DE3027225A1 - Verfahren zur ein- oder mehrstufigen verdampfung waessriger fluessigkeiten - Google Patents

Verfahren zur ein- oder mehrstufigen verdampfung waessriger fluessigkeiten

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DE3027225A1
DE3027225A1 DE19803027225 DE3027225A DE3027225A1 DE 3027225 A1 DE3027225 A1 DE 3027225A1 DE 19803027225 DE19803027225 DE 19803027225 DE 3027225 A DE3027225 A DE 3027225A DE 3027225 A1 DE3027225 A1 DE 3027225A1
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evaporator
stage
evaporation
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Withdrawn
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DE19803027225
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English (en)
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Wilhelm 6352 Obermörlen Edler
Hans Dipl.-Ing. 4250 Bottrop Leiner
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GEA Group AG
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Metallgesellschaft AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • B01D1/26Multiple-effect evaporating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • B01D1/28Evaporating with vapour compression
    • B01D1/2803Special features relating to the vapour to be compressed
    • B01D1/2806The vapour is divided in at least two streams and only a part of the vapour is compressed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • B01D1/28Evaporating with vapour compression
    • B01D1/284Special features relating to the compressed vapour
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Description

  • Verfahren zur ein- oder mehrstufigen
  • Verdampfung wäßriger Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ein- oder mehrstufigen Verdampfung wäßriger Flüssigkeiten durch Vorwärmung der Flüssigkeiten mittels Wärmeaustauscher, Einführung der erwärmten Flüssigkeit in den Verdampfer, Verdampfung eines Teils der Flüssigkeit, Trennung des Dampfes von der Flüssigkeit, Verdichtung des Dampfes mittels eines Brüdenverdichters bei einstufiger Verdampfung oder Zuführung des Dampfes in den Brüdenverdichter nach Durchlauf mehrerer Verdampferstufen und Ableitung des nicht verdampften Anteils der Flüssigkeit aus der letzten Stufe.
  • Zur Verdampfung von Flüssigkeiten, z.B. zur Verdampfung von Meerwasser zwecks Gewinnung von Salz und Trinkwasser, ist es bekannt, das zu behandelnde Meerwasser zu verdichten, zu erhitzen und in mehreren, in Reihe geschalteten Verdampfern einer Konzentrierung zu unterziehen.
  • Gemäß diesem Verfahren wird die Vorkonzentration in Verdampfern durchgeführt, bei denen die Verdampfung unmittelbar auf den Heizflächen erfolgt, während die Endkonzentration und die Kristallisation zumindest eines Teilstromes des zu behandelnden Meerwassers in Verdampfern durchgeführt wird, bei denen die Verdampfung außerhalb der Heizflächen erfolgt. Hierzu wird das zu verdampfende Meerwasser zunächst in der separaten Heizstufe des jeweiligen Verdampfers unter einem Druck, der höher ist als der Druck des Verdampfungsraumes, erhitzt und anschließend in dem Verdampfungsraum des Verdampfers entspannt, in dem nunmehr eine Teilverdampfung stattfindet. Durch diese Verfahrensweise soll eine Krustenbildung in den Verdampfern vermieden werden, doch liegt der Nachteil dieses Verfahrens darin, daß der Investitionsaufwand zur Herstellung geeigneter Verdampfer im Bereich der Endkonzentration und Kristallisation relativ hoch ist.
  • Deshalb wurde vorgeschlagen, daß jeder Verdampfer, dessen Heizfläche verkrustet ist, mit Salzwasser, das eine niedrigere Salzkonzentration als die in diesem Verdampfer im Zuge der Konzentrierung anfallende Sole aufweist, regeneriert wird, wodurch einfachere Verdampfer benutzt werden können (DE-OS 23 48 335).
  • Ferner wurde eine Anlage zur Gewinnung reinen Wassers aus Meerwasser durch vielstufige Entspannungsverdampfung, bestehend aus zwei Stufen-folgen, vorgeschlagen, wobei die eine Stufenfolge aus den beiden ersten Verdampfungsstufen und die zweite Stufenfolge aus den anderen Verdampfungsstufen gebildet wird, deren Anzahl veränderlich ist, mit einer Rohwasserzuführung in die erste Stufe, wobei von den Verdampfungsstufen jede eine Verdampfungskammer sowie einen Kondensationsteil mit Sammelwannen für Kondensat enthält und wobei die Vorrichtungen einzelner Stufen bzw. Stufenfolgen miteinander verbunden sind und wobei in der jeder Stufe einer Stufenfolge nachgeschalteten Stufe gegenüber der vorhergehenden ein niedrigerer Druck sowie eine niedrigere Temperatur herrscht (DE-AS 16 42 440).
  • Der Reinheitsgrad der durch Entspannungsverdampfung erhaltenen Destillate ist jedoch begrenzt. Sie haben noch ein hohes Maß an Verunreinigungen, so daß sie für bestimmte Zwecke, beispielsweise als Zusatzwasser für moderne Heizkessel, keine Verwendung finden können.
  • Es ist weiter ein Entspannungsverdampfer für die Destillation von Seewasser durch Mehrstufenverdampfung und anschließender Kondensation in einer Anzahl von Verdampfungskammern bekannt, die hintereinander durch Zwischenwände in einem gemeinsamen Mantel in Längsrichtung gebildet und hintereinander geschaltet sind, wobei in jeder der Kammern ein Röhrenkondensator angeordnet ist.
  • Die Kondensatorröhren verlaufen hierbei über die ganze Länge des durch den Mantel gebildeten Verdampfers durch alle Verdampfungskammern und durch die Trennwände (DE-OS 17 92 139).
  • Bei Fallfilmverdampfern kommt es darauf an, die einzudampf ende Flüssigkeit gleichmäßig auf eine Vielzahl von Heizrohren zu verteilen. Eine gleichmäßige Verteilung ist um so wichtiger, je größer das Konzentrationsverhältnis ist und je höher die Eindampfung an die Endkonzentration herankommt. Es wurde vorgeschlagen, daß man das Eindampfgut mit einer höheren als der Eindampftemperatur in den Raum über dem oberen Rohrboden einführt, daß man hier das Eindampfgut auf den Druck im verdampfer entspannt, auf dem oberen Rohrboden anstaut und gemäß der Beziehung wobei Q das Eindampfgut in mDlsec, F den Eintrittsquerschnitt in mz, g die Erdbeschleunigung in'm/s2 und h die Stauhöhe in m bedeuten, durch Öffnungen gleichen Querschnitts jedem Rohr separat, bei gleichzeitiger Zugabe des anteiligen Entspannungsdampfes, zuteilt (DE-OS 26 04 389).
  • Der wesentliche Nachteil der bekannten Verfahren und Vorrichtungen liegt darin, daß sie einen hohen Energieaufwand erfordern.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur ein- oder mehrstufigen Verdampfung wäßriger Flüssigkeiten vorzuschlagen, das leicht zu überwachen ist, keine hohen Investitionskosten erfordert und vor allem energiesparend arbeitet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Verdichtung des Dampfes mit einem mechanischen Brüdenkompressor vornimmt, diesen mit einer Dampftur bine antreibt, den Dampfdruck hinter dem Brüdenkompressor einerseits und hinter der Dampfturbine andererseits auf ein gleiches Niveau bringt, beide Dampfstränge vereinigt und zur Beheizung in die erste Verdampferstufe einführt.
  • Die mit ir Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß es auf einfache Weise gelingt, den Brüdenkompressor -insbesondere für hohe Verdichtungsleistungen - unabhängig vom Hochspannungsnetz mittels einer einfachen platzsparenden Dampfturbine anzutreiben. Weiterhin die Verdichterleistung und somit die Anlageleistung stufenlos regeln zu können, keine Investition für einen Notkondensator aufwenden zu müssen und den bei einer Brüdenkompression ohnehin schon niedrigen Energieverbrauch durch Kondensation des Turbinenabdampfes in der 1. Verdampferstufe weiterhin zu erhöhen. Die erhaltenen Destillate sind von hoher Reinheit. Das Verfahren ist besonders wirtschaftlich. Es gelingt eine Energieersparnis von über 30 % gegenüber den konventionellen Verfahren.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
  • In der Zeichnung bedeuten: D = Verdampfer; D1 bis D4 = Verdampferstufen; E = Wärmeaustauscher; E1 bis E4 Trorwärmstufen; 1 Kondensator; 2 Umwälzpumpe; 3 Pumpe zur Ableitung des nichtverdampften Flüssigkeitsanteils; 4 ~4 Pumpe; 5 Pumpe; 6 Brüdenverdichter; 7 Dampfturbine; 8 Dampfkondensat-Pumpe; 9 Leitung Kühlmedium; 10 Abfluß Kühlmedium; 11 Verdampfungsgut; 12 Leitung Dampfkondensat; 13 Dampf für Dampfturbine; 14 Abdampf-Dampfturbine; 15 Dampf aus letzter Verdampferstufe; 16 zu verdichtender Dampf; 17 verdichteter Dampf; 18 Heizdampf für 1. Verdampferstufe; 19 und 20 auszutragende Flüssigkeiten.
  • Ausführungsbeispiel 0 430 tih Seewasser mit einer Temperatur von 27,5 C werden über 9 unter gleichzeitiger Erwärmung in den Kondensator 1 eingeführt und zum Teil als Kühlwasser über 10 abgeführt. Aus dem Kondensator 1 werden mit Hilfe der Dampfkondensatpumpe 8 über Leitung 12 9 t/h Dampfkondensat mit einer Temperatur von 45 0C abgezogen. Ein anderer Teil des Kühlwassers 11 wird über die Pumpe 5 in die Vorwärmstufen E4 bis E1 des Verdampfers D eingeführt, der im vorliegenden Beispiel aus 4 Verdampferstufen D1 bis D4 besteht. In diesen Vorwärmstufen wird das zu verdampfende Gut stufenweise auf 60 0C vorgewärmt. Die zu verdampfende Flüssigkeit wird von Stufe D1 bis D4 gefördert und durch die Pumpen 2 umgewälzt. Aus der 4. Verdampferstufe D4 wird über die Pumpe 3 115 t/h nichtverdampfter Flüssigkeitsanteil mit einer Temperatur von 0 46 c abgezogen und bei 19 ausgetragen. Der Dampf aus der letzten Verdampferstufe D4 mit einer Temperatur von 45 0C wird über 15 und 16 in den Brüdenverdichter 6 geleitet Der verdichtete Dampf 17 wird mit dem Abdampf 14 der Dampfturbine 7, in die über 13 Dampf mit einem Druck von 15 bar und 240 0C in einer Menge von 9 t/h eingeleitet wurde, vereinigt. Es resultieren 28 900 kg/h Heiz- dampf 18 mit einer Temperatur von 63 Or und einem Druck von 226 mbar für die erste Verdampferstufe D1 des Verdampfers D. über die Pumpe 4 werden 110 t/h Frischwasser mit einer Temperatur von 50 0C gewonnen. Leerseite

Claims (1)

  1. Patentanspruch Verfahren zur ein- oder mehrstufigen Verdampfung wäßriger Flüssigkeiten durch Vorwärmung der Flüssigkeiten mittels Wärmeaustauscher, Einführung der erwärmten Flüssigkeit in den Verdampfer, Verdampfung eines Teils der Flüssigkeit, Trennung des Dampfes von der Flüssigkeit, Verdichtung des Dampfes mittels eines Brüdenverdichters bei einstufiger Verdampfung oder Zuführung des Dampfes in den Brüdenverdichter nach Durchlauf mehrerer Verdampferstufen und Ableitung des nichtverdampf ten Anteils der Flüssigkeit aus der letzten Stufe, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verdichtung des Dampfes mit einem mechanischen Brüdenkompressor vornimmt, diesen mit einer Dampfturbine antreibt, den Dampfdruck hinter dem Brüdenkompressor einerseits und hinter der Dampfturbine andererseits auf ein gleiches Niveau bringt, beide Dampfstränge vereinigt' und zur Beheizung in die erste Verdampferstufe einführt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005078371A3 (en) * 2004-02-10 2006-05-04 Texas A & M Univ Sys Vapor-compression evaporation system and method
DE102012217937A1 (de) * 2012-10-01 2014-04-03 Gea Wiegand Gmbh Anlage zum Entalkoholisieren eines Alkohol, insbesondere Ethanol enthaltenden Produkts

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