DE1094236B - Entspannungsverdampfer - Google Patents

Description

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen neuartigen Schnellverdampfer zu schaffen, der bei der Seewasserdestillation mit größerem und besserem Wirkungsgrad als bisher bekannte Schnellverdampfer verwendet werden kann, der außerdem ein reineres Destillat liefert und eine höhere Durchsetzkapazität als mit Entspannung arbeitende Verdampfer bisher bekannter Bauart und vergleichbarer Größe aufweisen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Entspannungsverdampfer zu schaffen, der einen eingebauten Dampfkondensator aufweist, so daß sich eine vollständige Destillieranlage in einer einzigen Einheit ergibt, die von stabiler Konstruktion und so angeordnet ist, daß sie leicht mit weiteren zusätzlichen Verdampfereinheiten gleicher oder unterschiedlicher Konstruktion und Form zusammengeschaltet oder zusammengebaut werden kann.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, und diese Ausführungsform wird an Hand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Entspannungsverdampfers,

Fig. 2 eine horizontale Querschnittsansicht des neuen Verdampfers längs der Linie 2-2 in Fig. 1 und

Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Verdampfers.

Wie im folgenden noch beschrieben wird, wird das Seewasser, das augenblicklich verdampft werden soll, tangential am unteren Ende eines vertikalen und zylindrischen Mantels eines Seewasserverdampfers zugeführt. Dabei wird das Seewasser in solcher Menge und mit solcher Geschwindigkeit zugeführt, daß innerhalb des Mantels oberhalb des tangentialen Einlaufs Seewasser in ausreichender Menge bis zu einem bestimmten Pegel vorhanden ist. Auf Grund der Wir-Ix'lbewegung des Seewassers nimmt dessen Oberfläche die Form eines Rotationsparaboloides an, dessen Enden an der Wand des vertikalen Mantels anliegen. Die Rotationsoberfläche des Rotationsparaboloides entsteht um eine vertikale Achse, die mit der vertikalen Mittellinie des Zylindermantels zusammenfällt.

Es wurde festgestellt, daß die Verdampfung durch Entspannung des Seewassers oberhalb des Seewassereinlasses weniger Seewasser mitreißt und daher das Kondensat einen wesentlich geringeren Salzgehalt aufweist, als durch Entspannung in den üblichen Entspannungsverdampfern erreicht wird, bei denen die Verdampfung in der Nähe des Seewassereinlaufs stattfindet. Der hydrostatische Druck über dem Seewassereinlauf, der durch das Seewasser gebildet wird, reicht aus, um eine zu frühe Entspannung zu verhindern. Außerdem nimmt der hydrostatische Druck all-Entspannungsverdampfer

Anmelder:

Emhart Manufacturing Company,
Hartford, Conn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. K. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,

Bremen 1, Feldstr. 24

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. März 1958

William Rodger Williamson,

Wethersfield, Hartford, Conn.,

und Norman Fräser, Simsbury, Hartford, Conn.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

mählich vom untersten Oberflächenpunkt nach dem höchstgelegenen Punkt der Oberfläche zu und ergibt so eine allmähliche und gesteuerte Freigabe des Dampfes. Außerdem ist die Gesamtmenge des in dem erfindungsgemäßen Verdampfer freigegebenen Dampfes größer als in üblichen Entspannungsverdampfern vergleichbarer Größe, und zwar wegen der erhöhten Wasseroberfläche, die sich durch deren Ausbildung in Form eines Rotationsparaboloides ergibt.

Wie noch im einzelnen beschrieben wird, ist ein Dampfkondensator in der Mitte und koaxial mit dem Verdampfermantel angeordnet, wodurch man eine vollständige Destillationsanlage geringer Größe erhält. Ein weiterer Vorteil des eingebauten Kondensators besteht darin, daß der bei außenliegenden Kondensatoren normalerweise auftretende Druckabfall vermieden wird.

Betrachtet man nunmehr die Zeichnungen im einzelnen, so sieht man, daß der neue Entspannungsverdampfer einen vertikalen und zylindrischen Mantel von geeignetem Durchmesser aufweist, der oben durch ein tellerförmiges Kopfstück 12 verschlossen ist, dessen konvexe Seite nach außen und oben gerichtet ist. Die Unterseite des Mantels 10 ist durch einen Ring 14 verschlossen, der an seinem inneren Umfang

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an einem inneren zylindrischen Mantel 16 befestigt auch als zylindrischer Damm oder zylindrisches Wehr

ist, der sich ein ziemliches Stück vom Boden her in oder aber auch als zylindrisches Überlaufblech be-

den äußeren Mantel 10 hinein erstreckt. Der Boden zeichnet werden. Da das Seewasser am Boden des

des inneren Mantels 16 ist durch einen tellerförmigen becherförmigen inneren Mantels tangential mit einer

Ring 18 verschlossen, dessen konkave Seite nach unten 5 hohen Geschwindigkeit zugeführt wird, bildet sich

gerichtet ist und der an seinem inneren Umfang an darin eine Wassersäule, die über den oberen Rand des

einem zylindrischen, vertikal angeordneten rohrförmi- inneren Mantels überläuft und die Form eines Rota-

gen Gehäuse 20 befestigt ist, das im folgenden auch tionsparaboloides aufweist.

als das Kondensatorgehäuse oder der Kondensator- Diese Oberfläche des so entstehenden Rotationsmantel bezeichnet wird. Dieses rohrförmige Gehäuse io paraboloides vergrößert die Entspannungsfläche der erstreckt sich innerhalb des Mantels 16 und des äuße- Wassersäule, wodurch die Entspannung erhöht oder ren Mantels 10 für einen noch zu erläuternden Zweck das Volumen des aus dem Verdampfer abgeleiteten nach oben. Dabei sind die verschiedenen Mantelanord- Dampfes im Vergleich zu den üblichen Verdampfern nungen und das rohrförmige Gehäuse koaxial oder gleicher Größe vergrößert wird. Außerdem ergibt die konzentrisch zueinander angeordnet. Man sieht daher 15 augenblickliche Verdampfung durch Entspannung von aus den Fig. 1 und 3, daß sich der innere Mantel 16 der Oberfläche des Wasserkörpers aus ein wesentlich über das untere Ende des äußeren Mantels 10 hinaus geringeres Mitreißen von Seewasser, so daß der ererstreckt und daß sich das Rohr oder Kondensator- zeugte Dampf einen entsprechend geringeren Salzgehäuse 20 über das untere Ende des inneren Mantels gehalt hat. Es wird angenommen, daß der verminderte hinaus erstreckt. Dieser Verdampfer kann durch eine ao Salzgehalt des Dampfes auf die Tatsache zurück-Rahmenkonstruktion (nicht gezeigt), die sich von dem zuführen ist, daß der Dampf von einer Oberfläche Boden nach einer oder beiden Mantelflächen oder Zy- freigesetzt wird, die wesentlich oberhalb des Seelinderfiächen 10 und 16 erstreckt, in einer vertikalen wassereinlaufs liegt, so daß wenig Turbulenz auftritt. Lage gehalten werden oder der Verdampfer kann, wie Außerdem wird angenommen, daß die in der Nachgezeigt, von dem Rohrgehäuse oder Kondensator- 25 barschaft des Seewassereinlaufs oder der Einlaufdüse gehäuse 20 getragen werden, das auf einer Boden- in einem Entspannungsverdampfer üblicher Bauart platte 22 auf ruht. auftretende Turbulenz mit für das Mitreißen von See-

Bei der Entspannungsverdampfung von Seewasser wasser in dem darin erzeugten Dampf verantwortwar es bisher allgemein üblich, Seewasser mit einer lieh ist:

erhöhten Temperatur einer Entspannungskammer zu- 3° Außerdem ergibt sich noch eine stärkere Verdampzuführen, die innerhalb eines Verdampfermantels fung durch Entspannung, weil die Wassersäule über untergebracht war, in dem ein partielles Vakuum er- die Oberkante des inneren Mantels 16 überläuft. Beim zeugt worden war, wobei die Seewassertemperatur Überlauf über die Oberkante wird eine große Menge über der Siedetemperatur des Seewassers bei dem Wasserdampf aus dem Wasser an dieser Kante freivorherrschenden Vakuum lag. Das Vakuum wird im 35 gesetzt, d. h., die größtmögliche Entspannungsfläche allgemeinen dadurch hergestellt, daß man die Kammer wird an der oberen Kante des inneren Mantels 16 gean einen Dampfkondensator anschließt. Das See- bildet, und an dieser oberen Kante ist der hydrostawasser wird bei den bekannten Verdampfern der Ent- tische Druck oder der Abstand von der Kante nach Spannungskammer von einem erhöhten Einlauf aus der Wasseroberfläche ein Minimum oder hat seinen zugeführt, so daß ein wesentlicher Teil der Entspan- 40 geringsten Wert. Daher nimmt, für eine gegebene nung an oder in der Nähe der Einlauföffnung oder Strömungsgeschwindigkeit, die Flüssigkeitstempera-Diise auftritt. Häufig hat man Seewasser mit Hilfe tür des Überlaufs oder der ablaufenden Sole wesenteiner Düse eingesprüht, um die Entspannung zu unter- Hch mehr angenähert Dampftemperatur an. Das hat stützen, doch tritt ein Teil der Entspannung auf der natürlich einen hohen Wirkungsgrad zur Folge.
Oberfläche innerhalb des Verdampfermantels ein. 45 Das überlaufende Seewasser oder die überlaufende Nachdem das Seewasser innerhalb des Verdampfer- Sole, die über die Kante des zylindrischen inneren mantels einem partiellen Vakuum ausgesetzt worden Mantels oder Dammes überläuft, läuft im äußeren war, wird das Seewasser aus dem Verdampfer über Mantel in einen ringförmigen Raum, der den inneren Leitungen abgezogen. Mantel umgibt. Das konzentrierte Seewasser oder die

Während der Haupt- oder äußere Mantel 10 des 5° Sole wird dann aus dem äußeren Mantel 10 über eine Verdampfers gemäß der vorliegenden Erfindung eine Ablauf leitung 28 abgelassen, die an der Unterseite Verdampfungskammer oder Entspannungskammer 24 des äußeren Mantels in einem Winkelstück 30 anbildet, wird das Seewasser nicht unmittelbar dieser gebracht ist, das am besten aus Fig. 1 und 2 zu erKammer durch eine erhöht angebrachte Einlaufdüse sehen ist. D. h., an der Unterseite des Mantels 10 ist zugeführt. In dem erfindungsgemäßen Verdampfer 55 eine kastenförmige rechtwinklige Fortsetzung 30 zur wird das Seewasser durch eine Leitung 26 zugeführt, Bildung einer Auslaufkammer und zum Unterbringen die tangential in den inneren Mantel in der Nähe des einer Auslaufleitung 28 vorgesehen,
unteren Abschlusses 18 eingeführt wird und vor allen Der Dampf aus der Seewassersäule steigt in der Dingen wesentlich unterhalb des äußeren Mantels 10. Entspannungs- oder Dampfkammer 24 innerhalb des Wie man aus Fig. 3 erkennt, hat der innere Mantel 16 60 Mantels 10 auf und strömt durch eine zum Abscheivon dem äußeren Mantel 10 einen größeren Abstand den von mitgerissenen Wasserteilchen dienende Pak- und erstreckt sich in diesem äußeren Mantel vom kung 32, die innerhalb des äußeren Mantels nahe unteren Ende des äußeren Mantels in einem gewissen dessen oberem Ende angebracht ist. Die Packung 32 Abstand nach oben. Man sieht ferner, daß der zylin- kann dabei aus beliebigem Material bestehen. Vordrische innere Mantel 16 an seiner Oberseite offen ist. 65 zugsweise besteht die Packung dabei aus Maschen-Man sieht daher, daß, ehe das Seewasser den äußeren draht, wobei die Packung die Form eines konischen Mantel 10 erreichen kann, der Spiegel des Seewassers Ringes aufweist und sich von dem Rohr oder Koninnerhalb des becherförmigen inneren Mantels 16 zu- densatorgehäuse 20 nach oben in Richtung auf den mindest an dessen Rand bis nach oben gehen und oben äußeren Mantel 10 erstreckt. Die Packung wird von überlaufen muß. Demgemäß kann der innere Mantel 70 Streben 34 getragen, die an dem Rohrgehäuse und

dem äußeren Mantel angeschweißt sein können. Das mit dem Dampf mitgerissene Seewasser wird in der Packung 32 abgeschieden und fließt durch die Kapillarwirkung längs der Packung nach der Oberfläche des Rohrgehäuses 20 oder nach der Oberfläche des äußeren Mantels 10 und von dort nach unten. Ein Schauglas 35 (Fig. 1) ist im äußeren Mantel 10 zur Beobachtung des Innenraums vorgesehen, wodurch das Strömen des Wassers längs des Mantels beobachtet werden kann.

Der Dampf durchströmt die Packung radial nach innen an der Oberseite des äußeren Mantels und tritt in das in der Mitte gelegene Rohrgehäuse oder Kondensatorgehäuse 20 ein. Man sieht, daß das obere Ende des Kondensatorgehäuses 20 sich oberhalb der Packung 32 befindet und oben offen ist. Das offene Ende des zylindrischen Gehäuses 20 nimmt ein Rohrbündel auf, das aus einer Anzahl langgestreckter Kondensatorrohre 36 besteht, die U-förmig gebogen sind und sich in das Gehäuse 20 von dessen Oberseite bis zu einem Punkt in der Nähe des Bodens des inneren Mantels 16 erstrecken, wo die Rohre um 180° gebogen sind und sich wieder nach dem oberen Ende des rohrförmigen Körpers erstrecken. Die offenen Enden der Rohre 36-36 sind in einer Platte 38 befestigt und werden von dieser getragen, die an ihrem äußeren Rand auf einem Stützring 40 aufliegt, der eine Mittelbohrung im Kopf 12 des Verdampfermantels 10 umgibt. Ein Dom 42 ist über der Rohrhalteplatte 38 befestigt und weist einen Wassereinlauf 44 und einen Wasserauslauf 46 auf. Der Dom weist außerdem eine vertikal angeordnete Trennwand 48 auf, die das Innere des Doms in eine Einlaufkammer 50 und eine Auslaufkammer 52 unterteilt. Kaltes Wasser, das der Kammer 50 über das Einlaufrohr 44 zugeführt wird, fließt in die Einlaufenden der U-förmigen Kondensatorrohre 36, von dort innerhalb der Rohre nach unten und dann durch die Rohre wieder nach oben und von dort in die Kammer 52 und nach der Auslauföffnung 46. Es können auch Kondensatoren anderer Bauart verwendet werden, z. B. Schwimmrohrkondensatoren, bei denen keine gekrümmten Rohre erforderlich sind.

Die Kondensation des Dampfes innerhalb des Kondensatorgehäuses 20 erzeugt ein Vakuum für den Verdämpfer und bildet eine Säule aus Frischwasserdestillat am Boden des Gehäuses unterhalb der Kondensatorrohre 36-36. Dieses Destillat wird vom bodenseitigen Ende des Kondensatorgehäuses abgelassen, das als Destillatsumpf bezeichnet werden kann, und zwar über eine Ablaufleitung 54. Luft und andere nichtkondensierbare Stoffe, die sich im Destillatsumpf ansammeln können, werden durch eine Leitung 56 mit Hilfe von geeigneten Pumpen (nicht gezeigt), wie z. B. mit Hilfe eines Ejektors, abgesaugt.

Der neue Entspannungsverdampfer ist insbesondere dafür geeignet, daß er mit einer Anzahl gleichartiger oder anderer Verdampfer zusammengeschaltet wird, um dabei eine Stufe der Verdampfung in einer vielstufigen Verdampferanlage zu bilden. Ist der Verdämpfer mit einem oder mehreren Entspannungsverdampfern zusammengeschlossen, dann ist es erwünscht, den Kaltwassereinlauf 44 am Dom 42 mit dem Kaltwasserauslauf 46 des Doms eines benachbarten Verdampfers zu verbinden, wobei diese Verbindung durch eine geeignete Rohrleitung hergestellt wird. Außerdem ist es beim Herstellen einer vielstufigen Verdampferanlage erwünscht, daß das Destillat aus einer Stufe durch den Destillatsumpf einer benachbarten Einheit fließt. Um eine solche Verbindung zu erleichtern, weist jeder Entspannungsverdampfer eine Einlaufleitung 58 an seinem Destillatsumpf zum Anschluß der Ablauf leitung einer benachbarten gleichartig aufgebauten Einheit auf. Zusätzlich dazu kann die Seewasser- oder Sole-Ausgangsleitung 28 eines Verdampfers mit dem Seewassereinlauf 26 eines benachbarten Verdampfers verbunden sein.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Entspannungs verdampf er mit einem vertikal angeordneten zylindrischen Mantel und Mitteln zum Erzeugen eines partiellen Vakuums innerhalb des Mantels sowie Einrichtungen zum Einführen der zu verdampfenden Flüssigkeit in den Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfermantel aus einem geschlossenen äußeren Mantel (10) und einem vertikal angeordneten inneren Mantel (16) besteht, der an seiner Unterseite (18) geschlossen und an seiner Oberseite offen ist und sich nach oben in dem äußeren Mantel (10) im Abstand von diesem erstreckt, daß ferner das untere geschlossene Ende (18) des inneren Mantels (16) unterhalb des äußeren Mantels (10) liegt und daß die Einlaßleitung (26) tangential am inneren Mantel (16) angeschlossen ist und daß im äußeren Mantel (10) für das Konzentrat ein Abflußrohr (28) und ein Raum (30) vorgesehen sind und daß im Innern des Verdampfers ein Kondensator mit einem Kondensatorgehäuse (20) im Abstand von dem inneren Mantel (16) vertikal angeordnet ist, wobei das Kondensatorgehäuse (20) an seinem unteren Ende geschlossen und an seinem oberen Ende offen ist und sich über den inneren Mantel (16) hinaus erstreckt und einen Kondensatorabfluß-Stutzen (54) aufweist.

2. Entspannungsverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensatorgehäuse (20) zylindrisch ist und mit seinem Boden (22) unterhalb des Bodens (18) des inneren Mantels (16) liegt.

3. Entspannungsverdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Kondensatorrohren (36) innerhalb des Kondensatorgehäuses angeordnet ist.

4. Entspannungsverdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kondensatorrohre (36) von der Oberseite (12) des äußeren Mantels (10) vertikal in das Kondensatorgehäuse hinein erstrecken.

5. Entspannungsverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Packung (34) zwischen dem Kondensatorgehäuse (20) und dem äußeren Mantel (10) oberhalb des inneren Mantels (16) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 677/411 11.