Verfahren zur mehrstufigen Destillation einer Flüssigkeit
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anlage zur mehrstufigen Destillation einer Flüssigkeit. Das Verfahren ist besonders, aber nicht ausschliesslich, für das Entsalzen von salzigem Wasser nach dem bekannten Verdampfungsverfahren durch Entspannung unter Wiedererhitzen des Dampfes vorgesehen und wird im folgenden daher im Hinblick auf ein solches Verfahren beispielsweise beschrieben.
Bei dem bekannten Verdampfungsverfahren durch Entspannung unter Wiedererhitzen des Dampfes werden die Dämpfe von den Verdampfungs- (oder Entspannungs-)Kammern in einen direkten Kontakt mit destilliertem Wasser gebracht, das in einem Kreislauf durch die Kondensationskammern fliesst. Das im Kreislauf fliessende destillierte Wasser wird zuerst in die Kondensationskammer der letzten Stufe kalt eingespeist, und die Temperatur des Wassers erhöht sich in dem Masse, in dem es von jeder Stufe zu der nächsten, die bei höherer Temperatur und höherem Druck arbeitet, zirkuliert, wobei die Temperatur und die Menge des Wassers in der Kondensationskammer der ersten Stufe am höchsten bzw. am grössten ist.
Das Destillat wird dann durch einen Wärmeaustauscher geleitet, in dem es durch direkten Kontakt mit einer Hilfsflüssigkeit, zum Beispiel mit einem nicht mischbaren Öl, erwärmt wird. Das heisse Öl wird zu einem zweiten Wärmeaustauscher weitergeführt, in dem es das hereinfliessende kalte salzige Wasser ebenfalls durch direkten Kontakt erwärmt. Ein Teil des abgekühlten destillierten Wassers wird als Produkt abgezogen, und der Rest wird zurückgeführt, um wiederum als Kondensationsmittel für den Dampf aus den Verdampfungskammern zu wirken. Weitere Einzelheiten des bekannten Verdampfungsverfahrens durch Entspannung unter Wiedererhitzen des Dampfes können der Literatur entnommen werden, zum Beispiel dem Buch Salt-Water Purification von K. 5. Spiegler, 1962, Seite 58 pp.
Ein grosser Nachteil dieses Verfahrens liegt in der Notwendigkeit, eine Pumpe bei jeder Stufe zum Pumpen des Destillats von einer Kondensationskammer zu der nächsten, bei der die Temperatur und der Dampfdruck höher sind, vorzusehen. Diese Notwendigkeit, bei jeder Stufe eine solche Pumpe anzuordnen, erhöht die Kosten für die Erstanlage und den gesamten Energiebedarf und begrenzt erfahrungsgemäss die Anzahl der möglichen Stufen. Eine Lösung zur Beseitigung dieses Nachteils könnte offenbar darin liegen, die Reihenfolge der Stufen, wie sie in dem oben erwähnten Buch von Spiegler beschrieben werden, umzukehren, so dass sich die Stufe mit dem geringsten Druck und der geringsten Temperatur am oberen Ende befindet.
Tatsächlich werden die Idee, das Destillat zu der obersten Stufe zu pumpen und dann dieses sich abwärts durch die Schwerkraft entgegen dem ansteigenden Druck bewegen zu lassen, und die Idee, die Energie der durch Entspannung verdampfenden Lauge zu benutzen, um diese ansteigend zu bewegen, von Teynham Woodward im Kapitel 4 eines kürzlich erschienenen Buches (1966) mit der Bezeichnung Principles of Desalination , herausgegeben von K. S. Spiegler, auf Seite 130 vorgeschlagen, aber es ist keine in wirtschaftlicher Weise arbeitende Anlage unter Verwirklichung eines solchen Systems bisher entworfen oder entwickelt worden.
Es ist auch ein System zum Selbstheben der Lauge vorgeschlagen worden (vgl. Seiten 361 bis 36-12 des Berichts über das Zweite Europäische Symposium über Süsswasser aus Meerwasser , Athen, 9.-12. Mai 1967), wobei dieses System als Clementine -System bezeichnet wird. Nach diesem System verbindet ein Steigrohr (ein senkrechtes Rohr, das von unten nach oben einen sich vergrössernden Querschnitt aufweist) zwei senkrecht angeordnete Verdampferstufen. Der offene Boden des Steigrohrs reicht bis etwas unter den Laugenspiegel in der unteren Verdampferstufe, und das offene obere Ende des Steigrohrs ragt ein wenig über den Laugenspiegel in der oberen Stufe hinaus.
Bei diesem System ist es jedoch erforderlich, dass das Steigrohr einen sich von unten nach oben verbreiternden Querschnitt aufweist, um eine Steigerung der Geschwindigkeit des Dampf-Laugen-Gemischs während der schnel len Bewegung dieses Gemischs zu vermeiden (Seiten 36-3 des vorstehenden Literaturzitats). Es ist ausserdem nicht möglich, einen wesentlichen Auftrieb, besonders bei Stufen mit niedriger Temperatur, zu erreichen. Diese Nachteile begrenzen die Anwendbarkeit des Clementine -Systems sehr, besonders im Hinblick auf das Entsalzen von Meerwasser, das in grossem Umfang und mit geringen Kosten erfolgen soll.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur mehrstufigen Destillation einer Flüssigkeit, wobei man diese durch eine Mehrzahl von Verdampferstufen von nacheinander abnehmender Temperatur, abnehmendem Dampfdruck und zunehmender Höhenlage schickt, ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Verdampfungsenergie der Beschickungsflüssigkeit zusammen mit der Druckdifferenz zwischen zwei Stufen dazu benützt, um die Beschickungsflüssigkeit nacheinander durch die Verdampferstufen zu treiben, die Beschickungsflüssigkeit durch eine ununterbrochene, unverengte Verbindungsleitung führt, welche zwei Arme besitzt, die benachbarte Stufen miteinander verbinden, in einem Arm eine kontinuierliche, nach unten fliessende flüssige Säule aus Beschickungsflüssigkeit bildet, welche aus dem Boden einer Verdampfungsstufe abfliesst, und im anderen Arm eine nach oben fliessende Säule bildet,
die am unteren Ende flüssige Beschickungsflüssigkeit und darüber eine siedende Mischung aus Beschickungsflüssigkeit und Dampf enthält, der in die benachbarte Verdampferstufe fliesst, und zwar immer in einem Punkt oberhalb des Flüssigkeitsspiegels darin und oberhalb der Druckhöhe, die dem Druckunterschied zwischen den beiden Stufen entspricht, wobei die Querschnittsfläche der nach unten fliessenden Säule in der gleichen Grössenordnung wie diejenige der nach oben fliessenden Säule liegt und die Flüssigkeit am unteren Ende der nach oben fliessenden Säule einen hydraulischen Verschluss zwischen zwei benachbarten Verdampferstufen bildet.
Nach dem Verfahren nach der Erfindung können also der Siedevorgang und die äussere Verdampfungsenergie dazu benutzt werden, die Beschickungsflüssigkeit (salziges Wasser oder Lauge) zum Aufwärtstreiben und zum Strömen von einer Stufe zu der nächsten mit niedrigerem Druck aber höherer Höhe zu veranlassen.
Durch den verschiedenen Dampfdruck in zwei aufeinanderfolgenden Verdampfern wird eine strömende Kochgemischsäule aus Beschickungsflüssigkeit und Dampf in der Verbindungsleitung (die manchmal Kochleitung genannt wird) ausgebildet und aufrechterhalten, wobei die letztere eine geeignete Form und einen geeigneten Querschnitt aufweist, um die gewünschte Höhe für die Kochsäule zu ergeben. Die Druckunterschiede zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stufen sind für die Verdampfungs- und Kondensationskammern annähernd gleich. Jedoch ist die Dichte des Wassers in der Wasserleitung grösser als die Dichte des Kochgemischs in der Kochleitung. Dementsprechend ist im Gleichgewichtszustand die Höhe der Kochsäule grösser als die Höhe der Wassersäule in derselben Stufe.
Zum Beispiel können in einer 103stufigen Anlage (wie sie unten beschrieben wird) die dem Gleichgewicht entsprechenden Höhen für drei Stufen, d. h. für die 1., die 52. und die letzte Stufe, wie folgt sein: Stufe Nr. 1 52 103 Kochsäule 5,7 m 2,8 m 3,0 m Wassersäule 3,8 m 0,55 m 0,024 m Höhenunterschiede 1,9 m 2,25 m 2,976 m
In der Praxis kann der Höhenunterschied von zwei aufeinanderfolgenden Verdampfungskammern gleich der Höhe der Wassersäule derselben Stufe zuzüglich wenigstens 2 Metern sein.
Zwei Formen einer Verdampfungskreislaufanlage zum Selbstauftrieb und Verdampfen durch Entspannen der Beschickungsflüssigkeit werden hier beschrieben, wobei bei der einen Form U-Rohre benutzt werden und die andere Form auf einem Manometersystem vom Well-Typ basiert.
Die Erfindung wird nunmehr unter Hinweis auf die Zeichnung beispielsweise beschrieben, die verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemässen Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens durch Entspannung unter Wiedererhitzen des Dampfes etwas schaubildlich und nur beispielsweise zeigt.
In der Zeichnung geben die
Fig. la und lb, die, zusammen betrachtet, Fig. 1 bilden, eine solche Anlage schaubildlich wieder,
Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II von Fig. lb, in der der Aufbau einer Verdampfungskammer erläutert wird,
Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie III-III von Fig. lb, in der der Aufbau einer Kondensationskammer erläutert wird,
Fig. 4 erläutert eine Doppelkammeranlage, die für jede Stufe benutzt werden kann, wobei eine Kammer als Verdampfer und die andere Kammer als Kondensator ausgebildet ist,
Fig. 5 erläutert eine Ausführungsform einer geeigneten Verdampfungskreislaufanlage mit Selbstauftrieb.
In der Zeichnung werden die Fliess- und Strömungswege der die Anlage durchfliessenden und durchströmenden Medien auf folgende Weise gekennzeich net: Von salzigem Wasser und Lauge durch eine strichpunktierte Linie, von Frischwasser durch eine durchgehende Linie, von Wasserdampf durch eine punktierte Linie und von der nicht mischbaren Hilfsflüssigkeit (z. B. flüssiger Kohlenwasserstoff, nachfolgend Öl genannt) durch eine gestrichelte Linie.
Die in den Fig. la und lb dargestellte Anlage enthält eine Mehrzahl von Entspannungskammern (nachfolgend Verdampfungskammern oder Verdampfer genannt) El, E2, ... En, eine Mehrzahl von Konden sationskammern C1, C2, ... Cn, einen ersten Wärmeaustauscher H1, in dem das heisse destillierte Wasser das Öl erwärmt, und einen zweiten Wärmeaustauscher H2, in dem das heisse Öl das einfliessende salzige Wasser erwärmt. Die Kondensatoren sind in verschiedenen Hö henlagen angeordnet, wobei sich der Kondensator C1 der ersten Stufe mit dem höchsten Druck und der höchsten Temperatur bei der geringsten Höhe befindet und sich der Kodensator Cn der letzten Stufe mit dem geringsten Druck und der geringsten Temperatur bei der höchsten Höhe befindet.
In gleicher Weise sind auch die Verdampfer in verschiedenen Höhenlagen angeordnet, indem sich der Verdampfer El der ersten Stufe mit der höchsten Temperatur und dem höchsten Druck bei der geringsten Höhe befindet und sich der Verdampfer Fm der letzten Stufe mit der geringsten Temperatur und dem geringsten Druck bei der höchsten Höhe befindet.
Die Wärmeaustauscher H1 und H2 arbeiten nach dem Prinzip des direkten Kontaktes. Beispielsweise kann ein Wärmeaustauscher angewendet werden, der nach der Öltröpfchenmethode arbeitet, nach der aufwärtsströmende Öltröpfchen in dem einen Wärmeaustauscher in einen direkten Kontakt mit abwärtsfliessendem salzi gem Wasser und in dem anderen Wärmeaustauscher mit Frischwasser gelangen, so wie es auf Seiten 58/59 des oben genannten Buches von Spiegler beschrieben wird.
Alle Verdampfer gehören zu einem Verdampfungskreislauf, der im allgemeinen mit HP bezeichnet wird, in dem die Verdampfer durch U-Rohre Tl, T2, ... Tn der Reihe nach verbunden sind. Jedes U-Rohr weist einen kurzen Schenkel auf, in dem eine abwärtsfliessende Flüssigkeitssäule aus dem salzigen Wasser oder der Lauge ausgebildet und aufrechterhalten wird, die bzw.
das aus jedem Verdampfer ausströmt (aus dem zweiten Wärmeaustauscher H2 in die erste Stufe), wobei die längere aufsteigende Kochgemischsäule aus der Lauge und dem Dampf dem nächst höher gelegenen Verdampfer zuströmt. Alle Kondensatoren gehören zu einem Kondensatorkreislauf, der im allgemeinen mit CP bezeichnet wird, der Wasserleitungen WD1, WD2, ...
WDn enthält, die die Kondensatoren der Reihe nach verbinden.
Das salzige Wasser wird aus dem Behälter R1 abgezogen und durch die Pumpe P1 durch das Filter 2 und die Leitung 4 zu einem offenen Behälter R2 auf einer hohen Höhe gepumpt. Das salzige Wasser fliesst dann durch die Leitung 6 in das obere Ende des Wärmeaustauschers H2, wo es durch aufwärtsströmendes hei sses Öl erwärmt wird und am unteren Ende austritt. Das salzige Wasser fliesst dann durch die Leitung 8 (deren eine Teil den kurzen Schenkel des ersten U-Rohrs T1 bildet) zu der senkrechten Leitung unter Ausbildung der Kochleitung BD1 (welche senkrechte Leitung den langen Schenkel des U-Rohres T1 bildet) dem Verdampfer El der ersten Stufe zu.
Der Verdampfer El der ersten Stufe befindet sich bei einer Höhe über der Austrittsstelle für das heisse salzige Wasser aus dem Wärmeaustauscher H2. Die Temperatur und der Dampfdruck sind in Ei jedoch geringer, so dass das salzige Wasser sich im Kochzustand in der Kochleitung Bal befindet. Das Kochgemisch in der Kochleitung BD1 ist daher von geringerer Dichte als das salzige Wasser in der Leitung 8. Dieser Dichteunterschied bewirkt zusammen mit dem Druckunterschied zwischen dem Wärmeaustauscher H2 und dem Verdampfer El ein Steigen des Kochgemischs durch die Kochleitung BD1 zu der höheren Zone des Verdampfers Ei.
Jeder der Verdampfer ist mit einem Zyklon (Fig. 2) ausgestattet, der eine spiralförmige Leitfläche 10 zur Erleichterung der Trennung des Destillationsdampfes von den Laugentröpfchen durch die Schwerkraft und die Zentrifugalkraft enthält. Der Dampf streicht durch den Entfeuchter 11 und tritt durch das obere Ende der Kammer aus und wird durch die Leitung VI zu dem Kondensator C1 der ersten Stufe geleitet, während die Lauge aus dem unteren Ende des Verdampfers El durch eine Laugenauslassleitung B1, die mit der senkrechten Kochleitung BD2 des Verdampfers E2 der zweiten Stufe verbunden ist, austritt.
Der aus dem zweiten Verdampfer E2 bei geringerer Temperatur und geringerem Druck austretende Dampf wird durch die Leitung V2 zu dem Kondensator C2 der zweiten Stufe geleitet, während die zurückbleibende Lauge aus dem Verdampfer E2 durch den Auslass B2, der mit der Kochleitung BD3 des Verdampfers E3 der nächsten Stufe bei höherer Höhe und bei geringerem Druck und geringerer Temperatur verbunden ist, austritt. Das Verfahren läuft durch die restlichen Stufen der Verdampfer weiter, wobei das salzige Wasser in der Kochleitung zwischen jedem Stufenpaar im Kochzustand gehalten wird und dadurch zu der Höhe jeder nachfolgenden Stufe aufsteigt.
Die in dem Verdampfer En der letzten Stufe zurückbleibende Lauge tritt durch die Leitung Bn in einen Tank R3 aus und fliesst dann abwärts durch die Leitung 20 und ein gesteuertes Ventil M1 zu dem Laugenauslass 22.
Es ist zu ersehen, dass die Lauge in der Auslassleitung (z. B. B1 oder B2) eines Verdampfers und am unteren Ende der Kochleitung (z. B. BD2 oder BD3), die zu dem nächsten Verdampfer führt, einen hydraulischen Verschluss zwischen den beiden Verdampfern bildet, so dass der Dampf mit dem höheren Druck in dem einen Verdampfer nicht zu dem nächsten Verdampfer mit dem geringeren Druck strömt.
Der vorstehend beschriebene Verdampfungskreislauf, der einen Selbstauftrieb und ein Selbstverdampfen der Lauge bewirkt, kann so angesehen werden, als ob er in der Form eines ansteigenden wellenförmigen Strömungssystems vorliegt, das eine Trennvorrichtung für Flüssigkeit und Dampf (d. h. die Verdampfer) auf dem Höhepunkt jeder Welle enthält, wobei der Druck und die Temperatur von unten nach oben mit dem ansteigenden Teil des Strömungssystems abnehmen und jede Welle des ansteigenden Teiles des Strömungssystems eine abwärtsfliessende Flüssigkeitssäule (d. h. die durch Leitung 8 und die Laugenausgangsleitungen B1, B2 usw. fliessende Lauge) und eine längere aufsteigende Kochgemischsäule (d. h. die Lauge und der Dampf, die bzw. der durch die Kochleitungen BD1, BD2 usw.
strömen) enthält und die Flüssigkeit (die Lauge) in dem Tal jeder Welle einen hydraulischen Verschluss zwischen den Wellenhöhepunkten bildet.
Das Kühlwasserdestillat, das in den Kondensator der letzten Stufe eingeströmt ist, fliesst durch die Schwerkraft durch alle Kondensatoren bis zu dem Kondensator C1 der ersten Stufe, wobei Wärme und Wasser von dem Dampf aufgenommen werden, der aus den Verdampfern ausströmt und in die Kondensatoren einströmt. Der Kondensatorkreislauf CP, der nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, kann so angesehen werden, als ob er in der Form eines abfallenden wellenförmigen Kreislaufs vorliegt, der eine Leitung enthält, die jedes Paar benachbarter Verdampfer miteinander verbindet, und in welcher Leitung eine abwärtsfliessende Säule aus Flüssigkeit ausgebildet und aufrechterhalten wird und eine kürzere aufsteigende Säule aus Flüssigkeit (bzw. wie nachfolgend beschrieben wird, das abwärtsfliessende Wasser in den Wasserleitungen z. B.
WD1, und das zu dem Behälter 28 aufwärtsströmende Wasser) enthält. Ein Tank R4 ist über dem Kondensator der letzten Stufe vorgesehen, der einen Teil des flüssigen Destillats (das von dem Wärmeaustauscher Hl, wie es weiter unten beschrieben wird, abgezogen worden ist) enthält, wobei dieser Teil des flüssigen Destillats durch die Kondensatoren kreist.
Jeder Kondensator enthält eine Kammer 24, vorzugsweise mit zylindrischer Gestalt (vgl. Fig. 3), die eine Mehrzahl von durchlöcherten Platten 26 enthält, die in verschiedenen horizontalen Höhen innerhalb der Kammer angeordnet sind, und die mit Flanschen ausgestattet ist, die dem Dampf eine wellenförmige Bahn zwischen den Platten aufzwingen. Der Dampf aus dem Verdampfer strömt entlang dieser wellenförmigen Bahn zwischen den durchlöcherten Platten, während das flüssige Destillat durch die Schwerkraft von einer Platte zu der nächsten fliesst, wobei es die Löcher in den Platten durchfliesst und auch über die Enden der Platten fliesst.
Jede Kammer enthält ausserdem ein Gefäss 28, das unten geschlossen und oben offen ist, und eine Leitung 30, die von dem Boden der Kammer zu der nächsten darunterliegenden Kammer führt. Das Destillat fliesst von dem Tank R4 durch diese Leitung 30 in das Gefäss 28 des Kondensators der letzten Stufe und ergiesst sich in die Kondensatorkammer, wobei Wärme und Destillat, das sich an dem in die Kammer eingeblasenen Dampf kondensiert hat, aufgenommen werden.
Das flüssige Destillat verlässt den Kondensator Cn durch dessen Leitung 30 und strömt in den Behälter 28 des nächstfolgenden Kondensators (Cn-l), überfliesst den Behälter 28 in dem betreffenden Kondensator und nimmt die Wärme und das flüssige Destillat von dem sich kondensierenden Dampf von dem Verdampfer der betreffenden Stufe (En-l) auf, wobei der Prozess in dieser Weise durch die restlichen Stufen des Kondensators weitergeführt wird.
Weil die Temperatur und der Dampfdruck von dem Kondensator Cn bis zu dem Kondensator C1 ansteigen, enthält jede der Leitungen 30 zwischen den Stufen eine Säule aus Flüssigkeit. Die Höhe von jeder Flüssigkeitssäule wird durch den Druckunterschied zwischen den beiden Kondensatoren festgelegt, und dadurch wird ein hydraulischer Verschluss zwischen den Kondensatoren hergestellt, der verhütet, dass der Dampf von der Kammer mit einem höheren Druck zu der Kammer mit einem geringeren Druck strömt. Das Destillat läuft so von einer Stufe zu der nächsten durch die Schwerkraft, wobei keine besondere Pumpe zwischen jeder Stufe notwendig ist, wie es bei früher bekannten Anlagen erforderlich war.
Das flüssige Destillat tritt aus den Kondensatorstufen durch die Leitung 32 am unteren Ende des Kondensators Cl der ersten Stufe aus und befindet sich nun bei einer sehr hohen Temperatur und einem sehr hohen Druck. Dieses Destillat wird durch die Pumpe P2 durch eine Zusatzheizvorrlchtung 34 gepumpt, in der die Temperatur des Destillats weiter erhöht wird, und wird dann durch Leitung 36 in das obere Ende des Wärmeaustauschers H1 eingetragen. Das Destillat fliesst durch diesen Wärmeaustauscher abwärts, wobei es das aufwärtsströmende Öl erwärmt, und tritt durch die Leitung 38 aus.
Ein Teil des flüssigen Destillats, das kalt ist, aber unter einem hohen Druck steht, wird durch ein gesteuertes Ventil M2 zu dem Auslass 40 für das entsalzene Wasser geleitet. Ein anderer Teil wird durch eine Leitung 42 zu der Pumpe P3 geführt, von wo er durch eine Leitung 44 aufwärts zu einem Tank R5, der bei einem höheren Niveau angeordnet ist, geleitet wird. Dieser letztere Tank ist offen und steht daher unter Atmosphärendruck. Der Tank R4 wird bei einem sehr geringen Druck gehalten, der geringer als der Druck in dem Kondensator Cn der letzten Stufe ist, und daher strömt das Destillat von dem Tank R5 auf Grund der Druckdifferenz zwischen den beiden Tanks zu dem Tank R4, wobei der Strom durch einen Regler 46 (eine bekannte Einrichtung) und eine Standleitung 48 geleitet wird.
Von dem Tank R4 wird das Destillat wiederum durch die Kondensatorstufen geführt, wobei die Wärme und das durch Kondensation entstandene Destillat aufgenommen werden, wie es oben beschrieben worden ist.
In den Wärmeaustauscher H1 wird das an dem unteren Ende des Wärmeaustauschers durch eine Leitung 50 und eine Pumpe P4 eingeführte kalte Öl durch das abwärtsfliessende flüssige Destillat erwärmt. Das heisse Öl tritt aus dem Wärmeaustauscher 111 (wie es unten beschrieben wird) aus und wird in den Wärmeaustauscher H2 geleitet, wo es zum Erwärmen von eingespeistem salzigem Wasser benutzt wird.
Weil die jeweilige Wärme des Öls mit einer Ände- rung der Temperatur wechselt, sind drei Hilfskreisläufe aus einem Ölstrom zwischen dem Wärmeaustauscher H1 und H2 vorgesehen, um die Wärmekapazitäten in jedem der drei Temperaturbereiche auszugleichen. Für diesen Zweck hat also jeder der Wärmeaustauscher H1 und H2 (die, wie zuvor ausgeführt worden ist, nach dem senkrechten, im direkten Kontakt arbeitenden Tropfsystem, das in dem oben erwähnten Buch von Spiegler beschrieben wird, konstruiert sein können) einen verschiedenen horizontalen Querschnittsbereich für jeden der genannten Ölumläufe.
So tritt in einem Ölhilfskreislauf ein Teil des Öls durch das Auslassrohr 52 aus dem unteren, grösser dimensionierten Ende des Wärmeaustauschers 111 aus, strömt durch ein gesteuertes Ventil M3' und wird dann durch Leitung 54 in das obere, grösser dimensionierte Ende des Wärmeaustauschers H2 eingeführt. In einem zweiten Ölkreislauf tritt ein anderer Teil des Öls durch die Austrittsleitung 56 von einem höheren Teil des Wärmeaustauschers H1 mit kleinerem Durchmesser aus, strömt durch ein gesteuertes Ventil M3" und wird durch eine Leitung 58 in einen niedrigeren Teil des Wärmeaustauschers H2 mit kleinerem Durchmesser eingetragen.
Bei dem dritten Ölkreislauf tritt die Hauptmasse des Öls von dem oberen Ende des Wärmeaustauschers H1 mit dem kleinsten Durchmesser durch die Austrittsleitung 60 aus, strömt durch das gesteuerte Ventil M3"' und wird dann durch Leitung 62 in den untersten Teil des Wärmeaustauschers H2 mit dem geringsten Durchmesser eingetragen. Das gesamte Öl verlässt den Wärmeaustauscher H2 durch eine Leitung 64 kalt und strömt zur Pumpe P4 und wird dann erneut in das untere Ende des Wärmeaustauschers H1 durch die Leitung 50 eingeführt.
Die durchlöcherten Platten 66, 68 und 70 sind in dem Wärmeaustauscher H2 über den Öleinlassleitungen 54, 58 und 62 angeordnet, um zu bewirken, dass das Öl verteilt wird oder aus ihm Tröpfchen gebildet werden, unmittelbar, nachdem es durch diese Einlassöffnungen eingeführt worden ist. Eine gleiche durchlöcherte Platte 71 ist über der Öleinlassleitung 50 in dem Wärmeaustauscher H1 angeordnet. Das Öl strömt auf diese Weise in beiden Wärmeaustauschern in einem verteilten oder tröpfchenförmigen Zustand aufwärts, wodurch eine grosse Oberfläche für die Wärmeübertragung geschaffen wird.
Eine Ölwaschsäule OW ist an dem oberen Ende des Wärmeaustauschers H2 vorgesehen. Eine kleine Menge (z. B. etwa 5 %) des entstandenen destillierten Wassers aus dem Tank R5 wird durch eine Leitung 72 in das obere Ende der Ölwaschsäule OW eingetragen. Dieses Wasser läuft durch ein Filter 74 (z. B. aus Glasfaser), das auf einem Sieb 75 befestigt ist, und das ganze Wasser oder ein Teil desselben wird mit Hilfe eines Trichters 76 mit einem Sammelrohr 77, das zu einem Verteiler 80 führt, gesammelt. Die Ölwaschsäule OW enthält ferner eine durchlöcherte Platte 82 mit grossen Öffnungen 82', in die Leitungen 83 eingebaut sind, von wo das Wasser zu einem Sammelrohr 84 und zu einem zweiten Verteiler 86 gleitet wird.
Das in die Wärmeaustauscher H2 eingetragene Öl strömt in einem dispergierten oder tröpfchenförmigen Zustand, wie es oben beschrieben worden ist, aufwärts und vereinigt sich über dem Verteiler 86, aber sobald es weiter steigt, verteilt die durchlöcherte Platte 82 es wiederum. Es vereinigt sich wiederum über dem Verteiler 80 und fliesst dann durch das Filter 74 zu einer Austrittsleitung 87, das mit einem umgekehrten Trichterteil 87' an seinem unteren Ende ausgestattet ist, wobei der letztere über dem unteren Ende des Trichters 76 in geeigneter Weise angeordnet ist, so dass er sich über dem Spiegel des darin enthaltenen Wassers befindet.
Die Ölwaschsäule OW an dem unteren Ende des Wärmeaustauschers H2 wäscht das Öl von mitgerissenen salzigen Wassertröpfchen und vermindert den Salzgehalt des darin enthaltenen Wassers auf folgende Weise wesentlich: Zuerst bildet das Wasser von dem Verteiler 86 eine obere Schicht über dem eingespeisten salzigen Wasser (das durch die Einlassleitung 6 eingetragen wird), so dass das aufwärtsströmende Öl sich eher mit der Waschwasserschicht vermischt als mit dem eingespeisten salzigen Wasser. Das mit dem Öl während des Zusammenfliessens über dem Verteiler 86 mitgerissene Wasser ist daher beträchtlich weniger salzig, als es sein würde, wenn sich das Öl mit dem eingespeisten salzigen Wasser vermischen würde.
Diese mitgerissenen Wassertröpfchen werden mit dem Öl zu dem Wärmeaustauscher 111 getragen, und wegen seines geringeren Salzgehalts wird das destillierte Wasser dort weniger verunreinigt, als wenn das Öl Tröpfchen von dem frischen salzigen Wasser hätte mitreissen können. Gelegentlich kann die mitgerissene Wassermenge in der Form dieser verdünnten Tröpfchen grösser sein, als sie es ohne die wiederholten Waschprozesse wäre; sobald jedoch das Öl in dem Wärmeaustauscher H1 erwärmt wird, löst es einen grossen Teil dieser Tröpfchen und dementsprechend einen kleineren Teil des reinen destillierten Wassers von dem Wärmeaustauscher H1, als es sonst der Fall wäre.
Der Salzgehalt des in dem Öl mitgerissenen Wassers wird beim Weiterleiten von dem Wärmeaustauscher H2 in dem Masse weiter vermindert, in dem das Öl (in dispergierter Form) in dem Raum zwischen der durchlöcherten Platte 82 und dem Verteiler 80 ansteigt, weil das Öl durch das Wasser gewaschen wird, das durch die Schwerkraft von dem Verteiler durch diesen Raum abwärtsfliesst. Der Salzgehalt des mitgerissenen Wassers wird noch weiter durch das Filter 74 vermindert, in dem es mit in das Filter durch die Einlassleitung 72 eingetragenem entsalzenem Wasser gewaschen wird.
Im folgenden wird eine erfindungsgemässe Anlage zur beispielhaften Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung mit Annäherungswerten beschrieben.
In diesem Beispiel werden 103 Stufen senkrecht oder auf einer Neigung (vorzugsweise an einer Böschung) zusammengebaut. Die Temperatur und der Druck des salzigen Wassers (Meerwasser) beim Eintritt in die erste Verdampfungsstufe El (d. h. am unteren Ende der Kochleitung BD1) beträgt 1800 C und 100,3 m Wassersäule. Die Temperatur des salzigen Wassers fällt nach jeder Verdampfungsstufe und die Temperatur des entsalzenen Wassers erhöht sich bei jeder Kondensationsstufe um 1,50 C. Die Temperatur des in den ersten Kondensator einströmenden Dampfes beträgt 178,50 C, und die Temperatur des Kühlwassers, das aus dem ersten Kondensator ausfliesst, beträgt 177,50 C. In der letzten Stufe (Nr. 103) beträgt der Unterschied zwischen der Temperatur des in den Kondensator einströmenden Dampfes und der Temperatur des aus dem Kondensator ausfliessenden Kühldestillats 20 C.
Dieser Temperaturunterschied nimmt nach und nach von der letzten zur ersten Stufe ab, so dass der Unterschied in der ersten Stufe 10 C beträgt. Die Temperatur der restlichen, aus dem Rohr Bn nach dem letzten Verdampfer ausfliessende Lauge beträgt 240 C, und die Temperatur des Kühlwassers, das in den letzten Kondensator fliesst, beträgt 20,50 C.
Der Dampfdruck des entsalzenen Wassers, das den ersten Kondensator C1 verlässt (mit 177,50 C), beträgt 9,65 kg/cm2 oder 96,5 m Wassersäule. Unter der Annahme, dass die geeignete Höhe für jede Kondensatorkammer 1,5 m ist und 50 m zur Druckverminderung in den Wasserleitungen und zur Strömungsregulierung hinzugegeben sind, würde die letzte Kondensationskammer Cn (Nr. 103) sich bei einer- Höhe von annähernd 300 m über der ersten Kondensationskammer befinden. Die letzte Verdampfungskammer En (Nr. 103) würde vorteilhafterweise ebenfalls bei einer Höhe von etwa 300 m liegen, vorausgesetzt, dass die Höhendifferenz von zwei aufeinanderfolgenden Verdampfern gleich der Höhe der Wassersäule der gleichen Stufe zuzüglich 2 m ist, wie es weiter oben für die Kondensatoren beschrieben worden ist.
In diesem Beispiel hat das salzige Wasser am unteren Ende der ersten Kochsäule BD1 1800 C und einen Druck von 100,3 m Wassersäule. Die Temperatur und der Druck würden bis zu der letzten Verdampferstufe En (Nr. 103) um etwa 25,50 und um einen Druck von etwa 0,32 m Wasser fallen.
In dem vorliegenden Beispiel würden etwa 1000 kg entsalzenes Wasser (von 20,50 C) durch den Ausfluss 40 für destilliertes Wasser und etwa 3000 kg Restlauge (von 240 C) durch den Laugenausfluss 22 (wobei die Lauge 4,7 % Salz enthält) aus 4000 kg Meerwasser (das 3,5 % Salz enthält), das in die Anlage mit 17,50 C eingespeist worden ist, erhalten werden. Etwa 3870 kg destilliertes Wasser (mit 177,50 C) würden den Kondensator C1 der ersten Stufe verlassen und würden durch Brennstoffwärme (üblicher Brennstoff oder Kernbrennstoff) bei der Heizvorrichtung 34 auf 1830 C erhitzt werden. Die Enthalpien des reinen Wassers von 177,5 und 1830 C betragen 179,65 Kcal/kg und 185,40 Kcal/ kg. Folglich würde der theoretische Wärmebedarf Q je 1000 kg entsalzenes Wasserprodukt
3870 ¯ (185,40-179,65) oder 22,25 Kcal betragen.
Der Leistungsgrad R entspräche 45 kg Wasserprodukt je 1000 Kcal. Das Durchflussverhältnis (salziges Wasser/Wasserprodukt) würde 4 sein. Die Entspannungstemperatur würde 180 - 240 C oder 1560 C betragen.
Die 3870 kg entsalzenes Wasser von 1830 C würden benutzt werden, um das Öl in einem Wärmeaustauscher H1 von etwa 18,5 auf 1810 C zu erhitzen, und das heisse Öl würde in dem Wärmeaustauscher H2 benutzt werden, um 4000 kg frisches salziges Wasser von 17,5 auf 1800 C zu erhitzen.
Die gesamte Arbeitsleistung bei den Wasser- und Ölkreisläufen je 1000 kg erzeugtes destilliertes Wasser würde erwartungsgemäss unter der Voraussetzung, dass die Pumpen und die Steuerungsgeneratoren mit 85 %iger Leistung arbeiten, nach einer Vorausberechnung wie folgt sein. Die für die Pumpen Pl, P2, P3 und P4 erforderliche Leistung ist erwartungsgemäss 470 600, 508 100 und 588 000 mkg/h. Die Antriebsleistung der gesteuerten Ventile Ml, M2 und (M3', M3", M3"') ist voraussichtlich 739 500, 118 200 und 469 800 mkg/h.
Die gesamte Arbeitsleistung ist nach diesen Berechnungen daher erwartungsgemäss 764 200 mkg/h.
Zum Vergleich werden in der nachfolgenden Tabelle I Vergleichsdaten für die voraussichtlichen Arbeitsbedingungen und die Werte für Q (theoretischer Wärmebedarf) und R (Leistungsgrad) angegeben, wie sie nach dem oben erörterten Beispiel (bezeichnet als Anlage Nr. 1) und nach drei Beispielen, die auf bekannten Entspannungsverdampfungssystemen beruhen (als Anlagen Nr. 2, 3 und 4 bezeichnet) errechnet worden sind. Anlage Nr. 2 ist eine vielstufige Entspannungsverdampfungsanlage mit einer Einrichtung zum Erwärmen der Lauge auf 1430 C und 1210 C (vgl. Seite 152, Fig. 164 von al965 Saline Water Conversion Report , veröffentlicht von dem U. 5. Office of Saline Water).
Anlage Nr. 3 ist eine vielstufige Entspannungsverdampfungsanlage mit Laugenumlauf, die in Eilat, Israel, errichtet worden ist (vgl. den Artikel von L. Steinfeld und A. Kikinis, veröffentlicht im Journal of the Association of Engineers and Architects in Israel , Mai, Juni 1965). Anlage Nr. 4 arbeitet nach dem Dampfwiedererhitzungs- und Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärme- austauschverfahren, das von der FMC Corporation, Santa Clara, Kalifornien, entwickelt worden ist (vgl.
U. S. Office of Saline Water Report, Nr. 78 vom September 1963).
In Tabelle I ist die durch die Kondensation von entspanntem Wasserdampf erwärmte Flüssigkeit mit SW für eintretendes Meerwasser und umlaufende Lauge in den Anlagen Nr. 2 und 3 und mit W für umlaufendes und ausfliessendes entsalzenes Wasser in den Anlagen Nr. 1 und 4 bezeichnet. Die durch Entspannung verdampfende Lauge ist mit B bezeichnet.
Tabelle I
Vergleich der Arbeitsbedingungen und der Werte für Q und R
Anlage 1 Anlage 2 Anlage 3 Anlage 4 Zahl der Stufen 103 72 30 20
Letzte Stufe Temp. OC Druck mit Temp. OC Temp. oc Temp. t C
Wassersäule B(hinaus) 24 0,292 21,1 34,6 32,2 B(hinein) 25,5 0,320 22,93 36,56 37,2 B(hinein)-B(hinaus) 1,5 0,028 1,83 1,96 5 W(hinein) 20,5 0,246 22,2 W(hinaus) 22 0,270 27,2 W(hinaus)-W(hinein) 1,5 0,024 5 SW(hinein) 15,6 27,8 SW(hinaus) 17,43 29,76 SW(hinaus)-SW(hinein) 1,83 1,96 B(hinaus)-W(hinaus) 2 0,022 5 B(hinaus)-SW(hinaus) 3,67 4,84
Erste Stufe SW(hinaus)-SW(hinein) 1,7 1,96 SW(hinein) 136,3 84,64 W(hinaus)-W(hinein) 1,5 3,33 5 W(hinein) 176 93,17 B(hinaus)-SW(hinaus) 3,6 4,96 SW(hinaus) 138 86,6 B(hinaus)-W(hinaus) 1 0,70 5 W(hinaus) 177,5 96,50 122,2 B(hinein)-B(hinaus) 1,5 3,40 1,7
1,96 5 B(hinaus) 178,5 96,90 141,6 91,34 127,2 B(hinein) 180 100,30 143,3 93,3 132,2 22,3 kcal
1 1 kg Produkt 30,6 70 73 R 45 kg Produkt 32,7 14,3 13,3
1000 kcal Durchflussverhältnis 4 5,8 10,5 5,5 Entspannungsverdampfungs bereich 1560C 1220C 590C 1000C Temperaturerhöhung durch
Zusatzheizvorrichtung 5,50 C 5,30 C 6,70 C 13,30 C
Bei dem Clementine -Auftriebverfahren verbindet, wie es oben kurz erörtert worden ist, ein Steigrohr (ein Standrohr mit sich von unten nach oben verbreiterndem Querschnitt) zwei in senkrechter Lage angeordnete Stufen.
Diese Stufen werden als Kammern 1 und 2 und der Sättigungsdruck und die Temperatur mit Pl, P2 und T1 und T2 bezeichnet. Der offene Boden des Steigrohrs taucht ein wenig in die Lauge unter deren Oberfläche in der niedrigsten Kammer 1 ein, und das offene obere Ende des Steigrohrs ist ein wenig über dem Laugenspiegel in der oberen Kammer 2 angeordnet. In einem Beispiel werden auf Seite 36-9 des vorgenannten Literaturzitats folgende Daten angegeben:
P1 = 1,033 kg/cm3
P2 = 0,935 kg/cm2
T1 = 1000C
T2 = 97,20 C
Unter diesen Bedingungen werden 5 kg Wasserdampf aus 1000 kg salzigem Wasser mit 3,5 % Salzgehalt durch Entspannungsverdampfung frei.
Das Volumen des sich entspannenden Gemischs oder des Kochgemischs von Lauge und Dampf beträgt bei P2=0,935 kg/cm2 und T'2 = 97,70 C (T'2 ist die Sättigungstemperatur des salzigen Wassers bei P2, während T2 die Sättigungstemperatur des reinen Wassers bei P2 ist) etwa 10 000 1, und die äussere Verdampfungsenergie von 5 kg Wasser beträgt etwa 84 500 kg/m (etwa 40 kcal/kg verdampftes Wasser).
Theoretisch kann diese Energiemenge das sich entspannende Gemisch oder Kochgemisch auf eine Höhe von 84,5 m anheben. In der Praxis wird jedoch bei dem Clementine -System eine Auftriebshöhe von nur 0,91 bis 0,95 m erreicht.
Bei der erfindungsgemässen Anlage sind, wie es oben dargelegt worden ist, die Austritts- oder Laugenleistungen B und die Kochleitungen BD an ihrem unteren Ende miteinander verbunden und bilden U-Rohre. Diese werden benutzt, um das untere Ende einer jeden Verdampfungskammer (Kammer 1) mit der nachfolgenden oberen Kammer (Kammer 2) bei einem Punkt, der über dem Laugenspiegel der letzteren liegt, zu verbinden. Indem die Lauge durch den unteren Teil der Kammer 1 in den kürzeren Schenkel des U-Rohrs fliesst, bildet sie in diesem Schenkel eine Laugensäule mit einer Höhe hl aus. Der Überdruck Pg ist = hld, wenn d die Dichte der Lauge ist, für die 1 eingesetzt wird.
Dieser Druck entspricht zusammen mit der Druckdifferenz (P1-P2) in den beiden Kammern dem Druck Pg' = h2d' der Kochgemischsäule in dem längeren Schenkel des ¯U-Rohrs, der zum Innern der Kammer 2 führt, zuzüglich dem Druckabfalldp, der auf das Strömen der Lauge und des Kochgemischs durch das U-Rohr zurückzuführen ist.
Die Bedingungen für die Auftriebshöhe der Lauge von Stufe 1 zu Stufe 2 werden durch die Ungleichung bestimmt: h,ld + (Pl-P2) > h2(d" + AP
Die Auftriebshöhe ist (P1-P2) + a (beides in m Wasser). Das Symbol a ist die Höhe des dampfgefüllten Raums in dem Kondensator, in dem die Kondensation zwischen dem Dampf und der Kühlflüssigkeit direkt bewirkt wird, zuzüglich dem Druckabfall in m Wasser, der auf das Strömen der Flüssigkeit zurückzuführen ist. Bei grösseren Anlagen ist a gleich oder grösser als 2 m, vorzugsweise 3 m. Die Auftriebshöhe für grosse Anlagen ist h + 3 m, wobei h = P1-P2 in m Wasser ist. In dem obigen Beispiel ist h= 0,98 m Wasser.
Unter der Voraussetzung, dass 50 % der Verdampfung in dem Kochschenkel (des U-Rohrs) und 50 % in Kammer 2 stattfinden, ist die mittlere Dichte d' der Kochsäule für die Bedingungen des obigen Beispiels etwa: d' = 1000/(2,5 X 1780 + 997,5) = 0,18 kg/l und die obige Ungleichung ergibt hl + 0,98 > (hl + 0,98 + 3)0,18 + dP oder
0,82 kl + 0,26 > AP.
Wenn hl = 2 ist dann ist AP# < 1,90 m Wasser für eine Länge des U-Rohrs von etwa 12 m.
Es ist leicht zu erkennen, dass für einen grossen Durchmesser des U-Rohrs, und besonders für einen grossen Durchmesser des Kochschenkels, eine sehr grosse Geschwindigkeit für das Kochgemisch erreicht werden kann, wenn der Laugenschenkel des U-Rohrs die erforderliche Höhe aufweist.
Die vorliegende Erfindung macht es daher möglich, eine erhebliche Auftriebshöhe auch bei Stufen mit geringerer Temperatur zu erhalten, was mit dem Clementine -System nicht möglich ist. Ausserdem erfordert die vorliegende Erfindung nicht die Anwendung von Steigrohren, die sich von unten nach oben verbreitern, was bei dem Clementine -System erforderlich ist, um eine Geschwindigkeitssteigerung des Dampf-Laugen-Gemischs während seines Entspannens zu vermeiden.
Fig. 4 erläutert eine abgewandelte Anlage, bei der jede Verdampfer-Kondensator-Stufe aus Doppelkammereinrichtungen EC1, EC2 besteht. Jede dieser Einrichtungen liegt in der Form eines zylindrischen Gefässes mit einer Querwand 150 vor, die das Gefäss in eine Verdampferkammer E und eine Kondensatorkammer C trennt. Die U-Rohre TT1, TT2, TT3 verbinden alle Verdampferkammern der Reihe nach, und das geneigte Rohr CCP verbindet alle Kondensatorkammern der Reihe nach. Die Lauge, aus der der Dampf sich durch Entspannen bildet, bewegt sich entgegen der Schwerkraft aufwärts durch die U-Rohre und Verdampfer der Reihenfolge nach. Das reine Kühlwasser, durch das der entspannte Dampf kondensiert wird, bewegt sich durch die Schwerkraft abwärts durch das geneigte Rohr CCP und der Reihenfolge entsprechend durch die Kondensatoren.
In der Anlage EC2 von Fig. 4 tritt das durch das geneigte Rohr CCP abwärtsfliessende Kühlwasser durch den Einlass 152 in die Kondensatorkammer ein und strömt durch eine Durchgangsleitung 154, die über der durchlöcherten Platte 156 ein Becken bildet, aufwärts.
Das reine Kühlwasser fliesst dann gemäss der Schwerkraft in der Form von dünnen Strahlen oder Tropfen durch die letztere Platte hindurch und fliesst durch den Auslass 158 in die geneigte Röhre CCP zurück, wo es zu der Anlage der nächstniedrigeren Stufe, in diesem Fall EC1, fliesst. Das geneigte Rohr CCP ist mit einem Umlenkblech 160 ausgestattet, durch das das Gemisch aus reinem Wasser und Öl so gelenkt wird, dass es sich auf dem gewünschten Wege bewegt.
Die Lauge in dem Verdampfungskreislaufsystem EEP bewegt sich entgegen der Schwerkraft durch die U-Rohre TT1, TT2 usw. von dem Verdampfer E der einen Stufe zur nächsten Stufe aufwärts. Dieses Gemisch wird von der einen Stufe zur nächsten Stufe durch die äussere Energie der Wasserverdampfung gehoben. Zu diesem Zweck enthält jedes der U-Rohre (z. B.
U-Rohr TT2, das die Verdampfer von EC1 und EC2 verbindet) einen kurzen Schenkel Ts (vergleichbar der Laugenaustrittsleitung B1, B2 usw. in Fig. 1), der mit dem Auslass eines Verdampfers verbunden ist, und einen langen Schenkel Tg (den Kochleitungen BD1, BD2 usw. in Fig. 1 vergleichbar), der mit dem Einlass 162 des Verdampfers der nächsten höheren Erhöhung verbunden ist. Der Dampfdruck in dem Verdampfer der Anlage von der niedrigeren Stufe EC1 ist derart, dass die Lauge in dem kurzen Schenkel Ts in flüssiger Form vorliegt, wodurch eine abwärtsfliessende flüssige Säule L in dem kurzen Schenkel Ts ausgebildet wird.
Der Dampfdruck in dem Verdampfer von der höherstufigen Anlage EC2 ist etwas geringer, so dass sich die Lauge, die durch den langen Schenkel Tg aufwärts strömt, in einem Kochzustand befindet, wodurch eine aufwärtsströmende Kochgemischsäule BM aus Lauge und Wasserdampf gebildet wird. Das untere Ende der Kochgemischsäule wird mit BM' bezeichnet und befindet sich bei einem Höhenstand, der unter dem oberen Ende der abwärtsfliessenden Flüssigkeitskolonne L in Wasser, der auf das Strömen der Flüssigkeit zurückzudem kurzen Schenkel Ts liegt.
Der Teil der abwärtsflie ssenden Flüssigkeitssäule L in dem kurzen Schenkel Ts über dem Spiegel BM' besitzt eine genügende Höhe, so dass der Überdruck dieser Flüssigkeitssäule zusammen mit der Druckdifferenz von den zwei Stufen den Über- druck der aufwärtsströmenden Kochgemischsäule BM in dem langen Schenkel Tg und die Druckverluste durch das Strömen der Flüssigkeit ausgleicht. So wird das Kochgemisch von dem Verdampfer der einen Stufe zu dem der nächsten Stufe gehoben, während die Flüssigkeit in der Flüssigkeitssäule L wie auch in dem Verbindungsstück zwischen dieser und der aufwärtsströmenden Kochgemischsäule BM (d. h. der Flüssigkeit bis zu dem Spiegel BM') einen hydraulischen Verschluss zwischen den benachbarten Verdampfern herstellt.
In Fig. 4 stellt h den Unterschied des Dampfdrucks, in m Wassersäule, zwischen den Anlagen EC1 und EC2 dar, h stellt die Höhe der Flüssigkeitssäule L in dem kurzen Schenkel Ts über dem Spiegel BM' dar, und h2 stellt die Höhe der Kochgemischsäule BM in dem langen Schenkel Tg dar. Bei grossen Anlagen sollte ein wirksamer Kondensator Kondensationsund Strömungsräume mit einer Höhe von etwa 1,5 m enthalten und sollte eine zusätzliche Höhe von 1,5 m für einen Druckabfall vorgesehen werden, der durch das Abwärtsfliessen des umlaufenden reinen Wassers von Stufe zu Stufe bedingt ist. Das U-Rohr sollte daher so konstruiert sein, dass die Höhe h2 der Kochgemischsäule BM grösser als h1 + h + 2 m, vorzugsweise gleich h1 + h +3 m ist, um ein Anheben des Laugen-Öl Gemischs von einem Verdampfer zu dem Verdampfer der nächsten Stufe zu bewirken.
Das Kochgemisch fliesst durch den Einlass 162 in den Verdampfer, wo das Verdampfen durch Entspannung stattfindet. Die flüssige Phase (d. h. die Lauge) tropft nach unten und fliesst durch den kurzen Schenkel Ts des U-Rohrs zu dem nächsten Verdampfer, wie es zuvor beschrieben wurde. Der Dampf strömt nach oben, streicht durch einen Entfeuchter 164 abwärts durch eine Leitung 166 und aufwärts durch eine durchlöcherte Platte 168 mit einem grossen Lochdurchmesser in die Kondensatorkammer C, wo er sich an den anwärtsfliessenden dünnen Strahlen und Tröpfchen aus reinem Wasser kondensiert und auf Grund seiner Schwerkraft durch den Kondensator fliesst. Die Menge und die Temperatur des Wassers werden in dem Masse erhöht, in dem das Wasser durch das Kondensationskreislaufsystem von einem Kondensator zu dem nächsten abwärtsfliesst.
Die Druckdifferenz von den zwei Stufen wird durch ein Vakuumsteuerungsgerät 170 in jeder Stufe beibehalten, wobei das Gerät 170 so ausgestaltet ist, dass es eine Röhre mit Öffnungen enthält, die eine Leitung zu der Kondensatorkammer sowohl über als auch unter dem Becken, das auf der durchlöcherten Platte 156 angeordnet ist, enthält.
Die Flüssigkeit zwischen den Umlenkblechen 160 von zwei aufeinanderfolgenden Stufen bildet zwischen den Stufen einen hydraulischen Verschluss.
Es ist ersichtlich, dass der gleiche Typ, nach dem das Laugenhebungssystem arbeitet, mit anderen Kreislaufeinrichtungen als die U-Rohre TT1, TT2 usw. ausgestattet sein kann und dass der Verdampfer jeder Stufe in einer von dem Kondensator getrennten Anlage vorliegen kann.
Eine solche Abänderung wird in Fig. 5 dargestellt, in der sich jeder Verdampfer El', E2' in einem gesonderten Gefäss befindet. Ausserdem wird anstelle von U-Rohren eine Manometereinrichtung vom Well-Ty#p benutzt. Jeder Verdampfer liegt in der Form eines horizontalen Zylinders vor und ist mit einer Standleitung oder einem senkrechten Schenkel 172 verbunden, der unten geschlossen ist. Das untere Ende der Rohrleitung 174 ist nahe dem Boden des Schenkels 172 angeordnet, während das obere Ende mit dem Einlass des benachbarten höheren Verdampfers E2' über dem Spiegel der darin befindlichen Flüssigkeit verbunden ist. Der Dampf strömt durch einen Entfeuchter 176 zu einer Auslassleitung 178, die mit dem Kondensator dieser Stufe verbunden ist.
Es ist zu erkennen, dass die Höhe hl der Flüssigkeit in dem Verdampfer und dessen Schenkel 172 von dem unteren Höhenstand bis zu dem Höhenstand des unteren Endes 174' der darin ausgebildeten Kochgemischsäule der Flüssigkeitssäule L in dem kurzen Schenkel Ts des in Fig. 4 beschriebenen Systems entspricht und dass die Höhe h2 der Kochgemischsäule in der Rohrleitung 174 der Höhe der Kochgemischsäule BM in dem langen Schenkel der Fig. 4 entspricht. Die Flüssigkeit in dem Verdampfer und dem unteren Ende des Rohrs 172 bildet zusammen mit der Flüssigkeit des unteren Teils der Rohrleitung 174 bis zu dem Spiegel 174' den hydraulischen Verschluss zwischen den Verdampferstufen.
Gewünschtenfalls kann eine Vielzahl von Zylindern oder Schenkeln 172 mit einer Rohrleitung 174 für jeden Zylinder oder Schenkel zwischen den Verdampfern vorgesehen werden, falls eine Anpassung an den Strömungsdurchsatz einer grösseren Menge des Kochgemischs erfolgen soll. Eine gleiche Vielzahl von U-Roh- ren (z. B. TT1-TTn) kann bei den Ausführungsformen der Fig. In, 1b vorgesehen werden.
Es kann auch erforderlich sein, das Gemisch während seines Durchflusses von einem Verdampfer zu dem nächsten zu bewegen. Dieses wird vorzugsweise durch Einblasen von Wasserdampf oder durch mechanisches Bewegen des flüssigen Gemischs am unteren Ende des längeren Schenkels von dem U-Rohr in den Fig. 1-4 oder am unteren Ende der Rohrleitung 174 in Fig. 5 erreicht.
Zur Verminderung der Gesamthöhe, die für ein System mit einer grossen Stufenanzahl erforderlich ist, können die Verdampfer und Kondensatoren in einer Vielzahl von Windungen angeordnet werden, wobei die erste Stufe von jeder Windung bei der gleichen untersten Höhe beginnt, und die letzte Stufe von jeder Windung bei der gleichen höchsten Höhe endet, wie es zum Beispiel auf Seite 130 des Buches Principles of Desalination , veröffentlicht im Jahre 1956, herausgegeben von K. S. Spiegler, beschrieben wird.
Es ist selbstverständlich, dass die oben angegebenen Werte auf vorläufigen Berechnungen beruhen und nur angeführt worden sind, um die Grundlagen der Erfindung zu erläutern, und dass diese Werte nicht unbedingt genau sind und auch nicht zur erfolgreichen Anwendung der offenbarten zahlreichen Merkmale eingehalten werden müssen.