrengelig plate som er anbragt på den side av den mikroporøse membran som vender bort fra den varme fødevæske, d) destillatet holdes i intim kontakt med både membranen og platen, karakterisert vede) frembringelse av virveldannelser i den varme fødevæske som flyter over membranen for å bringe denne til å bevege seg mot og bort fra den tilknyttede ugjennomtrengelige plate for derved å bringe destillatet til å flyte mot et utløp i samme retning som strømmen av varm fødevæske.

2. Apparat til utførelse av den fremgangsmåte som er angitt i krav 1, omfattende en varmeledende vanndampugjennomtrenglig plate (12; 112a, 112b) som danner en langsgående vegg i et destillatsamlekammer (30, 130), en hydrofob mikroporøs membran (16; 116a, 116b) som danner en motstående langsgående vegg i kammeret, hvilket kammer har tømmeutløp (40; 140a, 140b) for destillatet, anordninger (22; 122) som skal lede den varme vanndige fødevæske forbi og i intim kontakt med overflaten av den mikroporøse membran på den motsatte side av destilatsamlekammeret, anordninger (34, 36; 130, 134, 136) for kjøling av overflaten av den ugjennomtrengelige plate overfor destillatsamlekammeret slik at kondensasjon av vanndamp som har diffundert gjennom det mikroporøse membran fra den varme fødevæske, kan finne sted i samlekammeret, idet det kondenserte destillat er i intim kontakt med både platen og membranen, karakterisert ved langsgående og tversgående strenger (52, 54; 152, 154) til frembringelse av hvirveldannelser i den varme fødevæske som strømmer over membranen, hvilken membran er lokalt defor-merbar og bevegelig på grunn av hvirvéldannelsene mot og bort fra platen på en slik måte at destillatet mellom den ugjennomtrengelig plate og det mikroporøse membran bringes til å flyte i samme retning som strømmen av varm fødevæske mot det nevnte utløp.

3. Apparat som angitt i krav 2, karakterisert ved at anordningen til frembringelse av hvirveldannelser i strømmen av den varme fødevæske omfatter en stillestående innretning som er anbragt i og strekker seg, over strømmen av varmi fødevæske somi flyter forbi membranen.

4.. Apparat som: angitt i krav 3, karakterisert v e dl et; kammer (,2Oi; iZGH} dannet mellom membranen (16; 116a) og en motstående kammervegg (18; 116b), gjennom hvilken den varme fødevæske bringes til å strømme og ved at den nevnte innretning omfatter et avstandselement i kammeret for å holde membranen bort fra den motstående kammervegg og for å hjelpe til med blanding av den varme fødevæske.

5. Apparat som angitt i krav 4, karakterisert ved at elementet holder den ugjennomtrengelige plate i avstand fra den motstående kammervegg ved hjelp av den mikroporøse membran ved punkter som ligger i avstand fra hverandre i tverretningen.

6. Apparat som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at avstandelementet innbefatter en rekke første ribber (52; 152) som strekker seg på tvers av strømningsrentingen for fødevæsken, samt er festet til de første ribber og holder disse i avstand fra hverandre for å skape den nødvendige adskillelse og ved at de andre ribber tjener til hvirveldannelse og til blanding av den fødevæske som flyter forbi de andre ribber.