WO2018019534A1 - Vorrichtung zum abtrennen von produktwasser aus verunreinigtem rohwasser und verfahren zum betrieb dieser vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum abtrennen von produktwasser aus verunreinigtem rohwasser und verfahren zum betrieb dieser vorrichtung Download PDF

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raw water
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Andreas Büttner
Thomas Hammer
Markus Ziegmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • C02F1/10—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation by direct contact with a particulate solid or with a fluid, as a heat transfer medium

Definitions

  • the invention relates to a device for separating product water, which is obtained by condensation, from raw water, which consists of a mixture of water and impurities.
  • This device has a gas circulation, which is provided for a process gas and in a
  • Evaporator for the raw water and a condenser for the product water are connected in series, ie, in each case be alterna ⁇ selnd run through.
  • the evaporator has a feed for the raw water and a discharge for a concentrate, wherein the concentrate has a higher concentration of impurities to be separated compared to the raw water.
  • the impurities to be separated have no lower boiling point than water and therefore remain in the raw water.
  • the product water is drained through an outlet of the condenser.
  • the invention relates to a method for separating product water, which is obtained by condensation, from raw water, which consists of a mixture of water and impurities.
  • a gas cycle is operated with a process gas, wherein in the gas circuit ⁇ a vaporizer for the raw water and a capacitor for the product water are connected in series.
  • the evaporator is supplied via a feed with the raw water and a discharge in the evaporator, a concentrate is removed, which in comparison to the raw water on has a higher concentration of impurities to be separated.
  • the condenser can then be removed via an outlet purified product water.
  • a device and a cleaning method suitable for this device are known and can be found for example in DE 10 2014 217 281 AI.
  • the operation of the device and the method according to this document will also be described in more detail with reference to FIG.
  • This method works on the principle of convective assisted evaporation of water in a downdraft evaporator in countercurrently flowing air.
  • the temperature of the downflowing in Verdun ⁇ ter water decreases from top to bottom, as the water is removed by evaporation and heat transfer to the air flowing against water.
  • the clean product in the form of water vapor is then condensed out in a condenser, which is preferably cooled by the raw water, the evaporation heat being released being supplied to the raw water.
  • the humidified gas stream can for example be fed to a tube bundle heat exchanger in order to cool down there and to condense the product water.
  • This embodiment allows a direct use of the raw water as a cooling medium to ei ⁇ ne internal heat recovery to ensure.
  • designed heat exchangers have inherently a heat transport through the tube walls, which is limited by the Ausbil ⁇ a dung-depleted water vapor gas layer near the surface of the heat exchanger.
  • ent ⁇ stands on the surface of the tubes, a water layer, which creates an additional heat transfer resistance.
  • corrosion-resistant materials that make the device more expensive must also be selected. This is due to both the high temperatures and the high oxygen content of the media.
  • the object of the invention is to develop a device and a method of the type mentioned at the outset such that on the one hand this enables efficient Kondensa ⁇ tion of the product water and on the other hand unemp ⁇ insensitive to the corrosive properties of the condensate.
  • the capacitor is designed in a construction principle of direct condensation. This means that the product water from the gas stream is condensed directly by cooling water is brought into direct contact with the gas flow in the gas circulation in the condenser.
  • a product water circuit ⁇ run is provided according to the invention, in which the condenser and a first heat exchanger for cooling the product water are connected in series.
  • an inlet is provided in a head of the condenser and an outlet in a foot of the condenser.
  • a flow direction from the foot of the condenser to the head of the condenser ie directed counter to the gas flow
  • a product water circuit in which the condenser and a first heat exchanger for cooling the product water are connected in series, so be alternated.
  • a direct condensation is carried out by introducing into the head of the condenser via an inlet the cool product water and in one foot of the condenser ⁇ tors the product water is discharged through an outlet again.
  • the process gas flows in the direction from the base of the condenser ⁇ tor to the head of the condenser, so that this is cooled in countercurrent to the supplied liquid product water while condensing product water from the process gas.
  • the cooling water and the damp come
  • Air flow or condensate in direct contact (principle of direct condensation).
  • a heat transfer via a separating medium is therefore not required, whereby the efficiency of the cooling advantageously increases.
  • the surface is provided for condensation by the product water itself, whereby a corrosive attack can be excluded.
  • the largest possible surface must for efficient mass and heat transfer as well as in Verdunster also be be ⁇ riding provided. This can be done in a conventional manner.
  • the cooling water can for example be injected into the condenser and / or be atomized.
  • the droplet size can be adjusted so that the droplets are small enough to provide sufficient surface area for heat transfer, but are large enough not to cause unnecessary energy expenditure in the atomizer.
  • Another possibility is the USAGE ⁇ dung of a package like this can also be used in Verdunster.
  • the package is used to increase the surface area and is acted upon by a film of the product water, wel ⁇ cher the surface of the package at the same time from corrosion protects, while a direct heat transfer takes place in the product ⁇ water.
  • the cooling water which is introduced into the condenser, inherently comes into direct contact with the product water, which is condensed from the gas circulation. Therefore, this must have at least the same quality. This is the reason for the measure according to the invention of cooling the product water and making it available to the condenser as cooling water in one cycle.
  • the condensed amount of product water can be removed from the circulation.
  • the evaporator is executed in a conventional manner in a construction principle in which the raw water and the gas of the gas circuit ⁇ run flow in the opposite direction, whereby this partially evaporated and in the remaining raw water a
  • the feed for the raw water and in one foot of the evaporator the discharge for the concentrate vorgese ⁇ hen, which are removed from the process in this way or can be recycled in a circuit to the evaporator on the head as raw water.
  • the conception of such a cycle is not absolutely necessary.
  • a flow direction from the base of the evaporator to the head of the evaporator is provided in the evaporator.
  • the gas circuit must also be guided such that the head of the condenser is connected to the base of the evaporator and the head of the evaporator to the base of the condenser.
  • Another advantage of using a capacitor according to the construction principle of direct condensation is that identical or at least similar construction components for the manufacture ⁇ ment of the condenser and the evaporator can be used. This simplifies and reduces manufacturing costs and therefore has economic advantages. Although a further heat exchanger must be provided because of the appli ⁇ dung of the direct condensation in the product water circuit, but this additional effort falls advantageously lower than the simplification of the structure of the capacitor, wherein in particular the A ⁇ rate materials can be reduced more expensive.
  • the first heat exchanger for cooling the product water is connected to a line for the raw water, wherein the line is guided after passing through the first heat exchanger for supplying the evaporator.
  • this line may be part of a circuit, wherein the raw water is at least partially removed from the Ver ⁇ dunster in the line as a concentrate.
  • the use of the raw water for cooling the product water allows the Auf ⁇ assumption of at least a portion of the heat necessary so that the ⁇ ses can be converted in the evaporator in a gaseous state.
  • the necessary heat of evaporation must be brought on ⁇ .
  • the first heat exchanger only serves to preheat the raw water, which absorbs, for example, process heat in the second heat exchanger ⁇ , which arises as waste in any process.
  • This waste heat can arise in ⁇ example, in industrial processes or in the Energyerzeu ⁇ supply, and therefore leads to a favorable energy balance in carrying out the method according to the invention or the use of the device according to the invention.
  • a third heat exchanger is provided in the product water circuit between the first heat exchanger and the inlet.
  • This advantageously serves for further cooling of the product water, which ensures that the temperature difference between the raw water coming from the evaporator and the product water fed into the condenser can be increased. This speeds up the process of recovering product water in the gas cycle. It is advantageous if the third heat exchanger is charged with a medium having ambient temperature, since then no additional energy expenditure is required for cooling this medium.
  • a particular embodiment of the invention is obtained when the evaporator and / or the condenser are constructed in multiple stages.
  • These stages may for example consist of packages, the surface of which serves for a downflow of the liquid medium (raw water or product water).
  • the liquid medium raw water or product water.
  • the package After the package fürlau- fen is collected the water and distributed uniformly over a ge ⁇ suitable means before it flows into the underlying package.
  • This device for distribution can also be used to atomize the liquid, in which case no packages are necessary.
  • the multi-stage advantageously allows Zvi ⁇ rule heating of the product water or intermediate cooling of the gas.
  • the device is constructed of several stages, wherein a plurality of Verdunster and Kondensa ⁇ gates are equipped in pairs, each with a product water circuit and a gas circuit.
  • a plurality of Verdunster and Kondensa ⁇ gates are equipped in pairs, each with a product water circuit and a gas circuit.
  • he ⁇ enter Verdunster each and a capacitor at least two pairs of arrays that can operate independently of each other in cooperating product water circuits and gas circuits.
  • Each of the stages operates at different operating temperatures, but when using more than two stages the adjacent stages work at staggered operating temperatures.
  • the neighborhood is thus defined in terms of the respective temperature differences in the product water cycle or in the gas cycle and not by any local neighborhood.
  • the invention provides that the Fischwas ⁇ ser Vietnamese adjacent stages are connected to a first connecting line, wherein more than two product water circuits and a plurality of first connecting lines are provided.
  • a second connecting line between the foot of one of the evaporator of a stage with a lower temperature level and the head of the evaporator egg ⁇ ner adjacent stage is provided with a higher temperature level.
  • a plurality of second connection lines can be used.
  • the first connection lines and the second connection lines advantageously allow the individual stages to communicate with each other by allowing product water as well as condensate or raw water to be passed from one stage with a cooler temperature level to an adjacent higher temperature level stage. This has the advantage that the thermal energy of the concerned
  • Fluids can be used in the stage with the higher temperature level, so that cooling is not required or at least not to the extent that would be required in the stage with the lower temperature level. This can advantageously further increase the efficiency of the process.
  • the second connecting lines each lead to the heads of the evaporator. If a cycle is provided for the raw water, a part of these connecting lines can also be formed by the line system of the circuit. To this end, has circulated a suitable feed point are vorgese ⁇ hen which guarantees a connection.
  • the heat transfer medium can achieve a cooling effect in each of the third heat exchangers.
  • a second heat exchanger is arranged, wherein the second heat exchanger adjacent stages by a fourth connecting line are connected.
  • connection line can advantageously be passed a heat transfer medium, which, for example, the process heat of an industrial process to the raw ⁇ gives water.
  • the fourth connecting line is advantageous first through the second heat exchanger for the hottest
  • the method specified above can be carried out particularly advantageous also on a device of the type described.
  • the associated advantages have already been mentioned in the Erläu ⁇ esterification of the device.
  • FIG. 1 shows a device for separating product water from raw water according to the prior art, on which a process for separating product water from raw water runs, as a schematic block diagram
  • Figure 2 shows an embodiment of the device according to the invention, on which an embodiment of he ⁇ inventive method is running, as a block diagram ⁇ image and
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention with two stages, on which an exemplary embodiment of the multi-stage method according to the invention runs, as a block diagram.
  • FIG. 1 a device with a gas circuit 11 and a raw water circuit 12 is shown. In both runs, a circle ⁇ Verdunster 13 and a capacitor 14 are connected in series, that is, these are traversed alternately.
  • the raw water and the process gas circulate in opposite directions, so that evaporation of the raw water into the evaporator 13 by the process gas from the gas circuit 11 occurs in opposite directions.
  • the raw water is conveyed by a pump 15 in the raw water circuit 12 and the gas (preferably air) through a blower 16 in the process gas cycle.
  • the respective flow directions are indicated by arrows.
  • the raw water is used in the condenser as the cooling medium, in which case product water from the Process gas is condensed out and thereby the raw water he warmed ⁇ .
  • the heated raw water is then further heated in a second heat exchanger 17, which is supplied via a connecting line 18 with a process heat of an industrial process leading heat transfer medium.
  • the thus heated raw water is then fed through a head 19 of the evaporator 13, wherein in the head 19, a trickling means 20 is provided which generates a mist 21 of small droplets.
  • the temperature of the raw water flowing down in this way decreases from the head 19 to a base 20 of the evaporator, because heat is extracted from the raw water by evaporation of product water and heat transfer to the process gas.
  • the temperature of the countercurrent process gas therefore rises from the foot 22 to the head 19, remains in stable operation with stationary conditions but always below the temperature of the raw water at je ⁇ Weils same height of the evaporator 13. This allows the process gas absorb more water vapor of the product water.
  • the raw water and the process gas thus form a countercurrent heat exchanger, which operates on the principle of direct evaporation.
  • the raw water thus passes through a feed 23 into the evaporator and is concentrated by evaporation of product water with respect to the impurities. It collects in the foot 22 of the evaporator 13 and leaves it through an outlet 24 as a concentrate.
  • This can either be of the device be removed via a removal line 25 as a concentrate K or a storage tank 26 is supplied to draw a further pass in the raw water circuit 12 to complete ⁇ .
  • Extracted concentrate K or evaporated product ⁇ water can be replaced via a feed line 27 by supplying new raw water R.
  • the raw water is further used to cool the condenser 14. In order to realize a sufficiently large temperature difference for this purpose, the raw water can be cooled by a fourth heat exchanger 28 before it the capacitor 14 is supplied.
  • the Pro ⁇ duktwasser from the process gas which is fed into a header 29, a ⁇ condensed.
  • the dryer process gas leaves the condenser 14 through a foot 30, while product water P is taken out via an outlet 31 in the condenser 14 and can be removed via a removal line 32.
  • the device according to FIG. 2 is largely constructed in the same way as the device according to FIG. 1, which results from the use of the same reference numerals. However, an essential difference is that a further circuit, namely a product water circuit 33 operated by a pump 99, is provided.
  • the condenser 14 is incorporated, wherein the product water is removed through the outlet 31 from the condenser 14 and is supplied after cooling through an inlet 34 in the head 29 of the condenser 14 again.
  • a Verrieselungsaku 20 is provided as in the Ver ⁇ dunster 13, wherein the process gas is opposite to the verrieselten product water flows from the foot 30 of the capacitor to the head 29 of the capacitor fourteenth
  • the process gas is opposite to the verrieselten product water flows from the foot 30 of the capacitor to the head 29 of the capacitor fourteenth
  • the con densed ⁇ product water collects in the foot 30th
  • the product water from the product water circuit 33 heats up during the condensation, it must be cooled after removal from the outlet 31.
  • first a first heat exchanger 35 is available, which is fed by the raw water in the raw water circuit 12. In this way, the raw water can absorb the heat that was withdrawn due to the evaporation in the evaporator 13.
  • the product water can pass through a third heat exchanger 36 in which it is further cooled by an external cooling source before it is fed back to the condenser 14 via the inlet 34. It would also be conceivable, depending on the differences in temperature, to cool the raw water externally and cool it with the cooling water. th raw water (not Darge ⁇ represents) the condensate circuit to cool.
  • the Verdunster 13 and the capacitor 14 is constructed in each case a plurality of stages, wherein each ⁇ wells two successively connected packs 37 find use in the Verdunster 13 and in the condenser fourteenth These can, as a heat transfer through the material due to the direct evaporation or direct condensation is not necessary, for example, a chemically very stable
  • each represents a hydrogen manifold 38 is provided which duktwasser the product or the raw water captures each and subsequently ⁇ hd distributed through a plurality of openings over the entire cross section of the evaporator 13 and condenser fourteenth
  • a structure of both the evaporator 13 and the capacitor 14 according to the dargestell ⁇ th in Figure 1 structure is possible, wherein the liquid is trickled or atomized according to FIG.
  • Figure 3 shows a structure of the device in two stages 39a, 39b. Of course, more than the two stages shown can be used, with the statements made below can also be applied to three and multi-stage devices.
  • the pumps 15, blowers 16 and storage tanks 26 shown in FIGS. 1 and 2 have been omitted, but are also present to ensure the function of the device according to FIG.
  • the valves used in the figures 1 to 3 are not explained in detail and therefore not provided with reference numerals. The opening and closing of these valves depends on the respective functional state described and therefore results automatically.
  • the step 39a and the step 39b function for GE ⁇ taken as well as the device according to FIG 2, even if in the evaporators 13a, 13b and capacitors 14a, 14b, only one package 37 is provided in each case.
  • the stages 39a, 39b each have a raw water circuit 12a, 12b, a gas circuit IIa, IIb and a product water circuit 33a, 33b.
  • the Rohwas ⁇ water circuit 12a and the raw water circuit 12b respectively towards ⁇ ter the Verdunster 13a, 13b tung 40 via a second Mattslei- interconnected.
  • the raw water R is fed via the feed line 27 in the raw water circuit 12a and leaves this concentrated on the second connecting line 40 to the raw water circuit 12b supplied ⁇ leads.
  • a further concentration of impurities takes place in the evaporator 13b, wherein this concentrate K can be removed from the device via the extraction line 25.
  • the two product water circuits 33a, 33b are connected to one another via a first connecting line 41.
  • a removal of product water takes place behind the first heat exchanger 35 in the product water circuit 33a and is the Pro ⁇ duktwassernikank 33b behind the third heat exchanger 36 (or the first heat exchanger 35, not shown) of the product water circuit 35b supplied again. In this way, the product water recovered in the condenser 14a leaves the product water circuit 33a.
  • the forwarding of product water and raw water via the second connecting line 40 or the first Germanslei ⁇ device 41 advantageously allows this raw water or Pro ⁇ duktwasser from the stage 39a with a total cooler operating temperature in the stage 39b with a higher overall operating temperature where the thermal energy stored in the product water or raw water can be used. This reduces the overall effort associated with the cooling of raw water or product water is connected in the manner already described.
  • the second heat exchangers 17, which are housed in the raw water circuits 12a, 12b, are connected in series via the four ⁇ te connecting line 18, such that first the second heat exchanger 17 in the hotter stage 39b and then the second heat exchanger 17th in the cooler stage 39a (etc. at more than two stages).
  • the third heat exchangers 36 in the product water circuits 33a, 33b can be connected in series by a third connecting line 43, such that first the third heat exchanger 36 in the cooler product water circuit 33a and then the third heat exchanger 36 in the warmer product water circuit 33b (etc in more than two stages).
  • the heat exchange media are advantageously used optimally by the respective residual heat or residual cold in the adjacent stages 36a, 36b is still delivered.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen von Produktwasser (P), welches durch Kondensation in einem Kondensator (14) gewonnen wird. Dieses wird aus Rohwasser (R) gewonnen, welches aus einem Gemisch von Wasser und Verunreinigungen besteht und in einem Verdunster (13) aufkonzentriert oder gestrippt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sowohl der Verdunster (13) als auch der Kondensator (14) eine direkte Kondensation bzw. eine direkte Verdunstung gewährleisten, indem ein Prozessgas in einem Prozessgaskreislauf (11) jeweils von einem Fuß (22, 30) zu einem Kopf (29, 19) des Verdunsters (13) und des Kondensators (14) geführt wird. Dadurch, dass die Medien, zwischen denen ein Wärmeaustausch erfolgen soll, in direktem Kontakt stehen, ist vorteilhaft ein sehr effizienter Betrieb der Vorrichtung möglich, wobei die Verwendung von Gleichteilen auch die Komponentenkosten in Grenzen hält. Außerdem kann die Anzahl der Bauelemente der Vorrichtung, die dem korrosiven Medium des Rohwassers ausgesetzt sind, vorteilhaft verkleinert werden. Das aufkonzentrierte oder gestrippte Wasser wird als Konzentrat (K) der Vorrichtung entnommen. Die Erfindung bezieht sich neben der Vorrichtung auch auf ein Verfahren zu deren Betrieb.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Abtrennen von Produktwasser aus verunreinigtem Rohwasser und Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen von Produktwasser, welches durch Kondensation gewonnen wird, aus Rohwasser, welches aus einem Gemisch von Wasser und Verunreinigungen besteht. Diese Vorrichtung weist einen Gaskreislauf auf, der für ein Prozessgas vorgesehen ist und in den ein
Verdunster für das Rohwasser und ein Kondensator für das Produktwasser in Reihe geschaltet sind, d. h. jeweils abwech¬ selnd durchlaufen werden. Außerdem weist der Verdunster eine Zuführung für das Rohwasser und eine Abführung für ein Kon- zentrat auf, wobei das Konzentrat im Vergleich zum Rohwasser über eine höhere Konzentration an abzutrennenden Verunreinigungen verfügt. Die abzutrennenden Verunreinigungen haben keinen geringeren Siedepunkt als Wasser und verbleiben daher im Rohwasser. Es können im Rohwasser auch Verunreinigungen enthalten sein, die flüchtiger sind als Wasser und im Kondensat verbleiben, diese sind aber nicht mit dem beschriebenen Verfahren abzutrennen und im Folgenden nicht gemeint, wenn von einer Aufkonzentration der Verunreinigungen die Rede ist. Dennoch sind die flüchtigen Verunreinigungen von technischer Relevanz, da sie Produktwasser zu einem korrosiven Medium machen. Das Produktwasser wird über einen Auslass des Kondensators abgelassen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abtrennen von Produktwasser, welches durch Kondensation gewonnen wird, aus Rohwasser, welches aus einem Gemisch von Wasser und Verunreinigungen besteht. Bei diesem Verfahren wird ein Gaskreislauf mit einem Prozessgas betrieben, wobei in dem Gas¬ kreislauf ein Verdunster für das Rohwasser und ein Kondensa- tor für das Produktwasser in Reihe geschaltet sind. Der Verdunster wird über eine Zuführung mit dem Rohwasser beaufschlagt und über eine Abführung im Verdunster wird ein Konzentrat entnommen, welches im Vergleich zum Rohwasser über eine höhere Konzentration an abzutrennenden Verunreinigungen verfügt. Dem Kondensator kann dann über einen Auslass gereinigtes Produktwasser entnommen werden.
Eine Vorrichtung und ein für diese Vorrichtung geeignetes Reinigungsverfahren sind bekannt und können beispielsweise der DE 10 2014 217 281 AI entnommen werden. Die Funktionsweise der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß diesem Dokument werden auch anhand von Figur 1 näher beschrieben. Dieses Verfahren arbeitet nach dem Prinzip der konvektiv unterstützten Verdunstung von Wasser in einem Fallstromverdunster in entgegen gerichtet strömender Luft. Die Temperatur des im Verduns¬ ter abwärts strömenden Wassers sinkt von oben nach unten, da dem Wasser durch Verdunstung und Wärmeübertragung auf die entgegen strömenden Luft Wasser entzogen wird. Das saubere Produkt in Form von Wasserdampf wird dann in einem vorzugsweise vom Rohwasser gekühlten Kondensator auskondensiert, wobei die dabei frei werdende Verdunstungswärme dem Rohwasser zugeführt wird.
Der befeuchtete Gasstrom kann beispielsweise einem Rohrbündelwärmetauscher zugeführt werden, um dort abzukühlen und das Produktwasser auszukondensieren . Diese Ausgestaltung erlaubt eine direkte Verwendung des Rohwassers als Kühlmedium, um ei¬ ne interne Wärmerückgewinnung zu gewährleisten. Allerdings weisen derart gestaltete Wärmetauscher prinzipbedingt einen Wärmetransport durch die Rohrwände auf, der durch die Ausbil¬ dung einer an Wasserdampf verarmten Gasschicht in der Nähe der Oberfläche des Wärmetauschers begrenzt ist. Außerdem ent¬ steht auf der Oberfläche der Rohre eine Wasserschicht, die einen zusätzlichen Wärmedurchgangswiderstand entstehen lässt. Abhängig von den Verunreinigungen im Rohwasser müssen außerdem korrosionsbeständige Materialien ausgewählt werden, die das Gerät verteuern. Dies liegt sowohl an den hohen Temperaturen als auch dem hohen Sauerstoffgehalt der Medien. Durch die Anwesenheit von CO2 stellt sich im Kondensat außerdem ein pH-Wert unterhalb von 7 ein, was die Korrosion weiter begüns¬ tigt. Gehören zu den Verunreinigungen niedermolekulare orga- nische Säuren oder Ammoniak, ist sogar mit einem erhöhten korrosiven Angriff zu rechnen. Daher wird die Anwendung von eisenbasierten oder kupferbasierten Werkstoffen, die gute Wärmeleiteigenschaften aufweisen, als problematisch angesehen .
Man könnte stattdessen kunststoffbasierte Kondensatoren verwenden, was jedoch den Nachteil eines deutlich geringeren Wärmeübergangs mit sich bringt. Der Kondensator muss dann deutlich größer ausgelegt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs angegebenen Art derart weiterzubilden, dass dieses einerseits eine effiziente Kondensa¬ tion des Produktwassers ermöglicht und andererseits unemp¬ findlich gegenüber den korrosiven Eigenschaften des Kondensates ist.
Diese Aufgabe wird mit der eingangs angegebenen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kondensator in einem Bauprinzip der direkten Kondensation ausgeführt ist. Dies bedeutet, dass das Produktwasser aus dem Gasstrom direkt kondensiert wird, indem in dem Kondensator Kühlwasser in direkten Kontakt mit dem Gasstrom im Gaskreislauf gebracht wird.
Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß ein Produktwasserkreis¬ lauf vorgesehen, in dem der Kondensator und ein erster Wärmetauscher zur Kühlung des Produktwassers in Reihe geschaltet sind. Dies bedeutet, dass als Kühlwasser das abgekühlte Pro¬ duktwasser selbst zur Anwendung kommt. Für das Produktwasser ist daher in einem Kopf des Kondensators ein Einlass und in einem Fuß des Kondensators ein Auslass vorgesehen. Für das Prozessgas ist in dem Kondensator eine Strömungsrichtung vom Fuß des Kondensators zum Kopf des Kondensators (also dem Gasstrom entgegen gerichtet) vorgesehen.
Analog wird demgemäß die Aufgabe auch mit dem eingangs ange¬ gebenen Verfahren gelöst, wobei ein Produktwasserkreislauf vorgesehen ist, in den der Kondensator und ein erster Wärmetauscher zur Kühlung des Produktwassers in Reihe geschaltet sind, also abwechselnd durchlaufen werden. In dem Kondensator wird bauartbedingt eine direkte Kondensation ausgeführt, in- dem in den Kopf des Kondensators über einen Einlass das kühle Produktwasser zugeführt wird und in einem Fuß des Kondensa¬ tors das Produktwasser über einen Auslass wieder abgeführt wird. Das Prozessgas strömt in Richtung vom Fuß des Kondensa¬ tors zum Kopf des Kondensators, so dass dieses im Gegenstrom von dem zugeführten flüssigen Produktwasser abgekühlt wird und dabei Produktwasser aus dem Prozessgas kondensiert. Es wird also mehr Produktwasser dem Kondensator entnommen als zugeführt wird. Wie bereits erwähnt, kommen das Kühlwasser und der feuchte
Luftstrom bzw. das Kondensat in direkten Kontakt (Prinzip der direkten Kondensation) . Ein Wärmeübergang über ein trennendes Medium ist daher nicht erforderlich, wodurch die Effizienz der Kühlung vorteilhaft steigt. Außerdem wird die Oberfläche zur Kondensation durch das Produktwasser selbst zur Verfügung gestellt, wodurch ein korrosiver Angriff ausgeschlossen werden kann.
Für einen effizienten Stoff- und Wärmeaustausch muss genauso, wie beim Verdunster auch, eine möglichst große Oberfläche be¬ reitgestellt werden. Dies kann in an sich bekannter Weise bewerkstelligt werden. Das Kühlwasser kann beispielsweise in den Kondensator eingespritzt und/oder vernebelt werden. Die Tröpfchengröße kann dabei so eingestellt werden, dass die Tröpfchen klein genug sind, um eine ausreichende Oberfläche für die Wärmeübertragung bereitzustellen, aber groß genug sind, um keinen unnötigen Energieaufwand bei der Vernebeleung zu verursachen. Eine weitere Möglichkeit liegt in der Verwen¬ dung einer Packung, wie diese auch im Verdunster verwendet werden kann. Die Packung dient der Oberflächenvergrößerung und wird mit einem Film des Produktwassers beaufschlagt, wel¬ cher die Oberfläche der Packung gleichzeitig vor Korrosion schützt, während ein direkter Wärmeübergang in das Produkt¬ wasser erfolgt.
Das Kühlwasser, welches in den Kondensator eingebracht wird, kommt prinzipbedingt direkt in Kontakt mit dem Produktwasser, welches aus dem Gaskreislauf kondensiert wird. Daher muss dieses mindestens die gleiche Qualität aufweisen. Dies ist der Grund für die erfindungsgemäße Maßnahme, das Produktwas¬ ser zu kühlen, und in einem Kreislauf dem Kondensator als Kühlwasser zur Verfügung zu stellen. Die hierbei kondensierte Menge an Produktwasser kann dem Kreislauf entnommen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdunster in an sich bekannter Weise in einem Bauprinzip ausgeführt, bei dem das Rohwasser und das Gas des Gaskreis¬ laufes in entgegengesetzter Richtung strömen, wodurch dieses teilweise verdampft und im verbleibenden Rohwasser eine
Aufkonzentration an Verunreinigungen stattfindet. Im Kopf des Verdunsters ist die Zuführung für das Rohwasser und in einem Fuß des Verdunsters die Abführung für das Konzentrat vorgese¬ hen, welches dem Prozess auf diese Weise entnommen werden oder in einem Kreislauf dem Verdunster am Kopf als Rohwasser wieder zugeführt werden kann. Die Konzeption eines solchen Kreislaufs ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Für das Prozessgas ist in dem Verdunster eine Strömungsrichtung vom Fuß des Verdunsters zum Kopf des Verdunsters vorgesehen. Er¬ findungsgemäß muss der Gaskreislauf außerdem so geführt sein, dass der Kopf des Kondensators mit dem Fuß des Verdunsters und der Kopf des Verdunsters mit dem Fuß des Kondensators verbunden sind. Hierdurch wird sichergestellt, dass sowohl der Verdunster als auch der Kondensator von dem Prozessgas jeweils von unten nach oben durchströmt wird, damit das Pro¬ zessgas die von oben nach unten strömende oder fallende Flüs¬ sigkeit passieren kann. Der Verlauf des Gasstroms lässt sich insofern als Acht beschreiben.
Ein anderer Vorteil der Verwendung eines Kondensators nach dem Bauprinzip der direkten Kondensation liegt darin, dass gleiche oder zumindest ähnliche Baukomponenten zur Herstel¬ lung des Kondensators und des Verdunsters verwendet werden können. Dies vereinfacht und verbilligt die Fertigung und hat deswegen wirtschaftliche Vorteile. Zwar muss wegen der Anwen¬ dung der direkten Kondensation im Produktwasserkreislauf ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen werden, dieser Mehraufwand fällt jedoch vorteilhaft geringer aus als die Vereinfachung des Aufbaus des Kondensators, bei dem insbesondere der Ein¬ satz teurer Werkstoffe verringert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Wärmetauscher zur Kühlung des Produktwassers mit einer Leitung für das Rohwasser verbunden ist, wobei die Leitung nach Durchlaufen des ersten Wärmetauschers zur Zuführung des Verdunsters geführt ist. Wie bereits erwähnt, kann diese Leitung Teil eines Kreislaufs sein, wobei das Rohwasser in der Leitung zumindest teilweise als Konzentrat dem Ver¬ dunster entnommen wird. In jedem Fall ermöglicht die Verwendung des Rohwassers zur Kühlung des Produktwassers die Auf¬ nahme zumindest eines Teils der notwendigen Wärme, damit die¬ ses im Verdunster in einen gasförmigen Zustand überführt werden kann. Hierbei muss die notwendige Verdunstungswärme auf¬ gebracht werden.
Eine weitere Erwärmung des Rohwassers kann in der Leitung zwischen dem ersten Wärmetauscher und der Zuführung über einen zweiten Wärmetauscher erfolgen. Insofern dient bei dieser Ausgestaltung der Erfindung der erste Wärmetauscher lediglich zu einer Vorwärmung des Rohwassers, welches im zweiten Wärme¬ tauscher beispielsweise Prozesswärme aufnimmt, die als Abfall in einem beliebigen Prozess entsteht. Diese Abwärme kann bei¬ spielsweise bei Industrieprozessen oder bei der Energieerzeu¬ gung entstehen, und führt daher zu einer günstigen Energiebilanz bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in dem Produktwasserkreislauf zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem Einlass ein dritter Wärmetauscher vorgesehen ist. Dieser dient vorteilhaft zur weiteren Kühlung des Produktwassers, wodurch gewährleistet ist, dass der Temperaturunterschied zwischen dem aus dem Verdunster kommenden Rohwasser und dem in den Kondensator eingespeisten Produktwasser vergrößert werden kann. Hierdurch wird der im Gaskreislauf ablaufende Prozess der Rückgewinnung von Produktwasser beschleunigt. Vorteilhaft ist es, wenn der dritte Wärmetauscher mit einem Medium beschickt wird, welches Umgebungstemperatur aufweist, da zur Kühlung dieses Mediums dann kein zusätzlicher energetischer Aufwand erforderlich ist.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung wird erhalten, wenn der Verdunster und/oder der Kondensator mehrstufig auf- gebaut sind. Dies bedeutet, dass im Gehäuse des Verdunsters und/oder des Kondensators mehrere Stufen übereinander ange¬ ordnet sind. Diese Stufen können beispielsweise aus Packungen bestehen, deren Oberfläche für ein Herabfließen des flüssigen Mediums (Rohwasser oder Produktwasser) dient. Nach Durchlau- fen der Packung wird das Wasser gesammelt und über eine ge¬ eignete Einrichtung gleichmäßig verteilt, bevor dieses in die darunter liegende Packung fließt. Diese Einrichtung zur Verteilung kann auch zur Vernebelung der Flüssigkeit zur Anwendung kommen, wobei in diesem Fall keine Packungen notwendig sind. Die Mehrstufigkeit ermöglicht vorteilhaft eine Zwi¬ schenheizung des Produktwassers oder Zwischenkühlung des Gases .
Gemäß einer besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung aus mehreren Stufen aufgebaut ist, wobei mehrere Verdunster und Kondensa¬ toren paarweise mit jeweils einem Produktwasserkreislauf und einem Gaskreislauf ausgestattet sind. Mit anderen Worten er¬ geben je ein Verdunster und ein Kondensator mindestens zwei paarweise Anordnungen, die jeweils in zusammenwirkenden Produktwasserkreisläufen und Gaskreisläufen unabhängig voneinander arbeiten können. Jede der Stufen arbeitet bei anderen Betriebstemperaturen, wobei bei einer Verwendung von mehr als zwei Stufen die benachbarten Stufen bei gestaffelten Betriebstemperaturen arbeiten. Die Nachbarschaft ist also im Sinne der jeweiligen Temperaturunterschiede im Produktwasserkreislauf bzw. im Gaskreislauf definiert und nicht durch ein etwaige örtliche Nachbarschaft.
Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Produktwas¬ serkreisläufe benachbarter Stufen mit einer ersten Verbindungsleitung verbunden sind, wobei bei mehr als zwei Produkt- Wasserkreisläufen auch mehrere erste Verbindungsleitungen vorgesehen sind. Außerdem ist eine zweite Verbindungsleitung zwischen dem Fuß eines der Verdunster einer Stufe mit geringerem Temperaturniveau und dem Kopf eines der Verdunster ei¬ ner benachbarten Stufe mit einem höheren Temperaturniveau vorgesehen. Auch hier können im Falle der Verwendung von mehr als zwei Stufen mehrere zweite Verbindungsleitungen verwendet werden .
Die ersten Verbindungsleitungen und die zweiten Verbindungs- leitungen ermöglichen es vorteilhaft, dass die einzelnen Stufen untereinander kommunizieren können, indem sowohl Produktwasser als auch Kondensat bzw. Rohwasser von einer Stufe mit einem kühleren Temperaturniveau an eine benachbarte Stufe mit höheren Temperaturniveau weitergegeben werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die thermische Energie der betreffenden
Fluide in der Stufe mit dem höheren Temperaturniveau genutzt werden kann, so dass eine Kühlung nicht oder zumindest nicht in dem Maße erforderlich ist, wie dies in der Stufe mit dem geringeren Temperaturniveau erforderlich wäre. Hierdurch kann die Effizienz des Prozesses vorteilhaft weiter gesteigert werden .
Die zweiten Verbindungsleitungen führen jeweils zu den Köpfen der Verdunster. Ist für das Rohwasser ein Kreislauf vorgese- hen, so kann ein Teil dieser Verbindungsleitungen auch durch das Leitungssystem des Kreislaufs ausgebildet sein. Hierzu muss im Kreislauf eine geeignete Einspeisungsstelle vorgese¬ hen werden, die eine Verbindung gewährleistet. Gemäß einer Ausgestaltung der letztgenannten Variante ist vorgesehen, dass in jedem der Produktwasserkreisläufe je ein dritter Wärmetauscher angeordnet ist, wobei die dritten Wär- metauscher benachbarter Stufen durch eine dritte Verbindungsleitung verbunden sind. Auch hier lässt sich in der beschriebenen Weise vorteilhaft sicherstellen, dass ein Wärmeübertra¬ gungsmedium zum Kühlen des Produktwassers zunächst in dem dritten Wärmetauscher des kühlsten Produktwasserkreislaufs und dann jeweils stufenweise in die dritten Wärmetauscher der wärmeren Produktwasserkreisläufe eingespeist wird. Hierdurch kann das Wärmeübertragungsmedium in jedem der dritten Wärmetauscher eine Kühlwirkung erzielen. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der letztgenannten Alternative der Erfindung ist vorgesehen, dass in jeder der zu den Verdunstern führenden Leitungen (die evtl. Teil eines Rohwasserkreislaufs sein können) je ein zweiter Wärmetauscher angeordnet ist, wobei die zweiten Wärmetauscher benachbarter Stu- fen durch eine vierte Verbindungsleitung verbunden sind.
Durch diese vierte Verbindungsleitung kann vorteilhaft ein Wärmeübertragungsmedium geleitet werden, welches beispielsweise die Prozesswärme eines Industrieprozesses an das Roh¬ wasser abgibt. Die vierte Verbindungsleitung wird vorteilhaft zunächst durch den zweiten Wärmetauscher für das heißeste
Rohwasser geführt und anschließend stufenweise durch zweiten Wärmetauscher für immer kühleres Rohwasser.
Das eingangs angegebene Verfahren kann besonders vorteilhaft auch auf einer Vorrichtung der beschriebenen Art ausgeführt werden. Die hiermit verbundenen Vorteile sind bei der Erläu¬ terung der Vorrichtung bereits genannt worden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszei¬ chen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen :
Figur 1 eine Vorrichtung zum Abtrennen von Produktwasser aus Rohwasser nach dem Stand der Technik, auf der ein Verfahren zum Abtrennen von Produktwasser aus Rohwasser läuft, als schematisches Blockschaltbild,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor- richtung, auf dem ein Ausführungsbeispiel des er¬ findungsgemäßen Verfahrens läuft, als Blockschalt¬ bild und
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor- richtung mit zwei Stufen, auf der ein Ausführungs¬ beispiel des erfindungsgemäßen mehrstufigen Verfahrens läuft, als Blockschaltbild.
Im Folgenden werden immer die Vorrichtungen und gleichzeitig die auf diesen ablaufenden Verfahren beschrieben. Vorrichtung und Verfahren sind jeweils eng miteinander verknüpft, so dass die beschriebenen Merkmale jeweils gleichzeitig für die Vor¬ richtung und das Verfahren gelten. Gemäß Figur 1 ist eine Vorrichtung mit einem Gaskreislauf 11 und einem Rohwasserkreislauf 12 dargestellt. In beiden Kreis¬ läufen sind ein Verdunster 13 und ein Kondensator 14 in Reihe geschaltet, d. h. diese werden abwechselnd durchlaufen. In der Vorrichtung kreisen das Rohwasser und das Prozessgas ge- genläufig, so dass eine Verdunstung des Rohwassers in den Verdunster 13 durch das Prozessgas aus dem Gaskreislauf 11 gegenläufig passiert. Das Rohwasser wird durch eine Pumpe 15 im Rohwasserkreislauf 12 gefördert und das Gas (vorzugsweise Luft) durch ein Gebläse 16 im Prozessgaskreislauf. Die jewei- ligen Fließrichtungen sind durch Pfeile angedeutet.
Im Rohwasserkreislauf 12 wird das Rohwasser im Kondensator als Kühlmedium verwendet, wobei hier Produktwasser aus dem Prozessgas auskondensiert wird und dadurch das Rohwasser er¬ wärmt. Das erwärmte Rohwasser wird anschließend in einem zweiten Wärmetauscher 17 weiter erwärmt, wobei dieser über eine Verbindungsleitung 18 mit einem Prozesswärme eines In- dustrieprozesses führenden Wärmeübertragungsmedium versorgt wird. Das so erhitzte Rohwasser wird dann über einen Kopf 19 des Verdunsters 13 eingespeist, wobei in den Kopf 19 eine Verrieselungseinrichtung 20 vorgesehen ist, die einen Nebel 21 von kleinen Tröpfchen erzeugt. Die Temperatur des auf die- se Weise abwärts strömenden Rohwassers sinkt vom Kopf 19 zu einem Fuß 20 des Verdunsters, weil dem Rohwasser durch Verdunstung von Produktwasser und Wärmeübertragung auf das Prozessgas Wärme entzogen wird. Die Temperatur des entgegen strömenden Prozessgases steigt daher vom Fuß 22 zum Kopf 19 an, bleibt im stabilen Betrieb mit stationären Bedingungen aber immer unterhalb der Temperatur des Rohwassers auf je¬ weils gleicher Höhe des Verdunsters 13. Hierdurch kann das Prozessgas mehr Wasserdampf des Produktwassers aufnehmen. Das Rohwasser und das Prozessgas bilden somit einen Gegenstrom- Wärmetauscher, der nach dem Prinzip der direkten Verdunstung arbeitet .
Das Rohwasser gelangt also über eine Zuführung 23 in den Verdunster und wird durch Verdunstung von Produktwasser hin- sichtlich der Verunreinigungen aufkonzentriert . Es sammelt sich im Fuß 22 des Verdunsters 13 und verlässt diesen durch eine Abführung 24 als Konzentrat. Dieses kann wahlweise der Vorrichtung über eine Entnahmeleitung 25 als Konzentrat K entnommen werden oder einem Vorratstank 26 zugeführt werden, um einen weiteren Durchlauf im Rohwasserkreislauf 12 zu voll¬ ziehen. Entnommenes Konzentrat K bzw. verdunstetes Produkt¬ wasser kann über eine Speiseleitung 27 durch Zuführen neuen Rohwassers R ersetzt werden. Das Rohwasser wird weiterhin zur Kühlung des Kondensators 14 verwendet. Um hierfür einen genügend großen Temperaturunterschied zu verwirklichen, kann das Rohwasser durch einen vierten Wärmetauscher 28 gekühlt werden, bevor es dem Kondensator 14 zugeführt wird. In dem Kondensator kondensiert das Pro¬ duktwasser aus dem Prozessgas, welches in einen Kopf 29 ein¬ gespeist wird. Das trocknere Prozessgas verlässt durch einen Fuß 30 den Kondensator 14, während Produktwasser P über einen Auslass 31 im Kondensator 14 entnommen werden und über eine Entnahmeleitung 32 abgeführt werden kann.
Die Vorrichtung gemäß Figur 2 ist in weiten Teilen genauso aufgebaut, wie die Vorrichtung gemäß Figur 1, was aus der Verwendung der gleichen Bezugszeichen hervorgeht. Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin, dass ein weiterer Kreislauf, nämlich ein von einer Pumpe 99 betriebener Produktwasserkreislauf 33 vorgesehen ist. In diesem Kreislauf ist der Kondensator 14 eingebunden, wobei das Produktwasser durch den Auslass 31 aus dem Kondensator 14 entnommen wird und nach Kühlung durch einen Einlass 34 im Kopf 29 des Kondensators 14 wieder zugeführt wird. Auch hier ist wie im Ver¬ dunster 13 eine Verrieselungseinheit 20 vorgesehen, wobei das Prozessgas dem verrieselten Produktwasser entgegengerichtet vom Fuß 30 des Kondensators zum Kopf 29 des Kondensators 14 strömt. Hierdurch wird eine direkte Kondensation des im Pro¬ zessgas befindlichen Produktwassers erreicht, wobei das kon¬ densierte Produktwasser sich im Fuß 30 sammelt. Da das Produktwasser aus dem Produktwasserkreislauf 33 sich während der Kondensation erwärmt, muss dieses nach Entnahme aus dem Auslass 31 gekühlt werden. Hierzu steht zunächst ein erster Wärmetauscher 35 zur Verfügung, der von dem Rohwasser im Rohwasserkreislauf 12 gespeist wird. Auf diese Weise kann das Rohwasser die Wärme wieder aufnehmen, die diesem aufgrund der Verdunstung im Verdunster 13 entzogen wurde. Dies führt vorteilhaft zu einer erhöhten Effizienz des Verfahrens. Nach Durchlaufen des ersten Wärmetauschers 35 kann das Produktwas¬ ser einen dritten Wärmetauscher 36 durchlaufen, in dem es durch eine externe Kühlquelle weiter gekühlt wird, bevor es über den Einlass 34 dem Kondensator 14 wieder zugeführt wird. Denkbar wäre es je nach vorliegenden Temperaturdifferenzen auch, erst das Rohwasser extern zu kühlen und mit dem gekühl- ten Rohwasser den Kondensatkreislauf zu kühlen (nicht darge¬ stellt) .
Anders, als in Figur 1 dargestellt, ist der Verdunster 13 und der Kondensator 14 jeweils mehrstufig aufgebaut, wobei je¬ weils im Verdunster 13 und im Kondensator 14 zwei nacheinander geschaltete Packungen 37 Verwendung finden. Diese können, da ein Wärmedurchgang durch das Material wegen der direkten Verdunstung bzw. der direkten Kondensation nicht notwendig ist, beispielsweise aus einem chemisch sehr beständigen
Kunststoff hergestellt werden. Dieses Material ist überdies vergleichsweise kostengünstig, weswegen die Produktion der Vorrichtung wirtschaftlicher wird. Zwischen den Packungen 37 ist jeweils ein Wasserverteiler 38 vorgesehen, der das Pro- duktwasser bzw. das Rohwasser jeweils auffängt und anschlie¬ ßend durch mehrere Öffnungen über den gesamten Querschnitt des Verdunsters 13 bzw. Kondensators 14 verteilt. Anstelle des in Figur 2 dargestellten Aufbaus mit Packungen ist selbstverständlich auch ein Aufbau sowohl des Verdunsters 13 als auch des Kondensators 14 gemäß dem in Figur 1 dargestell¬ ten Aufbau möglich, wobei die Flüssigkeit gemäß Figur 1 verrieselt oder vernebelt wird.
Figur 3 zeigt einen Aufbau der Vorrichtung in zwei Stufen 39a, 39b. Selbstverständlich können auch mehr als die zwei dargestellten Stufen zur Anwendung kommen, wobei sich die im Folgenden getroffenen Aussagen auch auf drei und mehrstufige Vorrichtungen übertragen lassen. Der Übersichtlichkeit halber sind die in Figur 1 und 2 dargestellten Pumpen 15, Gebläse 16 und Vorratstanks 26 weggelassen worden, sind jedoch zur Gewährleistung der Funktion der Vorrichtung gemäß Figur 3 ebenfalls vorhanden. Die zum Einsatz kommenden Ventile in den Figuren 1 bis 3 sind nicht näher erläutert und deswegen auch nicht mit Bezugszeichen versehen. Das Öffnen und Schließen dieser Ventile hängt vom jeweiligen beschriebenen Funktionszustand ab und ergibt sich daher automatisch. Die Stufe 39a sowie die Stufe 39b funktionieren für sich ge¬ nommen genauso wie die Vorrichtung gemäß Figur 2, auch wenn in den jeweiligen Verdunstern 13a, 13b und Kondensatoren 14a, 14b jeweils nur eine Packung 37 vorgesehen ist. Die Stufen 39a, 39b weisen jeweils einen Rohwasserkreislauf 12a, 12b, einen Gaskreislauf IIa, IIb und einen Produktwasserkreislauf 33a, 33b auf. Um die Effizienz zu steigern, sind der Rohwas¬ serkreislauf 12a und der Rohwasserkreislauf 12b jeweils hin¬ ter dem Verdunster 13a, 13b über eine zweite Verbindungslei- tung 40 miteinander verbunden. Demgemäß wird das Rohwasser R über die Speiseleitung 27 in den Rohwasserkreislauf 12a eingespeist und verlässt dieses aufkonzentriert über die zweite Verbindungsleitung 40, um den Rohwasserkreislauf 12b zuge¬ führt zu werden. Hier erfolgt im Verdunster 13b eine weitere Aufkonzentration an Verunreinigungen, wobei dieses Konzentrat K über die Entnahmeleitung 25 aus der Vorrichtung entnommen werden kann.
Auch die beiden Produktwasserkreisläufe 33a, 33b sind über eine erste Verbindungsleitung 41 miteinander verbunden. Eine Entnahme von Produktwasser erfolgt hinter dem ersten Wärmetauscher 35 im Produktwasserkreislauf 33a und wird dem Pro¬ duktwasserkreislauf 33b hinter dem dritten Wärmetauscher 36 (oder dem ersten Wärmetauscher 35, nicht dargestellt) des Produktwasserkreislaufs 35b wieder zugeführt. Auf diesem Wege verlässt das in dem Kondensator 14a gewonnene Produktwasser den Produktwasserkreislauf 33a. Eine Entnahme von Produktwas¬ ser P aus dem Produktwasserkreislauf 33b erfolgt über die Entnahmeleitung 32.
Die Weiterleitung von Produktwasser und Rohwasser über die zweite Verbindungsleitung 40 bzw. die erste Verbindungslei¬ tung 41 ermöglicht es vorteilhaft, dieses Rohwasser bzw. Pro¬ duktwasser aus der Stufe 39a mit einer insgesamt kühleren Be- triebstemperatur in die Stufe 39b mit einer insgesamt höheren Betriebstemperatur zu übernehmen, wo die in dem Produktwasser bzw. dem Rohwasser gespeicherte thermische Energie genutzt werden kann. Dies verringert insgesamt den Aufwand, der mit der Kühlung von Rohwasser bzw. Produktwasser in der bereits beschriebenen Weise verbunden ist.
Außerdem können die zweiten Wärmetauscher 17, die in den Roh- Wasserkreisläufen 12a, 12b untergebracht sind, über die vier¬ te Verbindungsleitung 18 in Reihe geschaltet werden, derart, dass zuerst der zweite Wärmetauscher 17 in der heißeren Stufe 39b und dann der zweite Wärmetauscher 17 in der kühleren Stufe 39a (usw. bei mehr als zwei Stufen) durchlaufen wird. Ge- nauso können die dritten Wärmetauscher 36 in den Produktwasserkreisläufen 33a, 33b durch eine dritte Verbindungsleitung 43 in Reihe geschaltet werden, derart, dass zunächst der dritte Wärmetauscher 36 im kühleren Produktwasserkreislauf 33a und danach der dritte Wärmetauscher 36 im wärmeren Pro- duktwasserkreislauf 33b (usw. bei mehr als zwei Stufen) durchlaufen wird. Hierdurch werden vorteilhaft die Wärmetauschmedien optimal genutzt, indem die jeweilige Restwärme bzw. Restkälte in den benachbarten Stufen 36a, 36b noch abgegeben wird.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Abtrennen von Produktwasser, welches durch Kondensation gewonnen wird, aus Rohwasser, welches aus einem Gemisch von Wasser und Verunreinigungen besteht, bei der
• ein Gaskreislauf (11) für ein Prozessgas vorgesehen ist in den ein Verdunster (13) für das Rohwasser und ein Kondensator (14) für das Produktwasser in Reihe geschaltet sind,
· der Verdunster (13) eine Zuführung (23) für das Rohwas¬ ser und eine Abführung (24) für ein Konzentrat, welches im Vergleich zum Rohwasser über eine höhere Konzentration an abzutrennenden Verunreinigungen verfügt, aufweist,
• der Kondensator (14) einen Auslass (31) für das Produkt- wasser aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass
• ein Produktwasserkreislauf (33) vorgesehen ist, in den der Kondensator (14) und ein erster Wärmetauscher (35) zur Kühlung des Produktwassers in Reihe geschaltet sind, und
• der Kondensator (14) in einem Bauprinzip der direkten Kondensation ausgeführt ist, wobei in einem Kopf (29) des Kondensators (14) ein Einlass (34) für das Produkt- wasser und in einem Fuß (30) des Kondensators (14) der
Auslass (31) für das Produktwasser vorgesehen sind und für das Prozessgas eine Strömungsrichtung vom Fuß (30) des Kondensators (14) zum Kopf (29) des Kondensators (14) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
• dass der Verdunster (13) in einem Bauprinzip ausgeführt ist, bei dem in einem Kopf (19) des Verdunsters (13) die Zuführung (23) für das Rohwasser und in einem Fuß (22) des Verdunsters (13) die Abführung (24) für das Konzent¬ rat vorgesehen sind und für das Prozessgas eine Strö- mungsrichtung vom Fuß (22) des Verdunsters (13) zum Kopf (19) des Verdunsters (13) vorgesehen ist, und
• der Gaskreislauf (11) so geführt ist, das der Kopf (29) des Kondensators (14) mit dem Fuß (22) des Verdunsters (13) und der Kopf (19) des Verdunsters (13) mit dem Fuß
(30) des Kondensators (14) verbunden sind.
3. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der erste Wärmetauscher (35) zur Kühlung des Produktwas¬ sers mit einer Leitung für das Rohwasser verbunden ist, wobei die Leitung nach Durchlaufen des ersten Wärmetauschers (35) zur Zuführung (23) des Verdunsters geführt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass in der Leitung zwischen dem ersten Wärmetauscher (35) und der Zuführung (23) ein zweiter Wärmetauscher (17) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass in dem Produktwasserkreislauf (33) zwischen dem ersten Wärmetauscher (35) und dem Einlass (34) ein dritter Wärmetau- scher vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass der Verdunster (13) und/oder der Kondensator (14) mehr- stufig aufgebaut sind.
7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass die Vorrichtung aus mehreren Stufen (39a, 39b) aufgebaut ist, indem mehrere Verdunster (13a, 13b) und Kondensatoren
(14a, 14b) paarweise mit jeweils einem Produktwasserkreislauf (33a, 33b) und einem Gaskreislauf (IIa, IIb) ausgestattet sind, wobei • die Stufen (39a, 39b) bei unterschiedlichen Temperaturen betreibbar sind,
• die Produktwasserkreisläufe (33a, 33b) benachbarter Stu¬ fen mit einer ersten Verbindungsleitung (41) verbunden sind und
• eine zweite Verbindungleitung (40) zwischen dem Fuß (22) eines der Verdunster (IIa, IIb) einer Stufe (39a, 39b) mit geringerem Temperaturniveau und dem Kopf (19) eines der Verdunster (IIa, IIb) einer benachbarten Stufe (39a, 39b) mit einem höheren Temperaturniveau vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass in jedem der Produktwasserkreisläufe (33a, 33b) je ein dritter Wärmetauscher (36) angeordnet ist, wobei die dritten Wärmetauscher (36) benachbarter Stufen (39a, 39b) jeweils durch eine dritte Verbindungsleitung (43) verbunden sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass in jeder der zu den Verdunstern (12a, 12b) führenden Leitungen je ein zweiter Wärmetauscher (17) angeordnet ist, wobei die zweiten Wärmetauscher (17) benachbarter Stufen (39a, 39b) jeweils durch eine vierte Verbindungsleitung (18) verbunden sind.
10. Verfahren zum Abtrennen von Produktwasser, welches durch Kondensation gewonnen wird, aus Rohwasser, welches aus einem Gemisch von Wasser und Verunreinigungen besteht, bei der
· ein Gaskreislauf (11) mit einem Prozessgas betrieben
wird in den ein Verdunster (13) für das Rohwasser und ein Kondensator (14) für das Produktwasser in Reihe geschaltet sind,
• der Verdunster (13) über eine Zuführung (23) mit dem
Rohwasser beaufschlagt wird und über eine Abführung (24) des Verdunsters (13) ein Konzentrat, welches im Ver¬ gleich zum Rohwasser über eine höhere Konzentration an abzutrennenden Verunreinigungen verfügt, aufweist, entnommen wird,
• dem Kondensator (14) über einen Auslass (31) Produktwasser entnommen wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass
• ein Produktwasserkreislauf (33) vorgesehen ist, in den der Kondensator (14) und ein erster Wärmetauscher (35) zur Kühlung des Produktwassers in Reihe geschaltet sind, und
• in dem Kondensator (14) eine direkte Kondensation ausgeführt wird, wobei in einem Kopf (29) des Kondensators (14) über einen Einlass (34) das Produktwasser zugeführt wird und in einem Fuß (30) des Kondensators (14) der Auslass für das Produktwasser (31) vorgesehen ist und das Prozessgas in Richtung vom Fuß (30) des Kondensators (14) zum Kopf (29) des Kondensators (14) strömt.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Anwendung kommt .
12. Verfahren nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das Verfahren in mehreren Stufen (39a, 39b) durchgeführt wird, indem mehrere Verdunster (IIa, IIb) und Kondensatoren (14a, 14b) paarweise mit jeweils einem Produktwasserkreislauf (33a, 33b) und einem Gaskreislauf (IIa, IIb) betrieben wer- den, wobei
• die Stufen (39a, 39b) bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden,
• die Produktwasserkreisläufe (33a, 33b) benachbarter Stu¬ fen (39a, 39b) mit einer ersten Verbindungsleitung (41) verbunden sind, wobei Produktwasser von der kühleren zur heißeren Stufe (39a, 39b) transferiert wird und
• eine zweite Verbindungleitung (40) zwischen dem Fuß (22) eines der Verdunster (IIa, IIb) einer Stufe (39a, 39b) mit geringerem Temperaturniveau und dem Kopf (19) eines der Verdunster (IIa, IIb) einer benachbarten Stufe (39a, 39b) mit einem höheren Temperaturniveau vorgesehen ist, wobei Rohwasser von der kühleren zur wärmeren Stufes (39a, 39b) transferiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 zur Anwendung kommt .
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