DE1517581A1 - Verfahren zum Gewinnen von Frischwasser aus waessrigen Loesungen - Google Patents

Description

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Oedomir M. Siiepoevioh und Hadi Tafreshi Hashemi Norman / Oklahoma (V.St.ν.A.) Verfahren ium Gewinnen von frischwasser aus wässerigen Lösungen

Die Erfindung besieht sieh auf ein Verfahren zum Behandeln von wässerigen Lösungen zwecks Gewinnung von Frischwasser oder von verhältnismäßig reinem Wasser, während zugleich die
Lösung %& einem Seil des zurückbleibenden Lösungsmittels konzentriert wird. Das Verfahren igt von besonderem Mutzen für die Gewinnung von !Trinkwasser aus Salzwasser, z.B. aus Meerwasser
oder ausBrackwasser natürlicher unterirdischer Wasseransammlungen.

In den vergangenen Jahren hat die Aufgabe einer wirtschaftlichen Gewinnung großer Mengen !Trinkwasser aus Meerwasser große Beachtung gefunden. Bei einigen neuereren Verfahren zum
Gewinnen von !Trinkwasser aus Meerwasser sind für die Durchführbarkeit der Verfahren und deren Versage gegenüber anderen

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Int s als unge ve r fahr en zwei Fa Jet or· η τοη Bedeutung und a »ar die erforderliche lapitalinvestierung bei der Einrichtung der erforderlichen Anlage und die Gesamtkosten für einen fortlaufenden Betrieb. Unter Berücksichtigung de· gegenwärtig bestehenden besonderen Bedarfs an Frischwasser sind bei einigen Verfahren, die von Standpunkt der Betriebskosten aus höchst wirtschaftlich sind, die £apitalinvesti«rungen außerordentlich groß. Für die Gewinnung von Frischwasser aus Salelösungeη hat sioh als vielversprechend ein Verfahren erwiesen, nach dem die wässerige Lösung gefroren und lis erzeugt wird, wonach das Sie von der Salzlake, aus der es abgeleitet wurde, abgeschieden wird, und schließlich werden die liskristalle oder Aispartikel ge* sehen, um die absorbierte Salzlake oder SaIr?.öle zu beseitigen.

Die Erfindung sieht ein verbessertes Verfahren zum (Jewinnen von Frischwasser aus Meerwasser vor, das wirtschaftlicher ist als die herkömmlichen Verfahren. Das Verfahren umfasst Verfahrensschritte, die zusammen einen Mindestaufwand an Energie für die Gewinnung einer gegebenen Menge frischwasser erfordern. Daβ zu investierende Kapital für die Einrichtung der Anlage ist geringer als bei anderen Verfahren.

Sie wirtschaftlichen Vorteile, die mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielt werden, beruhen zum Teil auf der Eigenschaft des faasers, dass dessen Gefrierpunkt mit steigendem Druck absinkt, während alle anderen Stoffe mit Ausnahme einiger weniger Metalle ein Ansteigen des Erstarrungspunktes mit ansteigendem Druck zeigen. Diese Eigentümlichkeit des Massers ermöglicht mit Hilfe eines Austausch-Kristallisatione-Verfahrens eine wirtschaftlichere Bückumwandlung der Eiskristalle Iu Wasser, während zugleich ein in der Gefrierstufe benutztes schlammartiges

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Kühlmittel regeneriert wird. Die wirtschaftlichen Vorteile werden ferner zum Teil dadurch erzielt, dass die Eiskristalle geschrubbt oder gereinigt «erden, um von diesen die anhaftende Sole oder Salzlake zu entfernen.

Das Verfahren wird allgemein in bezug- auf wässerige Lösungen unter iinschluss von Salzlösungen beschrieben. Nach diesem Verfahren wird zu Beginn aus der wässerigen Lösung Eiskristalle durch Gefrieren erzeugt, wobei zugleich oder später die wässerige Lösung und die Eiskristalle mit einem flüssigen AustausohmitteJ. in Berührung gebracht wird (werden), das gewisse kritische Eigenschaften aufweist. Diese Eigenschaften bestehen aus der Unvermischbarkeit mit der wässerigen Lösung und dem Frischwasser, aus der Stabilität und Beaktionslosigkeit bei Anwesenheit von Wasser und der wässerigen Lösung bis zu dem Ausmaß, dass wahrend des direkten innigen Kontaktes keine nicht umkehrbaren physikalisohen oder chemischen Transformationen erfolgen, aus einer Dichte, die geringer ist als die Dichte der wässerigen Lösung und des frischwasser* und vorzugsweise derart, dass das Eis in Form eines Schlammes erhalten werden kann, während der Schmelzpunkt mindestens so tief wie der Gefrierpunkt des Wassers bei dem Druck liegt, bei dem der direkte, innige Kontakt erfolgt, während die Ir·tarrungetemperatur sieh alt dem Druck erhöhen soll· Is lit ferner erwunecht, obwohl nicht notwendig, dass das flüssige Auetauechmittel eine wesentlich geringere Oberflächenspannung aufweist «1« dit wässerige Lösung, aus der das Frischwasser gewennen werden toll, und dass dm« Ausmaß der Änderung d«r 3efaael«t4«peretm* mit dem Sraek («1* loeffieleot α bezeichnet) ni«h* au* positiv »fadem aae* veiMltaissJUig groß ist. Hierdurch wird gesichert, dass die Ausübung ve rhi Un Is-

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rerhältnismäßig kleiner Drucke eine wesentliche Verschiebung dee Erstarrungepunkte· des AustauschmitteIe bewirkt.

tiachdem die wässerige Lösung mit dem Auetausohmittel in Berührung gebracht worden ist, werden diese Stoffe von einander getrennt durch Ausnutzung der Sichtedifferenz, die zwischen dem Austauschmittel und der wässerigen Lösung besteht. Da das Austaueonmittel eine geringere Sichte aufweist als die wässerige Lösung, so sammelt sich das Austausohmittel in Form einer Schicht auf der wässerigen Lösung in einem Absetztank an oder kann auch mittels eines Zyklons oder einer Zentrifuge abgeschieden werden. Ist die Sichte des AustauschaktteIs mindestens gleich der Sichte des Eiseβ, so wird das Eis physikalisch aus der wässerigen Lösung extrahiert und schwebt im oder auf dem Austauschmittel. Ist die Sichte der Auetauechfliissigkeit nicht wesentlich kleiner als die Sichte der Bißpartikel, und sind diese verhältnismäßig klein, so hält die Austauschfldssigkeit die Äiβpartikel suspendiert für eine Zeitperiode, die wesentlich länger ist als die Zeit, die zum Abscheiden der Sole oder Salzlake erforderlich ist. Eb besteht noch die dritte Möglichkeit, dass die Austausch!liiesigkeit eine so geringe Sichte aufweist, dass sie das &is unter der Einwirkung der Schwerkraft nicht suspendiert erhalten kann. In diesem lalle kann das lie in der flüssigen Phase des Auetausohmittel· mit Hilfe eines Siebes erhalten werden, das oberhalb der Zwisohenflache zwischen der Austauechflüssigkeit und der Sole oder Salzlake angeordnet wird.

Nach dem Entfernen der wässerigen Lösung aus dem das Eis tragenden Austaueohmittel wird der Druck auf das Austauechmittel erhöht und auf die liskrietalle, wobei diese zu Frischwasser und ein Teil des Austauschmittels zu festen Partikeln

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umgewandelt wird (werden). Gerade an diesem Punkt spielt die üigentdmlichkeit des Wassers, den Gefrierpunkt bei Ausübung eines Druckes zu erniedrigen, eine wichtige Bolle. Wird auf das System ein Druck ausgeübt, so wird der Gefrierpunkt des Wassers abgesenkt. Zugleich wird aer Gefrierpunkt des AustauschaktteIs erhöht aufgrung des positiven α (Koeffizient der Gefriertemperatur in bezug auf den Druck). Bei der Umwandlung des Austauschmittels in feste Partikel überträgt dieses seine latente Fusionswarme auf das Sie mit der folge, dass dieses schmilzt.

In der letzten Stufe des Verfahrens wird das Frischwasser von der Flüssigkeit und den festen Partikeln des Austausohmittels abgeschieden, wobei wiederum der Dichteunterschied ausgenutzt wird, der zwischen dem Austauschmittel und dem Frischwasser besteht. Die Abscheidung kann daher in einem Absetztank erfolgen oder mittels eines Zyklone oder einer Zentrifuge durchgeführt werden.

Bei einer bevorzugten Aueführungsform der Erfindung, die verschiedene wirtschaftliche Vorzüge gegenüber den anderen, noch zu beschreibenden Aueführungsformen aufweist, wird das Gefrieren der liskr istalle aus der wässerigen Lösung durch inniges Vermischen einte Schlamm· des Austausohmittele mit der wässerigen Lösung nach vorhergehender Abkühlung bis nahezu auf den Gefrierpunkt durchgeführt. Der Schlamm des Austauschmittels kann höchst geeigneterweise aus dem Schlamm bestehen, der bei der Austauschkristallisation entsteht, die erfolgt, wenn das Gemisch aus Biskristallen und flüssigem Auetauschmittel einem erhöhten Druck ausgesetzt wird, wobei die liskristalle schmelzen und bewirken, dass ein Teil des Austauschakte la in den festen Zustand versetzt wird. Wird dies· quell« des Schlamms des AustauschmitteIs

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verwendet, nachdem das frischwasser und der Auf diese Weise durch die Druckerhöhung erzeugte Schlamm des Auetauschmittels in der beschriebenen Weise von einander getrennt «orden sind, sowird der Schlamm des Austauschmittels dann bie zu dem Punkt im Verfahren nieder in Umlauf gesetzt, an dem die vorgekühlte wässerige Lösung in das Verfahren eintritt und gefrierbereit ist, «obei die Siekristalle erzeugt «erden.

Ss «ird ferner darauf hingewiesen, dass bei dem bevorzugten Verfahren naoh der Erfindung ein wesentlicher Teil des Energieeinganges, der die zum Durchführen aller erforderlichen Änderungen der !Temperatur des Druokes und der physikalischen Zustände der Materialien «ieder zurückgewonnen «ird und den Nettoeingang absenkt, der fur die Durchfuhrung des Verfahrens benötigt «ird. Die kalte «ässerige Lösung, die anfangs von dem Austausohmittel und den Eiskristallen abgeschieden «ird, «ird mit der einströmenden «ässerigsn Bohlösung in Umlauf gesetzt, «obei ein Wärmeaustausch erfolgt, bei dem die Temperatur dieser Lösung abgesenkt «ird als Vorbereitung für das Ausfrieren der Iiskristalle aus dieser Lösung. In der gleichen Weise kann das Frischwasser ausgenutzt «erden, das in der Indstufe des Verfahrens erzeugt «ird, da die Temperatur dieser flüssigkeit sehr nahe am Gefrierpunkt liegt, während diese abgeschieden wird. In einem anderen lalle der Bnergieerhaltung besitzt sowohl das Frischwasser als auch der Schlamm des Austaueonmittels als Produkte der letzten Abscheidungsstufe des Verfahrens verfügbare Inergie als folge der in der Anlage durchgeführten Druckerhöhung, bevor diese Abscheidung durchgeführt wird, wobei mindestens ein Teil dieser Inergie zurückgewonnen werden kann durch Expandieren des frischwasser» und des Schlamms des Austausohmittels mit

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geeigneter Expandierungeeinriohtungen auf einen niedrigeren Druck, wobei ein Teil der enthaltenen Energie zurückgewonnen wird. Diese zurückgewonnene Energie kann zur Unterstützung des Antriebs einer Pumpe benutzt werden, die zum Erhöhen des auf die Eiskriställe und auf das flüssige Austausohmittel ausgeübten Druckes zwecks Umwandlung dieser Stoffe in den flüssigen bezw. den festen Zustand erforderlieh ist.

ftach den vorstehenden Ausführungen sieht die Erfindung

ein verbessertes Verfahren zum Gewinnen von Frisch- oder Trinkwasser aus einer wässerigen Lösung,

ein wirtschaftlicheres Verfahren zum Gewinnen von Frisch- oder Trinktwasser aus Salzwasser, und

eine Verbesserung bei älteren Verfahren zum Gewinnen von Frischwasser aus Meerwasser durch Ausfrieren von Eiskristallen aus dem Meerwasser, wobei die Kosten des ffaschens der Eiskristalle zwecks Befreiung von dem anhaftenden Salzwasser gesenkt werden.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Fig.1 eine Übersicht über ein bevorzugtes Verfahren nach der

Erfindung zum fortlaufenden Erzeugen von Frischwasser aus einer wässerigen Lösung, wobei eine Austausohkristallisation verwendet wird sowohl sum Gefrieren von Eis aus der wässerigen Lösung als auch zum Umwandeln des Eises in Frischwasser,

Fig.2 eine Übersicht über ein anderes Verfahren nach der Er

findung zum fortlaufenden Erzeugen von Frischwasser, Fig.3 eine Übersicht über ein weiteres erfindungsgemäßes

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Verfahren, das ηloht fortlaufend durchgeführt wird, Fig.4 eine Übersicht über ein ohargenweiee durchgeführteβ

Verfahren nach der Erfindung, Pig.5 eine Übersicht über ein Verfahren sum Erzeugen von

Frischwasser aus einer wässerigen Lösung, bei dem die Austaueohkristallisatipn nur sum Schmelzen des nährend des Verfahrens erzeugten JSieee benutzt wird, und die Fig.6 eine der Fig.5 ähnliche Übersicht eines weiteren Verfahrens nach der Erfindung.

pie nachstehende Beschreibung der Irfindung bezieht sich auf die Gewinnung oder die Isolierung von Frisch- oder Trinkwasser aus Saltlösungen, z.B. aus Meerwasser oder Brackwasser. Das Verfahren nach der Erfindung kann Jedoch auch zum Isolieren von Frischwasser aus anderen wässerigen Lösungen, z.B. aus Fruchtsäften und dergleichen angewendet werden.

üach der Fig.1 wird eine Salzlösung z.B. Meerwasser von einer Pumpe 12 in die Anlage gepumpt, nachdem vorher die bei Entsalzungeverfahren unter Einschluss des Gefrierene übliche Behandlung durchgeführt worden ist· Eine solche Vorbehandlung umfasst üblicherweise eine Filtrierung, eine Ausfällung und eine entlüftung, jiiner der Vorzage der Erfindung ist darin zu sehen, aase eine ausgedehnte Entlüftung des Meerwassers nicht erforderlich ist, da die Anwesenheit einiger im Wasser gelöster Gase die Erzeugung von feineren Siekristallen in der Gefrieretufe des Verfahrene unterstützt, welcher Vorgang bei einigen Abwandlungen des Verfahrene erwünscht iet.

Das vor behandelte Meerwasser wird zum oberen (Peil einer Direktkontakt-Vorkühlkammer 14 gepumpt. In der Vorkühlkammer 14 gelangt das Meerwasser im Gegenstrom mit einer Wärmeaustausch-

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flüssigkeit in Berührung, wie bei einem direkten Wärmeaustausch üblich. Die Wärmeaustausohflüssigkeit ist mit dem Meerwasser nicht vermischbar. Ferner unterscheidet sich deren Dichte genügend stark von der Dichte des Meerwassers, wodurch eine Trennung möglich wird, und ferner liegt der Gefrierpunkt der Wärmeaustauschfiüssigkeit unterhalb von -5⁰C. Als beispiel sei normales Oktan angeführt. Infolge der unterschiedlichen Dichte wird das Meerwasser abgeschieden und sammelt sich am Boden der Vorkühlkammer 14 an, während die Wärmeaustauschflüssigkeit sum oberen Teil der Kammer ansteigt. Vor dem Einlassen in die Vorkühlkammer 14 wird die Wärmeaustausohflüssigkeit von einer Pumpe 16 durch eine indirekt wirkende Gefriereinheit 18 gepumpt, in der die Temperatur der Wärmeaustauschfliissigkeit auf ungefähr den Anfangsgefrierpunkt der wässerigen Lösung abgesenkt wird, der bei Meerwasser ungefähr bei -2⁰O liegt.

Der in dieser Beschreibung gebrauchte Ausdruck "farmeaustausohflüssigkeit" besieht sich allein auf ein flüssiges Material, das sum Vorkühlen des Meerwasserβ benutzt wird, welche Bezeichnung nicht mit dem Ausdruck ^NAustausohmittel" oder "flüssige Phase des Austaueohm.itteIe" verwechselt werden darf. Die beiden Materialien können von einander gänzlich verschieden sein und werden an zwei verschiedenen Verfahrenspunkten für verschiedene Funktionen benutst.

Das duroh direkten Kontakt in der Vorkühlkammer 14 gekühlte Meerwasser verlässt den unteren Teil dieser Kammer mit einer nahe an dessen Anfangsgefrierpunkt liegenden Temperatur und wird vor dem lintritt in eine Kristallisationasone 20 mi* einem Austausohmittel vermischt, das sich von der WärmeaustausohflÜBsigkeit in den Einheiten 18 und 24 unterscheidet.

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Dae Austauechmittel «eist die For» βineβ Schlammeβ auf, der aus einer gefrorenen Substanz besteht, die in der eigenen Mutterflüssigkeit suspendiert ist und die Gleiohgewiohtsschmelztemperatur aufweist vorzugsweise bei einen Druck von 1 at, die vorzugsweise um mindestens O,5⁰G niedriger ist als der entsprechende Gefrierpunktsbereich der wässerigen Lösung. Der iärmeaustauschschlamm kann aus einer reinen Substanz bestehen oder aus einem Eutektikum von zwei oder mehr Substanzen, das einen bestimmten Schmelzpunkt aufweist, oder das aufgrund der Anwesenheit gewisser Unreinheiten innerhalb eines Bereichs von nicht mehr als 2 oder 3 Grad schmilzt. Außerdem soll das reine Material oder das Eutektikum gewisse weitere Eigenschaften aufweisen, die für die ordnungsgemäße Durchführung des Verfahren· wichtig sind.

Zuerst einmal soll das Austausohmittel, ganz gleich, ob dieses aus einem lutektlkum oder aus einem reinen Material besteht, mit dem Meerwasser und auoh mit dem Frischwasser nicht vermischbar sein. Diese Unvermisohbarkeit soll vorzugsweise derart sein, dass die Löslichkeit entweder der festen oder der flüssigen Phase des Auatausohmittels im Meerwasser oder im Frischwasser kleiner als 1$ ist. Ebenso soll die Löslichkeit des Meerwasser» und des Frischwasserβ in der flüssigen und der festen Phase des AustauschakteIs kleiner als Λ% seift.

Außer der ünvermisohbarkeit soll das Austausohmittel sowohl in der flüssigen als auoh in der festen Phase stabil sein bei Anwesenheit von fasse* und mit diesem nioht reagieren sowie nicht mit der Substanz der wässerigen Losung, im vorliegenden Falle mit dem SaIs des Meerwasser« bis su dem Ausmaß, dass während des direkten Kontaktes kein· nioht umkehrbaren physikalischen oder chemischen Umwandlungen erfolgen.

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Der Schlau» dee Austauschentele «eist ferner dl· kritische üigeneohaft auf, das* dessen flüssige Phase eine Dichte besitzt, die kleiner ist als die der wässerigen Lösung sowie kleiner als die Dichte des Frischwasser. Diese unterschiedliche Dichte zusammen mit der Unvermischbarkeit des Austausohmittels ermöglicht die physikalische Abscheidung der Eiskristalle von der Salzeöle oder der konzentrierten wässerigen Lösung sowie die Abscheidung des Frischwasser· vom Austauschmittel. Obeohl die Dichte des Austauschmlttels von 0,5 g/oom aus, die benutzt werden kann, wenn das Wasser aus der wäeserigen Lösung in einem belüfteten Zustand unter Bildung von achneeartigen Kristallen oder Flocken ausgefroren wird, bis zu einer Dichte von ungefähr 1,02 g/oom betragen kann, so umfasst der Bereich der Dichte vorzugsweise ungefähr 0,7 g/ocm bis zu ungefähr 0,95 g/com. Im Idealfalle soll die Diohte des AustauschmitteIs sich der "effektiven" Dichte des Eises annähern, das in der Biskrlstallisations-Eone 20 erzeugt wird, wie spätar noch beschrieben wird, so dass ein Schlamm aufrecht erhalten wird, der in den Leitungen, Pumpen, Expandern oder Gefäßen kein 11· absetzt.

Das Austauschmittel muss ferner einen Gefrierpunkt aufweisen, der mindestens so niedrig liegt wie der Gefrierpunkt des Meerwassers oder einer anderen zu behandelnden wäeserigen Lösung bei dem Druck, bei dem die noch zu beschreibende Anfangsaustausohkristallisation durchgeführt wird. Bei dieser in der Biskristallisationszone 20 erfolgenden Kristallisation wird die Anlage vorzugsweise bei atmosphärischem Druck betrieben, wobei der Gefrierpunkt des Austausohmittels vorzugsweise im Bereich von 0° bis -1O⁰O liegt. Unter Berücksichtigung aller wirtschaftlichen Faktoren liegt der günstigst· Temperaturbereich bei der

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Behandlung von Meerwasser am häufigsten zwischen ungefähr -2⁰O und -6⁰O.

Schließlich muss das Austauschaktte 1 das Merkmal aufweisen, dass dessen Gefrierpunkt eich mit dem auf das Material ausgeübten Druck erhöht. Zum besseren Verständnis dieser Sigensohaft wird ein Aue druck: ot benutzt, der als Ander ungskoe ff isient der Schmelztemperatur in bezug auf den Druck bezeichnet wird. Steigt die Temperatur bei einer Erhöhung des Druckes an, so muss α einen positiven fert aufweisen. Die nach der Hrfindung als Aus taue chili t te 1 zu verwendenden Materialien müssen daher einen positiven Wert von α aufweisen. Dieser Koeffizient kann ferner wie folgt definiert werden:

dP 4 H

wobei A V gleich dem spezifischen Volumen der festen Phae· minus

dem spezifischen Volumen der flüssigen Phase ist
β H gleich der Enthalpie der festen Phase minus der Snthal

pe der flüssigen Phase gleich der latenten iueionswarme ist, T gleich der Schmelztemperatur auf der absoluten Skale

bei dem entsprechenden Druck 1st.

In der Praxis kann T in der Gleichung 1 als im wesentlichen konstant angenommen werden und mit ungefähr 273⁰K für die in Betracht kommenden Falle angenommen werden. Daher wird ein höherer Wert von cc durch einen hohen Wert von £ V und durch einen niedrigen Wert von ^ H begünstigt. Ein Material mit einem niedrigen Wert' von ^ E erfordert einen öfterer Wiederumlauf des Auetauschmittela, wie später nooh beschrieben wird. Andererseits

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begünstigt ein hoher fert von oc eine Herabsetzung des bei den

Verfahren erforderlichen Druokpegels. Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, dass sum erreichen der höchsten Wirtschaftlichkeit dies· verschiedenen Parameter auf den günstigsten fert gebracht

und an einander angeglichen «erden müssen. Saher verändert sich der günstigste fert von oc mit dem verwendeten besonderen Austauschmittel, mit der besonderen Anlage, mit den verwendeten Strömungsgeschwindigkeiten usw. Im allgemeinen ist der höchste fert von et erwünscht, der erhalten werden kann, während der kleinste Wert von oc _t der das im Verfahren nach der Erfindung verwendete Austausohmitt kennzeichnet, ungefähr O,015°C/Atmosphäre beträgt, fis ist ferner vorzuziehen, dass die latente Fusionswärme A E für das Austauschmittel ungefähr -25 bis ungefähr -60 cal/g beträgt, und dass ^V ungefähr -0,10 bis -O,15com/g beträgt. Zum Vergleichen seien die entsprechenden Werte für Wasser angeführt ,die für α - 0,0075*C/Atmosphäre, für ^ B « -80 cal/g und für ^V- 0,09 oom/g betragen.

Bei dem Austausohmittel sind noch weitere gewisse Eigenschaften erwünsoht, die Jedoch für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren· weder kritisch noch wesentlich sind. Soll das erseugte Frischwasser als Trinkwasser verwendet werden, so soll ein nicht giftiges Austaueohe.itte 1 verwendet werden, das aus dem frischwasser wirtschaftlich entfernt werden kann.

Die kritischen und erwünschten Eigenschaften des Austausohmittel· begrenzen die Ansahl der reinen Substanzen, die bei dem Verfahren naoh der Erfindung verwendet werden können, und es wird unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Faktoren zurzeit angenommen, dass außer eutektisehen Gemischen nicht mehr als 40 Materialien verwendet werden können. Zum Verständnis der

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Erfindung können verschiedene Kategorien geeigneter Materialien angefahrt «erden, obwohl selbstverständlich alle besonderen Materialien, die in diese allgemeinen Kategorien fallen könnten, nicht den Anforderungen an das Austauschmittel genügen, und ferner sollen die angeführten Gruppen von Materialien nicht ausschließlich alle Materialien und Kategorien von Materialien umfassen, die als Austauschmittel verwendet werden können. JSs wird Jedoch angenommen, dass Sachkundige aufgrund der Angaben über die kritischen und erwünschten Eigenschaften des Austausohmittels die Eignung von nicht besondere angeführten Substanzen mühelos durch Experimente ermitteln können.

Ss wurde herausgefunden, dass gewisse Ester von fettsäuren der öl·, fette und Wachse die beim Austauschmittel erwünschten Eigenschaften aufweisen. Besonders geeignet sind tierische öle, besonders von Meerestieren, und vegetabilische öle, die bei der Verwendung in dem erfindungsgemäfien Verfahren keine nicht mehr umkehrbaren kristallinische !Transformationen erfahren. Von diesen ölen seien angeführt Kabeljauleberöl, menhadenöl, Delphinöl, Sesamöl, Walöl, Rhieinuaöl, Olivenöl, Senföl und Triolein.

ferner sind gewisse organische Verbindung mit langen geraden Ketten geeignet, die 6 oder mehr Kohlenstoffatome enthalten. Al· Beispiele für diese Axt von Materialien seien angefiüuft: Dodekan, Dodeoyn, Tridekan, 1,5 Hexadiyne, 1-Menthone und 1-Jfoaanol.

Ketone, wi« Dibutylketon und Methylheptylketon sind befriedigend und ebenso gewisse Amine wi· Buta«nolamln und p-Aminoäthylbeneen.

ferner «lud geeignet periodisohe und aromatisch·

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organische Verbindungen unter Einschluss von Tetramethylbenzeri, Methylzyklohexanol und Inden. ferner sind gewisse organische Säuren geeignet wie linoelisohe und kaproieche Säuren.

Natürlich können auch geeignete Mischungen aus den angeführten Materialien verwendet werden. ■

Schließlich können auch als eine wichtige Kategorie ▼on Substanzen eutektische Mischungen von zwei oder mehr verhältnismäßig reinen Materialien verwendet werden, wobei sich die Möglichkeit ergibt, ein Austauschakte 1 künstlich zu schaffen, das eine günstigere Kombination von Eigenschaften aufweist, ale mit den meisten reinen Zusammensetzungen erhalten werden kann· Ale Beispiele für solche eutektischen Mischungen seien angeführt: Benzene und Naphthalene, Zyklohexane und Naphthalene, Pentadekane und Benzene.

Der Austauschmittelschlamsi wird in der Eiskristallisationszone 20 mit dem vorgekühlten Meerwasser direkt und innig vermisch oder in Berührung gebracht. Das Mischen kann mittels einer turbulenten Strömung in einem Bohrabschnitt, in einem Gefäß unter Verwendung von flüssigkeitsstrählen oder unter Verwendung eines Bezirkulationsturmee erfolgen. Während dieses Vermischens schmelzen die festen Partikel im Schlamm des Austausohmittels und absorbieren deren latente fusionswärme. Hierbei wird die Temperatur des Gemisches aus Meerwasser und Austauschakt te Ischlamm abgesenkt und bewirkt, dass aus dem Meerwasser Wasser unter Bildung von Sispartikeln oder Siekristallen ausfriert. Der Vorgang dieser Zustandsänderung im Meerwasser und im Austauschaktelsohlamm wurde als "Austausohkristallisation« bezeichnet, und diese Erscheinung tritt an zwei verschiedenen Punkten im Verfahren nach der Erfindung auf, wenn dae Verfahren

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nach der in dar 11«.1 al· Übersieht dargestellte« bevorzugten feite durchgeführt wird.

Mach dem lintreten der Austausohkristalliestion in der liskristallieationesone 20 erfolgt eine Ib·oh·idung de· Ilse· und des Austauschakte la aus der Stlssele als feig« der verschiedenen Dienten und fcmam auf Teraofeieosae ffeiee dcureagefäart «erden, «ach der flg.1 wird eines Zyklonabaoheider 22 das Oemieoh Salsaole-Auatausohmittel au· der liskristallisation* sons 20 sugefuhrt.

Is soll an dieser Stelle hermerkt «erden, da·· die sieh in der Kristalliaationssone 20 bildenden liskristalle τοη des flüssigen Auatausohmittel umgeben sind und τοη diesem abgeschrubbt «erden. In einigen fällca, la denen das Ils «enlger dicht ist als das flüssige Austausohmlttel, steigt es sum oberen Teil des flüssigen Austausohmittels an und wird hierbei abgeschrubbt. Is ist erwünscht, das Wasser aus der Balisöle so rasch «ie möglich aussufrieren, um die Entstehung kleinerer lis-Jcristalle su fördern, die im Oegeasats su anderen Oefri#rverfahren bei dem Verfahren naoh der Irfinduag vor β α« leben sind, um die für die Wärmeübertragung verfügbaren ZwIschenflachen möglichst groß SU halten. Andererseits suchen größere Ii»krUta11· «eniger Salseole su absorbieren, für den klskristall besteht daher eine günstigste OröB·.

Im Zyklonabsoheider 22 wird das Austaueohmittel τοη der ealssole getrennt, wobei die eine größere Dieht« als die AustauaohflüssigJceit aufweisende SaIk«öle sum unteren feil des Abscheiders 22 befördert und au· diesem durch eine Bohrleitung su der einen Seite eines in Abteilungen aufgeteilten forkühlere 24 geleitet «ird. Sie Funktion dieses Torkühlere wird später noch

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beschrieben. Vr Si8schIaMa und das flüssige Austauschmittel iiird vom oberen Teil des Zyklonabseheiders 22 abgezogen und lüuft durch eine Zwischenpumpe 27» die von einem geeigneten Motor von außen her angetrieben wird, Wenn gewünscht, kann, obwohl in der Fig.i nicht dargestellt, ein Teil des Schlammes aus £is und Austauschaktte1 zur uiskristallisationszone 20 noch einmal in Ulilauf gesetzt werden, um die Kernbildung von Eis par tike in zu fördern.

Die Hauptfunktion der Pumpe 27 besteht darin, den Druck des Schlammes aus £is und Austauschmittel auf einen Zwiachenwert su erhöhen z.B. auf 10 bis 100 at, wie erforderlich, um das Defizit an Druokenergie zu decken, das später aus den noch zu beschreibenden Doppelpumpenexpandereinheiten 30 und zurückgewonnen werden kann. Als Ergebnis dieser ersten Druckerhöhungsstufe mit der Pumpe 27 wird der Schlamm aus Eis und Austausohmittel 'als Vorbereitung für die Schlusstufβ der Unterdrucksetzung in den Einheiten 50 oder 32 mehr verdichtet, und ein sehr kleiner Bruchteil des auf die Qberflächenschiohten der Siskristalle beschränkten Elses schmilzt. Als folge des Verdichten! zusammen mit de» Schmelzen werden die Beste der an den Eiskristallen haftenden Salzsole gelöst, die in der Einheit 22 noch nicht vollständig entfernt wurde.

Die verdichtete Mischung aus £is und Schlamm, die noch Beste der Salzsole enthält, strömt dann zu einem Waschturm 25, in dem die Salzsole vom Eis und dem Schlamm getrennt wird. Die Vollständigkeit der Abscheidung im Waschturm 25 kann, wenn ein Erzeugnis mit einer sehr hohen Beinheit gewünscht wird, ermöglicht werden durch Einführen einer kleinen Menge des in der noch su beschreibenden Einheit 28 erzeugten Wassers. Da dieses

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faachwasser aufgrund der ligenschwere zum unteren Seil des tfasohturmes absinkt, sodient es tun Beinigen dtβ aufsteigenden Schlammes aus Eis und Austauschmittel, wobei restliche Salzeole freigesetzt wird. Der den oberen Teil des tfaschturmee verlassende Schlamm aus Sis und Austauschfldssigkeit wird dann in zwei Strömungen unterteilt und schließlich in den Doppelpumpenexpandereiaheiten 30 und 32 unter Druck gesetzt. JEs wird darauf hinge- .· wiesen, dass das aus der Zwischenpumpe 2.7 ausgetragene Jnaterial je nach dem bei dem Endprodukt gewünschten Heiaheitegrad gänzlich oder zum Teil zu den Doppelpümpenexpandereinheiten 30 und 32 umgeütet werden kann, wobei der laschturm 25 in der gewünschten Ausmati umgangen werden kann.

Der Grad, bis zu dem der Druck in den Doppelpumpenexpandereinneiten 30 und 32 erhöht wird, hängt von dem Austauschmittel und dessen besonderen Eigenschaften ab. Sin Druck zwischen 50 und 200 at kann normalerweise fur die Entsalzung von Meerwasser mit Srfolg verwendet werden, wenn die Anfanggaustauschkrietallieation benutzt wird, um die Bildung von Slskristallen zu bewirken, die bei atmosphärischem Druck durchgeführt wird.

Der Druckpegel F, der durch die Doppelpumpenexpandereinheiten 30 und 32 eingeführt werden muss, um die Austauschkrietailisation zu bewirken, kann wie folgt geschätzt werden. T_Qm soll den Gefrierpunkt des Austausohmittels bei einem Druck von im wesentlichen 1 at darstellen, dann folgt aus der Gleichung (1), wenn der Vert von ac für Wasser mit -0,0075 angegeben wird, dass, wenn -0,0075 P ^Ä em^P ♦ ^Tem <²>

ist, das ils schmilzt, während das Austauschmittel unter einem Druck P gefriert. Die Gleichung (2) kann wie folgt umgewandelt werdens

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-0,0/5 P ♦ L - ^ote*^p'^l'^ft» ♦ ⁽³⁾

«obei ft die Different ttiiobia des Gefrierpunkt de· Wassers und des Gefrierpunkt de· Austauscnmittels ist, die die wirtschaftlich« Iemperaturanniherung (al· eine positive Zahl definiert in der Hoehdruok-Irietallieationseon· 26 darstellt, in der da· lie geschmollen nod der Auetausohaittelsonlas* gebildet wird. Der Betriebedruok kann daher at» dar nachstehenden QIeiohung geschätzt «erden:

-o,oo75 - α_βΒ -0,0075 -

Nachstehend «erden vereohitdemj Beispiele gegeben, aus denen zu ersehen ist, in «eloner Weise die Bochdrttckaustausoh Jcristallisation durchgeführt wird.

Beispiel 1

Die volumenmäfiiga Kapazität und die Strömungeparaaeter einer gegebenen Anlage leigen, dass die Boohdruokaustauschkristalliaation an «irtschaftlionsten durongeführt «erden kann bei einem aefrierpunktuntersohisd ^ τοη O,5⁰O* Als Austausonalttel «ird Kabeljauleberöl verwendet, dessen Gefrierpunkt bei dem atmosphärischen Druck bei dem Wert von Ϊ -0,3⁰O liegt, während der Wert für or _fB 0,02 betragt. Warden diese Werte in die Gleichung (4) elngesetxt, so ergibt eine Berechnung, dass auf das Gemiach aus lis und Austausohmittel ein Druck von 127 At ausgeübt «erden muss, um den gewünschten Oefrierpunktunterschied von 0,5⁰C su erreichen, und um eine Austausohkrlstallisation zu bewirken, bei der Frischwasser und Austausohmittelsohlasa in der gewünschten Menge erzeugt «ird.

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Beispiel 2

Wird anstelle dea Kabeljauleberöl· ein eutektische* Qe»isch au· Bensen und Maphtualen al· Auetauacnmittel verwendet, •o «eist diese· Material bei Atmosphärischen Druok einen Gefrierpunkt *_#M von -3,6⁰O und tür · _tB eine» Wer« rom 0,03 auf. D·* sua ixιieItη de« ge»anechten Gefrierpunktunterschiedes von 0,5⁰O erforderliche Druck beträgt nach der Ausrechnung 109 at.

Beispiel 3

Wird al· Austauschakte 1 eine eutektieohe Mischung aus Zyklohexan und NaphthaIeα verwendet, eo ergibt sich bei atmosphärische μ Druck ein Gefrierpunkt von -3,6⁰O und fur α ein fert von 0,05. Der für einen Gefrierpunktunterschied erforderliche Druck beträgt daher ?Λ at.

Beiapiel 4

Bei atmosphärische» Druck beträgt der Gefrierpunkt eines eutektischen Gemisches aus Pentadekan und Sensen -4,5⁰O. Der Wert des Eutektikums tür a_en beträgt 0,02$. Der sua Irsielen eines ^ von 0,5°0 erforderliche Druok beträgt daher 153 at.

Beispiel S

Normales Tridekan «eist bei atmosphärischem Druck einen Gefrierpunkt bei -5,4⁰O auf. Der KoeffisUnt « *^m Gefrierpunkt in besug auf den Druok beträgt 0,02. Dieser Wert entspricht den anderen erforderHohen Eigenschaften, die das Aestauschmittel aufweise a muss, damit es sum Ausfrieren von ttagefäfcr 60 <*·*·# Wasser benutst werden kai», wenn ein Druck vo* 214 afc benutit wird, im eine Austausohkristallisation bei einem Gefrierpunktsunterechied

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von 0,5⁰O BU bewirken.

Ie wird darauf hingewiesen, dass die Austauechkristalli-

26 sation, die in der HooMruekkristalliaationezone als Folge der Druckerhöhung in der Anlage stattfindet, gleich derjenigen ist, die in der Eiekristalii«ation*»one 20 stattfindet nit der Ausnahme, dass das Umgekehrte erfolgt, d.h. das Ali scheiIzt und ein Teil des AustauschakteIe gefriert und wird daher in den festen Zustand versetzt.

Aus der Eochdruckkristallisaiionszone 26 wird das Gemisch aus fässer und Austausehmittel, das nunmehr aus einer festen und einer flüssigen Phase besteht, zu einem Zyklonabscheider 28 geleitet. Anstelle des Zvklonabsoheidera kann ein Absetzturm oder eine Zentrifuge benutzt «erden, um eine Trennung des fässer* vom Austausohmittele auf der Basis des DichteUnterschiedes durchzuführen. J^r Austausonflüssigkeitsschlamm wird am oberen Teil des Zyklonebsoheiders 28 abgeführt und wird, immer noch unter einem überatmosphärlachen Druck stehend, zu einer der Einheiten 30 einer Doppelpumpenexpandereinriohtung geleitet. Beim Durchgang durch diese Einheit 30 expandiert der Austausohmittelschlamm bis zu einem Druck von ungefähr 1 at., wobei die Grleichgewiohtsschmelstemperatur von ungefähr -2,5⁰O auf ungefähr -4_t5°C bei der Intsalzung von Meerwasser absinkt, je nachdem, welches besondere Austausohmittel verwendet wird. Zugleich wird ein Hauptteil der Energie, die aus dem Austauschet te 1 bei dessen Expansion auf einen verminderten Druck erhalten wird, von dem anderen Ende der Pumpenexpandereinheit 30 dem Gemisch aus den Eiskristallen und dem Austausohmittel zugeführt, das zur Eochdruokkristallisationszone 26 gepumpt wird. Die zum Erzielen des gewünschten Druckpegels erforderliche üiet toe ingange Ie istung wird dadurch herabgesetzt.

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Aus der Pumpen-Expandereinheit 30 wird der Austauscbmittelsohlamm über die Leitung 31 bis zu den Funkt wieder in Umauf gesetzt, an dem der Schlamm in das τorgekühlte Meerwasser eingeführt wird, das sich au· der Vorkühlkammer 14 cur Äiskristallisationszone 20 bewegt· Obwohl in der Fig.1 nioht dargestellt, kann ein (Ceil dee Austaueohmlttelechlamme sur Rochdruckkristallieationeione 26 wieder in Umlauf gesetzt werden, um die Kernbildung der festen Partikel dee Austausohmittele su fördern, wenn dies erwünscht sein sollte·

Das Trink- oder Frischwasser, das aus dem Auetauschmittelschlamm im Zyklon 28 abgeschieden wird,wird am unseren feil des Zyklons abgelassen und durch eine zweite Pumpen-Exp^uuereinheit 32 geleitet, in der es bis auf einen Druck von ungefähr 1 at expandiert wird. Die bei dieser Expansion surdohgewonnene Energie wird gleichfalls benutzt, um die Erhöhung des Druckes auf das in die Austaueohkristallisationesone 26 eintretende Eis-Austauschst! t te 1-Gemiaoh auf die gewünschte Höhe su unterstützen. Nach dem Durchlauf durch die Pumpen-lxpander-linheit 32 wird das kalte Frischwasser zum oberen (Ceil der entgegengesetzten Seite des '

in Abteilungen aufgeteilten Direktkontakt-Vorkühlers 24 von der Seite aus geleitet, an der die kalte Salssole aus dem Zyklonabsoheider 22 eingeführt wird. Bieraus geht hervor, dass das Frischwasser und die Salzsole, die in den Direktkontakt-Vorkahler 24 an dessen entgegengesetzten Seiten eintreten, mit einander nicht in Berührung gelangen können. Sowohl das fässer als auch die Salzsole fließt in der betreffenden Kammer nach unten im Segenstrom zu einer ansteigenden Strömung einer färmeaustaueohflüssigkeit, die am oberen Teil der Vorkühlerkammer 14 zurückgewonnen wird, wie bereits beschrieben. Die lärmeaustauschtlüssigkeit wird in

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zwei getrennten Strömungen Ια den unteren teil der beiden Abteilungen des Vorkühlere 24 eingelassen« Da die Wärmeaustaueohflüsaigkeit eine geringere Dichte aufweist als das frischwasser oder die Salieölt, so bewegt sich die flüssigkeit zu» oberen Teil des Vorkühlere 24-, wird von der Pumpe 16 abgepumpt und durch die Qefriereinheit 18 geleitet. Di· Oefriereinhelt 18 soll die Wärmerer luate in der «ärmeaustausoofliissiekeii so beeinflussen, dass die Γlüssigkeit in die Direktkontakt-Vorkiihlerkammer 14 mit der gewünschten Temperatur eintritt, die bei einer Keerwasser-Sntsalzungsanlage ungefähr -2,5⁰C beträgt.

Das Frischwasser und das Meerwasser wird aus dem unteren Teil der betreffenden Abteilung des Vorkühlere 24 abgeführt und durch eine Reinigungseinrichtung geleitet z.B. durch ein Absorptionemi ttelbett oder durch ein Filter 38, um unzulässige Spuren des Austauschakt te Is zu entfernen, das von den Frischwasser und der Salzsole mitgeführt sein kann. Im Falle der Salzeole dient aas Beinigen oder die Rückgewinnung des Austauschmittels natürlich mehr dem Zweck einer Erhaltung dieses Materials als zum Beinigen der Salzeole.

In der Fig.2 ist eine Abänderung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt. Da die zum Durchführen des Verfahrens benutzten Einrichtungen im wesentlichen die gleichen sind, so sind die einander gleichen oder entsprechenden Bauelemente mit den gleichen Bezugszeiohen versehen worden. Das unter Benutzung der in der Fig.2 dargestellten Einrichtung durchgeführte Verfahren schreitet in der gleichen Weise fort wie das unter Besug auf die Fig.1 beschriebene Verfahren, bis das vorgekühlt· Meerwasser am unteren Teil der DLrektkontakt-VorJciihlerkamiier 14 abgelassen wird. Danach wird das Meerwasser nicht la eine liekrietallisations*

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cone und in einen Zyklonsbeehelder geleitet, «ie in bezug auf die Fig.1 beschrieben, sondern in einen Sinzelaustausohkristallisa·* tioae- und Absoheideturm 40, in dem aus dem Meerwasser Eiskrietaile ausgefroren «erden, während die festen Partikel im Auetauachmitte lsohiamm schmelzen. Sie Sohiohtenbildung im Turm 40 erfolgt in der Welse, dass die Salssole sieh am Boden des Turmes absetzt, während das Gemisch aus Biskristallen und Austauschst!ttel sich zum oberen Teil des Turmes hin bewegt. Oberhalb der

Zwischenfläche zwischen der Salzsole und dem Austausohmittel im

41 oberen Teil des Turmes 40 kann ein geeignetes Sieb quer zum Turm angeordnet «erden, das ein Absinken der Eiskristalle aufgrund der Eigenschwere und ein Abführen zusammen mit der Salssole verhindert. £s «ird darauf hingewiesen, dass das Austatisohmittel in den Turm 40 an einer oberhalb des Siebes in geringer Entfernung von diesem gelegenen Stelle eingelassen wird, und wenn das Austauschmittel nach oben steigt und die festen Partikel zugleich schmelzen, so werden die liskristalle suspendiert, die von der eich im Gtegenatrom bewegenden Salzeole erzeugt werden. Der Schlamm aus Eiskristallen und Auetauachmittel wird am oberen Teil des Turms 40 und die Salzsola am unteren Teil abgelassen.

Bei der Aueführungsform der Erfindung nach der Fig.2 wird das große Kapital und die Betriebskosten, die für eine Pumpe benötigt werden, die den für die letzte Austausohkristallisationsstufe ü«b Verfahrens erforderlichen hohen Druck erzeugt, dadurch vermieden, d&ss ein hydrostatischer Kopf benutzt wird und die mit dieatiBi verbundene natürliche Steigerung des Druckes bei größer »erdo'voiT 'fiele is Erdboden, um die Anlage mit Sicherheit unter Di-vr-k g.-Λ mtzrn, 7---A diesem Zweck können vorhandene Minenschächte,

•-r ^!;ö oder verlassene Bohrlöcher ausgenutzt

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werden, Andererseits kann auch bei günstigen Bedingungen ein Bohrloch bis au einer Tief« gebohrt werden» dit dsm erforderlichen Druck von ungefähr 50 bis 250 at. entspricht. In der Fig»2 ist das Bohrloch mit 42 bezeichnet, das sich in einen Hohlraum 44, öffnet, der »ich im Srdboden in eine« .geeignetea £iefe befindet. £s wird darauf hingewiesen, dass das Bohrloch 42 einen inneren ti ohr strang 46 und einen äußeren Bohrstrang 4Θ aufweist, der mit dem inneren Bohrstrang zusammen einen ringförmigen Baum 50 bildet, ferner ist noch ein Bohrstrang 52 vorgesehen, der sum Befördern des Frisch- oder des Trinkwassers vom Boden des Hohlraumes 44 ζur Erdoberfläche dient, wie noch beschrieben wird,

fahrend der hydrostatische Druck der fassersauIe bei dem Verfahren nach der Erfindung benutzt wird, u» die Hochdruckluetauechkristallisation zu bewirken, so dient die pumpe dj lediglich als WelterIeitungspumpe und braucht nur die Leistung zu liefern, die -zum Kompensieren der Reibungsverluste in den Leitungen und der hydrostatischen Druckdifferenzen als Folge der iiiohteunterschiede ausreicht* In diesem Falle keine Hochdruckpumpeinheiten gleich der Doppelpumpenexpanderanordnung JO und 32 nach der Fig.1 benötigt· Der Schlamm aus Üis und Austauschmittel gelaugt vom Turm 40 aus, in dem die Hiederdruckauetausohkrietallieation erfolgt, durch die Pumpe 27 und durch den Bohrstrang 46 in den unterirdischen Hohlraum 44. Wird andererseits ein Produkt mit hohe« Reinheit gewünscht, so kann ein nicht dargestellter Waschturm gleich dem fur» 25 in der Fig»1 zwischen der Pumpe 2/ und dem Bohrstrang 46 vorgesehen werden«,

Der Schlamm wird von dem hydrostatischen Kopf unter gtaetst, des im Bohrstrang 46 steht. Der hydrostatische

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Druck im Bohrstrang 46 dient denselben Zweck wie die Pumpen-Expander 30 und 32 a&ch der Fig. 1, um eine Austausohkristaliisation d©r beschriebenen Ast zu erreichen, wobei ein Teil der Austauechfliissigkeit gefrierb und der Auetaueohmittelechlaam regeneriert wird, nährend die fiiskristalle schmelzen. Diese Traneformation der physikalischen Zustände wird im oberen Teil dee Hohlraumes 44 vervoils bändigt. Die Trennung der flüssigen Phasen von einander erfolgt im Hohlraum als Folge der Dichteunterschiede, «ie zuvor beschrieben, so dass sich am Boden des Hohlraumes Trinkwasser ansammelt. Der Auetaueohmittelschlamm, der infolge des Druckanstiegs regeneriert wird, strömt im ringförmigen Baum 50 nach oben und wird zur unteren Druckaustauschkristallisationezone im Turm 40 ζurdckgeleitet.

Das Frisch- oder das Trinkwasser aus dem unteren Teil des Hohlraumes 44 wird durch den Bohrstrang 52 zur Erdoberfläche befördert und zu dem in Abteilungen unterteilten Vorkahler 24 zu dem in Verbindung mit der Fig.1 bereite beschriebenen Zweck geleitet. Schließlich werden sowohl die Salzsole als auch das Frischwasser durch die Reinigungseinrichtung 38 geleitet, bevor sie schließlich verwendet werden.

Bei der in der Fig.3 dargestellten abgeänderten Ausführungsform der Erfindung wird anstelle des direkten Wärmeaustausches nach den Figuren 1 und 2 ein herkömmlicher indirekt wirkender Wärmeaustauscher zum Vorkühlen dee Meerwasserβ benutzt. Wenn gewünscht, könnte jedoch auch ein direkter Wärmeaustausch nach der fig.1 vorgesehen werden. Das einströmende meerwasser wird daher von einer Pumpe 60 durch einen Wärmeaustauscher 62 geleitet und mit kalter Salsaole in einen indirekten Wärmeaustausch gebracht, während das Trinkwasser in der beschriebenen

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Weise abgeführt wird, flach dem Durchlauf durch β inen mihiungswärmeaustauscher 64 streut das kalte bearwaseer la eia«n Turm 4O₁ der im wesentlichen in der gleichen Weise arbeitet wie der Turm 40 nach der Mg.2* Sie Aue taueehkr !stabilisation erfolgt daher ist Turm 40 dadurch, dass das Meerwasser mit dem Austausohiiittel vermischt wird, das die Fox·» eines Schlammes aufweist und dem Turm von einer Pumpe 66 mit einer knapp unter des Gefrierpunkt des Meerwasser» liegenden Temperatur zugeführt wird. Die Funktion der Pumpe 66, die den Auetaueohmittelsohlamm suai Turm 40 wieder in Umlauf setet, wird später noch beschrieben.

iiach der Abscheidung als Folge des Diefattitntersohiedes wird am unteren Teil des Turmes 40 kalte Salcsolt abgelassen und durch den direkt wirkenden färmeaustauscher 62 uoü durch die Beinigungseinriefatang 68 geleitet. Das AuetaueaJimittel und das Ton diesem mitgeführte Ils wird am oberen Teil des Turmes abgelassen. Das Gemisch aus feis und Austausohmittei wird in einen Tank ?0 geleitet. Sine Pumpe J2 befördert dae Semisch aus Ils und Austausch«! t-fcal_t dae sich im Tank /O angesammelt hat, su einem der drei fiochdruok-iuataueehkristallisationsturme 76» ?8 und 80.

Diese drei Tiirae /6» ?8 und 60 gestatten elae Durch™

führung des Verfahrene mit Unterbreohunge-n in ei aer Sachkundigen

bekannten ieise. «ie i η der Fig.3 dargestellt, werden die lis-

kristalle und das Austftüeohmittel durch ein viemegeventil 82 in die Haauatr 76 geleitet, so dass die«» 1 ; ULf. '- J vr; ί , $«-

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unter Druck gesetzt «erden kann« Es wird darauf hingewiesen, dass an den Auslass der Druckpumpe 86 «in Hoohdruokwssserepeichertank 68 angeschlossen ist, um einen beständigen Betrieb dieser Pumpe bei dem halbf or tiefenden Betrieb der Anlage zu ermöglichen.

Der dritte Hooadruok-Austaueohkristallisationeturm dient zum abschließenden Trennen des Frischwasser· vom Auetauschmitte Ischlamm. AuJC diese stufe folgt die Druckstufe, die bewirkt, dass das £is schmilzt, βion im unteren Teil des Behälters sammelt und die Regeneration von festen Partikeln im Austauaonmittel bewirkt, wobei der Austausohmittelschlamm erreugt wird. Im oberen Teil der drei Hochdruck-Austauschkrietallieationstürme 76, 7& und 80 ist ein inertes Gas eingelassen, so dass die Entleerung des dritten Turmes durchgeführt werden kann, naohdem die Auetausohkristallisation stattgefunden hat.

Alle drei Ventile 82, 84 und 90 können in vier Stellungen eingestellt werden, wobei bei der einen linste llung das Frischwasser, das sich in Form einer Schicht im unteren Teil eines der drei Türme 76» 78 oder 80 angesammelt hat, su einem Trinkwasserspeichertank befördert wird, flach dem Ablassen des Frischwasser« aus einem der drei Türme wird das betreffende Ventil in eise zweite Einstellung gebracht, bsi der der Austauschet te lsehlam® zu einem Speichertank 94 geleitet wird. Wie bereite beschrieben, pumpt die Pumps 66 den Austauschakttelschlamm aus dem Tank 94 in den iiiederdruok-Kristallisationaturm 40, in dem die breite beschriebene Niederdruok-Austauechkrietallisation stattfindet. !)»& Frischwasser aus dem Tank 92 wird von einer Pumpe 96 sua? direkt «irkenden Wärmeaustauscher 62 und von diesem aus sv der Heißigüags&einrichtußg 68 befördert.

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In welcher Weise mehrere periodisch betriebene Gefäße in, abwechselnder fieihenf olge zum lri*eiahen eines h@ J bf ort laufenden Betriebe benutzt «erden, ist an sich bekannt* Bei Anwendung des halbfortlaufenden Verfahrene nach der ü-rf indung sind aie erforderlichen Leistungen wesentlich geringer als für das fortlaufende Verfahren nach der iig.1. Andererseits wird für den unterbrochenen Betrieb eine wesentlich größere Hoohdruokeinrichtung benötigt als bei dem fortlaufenden Betrieb. Bei einer gegebenen Kapazität der Anlage müssen daher die Anlagekoaten mit den Betriebskosten in .blinklang gebracht werden.

Bei kleinen Entsalzungsanlagen ist vieLIeloht der in der Fig.4 dargestellte ohargenweise Betrieb am wirtschaftlichsten, Bei diesem Verfahren wird das in der herkömmlichen «felse vorbehandelte Meerwasser durch einen indirekt wirkendeß Wärmeaustau-Bcher-Vorktihler 100 uüd durch einen Gefrierwärmeaustauscher 102 hindurch in ein keerwaaserbehälter 104 gepumpt*. Aus dem Behälter 104 wird das vorgekdhlte Meerwasser über ein Dreiwegeventil 106 zu einem Austaischkristailisationsturm 108 geleitet, in dem es ffiit dem AustauschmitteIschlamm direkt und innig vermischt wird» Aus einem Speichertank 114 wird der Ausbauechmitte!schlamm aufgrund der üigenschwere aber ein Ventil 110 in am oberen Teil des lurms 108 eingeführt.

Der AustauschkrietalliBationsturm 108 wird abwechselnd mit niedrigen und hohem Jruck betrieben. Mach dem Einlassen des vorgektihlten Meerwasser· in den Turm 108 wird das Gemisch aus Meerwasser und Auatausohmitteleohlam* mehrere Hinuten lang darohgerührt. Wahrend dta Durohruhrene und danach erfolgt die Kristallisation, bei d«r au« des Meerwasser Biskuitfc&lle ausgefroren werden, während die festen Partikel im Austauschaktelechlaaui

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schmelzen. Hach dem Umrühren wird das Gemisch im Turm 108 eich absetzen gelassen. Die Trennung der Phasen von einander erfolgt dann aufgrund der Dichteunterschiede, wobei die Salzsole sich im unteren Teil des Turmes ansammelt und über das Dreiwegeventil 106 in einem Vorratsbehälter 116 abgelassen werden kann, während zugleich da® Auetausohmittel aus dem Tank 112 die aus dem Turm 108 abgeleitete Salzeole ersetzt. Das Ventil 110 wird dann in eine zweite Einstellung bewegt, bei der die Pumpe 114 mit dem Turm 108 in Verbindung gesetzt wird, die den im Turm 108 zurückbleibenden Schlamm aus Eis und Austauschmittel unter Druck setzt, wonach das Gemisch wieder umgerührt wird. Ss ist ein Ausgleichetank 115 vorgesehen, der die Strömung des Austauschakt te la wahre ua. der Arbeiteperiode glättet. Dabei wird die Hoohdruck-Austauachkrietallisation eingeleitet, bei der das &is schmilzt, wahrend das Auetauschmittel durch Bildung von festen Partikeln regeneriert wird. Das Umrühren wird beendet, so dass der Auetausohmittelschiamm sich vom Frischwasser trennen kann. Das Dreiwegeventil 110 wird zum Vorratsbehälter 112 geöffnet, wobei der Druck im Turm 106 um ungefähr 1 at gesenkt wird. Das sich im unteren Teil des Turmes 108 ansammelnde Frischwasser wird durch das Dreiwegeventil 106 rasch zu einem Frischwasservorratebehälter 106 geleitet. Sowohl die kalte SalzeοIe als auch das kalte Frischwasser kann aus den betreffenden Behältern 116 und 118 von den Pumpen 120, 122 herausgepumpt und in indirektem Wärmeaustausch mit dem einströmenden vorbehandelten Meerwasser in den Wärmeaustauscher 100 geleitet werden.

Wird das Frischwasser aus dem Auetausohkristallisatlonaturm 108 abgelassen, so erfolgt bei dem surüokbIsinenden Ααβ~ taueohmitte!schlamm ein Absinken der Qefriertemperatur, da der

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Druok um ungeihr 1 at erniedrigt wird. Der Schlamm iet dann aufnähmebereit für eine «eitere Menge Meerwasser aus dem Vorratsbehälter 104.

Sin an eich bekanntes und gegenwärtig angewendetes Verfahren ε um -Entsalzen von Meerwasser umfasst ein kurzzeitiges Herabeeteen des Druckes auf dem vorgekühlten Meerwasser, wobei Wasserdampf und ein Geadsoh aus Meerwasser und Eis entsteht. Dieses Verfahren ist insofern nachteilig durch drei entstehende Kosten und zwar entstehen Kosten (a) durch die große und rauabeansprechende Ausrüstung, die zum Kondensieren des Wasserdampfes erforderlich ist, der beljdem Verfahren erzeugt wird, und die bei den niedrigen FroduktionsdrÜcken ein außerordentlich großes Volumen in Anspruch nimmt, (b) durch die erforderlichen großen wieder in Umlauf au setzenden Mengen, um große Eiskrlstalle zu erhalten, wodurch deren Handhabung und Waschung ermöglicht wird, und (c) durch den Nefctoverluet an Wasser ale Folge der Notwendigkeit, von den Maler Is ta Ilen die anhaftende Salzeole unter' Verwendung von frischwasser abzuwaschen.

Durch die Anwendung der beschriebenen Austauscher ie talli· sation bei dem soeben beschriebenen Verfahren können die angefahrten Kosten herabgesetzt werden. In der fig.5 ist dargestellt, in welcher Weise die Auetausciikrißtallieation mit Torteil zusammen mit gewissen Teilen der Gefrier-Verdampfung angewendet wex·- den keim, Zu Beginn des Verfahrens wird das in der herkömmlichen Welse ν or behandelte Meerwasser durch einen indirekt wirkenden Wärmeaustauscher 1,30 uad dyrch eine Gefriereinheit- 132 zu einer

'»■■■■;friii.f--?erdampfereΙ·;;ιΙ.,5 ' fc 134 geleitet, la dar ΐΛ.υ.\·, 'it 134 wird

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vermindert wird, und das große Volumen dee erzeugten Wasserdampfes wird oberhalb der Gefrier-Verdampfereinheit W abgeleitet und einer ^Reinigungseinrichtung 136 zugeführt. Zugleioh mit der Erzeugung des Waseerdampfei wird in der Einheit 134 aus dem kalten Meerwasser Sie ausgefroren.

Der aus der Verdampfereinheit 134 zur Beinigungseinrichtung 136 geleitete Dampf enthält mitgeführte Salzsole. Um die Salzeole aus dem Wasserdampf zu entfernen, wird aus einem noch zu beschreibenden Kondensator 136 über ein· Bohrleitung 140 das Auetauschmittel in aen oberen Teil der Reinigungseinrichtung 136 geleitet. Das Austauschmittel fließt im Gegenstrom zum Wasserdampf in die Beinigungeeinriohtung 136 und wird naoh dem Entfernen der mitgeführten Salzeole aus dem Wasserdampf am unteren Teil der Beinigungseinrichtung abgelassen und zu einer Schlammkammer 142 geleitet. Wenn gewünscht, kann ein Teil des Austauschmittels in die Verdampfereinheit 134 geleitet werden, wie durch die unterbrochene Linie 143 dargestellt, so dass die Eiekrietalle in der Verdampfereinheit bei Anwesenheit der AustauschflüseigKi j I gebildet werden mit dem Ergebnis, dass der Soleeinachluee in a<,n r istr istailen durch die WaschwirJcung der Auetauschmittelflüssigkeit vermindert wird.

Das Gemisch aus Meerwasser und Eiskristallen, die sich im unteren Teil der Verdampfereinheit 134 bilden, wird aus dieser äinhei t abgelassen und gleichfalls in die Schlammkammer 142 geleitet. In der Schlammkammer 142 wird das Auetaueonmittel mit dem Gemisch au« Eis und Meerwasser direkt und innig vermischt, so dass die Ilskristall· physikalisch durch die unterschiedlich· Dichte aus der Salzsole entfernt werden, wobei die anhaftende SalzeοIe in der beschriebenen Weise abgewaschen wird.

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Dae Gemisch au« dem Austauschmittel, der Salzsole und den Eiskrietallen wird dann zu einen Absetztank 144 geleitet, in den die Austauschflüssigkeit und die Eiskristalle von der schwereren Salzeole getrennt «erden. Sin Teil dieses Gemisches kann zum Verdampfer 134 nieder in Umlauf gesetzt «erden, in dem die £iskrietalle die Kernbildung fördern und das Ausfrieren .einer «eiteren Menge Wasser unterstützen können. Die Salzsole «ird aus dem unteren Teil des Absetztanks 144 von einer Pumpe abgepumpt und durch den indirekt «irkenden Wärmeaustauscher 130 zum Vorkühlen des einströmenden Meerwasserβ geleitet. Das mitgeführte Siekristalle enthaltende Austauschmittel «ird von einer Hochdruckpumpe 148 zu einer Hochdruck-Austauschkrietallisationszonβ 150 befördert, in der das unter Druck gesetzte System eine Änderung des physikalischen Zustandeβ erfährt, so dass das Eis schmilzt und su frischwasser wird, «öhrend das Auetauschmittel zu einem Schlamm umgewandelt wird, der feste Partikel enthält. Das Frischwasser und der Austauschmittelschlamm «ird dann in den Absetztank 152 befördert, in de» eine Absonderung des Frisch- «aasers aufgrund des Dichteunterechiedes in der beschriebenen Weis« erfolgt. Das frischwasser wird dann durch einen geeigneten Expander 154 geleitet, der sum Biiokgewinnen einte Teiles der im lasser während der Druckstufe de· Verfahrene erzeugten Energie dient, welche En«rgi· sum Herabsetzen dee Hettoenergieeinganges benutzt wird, der sum Durchführen dee Verfahrene erforderlich ist. Her Austausohmittelechlamm wird gleichfalls durch einen Expander 156 geleitet, bevor das Austausohmittel sum Kondeneator 8 wieder in Umlauf gesetzt wird, wenn gewünscht, kann ein Teil dee Auetauschmittele von einer nicht dargestellten PuMpe sur Hoohdruckkristallisationesone 150 wieder in Umlauf gesetzt werden, wie

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in der Fig.5 durch die unterbrochene Linie 157 dargestellt.

Der Kondensator 138 benutzt das Austauschmittel zum Kondensieren dee lasserdampfes, der aus der Reinigungseinrichtung 136 in den Kondensator eintritt. Obwohl das lustauechmittel in den Kondensator 138 bei ungefähr dem atmosphärischen Druck und mit einer Grleiohgewichtsschmelztemperatur von ungefähr -4,5⁰O eintritt, je nach dem verwendeten besonderen Austauschmittel, so beträgt der Druck und die Temperatur im Kondensator 138 ungefähr 3mm Quecksilbersäule bezw. ungefähr -4°C. Wenn der Wasserdampf mit dem Auetauschmittel in Berührung gelangt, so wird der Dampfkondensiert, wobei das Kondensat aufgrund der größeren Dichte sich am Boden des Kondensators 138 ansammelt. Von hier aus kann das Frischwasser von einer Pumpe 160 abgepumpt und zum indirekt wirkenden Wärmeaustauscher 130 zum Vorkühlen des einströmenden keerwassers befördert werden. Wie bereits erwähnt, wird das Austausohmittel, das auf dem Frischwasser im Kondensator 138 eine Schicht bildet, durch eine Bohrleitung abgeführt und zur Reinigungseinrichtung 136 geleitet. Sachkundige können bei dem in der Fig.5 dargestellten Verfahren verschiedene Änderungen und Abwandlungen vornehmen, Ia besonderen kann eine größere kenge Austausohmittelschlaui als zum Kondensieren des Wasserdampfes erforderlich in der Anlag· wieder in Umlauf gesetzt werden. Diese den Kondensator 138 verlassende und durch die Beinigungseinrichtung 136 zur Schlamm !rammer 142 strömende "überschüssige" kenge des Austausohmittela kann dann in einem Direktkontakt-Niederdruok-Auetaueohkrietallieationsverfahren der beschriebenen Art benutzt werden, um aus der Salzeöle in der Schlammkammer 142 eine größere Meng· Wasser auezufrieren, so dass eine höhere Auebeute an lie ersielt werden kann, ohne die

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tiandhabungsbelastung dee fässerdampfes zu erhöhen. Tatsächlich kann für dieselbe Produktionsmenge die Wasserdampfbelastung herabgesetzt «erden durch entsprechende Anpassung der überschüssigen Menge des Austauschmittelschlammee, die zum Erzeugen von zusätzlichem Eis in der Schlammkammer 142 benutzt wird, an die Dampfmenge, die im Kondensator 138 wirtschaftlich gehandhabt werden kann.

Als weitere Abänderung dee in bezug auf die Fig.5 beschriebenen Verfahrene kann der Auetauschmittelschlamm, anstatt dem oberen Teil des Kondensators 138 nach der Fig.5 zugeführt zu werden, direkt in den oberen Teil der Verdampfereinheit 134 geleitet werden, wobei der von dieser Einheit selbst erzeugte Masserdampf verflüssigt wird, so dass die Reinigungseinrichtung 136 und der Kondensator 138 weggelassen werden können, für die ein erhebliches Kapital investiert werden muss« Bei dieser Anordnung würde das gesamte Frischwasserprodukt aus dem Absetztank 152 abgeleitet werden.

Sin weiteres gut bekanntes Hntsalzungsverfahren, bei dem die Austauschkristallisation nach der Erfindung mit Vorteil angewendet werden kann, beruht auf der Verwendung eines äußeren Gefriermittels wie Butan. Die Fig«6 zeigt eine Einrichtung dieser Art, bei der die Austausohkristallisation nach der Erfindung verwendet wird. Da die Einrichtungen nach den Figuren 5 und 6 einander ähnlich sind, wurden die einander gleichen oder entsprechenden Bauelemente mit den gleichen Bezugsseichen versehen. Bei diesem Verfahren wird flüssiges Butan mit vorgekühltem Meerwasser vermischt und in die Gefrier-YerdampfereiAheit 134 geleite t. In dieser wird der Druck des kalten Gemisches, das eine Temperatur von -2°ΰ bis ungefähr -4⁰C aufweist, von ungefähr

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mm qß auf 725 mm Qß herabgesetzt, wobei daa Butan kurzzeitig in den dampfförmigen Zustand versetzt wird und die Jtiskr ist alle aus dem Meerwasser auefriert.

Bei den herkömmlichen äußeren Gefrierverfahren unter Verwendung von Butan oder dergleichen wird der Dampf von einer äußeren juinlanlage kondensiert. Das Butanverfahren weist daher gegenüber dem in bezug auf die Fig.5 beschriebenen Wasserdampfverfahren den Vorzug auf, dass das äußere Kühlverfahren näher am atmosphärischen Druck arbeitet und daher nicht die fast unüber8teigbare Wasserdampfbelastung erfährt, die bei dem Verfahren erfolgt, bei dem das Meerwasser zum Erzeugen von Wasserdampf kurzzeitig beeinflusst wird. Das äußere Kühlverfahren, bei dem ein äußeres Kühlmittel wie Butan mit einem verhältnismäßig niedrigen Siedepunkt verwendet wird, weist jedoch immer noch denselben Hachteil auf, dass die gebildeten Siskristalle gehandhabt und gewaschen werden müssen.

Diese Schwierigkeit wird dadurch vermieden, dass das "Butan-Verfahren" mit der Austauaohkfistallisation kombiniert wird, wie in der Fig.6 dargestellt. Der im fiefrier-Verdampfer 134 kurzzeitig erzeugte Butandampf wird zu einem Kondensator 160 geleitet, in dem die Butandämpfe kondensiert werden durch Einführen das Austauschmittela in den Kondensator. Bei diesem Verfahren kann das Austauschmittel mit den zuvor beschriebenen ligensohaften außerdem mit dem Butan vermischbar oder unvermischbar sein und soll eine größere Dichte aufweisen al« daa Butan. Ss soll zuerst ein Austauschmittel behandelt werden, das mit dem Butan nicht vermischbar iat. Bei der Kondensation der Butandämpfe entstehen im Kondensator zwei flüssige Phasen, von denen die Butanflüssigkeit die obere Phase und die Flüssigkeit

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des Austausohmittels die untere Phase ist. Die Butanflüssigkeit «ird dann von einer Pumpe 162 zur Gefrier-Verdampfereinheit 134 nieder in Umlauf gesetzt, und das Auetauschmittel von am unteren Seil des Kondensators 160 abgelassen und zur Schlammkammer 142 geleitet. lin Teil dies·· aus dem kondensator 160 abgeführten AustauschmitteIs kann dann direkt in die Gefrier-Verdampfereinheit 134 geleitet «erden und unterstützt die Erzeugung der Eiskristalle. Dies «ird durch die unterbrochene Linie 161 dargestellt. Die aus dem unteren Teil der Verdampfereinheit 134 abgeführten liskristalle und die Salzsole «erden in die Schlammkammer 142 eingelassen und dort mit dem Austauschmittel innig und direkt vermischt.

Ist die Austausohflüssigkeit mit dem Butan vermiaohbar, so kann die Lösung aus dem Kondensator 160 von der Pumpe 162 in den Gefrierverdampfer 134 befördert «erden, in dem das Butan sich von der Aus'tauschflüssigkeit absondert. Die Butandämpfe verlassen den oberen Teil des Verdampfers 134, wohingegen der Schlamm aus Sie, Salzsole und Auetauschflüssigkeit den unteren Teil des Verdampfers 134 verlassen und in die Schlammkait xar 142 strömen.

Die übrigen Verfahrenaschritte des in der Fig.6 schema tisch dargestellten Verfahrens «erden in derselben Weise durchgeführt «ie der entsprechende Teil des in bezug auf die Fig.5 beschriebenen Verfahrens.

Das Butan-Auetauschkrietallieatioaaverfahren nach der Fig.6 «eist nicht nur den Vorzug auf, dass das Waschen des Jäises und die Umwandlung in Wasser wirtschaftlicher erfolgt, sondern es «erden außerdem noch Ersparnisse dadurch erzielt, dass der zum Umwandeln des Butandampfes in den flüssigen Zustand als

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Vorbereitung für den Wiederumlauf normalerweise erforderliche Kompressor durch eine Flüssigkeitspumpe 162 ersetzt «orden ist, die weniger Leistung verbraucht als die normalerweise benötigte Butandampfpumpe.

Wird Frischwasser mit einer sehr hohen Reinheit gewünscht, so können die aus dem Absetztank 144 entfernten Eiskristalle und das Auetauschmittel von einer Pumpe zu einem Waschturm befördert werden, in dem durch Verwenden eines Zwiechendruckes und einer kleinen Meng« von wieder in Umlauf gesetzten Frischwassers die Salzsole von den Jtiskristallen entfernt werden kann, bevor diese von der Hochdruckpumpe 148 zur Hoehdruck-Austauechkrietallisationszone 150 befördert werden. Dieses Verfahren kann wahlweise auch bei den Verfahren nach den Figuren 5 und 6 benutzt werden, und, obwohl die Zwisehendruckpumpe und der Waschturm nicht dargestellt sind, gleichen die genannten Bauelemente der Konstruktion und der Funktion nach der Pumpe 27 und dem Turm 25 aaoh der Fig.1.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Erfindung geht hervor, dass das vorgeschlagene Verfahren mehrere Möglichkeiten bietet· Bs ist das einsige Entsalzungsverfahren, bei dem das nicht normale Verhalten des Wassers ausgenutzt wird, dessen Gefrierpunkt absinkt, wenn der Druck ansteigt. Im Gegensatz zu anderen Direktkontakt-Gefrierverfahren, bei denen eine Verdampfung

ein
und eine Kondensation erfolgt oder/Wechsel zwischen dem flüssigen und dem dampfförmigen Zustand eines Kühlmittels zum Ausfrieren von Eis aus Meerwasser, umfasst das Verfahren nach der Erfindung einen direkten Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und einem Schlamm sowie eine Austausohkristallisation. Während andere Gefrierverfahren zum Entsalzen von Meerwasser die Abscheidung des

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Eises als feste Körper aus einer Flüssigkeit an verschiedenen Punkten des Verfahrens erfordern, umfasst die Erfindung lediglich die Trennung von zwei mit einander nicht vermischbaren Flüssigkeiten, die einen genügend großen Dichteunterschied aufweisen, um die Absetzzeiten zu verkürzen. Bei der Durchführung dieser Trennung der mit einander nicht vermischbaren Flüssigkeiten wird das Eis oder das Frischwasser, je nach Lage des Falles, selbsttätig aus der Salzeole oder dem Austauschmittelschlamm abgeschieden. Das Verfahren nach der Erfindung weist den weiteren Vorzug auf, dass die anhaftende Salzsole durch beständiges Waschen der Eiskristalle während deren Bildung als Suspension der der Auetauschflüssigkeit entfernt wird. Im Gegensatz zu anderen Gefrierverfahren ist es oftmals nioht notwendig, das Meerwasser zu entlüften, bevor dieses nach dem Verfahren behandelt wird, da die von Natur aus eingeschlossene Luft im allgemeinen für die Bildung kleiner Eiskristalle von Mutzen ist, die im Auetauschmittel unter Bildung eines pumpfähigen Schlammes stabil suspendiert werden können.

Obwohl verschiedene Ausführungsbeispiele für die Erfindung beschrieben wurden, können von Sachkundigen im Bahnten des Srfindungsgedankens Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen werden. Es wurde versucht, in den verschiedenen Strömungsdiagrammen verschiedene geeignete Abwandlungen zu zeigen, z.B. den Einschluss von Zyklonabscheidern bei einigen Ausführungsformen und von funktionell gleichwertigen Abseheidungstürmen bei anderen Ausführungsformen. Auch wenn in einigen Fällen ein direkter Wärmeaustausch zum Vorkühlen des Meerwassers benutzt wird, so kann auch in den meisten Fällen mit Erfolg ein indirekter Wärmeaustausch angewendet werden. Biese und weitere solcher

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Abänderungen und Abwandlungen sind für Sachkundige naheliegend und «erden ale im Hahmeα der Erfindung liegend angesehen, die allein durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt wird.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. P-atentansprüche

   —: Belegexemplar

   Darf nicht geändert werden

   1". Verfahren zum Gewinnen von Frischwasser aus einer wässerigen Lösung, dadurch gekennzeichnet, dass aus der wässerigen Lösung iSiskristalle ausgefroren werden, dass die wässerige Lösung und die Visier ie ta lie in einer Kontaktzone bei einer Temperatur, die mindestens so niedrig ist wie der Gefrierpunkt der wässerigen Lösung, direkt und innig mit einem flüssigen Austauachmittel in Berührung gebracht werden, das die folgenden Eigenschaften aufweist:

   (a) Unvermiachbarkeit mit der wässerigen Lösung und mit Frischwasser ,

   (b) Stabilität bei Anwesenheit von und nicht reagierend mit V/asser und mit der in der wässerigen Lösung gelösten Substanz bis zu dem Ausmaß, dass während des genannten direkten und innigen Kontaktes keine nicht umkehrbare physikalische oder chemische !Transformation erfolgt,

   (c) eine Sichte, die kleiner ist als die Dichte der wässerigen Lösung und des Frisohwaesers,

   (d) einen Gefrierpunkt, der mindestens so niedrig ist wie der Gefrierpunkt der wässerigen Lösung bei dem Druck, bei dem der genannte direkte, innige Kontakt erfolgt, und

   (e) einen positiven Koeffizienten der Schmelztemperatur in bezug auf den Druck -jp

   dass die wässerige Lösung von den Siekristallen und voa dem flüssigen Austauschmittel getrennt wird durch Ausnutzung des Dichte-

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   Dichteunterschiede8 zwischen dem Austauschaktte1 und der wässerigen Lösung, dass der Druck auf die fiiskristalle und auf das flussige Austauschmittel erhöht wird, um die Eiskristalle in Frischwasser und einen 'feil des flüssigen Austauschmittels in feste Partikel umzuwandeln, und dass das Frischwasser von der Flüssigkeit und von den festen Partikeln des Austauschmittels abgeschieden wird unter Ausnutzung des Dichteunterschiedes zwischen dem Auetauschmittel und dem Frischwasser.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wässerige Lösung aus Salzwasser besteht.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein 'feil des Auetauschmittels zur Kontaktzone wieder in umlauf gesetzt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten liskriställe aus der wässerigen Lösung dadurch ausgefroren werden, dass die wässerige Lösung mit dem Austauschmittel in Berührung gebracht wird, während das Auetauschmittel ein Zweiphasensystem ist und eine Stamrnflüseigkeit und dieser chemisch gleiche feste Partikel enthält.

   5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Austauscfomittel eine Dichte aufweist, die kleiner als 1,025 g/car und größer als 0,7 g/cm'' ist.

   6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gefrierpunkt der Austausohfliissigkeit bei atmosphäri-

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   atmosphärischem Druck im Bereich von ungefähr O⁰G bis.ungefähr -1O⁰O liegt.

   7» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Koeffizient der Schmelztemperatur in bezug auf den

   Druck H der Austauscht liissigke it den Wert von O,O15°O/Atmo-

   epb.äre übersteigt.

   8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck auf die Eiskristalle und auf das flüssige Austauschmittel erhöht wird durch Absinkenlassen der Kiskristalle und des Austauschmittels bis zu einer Tiefe im Erdboden derart, dass ein Druck erhalten wird, bei dem der Schmelzpunkt des Austauschmittels höher ist als der des Elses.

   9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Austauschmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus tierischen und pflanzlichen ölen und Extrakten aus diesen, aus geradkettigen organischen Verbindungen, die mindestens sechs Kohlens toil atome enthalten, aus periodischen organischen Verbindungen, aus aromatischen organischen Verbindungen, aus Ketonen, Aminen, Fettsäuren und aus eutektischeη Gemischen von organischen Verbindungen besteht.

   10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Jkustauechmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus

   ' Kabeljauleberöl, aus einem eutektischen Gemisch aus Benzen und

   Naphthalen, aus einem eutektischen Gemisch aus Zyklohexan und . Naphthalen, aus einem eutektischeη Gemisch aus Pentadekan und

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   Benzen und aus Rhizinusöl, Alenhadenöl, Olivenöl, ffalöl, Triolein, tienlöl, Sesamöl, Delphonöl, Dodekan, Dodezyn, 1,5 Hexadiyn, 1-kenthoa, ΐ-donaol, JJibutylketon, iaethalheptylketon, Butanolamin, 2-Amin, 1-Butanol, p-Aminoäthylbenzen, Tetramethylbenzen, kethylzyklohexanol, Inden, linoeieche Säure, kaproieche Säure und o-rtitrotoluen besteht.

   11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschiedene wässerige Losung und das abgeschiedene Frischwasser mit der wässerigen Rohlösung im Wärmeaustausch gebracht werden, bevor aus dieser Üiskr!stalle auegefroren werden, so dass die wasser ihe floh lösung vorgekiihlt wird.

   12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Austauschmittel und das Frischwasser nach dessen Abscheidung aus dem Austauschmittel durch Expander geleitet werden, um einen Teil der aufgewendeten Energie bei der Erhöhung des Druckes auf die Is-iskristalle und auf das Austauschakt te 1 zur ückzugewinnen.

   13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die üiekrietalle aus der wässerigen Lösung dadurch auegefroren werden, dass der Druck auf die wässerige Lösung kurzzeitig herabgesetzt wird, wobei Wasserdampf und ein Gemisch aus kalter wässeriger Lösung und Siskrietallen erzeugt wird.

   14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf mit dem Austauschakte 1 zum Kondensieren des Wasserdampfes in direkte und Innige Berührung gebracht wird,

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   und dass dann das aus der Kondensation abgeleitete Wasser von der Austauschflüssigkeit abgeschieden wird.

   15· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   dass aus der wässerigen Lösung die Biskristalle in der Weise ausgefroren werden, dass anfangs die wässerige Lösung mit einer Kühlflüssigkeit vermischt wird, und dass danach der Druck auf das Gemisch aus der wässerigen Lösung und aus der Kühlflüssigkeit herabgesetzt und mindestens ein Teil der Kühlflüssigkeit verdampft wird, wobei aus der wässerigen Lösung Eiskristalle auegefroren werden.

   16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Kühlmitteldämpfe mit dem Aus tauschst! ttel zum Kondensieren der Kühlflüssigkeit in Berührung gebracht werden, dass die Kühlflüssigkeit vom Austauschmittel abgeschieden wird, und dass die abgeschiedene Kühlflüssigkeit der wässerigen Lösung vor der Herabsetzung des Druckes beigemischt wird.

   17· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

   dass das Austauschmittel eine Dichte von ungefähr 0,7 g/cm* bis zu ungefähr 1,025 g/cm^ aufweist, dass der Gefrierpunkt des AustauschmitteIe bei atmosphärischem Druck im Bereich von ungefähr O⁰C bis ungefähr -1O⁰C liegt, dass der Koeffizient der Schmelztemperatur in bezug^auf den Druck mindestens O,O15?/Atmosphäre beträgt, und dass das Auataueciuuittel in der wässerigen Lösung und in Wasser bis zu nicht mehr ale 1 Gew.% löslich ist.

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   16. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucx auf die Austauschkristalle und auf das flüssige Austauschmittel von ungefähr 50 Atmosphären auf ungefähr 250 Atmosphären erhöht wird.

   19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Teil der Üiskrietalle geschmolzen wird, um vou. diesen anhaftende wässerige Losung zu entfernen, dass das Schmelzen durchgeführt wird unmittelbar vor aer Erhöhung des Druckes auf die üiskristalle und auf das flüssige Austauschmittel bis zu einem Ausmaß, das ausreicht, um die Eiskristalle in Frischwasser und einen Teil des flüssigen Auetauschmittels in feste Partikel umzuwandeln.

   20. Verfahren nach Anspruch 191 dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzen des Außenteiles der Eiskristalle bewirkt wird durch Erhöhen des Druckes auf die Eiskristalle und auf das Auetauschmittel bis zu einem Druck, der kleiner ist als der Druck, der zum Umwandeln von im wesentlichen aller EisKristalle in Frischwasser und zum gleichzeitigen Umwandeln eines Teiles des AustauschmitteIs in feste Partikel erforderlich ist.

   21. Verfahren zum Behandeln einer wässerigen Lösung zwecks Konzentration des gelösten Stoffes durch Entfernen relativ reinen fassers aus dieser ,^dadurch gekennzeichnet, dass mit der wässerigen Lösung nach deren Vorkühlung bis nahe an deren Gefrierpunkt ein zweiphaeiges Austauschmittel in direkte Berührung gebracht wird, das tue einer Flüssigkeit und aus festen Partikeln .mit der gleichen chemischen Zusammensetzung besteht, dass die

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   genannte Flüssigkeit die folgenden Eigenschaften aufweist;

   (a) Unvermischbarkeit mit der wässerigen Lösung und mit dem Frischwasser,

   (b) Stabilität bei Anwesenheit von und nicht reagierend mit Wasser und der Substanz der wässerigen Lösung bis zu dem busman, dass während des direkten Kontaktes keine nicht umkehrbaren physikalischen oder chemischen Transformationen erfolgen,

   (c) eine Dichte, die kleiner ist als die Dichte der wässerigen Losung und des Frischwasser,

   (d) einen Gefrierpunkt, der mindestens so niedrig ist wie der Gefrierpunkt des Wassers bei dem Druck, bei dem der genannte direkte Kontakt.erfolgt, und

   (β) einen positiven Koeffizienten der Schmelztemperatur in bezug auf den Druck -jp , dass

   das Auetauschmittel bei einer Temperatur eingelassen wird, die unterhalb des Gefrierpunktes des Wassers liegt und mindestens so hoch ist wie der eigene Gefrierpunkt, wobei eine Austauschkristallisation erfolgt und aus der wässerigen Lösung Wasser in Form von Eispartikeln ausgefroren wird, während mindestens ein Teil . der. festen Partikel des Austauschmittels geschmolzen wird und die latente Fueionewärme absorbieren, dass die wässerige Lösung von den Äispartikeln und von dem Austauschmittel unter Ausnutzung des Dichteunterschiedes zwischen dem Auetauschmittel und der wässerigen Lösung abgeschieden wird, dass der Druck auf die Üispartikel und auf das flüssige Austauschmittel erhöht wird, um die Eiskristalle in Frischwasser und einen Teil des Austauschtet te Ie in feste Partikel umzuwandeln, dass das Frischwasser von der Flüssigkeit und von den festen Partikeln des Austausch-

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   üustauscijniittels unter Ausnutzung des Dichteuhterschiedes zwischen dem Austauschmittel und dem Frischwasser abgeschieden wird, und aass mindestens ein !Teil des Austauschmitte Ie als zwei die Flüssigkeit una die festen Partikel umfassende Phasen zur I6one des ersten direkten Kontaktes zwischen der vorgekühlten wässerigen Lösung und dem genannten zweiphasigen Austauschmittel wieder in Umlauf gesetzt wird.

   22. Verfahren zum Gewinnen von Frischwasser aus einer wässerigen Salzlösung, dadurch gekennzeichnet, dass die Salzlösung auf eine Temperatur vorgekiihlt wird, die etwas oberhalb des üuiangsgefrierpunktes der Salzlösung liegt, dass die vorgekühlte Salzlösung bei ungefähr dem atmosphärischen Druck und bei der Umgebungstemperatur mit einem Austauschuittel in Form eines Schlammes aus festen Partikeln und einer Flüssigkeit gleicher Zusammensetzung in direkten und innigen Kontakt gebracht wird, dass das Auetauschmittel eine Dichte von ungefähr 0,7 g/cnr bis zu ungefähr 1,025 g/cnr aufweist, dass der Gefrierpunkt bei atmosphärischem Brück innerhalb eines Bereiches von ungefähr O⁰G bis ungefähr -10⁰O liegt und niedriger ist als der Gefrierpunkt der genannten Salzlösung, dass der Koeffizient der Schmelztemperatur in bezug auf den Druck mindestens ungefähr O,015°0/Atmosphäre beträgt, dass die Löslichkeit in der Salzlösung und in Wasser den Wert von 1 Gew./6 nicht übersteigt, und dass aas Austauschmittel stabil ist bei Anwesenheit von Wasser und Salz und mit diesen Stoffen nicht reagiert, dass die vorgekühlte Salzlösung und das .austauschmitte 1 umgerührt und mit einander eine Zeitperiode lang in Kontakt gehalten werden, die ausreicht, um aus der Salzlösung Eispartikel auezufrieren und um mindestens einen

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   Teil aer festen Partiicel des Austauschmittels zu Flüssigkeit ujnzuwanaeln, dass im wesentlichen aas gesamte iiustauschmittel und die Eispartikel aus der Salzlösung abgeschieden werden, aass der uruck auf das abgeschiedene .Austauschmittel und auf die £isparciköl von ungefähr 50 Atmosphären auf ungefähr 250 Atmosphären erhöht wird, während die iüispartikel mit dem Austauschmittel in direktem innigen kontakt stehen, wobei ein hauptteil der iiiapartikel zu .fässer mit einem verminderten Salzgehalt und ein Teil der flüssigen Phase dea AustauschmitteIs zu festen Partikeln umgewandelt wird, und dass danach das Wasser aus dem Austauschabgeschieden wird.

   23· Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,

   dass der Druck auf das abgeschiedene Austauschaktfee I und auf die Eispartikel auf einen Druck von ungefähr 10 Atmosphären auf ungefähr 100 Atmosphären erhöht wird, bevor der Druck auf einen höheren Druck im Bereich von ungefähr 50 Atmosphären auf ungefähr 250 Atmosphären erhöht wira, dass zugleich Frischwasser mit einem niedrigen Salzgehalt im Gegenstrom aurch aas Austausshmittei und: durch die iiispartikel bei direktem Aontakt mit diesen

   bewegt wird, wobei durch die Erhöhung des Drucke« und durch das i?asüheü mit Frischwasser von den Eispartikeln an diesen haftujüdö tialzsoie entfernt wird, und dass, danach da» Frischwasser, das bei dem gonanaaten V(aochen im iiegenatrom benutzb wurde, von den Kiaparbiköln und vom A.uataujBßhmibbe L ν01? duiu Erhöhen dep Drucköö auf/lie ü-iskr is ta lie und auf das. Austauachaiibbel vvii ungoführ 50 Abmoophären au| ungefähr 25t) atmoophiirrtn abgi-¹ schieden wird,

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   24. Verfahren-naah Ansprucü 23, ciaciurch gekennzeichnet,

   dass· ein Teil des vom iiustausohmittel als ^cnlusstufe nach Anspruch 20 abgesonderten Hassers wieder in Umlauf gesetzt und bei dem taschen im Gegenstrom nach Anspruch 23 benutzt wird.

   25· Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,

   dass nach dem ADSondern des Y/assers von aem Austaischmittfcl in der letzten Stufe nach Anspruch 22 das auf diese Weise abgeschiedene austauschmittel wieder in Umlauf gesetzt wird in den direkten innigen kontakt mit der' vorgekühlten Salzlösung bei atmosphärischem Druck.

   26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,

   dass die wässerige Salzlösung durch indirekten Wärmeaustausch mit der öalzlösung und dem «Vasser vorgekdhlt wird, das vom Austauschoittel während des Verfahrens abgesondert wurde.

   27» Verfahren nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet,

   dass die genannte Erhöhung des Drucke» durchgeführt wird aurch Fallenlassen des Austauschmittels und der aisparcikel aufgrund der üiigenachwere in den iirdboaen hinein.

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