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Verfahren zur ein- oder mehrstufigen
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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.
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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.
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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.
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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).
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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).
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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.
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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.
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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).
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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).
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Der wesentliche Nachteil der bekannten Verfahren und Vorrichtungen
liegt darin, daß sie einen hohen Energieaufwand erfordern.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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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.
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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.
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