DE2334481C3 - Vorrichtung zur Gewinnung von Reinwasser aus Seewasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung /ur Seewasserentsalzung, d. Ii. zur Gewinnung von Reinwasser aus Seewasser nach dem Multieffekt-Verfahren, mit Wärmeaustauschern. Trennbehältern. Zuführung für Seewasser und Primärdampf. Abführung für Salzlauge und Frischwasser sowie Anschluß an ein Vakuumsystem.

Für die Scewasscrentsalzung werden im allgemeinen zwei Verfahren angewandt, nämlich das sogenannte »inultiflash-Vcrfahren« und die sogenannte »Multieffekt Destillation«. Beim »multiflash-Verfahren« findet eine mehrstufige Eindampfüng eines salzhaltigen Wasscrstroms bei abnehmendem Druck und Temperaturen in der Größenordnung von 13U bis 20° C statt. Der Dampf jeder Stufe wird an einer Fläche kondensiert, die durch kaltes SeewassCr gekühlt Wird. Man erhält somit in jeder Stufe Frischwasser «nd gleichzeitig wird das Salzwasser vor Eintritt in den ersten Verdampfer vorgewärmt, im allgemeinen mit Niederdruck-Dampf.

Bei der »Multieffekt Destillation« wird der in einer Stufe erzeugte Dampf unter Erzeugung von Dampf geringeren Wärmcinhalts kondensiert. Es ist also keine Vorwärmung des frischen Salzwassers und keine Wärmeruckgewinnung aus den Abläufen vorgesehen. Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Gewinnung in von Frischwasser aus Seewasser ist das sogenannte »Vorspeise-Verfahren«. Dabei wird das ankommende Salzwasser, welches von Stufe zu Stufe mit kondensierendem Dampf vorgewärmt ist, in die Stufe höchster Temperatur eingespeist, wobei Salzwasser Π und die kondensierenden Dämpfe im Gleichstrom fließen. Eine Abwandlung dazu ist das sogenannte »Rückspeise-Verfahren«. Das ankommende Salzwasser wird kalt in die Stufe niederster Temperatur einführt und gelangt von Stufe zu Stufe im Gegen- >n strom zu dem kondensierenden Dampf.

ίπ den ftüiger Jahren fanden Untersuchungen an einer speziellen Art von Multieffekt-Entsalzungsanlagen in Amerika statt, wobei ein vertikaler Rohrverdampfer im Sinne des Vorspeise-Verfahrens oder eir, ner Mischform des Vorspeise-Verfahrens in Verbindung mit dem Rückspeiseverfahren Hetrieben wurde. In der Fig. 1 ist das Schema eines 4stufigen Multieffekt-Verfahrens gezeigt, welches mit Filmverdampfern arbeitet. Das bei 1 zugeführte kalte Seewasser hi wird bei 2, 3, 4. und 5 mit kondensierendem Dampf vorgewärmt und das vorgewärmte Seewasser gelangt in die erste Verdampferstufe 6, der über 7 Frischdampf zugeführt wird. Der in der ersten Verdampferstufe gebildete Dampf gelangt zum Teil über 9, 12 r. in die zweite Verdampferstufe und zum Teil über 8 zur Seewasservorwärmung 5. Das Kondensat aus 5 wird in 10 entspannt. Das Reinwasser gelangt über 14 in die Entspannung 13 der zweiten Verdampferstufe, während der Dampf 11 aus jer ersten Entspaniii nung 10 zusammen mit dem über 9. 12 geführten Dampf aus der ersten Stufe in die zweite Stufe eingebracht wird und so fort durch alle vier Stufen. Der die vierte Stufe verlassende Dampfstrum 17 gelangt schließlich in ein Vakuumsystem 18 (barometrischer 4-, Kondensator. Flüssigkeitsringpumpe. Vakuumpumpe). Die konzentrierte Salzlösung gelangt aus der ersten Verdampferstufe 6 über 15 mit Hilfe der Pumpe 16 in clic zweite Verdampferstufe und so fort und wird schließlich über die Leitung 20 aus dem Sy- -,(I stern ausgetragen. Das Reinwasser aus dem Iet/tcn F.ntspannungsgefiiß zusammen mit dem Reinwasser aus dem Vakuumsystem geht über die Leitung 19 /um Verbraucher.

Dieses Verfahren nach Fig. I hat gegenüber dom -,-, Multiflash-Verfahren folgende Vorteile:

I. Die höchste Sal/kon/entration liegt im kältesten Teil vor. wodurch ein Kon/entrationsfaktor von etwa M ~ I l'"g' 1 Salz) ohne Ansat/bildung möglich ist. wahrend das Multiflash-Vcrfahren keinen Konzentrationsfaktor über etwa 2 zuläßt. Als Konzentrationsfaktor bezeichnet man das Verhältnis Endkonzentration zu Anfangskonzentration. Die Strömungsgeschwindigkeit des Seewassers sinkt beim Multieffekt-Verfahren um etwa V₃.

, Das Verhältnis Salzwasser zu Reinwasser liegt für das Multieffekt-Verfahren bei 1,5, während es bei dem Multiflash-Vcrfahren bei 7,5 liegt

durch Rückführung des Hauptteils der Salzlauge. Aufgrund der geringeren Strömungsgeschwindigkeit beträgt die Stufenzahl des Multieffekt-Verfahrens etwa '/, des Multiflash-Verfahrens bei gleichem Wärmebedarf.

3. Geringe hydraulische Probleme und geringer Energiebedarf durch geringere Strömungsgeschwindigkeit.

4. Höhere Wärmeübergangskoeffizienten in den Filmverdampfern gegenüber dem Multiflash-Verfahren.

5. Höhere verwertbare Temperaturdifferenz (Δ T), so daß eine geringere Stufenanzahl benötigt wird oder der Filmverdampfer kann bei konstanter Temperatur ohne Aufsatz arbeiten.

Die Nachteile sind beträchtlich und technischer Art durch die horizontale Anlage mit ihrem großen Platzbedarf, der Notwendigkeit zum Pumpen derSalzlöung von Stufe zu Stufe und den erforderlichen großen Dampfleitungen. Dies macht die Anlage gegenüber einer äquivalenten Multiflash-Anlage nicht konkurrenzfähig.

Aus der US-PS 3 303 IOh ist eine Anlage zur Gewinnung von Reinwasser aus Seewasser unter Verwendung einer Art von Filmverdampfern bekannt. Die vertikale Anlage weist 7 Heizrohrbündel auf, wobei von Stufe zu Stufe die Temperatur des Dampfstroms sinkt. Diese Wärmeaustauscher sind nicht in getrennten Abschnitten der Anlage untergebracht, sondern erstrecken sich von einem Abschnitt in den nächsten. Es findet keine Trennung von Wasserdampf und Flüssigkeit in jeder Stufe statt. Hs ist also keine einwandfreie Trennung von Reinwasser und Salzwasser möglich, da die Dämpfe Tröpfchen von Seewasser bzw. Salzlösung enthalten. Am Boden jeder Stufe sammelt sich Kondenswasser, wodurch die wirksame Fläche der Anlage verringert und damit die Leistungsfähigkeit herabgesetzt wird. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Anlüge liegt darin, daß diese vollständig au. korrosionsbeständigen Werkstoffen aufgebaut sein muß. da alle Feile mit Seewasser oder Salzlosung in Berührung stehen.

Aufgabe der Erfindung ist nun eine Vorrichtung der Seewasserentsalzung, also zur Gewinnung von Rein wasser aus Seewasser, die die Vorteile des MuI-tieffekt-\ erfahren* nutzt, jedoch nicht die Anwendung von Pumpen und großen Dampfleitungen erforderlich macht. Außerdem soll der Platzhcdarf geringer sein als bei den bekannten Multieffekt-Verfahren bei horizontaler Anlage und schließlich sollen die Investitionskosten fur die Werkstoffe der Anlage gegenüber bekannten vertikalen Anordnungen aus korrosionsbeständigen Werkstoffen niederer gehalten werden. Diese Aufgaben werden dadurch gehist, daß eine vertikale Kolonne in mehrere zylindrische Abschnitte unterteilt ist und jeder Abschnitt folgende Hlemente enthält:

a) zwei Filmverdampfer in Form von vertikalen Rohrbündeln — im Querschnitt als Kreissegment ausgebildet und ohne Mantel;
b) zwei Behälter, die am Boden mit der oberen Rohrplatte eines der Filmverdampfer des gleichen Abschnitts — im letzten Abschnitt ohne Filmverdampfer, jedoch verbunden mit der Austragsieitung für Salzlösung - und oben mit der unteren Rohrplatte eines Filmverdampfers des darüberliegendes Abschnitts - im ersten Abschnitt verbunden mit der Secwasserspeiselei-

tung - verbunden sind;

c) ein flaschenhalsartiger Überlauf am Boden jedes Behälters für den Übergang der Salzlösung aus dem Behälter zu den darunterliegenden Rohrplatten und zum Ausgleich der positiven Druckdifferenz, weiters

d) Öffnungen zum Abzug des Dampfes an der oberen Seite jedes Behälters mit Ausnahme des Behälters im ersten Abschnitt;

e) ein oder mehrere Syphonrohre zum Abzug des sich am Boden jedes Abschnitts ansammelnden Kondensats und zum Wiedereinleiten an einer mittleren Stelle des nächsten Abschnitts;

f) horizontal angeordnete Rohrbündelaustauscher für die Vorwärmung des Seewassers mit Dampf, der im letzten Abschnitt kondensiert wird, sowie

g) Inertgasleitungen von Abschnitt zu Abschnitt bis zum Vakuumsystem.

Zweckmäßigei weise sind die Öffnungen am Oherteil der Behälter mit einem En¹' uchter versehen.

Die erfindungsgemaBe Vorrichtung weist gegenüber der Vorrichtung nach US-PS 3 303 106 folgende Vorteile auf: Es wird Dampf und Flüssigkeit einwandfrei getrennt, so daß man am Ende der Vonichtung ein R-:inwasser erhält, welches nicht durch Flussigkeitströpfchen wieder einen gewissen Salzgeha t erhält. Der in jeder Stufe gebildete Dampf kondensiert an den Rohren der Filmverdampfer, die keinen Mantel aufweisen, so daß es unmittelbar zu einer Warmcabführung kommt. Auch sammelt sich bei der eriindungsgemaßen Vorrichtung auf keinem Boden Kondensat, welches die wirksamen Heizflächen verringern konnte. Schließlich zeichnet sich die erfindungsgemaße Vorrichtung gegenüber der bekannten Vorrichtung durch einfacheren Zusammenbau aus, da die nicht ineinandergreifenden Stufen leicht montiert und demontiert werden können. Schließlich kommt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Scewasser und Salzlauge nur mit den Verdampferrohren in Berührung. so daß fur die anderen Hlemente billigere Werkstoffe angewandt werden können.

Der Druck in den einzelnen Abschnitten fallt von oben nach unten. Durch den Flussigkeitsabschluß am Boden jedes Abschnitts benötigt man keinen cinwandfrcien mechanischen Abschluß zwischen den Abschnitten. Die Verdampfer können einfach auf einem Tragring ruhen, was die Konstruktion und den Aufbau erleichtert.

Das Seewasser strömt nur in den Verdampfern, ohne mit der Kolonne in Berührung zu kommen, welche aus Kohlenstoffstahl bestehen kann Fur Anlagen mittlerer und große ι er Leistung werden zumindest I s Abschnitte in zwei Kolonnen vorgesehen.

Fur die Reinigung der Filmverdampfer ohne deren Ausbau aus der Kolonne ist es notwenc¹;;'. einen Abstand von etwa 2 m zwischen den einzelnen Verdampfern vorzusehen. Fur Anlagen tzeringerer I eistung (nicht mehr als 10 bis 1 2 Abschnitte) kann eine einzige Kolonne ausrei hen.

Die Fir^rindung wird nun anhand der Fig. 2 und 3 weiter erläutert. Der Kolonne 1 wird über 2 Seewasser zugeführt, welches im Rohrbündel -Austauscher 3 vorgewärmt wird. In den Behältern 4 wird die Salzlösung aufgefangen und gelangt über den Überlauf 6 in die vertikalen Rohrbündel des Film-Verdampfers 8 (von denen nur eines gezeigt ist). Die Öffnungen 7 zum Abzug des Dampfes am Oberteil der Behälter sind mit einem Entfeuchter versehen. Das Kondensat

gelangt über die Syphonrohrc 9 von Stufe zu Stufe. Bei 10 wird Salzlösung und bei 11 Rcinwasser ausgetragen. Primärdampf wird bei 5 zugeleitet; eventuell vorhandene inerte Gase gelangen über 12 von Stufe zu Stufe und über den Anschluß 13 in das Vakuumsystem.

Das frische Seewasser aus 2 gelangt also zuerst in den ersten Behälter 4 und über den Überlauf 6 auf die Rohrplatte des darunter angeordneten Vedampfers 8, der mit Frischdampf von 5 beheizt wird. Der Frischdampf ist auch die Wärmequelle für den Austauscher 3,

Ein Teil des Seewassers Verdampft im Verdampfer und das gebildete Fliissig-Gas-Gcmisch strömt in den Behälter 4 des darunterliegenden Abschnitts, worin sich Dampf und Flüssigkeit trennen. Die Flüssigkeit gelangt über den Überlauf in die Verdampferrohre des nächsten Verdampfers* der auf geringerem Druck arbeite"! und SQ fort;

Der Dampf kondensiert außen im. Verdampfer 8 Und der Kondensator 3 befindet sich im selben Kolonncnabsehhitt. Die Betriebsweise der verschiedenen Abschnitte bis zum letzten ist gleich, Im letzten Abschnitt ist kein Verdampfer mehr vorhanden. Aus diesem Abschnitt wird die Salzlösung bei 10 ausgetragen, der restliche Dampf im Kondensator 14 kondensiert und gleichzeitig das eingespeiste Seewasser vorge-

*> wärmt. Eventuell vorhandenes Inertgas wird über 13 abgesaugt.

Aus obigen Ausführungen geht die bemerkenswerte Einfachheit der Entsalzungsanlage nach der Erfindung hervor. Man benötigt je nach der gewünschten

ι« Leistung nur eine oder zwei Kolonnen. Auf dieser Vereinfachung beruht die bemerkenswerte Kostenvcrringcrung bei der Gewinnung vöti Reiiiwasscr aiis Sccwasser gegenüber bekannten Anlagen. Es muß noch darauf hingewiesen werden, daß die Baucle-

r> niente der erfindungsgemäßen Anlage gegenüber den üblichen Systemen, die mit horizontalen Verdampfern arbeiten, sehr mäßige Dimensionen aufweisen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß man die vorgefertigten Abschnitte an Qri und StsÜe züSEmimenbHUsri kann. Dadurch werden die Kosten für die Konstruktion wesentlich gesenkt, denn Arbeiten in den Spezialfinhen sind wesentlich preiswerter als direkte konstruktion an Oft und Stelle.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Gewinnung von Reinwasser aus Seewasser nach dem Multieffekt-Verfahren mit Wärmeaustauschern, Trennbehältern, Zuführungen für Seewasser und Primärdampf, Abführungen für Salzlösung und Reinwasser sowie Anschluß an ein Vakuumsystem, gekennzeichnet durch ein vertikale Kolonne (1) unterteilt in mehrere zylindrige Abschnitte, die jeweils enthalten:

a) zwei Filmverdampfer (8) in Form von vertikalen Rohrbündeln — im Querschnitt als Kreissegment ausgebildet ohne Mantel —;

b) zwei Behälter (4), die am Boden mit der oberen Rohrplatte eines der Filmverdampfer des gleichen Abschnitts - im letzten Abschnitt ohne Filmverdampfer, jedoch verbunden mit der Austragsleitung für Salzlösung - und oben mit der unteren Rohrplatte eines Filmverdampfers des darüberliegenden Abschnitts - im ersten Abschnitt verbunden mit der Seewasserspeiseleitung - verbunden sind;

c) einen flaschenhalsartipen Überlauf (6) am Boden jedes Behälters für den Übergang der Salzlösung aus dem Behälter zu den darunterliegenden Rohrplatten und zum Ausgleich der positiven Druckdifferenz;

d) Öffnungen (7) zum Abzug des Dampfes an der oberen Seite jedes Behältes mit Ausnahme des Behälters im ersten Abschnitt;

c) ein oder mehrere Siohonrohr(e) (9) zum Abzug des sich am Bode», jedes Abschnittes sammelnden Kondensats und zum Wiedereinleiten an einer mittleren Stelle des nächsten Abschnitts;

f) horizontal angeordnete Rohrbündelaustauscher (3) für die Vorwärmung des Seewassers mit Dampf sowie

g) Inertgasleitungen (12) von Abschnitt zu Abschnitt bis zum Vakuumsystem.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (7) am Oberteil der Behälter mit einem Entfeuchter versehen sind.