DE2248566A1

DE2248566A1 - Destilliergeraet

Info

Publication number: DE2248566A1
Application number: DE19722248566
Authority: DE
Inventors: Armando Bruno Steinbruchel
Original assignee: Aqua Chem Inc
Current assignee: Aqua Chem Inc
Priority date: 1971-10-04
Filing date: 1972-10-04
Publication date: 1973-04-12
Also published as: IT968577B; ES407206A1; CA979801A; JPS5540281B2; JPS5536362B2; JPS4848379A; AU4649872A; FR2155984B1; FR2155984A1; JPS4844839A; NL7212748A; GB1406631A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Destillierung von Flüssigkeiten und insbesondere auf Dünnschichtverdampfer mit mehreren Stufen, die insbesondere, aber nicht ausschließlich, für die Entsalzung von Salzwasser verwendet werden können.

Es gibt zahlreiche Verfahren und Geräte, die zum Zwecke der Trinkwassergewinnung aus Brackwasser oder Salzwasser verwendet wurden. Einige dieser Destilliergeräte waren wegen ihrer verhältnismäßig begrenzten Leistungsfähigkeit jedoch nicht vollständig zufriedenstellend. Andere Gerätetypen, die in der Lage waren₉ große Wassermengen zu verarbeiten, hatten einen ihnen innewohnenden geringen Wirkungsgrad, so daß die Gewinnungskosten unverhältnismäßig höher waren, als bei herkömmlichen Wasserquellen,

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

Das Destilliergerät, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist ein Dünnschichtverdampfer mit mehreren Stufen. Jede einzelne Stufe umfaßt Wärmeaustauecherröhren, durch die Dampf geschickt wird, während die Speiseflüssigkeit als eine dünne Schicht über ihre Außenflächen verteilt wird_e Ein erster Teil des Dampfes kondensiert in den Röhren, und ein zweiter Teil kondensiert auf den Speisewasser—Vorerwärmern« Das Kondensat wird als das Destillat der Anlage gesammelt» Die bei der Kondensierung des Dampfes in den Wärmeaustauscherröhren freigewordene Wärme verdampft einen Teil der Speiseflüssigkeit, die zu dem Dampf für die nächstfolgende Stufe wird, und der unver— dampfte Teil wird als die Speiseflüssigkeit für die nächstfolgende Stufe gesammelte

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher in der Schaffung eines neuartigen und verbesserten Dünn— schichtverdampfers mit mehreren Stufen»

Ferner soll erfindungsgemäß ein Destilliergerät geschaffen werden, dessen Wärmeaustauscherröhren und Speiseflüssigkeit-Vorerwärmer für eine optimale Wärmeübertragung angeordnet sind.

Ferner soll erfindungsgemäß ein Destilliergerät geschaffen werden, mit dem mit verhältnismäßig geringem Kostenaufwand Trinkwasser gewonnen werden kanu«

Ferner soll erfindungsgemäß ein Dünnschichtverdampfer mit mehreren Stufen geschaffen werden, dessen Verdampferbündel so angeordnet sind, daß an dem Dampfende der Heizröhrenbündel ein größeres Volumen geschaffen wird, ohne die Gesamtkonstruktion übermäßig zu vergrößern.

Ferner soll erfindungsgemäß ein Verdampfer geschaffen werden, der so ausgebildet ist, daß mehrere Heizröhrenbündel in jeder

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Stufe so angeordnet sindj daß sie auf die gleichen Speiseflüssig— keit^orerwärmer einwirken. ^; „■

Ferner SdLl erfindungs gemäß ein Dünnschichtverdampfer mit mehreren Stufe» geschaffen werden, der Speiseflüssigkeit-Vorerwärmer aufweist, wobei die Pumperfordernisse so? gering wie möglich gehalten sind. ■ "■■ .■"■·.■ ..-"- ..-" . ^: .. - · ·-..-■·;. ■ ---.. - ■ \ .

Ferner soll erfindungsgemäß; ein Dünnschichtverdampfer mit mehreren Stufen geschaffen werdeny bei dem die Speiseflüssigkeit in jeder Stufe in einer Menge zugeführt wird_s die im.wesentlichen gleich der in der vorhergehenden Stufe verdampften Menge- ist₀

Einige der oben genannten Aufgaben der Erfindung werden durch einen Dünnschichtverdampfer mit mehreren Stufen gelöst, bei dem die Wärmeaustauscherröhrenbündel mindestens einer Stufe senkrecht angeordnet sind und die Warmeaustauseherröhren der übrigen Stufen waagerecht angeordnet sind«, Andere Aufgaben der Erfindung werden dadurch gelöst) daß die waagerecht angeordneten Beizröhrenbündel radial um die Speiseflüssigkeit-Vorerwärmer und ,mit ihren Aus— laßenden in Näher der letzteren angeordnet sind. Weitere Ziele der Erfindung werden durch Speiseflüssigkeit—Vorerwärmer erreicht, die ununterbrochen durch mehrere Stufen verlaufen, und aus denen Speiseflüssigkeit an jeder Stufe in einer Menge abgezogen wird, die gleich der in der vorhergehenden Stufe verdampften Menge ist. Schließlich werden weitere Ziele der Erfindung dadurch erreicht, daß gesonderte Vorerwärmer für verschiedene Stufen oder Stufengruppen vorgesehen sind, . : .

Die Lösung weiterer Erfindungs.aufgaben geht aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor«,

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In den Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist, sind

Pig«, 1 eine schematische Darstellung des Destilliergerätes gemäß der vorliegenden Erfindung,

Figo 2 eine Schnittansicht eines Teils des Destilliergeräts gemäß einem bevorzugten Ausfiihrungsbeispiel def vorliegenden Erfindung ₉

Figo 3 eine Schnittansicht einiger Wärmeaustauscherröhren des in FIg₀ 2 gezeigten Gerätes,

Fig. k eine Teilansicht eines Teils der Speisefliissigkeit-Verteilungsanlage des Destilliergerätes,

Fig. 5 und 6 Draufsichten auf das Destilliergerät gemäß der vorliegenden Erfindung, in denen die Anordnung der Wärmeaustauscherröhrenbündel bei verschiedenen Stufen veranschaulicht ist und

Fig. 7 eine Teilansicht des Destilllergerätes, in der die Dampfstrecke zwischen einzelnen Stufen gezeigt ist,

Figo 8 eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform eines Teils der SpeisBwasser-Verteilungsanlage.

Fig. i veranschaulicht schematisch ein Destilliergerät mit mehreren Stufen, das mit Bezug auf die Destillierung von Salzwasser erörtert wird, wenngleich das Erfindungsprinzip auch für die Destillierung anderer Flüssigkeiten venendet werden kann» Für den Fachmann ist es auch ersichtlich, daß die Anzahl der Stufen oder Phasen mit den Erfordernissen und den Konstruktionsparametern der Anlage geändert werden kann. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind fünfzehn Stufen gezeigt, die mit den Zahlen 1-15 bezeichnet sind_B

Wenn die Anlage für die Destillierung von Salzwasser verwendet wird, gelangt dieses zunächst durch eine Vorerwärmungs- und chemische Behandlungsanlage 20, wo es vorerwärmt wird, eine

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chemische Vorbehandlung erhält und entlüftet und entgast wird_o Das Wasser wird dann durch eine Vorheizanlage geschickt, die aus Vorheizröhrenbündeln 22, 23, 24, 25 und 2,6 besteht, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß das zugeführte Salzwasser für jede Stufe nacheinander durch den Dampfsammeiteil jeder vorhergehenden Stufe gelangt, wo es durch einen Teil des Dampfes vorerwärmt wird, der bei dieser vorhergehenden Stufe kondensiert worden ist. Bei jeder Stufe wird ferner ein Teil des vorerwärmten Salzwassers der unverdampften Salzsohle zugeführt, die aus der vorhergehenden Stufe eintritt, um einen Ausgleich für das Wasser zu schaffen, das in der vorhergehenden Stufe verdampft worden ist, und um dadurch den Flüssigkeitsstrom aufrechtzuerhalten, der erforderlich ist, um eine vollständig benetzte Fläche auf den Verdampferröhren zu gewährleisten.

Wie es weiter unten ausführlich erörtert wird, umfaßt die Stufe vorzugsweise ein senkrecht angeordnetes Wärmeaustauscherröhrenbündel 30, während die Stufen 3 bis 15 waagerecht angeordnete Wärmeaustauscherröhrenbündel aufweisen können, die mit den Bezugszahlen 31 — 2 bis 31-15 bezeichnet sind«,

Die Wirkungsstufe 1 kann gesättigten Dampf bei einer geeigneten Temperatur, wie zum Beispiel 120° C, aus einer geeigneten Quelle, wie zum Beispiel einem Dampferzeuger, erhalten. Der letzte Teil des Speisewassers, der nach dem Durchgang durch die ersten Ik Stufen in den Vorerwärmern 26 und 27 verbleibt, wird auf eine erhöhte Temperatur^, wie z_oB, 110° C bei dem veranschaulichten Beispiel erwärmt,, Ein Teil des Dampfes wird dazu verwendet, diesen Speisewasserteil auf etwa 115° C in dem letzten Teil des Vorerwärmers 27 zu erhitzen. Der Hauptteil des für die Stufe 1 vorgesehenen Dampfes kondensiert an der Außenfläche der Wärmeaustauscherröhren 30 zur Verdampfung eines Teils des Speisewassers , das als eine dünne Schicht durch das Innere dieser Röhren verläuft_o Dieser Dampf wird in das Innere der Röhren 31-2 der Stufe 2 geleitet_s und der unverdanipfte Teil des Speise-

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wassers wird mit Speisewasserdampf aus dem Vorerwänner 26 vereinigt und dann als eine dünne Schicht über die Außenseite der Höhren 31-2 verteilt. Ein Teil des GesamtdampfeS₉ der zu der Stufe 2 gelangt, wird innerhalb der Röhren 31-2 kondensiert, und der übrige Dampf wird an der Außenfläche der Vorheizröhren, 26 und 27 innerhalb der Destillatssammelkammer 32-2 der zweiten

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Stufe kondensiert.

Das in der Stufe 2 gesammelte Destillat kann dann in die Destillatkammer einer der unteren Stufen, wie Z₀B₀ Beispiel in die Kammer 32-8 geleitet werden, wo ein geringerer Druck einen Teil des Destillats durch sofortige Verdampfung in Dampf umwandelt, wodurch der unverdampfte Teil abgekühlt wird» Dieser Dampf kann mit dem unkondensierten Dampf aus den Wärmeaustauscherröhren 31—8 der Stufe 8 für die Kondensierung auf den Vorheizerröhren 22, und 2h vereinigt werden,, In ähnlicher Weise wird das Kondensat von der Stufe 8 weiter nach unten durch die übrigen Stufen geschickte Bs kann auch wünschenswert sein, die Dämpfe zu dem Einlaßende der Wärmeaustauscherröhreη zu schicken, um die Entfernung von nicht kondensierbaren Stoffen zu unterstützen»

Das soeben erörterte Destillierverfahren wird in jeder Verdampf ungsstufe wiederholte In der Stufe 15 wird der Dampf in dem Endkondensator 33 kondensiert, der den eintretenden Salzwasser-Aufbereitungsstrom erwärmt. Das Kondensat aus der Stufe 15 wird dem in den anderen Stufen gewonnenen Wasser zugeführt und wird dann durch eine Pumpe 35 und Leitungen 36 und 37 durch den Destillatkühler J>k geschickt, der ebenfalls als eine Vorheizeinrichtung für das eintretende Salzwasser dient., Die Salzsole aus der Stufe 15 wird durch eine Pumpe 'tO zurück In das Meer geschickt, und das Kondensat aus der Stife 1 wird in die Dampferzeugungsanlage zurückgeschickt.

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Es wird nochmals Bezug auf die Ansauganlage 20 genommen, Salzwasser wird durch eine Salzwasserpumpe 38 in die Anlage eingeführt, wobei ein erster Teil des von der Pumpe 38 geförderten Wassers über eine Leitung 39 durch den Destillatkühler 3^ geschickt wird, wo dieses Wasser Wärme von dem Verdämpferdestillat entnimmt. Das erwärmte Salzwasser wird dann durch einen ersten Teil 41 des Endkondensators 33 geschickt, woraufhin es in zwei.Ströme aufgeteilt wird. Ein Strom gelangt durch einen Mischer 43 ₉ wo er mit einer geeigneten Säurelösung, wie z_oB« Schwefelsäure mit bekannter Konzentration, vermischt wird. Dieser Strom wird dann in eine erste Kammer 45 eines Entlüfters 44 durch eine Düse 46 gesprüht, die aus einem geeigneten Korrionsfesten Stoff besteht, wie z«B. rostfreiem Stahl, Der zweite vorerwärmte Seewasserstrom wird durch eine ähnliche Düse 47 in eine zweite Kammer 48 des Entlüfters 44 gesprüht und wird nach deren Verlassen mit Polyphosphat aus einem Behälter 50 behandelt.

Die PoIyphosphatbehandlung bewirkt eine Steuerung der Kesselsteinbildung bei Betriebstemperaturen unter etwa 90° C durch Unterdrückung der Reaktion, die den CaCo,,-Kesselstein bildet, wodurch dessen Ablagerung auf den Wärmeaustauscherröhren innerhalb der Anlage verhindert wird«, Diese Behandlung wird in der Speisewasserzufuhranlage für die Stufen 5 bis 15 verwendet, die mit Temperaturen bis etwa zu dieser Temperatur arbeiten,» Das mit Säure behandelte Speisewasser wird in den Stufen i bis 4 verwendet und bewirkt die Steuerung der Kesselsteinbildung und hält eine annehmbare Wärmeübertragungsleistung durch die Lärmeaus tauscherröhren bei Betriebstemperaturen über etwa 90° C aufrechte Es ist festgestellt worden, daß dieses doppelte chemische Behandlungssystem anstelle der Säurebehandlung des allen Stufen zugeführten Speisewasserstroms erheblich die Betriebskosten der Anlage herabsetzte

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Die Entlüftungsanlage 44 ist ein Vakuumsäuleneiitlüiter, der aus getrennten Abschnitten 45 und 48 besteht, die Packungsbetten 51 bzw. 51a aufweisen. Wie oben erwähnt, werden Speisewasserströme, die in dem Destillatkühler 3^ und in dem Endkondeneatör 33 teilweise erwärmt wurden, in die Abschnitte 45 und 48 durch Sprühdüsen 46 bzw. 47 eingeführt. Ferner wird unerwärnites Salzwasser in die Kammer 48 durch eineüüse 49 und eine Leitung 50 eingeführt, so daß ein sofortiges Verdampfen der beiden ;ufbereitungsströme stattfindet, da das eingesprühte Kaltwasser den Dampfdruck bei etwa 1° C niedriger als der Temperatur der eintretenden Speisewasserströme aufrechterhält,, Die durch diese Verdampfung entstandenen Dämpfe aus dem mit Säure behandelten Seewasseraufbercitungsstrom strömen mit der Flüssigkeit durch das Entlüfterbett 51» wo diese Dämpfe dann durch eine Öffnung zwischen den Kammern in den Phosphatabschnitt 48 gelangen, wie es durch den Pfeil 52 angedeutet ist, und dann nach oben durch das Packungsbett 51a. Durch diesen aufwärts strömenden Dampf wird die Entfernung von gelösten Gasen aus dem bei der Düse 47 eintretenden Strom gefördert, wenn er durch die Entlüfterpackung 51a nach uuten fließt.

Das entlüftete Salzwasser, das in dem unteren Teil der Kammer 48a gesammelt wird, erhält die Polyphosphatbehandlung und wird dann durch eine Pumpe 58 dem Wärmeaustauscher 22 zugeführt. Das mit Säure behandelte Seewasser aus der Kammer 45 wird durch eine Pumpe 59 den Vorheizeinrirhtungeu 23 und 24 zugeführt.

Während der Säurebehandlung des Seewassers wird eine ('(',,

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entwickelt. Dieses (Jas sowie die in dem eintretenden Seewasser gelöste Luft wird in der Entlüftungseinrichtung 43 durch eine nicht {rezeigte Vakuumanlage im wesentlichen ent lernt» Die EniXornung diesel· Gase verringert die Korrosion in dem Verdampfer und begrenzt die Menge der nicht kondensierbaren Gase*,, die den \ irkungsgrad des Wärmeübertragunguteils des Gerätes beeinträchtigen und herabsetzen könnten_o Ferner kann auch Natriumsulfit in die tnil

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Säure und Phosphat behandelten Speisewasserströme aus dem Behälter 5^rj eingeführt werden, um jeglichen Verbleih an gelöstem Sauerstoff zu verhindern. Nicht gezeigte, aber in der Technik bekannte Einrichtungen sind an jeder Stufe vorgesehen, um derartige nicht kondensierbare Oase abzuführen, wenn sie in der Anlage auftreten.

Zusätzlich zu dem erwärmten Seewasser, das in den Entlüfter ¹Ik geschickt wird, wird ein zweiter Teil als ein Kühlmedium zu dem Abschnitt 6l des Endkondensators 33 geschickt und dann durch eine Leitung 62 abgeführt.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Destilliergerät gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem zylindrischen äußeren Metallmantel 70 angeordnet , der au seinem obei"en Ende eine Verschlußkuppel 71 afweist, die für größere mechanische Festigkeit kugelförmig ausgebildet sein kann. Die gestirnte Anordnung kann auf einem geeigneten Unterteil angebracht sein, wie z.B₀ einem (niclit gezeigten) Betonsockel. ..ie für den Fachmann ersichtlich ist, kann der Metallmantel 70 durch (nicht gezeigte) Bauteile in geeigneter V/eise versteift sein_o Die äußere Fläche des Metallmantels kann ferner mit einer Isolierung bedeckt sein, um V/ärmeverluste herabzusetzen und das Temperaturgefälle zu verringern. Mehrere waagerechte Trennwände 72a, 72b, 72c usw. trennen die einzelnen Stufen in senkrechter Richtung voneinander, und eine senkrechte Trennwand 73 trennt die Stufen 2-7 von den Stufen 8-12. Die Wand 73 verläuft nicht unter die Stufen 7 und 12, da die Stufen 13, Ik und 15 jeweils einen gesamten waagerechten Bereich des Gefäßes 70 einnehmen. Es ist ersichtlich, daß die Trennwände ebenfalls in geeigneter Weise mit (nicht gezeigten) Bauteilen verstärkt werden könneiic. Ein zylindrischer Zugangsschacht 75 (siehe FIg₀' 3 und k) kann von dem Unterteil zu dem Boden der Stufe 1 verlaufen und wirkt darüber hinaus als ein säulenförmiges Bauteil»

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Wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Speisewasser-Vorheizröhrenbündel 22, 23, 2k, 25 und 26„ 27 im mittleren Bereich des VerdampfernianteIs 70 angeordnet und verlaufen fortschreitend durch die Kondensatsammelkammern 32-15 bis 32-2 der Wirkungsstufen 15 bis 2. Jede Vorerwärmungseinrichtung besteht aus Bündeln von in senkrechter Richtung ausgerichteten Röhren 7i>, die die in Fig. 3 gezeigte Verstärkungsform mit der doppelten Riffelung haben können. Einige der Röhren der Vorerwärmungseinrichtungen 22 bis 27 verlaufen ununterbrochen von einer Stufe zu der anderen in abdichtendem Verhältnis durch die Trennwände 72, während andere dieser Röhren an jeder Stufe enden, um einen teilweisen Abzug des Speisewassers zu dem Verdampferteil dieser Wirkungsstufe zu ermöglichen. Infolgedessen wird der Speisewasserstrora, der durch die Vorerwärmerröhrenbündel 22-26 fließt, allmählich kleiner. Die VorerwärmungsröhrenbUndel können daher auch in ihrer Größe verringert werden, wodurch das Bündel 22 bei der Wirkungsstufe 8 am kleinsten ist, das Bündel 25 an der Wirkungsstufe 5 und das Bündel 26 an der =irkungsstufe 2. Das Bündel 27 verläuft jedoch ununterbrochen bis zu der Wirkungsstufe 1. l»asserkästen 81 können an jeder Wirkungsstufe als das obere Ende der Wärmeaustauscherröhren vorgesehen sein, die dieser Wirkungs— stufe das Speisewasser zuführen, oder die entsprechenden Wärmeaustauscherröhren können lediglich abgezweigt sein.

Die Stufe 1 ist in Fig. 2 mit einem senkrecht ausgerichteten Röhrenbündel 30 gezeigt, das aus einzelnen Röhren besteht, die ringförmig um die in der Mitte angeordnete Vorheizeinrichtung angeordnet sind_o Die einzelnen Röhren des Bündels 30 können die in Fig. 3 gezeigte verstärkte Forin mit doppelter Riffelung haben, und sind in dichtendem Verhältnis in geeigneten Öffnungen 8k und 85 befestigt, die in oberen und unteren Röhrenblechen 86 und 87 ausgebildet sind. Eine senkrechte ringförmige Wand Ö7 verläuft von dem äußeren Rand des oberen Röhrenblechs 84 zu der Kuppel 71 und bildet eine Speisewasser-Verteilungskammer 88 über dem Röhrenbündel 30 zur Aufnahme von Speisewasser aus der Vorerwärmungseinrichtung 27„ Das udtere Röhrenblech 87 ist in einer kreis-

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l'örmigen Öffnung 89 angeordnet, die in der Trennwand 72a ausgebildet ist, die den oberen Rand einer Dampf tr ennkamine r 90a begrenzt.

Eine zweite ringförmige Wand 89a umgibt das Röhrenbündel 30 und verläuft zwischen der Trennwand 72a, die den unteren.Rand der Wirkungsstufe 1 und der Kuppel 71 bildet, um eine das Röhrenbündel 30 umgebende Kammer 90 zu bilden* Ein erstes Rohr 91 mit verhältnismäßig großem Durehmesser verläuft durch die Kuppel 71 und endet in dichtendem Verhältnis an der Wand 89a, uni die Kammer 90 mit einer geeigneten Dampfquelle zu verbinden, wie z.B. der Dampfanlage einer Dampfturbine. Ein zweites Rohr 91a ist mit dem unteren Ende der Kammer 90 verbunden, um Kondensat zurück zu der Dampf quelle zu leiten,,

Bei Betrieb der Wirkungsstufe 1 lord das durch den Pfeil 92 dargestellte Speisewasser durch den Vorerwärmer 27 zu der Verteiluneskamraer 88 geleitet und gelangt dann als eine dünne Schicht durch das Innere der Röhren des Bündels 30 nach unten. Der Dampf wird aus dem Rohr 91 dem Bündel 30 in radialer Itichtung zugeführt, um einen Teil des Speisewassers 92 zu verdampfen, das durch das Innere der Röhren 30 nach unten fließt, und um einen Teil des Speisewassers vorzuerwärmen, das durch das vorerwärmte Röhrenbündel 27 nach oben fließt«. Der Heizdampf kondensiert in der Kammer 90 und wird durch das Rohr 91a in die Dampfzufuhranlage zuxüickgeleitet, Die latente Verdampfungswärme, die durch die Kondensierung des Dampfes frei wird, verdampft einen Teil des Speisewas.sers ⁱ)2_t das durch die Röhren 30 nach unten fließt„ Dieser in der Wirkungsstufe 1 erzeugte Dampf, der durch die Pfeile. 95 dargestellt ist, gelangt in die Dampftrennkammer 90a, die ειη der Auslaßseite der Röhren 30 angeordnet ist und durch die Trennwände 72a und 72b und senkrechte Wände 93 und 93a gebildet wird„ Der unverdampfte Teil des Speisewassers 92ä sammelt sich am Boden der Kammer 9Oa₀

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Ein Durchgang für den Dampf 95 aus der Kammer 90a der irkungsstufe 1 zu den waagerechten Wärmeaus tausclierröhren 31-2 der Wirkungsstufe 2 wird durch eine Öffnung 94 in der Wand 72a, den Raum zwischen der Wand 93 und dem Mantel 70 und einer Wand 96 gebildet, die zwischen einer in der Trennwand 72b ausgebildeten Öffnung 98 und dem Eintrittsende der Wärmeaustauscherröhren 31-2 nach unten verläuft, gebildet. Ein Entfeuchtungselement 100 ist in der Öffnung 94 angeordnet, um aus dem hindurchgehenden Dampf mitgeführte Salzsolentröpfchen zu entfernen.

Bei der Spcisewasseranlage gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jede Verdampferstufe mit Salzsole aus der vorgehenden Stufe und einem Teil des neu behandelten aber unkonzentrierten Speisewassers gespeiste Wie in Fig. 4 im Hinblick auf die Verdampferstufe 2 veranschaulicht, wird die Speisewassermischung in einem Verteilungstrog 104 durchgeführt, der in geeigneter Weise über dem entsprechenden Röhrenbündel gehaltert isto Die konzentrierte Salzsole 92a wird in den Trog 104 aus der Kammer 90a durch zwei Überlaufrohre 105 zugeführt, die senkrecht durch die Trennwand 72b und über dem Trog 104 verlaufen. Das Speisewasser wird auf die Siele temperatur deijVerdampferstufe abgekühlt, wenn es durch die Rohre 105 fließt»

Die Überlaufrohre 105 verlaufen über die Wand 72b und sind durch Dampfkappen 107 bedeckt, die sich in Abstand von den oberen Enden der Rohre 105 befinden«, Die unteren Enden der Dampfkappen 107 verlaufen nach unten unter die oberen Enden der Rohre 105 und unter die Oberfläche des Speisewassers 92a, um eine Dampfdichtung zwischen den Verdampferstufen zu bilden. Die Rohre 105 dienen ferner dazu, den Abzug von Flüssigkeit von dem Boden der Verdampferstufe 1 auszuschalten und gestatten das Absetzen fester Stoffe, wie z.B_n Korrosionsprodukten.

ünkonzentriertes Speisewasser wird dem Verteilungstrog 104 durch ein Speisewasserrohr 106 zugeführt, das von dem der Stufe

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zugeordneten Wasserkasten 81 ausgeht. Das Rohr 106 kann mehrere kleine Düsen 109 aufweisen, die in Längsrichtung angeordnet und nach unten ausgerichtet sind₀ Der Verteilungstrog 104 ist mit mehreren kleinen Öffnungen 108 versehen, die das Speisewasser über die Verdampferrohre gleichmäßig verteilen. Eine Durchflußöffnung 107 in dein Rohr 106 regelt die Strömung des Speisewassers so, daß eine dünne Flüssigkeitsschicht auf der Außenfläche der Röhren aufrechterhalten wird, ohne die Benetzungserfordernisse zu überschreiten. Ferner ist die Menge des durch das Rohr 106 eingespritzten Speisewassers etwa gleich der Menge des in der Stufe 1 verdampften Wassers und gleicht die Erhöhung der Röhrenfläche zwischen den Stufen 1 und 2 aus, wodurch die Röhren in aufeinanderfolgenden Stufen wirkungsvoll benetzt werden. Ein entsprechender Speisewassertrog 104 und ein Rohr 106 sind jedem Wänneaustauscherröhrenbündel 31 jeder Stufe zugeordnet.

Das unverdampfte Speisewasser aus jeder Verdampferstufe wird in ähnlicher Weise der nachfolgenden Stufe zugeführt und mit unkonzentriertem Speisewasser vermischt. Bei seinem Durchgang durch die verschiedenen Stufen der Anlage wird das Speisewasser immer konzentrierter, da sein Wasserbestandteil in den verschiedenen Stufen verdampft wird. Die Sole sammelt sich am Boden der Stufe 7 und wird dann durch eine Solenpumpe IO9, siehe Fig. 1, durch ein Rohr 110 in die über der Stufe 8 angeordnete Kammer gepumpte Das Kaskadieren des Speisewassers wird dann durch die Stufen 8 bis 15 fortgesetzt, wobei die in der Stufe 15 gesammelte unverdampfte Salzsole ausgestoßen wird.

Wenn das Speisewasser 92a aus dem Verteilertrog 104 auf die Wärmeaustauscherröhren 31-2 in der Verdampferstufe 2 herabtropft, kondensiert ein Teil des Dampfes in den Röhren und sammelt sich in der Destillatkammer 32-2 am Auslaß dieses Röhrenbündels. Der übrige Teil des Dampfes wird an der Außenfläche der Vorerwärmerröhren 26 und 27 kondensiert, die in der Kammer 32-2 angeordnet s ind ο

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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei Verwendung einer Dampftemperatur von 120° C das Speisewasser in dem Vorerwäriner auf eine Temperatur von etwa 110° in den vierzehn vorhergehenden Stufen und auf etwa 115 C durch den Dampf in der Stufe I erwärmt« Die Temperatur des Dampfes und des Speisewassers, die von der Stufe 1 zu der Stufe 2 gelangen, beträgt etwa 113° C, und dieses Speisewasser wird mit Wasser aus dem Vorerwärmer 26 mit etwa 110° C vermischt. In entsprechender Weise beträgt die Temperatur des die Stufe 2 verlassenden V/asser s und Dampfes etwa 110° C, und dieses Wasser wird in der Stufe 2 mit Wasser mit einer Temperatur von etwa 105 P vermischt. Die Temperatur jeder nachfolgenden Stufe ist niedriger, und die unverdampfte Salzsole in der Stufe 15 hat eine Temperatur von etwa hO° C.

Bs het sich herausgestellt, daß bei Temperaturen über etwa 107 C senkrecht angeordnete Wärmeaustauscherröhren einen größeren Wärmeaustausch-Wirkungsgrad pro Kosteneinheit liefern, als waagerecht angeordnete tfärmeaustauscherröhren_e Umgekehrt haben unter 107 C waagerecht angeordnete Röhren größeren Wärmeübertragungswirkungsgrad pro Kosteneinheit. Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung nutzt dieses Verhältnis aus, indem die Röhren 30 der mit einer Betriebstemperatur über 107 C arbeitenden Stufe 1 senkrecht ausgerichtet sind, während die Wärmeaustauscherröhren 31-2 bis 31-15 der übrigen Stufen waagerecht angeordnet sind. Es ist ersichtlich, daß, falls die Anlage mit höheren Temperaturen betrieben wird, weitere Stufen ebenfalls senkrecht angeordnet werden können,.

Es wird nunmehr Bezug auf die Fig_o 5 und 6 genommen. Jede Stufe kann mehrere Wärmeaustauseher-Röhrenbündel umfassen„ In Fig. 5 ist beispielsweise die Stufe 2 mit zwei Bündeln 31-2 und die Stufe 8 mit drei Bündeln 31-8 gezeigt. In Fig„ 6 ist die Stufe Ik mit sechs Bündeln 31-1^ gezeigt. Es ist ersichtlich, daß aufeinander-

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Stufen mit jeweils geringeren Temperaturen und Drücken arbeiten,, Es ist zweckmäßig, die Anzahl der Röhrenbündel in dieser Weise zu erhöhen, um den Raum für die Abgabe von Dämpfen in den Stufen mit geringeren Temperaturen und Drücken zu erhöhen. Dies wird durch die kreisförmige Anordnung der Wärmeaustauscherröhrenbündel auf, den verschiedenen Höhen des Gerätes erleichtert, wobei die waagerechten Bündel der Stufen 2 bis 15 radial zu der Achse des Mantels 70 verlaufen. Diese Ausrichtung der Wärmeaustauscherröhrenbündel gestattet es, daß sämtliche Wärmeaustauscherröhrenbündel Dampf direkt auf die Vorerwärmungsröhren 22, 23, 24, 25, 26 und 27 abgeben, die in den entsprechenden Kondensatkammern 32 angeordnet sind. Ferner wird durch die radiale Anordnung der tfärmeaustauscherröhrenbündel eine Herabsetzung des Volumens der Heizdämpfe erleichtert, wenn der Heizdampf von den Einlaßenden der Bündel zu den Auslaßenden der Bündel strömt, die in_der Mitte der kreisförmigen Anordnung in die entsprechenden Kondensatkammern 32 münden_o

Die jedem waagerechten Wärmeaustauscherröhrenbündel der Stufen 2-15 zugeordneten Speisewasser- und Dampftrennkammern sind einander im wesentlichen gleich, und deshalb wird nur die Kammer beschrieben, die einem der Jlöhrenbündel der Stufe 2 zugeordnet isto Wie in den Fig. 2, 4 und 7 gezeigt ist, trennen eine senkrechte Stirnwand 113 bzw. eine Teilseitenwand 114 die Speisewasserkammer 115 von dem durch den Pfeil 95 bezeichneten Dampf, der aus der Stufe 1 eintritt, bzw_o von dem durch den Pfeil 117 bezeichneten Dampf, der in die Stufe 2 austritt_o Ferner trennt eine Bückwand die Speisewasserkammer von der Kondensatsammeikammer 37~²· Ein zweites Paar Seitenwände 120 ist im Abstand von dem Heizröhrenbündel 31-2 angeordnet und verläuft senkrecht zwischen den Trennwänden 72b und 72cο Ferner verlaufen zwei Entfeuchterelemente entlang den Seiten des Röhrenbündels 31-2 und zwischen den unteren Enden der Wände 114 und der Seitenwände 120. Diese Entfeuchterelemente 124 können von der in der Technik bekannten Art sein, wie ZcB. von der Monel—Drahtmaschenart oder Haken— und Flügelseparatoren.

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Venn das Speisewasser 92a von dem Verteilungstrog 1(M auf das llöhrenbiindcl 31-2 tropft ₉ wird ein Teil verdampft, während der liest in dem Dampftrennraum 121 unterhalb des llöhrenbündels gesammelt wird. Der Dampf 117 bewegt sich von dem Jieizrb'hrenbiindel 31-2 nach außen in Richtung auf die Seiteriwände 120 und dann nach oben durch die Entfeuchtereleiaente 12Ί und dann nach vorn um den Kanal 96, bevor er in das obere Ende des Kanals 96a der Stufe 3 gelangt.

V.'ie in Fig. 2 gezeigt ist,'kann ein liohr 124 vorgesehen sein, um das in der Kammer 32-2 der Stufe 2 gesammelte Destillat in die Destillatkammer 32-8 der Stufe 8 zu leiten, wo ein Teil durch sofortige Verdampfung in Dampf umgewandelt wird und dann auf den Wärmeaustauschorrohren 22, 23 und 2>t kondensiert, um mit dem aus dieser Stufe gewonnenen Wasser vereinigt zu werden» Das in der Stufe 8 gesammelte Kondensat wird dann seinerseits in den aufeinanderfolgenden Stufen 9 bis 15 weiter «ach unten gespült. Untsprechende Jiohre wie z.li. das Rohr 125, das die Destillatssaimnelkammern 32-3 und 32-9 verbindet, leitet das Destillat von deu Stufen 5 bis 7 ^zu den Stufen 9 bis 15·

Die senkrecht angeordneten Vorheizröhronanordmmgeu für das opeisewasser, die das Speisewasser zu jeder Stufe leiten, verlaufen ununterbrochen durch alle Stufen mit niederen Temperaturen, um eine wirkungsvolle und wirtschaftliche Einrichtung zur Vorerwärmung des Speisewassers zu bilden, und erfordern geringere Pumpkraft, als herkömmliche Vorheizanordnungen, die in Mehrstufenanlagen dieser Art verwendet werden« Ferner erfordert diese Anordnung weniger Raum, als waagerecht angeordnete Vorheizanordnungen, und gestatten daher kleinere Gesamtabinessungen des Außenmantels des Gerätes„ Ferner ermöglicht diese Anordnung der Vorheizanordnungen in der Mitte der Konstruktion zusammen mit der radialen Ausrichtung der waagerechten lfärmeaustauschröhrenbündelj daß mehrere derartiger Bündel in einer einzigen Stufe Dampf auf alle Vorheizröhren ausstoßen können, die durch

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diese Stufe verlaufen. Ferner ermöglicht diese Ausrichtung der Vorheizröhren 22 bis 27 ein Säure- und Phosphatbehandlungssystem für das Speisewasser.

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform des Speisewasserverteilungssystems, bei dem jedes ilohr 105 mit einer geeigneten Sprühdüse 130 an seinem unteren Ende versehen ist. Der Druckunterschied zwischen den Stufen, der sich mit der Temperatur nach unten von etwa 0,35 kg/cm zwischen den Stufen 1 und 2 auf etwa 0,035 kg/cm" zwischen den Stufen i't und 15 ändert, drückt das Speisewasser 95 durch die Düse 130, aus der es als ein feiner Sprühregen austritt. Das ausgesprühte Speisewasser aus der vorhergehenden Stufe, das aus den Düsen 130 austritt, mischt sich mit dem aus den Düsen 109 des uohrs 106 ausgesprühten zusätzlichen Speisewasser. Auf diese Weise wird ein Vermischen dejj Speisewassers übe-r den Wärmeaustauschröhrenbündeln jeder Stufe ohne den Verteilungstrog LOh erzielt. Dieses aus den Düsen 109 und 130 ausgesprühte /ässer bewirkt die Bildung einer dünnen Speisewasserschicht auf den einzelnen Röhren der wärmeaus tauscherröhreiibündel.

Während die Erfindung im Hinblick auf ein besonderes Destilliergerät offenbart worden ist und während ferner nur ein einziges iuisführungabeispiel der Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist, ist die Erfindung dennoch nicht darauf begrenzt, sondern nur durch den Rahmen der nachfolgenden Ansprüchen

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Claims

Vk TENTANS PliÜCilE

1. Verdampfer, der mehrere aufeinanderfolgende Verdampferstufen umfaßt, wobei jede Stufe mehrere :ärmeaustauscherröhrenbtindel aufweist, die dazu dienen₉ eine Speiseflüssigkeit und einen Dampf in ein Wärmeaustauschverhältnis miteinander zu bringen, so daß ein Teil der Speiseflüssigkeit verdampft und mindestens ein Teil des Dampfes kondensiert, mit einer Speisewasserverteilungseinrichtung, mittels derer der unverdampfte Teil der Speiseflüssigkeit von jeder Stufe den V.ärmeaustauscherröhren der nächsten Stufe zugeführt wird, und mit einer Dampfverteilungseinrichtung, mittels derer der in jeder Stufe erzeugte verdampfte Teil der Speiseflüssigkeit als der Dampf zu den ii'ärmeaustauscherröhren der nächstfolgenden' Stufe geschickt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedes .lärnieaustauscherröhrenbündel jeder Stufe ein Dampfeintrittsende und ein Dampfaustrittsende aufweist, und daß die Wärmeaustauscherrb'hrenbündel im wesentlichen waagerecht angeordnet sind und im wesentlichen in radialer Richtung zu einer senkrechten Achse verlaufen, wobei ihre Austrittsenden der Achse zugewandt sind.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ^ärmeaustauscherröhren mindestens einer ersten Stufe der aufeinanderfolgenden Stufen so angeordnet sind, daß die einzelnen Warnieaustauscherröhren im wesentlichen senkrecht verlaufen, und daß die Wärmeaustauscherrö'hren der übrigen Stufen so angeordnet sind, daß die einzelnen V/ärmeaustauscherröhren im wesentlichen waagerecht verlaufen.

3. Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscherröhren der ersten Stufe um einen mittleren Kern angeordnet sind, eine Speiseflüssigkeit-Vorheizeinrichtung in senkrechter Richtung durch diesen Kern verläuft, um Speise-

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flüssigkeit zu dem oberen Ende der '.ärmeaustituscherröhren zu leiten, damit-es entlang deren Fläche nach unten fließt, und eine Einrichtung vorgesehen ist_p· mittels derer Dampf auf die andere Fläche der Wärmeaustauscherröhren gelextet wird.

4t. Verdampfei· nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseflüssigkeitverteilungseinrichtung die Speiseflussigkeit in einer verhältnismäßig dünnen Schicht auf die Außenflächen der waagerecht angeordneten -..-ärm-eaustauscherröhren verteilt und die Dampfverteilungseinrichtung den Dampf in das Innere der Röhren leitet.,

5. Verdampfer nach Anspruch A_t dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseflüssigkeit-Vorheizeinriehtung nacheinander durch die einzelnen Stufen verläuft und in'^Uhe des Austrittsendes der waagerecht angeordneten Yiärmeaus tausch err Öhren verläuft, um den unkondensierten Teil des daraus austretenden;Dampfes zu kondensieren»

6. Verdampfer nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Verdampferstufen untereinander* angeordnet sind und die Vorerwärimmgseinrichtung senkrecht verläuft und ununterbrochen durch mindestens zwei benachbarte Stufen verläuft.

7ο Verdampfer nach den Ansprüchen ^zi,"5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseflüssigkeit-Verteilungseinrichtung Mittel umfaßt, durch die eine zusätzliche Speiseflüssigkeitsmenge den Wärmeaustauscherröhren jeder Stufe in ausreichender Menge zuführt, um eine dünne Flüssigkeitsschicht auf deren Flächen aufrechtzuerhalten.

8c Verdampfer nach den Ansprüchen h, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Verteilung einer zusätzlichen Flüssigkeitsmenge von der Speiseflüssigkeit-Vorenrärmungseinrichtung auf jede Stufe in einer Menge vorgesehen sind, die ausreicht, um eine dünne Flüssigkeitsschicht auf den Wärmeaustauscher—

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röhren der weiteren Stufen aufrechtzuerhalten, und daß die Querschnittsgröße der Speisewasser-Vorerwärmungseinrichtung nacheinander in jeder Stufe im Verhältnis zu der zusätzlichen Speiseflüssigkeitsmenge kleiner wird.

9. Verdampfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren aufeinanderfolgenden Stufen untereinander in einer senkrechten Reihe angeordnet sind und von einem Gehäuse umschlossen werden, und daß Trennwände im wesentlichen waagerecht zwischen den Stufen verlaufen, um eine Flüssigkeits- und Dampfsperre dazwischen zu bilden,

10. Verdampfer nach Anspruch 9ι dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse im wesentlichen zylindrisch ist, eine senkrechte Trennwand diagonal durch das Gefäß verläuft, eine erste Anzahl aufeinanderfolgenden Stufen in einer senkrechten Reihe auf einer Seite der Trennwand angeordnet ist und eine zweite Anzahl aufeinanderfolgenden Stufen in einer senkrechten Reihe auf der anderen Seite der Trennwand angeordnet ist, wobei die Stufen untereinander gemäß dem abnehmenden Siededruck von oben nach unten angeordnet sind.

11. Verdampfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Stufengruppe unter der ersten und zweiten Stufe angeordnet ist, und daß jede Stufe der dritten Gruppe die gesamte waagerechte Abmessung des Gehäuses einnimmt, wobei jede Stufe der dritten Gruppe von oben nach unten nacheinander einen geringeren Sjfiledruck hat als die unterste Stufe der zweiten Stufengruppe, und daß die erste Stufe senkrecht über der ersten und zweiten Stufengruppe angeordnet ist.

12« Verdampfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sammeleinrichtung zum Sammeln der unverdampften Speiseflüssigkeit in jeder Stufe vorgesehen ist, die Speiseflüssigkeitsverteilungseinrichtung einen Trog umfaßt, de.r über den Wijrpeaustauscherröhren jeder Stufe und unter der Sammeleinrichtung

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der vorhergehenden Stufe angeordnet ist₉ und Rohre durch die waagerechten Trennwände verlaufen, um die unverdampfte Speiseflüssigkeit von einer Stufe zu dem Verteilungstrog der nächsten Stufe zu leiten«,

13· Verdampfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Speiseflüssigkeit in der ersten Stufe mehr als 10^5,4° C beträgt»

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