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Destillationsvorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Destillationsvorrichtung mit einer Wärmezufuhrkammer, mehreren in Reihe hintereinander
angeordneten Verdampfungskammern vom Unterdrucktyp, wobei diese Verdampfungskammern
in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und durch dieses Gehäuse und Trennwände
begrenzt sind, einem Bündel von Kondensationsröhren, von denen wenigstens einige
sich durch alle Verdampfungskammern erstrecken und wobei kalter destillierender
Stoff durch diese Röhren fließt, einem Becken in jeder Verdampfungskammer, durch
welches Becken erhitzter destillierender Stoff fließt, und einem Kondensattrog in
jeder Verdampfungskammer, wobei dieser Kondensattrog unter den Röhren angeordnet
-ist, um das Destillat zu sammeln.
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In Entsalzungsanlagen vom MSF-Typ (Multiple Stage Flash Distillation)
sind große Mengen an Röhren eines Metalles, das
korrosionsbeständig
ist, erforderlich. Metalle, die den üblichen Wasserverunreinigungen und Korrosionsangriffen
widerstehen, sind in der Entwicklung, doch bisher war es nicht möglich, geeignete
Materialien zu tragbaren Kosten zu finden. In bekannten Anlagen des gezeigten Typs
treten auch Schwierigkeiten bezüglich der Abdichtung zwischen den Röhren und den
Sammel- oder Verteilerräumen für dieVerdampfungskammern auf, und außerdem sind die
Herstellungskosten für diese Sammel- oder Verteilerräume hoch. Geeignete Metalle
für die Röhren haben solche Dehnungseigenschaften, daß die Röhren mit einer Gleitdichtung
ausgestattet werden müssen oder als Schlingen in jeder Verdampfungskammer ausgebildet
werden müssen, um übermäßige Zugspannungen und die Gefahr eines Leckwerdens infolge
von Fehlern in den Röhren und den Dichtungen zu vermeiden.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Nachteile und löst auch
andere Probleme, die bei bekannten Anlagen des gezeigten Typs auftreten.
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Die kennzeichnenden Merkmale nach der Erfindung bestehen darin, daß
die Kondensationsröhren sich auch durch die Wärmezufuhrkammer erstrecken und aus
Kunststoff bestehen und daß die Wärmezufuhrkammer in dem Gehäuse angeordnet und
von dem Gehäuse und wenigstens einer Trennwand begrenzt ist. Die Röhren können durch
vorgefertigte Öffnungen in den Trennwänden der Kammern gezogen werden. Diese Trennwände
können aus Kunststoff bestehen, und die Röhren können beispielsweise
durch
Verkleben oder Verschweißen gegen die Trennwände abgedichtet sein. Die offenen Räume
zwischen den einzelnen Röhren des Röhrenbündels werden in den Positionen, die dazu
bestimmt sind, bei den Trennwänden zu liegen, eliminiert, und die Außenteile des
Bündels werden durch Verkleben oder Verschweißen gegen die Wände abgedichtet. Die
Räume zwischen den Röhren des Bündels können durch Zusammenpressen des Röhrenbündels
unter örtlichem Erhitzen des Bündels im Preßbereich so eliminiert werden, daß die
Außenflächen der Röhren miteinander verschweißt werden. Stattdessen können die Räume
zwischen den Röhren des Bündels auch eliminiert werden, indem man ein Dichtungsmittel
zwischen den Röhren einfügt.
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Bei einer Ausführungsform werden die öffnungen der Trennwände für
das Röhrenbündel mit Näpfen versehen, die zusammen mit dem Teil der Wand, das oberhalb
der öffnung liegt, Wasserschleusen bilden, die mit Wasser gefüllt sind, so daß das
Röhrenbündel leicht durch diese Wasserschleusen gezogen werden kann und die Wasserschleusen
die Kammern gegeneinander abdichten. Der Napf kann mit Kondensatwasser aus einem
Kondensattrog gefüllt sein. Der Napf kann so angeordnet sein, daß er einen Über
lauf von Kondensatwasser aus einer Kammer hohen Druckes zu einem Kondensattrog in
der benachbarten Kammer niedrigen Druckes gestattet.
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Sehr niedrige volumetrische Kosten für dünnwandige Kunststoffröhren,
wie beispielsweise aus Polyvinylchlorid (PVC) oder Polyäthylen (PE) - die Kosten
liegen bei nur wenigen Prozente jener für Metallröhren - machen es möglich, Kunststoffröhren
in
Entsalzungsanlagen, besonders vom MSF-Typ in wirtschaftlicher Weise zu verwenden,
obwohl solche Anlagen große Röhrenbereiche erfordern, wenn die Betriebstemperaturen
so begrenzt werden, daß billige Polymere ihnen widerstehen. Wenn die Anlage bei
einer Temperatur im Bereich von 50 bis 250C betrieben wird, ist es möglich, PVC-Röhren
zu benützen, die einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten besitzen, oder auch
PE-Röhren zu benützen, wobei der Vorteil bei PVC darin liegt, daß es eine bessere
Festigkeit besitzt und verklebt werden kann. Bei höheren Temperaturen, 90 bis 500C,
kann nachchloriertes PVC oder vernetztes Polyäthylen benützt werden, und dies führt
nur zu einer mäßigen Anhebung der Materialkosten.
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Für Anlagen mit einem Temperaturbereich von 90 bis 25 0C können diese
Materialtypen in getrennten Teilen der Anlage verwendet werden. Ähnlich können beispielsweise
auch Metallröhren in der Heizkammer benützt werden. Der Nachteil der niedrigen Wärmeleitfähigkeit
des Kunststoffes im Vergleich mit derjenigen von Metall kann leicht durch Erhöhung
der Zahl der Kunststoffröhren vermindert werden, während die Röhren einen kleineren
Durchmesser bekommen, als er bei Röhren in Anlagen unter Verwendung von Metallröhren
üblich ist, und infolge der niedrigen Kosten für das Kunststoffmaterial ist es möglich,
die Gesamtröhrenoberfläche in jeder Kammer durch Steigerung der Röhrenzahl darin
ohne wesentliche Kostensteigerung zu vergrößern Die Verdampfungskammern können nach
der Erfindung durch ein Gehäuse begrenzt sein, das für die Kammern üblich ist und
beispielsweise
aus kunststoffbeschichtetem Beton oder Polymerbeton bestehen kann, wobei das Gehäuse
mit Hilfe von Trennwänden in Kammern unterteilt ist und diese Trennwände vorteilhafterweise
aus Kunststoffbeton# oder kunststoffbeschichtetem Beton oder nur einem relativ dünnen
Kunststoffbrett, vorzugsweise vom gleichen Materialtyp wie die Röhren bestehen können,
da die Trennwände nur jene Belastungen aufzunehmen haben, die auf das Druckgefälle
zwischen einander benachbarten Kammern zurückzuführen sind.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß
die Kunststoffröhren leicht durch die Trennwände bewegt und gegenüber diesen abgedichtet
werden können. Außerdem können die Röhren leicht in situ hergestellt und direkt
nach dem Extrudieren durch die Kammern bewegt werden, worauf die Röhren dann mit
den Trennwänden oder ihren Überzügen verschweißt werden.
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Gemäß der Erfindung kann die Dichtung zwischen #den Kammern durch
Anordnung getrennter öffnungen in der Trennwand für jede einzelne Röhre und durch
Verkleben oder Verschweißen oder Einformen jeder Röhre in der öffnung erhalten werden.
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Ein anderer Weg, die Dichtung zu bekommen, besteht darin, das Röhrenbündel
durch eine einzige öffnung in-der Trennwand zu ziehen und die Zwischenräume zwischen
den Röhren des Bündels abzudichten, indem man das Bündel örtlich durch Erhitzen
in diesem Bereich komprimiert, so daß die Röhren miteinander verschweißt werden,
oder indem man eine Dichtungsmasse
örtlich zwischen den einzelnen
Röhren des Bündels einbringt, wonach das abgedichtete Röhrenbündel, wie oben beschrieben,
gegen die öffnung in der Trennwand abgedichtet wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung weiter beschrieben,
worin Fig.l einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung zeigt,
Fig.2 eine Dichtungskonstruktion an einer Trennwand zwischen den Verdampfungskammern
der Vorrichtung und ein Röhrenbündel zeigt und Fig.3 einen Längsschnitt durch eine
andere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung zeigt.
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Fig.l zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Entzalzungsanlagemit
einem Betongehäuse 1, das mehrere Schnellverdampfungskammern 2 und eine Wärmezufuhrkammer
3 umschließt, welche letztere beispielsweise mit Dampf S aus einer Turbine gespeist
werden kann. Die Kammern 2 und 3 sind voneinander durch Trennwände 4 getrennt, welche
öffnungen für ein Bündel gerader Kunststoffröhren 6 besitzen. In jeder Kammer 2
und 3 ist ein Kondensattrog 5 unter dem Röhrenbündel 6 angeordnet, um das Kondensat
aufzufangen. Die Kondensattroge werden über nicht gezeigte Röhren entleert. Ein
Einlaßverteilerraum 7 ist
durch das Einlaßende des Gehäuses 1 und
die benachbarte Trennwand 4 begrenzt und mit einer Einlaßröhre 6 für Salzwasserfversehen.
Ein Wassersammelraum 9 wird durch das andere Ende des Gehäuses 1 und eine benachbarte
Trennwand 4 begrenzt.
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Salzwasser wird in die Vorrichtung über die Einlaßleitung 8 zu dem
Verteilerraum 7 eingespeist1 von wo es durch die Kunststoffröhren 6 zu dem Sammelraum
9 fließt. Von dem Sammelraum 9 fließt das Salzwasser entlang dem Boden des Gehäuses
unter den Trennwänden hindurch zu der Verdampfungskammer 2, die am rechten Ende
der Fig.l gelegen ist, und von dort aus der Auslaßleitung 10.
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Die Einlaßleitung 8, die eine Beschickungspumpe 11 enthält, und die
Auslaßleitung 10 sind mit einer Zweigleitung 12 verbunden, die mit einer Rückführpumpe
14 versehen ist.
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Das kalte Salzwasser, das den Verteilerraum 7 verläßt, wird erhitzt,
während es durch die Kunststoffröhren 6 vom rechten Ende der Fig.l zum linken Ende
der Röhren 6 fließt, wie es in Fig.l gezeigt ist. Die Vorheizung erfolgt auf Grund
der Tatsache, daß sich relativ warmer Wasserdampf an den Röhren 6 kondensiert, und
die sukzessive Vorheizung erfolgt auf Grund der Tatsache, daß die Dampftemperatur
in den Verdampfungskammern, die der Wärmezufuhrkammer 3 am nächsten sind, höher
ist. Das Salzwasser, das in den Kammern 2 so vorerhitzt und in der Wärmezufuhrkammer
3 erhitzt wurde, fließt in den Sammelraum 9 vwd von dort entlang dem Boden des Gehäuses
von
links nach rechts, wie in Fig.l gezeigt ist. Infolge des abnehmenden
Druckes in den Kammern 2 von links nach rechts, wie in Fig.l gezeigt ist, nimmt
die Dampftemperatur in den Kammern von links nach rechts in Fig.l ab, so daß das
Temperaturgefälle zwischen den Kondensationsrohren und dem Dampf in jeder Kammer
im wesentlichen konstant ist.
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Im Falle, daß die Wärmezufuhrkammer 3 mit Turbinendampf TS beschickt
wird, kondensiert der Turbinendampf S in der Kammer 3 und kann das resultierende
Turbinenkondensat TC zu der Turbine zurückgeführt werden.
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Beispielsweise unter Bezugnahme auf Fig.l kann das in den Einlaßverteilerraum
7 eintretende kalte Salzwasser eine Temperatur von 23 0c besitzen und wird in jeder
Kammer 2 um 2 0C vorerhitzt, so daß es eine Temperatur von etwa 500C besitzt, wenn
es in die Wärmezufuhrkammer 3 eintritt. Der in die Kammer 3 eintretende Turbinendampf
TS kann eine Temperatur von 56haben.
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Das Gehäuse 1 kann aus bewehrtem Beton bestehen und im Inneren mit
einem Kunststoff aus Gründen der Abdichtung beschichtet sein.
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Fig.2 zeigt eine Trennwand 4 zwischen zwei Kammern 2, die von dem
Gehäuse 1 umgeben sind. Der Kondensattrog 5 ist unter dem Röhrenbündel 6 in jeder
Kammer 2 angeordnet. Eine öffnung 15 fir das Röhrenbündel 6 in der Trennwand 4 ist
mit
einem Napf 16 ausgestattet, der mit einem Kondensat gefüllt
ist und zusammen mit der Trennwand eine Wasserschleuse bildet, durch die das Röhrenbündel
6 hindurchgeht. Die Wasserschleuse dichtet die Kammern gegeneinander ab. Der Napf
16 ist mit Kondensatwasser aus dem Trog 5 oder von dem Röhrenbündel 6-in der benachbarten
Kammer höheren Druckes gefüllt. Die Wasseroberfläche der Wasserschleuse liegt auf
verschiedenen Höhen auf beiden Seiten der Wand 5, und zwar infolge des Druckunterschiedes
zwischen den beiden Schnellverdampferkammern bzw. Verdampfungskammern 2. Die Lage
der Kante des Napfes 16 in der Kammer niedrigeren Druckes sollte vorzugsweise so
angepaßt sein, daß das Kondensat über die Kante des Napfes und hinab in den Trog
5 fließt, so daß das Wasser der Wasserschleuse kontinuierlich gewechselt wird.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung kann zum Destillieren irgendeiner
Flüssigkeit verwendet werden, und die Bezugnahme auf die Salzwasserdestillation
erfolgt hier nur zum Zwecke der Erläuterung.
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Die in Fig.l erläuterte Vorrichtung kann eine große Zahl von Verdampfungskammern
(mehr als 10) umfassen. Der Unterdruck in den Verdampfungskammern kann in der Weise
erhalten werden, daß man den Salzwasserfluß zwischen benachbarten Kammern drosselt,
oder durch Vakuumpumpen und/oder durch Luftejektoren, die benützt werden können,
um sich den Sauerstoffgehalt des Wassers zunutze zu machen.
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Wenigstens ein Teil des Unterdruckes kann erzielt werden, indem man
den Auslaß und Einlaß für Salzwasser in unterschiedlichen Höhen anordnet, so daß
man einen Siphoneffekt erhält.
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Die Kondensattröge 5 können miteinander verbunden sein (beispielsweise
über die Näpfe 16, siehe Fig.2), so daß Kondensat C nur aus der am weitesten rechts
liegenden Kammer 2 in Fig.l zu sammeln ist.
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Fig.3 erläutert eine Vorrichtung, in der nur die Wärmezufuhr und die
Röhrenanordnung sich von der Vorrichtung nach Fig.l unterscheiden.
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In den Figuren 1 und 3 bedeuten gleiche Bezugszeichen entsprechende
Teile.
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In der Vorrichtung gemäß Fig.3 wird kaltes Salzwasser durch die Einlaßleitung
8, den Verteilerraum 7 und die Röhren 6 eingespeist. Heißes Salzwasser wird in die
Wärmezufuhrkammer 3 eingespeist. Wie gezeigt ist, sind die Röhren in drei Gruppen
unterteilt. Die erste Gruppe erstreckt sich durch die beiden am weitesten rechts
liegenden Schnellverdampferkammern 2 und ist so angeordnet, daß sie in der rechten
Kammer dieser beiden Kammern endet. Ähnlich erstreckt sich die zweite Gruppe von
Röhren durch die ersten vier Schnellverdampferkammern, ist aber so angeordnet, daß
sie in der dritten Kammer endet.
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Schließlich erstreckt sich die dritte Gruppe von Röhren durch alle
Kammern 2 und auch die Wärmezufuhrkammer 3 und endet in
der fünften
Schnellverdampferkammer 2. Jede der drei Röhrengruppen und die Zufuhrleitung 29
für heißes Salzwasser speist den gleichen Strom ein.
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Beispielsweise in Fig.3 kann das kalte Salzwasser eine Temperatur
von 80C haben. Dieses Salzwasser wird mit rückgeführten Salzwasser vermischt, um
eine Temperatur von 9 0C zu bekommen. Dieses Gemisch wird in jeder Kammer 2 und
in der Kammer 3 um jeweils 40C vorerhitzt.
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Die heiße Salzwasserzufuhr kann eine Temperatur von 400C haben. Das
heiße Salzwasser wird in jeder Kammer 3 und 2 infolge Verdampfung um 4 0C gekühlt.
Das vorerhitzte Salzwasser wird in die Kammern geeigneter Temperatur eingespeist.
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So wird das Salzwasser in der dritten Röhrengruppe auf 33 0C vorerhitzt
und in die fünfte Kammer 2 eingespeist, worin das zugeführte heiße Salzwasser auf
320C herabgekühlt wurde.
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In der Vorrichtung gemäß Fig.3 sind Luftejektoren nur in jenen Kammern
erforderlich, wo ein nichtausgesetztes Salzwasser zugeführt wird.
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Die Zahl der Kammern in der Vorrichtung gemäß Fig.3 kann natürlich
größer sein, und Fig.3 ist nur dazu bestimmt, das Konstruktionsprinzip zu erläutern.
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In der Zeichnung wurden Luftejektoren und Einrichtungen, mit Hilfe
derer verschiedene Drücke in den Schnellverdampferkammern
erreicht
werden, weggelassen, da sie herkömmliche Elemente sind, deren Verwendung für den
Fachmann selbstverständlich ist.