DE2103289B2 - Mehrkörper-Fallfilmverdampfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrkörper-Fallfilmverdampfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mehrkörper-Fallfilmverdampfer sind durch die Verwendung .nehrerer Verdampferkammern gekennzeichnet, die derart hintereinandergeschaltet sind, daß die zu destillierende Flüssigkeit in Aufeinanderfolge in den einzelnen Verdampferkammern behandelt wird. In den einzelnen Fallfilm-Verdampferkammern fließt die zu destillierende Flüssigkeit durch Gefällewirkung in einem dünnen Film längs einer Wärmeübertragungswand nach unten. Der entgegengesetzten Seite der Wärmeübertragungswand wird heißer Dampf zugeführt, so daß eine Kondensation des Dampfes auf der einen Seite und eine Verdampfung der Flüssigkeit auf der anderen Seite stattfindet. Der heiße Dampf, der auf der einen Fläche der Wand kondensiert, überträgt dabei Wärme auf den dünnen Flüssigkeitsfilm auf der entgegengesetzten Wandseile. Der dabei entstehende Dampf bildet den Heizdampf für die nachfolgende Verdampferkammer, der auf die angereicherte Flüssigkeit (Konzentrat) der vorhergehenden Verdampferkammer zur weiteren Behandlung zugeführt wird.

Bei bekannten Mehrkörper-Fallfilmverdampfern werden gesonderte Verdampferkammern benutzt, die durch eine äußere Verrohrung in komplizierter Anordnung miteinander verbunden sind. Die Isolierungs-, Halterungs- und Verrohrungserfordtrnisse ha

ben solche Systeme in der Herstellung und im Betrieb unwirtschaftlich gemacht

Ein aus der GB-PS 11 78 031 bekannter Mehrkörper-Fallfilmverdampfer weist ein an beiden Enden abgeschlossenes, horizontal angeordnetes, längliches Verdampfergehäuse auf, dessen einzelne Verdampferkammern je ein Bündel von vertikalen Rohren enthalten. Die einzelnen Verdampferkammern sind dabei mit Abstand voneinander im Gehäuse angeordnet Die zwischen den Verdampferkammern verbleibenden Räume dienen als Strömungskanäle, in denen der aus den Rohrbündeln nach unten austretende Dampf wieder zum oberen Bereich der Rohrbündel der nächsten Verdampferkammer strömen kann. Hierdurch ergibt sich ein vergleichsweise hoher Raumbedarf in Längsrichtung der Gesamtanlage. Der die Rohre eines Bündels von außen beaufschlagende Heizdampf strömt parallel zu den Rohren irn Gleichstrom mit dem Fallfilm im Innern der Rohre. Zur Verdampfung des Konzentrats wird der Dampf immer nur in der gleichen Richtung seines Strömungsweges, nämlich in der Richtung nach unten, herangezogen. Bei der Rückführung des Dampfes von unten nach oben wird der Dampf nicht wirksam ausgenützt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrkörper-Fallfilmverdampfer zu schaffen, der eine wirksame Raumausnutzung hat und mit hohem Wirkungsgrad arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Mehrkörper-Fallfilmverdampfer gelöst, wie er durch den Anspruch 1 gekennzeichnet ist.

Die Erfindung ermöglicht eine wirksame Ausnutzung des Raumes innerhalb des eine gekrümmte Mantelfläche aufweisenden, nämlich ellipsoidförmigen oder kreiszylindrischen Gehäuses, indem die Heizdämpfe in einer Richtung quer oder senkrecht zur Achse des Mehrkörpergehäuses geleitet werden. Dies ergibt eine geringe Gehäusegesamtlänge sowie geringe Leitungswege für die Dämpfe. Die Rohrbündel innerhalb der Verdampferkammern sind so angeordnet, daß sich der Strömungsquerschnitt für die Dämpfe kontinuierlich längs der Strömungsrichtung der Dämpfe verringert. Wenn die Dämpfe an den Rohren der Rohrbündel kondensieren, nimmt die Dampfmasse infolge der Kondensation der Dämpfe kontinuierlich ab und der abnehmende Strömungsquerschnitt gleicht die Verringerung der Dampfmasse aus, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der Dämpfe in allen Teilen der Rohrbündel hoch ist. Die Strömungsgeschwindigkeit über das Rohrbündel wild im wesentlichen konstant gehalten, auch wenn die Gesamtströmung infolge der Kondensation abnimmt Die hohe Strömungsgeschwindigkeit im Rohrbündel gewährleistet eine Strömungsverwirbelung an der Wärmeübergangsfläche der Rohrbündel, so daß in der Dampfströmung vorhandene nicht kondensierbare Stoffe entfernt werden können. Die Strömungsquerschnittverringerung der Dämpfe wird vorzugsweise durch die Verwendung von im Querschnitt trapezförmigen Rohrbündeln erreicht. Die trapezähnliche Form ist bevorzugt, weil sie ermöglicht, die Verdampferkammern raumgünstig und materialsparend, jeweils getrennt durch eine einzige Zwischenwand, hintereinander zu schalten.

Die Strömung der Dämpfe zwischen aufeinanderfolgenden Verdampferkammern ist vorteilhaft entgegengesetzt gerichtet, wodurch die Beseitigung von Tröpfchen, z. B. Salzwassertröpfchen, aus den Dämpfen unterstützt wird. Die gekrümmte Mantelfläche des

Gehäuses, welche zum Richten der Strömung beiträgt, setzt den Strömungswiderstand für die Dämpfe auf ein Mindestmaß herab.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es ■-, zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht, teilweise weggeschnitten, eines Mehrkörper-Fallfilmverdampfers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig.2 einen Querschnitt des in Fig. 1 dargestellten Verdampfers längs der Linie 2-2 in F i g. 1; und

F i g. 3 einen Querschnitt desselben Verdampfers längs der Linie 3-3 in F i g. 1.

Der dargestellte Mehrkörper-Fallfilmverdampfer besitzt ein Gehäuse 10 mit einer im wesentlichen r> zylindrisch gekrümmten Mantelfläche 11 und einem länglichen rechteckigen Aufsatz IZ Das Gehäuse 10 ist durch Zwischenwände 42 in eine Anzahl hintereinander geschalteter Verdampferkammern 13,14,15,16,17,18, 19,20 unterteilt Jede Verdampferkammer is' mit einem .·» Bündel Verdampferrohre, die für die Verdampferkammern 13 bis 17 mit 21,22,23,24 bzw. 25 bezeichnet sind, versehen. Jedes Rohrbündel ist im Querschnitt vorzugsweise trapezförmig, kann jedoch auch eine andere Form haben. Die Rohre sind in einer vertikalen Stellung _>■·, senkrecht zur Achse des zylindrischen Gehäuses 10 angeordnet.

Wasserdampf wird in den Verdampfer durch eine Leitung 26 über einen Vorraum 27 in die erste Verdampferkammer 13 eingeleitet. Der Wasserdampf so nimmt seinen Weg über die Oberkante einer Wand 28 an der längeren Basis des trapezförmigen Rohrbündets 21 durch dieses Rohrbündel hindurch, um die Rohre in dem Bündel aufzuheizen und dabei an der Außenfläche der Rohre zu kondensieren. Zu verdampfende Flüssig- η keit, z. B. Salzwasser, wird in einen Bereich 39 oberhalb des Rohrbündels 21 durch eine Leitung 30 eingeleitet und auf die Rohre des Bündels verteilt, wonach sie in dünnen Filmen die Innenwandfläche der Rohre hinabfließt. Dabei wird sie durch den Wasserdampf κι aufgeheizt, der an der Außenseite der Rohre des Bündels 21 kondensiert, so daß ein Teil der Flüssigkeit in den Rohren verdampft wird. Heißer Restdampf und nicht kondensierbare Stoffe, die an der Außenfläche der Rohre nicht kondensiert werden, treten durch öffnun- v< gen einer Wand 31 an der kürzeren Basis des trapezförmigen Rohrbündels 21 hindurch und werden durch eine Leitung 32 abgeleitet. Wie insbesondere in F i g. 2 und 3 dargestellt, können Sammelleitungen 33 vorgesehen sein, um den Restdampf zu sammeln. An der so Außenfläche der Rohre des Bündels 21 gebildetes Kondensat wird gesammelt und durch eine Leitung 34 abgeleitet.

Wenn der dünne Flüssigkeitsfilm die Innerwandfläche der Rohre hinabfließt, wird er durch den kondensierenden Wasserdampf soweit aufgeheizt, daß ein Teil der Flüssigkeit verdampft. Die entstehenden Brüden strömen durch das untere Ende der Rohre, die in öffnungen in einer Gehäusezwischenwand 35 abgedichtet sind, in den Vorraum 36 der nächsten Verdampferkammer 14 (Vorraum 40 in F i g. 2, Vorraum 41 in F i g. 3). Ferner wird das Konzentrat am Boden der Kammer gesammelt und durch eine Leitung 37 abgeleitet. Die in den Vorraum 36 der nächsten Kammer geleiteten Brüden werden über das obere fa5 Ende der Wand 28 dieser nächsten Kammer 14 durch das Rohrbündel 22 geleitet. Das Heizmedium zum Kondensieren an den Außenflächen der Rohre einer nachfolgenden Verdampferkammer sind also die in der vorangehenden Kammer entwickelten Brüden. Das durch die Leitung 37 jeder Kammer abfließende Konzentrat kann durch eine Pumpe 38 in die Einlaßleitung 30 einer nachfolgenden Kammer zur weiteren Verdampfung zurückgepumpt werden.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Mehrkörper-Fallfilmverdampfers wird nachfolgend am Beispiel der Salzwasser-Destillation in Verbindung mit F i g. 2 u.nd 3 beschrieben.

Die Sole aus der Verdampferkammer 16 wird durch die Leitung 37' über die Pumpe 38 zu der der Verdampferkammer 17 zugeordneten Einlaßleitung 30 gepumpt Die Sole fließt durch die Rohre des Bündels 25 und wird durch den aus der Verdampferkammer 16 über den Vorraum 39 durch das Rohrbündel 25 geleiteten Wasserdampf aufgeheizt Ein Teil der erhitzten Sole verdampft, wobei die Dämpfe in den Bereich des Vorraums 40 der nachfolgenden Verdampferkammer 18 gelangen, während konzentrierte Sole im unteren Teil der Verdampferkammer 17 gesammelt wird (Fig.2). Die im unteren Teil der Kammer 17 gesammelte Sole wird über eine Leitung 37 (F i g. 2 und 3) abgeleitet und über eine Pumpe 38a zur Einlaßleitung 30a der Verdampferkammer 18 gepumpt Die in den Vorraum 40 gelangenden Dämpfe gehen durch einen Abscheider 50 zwecks Abscheidung mitgerissener Salzwassertröpfchen. Die Dämpfe werden über die Wand 28a durch das Rohrbündel 25a geleitet um die innen durch die Rohre fließende Sole zu erhitzen. Nicht kondensierter Wasserdampf tritt durch die Leitung 32 aus dem Rohrbündel 25 der Verdampferkammer 17 aus (F i g. 2), wobei er nicht kondensierbares Gas mit sich führt. Der Wasserdampf kann beispielsweise dazu verwendet werden, das zugeführte Salzwasser vorzuwärmen. Kondensierter Wasserdampf wird über die Leitung 34 abgeleitet und kann ebenfalls zur Vorwärmung verwendet werden. Wenn der Wasserdampf durch das Rohrbündel 25a in der Verdampferkammer 18 tritt (F i g. 3), kondensiert er, wie vorangehend beschrieben, wobei das Wasser über die Leitung 34 abgeleitet und nicht kondensierter Wasserdampf über die Leitung 32a abgeführt wird.

Es ist vorzusehen, daß der Druck im Einlaßbereich 29, 29a einer nachfolgenden Verdampferkammer niedriger als der Druck im unteren Bereich der vorhergehenden Kammer ist, so daß die Sole bei ihrem Eintritt in jeden Bereich 29, 29a eine Entspannungsverdampfung erfährt und die Restlauge auf die dem Druck im Bereich 29,29a zugeordnete Sättigungstemperatur gekühlt wird. Wenn gewünscht, kann eine Drosselstelle (nicht gezeigt) am Einlaß jedes Rohres im Bündel 25, 25a angeordnet werden, so daß eine Druckminderung, Entspannungsverdampfung und Abkühlung stattfindet, wenn die Sole in das Rohr eintritt. Die gekühlte Sole fließt in einem dünnen Film die Innenwandfläche der Rohre hinab, wobei durch die Entspannungsverdampfung eine Temperaturdifferenz zwischen der gekühlten Sole innerhalb der Rohre des Bündels und den Dämpfen, die an der Außenfläche der Rohre kondensieren, sichergestellt ist. Die Wärmeübergangswirkung wird daher selbsttätig aufrechterhalten. Eine (nicht gezeigte) Wärmeableiteinrichtung am Auslaß der letzten Verdampferkammer trägt zu einer kontinuierlichen Wegfühn-ng nicht kondensierbarer Stoffe bei und erzeugt ferner ein Temperatur- und Druckprofil zur Aufrechterhaltung der Arbeitsweise aller Verdampferkammern.

Hierzu 1 Blatt Zi!chnun°cn

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mehrkörper-FalKiimverdampfer zum Destillieren einer Flüssigkeit mit einem eine gekrümmte Mantelfläche aufweisenden Gehäuse, das durch Zwischenwände in eine Anzahl von aufeinanderfolgenden, dampf- und flüssigkeitsseitig hintereinandergeschalteten Verdampferkammern unterteilt ist, in denen sich je ein zur Längsachse des Gehäuses senkrecht angeordnetes Rohrbündel befindet, dessen Rohre innenseitig mit der zu destillierenden Flüssigkeit beaufschlagbar und außenseitig mit Heizdampf oder Brüden beheizbar ist, mit Einlassen in jeder Verdampferkammer für die zu destillierende Flüssigkeit und den Heizdampf bzw. die Brüden und mit Auslässen in jeder Verdampferkammer für das Konzentrat, die Brüden und das Heizdampf- bzw. Brüdenkondensat, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwände (42) die Rohrbündel (21 bis 25a) in jeder Verdampferkammer (13 bis 20) auf einen in Strömungsrichtung des Heizdampfes bzw. der Brüden kontinuierlich abnehmenden Bereich begrenzen und daß der Brüdenauslaß auf der Verdampferseite und der Brüdeneinlaß auf der Heizmittelseite der Rohrbündel bei den aufeinanderfolgenden Verdampferkammern (17,18) so angeordnet sind, daß die Strömungsrichtung der Brüden in den aufeinanderfolgenden Verdampferkammern (17,18) entgegengesetzt gerichtet ist.

2. Mehrkörper-Fallfilmverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwände (42) die Rohrbündel (21 bis 25a) in jeder Verdampferkammer (13 bis 20) auf einen trapezförmigen Querschnitt begrenzen.

3. Mehrkörper-Fallfilmverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfergehäuse (10) zylindrisch ist.