DE4440319A1 - Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines Verdampfungsprozesses - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit der Problematik der Entsalzung von brackigem oder reinem Salzwasser entwickelt, so wie sich diese ergibt, wenn man primär regenerierbare Energiequellen - Sonnenstrahlung, Windkraft - einsetzen will, deren Leistungsfähigkeit stark von den Witterungsverhältnissen abhängt.

Zur Gewinnung von reinem Wasser gibt es grundsätzlich zwei Methoden:
Die Methode der Umkehrosmose und
Die Methode der Verdampfung.

Nach der ersten wird das zu behandelnde Wasser mit hohen Drücken - ca. 650 m Wassersäule - durch Spezialmembrane gepreßt, dagegen nach der zweiten wird dieses Wasser durch Zufuhr von Wärme verdampft und anschließend durch Abkühlung konden­ siert. Es handelt sich hierbei um einen echten Destillationsprozeß. Die Nachbehandlung des nach der ersten oder zweiten Methode gewonnenen Wassers ist nicht Gegenstand dieser Anmeldung.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, den Verdampfungsprozeß der zweiten Methode zu beschleunigen und dadurch die Effizienz und den Wirkungsgrad dieses Prozesses zu erhöhen.

Die mit der Verdampfung zusammenhängenden Vorgänge sollen zum besseren Ver­ ständnis kurz erläutert werden.

Jede Flüssigkeit verdampft an ihrer Oberfläche mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in Abhängigkeit von ihrer Temperatur und dem an ihrer Oberfläche herrschenden Partial­ druck. Durch Wärmezufuhr wird ein für jede Flüssigkeit spezifischer Punkt - Siedepunkt - erreicht, bei dem dann die Verdampfung aus der ganzen Masse dieses Me­ diums erfolgt. Dieser Vorgang wird als Sieden oder Kochen bezeichnet.

Es kann sich jedoch als zweckmäßig erweisen, diesen Prozeß auch unterhalb des Siedepunktes dieser Flüssigkeit durchzuführen, sei es weil die Leistung der Wärme­ quelle diesen Punkt nicht erreichen kann, oder aber auch weil die Durchführung dieses Destillationsprozesses unterhalb des Siedepunktes einen u. a. besseren Reinheitsgrad erwarten läßt. Der erstere Fall kann z. B. eintreten, wenn, wie eingangs erwähnt, als Wärmequelle Sonnenkollektoren eingesetzt werden, deren Leistung nicht nur von der Tageszeit, sondern auch von den allgemeinen Witterungsbedingungen abhängt. Der zweite Fall ist z. B. nicht allein in petrochemischen Verfahren, sondern auch in der Verarbeitung von z. B. Natursäften denkbar. Man möchte dort das Wasser dem Saft entziehen, ohne jedoch durch Überhitzung die sonst vorhandenen, wertvolleren Stoffe z. B. Vitamine zu zerstören.

Der Koch- oder Siedeprozeß soll also dadurch simuliert und der Verdampfungsprozeß dadurch beschleunigt werden, daß nunmehr auch bei Temperaturen unterhalb des Siede­ punktes die Verdampfung nicht allein an der Oberfläche, sondern aus der ganzen Masse des Mediums erfolgt.

Erfindungsgemäß wird mittels einer geeigneten Konstruktion, z. B. eines Düsenkranzes, Luft in Bläschenform am Boden der zu verdampfenden Flüssigkeitssäule hineingepreßt und an ihrer Oberfläche abgesaugt.

Es kann in Abhängigkeit der Steiggeschwindigkeit dieser Bläschen erreicht werden, daß diese in ungesättigtem, trockenem Zustand eingeblasene Luft an der Oberfläche des Mediums gesättigt austritt.

Damit kann also die sonst erst beim Siedepunkt erreichbare vollvolumige Verdampfung des Mediums nicht nur beschleunigt, sondern und vor allem bei niedrigeren Temperaturen als der des Siedepunktes erreicht werden.

Überschlägige Berechnungen lassen erwarten, daß dadurch die für die Verdampfung maßgebende Fläche - aktive Fläche - gegenüber einer konventionellen Anlage um ein Vielfaches, bis zum Faktor 6, erhöht werden kann.

Zum besseren Verständnis sei auf die zwei Schemata verwiesen die unten auch erläutert werden. Dabei sei vermerkt, daß diese schematische Darstellung, wie auch sonst üblich, mit der in der Praxis vorkommenden Installation kaum Ähnlichkeit hat und lediglich dem prinzipiellen Verständnis dient.

Schema 1 stellt den üblichen Verdampfungsprozeß dar.

Im linken Gefäß wird die zu bearbeitende Flüssigkeit durch Aufheizen zum Verdampfen gebracht und anschließend in das rechte Gefäß geleitet, in dem sie durch Abkühlen zum Destillat kondensiert. Die Zufuhr des Dampfes in das rechte Gefäß kann entweder mittels einer Absaugvorrichtung, oder aber auch frei - ungezwungen - durch die vorherrschen­ den Differenzdrücke zwischen einer wärmeren und einer kälteren Umgebung erfolgen.

Schema 2 stellt die hier angemeldete Modifikation dar.

Erfindungsgemäß wird Luft vom rechten Behälter abgesaugt und etwa in der Basis des linken Behälters mit Hilfe des erwähnten Kranzes, in Form von Luftbläschen hineinge­ preßt. Diese im Vergleich trockene Luft durchläuft mit einer parametrierbaren Geschwin­ digkeit die Flüssigkeit und erreicht deren Oberfläche in gesättigtem Zustand, um an­ schließend im zweiten Behälter abgekühlt und dadurch auch getrocknet zu werden, wobei sie die aufgenommene Flüssigkeitsmenge abgibt.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß dadurch die Verdampfung nicht allein an der Ober­ fläche, sondern aus dem ganzen Volumen der zu behandelnden Flüssigkeit erfolgt; eine Tatsache, welche wie zuvor vermerkt, einer Vergrößerung der für die Verdampfung maßgebenden Fläche um bis zum Faktor 6 impliziert. Das vollvolumige Verdampfen, Kochen, welches beim Wasser auf der Höhe des Meeresspiegels bei einer Temperatur von 100°C erfolgt, kann sich nunmehr nach diesem Verfahren auch bei niedrigeren Temperaturen vollziehen.

Claims (1)

1. Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines Verdampfungsprozesses, dadurch gekennzeichnet, daß

   • 1. durch die Einleitung eines geeignet präparierten Mediums, im vorliegenden Falle trockene Luft, durch die zu verdampfende Masse eine Beschleunigung dieses Vorganges erreicht wird durch Vergrößerung der aktiven (Austausch-)Fläche,
   • 2. davon unabhängig, ob die notwendige Vorbereitung allein aus der Trocknung dieses Mediums oder aber auch zusätzlich aus seiner Anreicherung durch zweckdienlich bestimmte Beimengungen besteht,
   • 3. abhängig von dem zu erreichenden Zweck und der Beschaffenheit des zu verdampfenden Mediums, auch andere Transportmittel, im vorliegenden Falle Luft, abhängig von der maßgebenden, gegenseitigen Löslichkeit eingesetzt werden können.