DE20014280U1

DE20014280U1 - Destillationsvorrichtung

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Publication number: DE20014280U1
Application number: DE20014280U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2000-08-18
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2010-08-19

Description

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Anmelder:

Heinrich Anton KAMM An der Burg 34414 Warburg, DE

Vertreter: Patentanwälte

Walther · Walther & Hinz Heimradstr. 34130 Kassel, DE

Kassel, den 07. Dez. 2000 Anwaltsakte 20281 Aktenzeichen 200 14 280.1

Destillationsvorrichtung ^%f

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Destillationsvorrichtung umfassend einen Verdampfer und einen Kondensator.

Aus der DE-OS 2 216 506 ist eine Vorrichtung zur Einschränkung des Wasserverbrauchs bei Haushaltswaschmaschinen bekannt, welche eine Destillationsvorrichtung zum Destillieren des beim Waschen entstandenen Schmutzwassers umfasst. Zur besseren Abkühlung des Dampfes wird der Kondensator durch einen zuschaltbaren Ventilator mit Kaltluft umströmt. Im Verdampfer ist ein elektrischer Heizstab vorgesehen, um das zwischenzeitlich gefilterte Schmutzwasser bis zur Verdampfung zu erhitzen. Die aus der DE-OS 2 216 506 bekannte Vorrichtung führt bei Haushaltswaschmaschinen zu erheblichen Wassereinsparungen, jedoch verbraucht diese Haushaltswaschmaschine vergleichsweise viel Energie, insbesondere wertvolle elektrische Energie.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde eine ökonomisch und ökologisch günstig arbeitende Destillationsvorrichtung und ein entsprechendes Arbeitsverfahren zu schaffen. Hierzu soll der Energiebedarf der Destillationsvorrichtung gesenkt werden.

Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Destillationsvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Destillatiönsverfahren gemäß Anspruch 11 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Destillationsvorichtung und das erfindungsgemäße Destillationsverfahren haben den Vorteil, dass die zum Destillieren benötigte Energie, und somit die Energiekosten, auf ein Minimum gesenkt wird, da durch die überrwiegende Rückgewinnung der beim Verdampfen aufgebrachten Energie eben jene Energie nicht mehr extern zugeführt werden muß.

Dabei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, den Kondensator als Wärmetauscher, insbesondere als Gegenstrom-Wärmetauscher auszubilden,

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der einerseits vom Wasserdampf und andererseits von der zu destillierenden Flüssigkeit durchströmt wird. Ein solcher Wärmetauscher überträgt die vorhandene Energie sehr effektiv, schnell und verlustarm.

In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform ist ein das auskondensierte Destillat aufnehmender Vorlagebehälter zumindest teilweise in einem Sammelbehälter für die zu destillierende Flüssigkeit angeordnet. Hierdurch wird weitere Wärmeenergie von dem mit ca. 90° C bis 100° C im Vorlagebehälter eintreffenden Destillat an die im Sammelbehälter befindliche Flüssigkeit übertragen, so dass die Flüssigkeit bereits vorgewärmt in die zum Verdampfer führende Zuführleitung gelangt. Durch die Ausgestaltung des Vorlagenbehälters als schlangenformiges oder spriralförmiges Rohr wird ein guter Wärmeübergang auf die den Vorlagebehälter umgebene Flüssigkeit gewährleistet. In diesem Falle wird die beim Destillieren aufgewendete Energie optimal zurückgewonnen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die zu destillierende Flüssigkeit in einer zum Verdampfer führenden Zuführleitung mit einem höheren Arbeitsdruck beaufschlagt, als im Verdampfer selbst. Das heißt, die zu destillierende Flüssigkeit wird von der Zuführleitung kommend zum Verdampfer hin entspannt. Hierdurch wird der physikalische Effekt ausgenutzt, dass unter Druck stehende Flüssigkeiten mehr Wärmeenergie speichern können, so dass gewährleistet ist, dass die im Kondensator freiwerdende Kondensationsenthalpie auch vollständig von der zu destillierenden Flüssigkeit aufgenommen werden kann. Das heißt, dass die in der Zuführleitung befindliche, zu destillierdende Flüssigkeit im Bereich des Kondensators, also im Wärmetauscher, beispielsweise mit einem Überdruck von 2 bar gefahren wird und auf eine Temperatur von 120° C erwärmt wird. Gelangt die zu destillierende Flüssigkeit dann in den Verdampfer, so wird es beispielsweise auf Umgebungsdruck entspannt, so dass auf Grund des hohen Enthalpiegehaltes der zu destillierendes Flüssigkeit diese zum

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großen Teil bereits beim Entspannen verdampft.

Ein weiterer Vorteil des höheren Arbeitsdruckes in der Zuführleitung besteht darin, dass auf Grund der höheren Temperatur die in der zu destillierenden Flüssigkeit befindlichen Keime und Bakterien zuverlässig abgetötet werden, so dass das zu erzeugende Destillat garantiert keim- und bakterienfrei ist.

Die Destillationsvorrichtung kann sowohl im Vakuum bei einer Destillationstemperatur von vorzugsweise 80° C, als auch unter Überdruck bei einer Destillationstemperatur von vorzugsweise 120° C betrieben werden. Im erstgenannten Fall wird weniger Energie zur Verdampfung benötigt, im zuletzt genannten Fall wird sichergestellt, dass alle Keime und Bakterien zuverlässig abgetötet werden.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform umfasst der Verdampfer eine die zu destillierende Flüssigkeit beinhaltende Kammer, welche von einem Gehäuse beabstandet umschlossen ist. Dabei bildet sich zwischen der Kammer und dem Gehäuse ein vorzugsweise vertikal ausgelegter Gasführungskanal. Hierdurch wird erreicht, dass die zum Verdampfen der zu destillierenden Flüssigkeit in Form von heißen Gasen zugeführte Energie oder die beim Einsatz einer Flamme entstehenden Rauchgase die Kammer großflächig umgeben, um diese zu erwärmen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch diesen Gasführungskanal die Rauch- oder Heißgase kontrolliert abgeleitet werden. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Kammer hohlzylindrisch auszubilden und die Flamme oder das Heißgas von oben in den Hohlraum einströmen zu lassen. In diesem Falle wird das energieführende Medium sowohl die Innenseite der hohlzylindrischen Kammer, als auch die Außenseite der hohlzylindrischen Kammer umströmen, so dass ein guter Wärmeübergang erreicht wird.

In einer-vorteilhaften Weiterbildung sind unter der Kammer Gasführungskanäle vorgesehen, so dass die vorzugsweise von oben in den Hohlraum der Kammer eingeführten Heißgase oder die erzeugten Rauchgase stirnseitig an der Kammer vorbeigeführt und kontrolliert unter der Kammer hindurchgeführt werden, so dass diese Gase an der Außenseite der Kammer wieder hochsteigen können und somit einen bestmöglichen Kontakt und einen bestmöglichen Wärmetransport zur Wasserkammer hin erreichen.

In noch einer anderen, bevorzugten Ausführungsform ist dem Verdampfer ein Rauchgaswärmetauscher nachgeschaltet, der einerseits vom Heißgas oder Rauchgas und andererseits vom zu destillierenden Wasser durchströmt wird, so dass die Enthalpie des Rauchgases zumindest teilweise an das zu destillierende Wasser übergeht, bevor die Heiß- oder Rauchgase über einen geeigneten Schornstein abtransportiert werden.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Destillationsvorrichtung ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnte Ausführungs-form ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter. Dabei zeigt die Figur eine schematische Darstellung der Destillationsvorrichtung einer erfindungsgemäßen Anlage.

In der Zeichnung ist schematisch eine Destillationsvorrichtung 10 dargestellt, wie sie beispielsweise in (Groß-) Wäschereien eingesetzt werden kann. Diese Destillationsvorrichtung 10 umfasst einen Sammelbehälter zur Aufnahme des beim Waschen anfallenden Schmutzwassers, eine Zuführleitung 14 über die das Schmutzwasser in einen Verdampfer 16 geleitet wird, sowie einen Kondensator 18 zum Kondensieren des Wasser-

dampfes und einen Vorlagebehälter 20 zur Aufnahme des Destillates. Zwischen dem Sammelbehälter 12 und dem als Wärmetauscher ausgebildeten Kondensator 18 ist ein Rauchgaswärmetauscher 22 vorgesehen, der in Richtung der Pfeile 24 vom aus dem Sammelbehälter 12 kommenden Schmutzwasser durchströmt wird und der andererseits in Richtung der Pfeile 26 von vom Verdampfer 16 kommenden Rauchgasen durchströmt wird, bevor diese über einen Schornstein 28 ins Freie geleitet werden.

Der Verdampfer 16 umfasst ein im Wesentlichen zylindrisch ausgebildetes Gehäuse 16, in dem eine hohlzylindrisch ausgebildete, Wasser führende Kammer 32 derart integriert ist, dass auf Grund des größeren Durchmessers des Gehäuses 30 zwischen der Kammer 32 und dem Gehäuse 30 ein Gasführungskanal 34 ausgebildet ist. Die Zuführleitung 14 mündet in ein im Fuß des Verdampfers 16 angeordnetes Sammelbecken 36, an dessen Unterseite ein Schlammablaß 38 angeordnet ist. Das Sammelbecken 36 ist über mehrere Steigrohre 40 mit der Kammer 32 verbunden, wobei zwischen den Steigrohren 40 hier nicht dargestellte Gasleitöffnungen ausgebildet sind.

Oben am Verdampfer 16 ist ein stehendes Flammrohr 42 angeordnet, durch welches eine Flamme 44 in einen Hohlraum 46 der Kammer 32 einströmt. Dabei erwärmt die Flamme 44 eine Innenwandung der Kammer 32 direkt, während die durch die Flamme 44 gebildeten heißen Rauchgase in Richtung der Pfeile 48 durch die unterhalb der Kammer 32 angeordneten Gasleitbleche unter der Kammer 32 hindurch bis in den Gasführungskanal 34 geleitet werden und so die Kammer 32 an ihrer Außenwandung umströmen und diese erwärmen. Oben angekommen wird das Rauchgas über eine Rauchgasleitung 50 dem Rauchgaswärmetauscher 22 zugeführt, bevor es über den Schornstein 28 ins Freie geleitet wird.

Am oberen Ende der Kammer 32 setzt ein als Rohr ausgeführter Kondensator 18 an und leitet den im Verdampfer erzeugten Wasserdampf hin zum Vorlagebehälter 20. Dabei ist der rohrförmige Kondensator 18 über eine bestimmte Weglänge derart von der Zuführleitung 14 umgeben, dass das zum Verdampfer 16 strömende Schmutzwasser den Kondensator 18 vollständig umgibt, so dass der Kondensator 18 zusammen mit der Zuführleitung 14 als Wärmetauscher fungiert.

Der rohrförmige Kondensator 18 mündet schließlich in den Sammelbehälter 12 und bildet dort den Vorlagebehälter 20, der ebenfalls rohrförmig ausgebildet ist und spiralförmig gewendelt innerhalb des Sammelbehälters 12 verläuft.

Zwischen dem Sammelbehälter 1 2 und dem Rauchgassammeltauscher 22 ist eine Pumpe 52 vorgesehen, mit der der Arbeitsdruck in der Zuführleitung 14 erhöht wird. In den Steigrohren 40 sind entsprechende, hier nicht dargestellte Entspannungsventile vorgesehen, mittels derer das aus der Zuführleitung 14 kommende Schmutzwasser entspannt wird, sobald es in die Kammer 32 gelangt.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Destillationsverfahren wie folgt beschrieben:

Das durch den Waschvorgang verunreinigte Schmutzwasser wird mit einer Temperatur von 30° C bis 35° C über eine Eintrittsleitung 54 in den Sammelbehälter 12 geleitet. Dabei reicht die Eintrittsleitung 54 bis an den Grund es Sammelbehälters 12. In einem oberen Bereich des Sammelbehälters 1 2 mündet der spriralförmig als Rohr ausgebildete Vorlagebehälter 20 und führt das Destillat mit einer Temperatur zwischen 90° und 100° C in den Sammelbehälter 12 ein. Dieser spiralförmige Vorlagebehälter 20 erstreckt sich über den gesamten Sammelbehälter 12 und wird in dessen

unteren Bereich wieder herausgeführt, so dass das Destillat durch den gesamten Sammelbehälter 12 geleitet wird und dabei auf 35° C bis 40° C abkühlt. Das derart abgekühlte Destillat wird dann dem eigentlichen Waschvorgang als Frischwasser zugeführt. Durch diese Anordnung bewegt sich das Schmutzwasser im Sammelbehälter 12 von unten nach oben, während das Destillat von oben nach unten geführt wird, so dass entgegengesetze Strömungsrichtungen vorliegen. Dabei wird die im Destillat vorhandene Enthalpie zur Erwärmung des Schmutzwassers genutzt.

Das derart erwärmte Schmutzwasser wird dann im oberen Bereich des Sammelbehälters 12 durch eine Pumpleitung 56 abgegriffen, mittels der Pumpe 52 mit einem Überdruck von beispielsweise 2 bar beaufschlagt und in den Rauchgaswärmetauscher 22 geleitet. Hier wird das Schmutzwasser mitells vom Verdampfer 16 kommender Rauchgase weiter erwärmt, bevor es in die Zuführleitung 14 mündet. Diese Zuführleitung 14 wird mittig vom Kondensator 18 durchzogen, so dass der im Kondensator 18 befindliche Wasserdampf seine Kondensationsenthalpie an das Schmutzwasser überträgt und dieses auf zum Beispiel 120° C erwärmt. Dabei werden sämtliche im Schmutzwasser befindlichen Keime und Bakterien abgetötet. Danach wird das Schmutzwasser in das Sammelbecken 36 geführt und über die Steigleitungen 40 in die Kammer 32 gebracht. Anschließend wird das Schmutzwasser wieder auf Umgebungsdruck entspannt, wobei dieses bereits zu großen Teilen verdampft. Über die in den Hohlraum 46 der Kammer 32 hineinreichende Flamme 44 wird dem zu destillierenden Schmutzwasser Energie zugeführt, so dass dieses vollständig verdampft. Der dabei entstehende Wasserdampf wird im oberen Bereich der Kammer 32 in den Kondensator 18 gelenkt, in welchem der Wasserdampf durch Übergabe der Kondensationsenthalpie an das Schmutzwasser auskondensiert. Das Destillat sammelt sich im Vorlagebehälter 20 und wird wie zuvor beschrieben weiter abgekühlt, bevor es mit einer Temperatur von 35° C bis 40° C dem allgemein bekannten Waschvorgang zugeführt wird.

Im Rauchgaswärmetauscher 22 bildet sich ein Kondensat mit einem niedrigen PH-Wert, welches in einem Kondensatbecken 58 gesammelt und mittels der Pumpe 60 in den Sammelbehälter 12 gepumpt wird. Durch mischen des Kondensats mit dem Schmutzwasser wird der PH-Wert des Schmutzwassers gesenkt.

Ein derartiges, dem normalen Waschverfahren zugeschaltetes Destillationsverfahren ermöglicht den Betrieb eines geschlossen Wasserkreislaufes, so dass kein kostenintensiv zu klärendes Abwasser entsteht und so dass kein Frischwasser zugekauft werden braucht. Durch die Nutzung der Kondensationsenthalpie zur Erwärmung des zu destillierenden Schmutzwassers wird nur vernachlässigbar wenig Energie zum Destillieren des Schmutzwassers erforderlich und weiterhin wird keine Energie zum Aufwärmen des Frischwassers benötigt, da das aus dem Destillationsverfahren zur Verfügung stehende Frischwasser Waschtemperatur hat. Im Ergebnis ermöglicht das erfindungsgemäße Waschverfahren ein umweltschonendes und energiesparendes Waschen von Textilien, wobei auf Grund des weichen, destillierten Wassers auch weniger Waschmittel eingesetzt werden braucht. Nicht zu vernachlässigen ist die Tatsache, dass durch den Einsatz des weichen, destillierten Wassers auch die Textilien geschont werden.

In einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform wird die Energiezufuhr über heiße Abgase, beispielsweise über Generatorgas erreicht. In diesem Falle kann auf eine offene Flamme verzichtet werden.

Ein Verfahren zum Destillieren einer Flüssigkeit ist dadurch gekennzeichnet, dass die zu destillierende Flüssigkeit durch die Kondensationenthalpie des Dampfes in der Kondensationsphase erwärmt wird, insbesondere wenn die zu destillierende Flüssigkeit durch die Enthalpie des Rauchgases, vorzugsweise durch vom Kondensat freigesetzte Wärme, erwärmt wird.

Vorteilhafterweise wird die Destillation im Vakuum bei einer Destillationstemperatur zwischen 70° C und 90° C, vorzugsweise bei 80 ° C, oder unter Überdruck bei einer Destillationstemperatur zwischen 105° C und 140° C, vorzugsweise bei 12O⁰C, durchgeführt wird, insbesondere wenn die zu destillierende Flüssigkeit zwischen Kondensator (18) und Verdampfer (16) entspannt wird.

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Bezugszeichenliste:

10	Destillationsvorrichtung
12	Sammelbehälter
14	Zuführleitung
16	Verdampfer
18	Kondensator
20	Vorlagebehälter
22	Rauchgaswärmetauscher
24	Pfeil
26	Pfeil
28	Schornstein
30	Gehäuse
32	Kammer
34	Gasführungskanal
36	Sammelbecken
38	Schlammablaß
40	Steigrohre
42	Flammrohr
44	Flamme
46	Hohlraum
48	Pfeil
50	Rauchgasleitung
52	Pumpe
54	Eintrittsleitung
56	Pumpleitung
58	Kondensatbecken
60	Pumpe

Claims

1. Destillationsvorrichtung umfassend einen Verdampfer (16) und einen Kondensator (18), dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (18) derart mit zu destillierender Flüssigkeit in Wirkverbindung steht, dass die Kondensationsenthalpie von im Verdampfer (16) erzeugtem Dampf die zu destillierende Flüssigkeit erwärmt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (18) als Wärmetauscher ausgebildet ist, der einerseits vom Dampf und andererseits von der zu destillierenden Flüssigkeit durchströmbar ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Konensator (18) als Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet ist.

4. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, einen Sammelbehälter (12) für die zu destillierende Flüssigkeit und einen Vorlagenbehälter (20) zur Aufnahme der auskondensierten Flüssigkeit, wobei der Vorlagebehälter (20) zumindest teilweise im Sammelbehälter (12) angeordnet ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorlagenbehälter (20) als schlangenförmig oder spiralförmig verlegtes Rohr ausgebildet ist.

6. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (16) eine die zu destillierende Flüssigkeit beinhaltende Kammer (32) und ein die Kammer (32) zumindest größtenteils beabstandet umschließendes Gehäuse (30) aufweist, wobei zwischen der Kammer (32) und dem Gehäuse (30) ein Gasführungskanal (34) ausgebildet ist.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (32) hohlzylindrisch ausgebildet ist, in deren Hohlraum (46) von oben eine Flamme (44) oder ein Heißgas einströmt.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Kammer (32) Gasleitöffnungen vorgesehen sind, so dass das Heißgas oder die von der Flamme (44) erzeugten Rauchgase unter der Kammer (32) hindurch geführt und in den Gasführungskanal (34) geleitet werden.

9. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Rauchgaswärmetauscher (22), in dem die Enthalpie des Rauchgases zumindest teilweise an die zu destillierende Flüssigkeit übergeht.

10. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zuführleitung (14), die die zu destillierende Flüssigkeit zum Verdampfer (16) führt, wobei der Arbeitsdruck in der Zuführleitung, insbesondere im Bereich des Kondensators (18), höher ist, als der Arbeitsdruck im Verdampfer (16).