DE2135685C3 - Mehrstufiger Entspannungsverdampfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Entspannungsverdampfer mit einem vertikalen zylindrischen, mit Rohrstutzen zum Zuführen des zu entsalzenden Salzwassers und zum Ableiten des nicht verdampften Salzwassers versehenen Gehäuse, in dessen Innerem koaxial zu dem Verdampiungsringraum ein Kondensator mit Mantel angeordnet ist, der Öffnungen /um Durchlauf von Dampf, Destillat und nicht kondensierbaren Gasen aufweist.

Es ist bereits ein Verdampler mit einem mehrteiligen Hüssigkcitsraum bekannt (DT-AS 106b 541), wobei in den einzelnen Flüssigkeitsräumeii Siederohre angeordnet sind. Dieser bekannte Verdampfer dient /um Eindampfen von Lösungen, wobei die Übeitrittsquerschnitte der noch nicht verdampften Lösung zwischen den einzelnen Flüssigkeitsräumcn einstellbar sind.

Das Problem, das durch den bekannten Verdampfer gelöst wird, besteht darin, bei gleicher Leistung die Oberfläche der Rohre zu verringern oder bei gleicher Rohroberflüehe die Leistung zu steigern, was dadurch erreicht wird, daß zwischen dem wärmeubgebenden Dampf, der als Primärdampi bezeichnet wird, und der siedenden Lösung eine gewisse Steigerung der Temperaturdifferenz herbeigeführt wird. Da die Siedetemperatur der Lösung proportional ihrer Konzentration ist, ermöglicht die Aufteilung der Siedezone in mehrere Stufen bei gleichem Druck des durch die siedende Lösung gebildeten Sekundärdampfes tatsächlich eine gewisse Steigerung der Temperaturdifferenz in den ersten Stufen um 1° bis 3°C.

Dieser Verdampfer hat den Nachteil, daß eine Rückgewinnung der Wärme des .Sekundärdampfes fehlt. Der Gesamtwärmeverbiai'ch des Verdampfers ist deshalb sehr hoch.

Zum Stand der Technik zählen außerdem eine Reihe von Ausführungsformen von Entspannungsverdampfern (Lu eg er, Lexikon der Technik, Rand 16, Seite 320,321).

Eine dieser Ausführungsformen beschreibt einen einstufigen Entspannungsverdampfer mit einem vertikalen zylindrischen Gehäuse, welches Rohrstutzen zum Zuführen des zu entsalzenden Salzwassers und zum Ableiten des nicht verdampften Salzwassers aufweist. Im Gehäuse sitzt koaxial zu dem Verdampfungsring raum ein Kondensator mit einem Mantel. Durch den Verdampfungsringraum wird der Dampf geführt, der beim Verdampfen des überhitzten Salzwassers entsteht. Am Mantel sind öffnungen zum Durchgang von Dampf, Destillat und nicht kondensierbaren Gasen vorgesehen.

Eine andere Ausführungsform beschreibt einen mehrstufigen Entspannungsverdampfer, dessen Gehäuse rechteckig ist und Stutzen zum Zuführen des zu entsalzenden angewärmten Salzwassers und zum Ableiten des nicht verdampften Salzwassers aufweist. Der Innenraum des Gehäuses ist durch vertikale Trennwände in Stufen unterteilt. Eine jede Stufe hat eine Verdampfungskammer, einen Kondensator und Öffnungen für den Durchlauf des Dampfes des zu verdampfenden Salzwassers, des Destillates und der nicht kondensierbaren Gase. Die diesem Verdampfer zuzuführende Wärme zum Erhitzen des Salzwassers im Heizgerät vordem Entsalzen ist erheblich kleiner,da die Verdampfungswärme zum Vorwärmen des Salzwassers, welches in den Rohren des Kondensators fließt, ausgenutzt wird. Solche mehrstufigen Entspannungsverdampfer eignen sich besonders für die Erzeugung von über 100 t destilliertem Wasser pro Tag.

Bekannt sind schließlich noch Entspannungsverdampfer, bei welchen der beim Verdampfen des Salzwassers erzeugte Dampf im Kompressor verdichtet und dann zu der Heizeinrichtung geführt wird. Neben dem durch den Kompressor erforderlichen Aufwand werden außerdem große Heizoberflächen erforderlich. Außerdem besteht die Gefahr einer schnellen Belegung mit Kesselstein.

Wenn die vorstehend beschriebenen Entspannungsverdampfer für kleinere Leistungen, also für eine Erzeugung von weniger als 50 t destilliertem Wasser pro Tag, verwendet werden sollen, haben sie den Nachteil, daß sie sehr viel Platz erfordern, was insbesondere beim Einbau auf Schiffen ein großer Nachteil ist. Außerdem ist die erzeugte Siillwassermenge bezogen auf ihr Gewicht sehr klein.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen mehrstufigen Entspannungsverdampfer der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der bei geringem Platzbedarl, bezogen auf sein Gewicht, die Erzeugung einer großen Süßwassermenge ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei dem mehrstufigen Entspanmingsverdampfer der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß das Gehäuse und der Kondensator mit seinem Mantel über die ganze Höhe durch radial verlaufende Trennwände in einzelne Stufen unterteilt sind, wobei öffnungen zum Durchlaufen des Salzwassers, des Destillats und der nicht kondensierbaren G.ise in jeder Stufe vorgesehen sind.

Der erfindiingsgemäße mehrstufige Entspamumgsverdampfer hat den Vorteil, il.iß sich mit ihm, bezogen auf das Gewicht, große Süßwassermengcn erzeugen lassen und der Platzbedarf sehr klein ist, so daß sich der Einbau des Entspannungsverdampfers auf Schiffen für die Süßwassergewinnung besonders eignet. Ein Entspannungsverdampfer mit acht bis zehn Stufen erzeugt bei einem Wärmeverbrauch von 150 bis 180 kcal/kg täglich etwa 301 Süßwasser. Ein Entspannungsverdampfer mit fünf bis sechs Stufen erzeugt bei einem Wärmeverbrauch von 200 bis 220 kcal/kg täglich ^ri bis 10 t Süßwasser. Der Raumbedarf der ersteren Ausführung ist um 30%, der der letzteren Ausführung um 40 bis 45% kleiner als der der bekannten Entsnannunirsvur-

dämpfer rechteckiger Bauweise mit derselben Stufenzahl.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen mehrstufigen

Tabelle

Entspannungsverdampfers gegenüber gegenwärtig verwendeten Verdampfern zur Gewinnung von Süßwasser aus Salzwasser ist aus der folgenden Tabelle ersichtlich.

Produkt	[.and	Lei	Siu-	Spezifischer	Abmessungen in	Breite	mm	Höhe	Volumen	Anfallendes	Gewicht
		stung	fen-	Dampf-					des Ver	Destillat	im Be
		in	zahl	verbrauch	Länge			dampfers	bezogen auf	triebs
								in	das Ver-	zustand in
									dampfer-
						1320	2125		volumen in
		t/Tag		kg/kg		2419	2621	in'	t/m'h	ι
Erfindung	UdSSR	25	6	0,31	1710	2419	2621	4,8	5,21	2.5
WEIR	England	20	2	0,88	2413	2130	2280	15,0	1.33	5.8
F-T	England	30	2	0.88	2413			15.0	2.0	6,1
BUCKLEY	England	25	3	0,75	2130	2210	2280	10.6	2,36
& TAYLOR						1680	2360
AQUAFLASCH	England	30	3	0,725	2280			11.5	2,61
CLEAVER	USA	31	2	0.85	2360			9,34	3,32
BROOKS
(Aqua-Chem)

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

I'ig. 1 zeigt schemalisch einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Entspanpungsverdanipfers;

F i g. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 11-11 von F ι g. 1;

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines mehrstufigen Entspannungsverdampfers im Längsschnitt;

F i g. 4 ist ein Schnitt längs der Linie lll-lll von F i g. 3.

Der in Fig. I und 2 gezeigte mehrstufige Entspannungsverdampfer hat ein zylindrisches Gehäuse I und eine Heizeinrichtung 2. In dem Gehäuse ist koaxial zu dem Verdanipfungsringraum ein Kondensator 3 mit einem Mantel 4 angeordnet. Das Gehäuse I und der Kondensator 3 mit dem Mantel 4 sind über die ganze Höhe durch radial verlaufende Trennwände 5 in einzelne Stufen unterteilt, wobei jeder Stufe ein Abschnitt des Verdanipfungsringrauins und ein Kondensator zugeordnet sind. Durch die Rohrstutzen 6 wird dem Gehäuse 1 das zu entsalzende Salzwasser zugeführt. Der Rohrstutzen 7 dient zum Abführen des nicht verdampften Salzwassers.

An seiner Stirnseite ist der Kondensator 3 durch Deckel 8 und 9 abgeschlossen, welche mit nicht gezeigten Kanälen zum Überlauf des Salzwassers aus dem Kondensator einer Stufe in den der anderen Stufe vorgesehen sind. Auf dem Deckel 8 ties Kondensators 3 ist der Rohrstutyen 10 zum Zuführen des kalten Salzwassers befestigt.

Am Unterteil des Mantels 4 sind ein Röhrst uzen Il zum Abführen des Süßwassers und ein Rohrstutzen 12 zum Abführen von Lull und nicht kondensierbareii Gasen angebracht.

Iede Trennwand 5 mit Ausnahme der letzten Trennwand der aufeinanderfolgenden Stufen hat an ihrem von Destillat umspülten Unterteil eine öffnung 13 zum Überlauf des Destillats, oberhalb des Destillatspiegels eine Öffnung 14 zum Überströmen der Luft und der nicht kondensierbaren Gase und an dem vom Salzwasser umspülten Trennwandteil eine Öffnung 15 für ilen Überlauf ties Salzwassers aus einer Stufe in die nächste Stufe. An dem Mantel 4 sit/t ein Separator 16 zum Abscheiden der \om Dampf mitgefühlten Salzwasseriroolcn.

Dieser mehrstufige Entspannungsverdampfer arbeitet folgendermaßen. Durch den Rohrstutzen 10 im Deckel 8 des Kondensators 3 wird kaltes Salzwasser zugeführt, das nacheinander durch die Rohre des Kondensators 3 fließt, erwärmt und anschließend der Heizeinrichtung 2 für die weitere Erhitzung zugeführt wird. Das erhitzte Salzwasser fließt dann durch den Rohrstutzen 6 im Gehäuse 1 in den Verdampfungsringraumabschnitt der ersten Stufe. In diesem Ringraumabschnitt wird ein Druck eingehalten, der unter dem Sättigungsdruck liegt, welcher der Temperatur des zugeführten Salzwassers entspricht, d. h. das Salzwasser wird überhitzt. Das überhitzte Salzwasser verdampft teilweise adiabatisch und kühlt sich dabei ab. Das nicht verdampfte Salzwasser läuft durch die öffnung 15 in der Trennwand 5 in den Verdampfungsringraumabschnitt der nächsten Stufe, wobei ebenfalls eine adiabate Verdampfung eintritt, die sich nacheinander in den folgenden Stufen wiederholt. Aus der letzten Stufe wird das nicht verdampfte Salzwasser durch den Rohrstutzen 7 am Gehäuse 1 nach außen abgeführt. Der durch die Verdampfung gebildete Dampf, mitgeführte Salzwassertropfen und gebildete nicht kondensierbare Gase werden in den Separator 16 geführt. Der dort von den Salzwassertropfen befreite Dampf wird in den Kondensator 3 geführt, wo er an den Rohroberflächen zu Destillat kondensiert, das zum Unterteil der Kondensatoren 3 fließt und durch die öffnung 13 in der radial verlaufenden Trennwand 5 in die nächste Stufe überläuft. Aus der letzten Stufe wird da;. Destillat in Form von Süßwasser durch den Rohrstutzen Il im Gehäuse 4 für den Verbrauch abgeführt.

Die bei der Verdampfung frei gewordenen, nicht kondensierbaren Gase strömen dutch die öffnung 14 in der Trennwand 5 von einer Stufe in die andere und werden durch den Stutzen 12 am Mantel 4 aus der letzten Stufe entfernt.

Die in den F i g. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in den F i g. 1 und 2 gezeigten dadurch, daß in jeder Stufe ein Kondensator j mit einem Mantel 4 sit/t, wobei jetler Kondensator an seinen Stirnseiten durch die Decke! 8 und 9 abgeschlossen ist. Der Deckel 8 eines jeden Kondensators 1 einer jeden Stufe hat einen Rohrstut/en 17 für die Zuführung und einen KohrsUity.cn 18 für die Abführuni: ties Sal/was-

sers. Am Unterteil des Mantels 4 einer jeden Stufe ist mit Ausnahme der ersten Stufe, der das erhitzte Salzwasser aus der Heizeinrichtung 2 zugeführt wird, der Rohrstutzen 19 zum Hinführen des Destillates aus der vorhergehenden Stufe angebracht. Der Rohrstutzen 11. für das Abführen des Destillates aus jeder Stufe sitzt ebenfalls am Mantel 4. Am Mantel 4 einer jeden Stufe ist ein Separator 16 angebracht.

Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform des Enlspannungsverdampfers arbeitet im wesentlichen wie die anhand der f^: i g. 1 und 2 beschriebene. Ein Unterschied besteht darin, daß das kalte Salzwasser dem Kondensator 3 einer jeden Stufe durch den Rohrstutzen 17 im Deckel 8 zugeführt wird, der Überlauf des Salzwassers aus dem Kondensator der einen Stufe in den der nächsten Stufe erfolgt über den Rohrstutzen 18 im Deckel 8. Das Destillat im Kondensator 3 wird durch den Rohrstutzen Il im Mantel 4 dem Rohrstutzen 19 am Mantel 4 der nächsten Stufe zugeführt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die einzelnen Kondensatoren einzeln gewartet werden können. Außerdem ist der Verdampfer leichler an das thermodynamisch günstigste Betriebsverhalten anzupassen.

Hierzu 2 lilii

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mehrstufiger Entspannungsverdampfer mit einem vertikalen zylindrischen, mit Rohrstutzen zum Zuführen des zu entsalzenden Salzwassers und zum Ableiten des nicht verdampften Salzwassers versehenen Gehäuse, in dessen Innerem koaxial zu dem Verdampfungsringraum ein Kondensator mit Mantel angeordnet ist, der öffnungen zum Durchlauf von Dampf, Destillat und nicht kondensierbaren Gasen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) und der Kondensator (3) mit seinem Mantel (4) über die ganze Höhe durch radial verlaufende Trennwände (5) in einzelne Stufen unterteilt sind, wobei öffnungen (15, 13, 14) zum Durchlauf des Salzwassers, des Destillats un'J der nicht kondensierbaren Gase in jeder Stufe vorgesehen sind.