DE1501546C3 - Verfahren zur Gewinnung von Trinkwasser aus Salzwasser durch mehrstufige Verdampfung - Google Patents

Description

renden Bauweise sind die zwischen den jeweiligen Stufen und dem Gegenlauf-Speicherteilchenwärmetauscher nötigen Verbindungsleitungen sehr kurz, so daß an diesen Stellen kaum Wärmeverluste auftreten.

An Hand der Zeichnung wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter veranschaulicht.

F i g. 1 zeigt ein Fließbild einer Anlage für die Entsalzung von Meerwasser;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 2-2 von F i g. 1;

F i g. 3 zeigt schematisch eine weitere Anordnungsform der Gegenlauf-Speicherteilchenwärmetauscher.

In der Zeichnung sind mehrere Behälter 11,12,13 und 14 gezeigt (F i g. 1), die aufeinanderfolgende Stufen eines mehrstufigen Verdampfers zur Verdampfung von Salzlösung und zur Kondensation entsalzten Wassers, das hieraus gewonnen wird, darstellen. Die Ausgestaltung der einzelnen Behälter, in denen direkte Verdampfung stattfindet, ist ausführlich in der obenerwähnten Anmeldung (USA.-Patentschrift 327 946) beschrieben, auf deren Inhalt hierin Bezug genommen wird.

Die erhitzte Salzlösung wird zunächst in den Behälter 11 der ersten Stufe durch die Einlaßleitung 15 eingefüllt und dann durch die aufeinanderfolgenden Verdampfungsstufen geleitet. Wie in F i g. 1 durch die ausgezogene Linie angezeigt wird, fließt die Salzlösung also der Reihe nach von der ersten Stufe 11 durch die Leitung 16 in die Stufe 12, von der Stufe 12 durch die Leitung 17 in die Stufe 13, und aus der Stufe 13 durch die Leitung 18. Es ist selbstverständlich, daß die Sazlösung durch eine oder mehrere weitere Verdampfungsstufen, die nicht in der Zeichnung gezeigt sind, fließen kann, bevor sie in die letzte Stufe 14 gelangt. Die Salzlösung wird schließlich aus der letzten Stufe durch die Auslaßleitung 19 abgeleitet.

Ein Strom aus entsalztem Wasser durchfließt im Gegenstrom zu dem Salzlösungsstrom die aufeinanderfolgenden Verdampfungsstufen. Das entsalzte Wasser, dessen Fluß in der F i g. 1 durch die gestrichelten Linien dargestellt ist, wird zuerst durch die Leitung 21 in die Endstufe 14 eingeführt, aus der Stufe 14 durch die Leitung 22 wieder entfernt und mit Hilfe der Pumpe 23, durch so viele weitere nicht eingezeichnete Stufen geleitet. Der Strom des entsalzten Wassers wird dann in die Stufe 13 eingeleitet, durch die Leitung 24 aus der Stufe 13 wieder entfernt und mit Hilfe der Pumpe 25 in die Stufe 12 geleitet, aus der Stufe 12 durch die Leitung 26 wieder entfernt und mit Hilfe der Pumpe 27 in die erste Stufe 11 geleitet, aus der der entsalzte Wasserstrom durch die Auslaßleitung 28 entfernt wird.

Wie in der obenerwähnten früheren Anmeldung ausgeführt wurde, kann, da sich die durch die aufeinanderfolgenden Stufen fließende Salzlösung auf einer etwas höheren Temperatur als das im Gegenstrom hierzu fließende, entsalzte Wasser befindet, Dampf aus der Salzlösung verdunsten und sich an den freien Oberflächen des entsalzten Wasserstromes niederschlagen. Das entsalzte Wasser verläßt also jede folgende Stufe mit einer etwas höhreren Temperatur. Eine entsprechende Abnahme der Salzlösungstemperutur findet während des Durchganges der Salzlösung durch die aufeinanderfolgenden Stufen 11, 12, 13 usw. statt. Als Endergebnis erhält man schließlich einen Strom konzentrierter und verhältnismäßig kalter Salzlösung, der aus der Endstufe 14 durch die Auslaßleitung 19 ausfließt, während ein Strom verhältnismäßig warmen, entsalzten Wassers die erste Stufe 11 durch die Auslaßleitung 28 verläßt.
Ein Teil des kalten, konzentrierten Salzlösungsstromes, der durch die Leitung 19 abfließt, wird durch die Leitung 31 mit Hilfe der Pumpe 32 geleitet und mit einem Strom frischen Sazwassers vermischt, das durch die Leitung 33 eingeführt wird. Der zusammengesetzte Salzlösungsstrom wird durch die Leitung 34 in einen Gegenlauf-Speicherteilchenwärmetauscher 30 geleitet. Der Salzlösungsstrom verläßt den Wärmetauscher und wird durch die Ausgangsleitung 35 mit Hilfe der Pumpe 36 wieder in den Umlauf gebracht, indem er den Erhitzer 37 durchläuft und durch die Einlaßleitung 15 in die erste Stufe 11 des mehrstufigen Verdampfers zurückgeleitet wird.

Der Wärmetauscher 30 (Fig. 1) enthält eine erste Speicherteilchenkammer 38, eine zweite Speicherteilchenkammer 39 und ein Fördergerät 41, das mit den entsprechenden Speicherteilchenkammern in Verbindung steht.

Die Speicherteilchenkammer 38 enthält ein Speicherteilchenzuführrohr 42, ein Speicherteilchenaustrittsrohr 43, ein Einlaßrohr für entsalztes Wasser, einen Verteilerkopf 45 zur Verteilung des entsalzten Wassers und ein Auslaßrohr 46 für das entsalzte Wasser. Das entsalzte Wasser wird durch die Leitung 28 in das Einlaßrohr 44 geführt und durch das Auslaßrohr 46 in die Entnahemeleitung 47 geleitet. Ein weiterer Teil des durch das Auslaßrohr 46 austretenden Wasserstromes wird durch die Leitung 21 zum erneuten Umlauf wieder in die letzte Stufe 14 der Verdampfungsanlage geführt.

Die zweite Speicherteilchenkammer 39 enthält ein Speicherteilchenzuführrohr 48, ein Speicherteilchenauslaßrohr 49, ein Salzlösungseinlaßrohr 51, einen Salzlösungsverteilerkopf 52 und ein Salzlösungsauslaßrohr 53. Das Sazlösungseinlaßrohr 51 ist mit der Leitung 34 verbunden, durch die die zusammengesetzte Salzlösung zugeführt wird, und das Salzlösungsauslaßrohr 53 ist durch die Auslaßleitung 36 mit der mehrstufigen Verdampfungsanlage verbunden.

Das Speicherteilchenzuführrohr 48, das in die zweite Speicherteilchenkammer führt, ist mit dem Speicherteilchenzuführrohr 43 und der ersten Speicherteilchenkammer durch das Ventil 54 verbunden, und das Speicherteilchenauslaßrohr 49 der zweiten Speicherteilchenkammer steht mit einer Zulaufkammer 55 des Fördergerätes 41 in Verbindung.

Das Fördergerät 41 ist zum Transport der Speicherteilchen von der zweiten Speicherteilchenkammer 39 in die erste Speicherteilchenkammer 38 angebracht. Aus diesem Grunde ist die Zulaufkammer 55 des Fördergerätes mit dem Auslaßrohr 49 im unteren Teil der zweiten Speicherteilchenkammer durch ein Ventil 56 verbunden, und eine Auslaßkammer 57 ist mit dem Zufuhrrohr 42 oberhalb der ersten Speicherteilchenkammer durch ein Ventil 58 verbunden.

Das Fördergerät 41 ist in ein äußeres Gehäuse 59 eingebaut, wobei das aufsteigende Band, bzw. die Kette 61 des Fördergerätes in einen Leitkanal mit offenen Enden eingebaut ist, der sich aus den Wänden

62, 62 α und 63 des Gehäuses und der Trennwand 64 zusammensetzt und eng an der Kette selbst anliegt (s. F i g. 1 und T). Ein Wasserzuleitungsrohr 65 führt

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durch die Wand 63 des äußeren Gehäuses 59 in den Druck des entsalzten Wassers, der in die erste

so definierten Leitkanal. Speicherteilchenkammer 38 durch den Verteiler 45

Das gezeigte Fördergerät 41 kann aus irgendeinem eintritt, etwas höher als der Druck der Sazlösung ist,

bekannten Typ bestehen, der sich zur fortlaufenden die aus der zweiten Speicherteilchenkammer 39

oder schubweisen Hochbeförderung oder zum Trans- 5 durch das Rohr 53 austritt.

port der Teilchen von der zweiten Speicherteilchen- Die Speicherteilchen werden dadurch gereinigt, kammer 39 in die erste Speicherteilchenkammer 39 daß ein reiner, z. B. ein entsalzter Wasserstrom durch eignet. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, wurde das Rohr 65 in das innere Gehäuse eingeleitet wird, eine Fördervorrichtung mit einem fortlaufenden das die aufsteigende Kette 61 umschließt. Da das inBand oder Kettenantrieb 66, der eine Zahl von io nere Gehäuse die aufsteigende Kette des Fördergerädurchlöcherten Kübelelementen 61 trägt, als beson- tes 41 eng umschließt, muß das eingeleitete, entsalzte ders geeignet befunden. Wasser durch die Löcher in den einzelnen Kübelele-

Im Betrieb tritt entsalztes, heißes Wasser, das aus menten 67 des Fördergerätes abwärts fließen, die

dem mehrstufigen Verdampfer durch die Leitung 28 von einer solchen Abmessung sind, daß die Ausbil-

entnommen wird, in den Verteiler 45 durch das Ein- 15 dung übermäßiger Druckunterschiede in der Vertika-

laßrohr 44 ein, wird über den gesamten Querschnitt len des Fördergerätes vermieden werden. Auf diese

der ersten Speicherteilchenkammer 38 verteilt und Weise wäscht das Wasser die einzelnen Speicherteil-

fließt aufwärts zu der Wasserauslaßröhre 46. chen, die durch das Fördergerät 41 transportiert wer-

Die Speicherteilchen, die sich durch die erste den, und hält ein langsames Abwärtsfließen durch Speicherteilchenkammer 38 abwärts bewegen, korn- 20 das Innere des Fördergerätgehäuses und in die Kämmen in direkte Berührung mit dem Aufwärts gerich- mer 55 aufrecht. Die Speicherteilchen, die durch die teten, heißen Flüssigkeitsstrom, was einen Wärme- aufsteigende Kette des Fördergerätes transportiert austausch zwischen beiden bewirkt. Die kalten werden, werden auf diese Weise vor dem Eintritt in Speicherteilchen, die im oberen Teil der Speicherteil- die erste Speicherteilchenkammer 38 von der Salzlöchenkammer 38 durch das Rohr 42 eintreten, treten 25 sung gesäubert. Dadurch wird der Eintritt von Salzerwärmt aus dem Rohr 43 aus, während das heiße lösung in die erste Speicherteilchenkammer und eine entsalzte Wasser, das durch das Rohr 44 eintritt, bei Vermischung der Salzlösung mit dem reinen entsalzseinem Austritt durch das Auslaßrohr 46 abgekühlt ten Wasser, das durch diese Kammer geleitet wird, ist. Auf diese Weise kann entsalztes Wasser z.B. von verhindert,
etwa 105° C auf etwa 21° C abgekühlt werden. 30 Eine andere Ausführungsform des Wärmetau-

Die erwärmten Speicherteilchen treten in die schers 30 ist in F i g. 3 der Zeichnung dargestellt. In

zweite Speicherteilchenkammer 39 durch das Rohr der gezeigten Vorrichtung sind die Speicherteilchen-

48 ein, wo sie sich im Gegenstrom zu dem kalten kammern 38 und 39 auf gleicher Höhe miteinander Salzlösungsstrom, der von dem Verteiler 42 aufwärts und horizontal getrennt voneinander angeordnet. An durch die zweite Speicherteilchenkammer 39 fließt, 35 Stelle eines einzelnen Fördergerätes, das den Auslaß bewegen. Auf diese Weise findet ein Wärmeaus- der zweiten Speicherteilchenkammer mit dem Einlaß tausch zwischen den erwärmten Speicherteilchen und der ersten Speicherteilchenkammer verbindet, ist ein er kalten Salzlösung in der Speicherteilchenkammer Paar von Fördergeräten vorgesehen, und zwar ein er-39 statt, so daß die Speicherteilchen mit einer nied- stes Fördergerät 67, z. B. ein Schraubenfördergerät, rigen Temperatur durch das Auslaßrohr 49 und der 40 daß die Speicherteilchen aus einem Behälter 68, der Salzlösungsstrom mit einer erhöhten Temperatur angrenzend an den Boden der ersten Speicherteilchendurch das Auslaßrohr 53 austreten. Der Salzlösungs- kammer 38 angebracht ist, in einen Behälter 69 strom kann auf diese Weise von einer Temperatur hochbefördert, der angrenzend an das Einlaßrohr 48 von etwa 18° C auf etwa 102° C aufgeheizt wer- zu der zweiten Speicherteilchenkammer 39 angeden. 45 bracht ist. Ein zweites ähnliches Fördergerät 71 ist

Die Speicherteilchen bewegen sich durch das Rohr für den Transport der Speicherteilchen aus einem

49 in die Zulaufkammer 55 des Fördergerätes 41 Behälter 72, der angrenzend an den Boden der zwei- und werden darauf durch das Fördergerät in die ten Speicherteilchenkammer 39 angebracht ist, in Auslaßkammer 57 transportiert, von der sie durch einen Behälter 73 vorgesehen, der angrenzend an das das Gefälle in die erste Speicherteilchenkammer 38 50 Einlaßrohr 42 zu der ersten Speicherteilchenkammer zu einem weiteren Umlauf rutschen. 39 angebracht ist.

Der Transport der Speicherteilchen von der Aus- Das Gehäuse des Fördergeräts 71, in welchem die laßkammer 57 abwärts durch die Speicherteilchen- Speicherteilchen aus der zweiten Speicherteilchenkammern 38 und 39 in die Zulaufkammer 55 wird kammer 39 in die erste Speicherteilchenkammer 38 durch die Schwerkraft bewirkt. Der Fluß des entsalz- 55 hochbefördert werden, wird mit entsalztem oder anten Wassers von dem Einlaßrohr 44 durch die erste derem reinen Wasser in dem Maße durchspült, daß Speicherteilchenkammer 38 zu dem Auslaßrohr 46 ein langsamer Wasserstrom, der abwärts gegen die und der Strom der Salzlösung von dem Einlaßrohr Speicherteilchenkammer 39 fließt, aufrechterhalten 51, durch die zweite Speicherteilchenkammer 39 zu wird. Wie oben ausgeführt wurde, werden die dem Auslaßrohr 53, wird durch geeignete Pumpvor- 60 Speicherteilchen auf diese Weise gewaschen und jegrichtungen aufrechterhalten, die nicht in der Zeich- licher Salzlösungsfilm, der sich auf den einzelnen nung dargestellt sind. Um den Strom der Salzlösung Speicherteilchen gebildet hat, entfernt, bevor die durch das Rohr 48 in die erste Speicherteilchenkam- Speicherteilchen in die erste Speicherteilchenkammer mer zu verhindern, sind die Drucke der entsprechen- 38 zum Wärmeaustausch mit dem vorher entsalzten den Ströme so aufeinander abgestimmt, daß der 65 heißen Wasserstrom geleitet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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Stellen, wo im Wärmetauscher zwischen den Medien

Patentanspruch: große Temperaturdifferenzen bestehen, die übertragene Wärmemenge auf Grund der geringeren

Verfahren zur Gewinnung von Trinkwasser Speicherkapazität des einen Mediums bei dieser aus Salzwasser durch mehrstufige Verdampfung, 5 Temperatur geringer ist als bei einer niedrigeren bei dem das Salzwasser erhitzt und der entste- Temperatur, d.h. an einer Stelle, wo die Temperahende Wasserdampf durch direkten Kontakt mit turdifferenz der Medien kleiner ist. Die Wirtschaftkaltem, entsalzten Wasser kondensiert wird, da- lichkeit des gesamten wärmeübertragenden Systems durch gekennzeichnet, daß in einem an wird dadurch ungünstig beeinflußt,
sich bekannten Gegenlauf-Speicherteilchenwär- io Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht meaustauscher in der ersten Stufe die Speicher- deshalb darin, die in der Vielstufenanlage in dem teilchen durch aus dem mehrstufigen Verdampfer kalten, entsalzten Wasser gespeicherte Kondensaabgezogenes heißes, entsalztes Wasser aufgeheizt tionswärme auf wirtschaftlich möglichst günstig gewerden, in der zweiten Stufe ihre Wärme an ge- staltete Weise an die kalte Salzlösung zu übertragen, genströmende, kalte Salzlösung abgeben, die er- 15 ohne daß dabei das bereits entsalzte Wasser verunhitzte Salzlösung dem mehrstufigen Verdampfer reinigt wird oder einem aufwendigen Trennungsprozugeführt wird, und die Speicherteilchen während zeß von einer anderen Flüssigkeit zu unterwerfen ist. der Rückführung zur ersten Stufe im Gegenstrom Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gedurch entsalztes Wasser gereinigt werden. löst, daß in einem an sich bekannten Gegenlauf-

20 Speicherteilchenwärmetauscher in der ersten Stufe

die Speicherteilchen durch aus dem mehrstufigen

Verdampfer abgezogenes heißes entsalztes V/asser aufgeheizt werden, in der zweiten Stufe ihre Wärme

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewin- an gegenströmende, kalte Salzlösung abgeben, die ernung von Trinkwasser aus Salzwasser durch mehr- 25 hitzte Salzlösung dem mehrstufigen Verdampfer zustufige Verdampfung bei dem das Salzwasser erhitzt geführt wird und die Speicherteilchen während der und der entstehende Wasserdampf durch direkten Rückführung zur ersten Stufe im Gegenstrom durch Kontakt mit kaltem entsalztem Wasser kondensiert entsalztes Wasser gereinigt werden,
wird. . Bei derartigen bekannten Gegenlauf-Speicherteil-Bei einem derartigen Verfahren strömen in offe- 30 chenwärmetauschem werden die Speicherteilchen, nen Kanälen in einem gemeinsamen Behälter kaltes, die aus Metallkugeln oder Gesteinsteilchen bestehen entsalztes Wasser und heißes Salzwasser. Der aus können, beispielsweise durch Rauchgase erhitzt und dem Salzwasser entstehende Wasserdampf kondensiert übertragen ihrerseits nach Überführung in eine von dabei direkt auf dem kalten, ganz oder teilweise ent- dem Erhitzungsraum abgelegene Kammer ihre gesalzten Wasser (USA.-Patentanmeldung 327 946). 35 speicherte Wärme an ein anderes Medium (deutsche

Für eine wirtschaftliche Gestaltung derartiger Ver- Patentschrift 920 488).

fahren ist es nötig, daß die in dem Wasserstrom ge- Auch beim Kälteaustausch zwischen den in Gasspeicherte Kondensationswärme zurückgewonnen Zerlegungsanlagen gewonnenen Kaltgasen und dem und auf die zuströmende kalte Salzlösung übertragen zu zerlegenden Gasgemisch werden Speicherteilchen wird. Dies wird auf bekannte Weise ohne Verwen- 40 verwendet, die zu den Kaltgasen und dem Gasgedung von wärmeübertragenden Metalloberflächen misch im Gegenstrom bewegt werden. Bei diesem dadurch erreicht, daß das heiße, entsalzte Wasser mit Verfahren wird beispielsweise den Speicherteilchen einem Sprühnebel einer zweiten Flüssigkeit kontak- ein Zusatz beigemengt, der Wasserdampf und andere tiert wird, welche sich mit dem Wasser nicht ver- unerwünschte Beimengungen absorbiert. Dieser Zumischt und eine andere Dichte als das Wasser hat. 45 satz, in diesem Falle Silikagel, wird vor der Rückför-Nach erfolgtem Wärmeaustausch werden das Wasser derung der Speicherteilchen zu der Kammer, wo sie und die zugesetzte Flüssigkeit auf Grund ihres Dich- abgekühlt werden, entfernt (deutsche Patentschrift teunterschiedes getrennt und die nun aufgeheizte 907 780).

Flüssigkeit in den Strom der kalten Salzlösung ge- Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten

sprüht, an welchen es seine Wärme durch direkten 50 Speicherteilchen haben zweckmäßigerweise eine

Kontakt überträgt (»Chemical and Process Enginee- Dichte ρ von 2 bis 10 g/cm³, eine spezifische Wärme

ring«, November 62, 564 bis 571, und »Chemical C_n von 0,08 bis 0,30cal/g°C und eine Wärmeleit-

Engineering Progress«, Bd. 57, Nr. 1, Januar 1961, zahl von 0,002 bis 0,40 cal/s.cm° C. Für die Meer-

52 bis 57). wasserentsalzung eignen sich besonders Metallkugeln

Obwohl diese Verfahren Kosten einsparen, indem 55 aus Nickel, korrosionsbeständigem Stahl oder andc-

sie auf die teuren, wärmeübertragenden Metallober- ren nichtrostenden Materialien, wie beispielsweise

flächen verzichten, erfordern sie jedoch Anlagen von mineralische Teilchen aus Granit, Basalt usw.

beträchtlicher Größe. Auf Grund der geringen Trop- Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, daß

fengrößen und der relativ geringen Unterschiede der die Rückgewinnung der Kondensationswärme des

Dichten von großtechnisch brauchbaren Flüssigkei- 60 aus der Salzlösung verdampften und im kalten Was-

ten verläuft der Trennungsvorgang sehr langsam, so ser kondensierten Wassers auf billige und technisch

daß für die Wiedergewinnung der erforderlichen Be- einfache Weise erfolgt, wobei ein ausgezeichneter

triebsmengenströme große Trennflächen und ent- Wirkungsgrad in bezug auf die Wärmeübertragung

sprechende Vorratsmengen benötigt werden. erreicht wird. Gegenüber den großflächigen Anlagen

Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß die 65 mit Flüssigkeitseinsprühung ist die nach dem erfin-

spezifischen Wärmen der jeweils verwendeten war- dungsgemäßen Verfahren arbeitende Vorrichtung äu-

meübertragenden Sekundärflüssigkeit stark tempera- ßerst raumsparend und mit wesentlich geringerem

turabhängig sind. Das kann dazu führen, daß an den Kapitalaufwand herstellbar. Auf Grand der platzspa-