NL9301382A - Werkwijze en inrichting voor het koelen en/of indampen en/of ontzilten en/of destilleren van vloeistoffen en voor het koelen en/of bevochtigen van gassen. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze en inrichting voor het koelen en/of indampen en/of ont- zilten en/of destilleren van vloeistoffen en voor het koelen en/of bevochtigen van gassen.

De uitvinding betreft het koelen en/of indampen en/of ontzilten en/of destilleren van vloeistoffen en het koelen en/of bevochtigen van gassen.

Bekend is gebruik te maken van zogenaamde vacuümverdampers. Een te verwarmen medium wordt in warmtewisseling gebracht met een gewoonlijk door buizen stromend medium en bovendien wordt in de ruimte waarin het te verwarmen medium aanwezig is, onderdruk gecreëerd. Nadelen van zo een installatie zijn, dat deze zwaar is, dat het onderhouden van vacuüm hoge kosten met zich meebrengt, dat in verband met ketelsteenvorming regelmatig onderhoud vereist is, dat de regelapparatuur duur en storingsgevoelig is, dat om de installatie in bedrijf te houden goed opgeleid personeel nodig is, dat de opbrengst gerelateerd aan de prijs, het gewicht en de inhoud van de installatie betrekkelijk gering is en dat het warme medium ca. 40*C of meer boven de verdampingstemperatuur moet liggen om voldoende opbrengst van de installatie te hebben. Dit laatste betekent dat fossiele brandstoffen nodig zijn als energiebron voor het verdampen.

De uitvinding beoogt deze nadelen te ondervangen waarbij van in de industrie in grote mate voor handen isentropisch laagwaardige energie gebruik kan worden gemaakt.

Toegepast bij een verdamper is wezenlijk voor de uitvinding dat een vloeistof in de vorm van een film over van kleine openingen voorzien verdampervlak wordt geleid, en dat een gas door de openingen van het verdampervlak wordt geleid, welk gas zich mengt met de vloeistof op dat vlak en damp uit die vloeistof opneemt.

Er ontstaat een intensieve gas-vloeistofmenging; voor de geringe overdruk (ca. 10 mm waterkolom) nodig om het gas door de vloeistoffilm te laten stromen is slechts een klein vermogen nodig. Het gas hoort bij de menging met de vloeistof warmer en kan meer damp opnemen. Immers wordt bij elke temperatuur een bepaalde verzadigde dampspanning en het maximale gewicht aan damp (bijvoorbeeld waterdamp) in het gas (bijvoorbeeld lucht) neemt bij hogere temperatuur toe. Het proces kan bij relatief lage temperatuur worden uitgevoerd, bijvoorbeeld in geval van water en lucht bij elke temperatuur tussen 0 en 100'C. Het andere woorden kan het apparaat voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding bij relatief lage temperatuur als verdamper werken, hetgeen kan leiden tot vloeistof- koeling, indamping van vervuild water, indamping van in vloeistof opgeloste stoffen en bevochtiging van lucht. Van groot belang is dat afvalwarmte van de industrie als energiebron mogelijk is. Het relatief kleine en goedkope apparaten kan een aanzienlijke produktie worden gehaald.

De voorkeur verdient het dat het door de openingen van het verdam-pervlak te voeren gas een lagere temperatuur heeft dan de vloeistof op het verdampervlak, en dat de vloeistof die van het verdampervlak af-stroomt wordt verwarmd en naar het verdampervlak wordt teruggevoerd.

Door het verdampervlak te laten hellen kan met minimale middelen een continu stromende vloeistoffilm worden verkregen.

Ingeval de verdamperwerkwijze niet voor het indampen van vloeistof wordt gebruikt, wordt het circuit gesuppleerd.

Het uitvindingsprincipe kan tevens worden toegepast voor ontzilten en destilleren.

Daartoe wordt de te behandelen vloeistof in een film over een van kleine openingen voorziene condensorvlak geleid en wordt het gas, dat damp heeft opgenomen van de vloeistoffilm op het verdampervlak door de openingen van het condensorvlak geleid, waarbij tenminste een deel van de opgenomen damp condenseert en met de vloeistoffilm op het condensorvlak wordt meegenomen en afgevoerd.

Gewoonlijk zal het door de openingen van het condensorvlak te voeren gas een hogere temperatuur hebben dan de vloeistoffilm op het condensorvlak.

Voorts zal de vloeistof die van het condensorvlak afstroomt bij voorkeur tenminste gedeeltelijk worden gekoeld en naar het condensorvlak worden teruggevoerd.

Evenals het verdampervlak zal ook het condensorvlak hellen.

De vloeistof die van condensorvlak afstroomt kan gedeeltelijk als produkt worden afgevoerd.

De uitvinding betreft verder een inrichting voor het uitvoeren van, de bovenbeschreven methoden.

Om de inrichting uitsluitend als verdamper te gebruiken dient deze tenminste een van kleine openingen voorzien verdampervlak te bezitten, evenals middelen om vloeistof aan één zijde van het verdampervlak toe te voeren en middelen om vloeistof bij de tegenovergelegen zijde af te voeren, en middelen om de gerecirculeerde vloeistof te verwarmen en om gas door de openingen van het verdampervlak te voeren.

Een verdamper-condensor omvat bovendien tenminste één van kleine openingen voorzien condensorvlak, middelen om de te behandelen vloeistof aan één zijde van dat condensorvlak toe te voeren en middelen om vloeistof aan de tegenovergelegen zijde af te voeren, evenals middelen om de gerecirculeerde vloeistof te koelen en middelen om het gas dat door de openingen van het verdampervlak is gestroomd door de openingen van het condensorvlak te leiden.

De uitvinding zal nu aan de hand van de figuren nader worden toegelicht.

Fig. 1 is een schematische weergave van een verdamper-condensor.

Fig. 2 is een schematische weergave van een praktische uitvoering van een verdamper.

Fig. 3 toont een schematische weergave van een praktische uitvoering van een verdamper-condensor.

Fig. 4 toont een schematische weergave van de toepassing van verwarmingsmiddelen bij een verdamper-condensor volgens de uitvinding.

Het schema volgens fig. 1 illustreert zowel een verdamper als een condensor. De verdamper omvat een hellend vlak 1 met openingen, een leiding 2 voor de toevoer van vloeistof aan het boveneinde van het vlak 1, een opvanggoot 3 voor van het vlak 1 af druipende vloeistof, een gasleiding 4 voor de toevoer van onder lichte overdruk staande lucht of ander gas onder het hellende vlak. De vloeistofleiding 2 maakt deel uit van een circuit met een vloeistofafvoer 5. warmtewisselaar 6 met warm-waterreser-voir 7, een vloeistofsuppletieleiding 8a, een spuileiding 8b en een cir-culatiepomp 9·

De spuileiding 8b dient om de concentratie aan verontreinigingen in het circuit 2, 1, 3· 5t 9. 6 niet boven een bepaalde waarde te laten komen.

Bij toevoer van vloeistof (bijvoorbeeld water) via de leiding 2 wordt op het verdampervlak 1 een vloeistoffilm gevormd. Het gas (lucht) stroomt door de openingen in het vlak 1 en mengt zich intensief met de vloeistof. Uit de vloeistof wordt een deel van de verdampende vloeistof, opgenomen. De lucht boven het vlak 1 is volledig verzadigd. Met behulp van de warmtewisselaar 6, verwarmd met behulp van het circuit 7. wordt de op het vlak 1 te leiden vloeistof verwarmd tot een temperatuur boven de omgevingstemperatuur. Het met de leiding 4 toegevoerde gas is koeler dan de vloeistof op het vlak 1. In de gas-vloeistofzone direct boven het vlak 1 neemt het gas een temperatuur aan die iets lager is dan van de vloeistof en verzadigt zich met damp. Het afgevoerde gas heeft dus damp aan de vloeistof onttrokken. De vloeistof wordt koeler en indien verontreinigingen of zout in de vloeistof zijn opgelost, vindt indamping plaats.

In fig. 2 is een aantal hellende verdampingsvlakken 1 boven elkaar geplaatst. Ze worden middels een leiding 2 met aftakkingen gevoed met vloeistof. De inrichting fungeert uitsluitend als verdamper, waarbij met damp verzadigd gas (lucht) bij 10 wordt afgevoerd. Zonder suppletie zou de vloeistof indampen en zonder verwarming zou de vloeistof in het circuit koeler worden.

Fig. 1 toont behalve een hellend verdampervlak 1 een boven het vlak geplaatst hellend condensorvlak 11 dat eveneens van openingen is voorzien. Op de bovenrand van dit vlak 11 wordt via een leiding 12 vloeistof vervoerd die op het vlak 11 een stromende vloeistoffilm veroorzaakt die van de onderrand afstroomt in een reservoir 13· Vanaf dit reservoir loopt een afvoerleiding 14 met pomp 15 die de vloeistof naar een warmtewisselaar 16 leidt die wordt gekoeld met behulp van het circuit 17. Het gas (lucht) boven het verdampervlak 1 stroomt door de openingen van het condensorvlak 11. Daarbij wordt het gas door vloeistoffilm op het vlak 11 af gekoeld waardoor een gedeelte van de damp in het gas condenseert en terecht komt in de vloeistofkringloop. Het niveau in het reservoir 13 zal stijgen en er kan door middel van de leiding 18 vloeistof als produkt worden afgevoerd.

Bijvoorbeeld is de vloeistof in de verdamperkringloop 2, 1, 3, 5, 9, 6 een vuile relatief warme industriële afvalstroom en de vloeistof in de condensorkringloop 12, 11, 13, 14, 15, 16 een schone relatief koude waterstroom. De via de leiding 18 afgevoerde hoeveelheid schoon water is dus via de verdamper-condensormethode afkomstig van het vuile water. De verdamper-condensormethode is dus geschikt voor destillatie, ontzilten c.q. zuiveren van vloeistof in het algemeen.

Uit fig. 1 blijkt dat ook het gas (lucht) zich in een kringloop bevindt. Het relatief koele gas boven het condensorvlak 11 wordt door de leiding 19 en de pomp 20 afgevoerd en via een leiding 4 onder het verdampervlak 1 geleid waar het door intensieve menging met de warme vloei-stoffilm op het vlak 1 wordt verwarmd en vervolgens door intensieve menging met de koude vloeistofstroom op het vlak 11 wordt gekoeld.

De methode leent zich uitstekend om gebruik te maken van isentropi-sche laagwaardige energie aanwezig in industrieel koelwater, bijvoorbeeld elektriciteitscentrales met een temperatuur van bijvoorbeeld 35eC. Dit koelwater wordt door het circuit 7 geleid, waardoor water van normale omgevingstemperatuur via de warmtewisselaar 6 op hogere temperatuur wordt gebracht.

Ingeval het ten aanzien van de vloeistof om water en ten aanzien van het gas om lucht gaat kan de werkwijze volgens de uitvinding worden toegepast bij temperaturen van 0 tot 100eC. Zolang er een klein temperatuurverschil bestaat tussen het water dat over het verdampervlak wordt geleid en het water dat over het condensorvlak wordt geleid, is er resultaat.

Wezenlijk is dat de intensieve menging van vloeistof en gas wordt bereikt doordat de vloeistof over een talud met gaatjes stroomt en gas door deze gaatjes wordt geblazen.

Voor de noodzakelijke lichte overdruk van het gas (bijvoorbeeld 10 mm waterkolom) is relatief weinig vermogen nodig om een groot gasdebiet door de vloeistoffilms van verdamper en condensor te blazen. Ondanks de relatief geringe hoeveelheid damp (vocht) die gas (lucht) bij relatief lage temperatuur kan bevatten, kan er een grote produktie per inhoud- of gewichtseenheid van het apparaat worden bereikt.

De combinatie van verdamper en condensor kan gebruikt worden voor het ontzilten van water, het door destilleren zuiveren van drinkwater, het bereiden van gedestilleerd water, het destilleren van water om chemicaliën kwijt te raken, en het destilleren van alcohol.

De verdamper alleen is te gebruiken voor het koelen van vloeistoffen, het indampen van vervuild water, het indampen van stoffen die in vloeistoffen zijn opgelost, en het bevochtigen van lucht in luchtbehandelingsinstallaties .

De uitvinding is ook van toepassing voor rookgasreinigers en het van stofdeeltjes ontdoen van lucht.

Fig. 3 toont schematisch een praktische uitvoering van een verdam-per-condensor.

Rechts is het verdamperdeel met een aantal hellende verdampervlak-ken 1 en links is het condensordeel met een aantal hellende condensor-vlakken 11 getekend. Verder zijn met fig. 2 overeenkomende delen van dezelfde verwijzingscijfers voorzien.

Fig. 4 illustreert bij wijze van voorbeeld de energie- en tempera-tuurconsequenties bij toepassing van een verdamper-condensor in een kas-verwarmingssysteem in de glastuinbouw.

De betekenis van de verwijzingscijfers in fig. 4 is als volgt: 20 = warmteproducerende ketel, 21 = warmteverbruikende radiator, 22 = verdamper-condensor, 23 = vuil-watercircuit, 24 = schoon-watercircuit, 25 = warmtewisselaar vuil water/ketelwater, 26 = warmtewisselaar schoon water/ketelwater, 27a * vuil-watersuppletie, 27b - spuileiding, 28 = opvang van geproduceerd gedestilleerd water, AQ = de in de warmtewisselaar 25 toegevoegde en de in de warmtewisselaar 26 afgenomen warmte-inhoud.

Voor de produktie van bijvoorbeeld gedestilleerd water hoeft theoretisch geen extra warmte te worden ontwikkeld! In de praktijk zijn er natuurlijk wel enkele verliezen zoals schoorsteenverliezen.

Bij toepassing van de verdamper als koelmiddel blijkt de verhouding koelvermogen/meter3 apparaatinhoud veel gunstiger te zijn dan bij een koeltoren, bijvoorbeeld heeft een verdampingsinstallatie volgens de uitvinding met inhoud van 4 m3 een koelvermogen dat 90 maal het koelvermogen van een koeltoren van 4 m3 bedraagt.

Uiteraard zijn binnen het kader van de uitvinding nog verschillende wijzigingen en aanvullingen mogelijk.

Claims (14)

1. Werkwijze voor het koelen en/of indampen van vloeistoffen en het koelen en/of bevochtigen van gassen, met het kenmerk, dat een vloeistof in de vorm van een film over een van kleine openingen voorzien verdamper-vlak (1) wordt geleid, en dat een gas door de openingen van het verdam-pervlak wordt gevoerd, welk gas zich mengt met de vloeistof op dat vlak en damp uit die vloeistof opneemt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het door de openingen van het verdampervlak te voeren gas een lagere temperatuur heeft dan de vloeistof op het verdampervlak.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de vloeistof die van het verdampervlak afstroomt wordt verwarmd en naar het verdampervlak wordt teruggeleid.

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk. dat het verdampervlak (1) helt.

5. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de vloeistof in het verdampercircuit wordt gesuppleerd.

6. Werkwijze voor het ontzilten of zuiveren van vloeistof onder gebruikmaking van de werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de te behandelen vloeistof in een film over een van kleine openingen voorzien condensorvlak (11) wordt geleid en dat het gas dat damp heeft opgenomen van de vloeistof film op het verdampervlak, door de openingen van het condensorvlak wordt gevoerd, waarbij tenminste een deel van de opgenomen damp condenseert en met de vloeistof film op het condensorvlak wordt meegenomen en afgevoerd.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het door de openingen van het condensorvlak (11) te voeren gas een hogere temperatuur heeft dan de vloeistoffilm op dat condensorvlak.

8. Werkwijze volgens conclusie 7. met het kenmerk, dat de vloeistof * die van het condensorvlak (11) afstroomt tenminste gedeeltelijk wordt gekoeld en naar het condensorvlak wordt teruggevoerd.

9· Werkwijze volgens een van de conclusies 6-8, met het kenmerk, dat het condensorvlak helt.

10. Werkwijze volgens een van de conclusies 6-9, met het kenmerk, dat de vloeistof die van het condensorvlak (11) af stroomt, gedeeltelijk als produkt wordt afgevoerd.

11. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inrichting omvat: tenminste een van kleine openingen voorzien verdampervlak (1), middelen (2) om vloeistof aan één zijde van het verdampervlak toe te voeren en middelen (3, 5) om vloeistof aan de tegenover gelegen zijde van het verdampervlak af te voeren, middelen (6, 7) om gerecirculeerde vloeistof te verwarmen, middelen (20, 4) om gas door de openingen van het verdampervlak te blazen.

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het verdampervlak (1) helt.

13· Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de inrichting verder omvat tenminste één van kleine openingen voorzien condensorvlak (11), middelen (12) om de te behandelen vloeistof aan één zijde van dat condensorvlak toe te voeren en middelen (13, 14, 18) om vloeistof aan de tegenover gelegen zijde af te voeren, middelen (16, 17) om de gerecirculeerde vloeistof te koelen en middelen om het gas dat door de openingen van het verdampervlak (1) stroomt door de openingen van het condensorvlak (11) te leiden.

14. Inrichting volgens conclusie 13, eekenmerkt door middelen (19, '20, 4) om het gas, dat de openingen van het condensorvlak (11) heeft gepasseerd, terug te voeren naar de onderzijde van het verdampervlak (1).