DE1519678C3 - Destillationsvorrichtung - Google Patents

Description

4 γ COS (-)

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haben, wobei γ die Oberflächenspannung der verdampfbaren Salzlösung, θ die Berührungsfläche an der Trennfläche zwischen Salzlösung bzw. Gas und Kanalwand und Δ ρ unter den Betriebsbedingungen der maximale Druckunterschied zwischen dem absoluten hydrostatischen Druck der Mengen an Salzlösung und dem absoluten Druck des Dampfes und eines etwa vorhandenen anderen Gases innerhalb der Kanäle ist.

7. Destillationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher (46) vorgesehen ist, der vom Speisewasser einerseits und vom Destillat andererseits durchströmt wird.

Die Erfindung betrifft eine Destillationsvorrichtung zur Gewinnung einer reinen Flüssigkeit, insbesondere zur Gewinnung reinen Wassers aus einer wäßrigen Salzlösung, mit einer die wäßrige Salzlösung vom Destillat trennenden Sperre, die den direkten Übertritt von Wasser einerseits und Destillat andererseits verhindert, das Wasser in Dampfform jedoch hindurchtreten läßt. Dabei ist über der Sperre ein in Richtung auf das Destillat sinkendes Temperaturgefälle aufgebaut.

Eine solche Destillationsvorrichtung ist aus der US-PS 31 29 145 bekannt. Hierbei sind zur Trennung des Destillats von der wäßrigen Salzlösung poröse Platten vorgesehen, die durch eine undurchlässige Salzbarriere in Gestalt eines Lackfilms voneinander getrennt sind, welch letzterer auf einer Seite der porösen Platten untergebracht ist. Die Destillation erfolgt hierbei dadurch, daß Dampf von der Lösung nach dem Destillat über einen Hochdruck-Luftspalt gelangt. Dabei muß das Druckdifferential über dem Luftspalt größer sein als der Druck der in den Poren der Platten befindlichen Flüssigkeit. Die Platten werden erhitzt, um die Wärme auf die Flüssigkeit zu übertragen, die innerhalb der-Platten befindlich ist, und es wird umgekehrt die Wärme aus der Flüssigkeit abgezogen.

Die im bekannten Falle vorgesehenen Platten erlauben nicht den Durchtritt von Dampf und verhindern nicht den Durchtritt von Flüssigkeit, sondern sie werden benetzt, und zwar bis zur Sättigung durch die Lösung benetzt, und diese Benetzung findet auch auf der Destillatseite statt. Die Sperre wird demgemäß von zwei Platten und einem dazwischen befindlichen Luftspalt gebildet, und der Dampfübergang erfolgt lediglich über den Luftspalt unter der Wirkung des Druckdifferentials, während die Platten einerseits nur der Erwärmung, d. h. der Vorbereitung der Verdampfung dienen, und andererseits die Kondensation auf der Destillatseite bewirken. Beide Platten sind daher über ihren Querschnitt im wesentlichen mit Flüssigkeit gesättigt, und der Dampf tritt nur an der dem Luftspalt anliegenden Seite auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Destillationsvorrichtung der eingangs genannten Bauart zu vereinfachen und hinsichtlich ihres Wirkungsgrades dadurch zu verbessern, daß der Heizleistungsaufwand vermindert und das erforderliche Druckgefälle verringert werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Sperre als mikroporöse Membran ausgebildet ist, deren mikroporöse Poren wasserdampfdurchlässig, an ihren Wänden jedoch durch das Wasser nicht benetzbar sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Membranen verfügbar sind, welche in ihrem mikroporösen Aufbau so beschaffen sind, daß sie bereits bei einem relativ niedrigen hydrostatischen Druck einen Übergang in der Dampfphase zulassen, jedoch eine sichere Rückhaltung des gelösten Salzes gewährleisten.

Durch die Erfindung wird demgemäß eine Destillationsvorrichtung geschaffen, die ohne die Notwendigkeit eines Hochdruckluftspaltes einen Übertritt des Lösungsmittels in Dampfform zuläßt, wenn ein Temperaturgradient über der Membran aufgebaut wird. Die erfindungsgemäß benutzte hydrophobe Membran stellt einen schlechten Wärmeleiter in direkter Berührung mit den Flüssigkeiten dar, so daß der eingestellte Temperaturgradient erhalten bleibt. Dadurch, daß keine Benetzung stattfindet, kann bei kleinsten Abmessungen der Poren ein ausreichender Dampfdurchtritt gewährleistet werden.

Es ist zwar durch die US-PS 24 45 350 bereits bekannt, eine Sperrschicht zwischen Destillat und Salzlösung vorzusehen, jedoch besteht im bekannten

Fall diese Sperrschicht aus Cellophan und einem Abstandshalter, die zwischen zwei Dochten angeordnet sind. Gegenüber dieser bekannten Anordnung besitzt die Erfindung den Vorteil eines wesentlich geringeren Durchlaßwiderstandes für die Dampfströmung, und außerdem ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Aufbau eine wesentlich geringere Dickenabmessung als im bekannten Falle.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung und konstruktive Ausbildungen zur Verwirklichung des im Anspruch 1 geschützten Prinzips ergeben sich aus den Unteransprüchen. Der Anspruch 11 liefert eine Lehre für eine zweckmäßige Querschnittsbemessung der Poren der Membran.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Destillationsvorrichtung mit spiralförmig aufgewickelten Lagen,

F i g. 2 eine axiale Schnittansicht einer der Einheiten, aus der die Destillationsvorrichtung nach F i g. 1 zusammengesetzt ist,

F i g. 3 eine perspektivische, aufgebrochene Darstellung mehrerer Schichtenkörper, F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß F i g. 2,

Fig.5 eine aufgebrochene, perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 6 eine Grundrißansicht der in F i g. 5 dargestellten Vorrichtung,

F i g. 7 in größerem Maßstab einen Teilschnitt nach der Linie 7-7 gemäß F i g. 5,

F i g. 8 eine der F i g. 7 entsprechende Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die in F i g. 2 bis 4 mit 10 bezeichnete mikroporöse Membran ist mit zahlreichen mikroskopischen Poren versehen, die den größten Teil, z. B. 80% bis 85%, des gesamten Volumens ausmachen.

Die Wände der Poren sollen durch die betreffende Flüssigkeit, für weiche die Vorrichtung konstruiert ist, nicht benetzt werden können, und die Querschnittsflächen der Poren oder durchgehenden Kanäle sind vorzugsweise kreisrund, doch können sie auch länglich und/oder unregelmäßig sein. Um die optimalen Abmessungen festzustellen, werden die Poren jedoch so betrachtet, als ob sie eine im wesentlichen kreisrunde Querschnittsform mit einem effektiven Durchmesser hätten, wobei dieser effektive Durchmesser für jede öffnung als Durchmesser eines kreisrunden Lochs definiert ist, das in der gleichen Weise zur Wirkung kommt Der maximale effektive Durchmesser jeder Pore richtet sich nach Faktoren, nämlich der Oberflächenspannung γ der zu verdampfenden Flüssigkeit, dem Berührungswinkel θ an der Trennfläche zwischen Flüssigkeit und Gas sowie nach dem Unterschied zwischen dem absoluten hydrostatischen Druck der verdampfenden Flüssigkeit und dem absoluten Druck des Gases in den Poren (d/>). Unter den Betriebsbedingungen soll jede Pore den größten möglichen effektiven Durchmesser haben, der nicht einen Wert überschreitet, welcher durch den Ausdruck

4yCOS<9

gegeben ist.

Bei Wasser beträgt z. B. der hiernach berechnete maximale Porendurchmesser etwa 0,00075 mm, wobei ein Berührungswinkel von 105° und ein maximaler Durckunterschied von einer Atmosphäre angenommen sind.

Zu den Materialien, die zur Herstellung der Membran geeignet sind, gehören in erster Linie die organischen Stoffe, die in der betreffenden verdampfbaren Flüssigkeit, z. B. Wasser, welche mit Hilfe der Destillationsvorrichtung gereinigt werden soll, nicht löslich sind und den auftretenden Betriebstemperaturen standhalten. Bei Destillationsvorrichtungen, die zur Entsalzung von Wasser dienen, kann man für die Membran z. B. Polyvinylchlorid, Cellulosenitrat, Celluloseacetat, Cellulosetriacetat, Äthylcellulosenylon, Polytetrafluoräthylen und Polykarbonat verwenden. Die poröse Membran aus Kunststoff kann von Natur aus für die Flüssigkeit unbenetzbar sein, oder man kann sie so behandeln, daß kleine Oberflächen einschließlich der Poren unbenetzbar werden. Man kann z. B. eine poröse Membran aus Celluloseacetat zur Verwendung bei der Destillation von Wasser mit einem Silikon-Wasserabstoßmittel überziehen; bei diesem Material ergibt sich ein Berührungswinkel von etwa 105°. Die Dicke der Membran liegt zwischen etwa 0,05 und etwa 0,15 mm. Beispiele für mikroporöse Membranen haben eine Porengröße von etwa 0,00045 mm und eine Dicke von etwa 0,125 mm; es handelt sich um folgende Materialien:

GM-6 (Celluloseacetat)

GA-6 (Cellulosetriacetat)

VM-6 (Polyvinylchlorid)

VNW-450 (Polyvinylchlorid auf Nylonunterlage)

Alpha-6 (regenerierte Cellulose).

Ähnliche mikroporöse Materialien haben eine Dicke von etwa 0,15 mm und Poren mit einem effektiven Durchmesser von 0,00045 mm. Diese Materialien erweisen sich als besonders zweckmäßig, da sie sehr gleichmäßige Poren haben, da die Poren den größten Teil des gesamten Volumens einnehmen und da diese Materialien eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit haben.

Die mikroporöse Membran 10 wird mit einem für Flüssigkeit und Dampf undurchlässigen Sperrfilm 12 so vereinigt, daß ein Schichtenkörper gebildet wird. Der Sperrfilm 12 dient dazu, die verdampfende und die kondensierende Flüssigkeitsschicht zu erzeugen, aufrechtzuerhalten und voneinander zu trennen. Er besteht aus einem Wärme gut leitenden Material, da Wärme über den Sperrfilm zu der verdampfenden Schicht und von der kondensierenden Schicht weg übertragen wird. Zu den geeigneten Materialien für den Sperrfilm 12 gehören Metalle wie Kupfer und Aluminium, die gute Wärmeleitfähigkeitseigenschaften haben und in Form dünner Folien erhältlich sind, sowie organische Kunststoffe, die mit den Flüssigkeiten verträglich sind und bei den auftretenden Temperaturen und Drücken die erforderliche Festigkeit zeigen. Bei Destillationsvorrichtungen zur Entsalzung von Salzwasser sind für den Sperrfilm 12 unter anderem Aluminium (mit einem Schutzüberzug), vorzugsweise über Kupfer, wegen der geringeren Kosten sowie Kunststoffe geeignet, z. B. die Polycarbonate, Polyester, Polyäthylen, Polypropylen und halogenierte Polyäthylene, insbesondere die Fluorcarbone.

Fluorkarbone, wie Polyvinylidenfluorid, erweisen sich als besonders gut geeignet, da sie bei einer Feuchtigkeit von 100%, den hohen Temperaturen und dem vorhandenen Salzgehalt eine hervorragende Maßstabi-

lität besitzen und da sie dem Wachstum von Mikroorganismen einen Widerstand entgegensetzen.

Der Sperrfilm 12 kann eine Dicke der Größenordnung von etwa 0,006 bis etwa 0,075 mm haben.

Gemäß Fig.··! bis 4 weist die Vorrichtung eine allgemein spiralförmige bzw. zylindrische Form auf, wobei eine der Flüssigkeitsschichten längs einer spiralförmigen Bahn strömt Statt dessen können die Schichten eine allgemein ebene Form haben, wobei die Flüssigkeit in ebenen Bahnen strömt, wie es in F i g. 5 bis 7 gezeigt ist. Der Sperrfilm 12 kann auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit Abstandsorganen versehen sein, so daß enge Kanäle zwischen dem Sperrfilm und der benachbarten Schicht und den Abstandsorganen gebildet werden. Die Abstandsorgane sind gemäß F i g. 2 bis 4 in Form langgestreckter paralleler Rippen 14 und 16 ausgebildet. Eine typische Schichtdicke und damit eine typische Höhe der Rippen 14 und 16 beträgt etwa 0,05 mm, wobei die Abstände zwischen den Rippen z. B. etwa 0,25 mm oder mehr betragen. Bei Ausbildungsformen, bei denen die Flüssigkeit in einer Ebene strömt, sind gegebenenfalls Abstandsorgane nicht erforderlich, da der Druck der Flüssigkeiten bestrebt ist, die Filme in einem Abstand voneinander zu halten.

Bei mehrstufigen Destillationsvorrichtungen der in F i g. 1 bis 4 gezeigten Art haben Membran 10 und Sperrfilm 12 eine allgemein rechteckige,Form, und sie sind aneinander längs einer Stirnkante und zweier Längskanten mit abdichtender Wirkung befestigt. Der Sperrfilm 12 ist an der porösen Membran 10 so befestigt, daß die Rippen 16 der Membran zugewandt sind und daß ein Kanal 18 abgegrenzt wird, der durch Rippen 16 unterteilt wird, welche sich bei dem die beiden Schichten umfassenden Verband vom einen Ende zum anderen erstrecken.

Dieser aus den beiden Schichten aufgebaute Verband ist um ein zylindrisches Rohr 20 gewickelt Auf diese Weise ist die insgesamt mit 22 bezeichnete Destillationseinheit aufgebaut die mehrere Windungen des zwei Schichten enthaltenden Verbandes umfaßt. Die Rippen 14 jeder Windung des Sperrfilms 12 liegen an der Oberfläche der vorangehenden Windung der Membran 10 an, so daß Kanäle 24 gebildet werden, die an den Längskanten der Filme münden. Die innerste Windung des Sperrfilms 12 ist nicht mit Rippen 16 versehen, so daß der Sperrfilm flach im wesentlichen an der ganzen Umfangsfläche des Rohrs 20 anliegt. Bei einer anderen Ausbildungsform können die Räume zwischen den Rippen 16, der ersten Windung des Films 12 und dem Rohr 20 mit einem Wärme gut leitenden Material gefüllt werden. Bei der hier gezeigten Anordnung endet der Sperrfilm 12 um eine Windung vor dem Ende der porösen Membran 10, so daß die äußerste Windung durch die poröse Membran gebildet wird und der Kanal 18 an der Stirnkante des Sperrfilms endet Die so aufgebaute Destillationsvorrichtung umfaßt eine äußere Dochtschicht 26 aus saugfähigem Material.

Die Destillationseinheit 22 wird mit senkrecht stehenden Rohren 20 betrieben, so daß die Kanäle 18 längs einer allgemein waagerechten Bahn durchströmt werden, während die Flüssigkeit die Kanäle 24 allgemein senkrecht durchströmt wobei diese Bewegung durch die Schwerkraft unterstützt wird. Die Wärme für den Betrieb des Destillationsaggregats wird dem System dadurch zugeführt daß ein erhitztes Strömungsmittel, z. B. Dampf, durch das Rohr 20 geleitet wird, das zu diesem Zweck aus einem Wärme gut leitenden Material, z. B. Kupfer, besteht. Die verdampfende Flüssigkeit wird nach unten durch die Kanäle 24 geleitet, und die kondensierende Flüssigkeit aus dem Dampf, der von den Kanälen 24 aus nach außen durch den Sperrfilm 12 dringt und in den Kanälen 18 kondensiert wird, strömt nach außen zum Ende des Kanals 18, wo sie durch die äußere Schicht 26 aufgesaugt wird. Beim Betrieb der mit einer Mehrfachwirkung arbeitenden Destillationsvorrichtung wird somit Wärme von dem Rohr 20 aus durch die erste Windung der Sperrschicht 12 zu der Flüssigkeit an den am weitesten innen liegenden Kanälen 24 übertragen; hierbei wird die Flüssigkeit verdampft so daß der entstandene Dampf durch die poröse Membran 10 hindurch zur innersten Windung des Kanals 18 diffundiert, wo der Dampf Wärme über die zweite Windung des Sperrfilms 12 an die verdampfende Flüssigkeit in den Kanälen 24 abgibt um kondensiert zu werden und die kondensierende Flüssigkeit in dem Kanal 18 zu bilden, usw. Dieser Vorgang setzt sich in den aufeinanderfolgenden Stufen fort, bis die verdampfende Flüssigkeit in den äußersten Kanälen 24 als Dampf durch die äußersten Windungen der porösen Membran 10 hindurch diffundiert, wo der Dampf in dem (' Docht 26 kondensiert wird.

In F i g. 1 sind mehrere Destillationseinheiten 22 zu einer schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Destillationsvorrichtung vereinigt Die Vorrichtung dient zum Entsalzen von Wasser. Eine Dampfkammer 28 ist mit den oberen Enden der Rohre 20 verbunden. Eine Kondensatkammer 30 ist an die unteren Enden der Rohre 20 angeschlossen. Eine Speisewasserkammer 32 wird von einer Stirnplatte 34 begrenzt die am oberen Teil jeder Destillationseinheit 22 angreift, und mit Salzwasser oder einer anderen zu destillierenden Flüssigkeit gefüllt die nach unten durch die Kanäle 24 geleitet wird. Eine Abwasserkammer 36 wird von einer Stirnwand 38 begrenzt welche an den unteren Enden der Destillationseinheiten 22 befestigt ist In der Kammer 36 sammelt sich das aus den unteren Enden der Kanäle 24 abströmende Wasser, das nicht durch die Membran gewandelt ist Ein Sammelboden 40 nimmt das aus der Dochtschicht 26 ablaufende Destillat auf. Ein Gebläse 42 läßt Luft über die mit dem Destillat getränkte Dochtschicht strömen, um einen kleinen , Prozentsatz der Flüssigkeit zum Verdampfen zu bringen und so Wärme aus der äußersten kondensierenden Schicht jeder Destillationseinheit abzuführen. Weiterhin kann ein Mantel, durch den ein Kühlmittel geleitet wird, vorgesehen sein, um Wärme aus den einzelnen Destillationseinheiten abzuführen.

Die Hilfseinrichtungen der Destillationsvorrichtung sind von relativ einfacher Konstruktion. Sie umfassen neben den erforderlichen Leitungen eine Umwälzpumpe 44 für das Speisewasser, einen Wärmeaustauscher 46, durch den das abgeschiedene Wasser und das Destillat und die wäßrige Salzlösung geleitet werden, um eine Vorwärmung zu bewirken.

Jede Destillationseinheit umfaßt im zusammengebauten Zustand eine poröse Membran 10, deren Poren mit Luft gefüllt sind, und mit Luft gefüllte Kanäle 18 und 24. Um die Einheit in Betrieb zu setzen, wird die zu verdampfende Lösung über die Speisewasserkammer 32 nach unten durch die Kanäle 24 geleitet während Dampf durch das Rohr 20 geleitet wird, um das Speisewasser in den innersten Kanälen 24 nahe dem Rohr 20 zu erwärmen und es zu verdampfen. Das Speisewasser soll dann, wenn es die Kanäle 24

anfänglich füllt, entgast, d. h. entlüftet werden, so daß mindestens ein Teil der in den Poren der Membran 10 vorhandenen Luft aus den Poren entfernt und in dem Speisewasser gelöst wird, während der Dampf des Speisewassers durch die Poren diffundiert und auf dem Sperrfilm auf der anderen Seite des Films kondensiert, um ein Destillat aus entlüftetem Wasser zu bilden, um die poröse Membran 10 gegen die Luft abzuschirmen. Die vorher in den Poren enthaltene Luft wird dann von dem entlüfteten Wasser absorbiert, das in Berührung ι ο mit beiden Flächen der Membran steht, und Wasserdampf tritt an die Stelle der Luft.

Statt dessen können die Kanäle 18 für die kondensierenden Schichten mit reinem Wasser gefüllt werden, das vorzugsweise vorher entlüftet worden ist. In beiden Fällen kann der Docht 26 mit reinem Wasser getränkt werden, um das Eindringen trockener oder relativ trockener Luft in die Poren über den Kanal 18 zu verhindern. Wenn das Speisewasser in der innersten Windung des Kanals 24 erhitzt wird, diffundiert der entstehende Dampf durch die innerste Windung der porösen Membran 10 zu der innersten Windung des Kanals 18, wo der Dampf Wärme an die nächste Windung des Sperrfilms 12 abgibt und kondensiert wird, so daß allmählich die innerste Windung des Kanals 18 gefüllt wird, wobei die gesamte dort vorhandene Luft verdrängt oder absorbiert wird. Das Speisewasser in den Kanälen 24 nahe dieser nächsten Windung des Sperrfilms 12 nimmt Wärme aus dem Sperrfilm auf, und der Vorgang der Überführung von Flüssigkeit und Wärme wird wiederholt, bis der durch die äußerste Windung der porösen Membran 10 diffundierende Dampf innerhalb der Dochtschicht 26 kondensiert wird, aus der Wärme dadurch abgeführt wird, daß Wasser aus der Dochtschicht verdampft wird.

Wenn die zugeführte Flüssigkeit (Wasser) nicht vor dem Einführen in eine Destillationseinheit entgast wird, bewirkt natürlich die Erwärmung der Flüssigkeit in den Verdampfungskanälen, daß ein Teil des Gases aus der Lösung verdrängt wird und daß eine gewisse Gasmenge zusammen mit dem Dampf durch die Poren diffundiert, so daß kleine Blasen innerhalb einer oder beider Schichten, d. h. der verdampfenden Schicht bzw. der kondensierenden Schicht, entstehen. Das in den Poren vorhandene Gas wird natürlich einen kleinen Prozentsatz des Gases enthalten, das in der verdampfenden Flüssigkeit enthalten ist, wodurch der absolute Druck innerhalb der Poren geändert wird und wodurch eine sehr geringfügige Erhöhung des Diffusionswiderstandes gegen Wasserdampf durch den porösen Film herbeigeführt wird.

Es kann sehr zweckmäßig sein, mehrstufige Vorrichtungen zu bauen, bei denen die Materialien und der Aufbau der verschiedenen Stufen entsprechend den Unterschieden der Betriebstemperatur variieren. Es können z. B. die gelösten Gase in den auf hoher Temperatur befindichen Stufen unberücksichtigt bleiben, die Flüssigkeit (Wasser) kann nur in den auf einer niedrigeren Temperatur befindlichen Stufen entgast werden. Beispielsweise kann in den wärmeren Stufen der Berührungswinkel erheblich kleiner sein als in den kühleren Stufen, da der Druckunterschied infolge des höheren Dampfdrucks der Flüssigkeit kleiner ist Zwar ist es möglich, daß eine Verkleinerung des Berührungswinkels nicht zu einer bemerkbaren Änderung des Wirkungsgrades der Vorrichtung führt, doch kann eine erhebliche Herabsetzung der Kosten der porösen Menbran die Folge sein. Da der Druckunterschied in den wärmeren Stufen geringer ist, kann es alternativ zweckmäßig sein, eine poröse Membran zu verwenden, die größere Poren enthält, als es bei den kühleren Stufen erforderlich ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich durch diese Maßnahme die Kosten der porösen Membran verringern.

Die Rippen 14 verlaufen in senkrechter Richtung und dienen dazu, mehrere einander benachbarte senkrechte Kanäle abzugrenzen, in denen das Speisewasser in nur einer Richtung nach unten strömt. Bei einer abgeänderten Ausbildungsform kann man jeden zweiten der durch die Rippen 14 abgegrenzten Kanäle am oberen Ende und die benachbarten Kanäle am unteren Ende verschließen, so daß das Speisewasser gezwungen wird, aus einem am oberen Ende offenen und am unteren Ende geschlossenen Kanal 24 auszutreten und sich in waagerechter Richtung zwischen einer Rippe 14 und der porösen Membran 10 zu einem benachbarten Kanal zu bewegen, der am unteren Ende offen und am oberen Ende geschlossen ist. Hierbei entsteht ein dünner Wasserfilm zwischen jeder Rippe 14 und der porösen Membran 10, so daß innerhalb dieser Flächen eine Überführung von Dampf durch den porösen Film stattfindet und der Wärmeübergang durch den Sperrfilm verbessert wird.

In Fig.5 bis 7 ist eine weitere grundsätzliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Destillationsvorrichtung dargestellt, bei der die poröse Membran 10, der Sperrfilm 12 und die Schichten, die durch die verdampfende und die kondensierende Flüssigkeit gebildet werden, eine ebene Form haben, wobei sich die Strömung in den Schichten vorzugsweise in waagerechter Richtung bewegt. Die Destillationseinheit 46' besteht aus mehreren porösen Membranen 10 und Sperrfilmen 12, die zu einem Stapel vereinigt zwischen einer oberen Stirnplatte 48 und einer unteren Stirnplatte 50. angeordnet sind; hierbei wird der Destillationseinheit Wärme über die obere Stirnplatte 48 zugeführt/während die untere Stirnplatte 50 dazu dient, Wärme abzuführen. Die porösen Membranen und die Sperrfilme haben gemäß F i g. 5 bis 7 eine kreisrunde Form, und die Vorrichtung setzt sich nacheinander aus einem Sperrfilm 12, anliegend an der Stirnplatte 48, einer porösen Membran 10 usw. zusammen, und die unterste Schicht wird durch eine porösen Membran 10 nahe der unteren Stirnplatte 50 gebildet. Der erste Sperrfilm, der am weitesten oben angeordnet ist, steht in direkter Berührung mit der Stirnplatte 48, und die Stirnplatte 50 ist mit Aussparungen 52 versehen, die Kanäle bilden, in welchen der durch die unterste poröse Membran 10 hindurch diffundierte Dampf zur Kondensation gebracht wird. Die Stirnplatte 48 umfaßt die untere Wand einer Kammer 54, durch die ein erhitztes Medium geleitet wird, um der Destillationsvorrichtung Wärme zuzuführen. Die untere Stirnplatte 50 wird durch die obere Wand einer Kühlkammer 56 gebildet, durch die ein Kühlmittel geleitet wird, um Wärme aus der kondensierenden Flüssigkeit abzuführen. Bei dieser Anordnung kann das durch die Kühlkammer 56 zirkulierende Kühlmittel durch die zu verdampfende bzw. zuzuführende Flüssigkeit (Wasser) gebildet werden; bei einer abgeänderten Anordnung kann man statt dessen Kühlmittel verwenden, das in dem Kreislauf einer Wärmepumpe bekannter Art enthalten ist, durch die Wärme aus der kondensierenden Flüssigkeit abgeführt wird, um der zu verdampfenden Flüssigkeit zugeführt zu werden.

Sämtliche Membranen 10 und Sperrfilme 12 mit

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Ausnahme der untersten Membran 10 sind mit gleichachsigen öffnungen 58 versehen, und jeder Sperrfilm 12 ist an seiner Oberseite an der nächstbenachbarten Fläche innerhalb einer Ringfläche 60 in der Umgebung der öffnung 58 befestigt.

Sämtliche Membranen und sämtliche Sperrfilme sind mit mehreren gleichachsigen öffnungen 62 versehen, die nahe dem äußeren Rand in Umfangsabständen verteilt sind und Kanäle bilden, mittels deren die zurückgehaltene verdampfende Flüssigkeit (Wasser) von den verdampfenden Schichten innerhalb der Destillationsvorrichtung abgeführt wird. Die Oberseite jedes Sperrfilms 12 ist flüssigkeitsdicht an der nächstbenachbarten Fläche innerhalb der in F i g. 6 mit 64 bezeichneten Flächen in der Umgebung der öffnungen 62 befestigt, und die unterste poröse Membran 10 ist auf ähnliche Weise mit der unteren Stirnplatte 50 verbunden, so daß das Destillat nicht in die Öffnungen 62 eintreten kann. Das Speisewasser strömt bei dem Destillationsaggregat 46' nach innen bzw. nach unten durch den Kanal, der durch die öffnungen 58 gebildet wird, woraufhin das Wasser in radialer Richtung nach außen in Form einer dünnen Schicht zwischen jeder porösen Membran 10 und dem unmittelbar darüberliegenden Sperrfilm 12 strömt, um schließlich über die durch die öffnungen 62 gebildeten Kanäle auszutreten.

Die Oberseite jeder porösen Membran 10 ist an einer Randfläche 66, die sich über den ganzen Umfang des porösen Films erstreckt, flüssigkeitsdicht mit dem unmittelbar darüberliegenden Sperrfilm 12 verbunden, so daß das Speisewasser nicht zwischen den Rändern einer porösen Membran und des zugehörigen Sperrfilms nach außen abströmen kann. Die Oberseite jedes Sperrfilms 12 ist nahe seinem Rand an der nächstbenachbarten porösen Membran 10 nur innerhalb der in Abständen verteilten Flächen 64 befestigt, so daß das Destillat aus dem Raum zwischen jeder Membran und dem zugehörigen Sperrfilm an den Rändern entweichen kann, wobei die kondensierende Flüssigkeit in Form von Schichten radial nach außen in der gleichen Richtung strömt wie die die verdampfenden Schichten bildende Flüssigkeit.

Eine weitere Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Destillationsvorrichtung ist in F i g. 8 dargestellt. Die Konstruktion dieser Anordnung ähnelt der an Hand von Fig.5 bis 7 beschriebenen Anordnung; der Hauptunterschied besteht darin, daß das Speisewasser von der Außenseite der Vorrichtung her nach innen zur Mittelachse geleitet wird, d. h. entgegen der Strömungsrichtung des Destillats. Dieses System kann bevorzugt werden, da es dazu neigt, eine in stärkerem Maße konstante Strömungsgeschwindigkeit in den verdampfenden Schichten aufrechtzuerhalten; dies trägt zur Verhinderung der Bildung von Kesselstein oder anderen Ablagerungen bei; ferner wird der Druckabfall in dem Speisewassersystem auf ein Minimum verringert, während eine gleichmäßigere Druckverteilung und Ausnutzung der zugeführten mechanischen Energie gewährleistet wird; außerdem verbessert sich der Wärmeaustausch, wenn sich die verdampfenden und die kondensierenden Schichten im Gegenstrom bewegen.

Die insgesamt mit 68 bezeichnete Destillationsvorrichtung nach F i g. 8 umfaßt mehrere Membranen 10 und Sperrfilme 12, die zu einem Stapel vereinigt zwischen einer oberen Stirnplatte 70, mittels dessen der Destillationsvorrichtung Wärme entnommen wird, und einer unteren Stirnplatte 72 zum Zuführen von Wärme angeordnet sind. Die Membranen und die Sperrfilme ähneln den vorstehend beschriebenen, d. h., sie haben eine allgemein kreisrunde Form, und die Vorrichtung setzt sich von unten nach oben jeweils aus einem Sperrfilm 12, der in Berührung mit der Stirnplatte 72 angeordnet ist, einer Membran 10, einem weiteren Sperrfilm 12 usw. zusammen, und sie wird am oberen Ende durch eine der oberen Stirnplatte 70 benachbarte poröse Membran 10 abgeschlossen. Die obere Stimplatte 70 bildet die untere Wand einer Kammer 74, durch die ein Kühlmittel geleitet wird, um Wärme aus einer kondensierenden Flüssigkeitsschicht abzuziehen, die zwischen der Membran 10 und der Stirnplatte 70 liegt. Die untere Stirnplatte 72 bildet die obere Wand einer Kammer 76, durch die ein erhitztes Medium, z. B. Dampf, geleitet wird, um der Destillationsvorrichtung die zu ihrem Betrieb benötigte Wärme zuzuführen. Bei dieser Ausbildungsform kann ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig.5 das durch die Kühlkammer 74 geleitete Kühlmittel durch die verdampfende Flüssigkeit bzw. das Speisewasser gebildet werden. Sämtliche Membranen 10 und Filme 12 mit Ausnahme des untersten Sperrfilms 12 weisen gleichachsige öffnungen 78 auf, die in der Mitte der Filme angeordnet sind. Jeder Sperrfilm 12 ist an seiner Unterseite an der nächstbenachbarten Fläche innerhalb einer die öffnung 78 umgebenden Ringfläche befestigt, während die oberste Membran 10 innerhalb einer die öffnung 78 der Membran 10 umgebenden Fläche an der oberen Stirnplatte 70 befestigt ist. Die obere Stirnplatte 70 weist eine öffnung bzw. einen Rohrstutzen 80 in Fluchtung mit den öffnungen 78 auf, der dazu dient, das zurückgehaltene Wasser aus den Räumen zwischen den porösen Membranen 10 und den Sperrfilmen 12, die unmittelbar darunter angeordnet sind, abzuführen. Sämtliche porösen Membranen und Sperrfilme mit Ausnahme der obersten Membran sind mit mehreren gleichachsigen öffnungen 82 versehen, die nahe dem Rand in Umfangsabständen verteilt sind, und die untere Stirnplatte 72 weist öffnungen und Kanäle 84 auf, die mit den öffnungen 82 fluchten und dazu dienen, das Speisewasser den Räumen zwischen jeder Membran 10 und dem unmittelbar darunterliegenden Sperrfilm 12 zuzuführen, so daß das Wasser die verdampfenden

Schichten bildet. (

Der Anordnung nach F i g. 6 wird das Speisewasser nahe dem Umfang über die Kanäle 84 zugeführt, und es strömt nach innen zur Mitte, wo es über den Kanal 80 abgezogen wird. Gleichmäßige Drücke und Strömungsgeschwindigkeiten in den verdampfenden Schichten werden dadurch aufrechterhalten, daß die Flüssigkeit in dieser Weise zirkuliert, denn die Menge der verdampfenden Flüssigkeit wird verringert, da der für die Flüssigkeit verfügbare Raum zur Mitte der Vorrichtung kleiner wird. Das gereinigte Wasser kann von der Mitte des Aggregats aus nach außen zum Umfang abströmen, so daß die Unterschiede zwischen den Temperaturen benachbarter Teile benachbarter verdampfender bzw. kondensierender Schichten geringer sind; hierdurch wird der Wirkungsgrad des Wärmeaustausches verbessert Bei der Anordnung nach Fig.8 kann man verschiedene Abänderungen vorsehen; man kann z. B. die zur Beheizung bzw. zur Abkühlung dienenden Stirnplatten miteinander vertauschen, so daß der Wärmeübergang in Richtung nach unten stattfindet, und man kann die Zufuhr des Speisewassers und die Abfuhr des gereinigten Wassers mit Hilfe von Kanälen bewirken, die sich durch die zur Kühlung dienende

Stirnplatte 70 erstrecken. Im Gegensatz zur Zeichnung kann es zweckmäßig sein, Abstandsorgane zwischen den Membranen 10 und Filmen 12 an deren öffnungen vorzusehen, damit die Flüssigkeit mit Sicherheit von den Kanälen aus zwischen den Filmen hindurchströmen kann.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Destillationsvorrichtung zur Gewinnung reinen Wassers aus einer wäßrigen Salzlösung, mit einer die wäßrige Salzlösung vom -Destillat trennenden Sperre, die den direkten Übertritt von Wasser einerseits und Destillat andererseits verhindert, das Wasser in Dampfform jedoch hindurchtreten läßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre als mikroporöse Membran (10) ausgebildet ist, deren mikroporöse Poren wasserdampfdurchlässig, an ihren Wänden jedoch durch das Wasser nicht benetzbar sind.

2. Destillationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Form eines Schichtenkörpers die mikroporösen Membranen (10) mit Sperrfilmen (12) abwechseln, zwischen denen Kanäle (24) für die wäßrige Salzlösung und Kanäle (18) für das Destillat gebildet sind.

3. Destillationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Membranen (10) von den Sperrfilmen (12) durch Rippen (14, 16) im Abstand gehalten werden, die rechtwinklig zueinander verlaufen und die Kanäle (18,24) bilden, die entsprechend senkrecht zueinander verlaufen.

4. Destillationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht des aus den porösen Membranen (10) und den Sperrfilmen (12) aufgebauten und um ein Rohr (20) gewickelten Schichtenkörpers von einer saugfähigen Dochtschicht (26) gebildet ist. ·

5. Destillationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Entlüftung der wäßrigen Salzlösung vorgesehen sind.

6. Destillationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Poren der porösen Membran (10) unter der Annahme einer kreisrunden Querschnittsfläche einen maximal wirksamen Durchmesser entsprechend dem Ausdruck