DE2846564A1 - Vacuum freezing for recovering sweet from salt water - by alternately freezing and melting very thin falling films - Google Patents

Abstract

A pre-cooled salt soln. is divided into a fine, falling film by means of a contact layer consisting of fillings, vertical plates or hanging synthetic films, in a process for recovering a solvent from a soln., and esp. sweet water from salt water. The falling film is partially vaporised by a pump, the vapour is condensed on an ice layer on a second similar contact layer formed in a previous sequence until these ice layers are melted and sufficiently strong ice layers have formed on the first contact layer. The pre-cooled salt soln. is then fed to the second contact layer and the mode of action of the vapour pump is reversed until the first contact layer is melted and a sufficiently strong ice layer has formed on the second contact layer etc. Used to overcome the disadvantages of known freezing processes, esp. the prodn. of floating ice crystals or ice layers on cooled surfaces such as the necessity for large amts. of rinsing water and the resistance of thick ice layers to the transfer of heat whilst retaining their advantages.

Description

Verfahren procedure

zur Gewinnung von insbesondere Süsswasser aus Salzwasser durch Vakuwngefrieren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von insbesondere Süsswasser aus Salzwasser durch Vakuumgefrieren, bei welchem Salzwasser mit Gefriertemperatur als Fallfilm an der vereisten Oberfläche von inertem Kontaktmaterial in einem Vakuumbehälter herunterrieselt, vakuumverdampft durch die Wirkung einer Dampfpumpe und abkühlt aufgrund der abgegebenen Verdampfungsenthalpie, so dass weiteres Eis an der Kontaktoberfläche entsteht. Bei diesem Verfahren wird gleichzeitig der von der Dampfpumpe geförderte Vakuumdampf in einem zweiten Behälter mit gleichen Einbauten niedergeschlagen, auf denen sich in einem vorangegangenen Arbeitstakt hinreichend starke Eisschichten gebildet haben, die nun abschmelzen. Durch Umkehren der Wirkungsrichtung der Dampfpumpe und durch abwechselndes Berieseln der Kontaktschichten haben beide Behälter alternierend die Funktion des Kristallisators und des Schmelzers. for the extraction of especially fresh water from salt water by vacuum freezing The invention relates to a method for obtaining fresh water in particular from salt water by vacuum freezing, in which salt water with freezing temperature as a falling film on the icy surface of inert contact material in a vacuum container trickles down, vacuum evaporated by the action of a steam pump and cools down due to the evaporation enthalpy given off, leaving more ice on the contact surface arises. In this process, the one delivered by the steam pump is used at the same time Vacuum vapor is deposited in a second container with the same internals which had sufficiently thick layers of ice in a previous work cycle have formed, which are now melting. By reversing the direction of action of the steam pump and by alternately sprinkling the contact layers, both containers have alternating the function of the crystallizer and the melter.

Es ist bekannt, in den Lösung frei schwäbende @@@kristalle d@reh teilweises Vakuumverdampfen deaipwaaterlIsung, welchariug auf Gefe@g@temperatur vorgekühlt wurde, zu erzeugen, sowie das erzeugte Eis nach Waschung mit Süsswasser in einem zweiten Behälter (dem Schmelzer) durch Niederschlagen des bei der Vakuumverdampttngganfallenden und durch die Dampfpumpe verdichteten Dampfes zu schmelzen.It is known that in the solution freely swabbing @@@ crystals d @ reh partially Vacuum evaporation of the water supply, which is pre-cooled to vessel temperature was to produce, as well as the produced ice after washing with fresh water in one second container (the smelter) by knocking down what occurs during vacuum evaporation and to melt steam compressed by the steam pump.

Es ist bekannt, durch Zugabe von Kristallisationskeimen die Eiabildung auf wenigere dafür aber grössere und reinere Kristalle zu beschränken.It is known that eggs are formed by adding crystallization nuclei on to limit fewer but larger and purer crystals.

Es ist bekannt, das Wachstum der schwebenden Eiskristalle zu beschleunigen durch Rühren, Versprühen oder Verrieseln der Lösung.It is known to accelerate the growth of floating ice crystals by stirring, spraying or trickling the solution.

Es ist bekannt, an einer Wandfläche haftendes Schichteis zu erzeugen durch Kühlen der rückseitigen Wandfläche.It is known to produce layered ice adhering to a wall surface by cooling the back wall surface.

Der Nachteil der Eis erzeugung durch in der Lösung schwebender Eiskristalle ist, wie die technische Erfahrung zeigt, der geringe erzielbare Kristalldurchmesser ( 0,3 bis 0,5 mm ) . Dadurch ist der Waschwasserbedarf allein schon durch die benetzende Lösung der Kristalloberfläche sehr hoch.The disadvantage of ice generation due to ice crystals floating in the solution is, as technical experience shows, the small achievable crystal diameter (0.3-0.5mm). As a result, the washing water requirement is already due to the wetting Solution of the crystal surface very high.

Der Nachteil der Erzeugung von Schichteis an gekühlten Flächen ist die geringe Wärmeleitfähigkeit des Eises, welche bei höheren Eisschichtdicken zu unwirtschaftlich hohen Wärztietransportwiderständen führt.The disadvantage of creating layer ice on cooled surfaces is the low thermal conductivity of the ice, which increases with thicker ice layers leads to uneconomically high heat transport resistances.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die Nachteile der bisher bekannten Gefrierverfahren insbesondere der Erzeugung von in der Lösung schwebenden Eiskristallen oder von Schichteis an gekühlten Flächen zu beheben, ihre Vorteile jedoch zu erhalten.The object of the present invention is therefore to provide the Disadvantages of the previously known freezing processes, in particular the production of in the solution to floating ice crystals or layered ice on cooled surfaces fix, but keep their benefits.

Die Lösung der Aufgabe besteht im wesentlichen darin, dass die vorgekühlte Salzlösung auf eine z.B. aus Füllkörpern, senkrechten Platten, hängenden Folien bestehende Kontaktschicht eines Vakuum behälters fein verteilt wird, somit dessen Kontaktoberfläche als dünner (kleiner als 0,5 bis 1 mm) Fallfilm benetzt, durch die Wirkung der Dampfpumpe teilverdanipft und nach Austritt aus der Kontaktschicht aus dem unteren Teil des VakuumbehElters wieder abgepumpt wird.The solution to the problem is essentially that the pre-cooled Saline solution on a e.g. from packing, vertical plates, hanging foils existing contact layer of a vacuum container is finely distributed, thus its Contact surface wetted as a thin (less than 0.5 to 1 mm) falling film, through the effect of the steam pump partially evaporates and after exiting the contact layer is pumped out again from the lower part of the vacuum container.

Damit Eis auf der Kontaktfläche aufwächst, ist bei Inbetriebnahme zweckmässigerweise eine erste Eisschicht durch intensives Kühlen zu erzeugen, welche die Kristallisationskeime für das weitere Wachsen liefert. Ferner muss die spontane Bildung von Kristallkeimen im Rieselfilm vermieden werden, d.h die Unterkühlung des Rieselfilmes an der Phasengrenzfläche Flüssigkeit/Dampf gegenüber gegenüber der örtlichen Gefriertemperatur muss klein bleiben.So that ice grows on the contact surface is at the time of commissioning expediently to generate a first layer of ice by intensive cooling, which provides the seed crystals for further growth. Furthermore, it must be spontaneous The formation of crystal nuclei in the falling film can be avoided, i.e. hypothermia of the trickle film at the liquid / vapor phase interface opposite the local freezing temperature must remain low.

Dies geschieht durch kleine Rieselfilmdicken, das heisst durch Verteilen der Salzwassermenge auf einen grossen Kontaktschichtquerschnitt und somit auf eine grosse Kontaktoberfläche Ebenso sind eventuelle in der Salzlösung vorhandene Kristallisationskeime zweckmässigerweise abzufiltrieren.This is done through small trickle film thicknesses, i.e. through distribution the amount of salt water to a large contact layer cross-section and thus to a Large contact surface There are also any crystallization nuclei that may be present in the salt solution expediently to filter off.

Rechtzeitig bevor die Zwischenräume in der Kontaktschicht blockiert sind muss das Salzwasser und die Saugseite der Dampfpumpe auf eine zunächst noch eis freie Kontaktschicht eines zweiten Behälters umgeschaltet werden, der nun als Kristallisator wirkt. Der druckseitige Dampf der Dampfpumpe kondensiert in der Kontaktschicht des ersteren Behälters und bringt das gebildete Eis zum Schmelzen.In good time before the gaps in the contact layer blocked the salt water and the suction side of the steam pump must first be on one ice-free contact layer of a second container can be switched, which is now called The crystallizer works. The pressure-side vapor of the vapor pump condenses in the contact layer of the former container and melts the ice formed.

Zweckmässigerweise wird eine Resteisschicht auf der Kontaktfläche belassen, um das Aufwachsen einer neuen Eisschicht zu erleichtern.A residual layer of ice is expediently placed on the contact surface left to make it easier for a new layer of ice to grow.

Ein erfindungsgemässes Verfahrensbeispiel für Meerwasser ist in F i g . 1 dargestellt. Meerwasser 1 von beispielsweise 20 OC wird im Gegenstrom zur Sole 2 und zum erzeugten Süsswasser 3 im Gegenstromwärmeaustauscher 4 auf etwa 2 °c vorgekühlt In einem Kältemittelverdampfer 5 wird es auf -1 0c weiter heruntergekühlt. Die Umwälzpumpe 6 fördert das Meerwasser über das Dreiwegeventil 7 in den Vakuumbehälter 8 , wo es über einer wie oben beschriebenen Kontaktschicht verdüst wird und bei etwa -5 °c vakuumverdampft. Die ablaufende Meerwassersole fliesst der Umwälzpumpe 6 zu oder wird als Sole 2 zurück ins Meer geleitet. Uber den Drehschieber 10 fördert die Dampfstrahlpumpe 11 den anfallenden Dampf einschliesslich Treibdampf 12 in den Vakuumbehälter 13 sowie in einen zweiten Kühlmittelverdampfer 14 . In beiden Fällen kondensiert der Dampf bei etwa 1 OC. Im Behälter 13 schmelzen dadurch die während des vorangegangenen Arbeitstaktes erzeugten Eisschichten und das Schmelzwasser kann über das Dreiwegeventil 15 als Produkt 3 dem Prozess entnommen werden. Das Kondensat des Kühlmittelverdampfers 14 kann, wie im vorliegenden Beispiel dargestellt, dem Produkt 3 beigemischt werden. Der Kühlkreislauf besteht in konventioneller Weise ausser aus den genannten Kühlmittelverdampfern 5 und 14 , unter anderem aus dem Kompressor 16 , dem etwas über 20 0c arbeitenden Kühimittelkondensator 17 sowie den beiden Entspannungsventilen 18 und 19An example of the method according to the invention for seawater is shown in F i g. 1 shown. Sea water 1 of, for example, 20 OC is countercurrent to the Brine 2 and the fresh water 3 produced in the countercurrent heat exchanger 4 to about 2 ° c precooled In a refrigerant evaporator 5, it is further cooled down to -1 0c. The circulation pump 6 conveys the sea water via the three-way valve 7 into the vacuum container 8, where it is atomized over a contact layer as described above and at about -5 ° c vacuum-evaporated. The draining seawater flows through the circulation pump 6 to or is fed back into the sea as brine 2. About the rotary valve 10 promotes the steam jet pump 11 the resulting steam including motive steam 12 in the Vacuum container 13 and a second coolant evaporator 14. In both cases the steam condenses at about 1 OC. in the Containers 13 melt as a result the layers of ice and melt water generated during the previous work cycle can be taken from the process as product 3 via the three-way valve 15. That Condensate of the coolant evaporator 14 can, as shown in the present example, be added to the product 3. The cooling circuit is conventional except from the said coolant evaporators 5 and 14, including from the Compressor 16, the coolant condenser 17 working a little over 20 0c as well as the two expansion valves 18 and 19

Claims (1)

Patentanspruch 1. Verfahren zur Gewinnung eines Lösungsmittels aus einer Lösung, insbesondere von Süsswasser aus Salzwasser, durch Vakuutngefrieren, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass die vorgekühlte Salzlösung auf eine zum Beispiel aus Füllkörpern, senkrecht angeordneten Blechen oder hängenden Kunststoffolien bestehenden Kontaktschicht als dünner Fallfilm fein verteilt wird, dieser Fallfilm durch die Wirkung einer Dampfpumpe teilverdampft wird, der Dampf an den in einem vorangegangenen Arbeitstakt gebildeten Eisschichten einer zweiten gleichen Kontaktschicht niedergeschlagen wird, solange bis diese Eisschichten abgeschmolzen sind und sich hinreichend starke Eisschichten in der erstgenannten Kontaktschicht gebildet haben, worauf die vorgekühlte Salzlösung nunmehr der zweiten Kontaktschicht zugeführt und die Wirkungsweise der Dampfpumpe umgekehrt werden, solange bis die Eisschichten der erstgenannten Kontaktschicht abges chmolzen sind und sich hinreichend starke Eisschichten in der zweitgenannten Kontaktschicht gebildet haben, und so fort. Claim 1. A method for obtaining a solvent from a solution, especially of fresh water from salt water, by vacuum freezing, it is not stated that the pre-cooled saline solution is added to a For example, made of fillers, vertically arranged metal sheets or hanging plastic films existing contact layer is finely distributed as a thin falling film, this falling film is partially evaporated by the action of a steam pump, the steam to the in one previous work cycle formed ice layers of a second identical contact layer is precipitated until these layers of ice have melted and become have formed sufficiently thick layers of ice in the first-mentioned contact layer, whereupon the pre-cooled salt solution is now fed to the second contact layer and the operation of the steam pump can be reversed until the ice layers the first-mentioned contact layer are melted and are sufficiently strong Ice layers have formed in the second-mentioned contact layer, and so on.