DE1444340A1 - Destilliereinrichtung - Google Patents

Description

(Ch.V.¹. Lotz et G.E. Dledrich)

üS-Ser.No. 176,711

Filing Date: March 1, 1962

\ Expl.!

Dr. Bxp

General Electric Company» Scheneotady,, N.Y., V.St.A. Eestilliereinrichtuns·

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Destilliereinriehtuns mid insbesondere eine Wand mit sehr gu« ten Wätaneübertragungseigenschaften für Salzwasser-Destillierelnriehtunsen.

Bei einer bevorzugten Ausführunssform befinden sich auf den gegenüber liegenden Seiten einer für Destillier einrichtungen geeigneten« Vdrao übortrasenden Wand Vordampfuncsflächen und Kondeneationsfläclien. Die Fora dieser Flächen entspricht im wesentlichen einer Reihe von länglichen, parallelen Vorsprüngen« Die VbrsprÜngo haben solche Abmessungen« daß sie leicht mittels eines Form- oder PreSwerkzeuges oder durch Walzen hergestellt werden können. lsi Betrieb wird das Salzwasser oder eine andere am destillierende Flüssigkeit oben an der Verdampfungsfläche zugeführt, so daß sie unter der Wirkung der Schwerkraft längs dieser Fläche zwischen den Vorsprüngen herabläuft. Die zu destillierende Flüssigkeit wird In «Sxmt solchen Menge zugeführt» daß sie die Fläche

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zwischen den Vorsprangen nicht vollständig ausfüllt. Pie Wärme« die von der Kondensationsf !Sehe aus durch die Wand, übertragen wird« bewirkt, daß die zu destillierende · Flüssigkeit kocht und Über die Oberfläche der Vorspränge verspritzt wird. Die Wand besteht aus einem Werkstoff» der von. der zu destillierenden Flüssigkeit benetzt wird oder an dem diese haftet« gleichzeitig soll Jedoch die Oberflächenspannung der zu destillierenden Spannung . einen Überschuß an Flüssigkeit in die Vertiefungen zwischen den Vorsprängen ziehen. Xm Effekt wird dadurch die zu destillierende Flüssigkeit in Fora einer sehr dünnen Schicht Über die Oberfläche der Vorsprünge verteilt. Diese Schicht wird beim Verdampfen dauernd erneuert» indem neues Destillat aus den Vertiefungen her ausspritzt.

Die Länge der Wand und dlö ^iiführungsrat· d@x> su destillierenden Flüssigkeit werden «© bemessen« ü&B mm dieser Flüssigkeit kein Salz ausfällt.

Der an.der VerdampfungeCliöh® entwickelte Dampf gelangt dann zu ®&s«r in der Näh® Wfindiichea satiensf!Sehe eine? anderen ihnlioh eufgebauten« WSrme ubertrageiidea Vand. Gewünschtenfalls kann der Dampf . auf der gegenüberliegenden« der Eondensierungsselte derselben KMrme übertragenden Wand kondensiert werden« voraus·» gesetzt» d&S der Druck des Dampfes zuerst erhöht wurde·

Di* Kondensierungsf Hohe fief

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Viand wird durch Wärmeübertragung an die zu destillierende Flüssigkeit unter die Verdampfungstemperätur des Y/asters bei dem Jeweils herrschenden Druck gekühlt, so daß der Dampf auf dieser Fläche kondensiert. Der kondensierte Dampf, also das Destillat, fließt unter dem Einfluß der Schwerkraft und der Oberflächenspannung vom Scheitel der Vorsprung© in die benachbarten Vertiefungen und sammelt sich schließlich, unten an der Itand» Die Dicke der Kondensatschicht auf den Yorsprtingen wird sehr dünn gehalten·

Die Erfindung soll nun in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines nicht einschränkend auszulegenden Ausftihruncsbeispiels näher erläutert werden, es zeigt ι

Fig. 1 eine vereinfachte Isometrische Darstellung eines Teiles einer Wärme übertragenden U&nd genäß einer AusfUhrungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Quersehnittsanslcht einer Vand mit einer Wäraeübertregungsflache gemäß der Erfindung und

Flg. 2 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer Destilliereinrichtung, die «ine Värmeübertragungswand gemäß der Erfindung enthält.

Die in Fig. 1 dargestellte Värme fibertragende Wand 10 gemäß der Erfindung hat ein im ganzen .gesehen welliges Aussehen, so daß sowohl die Vorder- als such die RUokflache eine Anzahl von Vorsprüngen 12 aufweisen, zwischen denen Vertiefungen 14 liegen. Bin· Fläche

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der Wand 10, bolcpielcwelce die ifordörflSohe 16, kann iils ITerdaiapfungeflitche dienen, vlhrend dia rÜQkwSrtige OberflMche 18 alt KondensationaflEche &rb«itöt*

Xn der Praxis kann dia au destillierende Flüssigkeit, der Verdampfungeflllche 16 In der ftähe ihre» oberen .Endes «ugeiTihrt werden« so da3 sie tenter der Miriams äer Schwerkraft nach unten atrömt. W@aa !sei der Konstruktion der Fläche baetiJBate V^riiältniaj* tiad bestimmte Abmefl-Bunsen einschalten werdtn, seigt m sieh« <Sa3 die xu destillierende Flüssigkeit nicht glsiehaUßig fiber di« , gesamte Oberfllfclie hsrabfließt, sondern «loh vielmehr in Om Vertiefungen 1# eai^alt* Ehrend auf den Srhühtingen oder VortiprUngeft 12 nur «ine sehr dünne So^lcäfe der au

PlU«»igk*it verbleibt» Ob*rnacha de*¹ VErse n

deti Vmü 10 wird gesillgencS VSrat mig^fiirt* tui die

der sm deitiXilereii^ett FMssigkeife. soweit zu * mu 4l<a PlUaei.ßkeHt ia ϊίθα ir©rtieaie$^ 14 zu beginnt«_t nie ?ig» S seigt. Anf^gli«h ilio'St die angesameite xu destilliertnde f itiisssigicalt lange doti tiel^niim 14 nach \&tm, mIq tm T#il A der Fig» «teilt ist» te MMet *i«Si öaan ®lsi® D*Djpfblae«, trie Teil 8.Mist» di# tdhlledlieh in ί plittst, ao d&3 die jcu deatilliertnde FlURtigktit als dtlnne Sehidht ISber die be_r aaehbarteti Versprühe It vers^ritst wird· Pi»«· icung iit statiatiaeh ve^etlt ia den Vertiefursges ganxen ferdanpl^nganSeh© 16 daueznd vorhaadeA»

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ergebniaae habon gleißt, d&3 die maximale Verdfiapfungsgeschwindigkeit anscheinend auf den Voreprüngen 12 hörrcoht, da sieh auf diesen Tell der Oberfläche nur eine sehr dünne Schicht 6»r au destillierenden Flüssigkeit befindet· Das Kochen innerhalb der Vertiefungen 14 zeigt an, dad «uoh SU diesen Teilen der VerdampfungsfläOhe 16 genügend Vänae gelangt.

Venn die erforderlich· Wärmemenge dadurch gewönnen wird, dafi nan die rückwärtige Fläche der Vorne Übertragen· den Wand IO zur Kondensation von Dampf verwendet, wird man feststellen» dafl das Kondensat dazu neigt» sioU In den Vertiefungen 14 *u aaameln, wodurch die Voreprünso 12 IHr das Ifondensleron neuen Paapfes freigemacht und der Värmewideratand der Xendensatlonsfläche 1» ganzen geeehen niedrig wird,

Das Kondensat flieflt unter der Wirkung der Schwerkraft ISnga der Vertiefungen 14 abwärts und kam unten an 4** Van* geeaoatelt werden» ·

Flg. > sel^t einen Saliwaaae tt dem Wir» Ubertr»$e»d* Vltade &mä* tor Erfindung

t- werden die «it
In drei Abteile 26 vird flber ein

ijiiTfnetsji JHJjsj

_f ^l * ** r

©e> Apparat tnthalt eine lCasster 20, 22^24 gewM& der Erfindung unterteilt ist« In das. Abteil
3* pvtpf eingeleitet, bel-

5er Abdampf einer Tür· iCbttdeaslerungsflttche der

Wärme übertragenden Vand 22 auf eine Temperatur t. erhitzt wird* Infolge d&^ VMraeUbertragung vom Parapf auf die Wand 22 kondensiert der Dampf auf dieser Oberfläche und dae Kondensat fließt in den Vertiefungen in der beschriebenen KeI se lunge der Kondensationsfläehe nach unten· Das Kondensat wird aus dem Abteil 26 durch ein AuelaSrohr 34 abgezogen.

ß&lzwasser oder eine andere su destillierend© Flüssigkeit wird Über ein Sinlaßrohr ?6 in das Abteil V.23 eingeleitet. Uo die zu destillierende Flüssigkeit ffldglichst gleichmäßig Über die gesamte Breite der rechten oder Verd&mpfunssflHche der Vgrae Übertragenden Wand 22 zu verteilen* 1st oben an dieser Fläche ein Ablenkblech oder Reflek'cu* 33 angebracht. Die zu destillierende Flüssigkeit wird vorzugmtei&e mit einer solchen Geae&Kindlgkeit pro Zeiteinheit zugeführt, dafi sie die Vertiefungen der Verdampfungsflache füllt, ohne die ΓeheItel der Vorsprung© zu bedecken, so das die oben erwähnten Vorteile der Erfindung wirksam werden können. Die su destillierende Flüssigkeit wird in das Abteil 2& mit einer temperatur t_g eingeleitet, die niedriger 1st, als die Temperatur tj. V*%wi dieser Temperaturdifferenz geht daher Wärme durch die Wand 22 auf die zu destillierende Flüssigkeit über· Sin Teil der zu destillierenden Flüssigkeit verdampft« wKhrend der überschuh längs der Wand 22 nach unten fließt und als konzentrierte Salzlösung oder Sole durch ein Auslairohr 40 abgezogen wird· Etwa

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75 % der suseführten eu destillierenden Flüssigkeit kann «it Sicherheit verdampft werden« ohne daß ein Aus· fellen von Salt in der Sole su befürchten iet. Die bei der Verdampfung entstehenden dämpfe füllen da· Abteil 28 und treffen auf die linke oder KondensatlonsflMohe der Wärme Übertragenden Vend 24 auf ..Die Dämpfe geben an diese Wand 84 VXrce ab und kondensieren daher, das Destillat fließt lungs der KondcnsationsflKche der Vand dann nach unten. 2un Abslehen des Destillates» also des Frischwasser* aus dem Abteil 28 dient ein Auelafirohr 42· Eine Trennwand 44, die ein Stück in das Abteil 23 hinein« reicht, verhindert, das sich das Destillat alt der Überschüssigen Destillatlonsflüsslgkeit mischt» Die auf der Kondenaationafliehe der wärme übertragenden Hand 24 Icon· densierenden Dämpfe erhitaen diese auf eine Temperatur Dl· rechte Seite dieser Wand wird auf eine unterhalb

der Temperatur t« liegende Temperatur t^ durch kaltes ! SaUvasser gekühlt« das in das Abteil 30 duroh ein Bin« laflrohr 46 eingeleitet und Über die rechte Oberfläche ι der Wand «4 durch ein Ablenkblech 48 verteilt wird. Das kalt· ialSWasser wird beim Herabrinnen l&ngs dieser Ober* fliehe irwtrmt und duroh ein AuslaJrohr 50 abgesogen. tem erwfmte ealiwasser kann dann dem Einlaßrohr 36 zugeführt werden.

Is war oben bereits angedeutet worden, dafl bestimmte Abmessungen und Proportionen der Wärme i&ertragen·

den Wand 10 in yig. 1 «Ingehalten werden müssen, um die

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—ο·

Vorfraile der Erfindung erreichen zu können· Pieee Bornes ßungsrege In solion nun anhand von Fig. X angegeben werden* Hier bedeutet H die ütilm eines Vorsprunges, gemessen vom Grund ittr Vertiefung bis zur Spfczej ρ bedeutet dl» Teilung oder den Abstfe&d zwischen entsprechenden Punkten benachbarter Voraprüngsi T bedeutet die Dioko der Käraeübertrisgunssvand und t bedeutet die LUnge der

Bei einer speziellen Ausführungsform der £rfia~ λ-urde ein Kupferblech einer Dlöke T von etwa 1 iss so gewellt, da£ sich eine H3h& H von etwa 1,53 am und eine Steigung P von etwa 3^18 ma erg^b. Bei einer LSnge L ύοπ etwa 1J7#5 ca betrugLdi* isittlöre TsicperaturcUf« ferenz zwtßohen der Kondenei#rung«flache IS und der Verdampfusügisfllilche, 16 tiber dleee ^Uas· 2.O⁰F (ca 5*5°C.)

L-3 allgei98in§n kann <3i« Edhf» H zvriaohen etwa 1,27 und 12*7 sao liegen. Di« Dick® T «ullte vl* bei Jeder Karme (!beringenden Wand müglieliat gering sein, Venn die Picke fest liegt, künnen did BBim v-pd dit Teilung dureh dl· folgern¹ ^n MMherungsfameXn beetiaat werden:

Icann »an die Lunge 3« in Abhängigkeit von der HShe H la *i\vm VerhJSltod« von &m%la i?öö*i-KKnlen Dl'» im epeslollen sevrK>*J.tf LUnge L wird durch dl· Arbeitsbedingungen des Destillierapparates bestloot,

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in dem dl· Wand verwendet werden soll. Da dl« verdampfende VltaMÜbcrtragungefXKche 16 nur dann in der beschriebenen Meise arbeitet, wenn «loh die zu destillierend· Flüssig» kelt In den Vertiefungen 14 sammelt und die Kuppen der

xa

Voreprünge/verhKltnlanäBlc treoton IiBt, soXX die Flüssigkeit dea oberen Ende der Oberfläche 16 alt einer solchen Rate zugeführt werden, daJ dies gewährleistet 1st. 2s 1st einleuchtend, da8 beim Herabfließen der zu destillierenden Flüssigkeit mehr und mehr von dieser Abdampft und dafi dann schließlich die Fliehe 16 unter Umständen vollständig trooken wird, ties 1st Jedoch nicht erwüneoht, da sloh dann auf dieser Fliehe ein Salzrücketand bilden würde. Di· Vcrdampfunssgcsohwlndlgkelt nimmt mit der Tem* peraturdlfferenz zwischen der JfondeneationsfXiohc X8 und

der Yerdampfungefliehe X6 zu, vorausgesetzt, dad die Brücke, unter äsnsn diese Vorginge ablaufen, nicht ver-

Indevt werden. Ist diese Temperaturdifferenz hoch, so

niiii aan eine Jclelnerc Lunge wihXen, wahrend die Länge bei miedrigsT 1m&mntoiva%tt*ßmm erhSht werden sollte. Üftgs der Wand soll »9glloh*t nicht so groß werden, ztt mestillierende FlUsslaksit auf der

die Vertiefungen völUg ausfüllt und nicht abfllesen kann* m diese wieder tür

sj ej* wnp^pme^Bjs^· Ss^WsfNp^^x^^V »^•^^w'w ew^s· ·β^·^ρ··^Ρ·^ρ·

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iuhr be BCb¹¹¹Wnt?*~ angewendet. Sas

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Haupthindernis hierfür sind did hohen Kosten. In erster Linie sind dabei dia Anlagenkoeten und die Betriebskosten in Rechnung zu stellen. Beide können durch die Vorlie- ßenCe Erfindung; beträchtlich gesenkt werden. Kupferblech ist ohne weiteres verfügbar und leicht zu bearbeiten/ os hat außerdem eine VEraeleitfUhigkoit, die beoser istt als die der «eisten anderen Werkstoffe« Kupferblech kann durch ein einfaches Fora- oder Walzwerkzeus in die erfindungsgemKße gewellte Form gebracht werden, kost- .. spielige spanabhebende Bearbeitungsverfahren und dergleichen sind nicht erforderlich» Der Qrund hierfür liegt darin, dad die erforderlichen Abmessungen weder besonders klein noch mit engen Toleranzen, behaftet sind. Aus den gle lohen Gründen kann auch die zur Herstellung verwendete Matrize so lange benutzt werden, nie di- Abmessungen des Produktes innerhalb der angegebenen Orenzen liegen»

Die Betriebskosten jedes Gerätes, bei welohem Vitrine von eines Medium auf ein anderes Übertragen wird, kann dadurch erhöht werden, daJ sum die Rate 4 der Vttr- »•Übertragung erhöht. Die·· Rate läßt sieh bein Falle der wärmeleitung duroh ein· Wand folgendermaSen aus« . drückenι

icoal Der Faktor (tj-t^) ist die Differenz zwischen den

fkcai h-V* 7 - -hJLh ]

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14448*0

-ii-

Temperaturen auf den gegenüberliegenden Selten der Wand und R 1st der KiderBtand, den die Rand dem llHrmef luß entgegensetzt. Ss 1st ersichtlich» daß ft mit abnehmendem VHruewiderstand R^ steigt» D* sowohl die Verdampfung als auch die Kondensation en der Oberfläche erfolgen, gleichgültig wie diele die Flttsslgkeltsechicht auf der ... Vend 1st», oufl die VHree von der Oberfläche der kondensierenden Flüssigkeit durch die FlQsslgkeitsschicht auf die Vand Übertragen «erden, nachdem die wärmeenergie die Vend durohßtrömt hat, nuft sie noch durch die Schicht der zu verdampfenden Flüssigkeit bis au deren Oberfläche Strumen» von der aus die Moleküle abdampfen· .

. Die oben angegebene Formel ist daher in der folgenden Veiae abmindern!

α-

dabei bedeuten R₀ und R_# die Vtmewldersttnde der flohicht

aus der kondensierenden Flüssigkeit bzw. Uw Schicht , aus der verdampfenden Slüsslgkeit»

DIt Bedeutung des Einfluss esa dieser Flüssigkeit*· sohichten wird klar, wenn nan die vrgraeleitfXhlgkelt einer Kupferwand allein und «liier Vand mit zwei etwa 1,59 «■ dicken waasetoehlohten betrachtet. Bei einer Tenporaturdifforeni von otwa 5,5°C· (1O⁰P) und einer 0,8 as dicken jfopferwand ist Q etwa gleichSß koal bT²«"¹ (β,5Τ * 10⁵ Btu/hr ft^a). Mit den beiden etwa 1,6 ob dicken

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ι

Waseerschlcht'en i«t dagegen Q, nur noch etwa 2,4 χ 10 kcal ώΓ²&~¹ (5,62 χ KÄtu/hr ft²).

Mit anderen Worten gesagt« 1st die₄ wärmeleitfähigkeit der Kupferwand allein Über zweltauscndmal gräßerl

Bei der in der oben beschriebenen Welse ausgebildeten Kand gemttß der Erfindung ergaben Messungen, daU eine Kärmeübergangegeaohwindigkeit von etwa 15 kcal VT²BT¹ (5,50 χ lottu/hr ft²) erreicht werden konnte. Es 1st ersichtlich, da* die WMraeubergangsrat« um etwa, das Hundertfache gegenüber derjenigen Bit den etws. 1,6 BBa dicken Vasserschlohten erreicht werden konnte·

Di· VBrme Übertragende Vand gea&J3 der Erfindung wird zwar vorzugsweise durch «ine wellenartige Verformung eines dünnen Metallbleches hergestellt, in manchen anderen Fallen kann es Jedoch wünschenswert sein« ein stärkeres Material su verwenden und die Erhöhungen oder Vorsprung· auf andere Weise su bilden« In diesem Fall müssen dann dl« Vorsprung« der «inen Seite nicht notwendigerweise gleich Vertiefungen auf der anderen Seite entsprechen, unter Umstünden können die durch dl« Erfindung angegebenen Verdampfungen und Kondensate fliehen auch für sich allein· verwendet werden·

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Claims (1)

1. Patentansprüche.

   gekennzelchnet d u r ο h eine Wand Bit einer Anzahl länglicher und paralleler Vorsprung©, die durch Vertiefungen getrennt sind und voneinander Abstände (?) von etwa «,27 cn (0,05") bis 12,7 am (O₄S") und eine Höhe (H] von etwa 1,27 ob (0,05") bis 6,55 «m (0,25*) besitzen und däfl dae Verhältnis der Lunge (L) der Vand In Vergleich zur Höhe (H) der ™ Vorsprung· zwischen etwa $e4 und SQit liest.

   2· Vteneföertragungselenent nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl es aus einen Werkstoff guter Vttnaoleltfühlgkait hergestellt ist und daB der Abstand (P) und die Höhe (H) der wenigstens annähernd parallel verlaufenden Erhöhungen alt der Pick» (T) des Werkstoffes durch die Olelohungen

   P m 4T

   H m 2Γ *

   la Beziehung stehen« * '

   3« varBeUbertragungseleoent nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, da£ es sue «Ines gewellten Kupferblech besteht« dessen Dicke (T) zwischen etwa 0*63 und 3,2 mn liegt«

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