EP2804681A1 - Verfahren zur aufbereitung von wässrigen lösungen - Google Patents

Verfahren zur aufbereitung von wässrigen lösungen

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Publication number
EP2804681A1
EP2804681A1 EP12808267.4A EP12808267A EP2804681A1 EP 2804681 A1 EP2804681 A1 EP 2804681A1 EP 12808267 A EP12808267 A EP 12808267A EP 2804681 A1 EP2804681 A1 EP 2804681A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
evaporator
steam
aqueous solution
tubes
compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12808267.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fariba KHANDANIAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KHANDANIAN, FARIBA
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2804681A1 publication Critical patent/EP2804681A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/007—Energy recuperation; Heat pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/06—Evaporators with vertical tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/28—Evaporating with vapour compression
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0003—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation by using heat-exchange surfaces for indirect contact between gases or vapours and the cooling medium
    • B01D5/0012—Vertical tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0033—Other features
    • B01D5/0039—Recuperation of heat, e.g. use of heat pump(s), compression
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Definitions

  • the present invention relates to a vapor compression method and a corresponding vapor compression system.
  • DE 1 03 25 230 A1 discloses a corresponding method or a corresponding system.
  • the vapor compression method basically already characterized by a relatively low energy consumption, but it is an object of the present application to provide a method or a system with which a distillation with further reduced energy consumption is possible, which works both reliable and low maintenance and, in particular even with only a small amount of available services, especially when starting, gets by and to be able to deal with power fluctuations of the available power.
  • This object is achieved by a method according to claim 1 and a system according to claim 4.
  • the dependent claims 2 to 3 and 4 to 1 0 indicate advantageous developments.
  • aqueous Solutions for the treatment of aqueous solutions can be used in various application scenarios.
  • drinking water can be generated or wastewater can be purified.
  • aqueous Solutions containing (harmful and / or value) substances by the process on concentrate.
  • an aqueous solution is preheated and the preheated aqueous solution is fed to an evaporator at a lower end for producing steam.
  • the steam is supplied from an upper end of the evaporator, in particular directly, so in particular without additional heating, enrichment by further steam, filtering and / or deposition, a compressor for compression.
  • the compressed in the compressor steam is used, in particular directly, so in particular here without additional heating, deposition, filtration and / or enrichment by further steam for energy supply to the evaporator.
  • the thus cooled, possibly at least partially condensed steam is used to preheat the aqueous solution.
  • the method according to the invention is further characterized in that the preheated aqueous solution in the evaporator is heated in evaporator tubes, which are surrounded by the compressed steam, and at least one, in particular obliquely arranged, additional heating is provided in or in front of the evaporator.
  • the auxiliary heating is arranged exactly in such a way that the raw water rising through the heating passes into the obliquely arranged straight tubes of the evaporator in such a way that a natural circulation, which for a self-regulating reaction of the system to fluctuations, which in the case of small plants due to the small capacities Problems lead, supported and that especially with small plants difficult starting is made possible.
  • the radiators are for this purpose according to the invention preferably designed so that the heat transfer (Heizspot, HS) takes place at a defined location.
  • the compressed steam both for heating the evaporator and for preheating a particularly good energy yield is achieved.
  • the direct use of the compressed steam for flushing the evaporator tubes this is particularly well guaranteed.
  • the heating arranged in the evaporator or in front of the evaporator enables regulation of the operation as well as effecting the start-up of the process. Alternatively or additionally, a regulation by adjusting the speed of the fan is possible according to the invention.
  • At least one return pipe is provided with respect to the evaporator tubes larger cross-section.
  • the larger cross section of the return pipe refers to a comparison with one evaporator tube and / or a comparison with the sum of the cross sections of the evaporator tubes.
  • Such a return pipe is designed so that non-evaporated aqueous solution fall into the lower part of the evaporator and, due to the flow through the density gradient, rises into the evaporator tubes and can be reheated there.
  • the aqueous solution is heated in obliquely inclined evaporator tubes, wherein the evaporator tubes are inclined towards the top in the direction of the return pipe. ln a preferred embodiment of the invention, the larger cross section of the return pipe itself.
  • the evaporator tubes are advantageously at least partially inclined in the direction of this return pipe. This means that their upper end is arranged in cross-section closer to the upper end of the return pipe, as the lower end of the evaporator tube. For example, if an outboard and provided around the evaporator tubes return pipe provided so the evaporator tubes are inclined to the outside. In a circular return pipe, the corresponding inclined evaporator tubes thus end up at a larger radius than they begin below.
  • the inclination of the evaporator tubes depends on the capacity of the system and is advantageously not more than 40 ° measured against the vertical. In particular, the slope is in the interval 1 0 ° to 40 °.
  • a particularly advantageous trained natural circulation can be generated, which in particular forms a laminar flow and thus leads to lower deposits in the evaporator tubes.
  • This arrangement of the tubes according to the invention advantageously leads to a flow of raw water rising due to the heating and the resulting density gradient, which supports natural circulation and enables the process to react to fluctuations in a self-regulating manner.
  • inclined tubes steam condenses in a type which is more advantageous over known vertically and horizontally arranged tubes in the prior art. Generally, vapor condenses on a surface when the wall temperature is below the saturation temperature of the vapor.
  • the condensate is then deposited on the wall as a coherent liquid film (film condensation) or in droplet form (drop condensation).
  • film condensation the wettability of the cooling surface and the surface tension of the condensate play a decisive role. If the condensate wets the vertical cooling surface, a coherent, insulating liquid film (film condensation) is formed, which deteriorates the heat transfer. This flows down the wall, becomes thicker and forms an increasing heat transfer resistance 1 / ct.
  • the steam is first directed to the pipe surface located at the top of the sloped pipes, forming a thinner film that has lower heat transfer resistance and better transmits heat.
  • the film of larger thickness is tapered due to the gravitational force and thus covers a smaller area, whereby the area with a higher heat transfer resistance is smaller, and overall the heat transfer is more effective.
  • the heating or heating of the aqueous solution takes place in straight evaporator tubes.
  • the evaporator tubes are thus advantageously not bent and in particular have a constant cross section over their length. This allows easy cleaning, especially if the evaporator tubes are easily accessible through a removable evaporator head.
  • the compressor head which is connected via exactly one flange with the apparatus, so removed that the raw water does not have to be drained and can remain in the evaporator.
  • the obliquely arranged straight evaporator tubes are freely accessible from above and can be easily cleaned, for example, with a simple round brush.
  • the dirt particles disadvantageously remain in the pipes following gravity and can adhere by the dry traps and thus form undesirable germs for the encrustation, as a result of which the cleaning of conventional installations is less effective.
  • a central evaporator tube bundle is provided and the return tube is arranged outside the evaporator tube bundle, in particular so that it encloses the evaporator tube bundle.
  • the return pipe encloses the evaporator tubes to the heat losses occurring for the process to use.
  • the raw water which is located outside near the surface, is slightly cooler than the raw water in the center of the plant. It has been observed that the arrangement according to the invention supports natural circulation.
  • the natural circulation principle is in this way according to the invention a self-regulating system.
  • the cooling of the evaporator tubes is carried out according to the invention by the circulating raw water volumes that adjust independently depending on the heating.
  • the evaporator tubes are cooled according to the invention advantageously better, so that the risk of overheating of the evaporator tubes is reduced, which is a great advantage of the natural circulation of the invention. As a result, the capacity increases and more wastewater is purified.
  • the raw water amount that is heated by the preheater by just this condensate be adapted to the amount of condensate, so that the raw water quantity varies simultaneously with the amount of condensate in order to allow effective preheating ,
  • the process advantageously takes place in such a way that encrustation does not occur.
  • a natural circulation by a Density gradients in the evaporator tubes, an inclination of the evaporator tubes, an outboard return pipe and the orientation and construction of the heating elements supported leads advantageously to a much more stable and self-regulating behavior of the system than in conventional systems.
  • the compressed vapor is guided centrally, in particular via at least one centrally arranged, in particular conical, baffle, in particular from above into the middle of the evaporator tube bundle.
  • a guide results in a particularly efficient distribution and utilization of the steam.
  • the arrangement of the baffle in the height and the angle of the cone are selected according to the invention as a function of the flow rate of the vapor and the number of evaporator tubes, which are again selected according to the invention in dependence on the surface of the evaporator.
  • the smaller the angle of the baffle executed as a cone the higher it is arranged according to the invention, while the most uniform possible flushing of the evaporator tubes with steam is sought.
  • the impact means according to the invention can be dimensioned during the design.
  • the positioning of the baffle can also be varied during operation for optimization.
  • adjusting means are provided according to the invention.
  • the aqueous solution is preheated so that it has a temperature of 80 ° C to 98 ° C, in particular from 93 ° C to 96 ° C after passing through the preheater. This can be done by a corresponding design of the heat exchanger. In such a process management, a particularly efficient process design is possible.
  • the pressure at the upper end of the evaporator by regulating the heater and / or the compressor, in particular the speed of the compressor, to 0.9 to 1, 5 bar, in particular to 1, 05 bar set.
  • This also results in a particularly efficient process management, which leads to low investment in energy consumption and in particular laminar flows in the evaporator to plant-conserving results. For example, a very low calcification and / or encrustation occurs, which is also supported by the described arrangement of the evaporator tubes.
  • the heat of the remaining brine in the evaporator for preheating, heating or heating is used in another evaporator.
  • the brine can be used for example for supplying the auxiliary heating. It is also possible to use the brine to preheat the aqueous solution. Depending on the amount of Solenanfalls this can be achieved a significant energy demand reduction when multiple evaporators are used, especially when these evaporators are connected in series and / or in stages. In such a chain, the brine is concentrated particularly efficiently.
  • the heat of the steam after preheating the aqueous solution or excess steam of the evaporator or after compression for preheating, heating or heating in a further evaporator, in particular the concentration of the brine is used.
  • Such a use of the steam realizes a particularly efficient process control, in particular in a series connection of such evaporators. This is especially the case when a fluctuating amount of energy is required due to fluctuating environmental influences or fluctuation of the components contained in the aqueous solution. Also, this can be approached, for example, other evaporators.
  • the evaporator is operated according to the invention in the natural circulation method, so apart from the described compressor, no further compressors or pumps are used.
  • the evaporator advantageously, nucleate boiling in the pipes and, consequently, strong unwanted encrustations are avoided.
  • self-regulation of the process is achieved with the natural circulation method and thus reduces the danger of encrustation.
  • the heat is transferred by the proper dimensioning of the heat exchanger so that the encrustation is extremely low.
  • a laminar flow is set in the tubes of the evaporator, in particular the evaporator tubes.
  • the steam generated in the evaporator is discharged vertically upwards and fed to a compressor arranged above the evaporator and the compressed steam is then introduced again after appropriate deflection vertically from above into the evaporator for heating.
  • the compressor may also be arranged in or after the deflection.
  • the decisive factor is that the corresponding lines, in particular the line leading to the compressor, are arranged predominantly vertically and above the evaporator. As a result, condensate accumulating, especially when starting, is returned to the evaporator as efficiently as possible.
  • blower directly above the evaporator not only leads to less condensation in the pipes, but also also to lower heat losses, which affect the more the process, the smaller the plant is. If condensate accumulates in the rotary blower, it blocks and takes damage, which is also excluded by this arrangement.
  • the evaporator is started up in such a way that a valve located in the steam chamber is opened to the outside and kept open until steam, in particular a certain amount of steam exits the valve and this then closed.
  • the escaping energy can be used to preheat other evaporators or the preheating of the aqueous solution.
  • the aqueous solution is degassed before preheating and / or before being fed into the evaporator.
  • the aqueous solution is transferred by gravitational force, preferably without the use of pumps, in the evaporator.
  • the water level in the evaporator is controlled so that the water level comes to lie 5 - 30 mm above the ends of the evaporator tubes or the uppermost evaporator tube.
  • the compressor with a speed of 4,000 - 5,000, in particular 4,500, revolutions per minute and / or operated at a speed of 2,000 - 4,000, in particular 2,500 revolutions per minute.
  • the evaporator at least in a certain operating range, in particular during the entire operation outside the startup, regulated by varying the speed of the compressor. This can also be the case if, for example by varying solar radiation, the heating varies.
  • the inventive control of the evaporator by varying the speed of the compressor is advantageously carried out with almost no delay and thus has a positive effect on the control of the process. It is transported without delay more steam, which leads noticeably faster to a temperature increase in the evaporator.
  • the object is also achieved by a plant according to claim 8 for the treatment of aqueous solution.
  • the plant can be used to produce drinking water or to clean waste water or reclaim be used by substances contained in the aqueous solution.
  • all process features if appropriate using a corresponding control unit, can be transferred to the system accordingly. This also applies vice versa in the sense that all system features can be correspondingly transferred to the process.
  • the plant for the treatment of aqueous solution has a preheater, an evaporator, in particular natural circulation evaporator, and a compressor.
  • the plant is set up so that the aqueous solution is supplied to the evaporator and vapor generated in the evaporator, in particular directly, ie in particular without further heating, enrichment and / or filtering, fed to the compressor.
  • a mist eliminator in front of the blower at the upper part of the system can be used directly in the steam pipe.
  • the compressed steam is, in particular directly, ie in particular without further heating, enrichment and / or filtration, the evaporator for heating the aqueous solution and then fed to the preheater (in the form of condensate) for preheating.
  • the condensate, the condensing vapor also collects in the steam chamber.
  • at least one, in particular obliquely arranged, additional heating is provided in or in front of the evaporator.
  • the auxiliary heating is inside the evaporator, it is arranged so that by the heating by the heating Ascending aqueous solution supports the natural circulation, in that the flow direction of the aqueous solution rising due to the heating caused by the heating coincides with the flow direction of the aqueous solution, which is heated by the steam or the heat of condensation.
  • the auxiliary heating is preferably arranged exactly in such a way that the raw water rising through the heating passes into the obliquely arranged straight tubes of the evaporator in such a way that the natural circulation, which causes problems for the self-regulating reaction to fluctuations, in the case of small installations due to the small capacities can lead, is required, supported.
  • the radiators are designed for this purpose so that the heat is released only at a defined location. The heat is thus released only in the area of a hotspot.
  • At least one return pipe is provided with respect to the evaporator tubes larger cross section and the evaporator tubes are at least partially inclined in the ascending direction in the direction of the return pipe.
  • a central evaporator tube bundle consisting of several evaporator tubes, provided and the return pipe is arranged outside of the evaporator tube bundle.
  • the total cross section of the evaporator tubes advantageously corresponds to the total cross section of the return pipes.
  • evaporator tubes in particular with a length of 400 to 600 mm, in particular 450 to 550 mm, in particular provided with an inner diameter of 8 to 28 mm, in particular from 1 3 to 23 mm.
  • the evaporator tubes have in particular a wall thickness of 1 to 2 mm, in particular from 1, 3 to 1, 8 mm.
  • the evaporator tube bundle has, in particular, a diameter identical to its height or its length and width identical to its height. In particular, it has a height of 400 to 600 mm, in particular 450 to 550 mm.
  • the diameter or the length and width are preferably 400 to 600 mm, in particular 450 to 550 mm.
  • the inner surface of the evaporator tubes has, in particular at a plant capacity of 20 to 40, preferably up to 70 liters per hour of condensate, advantageously an area of 3.5 to 5.5 m 2 , in particular 4 to 5 m 2 .
  • a return pipe arranged around the evaporator tubes in particular at a plant capacity of 20 to 40, preferably up to 70 liters per hour of condensate, has one Difference between inner and outer diameter of at least 40 mm, in particular at least 50 mm, in particular from 40 to 60 mm, in particular from 45 to 55 mm, on.
  • the unevaporated aqueous solution in the evaporator has, in particular at a plant capacity of 20 to 40, preferably up to 70 liters per hour of condensate, advantageously a volume of 50 to 90 liters, in particular from 60 to 80 liters.
  • the volume of the evaporator to the intended water level is advantageously 50 to 90 liters, in particular from 60 to 80 liters.
  • the evaporator is advantageously made of stainless steel, in particular of X2CrNiMoN22-5-3.
  • the material X2CrNiMoN22-5-3 offers specific advantages over seawater. Depending on the design and capacity, the requirements for the material change, so that the combination of materials changes without departing from the scope of the invention.
  • the steam inlet for the compressed steam is arranged centrally relative to the evaporator tube bundle and, in particular, at least one centrally arranged, in particular conical baffle or baffle plate is provided for deflecting the compressed vapor in the direction of the evaporator tubes.
  • a control device which controls the heater and / or the compressor so that the pressure at the top of the evaporator by varying the heater and / or the compressor is set to 0.9-1, 1 5 bar, in particular 0.98-1, 1 bar, in particular to 1, 05 bar.
  • the rotational speed is regulated with respect to the compressor.
  • the speed of the compressor is changed in some operating conditions, especially in all outside the start by the control device alone.
  • the control device can also be set up to carry out the further advantageous arrangements described above.
  • the preheater or a device for controlling the preheating is arranged so that the aqueous solution after passing through the preheater has a temperature of 80 ° C to 98 ° C, in particular from 93 ° C to 96 ° C.
  • a program for starting and stopping the process is needed, whereas thereafter advantageously self-regulation of the process can be done at a constant speed of the fan.
  • the inlet for the feed of the preheater and the preheater and the evaporator is arranged so that the aqueous solution moves by gravity through the preheater in the evaporator.
  • the self-regulation of the process is supported by the fact that the mass flow adjusts itself to the actual set evaporator capacity, and the mass flows of condensate, which gives off its heat, and the Raw water, which absorbs this heat, are in correct proportion by itself.
  • the mass flows are balanced, and not only by mass, but especially in time.
  • a solar thermal system or photovoltaic system is provided, which provides the energy for the heating, at least partially, and is thus connected in accordance with the heating. In particular, no additional heating is provided in addition to the described additional heating and the heating by the compressed steam.
  • the evaporator tubes have an inner diameter which is dimensioned such that a laminar flow is established in the evaporator tubes and no turbulent flow.
  • the return pipe advantageously has an inner diameter, which according to the invention is dimensioned such that a cross-sectional area results which is just as large as the total cross-sectional area of the evaporator tubes.
  • the number of evaporator tubes is selected according to the area required for heat transfer.
  • the area required for heat transfer is preferably selected according to the invention in dependence on the planned capacity of the plant.
  • the evaporator tubes are of constant diameter and straight.
  • a rotary piston blower in particular at a setpoint speed of 4,000 to 5,000, in particular of 4,500 revolutions per minute and / or at a setpoint speed of 2,000 to 4,000, in particular of 2,500 revolutions per minute, is used as evaporator.
  • a level control of the evaporator in particular by float, is provided which adjusts a water level in particular via a continuous valve.
  • the steady valve ensures according to the invention that the raw water does not flow like a gush into the preheater and the evaporator and thus brings the natural circulation and thus the whole process to succumbing.
  • it allows self-regulation of mass flows.
  • the self-regulation of the process is supported, in that the mass flow automatically adjusts itself to the actually set evaporator capacity, and the mass flows of condensate, which gives off its heat, and the raw water, which absorbs this heat, are in the correct ratio ,
  • the mass flows are balanced, and not only by mass, but especially in time.
  • a foam destroyer is provided in the vapor space of the evaporator.
  • the generated steam is passed through a labyrinth to prevent the entry of spray water or the like into the compressor.
  • a central metal sheet and a peripheral metal sheet are provided, which together form a labyrinth and are inclined with their free ends in the direction of the evaporator tubes, so that any condensate which may form is dripping off.
  • the leadership of the steam from the evaporator in the direction of the compressor is advantageously set up vertically. Behind the evaporator, a deflection is advantageously provided and then provided a turn vertical guide the compressed steam in the steam chamber.
  • the condensate collects in the steam chamber.
  • the tubes carrying the vapor have, in particular at a plant capacity of 20 to 40, preferably up to 70 liters per hour of condensate, advantageously a diameter of 60 to 100, in particular of 70 to 90 mm.
  • the tubes carrying the steam are at least partially made of an elastic, in particular vibration-damping material, in particular silicone, in order to damp the vibrations of the compressor and to minimize transmission to the evaporator.
  • all connecting pieces in the vapor space of the evaporator are designed obliquely so that potentially formed condensate can drip back into the aqueous solution in the evaporator.
  • a degassing is provided prior to preheating or before the evaporator.
  • the compressor is arranged above the vapor space and / or above the steam chamber.
  • a riser with sight glass arranged such that it is connected to the aqueous solution leading space of the evaporator and the vapor space of the evaporator and allows control of the water level.
  • a condensate outlet is provided centrally at the lowest point in the steam chamber.
  • the bottom of the steam chamber on, advantageously centrally located, sink.
  • an energy requirement for cleaning or desalination of aqueous solution for example, only 25kWh / m 3 and / or only 70 kWh per 1000 kg or less can be achieved.
  • the invention has in particular the following features:
  • Energy supply is used in the evaporator e. the cooled, optionally at least partially condensed steam is used to preheat the aqueous solution
  • the preheated aqueous solution in the evaporator is heated in evaporator tubes surrounded by the compressed steam, and
  • At least one, in particular obliquely arranged, heating is provided in or in front of the evaporator.
  • Evaporator tube bundle is arranged and the compressed vapor centrally, in particular via at least one centrally arranged, in particular conical baffle plate, in the
  • Evaporator tube bundle is performed.
  • Method according to one of the preceding features characterized in that the preheated aqueous solution after passing through the preheater has a temperature of 80 ° C to 98 ° C, in particular from 93 ° C to 96 ° C.
  • Method according to one of the preceding features characterized in that the pressure at the upper end of the evaporator by controlling the heater and / or the compressor to 0.9 to 1, 1 5 bar, in particular 0.98 to 1, 1 bar, in particular to 1, 05 bar.
  • Plant for the preparation of aqueous solution comprising a preheater, an evaporator, in particular
  • Natural circulation evaporator and a compressor, wherein the plant is set up so that the aqueous solution to the
  • Evaporator is supplied and steam generated in the evaporator, in particular directly, the compressor is fed and the compressed steam, in particular directly, the evaporator and then the hot condensate is fed to the preheater,
  • At least one, in particular obliquely arranged, heating is provided in or in front of the evaporator.
  • Plant according to feature 8 characterized in that
  • At least one return pipe is provided with respect to the evaporator tubes larger cross-section and the evaporator tubes are at least partially inclined in the ascending direction in the direction of the return pipe.
  • Evaporator tube bundle is arranged and steam inlet for the compressed steam centrally based on the
  • Evaporator tube bundle is arranged and in particular
  • At least one centrally arranged, in particular conical, baffle plate is provided for deflecting the compressed vapor in the direction of the evaporator tubes.
  • FIG. 1 shows a cross section through a system according to the invention
  • FIG. 2 shows schematically a vertical section through a further system according to the invention
  • FIG. 3 shows a horizontal section of the installation according to FIG. 2 along the line III - III in FIG.
  • auxiliary heater H for heating with its hotspot (HS) of the preheated aqueous solution. Also visible is a Brüdenraum with Schaumzerstörern SZ and a compressor V and a steam chamber D. In the steam chamber also collects the condensate. Evaporator pipes R and a return pipe B and conical baffles E are also shown. Furthermore, oblique nozzles C, the water level WS, a sight glass SG, a brine outlet SA, a condensate outlet KA and a raw water inlet ZL are shown.
  • the preheated aqueous solution which is supplied through a feed line, not shown, is heated by the H or the compressed steam A, which flows around the evaporator tubes R, heated. This creates a density gradient within the pipes, causing the heated raw water to flow upwards.
  • the water level WS of the aqueous solution is located above the evaporator tubes R, which terminate in a tube plate, not shown. Above the evaporator tubes R, the aqueous solution vaporizes to vapor F, which rises through a maze formed by the foam scraper SZ to the compressor V and is sucked by this. In the compressor V, the steam F is compressed and fed as compressed steam A in the steam chamber D.
  • the compressed vapor A is guided vertically and centrally between the evaporator tubes R.
  • the conical baffles E are provided for the distribution of the compressed steam A.
  • the vapor A can then, at least partially condensed, exit through the condensate outlet KA from the steam chamber D and fed to a preheater.
  • Brine can be removed through the brine outlet SA.
  • the brine outlet so that it is not clogged by accumulating insoluble components, generously sized and provided with a vibrator that can be switched on as needed and dissolves the agglomeration.
  • the sight glass SG is provided for observation of the water level WS. It has an oblique neck C, which is inclined inwards and downwards so that condensate formed can drip back into the aqueous solution.
  • the Schaumzerstörer SZ form a labyrinth, which prevents a direct transfer of water spray, foam or the like in the compressor V. against entrained drops can be used as a mist eliminator mesh or demister.
  • the foam destroyers SZ are made of sheets and inclined so that condensate can drip back into the aqueous solution.
  • FIG. 2 likewise shows an axial section of a preferred embodiment of a system according to the invention. Consistent with the embodiment shown in FIG. 1, the plant according to the invention illustrated in FIG. 2 has a raw water inlet ZL. However, this is explicitly shown in the figure 2. As can be seen, the raw water inlet ZL is laterally at the lower portion of a substantially cylindrical tank 1, the center axis 2 is aligned vertically in the intended use.
  • the tank 1 is centrally substantially along the center axis 2 of the tank 1 axially above the raw water inlet ZL a
  • Evaporator / condenser unit 3 is arranged.
  • the construction corresponds to that of the corresponding unit of that shown in FIG.
  • the evaporator / condenser unit 3 comprises a substantially cylindrical side wall 9, which is closed with an upper tube plate 10 and a lower tube plate 1 1 with respect to the filled in operation with raw water interior of the tank 1 to form a condensate chamber K.
  • Evaporator tubes R out which at their ends in each case in associated openings in the upper or lower tube sheet 10, 1 1 open to allow the passage of raw water from bottom to top, the ends of the evaporator tubes R are attached to the associated openings that a media contact in the evaporator tubes R guided media with within the
  • Condensate chamber K located media is excluded.
  • an axial inlet opening 1 2 is formed centrally.
  • the return area 1 3 thus has the shape of a hollow cylinder which surrounds the evaporator / condenser unit 3.
  • the evaporator / condenser unit 3 is arranged completely below the nominal water level WS of the raw water to be treated.
  • a vapor space 4 is located above the nominal water level WS within the tank 1.
  • the vapor space 4 is contained by the labyrinth formed by the foam destroyers SZ from the lower evaporator / condenser unit 3 Space so separated, the vapor from the lower portion of the tank 1 can ascend into the vapor space 4.
  • From the vapor space 4 of the steam F is through a compressor V at the upper end of the tank 1 via an outside of the central axis of the Tanks 1 arranged outlet opening 1 4 sucked and compressed into a pressure steam line 5 inside.
  • the pressure steam line 5 is guided from above along the central axis 2 of the tank 1 into the tank 1 and opens via the inlet opening 1 2 in the upper tube sheet 1 0 of the evaporator / ondensatorü 3 in the condensate K.
  • the connection between the pressure steam line 5 with the inlet opening 1 2 is designed so that a media contact in the pressure steam line 5 guided media with within the tank 1 but outside the condensate space K located media is excluded.
  • the upper, the Brüdenraum 4 limiting section of the tank 1 is attached via a peripheral flange 6 of the lower portion of the tank 1, in which the raw water is in operation to the nominal water level WS.
  • the circumferential flange 6 is just above the upper tube sheet 10 and above the nominal water level WS. However, the circumferential flange 6 is below the oblique nozzle C in the upper portion of the tank first.
  • the arranged in the manner described circumferential flange 6 according to the invention advantageously allows to remove the upper portion of the tank 1, without the raw water would have to be removed from the tank 1. This leads to the following advantages during operation:
  • the vibrating device 7 is advantageously used for rinsing out dirt particles which have sunk to the bottom of the tank 1 through the brine outlet SA.
  • the auxiliary heater H has a hotspot HS.
  • the heating H gives off heat to the surrounding medium, ie to the raw water, only in the area of the hotspot HS.
  • the auxiliary heating H may consist of a heating element in which the heating takes place via the electrical resistance of a conductor, wherein a cladding tube made of a material suitable for the respective raw water ensures that heat is released only in the region of the hotspot HS.
  • the natural circulation can be assisted by suitable placement of the hot spot HS of the heating H in the tank 1 below the evaporator / condenser unit 3.
  • the hotspot HS of the auxiliary heater H is located axially below the evaporator / condenser unit 3 just below the raw water inlet ZL and radially in the outer peripheral region of the lower tube bottom 11, in which evaporator tubes R at the lower tube plate 1 are located at openings 1 are fastened, as explained above.
  • the heater H can their connection to produce a convection current 8, which is directed in the axial direction upwards towards the lower tube sheet 1 1 and thus raw water passes through the openings in the attached thereto evaporator tubes R.
  • Embodiment according to Figure 1 seen, compared to
  • the inclination is chosen so that the inclined evaporator tubes R are attached to the upper tube sheet 1 0 at a radially outward point than at the lower tube plate 1 first As schematically illustrated in FIGS. 1 and 2, the inclination angle ⁇ 1 of the radially innermost evaporator tubes R is greater than that
  • Evaporator tubes R about 10 °.
  • the evaporator tubes R have a constant diameter over their length. Due to the inclination of the radially inner evaporator tubes R by the angle of inclination ⁇ as described remains in the condensate K a symmetrical about the central axis 2, in the axial direction from top to bottom tapered truncated conical space 1 5, which is not crossed by evaporator tubes R.
  • the frustoconical space 1 5 within the condensate chamber K opens into a
  • Condensate outlet KA In order to prevent compressed vapor A from the pressure steam line 5 via the input port 1 2 enters the frusto-conical space 1 5 within the condensate chamber K and leaves the condensate chamber K quasi short-circuit on the condensate KA without flushing the evaporator tubes R is in the frusto-conical Space 1 5 arranged a conical baffle plate whose tip is oriented upwards.
  • a horizontal section along the line III-III in Figure 2 is shown immediately above the upper tube sheet 10 in Figure 3, wherein the riser is not shown with the sight glass SG.
  • the baffle E is not visible.
  • About the raw water inlet ZL raw water, such as seawater, is introduced into the tank 1. This can be done for example by gravity. It is only crucial that during operation the raw water is filled up to the nominal water level WS.
  • the auxiliary heater H is now switched on and the compressor V is operated.
  • the heating H generates at its hotspot HS within the raw water the convection 8 in Direction of the evaporator / ondensatorü 3. This is
  • the compressed vapor A is then introduced through the inlet opening 1 2 in the upper tube sheet 1 0 of the evaporator / condenser unit 3 in the frusto-conical space 1 5.
  • the compressed steam A strikes the cone-shaped baffle E and is deflected there in the radial direction in order to flow around the evaporator tubes R.
  • the compressed steam A gives off heat of condensation to the raw water present in the evaporator tubes R, so that the compressed steam A condenses in the condensate space K.
  • the condensate is discharged via the condensate outlet KA.
  • the heater H can be switched off.
  • Evaporator tubes R is passed.
  • the natural circulation arises essentially because of the density gradients.
  • a regulation of the system as far as a self-regulation in certain operating conditions is not sufficient, according to the invention by varying the speed of the compressor V and / or / by varying the heating power of the heater H. Both the compressor speed and the heating power can be used as control variables for regulating the pressure in the vapor space 4 be used.
  • the use of one or more only local auxiliary heaters H is particularly well suited to set natural circulation in motion or to regulate it in the aforementioned sense.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brüdenkompressionsverfahren. Um ein derartiges Verfahren bzw. eine Anlage anzugeben, mit der eine Destillation mit weiter gesenktem Energiebedarf möglich ist, die gleichzeitig zuverlässig und wartungsarm arbeitet und mit nur geringen verfügbaren Leistungen, insbesondere beim Anfahren, auskommt und auch bezüglich Leistungsschwankungen der verfügbaren Leistung umzugehen zu vermag, wird vorgeschlagen, dass eine wässrige Lösung vorgewärmt und einem Verdampfer an einem unteren Ende zur Erzeugung von Dampf zugeführt wird. Der Dampf wird von einem oberen Ende des Verdampfers einem Verdichter (V) zur Verdichtung zugeführt. Der in dem Verdichter (V) verdichtete Dampf wird zur Energiezufuhr in den Verdampfer genutzt. Der dadurch abgekühlte, ggf. zumindest teilweise kondensierte Dampf wird zur Vorwärmung der wässrigen Lösung verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren wird desweiteren dadurch gekennzeichnet, dass die vorgewärmte wässrige Lösung im Verdampfer in, von dem verdichteten Dampf umspülten, Verdampferrohren erhitzt wird und mindestens eine, insbesondere schräg angeordnete, Zuheizung im oder vor dem Verdampfer vorgesehen wird.

Description

Verfahren zur Aufbereitung von wässrigen Lösungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brüdenkompressionsverfahren sowie eine entsprechende Brüdenkompressionsanlage.
Derartige Verfahren und Systeme sind zahlreich aus dem Stand der Technik bekannt. So ist beispielsweise aus der DE 1 03 25 230 A1 ein entsprechendes Verfahren bzw. eine entsprechende Anlage bekannt. Zwar zeichnen sich die Brüdenkompressionsverfahren grundsätzlich schon durch einen vergleichsweise geringen Energieverbrauch aus, doch ist es Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, ein Verfahren bzw. eine Anlage anzugeben, mit der eine Destillation mit weiter gesenktem Energiebedarf möglich ist, die gleichzeitig zuverlässig und möglichst wartungsarm arbeitet und insbesondere auch mit nur geringen verfügbaren Leistungen, insbesondere beim Anfahren, auskommt und auch bezüglich Leistungsschwankungen der verfügbaren Leistung umzugehen zu vermag. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Anlage gemäß Anspruch 4. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 3 und 4 bis 1 0 geben vorteilhafte Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von wässrigen Lösungen kann in verschiedenen Anwendungsszenarien eingesetzt werden. So kann damit beispielsweise Trinkwasser erzeugt oder Abwasser gereinigt werden. Auch ist es möglich, in wässrigen Lösungen enthaltene (Schad- und/oder Wert-) Stoffe durch das Verfahren auf zukonzentrieren.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine wässrige Lösung vorgewärmt und die vorgewärmte wässrige Lösung einem Verdampfer an einem unteren Ende zur Erzeugung von Dampf zugeführt. Der Dampf wird von einem oberen Ende des Verdampfers, insbesondere direkt, also insbesondere ohne zusätzliche Aufheizung, Anreicherung durch weiteren Dampf, Filterung und/oder Abscheidung, einem Verdichter zur Verdichtung zugeführt. Der in dem Verdichter verdichtete Dampf wird, insbesondere direkt, also auch hier insbesondere ohne zusätzliche Erwärmung, Abscheidung, Filterung und/oder Anreicherung durch weiteren Dampf zur Energiezufuhr in den Verdampfer genutzt. Der dadurch abgekühlte, ggf. zumindest teilweise kondensierte Dampf wird zur Vorwärmung der wässrigen Lösung verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren wird desweiteren dadurch gekennzeichnet, dass die vorgewärmte wässrige Lösung im Verdampfer in, von dem verdichteten Dampf umspülten, Verdampferrohren erhitzt wird und mindestens eine, insbesondere schräg angeordnete, Zuheizung im oder vor dem Verdampfer vorgesehen wird.
Die Zuheizung ist erfindungsgemäß genau so angeordnet, dass das durch die Erwärmung aufsteigende Rohwasser in die schräg angeordneten geraden Rohre des Verdampfers in der Art gelangt, dass ein Naturumlauf, welcher für eine selbstregulierende Reaktion des Systems auf Schwankungen, die bei Kleinanlagen aufgrund der geringen Kapazitäten zu Problemen führen, unterstützt und das besonders bei Kleinanlagen schwierige Anlaufen ermöglicht wird. Die Heizkörper sind zu diesem Zweck erfindungsgemäß vorzugsweise so konstruiert, dass die Wärmeabgabe (Heizspot, HS) an einer definierten Stelle erfolgt.
Durch die Nutzung des verdichteten Dampfs sowohl zur Heizung des Verdampfers als auch zur Vorwärmung wird eine besonders gute Energieausbeute erzielt. Durch die direkte Verwendung des verdichteten Dampfes zum Umspülen der Verdampferrohre wird dies besonders gut gewährleistet. Die im Verdampfer oder vor dem Verdampfer angeordnete Zuheizung ermöglicht eine Regelung des Betriebs, als auch ein Bewirken des Anlaufens des Prozesses. Alternativ oder zusätzlich ist erfindungsgemäß eine Regelung durch Anpassung der Drehzahl des Gebläses möglich.
Besonders vorteilhaft wird mindestens ein Rücklaufrohr mit gegenüber den Verdampferrohren größerem Querschnitt vorgesehen. Der größere Querschnitt des Rücklaufrohrs bezieht sich dabei auf einen Vergleich mit jeweils einem Verdampferrohr und/oder auf einen Vergleich mit der Summe der Querschnitte der Verdampferrohre. Ein solches Rücklaufrohr ist dazu eingerichtet, dass nicht verdampfte wässrige Lösung in den unteren Teil des Verdampfers absinken und, bedingt durch die Strömung durch den Dichtegradienten, in die Verdampferrohre aufsteigt und dort erneut erhitzt werden kann. Vorteilhafterweise wird die wässrige Lösung in schräg geneigten Verdampferrohren erhitzt, wobei die Verdampferrohre nach oben hin in Richtung des Rücklaufrohres geneigt sind. ln bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung Der größere Querschnitt des Rücklauf rohres sich dabei.
Bei Vorsehen eines einzigen Rücklaufrohres sind die Verdampferrohre vorteilhafterweise zumindest teilweise in Richtung dieses Rücklaufrohres geneigt. Dies bedeutet, dass ihr oberes Ende im Querschnitt näher am oberen Ende des Rücklaufrohres angeordnet ist, als das untere Ende des Verdampferrohrs. Wird beispielsweise ein außen liegendes und sich um die Verdampferrohre erstreckendes Rücklauf rohr vorgesehen, so sind die Verdampferrohre nach außen geneigt. Bei einem kreisförmigen Rücklaufrohr enden die entsprechend geneigten Verdampferrohre somit oben an einem größeren Radius, als sie unten beginnen. Die Neigung der Verdampferrohre ist abhängig von der Kapazität der Anlage und beträgt vorteilhafterweise nicht mehr als 40° gemessen gegen die Senkrechte. Insbesondere liegt die Neigung in dem Intervall 1 0° bis 40° . Durch derartige Verdampferrohre bzw. eine entsprechende Anordnung bzw. Erhitzung kann ein besonders vorteilhaft ausgebildeter Naturumlauf erzeugt werden, der insbesondere eine laminare Strömung ausbildet und so zu geringeren Ablagerungen in den Verdampferrohren führt. Diese Anordnung der Rohre gemäß der Erfindung führt mit Vorteil zu einer Strömung des durch die Erwärmung und den daraus resultierenden Dichtegradienten aufsteigenden Rohwassers, die den Naturumlauf unterstützt und es dem Prozess ermöglicht auf Schwankungen selbst regulierend zu reagieren. An der Außenseite der erfindungsgemäß schräg angeordneten Rohre kondensiert Dampf in einer Art, die gegenüber im Stand der Technik bekannten vertikal und besonders horizontal angeordneten Rohren vorteilhafter ist. Generell kondensiert Dampf an einer Oberfläche, wenn die Wandtemperatur unter der Sättigungstemperatur des Dampfes liegt. Das Kondensat schlägt sich dann an der Wand als zusammenhängender Flüssigkeitsfilm (Filmkondensation) oder in Tropfenform (Tropfenkondensation) nieder. Bei der Dampfkondensation spielen die Benetzbarkeit der Kühlfläche und die Oberflächenspannung des Kondensats eine ausschlaggebende Rolle. Benetzt das Kondensat die vertikale Kühlfläche, so entsteht ein zusammenhängender, isolierender Flüssigkeitsfilm (Filmkondensation), der die Wärmeübertragung verschlechtert. Dieser fließt an der Wand herab, wird dicker und bildet einen zunehmenden Wärmeübergangswiderstand 1 /ct. Bei der Konstruktion mit den geneigten Rohren wird der Dampf zuerst an die Rohrfläche geleitet, die sich bei den geneigten Rohren oben befindet, wodurch sich ein dünnerer Film ausbildet, der einen geringeren Wärmeübergangswiderstand inne hat und die Wärme besser überträgt. An der Rohroberfläche, die nach unten geneigt ist, verjüngt sich der Film mit größerer Dicke aufgrund der Gravitationskraft und bedeckt so einen geringere Fläche, wodurch die Fläche mit einem höheren Wärmeübergangswiderstand kleiner ausfällt, und insgesamt die Wärmeübertagung effektiver ist.
Vorteilhafterweise erfolgt die Erhitzung oder Erwärmung der wässrigen Lösung dabei in geraden Verdampferrohren. Die Verdampferrohre sind somit vorteilhafterweise nicht gebogen und weisen insbesondere einen über Ihre Länge konstanten Querschnitt auf. Dies ermöglicht eine einfache Reinigung, insbesondere wenn die Verdampferrohre durch einen abnehmbaren Verdampferkopf leicht zu erreichen sind. Für die Reinigung wird erfindungsgemäß der Verdichterkopf, der über genau einen Flansch mit dem Apparat verbunden ist, so abgenommen, dass das Rohwasser nicht abgelassen werden muss und in dem Verdampfer verbleiben kann. Dadurch sind die schräg angeordneten geraden Verdampferrohre frei von oben erreichbar und lassen sich zum Beispiel mit einer einfachen Rundbürste leicht reinigen. Diese Anordnung sorgt erfindungsgemäß außerdem dafür, dass die Rohre bei der Reinigung nicht trocken fallen und dass Antrocknen von Verschmutzungen, die im Betrieb dann die Keime für Verkrustung bilden, gar nicht erst entstehen. Außerdem geht erfindungsgemäß die Wärme des Rohwassers, welches sich im Verdampfer befindet, nicht verloren, so dass die Anlage nach der Reinigung schneller wieder angefahren werden kann. Das alles ist bei horizontal angeordneten Rohren gemäß dem Stand der Technik nicht möglich. Die Schmutzpartikel, die während der Reinigung gelöst werden, können im Rahmen der Erfindung durch die geraden Rohre hindurch auf den Boden der Anlage sinken, wo sie durch den großzügig dimensionierten Soleablass ausgespült und aus dem Prozess entfernt werden können. Bei horizontal angeordneten Rohren gemäß dem Stand der Technik bleiben die Schmutzpartikel nachteilig der Schwerkraft folgend in den Rohren liegen und können durch das Trockenfallen anhaften und bilden so unerwünscht Keime für die Verkrustung, wodurch insgesamt die Reinigung herkömmlicher Anlagen uneffektiver ist. Mit besonderem Vorteil wird ein zentrales Verdampferrohrbündel vorgesehen und das Rücklaufrohr außerhalb des Verdampferrohrbündels angeordnet, insbesondere so, dass es das Verdampferrohrbündel umschließt. Das Rücklaufrohr umschließt die Verdampferrohre, um die auftretenden Wärmeverluste für den Prozess zu nutzen. Das Rohwasser, welches sich außen in der Nähe der Oberfläche befindet, ist etwas kühler als das Rohwasser im Zentrum der Anlage. Es wurde beobachtet, dass die erfindungsgemäße Anordnung den Naturumlauf unterstützt. Das Naturumlaufsprinzip ist auf diese Weise erfindungsgemäß ein selbstregulierendes System.
Die Kühlung der Verdampferrohre erfolgt erfindungsgemäß durch die umlaufenden Rohwassermengen, die sich in Abhängigkeit von der Beheizung selbständig einstellen. Eine stärkere Beheizung der Verdampferrohre, welche erfindungsgemäß zum Beispiel durch höhere Drehzahlen des Gebläses erzielt werden kann, führt zu größeren Umlaufgeschwindigkeiten. Aufgrund der höheren
Strömungsgeschwindigkeiten werden die Verdampferrohre dann erfindungsgemäß mit Vorteil besser gekühlt, so dass die Gefahr der Überhitzung der Verdampferrohre verringert wird, was ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Naturumlaufs ist. Als Folge davon steigt die Kapazität an und es wird mehr Abwasser aufgereinigt.
Um auf Schwankungen in der Kondensatmenge zu reagieren, kann in Ausgestaltung der Erfindung die Rohwassermenge, die durch den Vorwärmer durch eben dieses Kondensat erwärmt wird, an die Kondensatmenge angepasst werden, damit die Rohwassermenge zeitlich gleichzeitig mit der Kondensatmenge variiert, um eine effektive Vorwärmung zu ermöglichen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und Verdampfer stellt sich mit Vorteil der Prozess so ein, dass eine Verkrustung nicht auftritt.
In bevorzugter Ausgestaltung wird bei der erfindungsgemäßen Anlage und dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Naturumlauf durch einen Dichtegradienten in den Verdampferrohren, eine Neigung der Verdampferrohre, ein außenliegendes Rücklaufrohr sowie die Ausrichtung und Konstruktion der Heizelemente unterstützt. Dies führt mit Vorteil zu einem deutlich stabileren und selbstregulierenden Verhalten der Anlage als bei herkömmlichen Anlagen.
Dabei wird vorteilhafterweise der verdichtete Dampf zentral, insbesondere über mindestens ein zentral angeordnetes, insbesondere konisches, Prallmittel, insbesondere von oben in die Mitte des Verdampferrohrbündels geführt. Durch eine solche Führung ergibt sich eine besonders effiziente Verteilung und Ausnutzung des Dampfes. Die Anordnung des Prallmittels in der Höhe und der Winkel des Konus werden erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes und der Anzahl der Verdampferrohre gewählt, die erfindungsgemäß wiederum in Abhängigkeit von der Fläche des Verdampfers gewählt werden. Je geringer der Winkel des als Konus ausgeführten Prallmittels, umso höher wird dieser erfindungsgemäß angeordnet, dabei wird eine möglichst gleichmäßige Umspülung der Verdampferrohre mit Dampf angestrebt.
Die erfindungsgemäßen Prallmittel können während der Auslegung dimensioniert werden. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Positionierung der Prallmittel auch noch während des Betriebes zur Optimierung variiert werden. Dazu sind erfindungsgemäß Verstellmittel vorgesehen. Mit besonderem Vorteil wird die wässrige Lösung so vorgewärmt, dass sie nach Passieren des Vorwärmers eine Temperatur von 80°C bis 98°C, insbesondere von 93°C bis 96°C aufweist. Dies kann durch eine entsprechende Gestaltung des Wärmetauschers erfolgen. Bei einer solchen Prozessführung ist eine besonders effiziente Prozessgestaltung möglich.
Mit besonderem Vorteil wird der Druck am oberen Ende des Verdampfers durch Regelung der Zuheizung und/oder des Verdichters, insbesondere der Drehzahl des Verdichters, auf 0,9 bis 1 ,5 bar, insbesondere auf 1 ,05 bar, eingestellt. Dadurch ergibt sich ebenfalls eine besonders effiziente Prozessführung, die bei geringem Energieverbrauch und insbesondere laminaren Strömungen im Verdampfer zu besonders anlageschonenden Ergebnissen führt. So tritt beispielsweise eine sehr geringe Verkalkung und/oder Verkrustung auf, was auch durch die geschilderte Anordnung der Verdampferrohre unterstützt wird.
Mit besonderem Vorteil wird die Wärme der im Verdampfer zurückbleibenden Sole zur Vorheizung, Zuheizung oder Heizung in einem weiteren Verdampfer verwendet. Dazu kann die Sole beispielsweise zur Speisung der Zuheizung verwendet werden. Auch ist eine Verwendung der Sole zur Vorwärmung der wässrigen Lösung möglich. Je nach Menge des Solenanfalls kann dadurch eine erhebliche Energiebedarfsreduzierung erreicht werden, wenn mehrere Verdampfer eingesetzt werden, insbesondere wenn diese Verdampfer in Reihe und/oder in Stufen geschaltet werden. In einer solchen Kette wird die Sole besonders effizient aufkonzentriert. Mit weiterem Vorteil wird die Wärme des Dampfes nach der Vorwärmung der wässrigen Lösung oder überschüssiger Dampf des Verdampfers bzw. nach der Verdichtung zur Vorheizung, Zuheizung oder Heizung in einem weiteren Verdampfer, insbesondere zur Konzentration der Sole, verwendet. Eine solche Verwendung des Dampfes realisiert eine besonders effiziente Prozessführung, insbesondere bei einer Reihenschaltung derartiger Verdampfer. Dies ist insbesondere auch dann der Fall, wenn durch schwankende Umgebungseinflüsse oder Schwankung der in der wässrigen Lösung enthaltenden Bestandteile eine schwankende Energiemenge benötigt wird. Auch können dadurch beispielsweise andere Verdampfer angefahren werden.
Mit Vorteil wird der Verdampfer erfindungsgemäß im Naturumlaufverfahren betrieben, werden also abgesehen von dem beschriebenen Verdichter keine weiteren Verdichter oder Pumpen eingesetzt. Durch diese Maßnahme wird erfindungsgemäß mit Vorteil Blasensieden in den Rohren und damit einhergehende starke unerwünschte Verkrustungen vermieden. Mit Vorteil erreicht man erfindungsgemäß mit den Naturumlaufverfahren eine Selbstregulierung des Prozesses und vermindert somit die Verkrustungsgefahr. Trotz der im Vergleich zu üblichen Zwangsumlaufprozessen niedrigen Strömungsgeschwindigkeit wird beim Naturumlaufverfahren nach der Erfindung die Wärme durch die richtige Dimensionierung des Wärmeübertragers so übertragen, dass die Verkrustung extrem gering ist. Durch die Selbstregulierung, geringe Verkrustung, niedrige Strömungsgeschwindigkeit, erfindungsgemäß vorzugsweise erreichbar durch die Verwendung von geraden und kurz ausgeführten Rohren, können mit Vorteil zusätzliche Pumpen entfallen. Dadurch kann erfindungsgemäß ein spezifischer Energieverbrauch erzielt werden, der deutlich niedriger als bei herkömmlichen thermischen Kleinanlagen vergleichbarer Kapazität ausfällt. Jedoch ist auch eine Verfahrensart mit Zwangsumlauf denkbar. Mit Vorteil wird in den Rohren des Verdampfers, insbesondere den Verdampferrohren, eine laminare Strömung eingestellt.
Mit besonderem Vorteil wird zur Speisung der Zuheizung zumindest teilweise, insbesondere ausschließlich, Solarenergie eingesetzt, insbesondere aus einer Solarthermieanlage. Der Einsatz von regenerativen Energien ist durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Konstruktion aufgrund deren geringen spezifischen Energiebedarfs möglich.
Mit besonderem Vorteil wird der im Verdampfer erzeugte Dampf senkrecht nach oben abgeführt und einem über dem Verdampfer angeordneten Verdichter zugeleitet und der verdichtete Dampf sodann nach entsprechender Umlenkung wieder senkrecht von oben in den Verdampfer zur Heizung eingeführt. Alternativ kann der Verdichter auch in oder nach der Umlenkung angeordnet sein. Entscheidend ist, dass die entsprechenden Leitungen, insbesondere die zum Verdichter hinführende Leitung, überwiegend senkrecht und über dem Verdampfer angeordnet sind. Dadurch wird, insbesondere beim Anfahren anfallendes, Kondensat möglichst effizient in den Verdampfer zurückgeführt. Diese erfindungsgemäße Anordnung
des Gebläses direkt über dem Verdampfer führt nicht nur zu weniger Kondensation in den Rohren, sondern auch zu geringeren Wärmeverlusten, die sich umso stärker auf den Prozess auswirken, je kleiner die Anlage ist. Wenn sich Kondensat im Drehkolbengebläse ansammelt, blockiert dieses und nimmt Schaden, auch das ist durch diese Anordnung ausgeschlossen.
Mit besonderem Vorteil wird der Verdampfer derart angefahren, dass ein in der Dampfkammer befindliches Ventil nach außen geöffnet wird und solange offen gehalten wird, bis Dampf, insbesondere eine gewisse Menge Dampf, aus dem Ventil austritt und dieses sodann geschlossen. Dadurch kann eine effektive Entfernung der Inertgase aus dem Kondensator erreicht werden, ohne großen Aufwand zu benötigen. Die dabei entweichende Energie kann zur Vorheizung weiterer Verdampfer oder der Vorwärmung der wässrigen Lösung eingesetzt werden.
Mit Vorteil wird die wässrige Lösung vor der Vorwärmung und/oder vor der Zuführung in den Verdampfer entgast.
Mit weiterem Vorteil wird die wässrige Lösung durch Gravitationskraft, vorzugsweise ohne den Einsatz von Pumpen, in den Verdampfer überführt.
Mit besonderem Vorteil wird der Wasserstand im Verdampfer so geregelt, dass der Wasserspiegel 5 - 30 mm oberhalb der Enden der Verdampferrohre bzw. des obersten Verdampferrohres zu liegen kommt. Besonders bevorzugt wird ein Wasserstand von 10 - 20 mm, insbesondere von 1 5 mm über diesen Enden. Mit besonderem Vorteil wird der Verdichter mit einer Drehzahl von 4.000 - 5.000, insbesondere 4.500, Umdrehungen pro Minute und/oder mit einer Drehzahl von 2.000 - 4.000, insbesondere 2.500, Umdrehungen pro Minute betrieben.
Mit besonderem Vorteil wird der Verdampfer, zumindest in einem gewissen Betriebsbereich, insbesondere während des gesamten Betriebes außerhalb des Anfahrens, durch Variieren der Drehzahl des Verdichters geregelt. Dies kann auch dann der Fall sein, wenn, beispielsweise durch unterschiedliche Sonneneinstrahlung, die Zuheizung variiert. Die erfindungsgemäße Regelung des Verdampfers durch Variieren der Drehzahl des Verdichters erfolgt mit Vorteil nahezu ohne Verzögerung und wirkt sich so positiv auf die Regelung des Prozesses aus. Es wird ohne Verzögerung mehr Dampf transportiert, der merklich schneller zu einer Temperaturerhöhung im Verdampfer führt.
Denkbar ist im Rahmen der Erfindung auch, die Zuheizung derart zu variieren, dass maximal die verfügbare Solarenergie eingesetzt wird, und die weitere Regelung über die Steuerung des Verdichters durchzuführen.
Mit Vorteil wird nach der Erfindung neben der beschriebenen Zuheizung und der Heizung durch den verdichteten Dampf keine weitere Heizung eingesetzt.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Anlage gemäß Anspruch 8 zur Aufbereitung wässriger Lösung. Die Anlage kann zur Erzeugung von Trinkwasser oder Reinigung von Abwässern bzw. Rückgewinnung von in der wässrigen Lösung befindlichen Substanzen verwendet werden. Prinzipiell lassen sich alle Verfahrensmerkmale, gegebenenfalls unter Einsatz einer entsprechenden Steuer-/Regelungseinheit, entsprechend auf die Anlage übertragen. Dies gilt auch umgekehrt in dem Sinne, dass sich alle Anlagenmerkmale entsprechend auf das Verfahren übertragen lassen.
Die Anlage zur Aufbereitung wässriger Lösung weist einen Vorwärmer, einen Verdampfer, insbesondere Naturumlaufverdampfer, sowie einen Verdichter auf. Dabei ist die Anlage so eingerichtet, dass die wässrige Lösung dem Verdampfer zugeführt wird und im Verdampfer erzeugter Dampf, insbesondere direkt, also insbesondere ohne weitere Erwärmung, Anreicherung und/oder Filterung, dem Verdichter zugeleitet. Jedoch kann im Rahmen der Erfindung bei bestimmten Anwendungen auch ein Tropfenabscheider vor dem Gebläse am oberen Teil der Anlage direkt im Dampfrohr eingesetzt werden. Der verdichtete Dampf wird, insbesondere direkt, also insbesondere ohne weitere Erhitzung, Anreicherung und/oder Filterung, dem Verdampfer zur Erhitzung der wässrigen Lösung und anschließend dem Vorwärmer (in der Form von Kondensat) zur Vorwärmung zugeleitet. Dabei weist der Verdampfer Verdampferrohre zur Erhitzung der wässrigen Lösung sowie eine diese Verdampferrohre umgebende Dampfkammer auf, in die der verdichtete Dampf geleitet wird. In der Dampfkammer sammelt sich auch das Kondensat, des kondensierenden Dampfes. Desweiteren wird mindestens eine, insbesondere schräg angeordnete, Zuheizung, im oder vor dem Verdampfer vorgesehen.
Wenn sich die Zuheizung innerhalb des Verdampfers befindet, wird sie so angeordnet, dass die durch die Erwärmung durch die Zuheizung aufsteigende wässrige Lösung den Naturumlauf unterstützt, indem die Strömungsrichtung der durch die durch die Zuheizung bewirkte Erwärmung aufsteigenden wässrigen Lösung mit der Strömungsrichtung der wässrigen Lösung übereinstimmt, die durch den Dampf bzw. die Kondensationswärme erwärmt wird.
Die Zuheizung ist erfindungsgeäß vorzugsweise genau so angeordnet, dass das durch die Erwärmung aufsteigende Rohwasser in die schräg angeordneten geraden Rohre des Verdampfers in der Art gelangt, dass der Naturumlauf, welcher für die selbstregulierende Reaktion auf Schwankungen, die bei Kleinanlagen aufgrund der geringen Kapazitäten zu Problemen führen können, erforderlich ist, unterstützt wird. Außerdem wird das besonders bei Kleinanlagen wie der erfindungsgemäßen Anlage schwierige Anlaufen ermöglicht. Die Heizkörper sind zu diesem Zweck so konstruiert, das die Wärmeabgabe nur an einer definierten Stelle erfolgt. Die Wärmeabgabe erfolgt also ausschließlich im Bereich eines Hotspot.
Mit besonderem Vorteil werden, insbesondere bei einer Anlagenkapazität von 20 bis 40, vorzugsweise bis 70 Liter pro Stunde Kondensat zwei Zuheizungen, insbesondere mit einer gemeinsamen maximalen Heizleistung von 3000 bis 5000 Watt, insbesondere 3500 bis 4500 Watt vorgesehen. Mit besonderem Vorteil ist mindestens ein Rücklaufrohr mit gegenüber den Verdampferrohren größerem Querschnitt vorgesehen und sind die Verdampferrohre zumindest teilweise in aufsteigender Richtung in Richtung des Rücklaufrohres geneigt. Hier gilt oben ausgeführtes bezüglich der Erhitzung der wässrigen Lösung in den Verdampferrohren bzw. der Anordnung der Verdampfer- und Rücklaufrohre. Mit besonderem Vorteil ist ein zentrales Verdampferrohrbündel, bestehend aus mehreren Verdampferrohren, vorgesehen und ist das Rücklaufrohr außerhalb des Verdampferrohrbündels angeordnet. Der Gesamtquerschnitt der Verdampferrohre entspricht vorteilhafterweise dem Gesamtquerschnitt der Rücklaufrohre.
Mit besonderem Vorteil werden, insbesondere bei einer Anlagenkapazität von 20 bis 40, vorzugsweise bis 70 Liter pro Stunde Kondensat, 1 50 bis 250, insbesondere 1 80 bis 220 Verdampferrohre, insbesondere mit einer Länge von 400 bis 600 mm, insbesondere 450 bis 550 mm, insbesondere bei einem Innendurchmesser von 8 bis 28 mm, insbesondere von 1 3 bis 23 mm vorgesehen. Die Verdampferrohre weisen insbesondere eine Wandstärke von 1 bis 2 mm, insbesondere von 1 ,3 bis 1 ,8 mm auf. Das Verdampferrohrbündel weist insbesondere einen mit seiner Höhe identischen Durchmesser oder zu seiner Höhe identische Länge und Breite auf. Insbesondere weist es eine Höhe von 400 bis 600 mm, insbesondere 450 bis 550 mm auf. Der Durchmesser oder die Länge und Breite betragen vorzugsweise 400 bis 600 mm, insbesondere 450 bis 550 mm.
Die innere Oberfläche der Verdampferrohre weist, insbesondere bei einer Anlagenkapazität von 20 bis 40, vorzugsweise bis 70 Liter pro Stunde Kondensat, vorteilhaferweise eine Fläche von 3,5 bis 5,5 m2, insbesondere 4 bis 5 m2.
Mit besonderem Vorteil weist ein um die Verdampferrohre angeordnetes Rückführrohr, insbesondere bei einer Anlagenkapazität von 20 bis 40, vorzugsweise bis 70 Liter pro Stunde Kondensat, eine Differenz zwischen Innen- und Außendurchmesser von mindestens 40 mm, insbesondere mindestens 50 mm, insbesondere von 40 bis 60 mm, insbesondere von 45 bis 55 mm, auf. Die im Verdampfer befindliche nicht verdampfte wässrige Lösung weist, insbesondere bei einer Anlagenkapazität von 20 bis 40, vorzugsweise bis 70 Liter pro Stunde Kondensat, vorteilhafterweise ein Volumen von 50 bis 90 Litern, insbesondere von 60 bis 80 Litern auf. Somit ist das Volumen des Verdampfers bis zum vorgesehenen Wasserstand vorteilhafterweise 50 bis 90 Liter, insbesondere von 60 bis 80 Liter.
Der Verdampfer wird vorteilhafterweise aus Edelstahl, insbesondere aus X2CrNiMoN22-5-3 gefertigt.
Der Werkstoff X2CrNiMoN22-5-3 bietet gegenüber Meerwasser spezifische Vorteile. Je nach Auslegung und Kapazität ändern sich die Anforderungen an das Material, so dass sich die Kombination der Werkstoffe ändert, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Der Dampfeintritt für den verdichteten Dampf ist dabei zentral bezogen auf das Verdampferrohrbündel angeordnet und insbesondere ist mindestens ein zentral angeordnetes, insbesondere konisches Prallmittel bzw. Prallblech, zum Umlenken des verdichteten Dampfes in Richtung der Verdampferrohre vorgesehen.
Mit besonderem Vorteil ist eine Regelungseinrichtung vorgesehen, die die Zuheizung und/oder den Verdichter so regelt, dass der Druck am oberen Ende des Verdampfers durch Variieren der Zuheizung und/oder des Verdichters auf 0,9-1 , 1 5 bar, insbesondere auf 0,98-1 , 1 bar, insbesondere auf 1 ,05 bar eingestellt ist. Dabei wird bezüglich des Verdichters insbesondere die Drehzahl geregelt. Mit besonderem Vorteil wird in einigen Betriebszuständen, insbesondere in allen außerhalb des Anfahrens durch die Regelungseinrichtung allein die Drehzahl des Verdichters verändert. Auch kann die Regelungseinrichtung eingerichtet sein, die weiteren vorteilhaften, oben beschriebenen Regelungen durchzuführen. Mit weiterem Vorteil ist der Vorwärmer bzw. eine Einrichtung zur Regelung der Vorwärmung so eingerichtet, dass die wässrige Lösung nach Passieren des Vorwärmers eine Temperatur von 80°C bis 98°C, insbesondere von 93°C bis 96 °C aufweist. In vielen Anwendungen wird ein Programm zum Anfahren und Beenden des Prozesses benötigt, wohingegen danach mit Vorteil eine Selbstregulierung des Prozesses bei konstanter Drehzahl des Gebläses erfolgen kann.
Mit besonderem Vorteil wird abgesehen von dem Verdichter keine weitere Pumpe vorgesehen.
Insbesondere wird der Einlauf für die Beschickung des Vorwärmers und der Vorwärmer sowie der Verdampfer so angeordnet, dass sich die wässrige Lösung durch die Schwerkraft durch den Vorwärmer in den Verdampfer bewegt.
Durch diese Anordnung wird die Selbstregulierung des Prozesses dadurch unterstützt, dass der Massenstrom sich von selbst auf die tatsächlich eingestellte Verdampferkapazität einstellt, und die Massenströme von Kondensat, das seine Wärme abgibt, und das Rohwasser, das diese Wärme aufnimmt, von selbst im richtigen Verhältnis stehen. Die Massenströme sind ausgeglichen, und das nicht nur nach der Masse, sondern besonders auch zeitlich. Mit besonderem Vorteil wird eine Solarthermieanlage oder Photovoltaikanlage vorgesehen, die die Energie für die Zuheizung, zumindest teilweise, liefert und somit entsprechend mit der Zuheizung verbunden ist. Insbesondere wird neben der beschriebenen Zuheizung und der Heizung durch den verdichteten Dampf keine weitere Heizung vorgesehen.
Mit besonderem Vorteil weisen die Verdampferrohre einen Innendurchmesser auf, der so bemessen ist, dass sich in den Verdampferrohren eine laminare Strömung einstellt und keine turbulente Strömung.
Das Rücklaufrohr weist vorteilhafterweise einen Innendurchmesser auf, der erfindungsgemäß so bemessen ist, dass sich eine Querschnittsfläche ergibt, die ebenso groß ist wie die Gesamtquerschnittsfläche der Verdampferrohre. Vorzugsweise ist erfindungsgemäß die Anzahl an Verdampferrohren entsprechend der zur Wärmeübertragung benötigten Fläche gewählt. Außerdem ist vorzugsweise erfindungsgemäß die zur Wärmeübertragung benötigte Fläche in Abhängigkeit von der geplanten Kapazität der Anlagegewählt. Mit besonderem Vorteil sind die Verdampferrohre mit gleichbleibendem Durchmesser und gerade ausgebildet.
Mit besonderem Vorteil wird als Verdampfer ein Drehkolbengebläse, insbesondere bei einer Solldrehzahl von 4.000 bis 5.000, insbesondere von 4.500 Umdrehungen pro Minute und/oder bei einer Solldrehzahl von 2.000 bis 4.000, insbesondere von 2.500 Umdrehungen pro Minute eingesetzt. Mit besonderem Vorteil wird eine Füllstandsregelung des Verdampfers, insbesondere durch Schwimmer, vorgesehen, die insbesondere über ein stetiges Ventil einen Wasserstand einstellt.
Das stetige Ventil sorgt erfindungsgemäß dafür, dass das Rohwasser nicht schwallartig in den Vorwärmer und den Verdampfer strömt und so den Naturumlauf und damit den ganzen Prozess zum erliegen bringt. Außerdem ermöglicht es die Selbstregulierung der Massenströme. Durch diese Anordnung wird die Selbstregulierung des Prozesses unterstützt, dadurch dass der Massenstrom sich von selbst auf die tatsächlich eingestellte Verdampferkapazität einstellt, und die Massenströme von Kondensat, das seine Wärme abgibt, und das Rohwasser, das diese Wärme aufnimmt, von selbst im richtigen Verhältnis stehen. Die Massenströme sind ausgeglichen, und das nicht nur nach der Masse, sondern besonders auch zeitlich.
Mit besonderem Vorteil ist im Brüdenraum des Verdampfers ein Schaumzerstörer vorgesehen. Insbesondere wird der erzeugte Dampf durch ein Labyrinth geführt, um Eintritt von Spritzwasser oder ähnlichem in den Verdichter zu verhindern. Mit besonderem Vorteil wird dabei ein zentrales Blech sowie ein peripheres Blech vorgesehen, die zusammen ein Labyrinth bilden und mit ihren freien Enden in Richtung der Verdampferrohre geneigt sind, so dass ggf. entstehendes Kondensat abtropfen kann.
Die Führung des Dampfes aus dem Verdampfer in Richtung des Verdichters wird vorteilhafterweise senkrecht eingerichtet. Hinter dem Verdampfer wird vorteilhafterweise eine Umlenkung vorgesehen und sodann eine wiederum senkrechte Führung des verdichteten Dampfes in die Dampf kammer vorgesehen. In der Dampf kammer sammelt sich auch das Kondensat. Die den Dampf führenden Rohre weisen, insbesondere bei einer Anlagenkapazität von 20 bis 40, vorzugsweise bis 70 Liter pro Stunde Kondensat, vorteilhafterweise einen Durchmesser von 60 bis 100, insbesondere von 70 bis 90 mm auf. Vorteilhafterweise sind die den Dampf führenden Rohre zumindest teilweise aus einem elastischen, insbesondere vibrationsdämpfenden Material, insbesondere Silikon, gefertigt um die Vibrationen des Verdichters zu dämpfen und eine Übertragung auf den Verdampfer zu minimieren.
Mit Vorteil werden alle Stutzen im Brüdenraum des Verdampfers derart schräg ausgeführt, dass potentiell entstehendes Kondensat in die wässrige Lösung im Verdampfer zurücktropfen kann. Mit Vorteil wird eine Entgasungsvorrichtung vor der Vorwärmung bzw. vor dem Verdampfer vorgesehen.
Mit Vorteil wird der Verdichter über dem Brüdenraum und/oder über der Dampfkammer angeordnet. it weiterem Vorteil wird ein Steigrohr mit Schauglas derart angeordnet, dass es mit dem die wässrige Lösung führenden Raum des Verdampfers und dem Brüdenraum des Verdampfers verbunden ist und eine Kontrolle des Wasserstandes erlaubt.
Mit besonderem Vorteil wird in der Dampfkammer ein Kondensataustritt zentral am tiefsten Punkt vorgesehen. Dazu weist der Boden der Dampfkammer eine, vorteilhafterweise zentral angeordnete, Senke auf.
Durch eine derartige Anlage bzw. eine derartige Verfahrensweise kann ein Energiebedarf zur Reinigung bzw. Entsalzung von wässriger Lösung von beispielsweise nur 25kWh/m3 und/oder nur 70 kWh pro 1000 kg oder weniger erzielt werden.
Die Erfindung weist insbesondere folgende Merkmale auf:
1 . Verfahren zur Aufbereitung von wässrigen Lösungen, wobei a. die wässrige Lösung vorgewärmt wird b. die vorgewärmte wässrige Lösung einem Verdampfer an dem unteren Ende zur Erzeugung von Dampf zugeführt wird c. der Dampf von dem oberen Ende des Verdampfers,
insbesondere direkt, einem Verdichter zur Verdichtung zugeführt wird d. der verdichtete Dampf, insbesondere direkt, zur
Energiezufuhr in den Verdampfer genutzt wird e. der abgekühlte, gegebenenfalls zumindest teilweise kondensierte Dampf zur Vorwärmung der wässrigen Lösung verwendet wird
dadurch gekennzeichnet, dass
die vorgewärmte wässrige Lösung im Verdampfer in von dem verdichteten Dampf umspülten Verdampferrohren erhitzt wird, und
mindestens eine, insbesondere schräg angeordnete, Zuheizung im oder vor dem Verdampfer vorgesehen wird.
Verfahren nach Merkmal 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rücklaufrohr mit gegenüber den Verdampferrohren größerem Querschnitt vorgesehen wird und die wässrige Lösung in zumindest teilweise in aufsteigender Richtung in Richtung des Rücklaufrohrs geneigten Verdampferrohren erhitzt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentrales Verdampferrohrbündel vorgesehen und das Rücklaufrohr außerhalb des
Verdampferrohrbündels angeordnet wird und der verdichtete Dampf zentral, insbesondere über mindestens ein zentral angeordnete, insbesondere konisches Prallblech, in das
Verdampferrohrbündel geführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgewärmte wässrige Lösung nach passieren des Vorwärmers eine Temperatur von 80°C bis 98°C, insbesondere von 93 °C bis 96 °C aufweist. Verfahren nach einem der vorstehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck am oberen Ende des Verdampfers durch Regelung der Zuheizung und/oder des Verdichters auf 0,9 bis 1 , 1 5 bar, insbesondere auf 0,98 bis 1 , 1 bar, insbesondere auf 1 ,05 bar, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme der im Verdampfer
zurückbleibenden Sole zur Vorheizung, Zuheizung oder Heizung in einem weiteren Verdampfer, insbesondere nach einem der
Merkmale 1 bis 7, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme des Dampfes nach Vorwärmung der wässrigen Lösung oder überschüssiger Dampf zur Vorheizung, Zuheizung oder Heizung in einem weiteren Verdampfer,
insbesondere nach einem der Merkmale 1 bis 7, insbesondere zur Aufkonzentration der Sole, verwendet wird.
Anlage zur Aufbereitung wässriger Lösung aufweisend einen Vorwärmer, einen Verdampfer, insbesondere
Naturumlaufverdampfer, sowie einen Verdichter, wobei die Anlage so eingerichtet ist, dass die wässrige Lösung dem
Verdampfer zugeführt wird und im Verdampfer erzeugter Dampf, insbesondere direkt, dem Verdichter zugeleitet wird und der verdichtete Dampf, insbesondere direkt, dem Verdampfer und anschließend das heiße Kondensat dem Vorwärmer zugeleitet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer Verdampferrohre zur Erhitzung der wässrigen Lösung sowie eine diese Verdampferrohre umgebende
Kondensatkammer aufweist, in die der verdichtete Dampf geleitet wird, und
mindestens eine, insbesondere schräg angeordnete, Zuheizung im oder vor dem Verdampfer vorgesehen ist. Anlage nach Merkmal 8, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Rücklaufrohr mit gegenüber den Verdampferrohren größerem Querschnitt vorgesehen ist und die Verdampferrohre zumindest teilweise in aufsteigender Richtung in Richtung des Rücklaufrohrs geneigt sind. Anlage nach einem der vorstehenden Merkmale 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentrales Verdampferrohrbündel vorgesehen und das Rücklaufrohr außerhalb des
Verdampferrohrbündels angeordnet ist und Dampfeintritt für den verdichteten Dampf zentral bezogen auf das
Verdampferrohrbündel angeordnet ist und insbesondere
mindestens ein zentral angeordnetes, insbesondere konisches, Prallblech, zum Umlenken des verdichteten Dampfes in Richtung der Verdampferrohre vorgesehen ist. Anlage nach einem der vorstehenden Merkmale 8 bis 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungseinrichtung vorgesehen ist, die die Zuheizung und/oder den Verdichter so regelt, dass der Druck am oberen Ende des Verdampfers durch Regelung der Zuheizung und/oder des Verdichters auf 0,9 bis 1 , 1 5 bar, insbesondere auf 0,98 bis 1 , 1 bar, insbesondere auf 1 ,05 bar, eingestellt ist. 1 2. Anlage nach einem der vorstehenden Merkmale 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwärmer so eingerichtet ist, dass die wässrige Lösung nach passieren des Vorwärmers eine Temperatur von 80°C bis 98°C, insbesondere von 93°C bis 96 °C aufweist.
Weitere Vorteile und mögliche Ausführungsalternativen sollen anhand der rein schematischen und nicht beschränkenden Figuren näher aufgezeigt werden. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anlage;
Fig. 2 zeigt schematisch einen Vertikalschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Anlage; Fig 3 zeigt einen Horizontalschnitt der Anlage gemäß Fig. 2 entlang der Linie III - III in Fig.2.
Zu erkennen in Fig. 1 ist eine Zuheizung H zur Zuheizung mit ihrem Hotspot (HS) der vorgewärmten wässrigen Lösung. Ebenfalls zu erkennen ist ein Brüdenraum mit Schaumzerstörern SZ sowie ein Verdichter V und eine Dampfkammer D. In der Dampfkammer sammelt sich auch das Kondensat. Desweiteren gezeigt sind Verdampferrohre R und ein Rücklaufrohr B und kegelförmige Prallbleche E. Darüber hinaus gezeigt sind schräge Stutzen C, der Wasserspiegel WS, ein Schauglas SG, ein Soleaustritt SA, ein Kondensataustritt KA und ein Rohwasserzulauf ZL.
Die vorgewärmte wässrige Lösung, die durch eine nicht gezeigte Zuleitung zugeführt wird, wird durch die Zuheizung H bzw. den verdichteten Dampf A, der die Verdampferrohre R umspült, erhitzt. So entsteht ein Dichtegradient innerhalb der Rohre, wodurch das erwärmte Rohwasser nach oben strömt. Der Wasserspiegel WS der wässrigen Lösung befindet sich oberhalb der Verdampferrohre R, welche in einem nicht dargestellten Rohrboden enden. Oberhalb der Verdampferrohre R verdampft die wässrige Lösung zu Dampf F, der durch ein durch die Schaumzerstörer SZ gebildetes Labyrinth zum Verdichter V aufsteigt bzw. von diesem angesaugt wird. Im Verdichter V wird der Dampf F verdichtet und als verdichteter Dampf A in der Dampfkammer D geführt. Dazu wird der verdichtete Dampf A senkrecht und zentral zwischen die Verdampferrohre R geführt. Zur Verteilung des verdichteten Dampfes A sind die kegelförmigen Prallbleche E vorgesehen. Der Dampf A kann sodann, zumindest teilweise kondensiert, durch den Kondensataustritt KA aus der Dampfkammer D austreten und einem Vorwärmer zugeführt werden.
Durch den Soleaustritt SA kann Sole abgeführt werden. Der Soleaustritt wird, damit er nicht durch anfallende unlösliche Bestandteile verstopft, großzügig dimensioniert und mit einem Vibrator versehen, der je nach Bedarf eingeschaltet werden kann und die Agglomeration löst. Das Schauglas SG ist zur Beobachtung des Wasserspiegels WS vorgesehen. Es weist einen schrägen Stutzen C auf, der nach innen und unten geneigt ist, damit entstehendes Kondensat in die wässrige Lösung zurücktropfen kann. Die Schaumzerstörer SZ bilden ein Labyrinth aus, das einen direkten Übertritt von Spritzwasser, Schaum oder ähnlichem in den Verdichter V verhindert. Gegen mitgerissene Tropfen kann als Tropfenabscheider ein Geflecht oder Demister eingesetzt werden. Dabei sind die Schaumzerstörer SZ aus Blechen ausgeführt und so geneigt, dass Kondensat in die wässrige Lösung zurücktropfen kann.
Die Figur 2 zeigt ebenfalls einen Axialschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage. Übereinstimmend mit der in Figur 1 gezeigten Ausgestaltung weist die in Figur 2 veranschaulichte erfindungsgemäße Anlage einen Rohwasserzulauf ZL auf. Dieser ist jedoch in der Figur 2 ausdrücklich eingezeichnet. Wie zu erkennen, befindet sich der Rohwasserzulauf ZL seitlich am unteren Abschnitt eines im wesentlichen zylindrischen Tanks 1 , dessen Mittelachse 2 im bestimmungsgemäßen Gebrauch vertikal ausgerichtet ist.
In dem Tank 1 ist mittig im Wesentlichen entlang der Mittelachsel 2 des Tanks 1 axial oberhalb des Rohwasser Zulaufs ZL eine
Verdampfer-/Kondensatoreinheit 3 angeordnet. Der Aufbau entspricht jenem der entsprechenden Einheit der in Figur 1 gezeigten
Ausführungsform der Erfindung. Die Verdampfer-/Kondensatoreinheit 3 umfasst eine im wesentlichen zylindrische Seitenwand 9, welche mit einem oberen Rohrboden 10 und einem unteren Rohrboden 1 1 gegenüber dem im Betrieb mit Rohwasser gefüllten Innenraum des Tanks 1 zur Bildung einer Kondensatkammer K abgeschlossen ist.
Durch die Kondensatkammer K ist eine Anzahl gerader
Verdampferrohre R geführt, welche an ihren Enden jeweils in zugehörige Öffnungen im oberen bzw. unteren Rohrboden 10, 1 1 münden, um den Durchgang von Rohwasser von unten nach oben zu ermöglichen, wobei die Enden der Verdampferrohre R derart an den zugehörigen Öffnungen befestigt sind, dass ein Medienkontakt in den Verdampferrohren R geführter Medien mit innerhalb der
Kondensatkammer K befindlichen Medien ausgeschlossen ist.
Im oberen Rohrboden 10 der Verdampfer-/Kondensatoreinheit 3 ist mittig eine axiale Eingangsöffnung 1 2 ausgebildet.
Zwischen der Seitenwand 9 der Verdampfer-/Kondensatoreinheit 3 und der Wand des Tanks 1 ist ein ringraumartiger Rücklauf bereich 1 3 ausgebildet. Rücklauf bereich 1 3 ist also radial außen durch die
Wandung des Tanks 1 begrenzt. Der Rücklauf bereich 1 3 hat somit die Form eines Hohlzylinders, welcher die Verdampfer- /Kondensatoreinheit 3 umgibt.
Die Verdampfer-/Kondensatoreinheit 3 ist im Betrieb, wie in Figur 2 zu erkennen, vollständig unterhalb des Nenn-Wasserspiegels WS des zu behandelnden Rohwassers angeordnet. Wie ebenfalls schon in Bezug auf Figur 1 erläutert, befindet sich oberhalb des Nenn-Wasserspiegels WS innerhalb des Tanks 1 ein Brüdenraum 4. der Brüden Raum 4 ist durch ein durch die Schaumzerstörer SZ gebildetes Labyrinth von dem unteren, die Verdampfer-/Kondensatoreinheit 3 enthaltenden Raum derart abgetrennt, das Dampf aus dem unteren Abschnitt des Tanks 1 in den Brüdenraum 4 aufsteigen kann.
Aus dem Brüdenraum 4 wird der Dampf F durch einen Verdichter V am oberen Ende des Tanks 1 über eine außerhalb der Mittelachse des Tanks 1 angeordnete Auslassöffnung 1 4 abgesaugt und in eine Druckdampfleitung 5 hinein verdichtet. Die Druckdampfleitung 5 ist von oben entlang der Mittelachse 2 des Tanks 1 in den Tank 1 geführt und mündet über die Eingangsöffnung 1 2 im oberen Rohrboden 1 0 der Verdampfer-/ ondensatoreinheit 3 in den Kondensatraum K. Die Verbindung zwischen der Druckdampfleitung 5 mit der Eingangsöffnung 1 2 ist so ausgestaltet, dass ein Medienkontakt in der Druckdampfleitung 5 geführter Medien mit innerhalb des Tanks 1 aber außerhalb des Kondensatraums K befindlichen Medien ausgeschlossen ist.
Der obere, den Brüdenraum 4 begrenzende Abschnitt des Tanks 1 ist über einen umlaufenden Flansch 6 von dem unteren Abschnitt des Tanks 1 , in welchem im Betrieb das Rohwasser bis zum Nenn- Wasserspiegel WS steht, befestigt. Der umlaufende Flansch 6 liegt knapp oberhalb des oberen Rohrbodens 10 sowie oberhalb des Nenn- Wasserspiegels WS. Jedoch liegt der umlaufende Flansch 6 unterhalb des schrägen Stutzens C im oberen Abschnitt des Tanks 1 . Der auf die beschriebene Weise angeordnete umlaufende Flansch 6 ermöglicht es erfindungsgemäß mit Vorteil, den oberen Abschnitt des Tanks 1 zu entfernen, ohne dass das Rohwasser aus dem Tank 1 entfernt werden müsste. Dies führt im Betrieb zu folgenden Vorteilen:
— Einfache mechanische Reinigung durch frei von oben erreichbare gerade Rohre
— kein Trockenfallen der Rohre
— keine Keimbildung durch Trocknen der Innenseite der Rohre
— mangels Keimbildung auch keine Verkrustung
— keine Schmutzanhaftung durch Trocknung der Rohre von innen; — schnelle Wiederinbetriebnahme;
— Absinken von Schmutzpartikeln auf den Boden des Tanks 1 , wo sie durch den Soleabfluss SA ausgespült werden können, um nicht wieder in den Prozess zu gelangen.
Am unteren Ende des Tanks 1 befindet sich ein Soleaustritt SA sowie eine nur schematisch angedeutete Vibrationsvorrichtung 7. Die Vibrationsvorrichtung 7 dient mit Vorteil zum Ausspülen von auf den Boden des Tanks 1 abgesunkenen Schmutzpartikeln durch den Soleaustritt SA.
Weiter ist in Figur 2 zu erkennen, dass die Zuheizung H einen Hotspot HS aufweist. Die Zuheizung H gibt Wärme an das Umgebungsmedium, also an das Rohwasser, nur im Bereich des Hotspot HS ab. Die Zuheizung H kann gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel aus einem Heizelement bestehen, bei dem die Erwärmung über den elektrischen Widerstand eines Leiters erfolgt, wobei ein Hüllrohr aus einem für das jeweilige Rohwasser geeigneten Werkstoff sicherstellt, dass eine Wärmeabgabe nur im Bereich des Hotspot HS erfolgt.
Mit Vorteil lässt sich erfindungsgemäß der Naturumlauf durch geeignete Platzierung des Hotspot HS der Zuheizung H im Tank 1 unterhalb der Verdampfer-/Kondensatoreinheit 3 unterstützen. Wie in Figur 2 skizziert, befindet sich der Hotspot HS der Zuheizung H axial im Bereich unterhalb der Verdampfer-/Kondensatoreinheit 3 knapp unterhalb des Rohwasserzulaufs ZL und radial im äußeren Umfangsbereich des unteren Rohrbodens 1 1 , in welchem an Öffnungen Verdampferrohre R am unteren Rohrboden 1 1 befestigt sind, wie oben erläutert. Auf diese Weise vermag die Zuheizung H bei deren Zuschaltung einen Konvektionsstrom 8 zu erzeugen, welcher in axialer Richtung nach oben in Richtung auf den unteren Rohrboden 1 1 gerichtet ist und somit Rohwasser durch die Öffnungen in die daran befestigten Verdampferrohre R leitet.
Einige der Verdampferrohre R sind, wie sowohl in dem
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 als auch in dem
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ersichtlich, gegenüber der
Mittelachse 2 und somit gegenüber der Vertikalen in einem
Neigungswinkel φι . 92 bzw. 93 geneigt angeordnet. Die Neigung ist dabei so gewählt, dass die geneigten Verdampferrohre R am oberen Rohrboden 1 0 an einem radial weiter außen gelegenen Punkt befestigt sind als am unteren Rohrboden 1 1 . Wie in den Figuren 1 und 2 schematisch veranschaulicht, ist der Neigungswinkel φι der radial am weitesten innenliegenden Verdampferrohre R größer als der
Neigungswinkel 92 der radial nach außen benachbarten
Verdampferrohre R. Weiter ist der Neigungswinkel 92 der zuletzt genannten Verdampferrohre R größer als der Neigungswinkel 93 der radial noch weiter außen liegenden Verdampferrohre R. In den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen beträgt der
Neigungswinkel 91 der radial innenliegenden Verdampferrohre R etwa 40° und der Neigungswinkel 93 der radial außenliegenden
Verdampferrohre R etwa 10° . Die Verdampferrohre R weisen einen über ihre Länge konstanten Durchmesser auf. Aufgrund der Neigung der radial innenliegenden Verdampferrohre R um den Neigungswinkel φι wie beschrieben verbleibt im Kondensatraum K ein um die Mittelachse 2 symmetrischer, sich in axialer Richtung von oben nach unten verjüngender kegelstumpfförmiger Raum 1 5, welcher nicht von Verdampferrohren R gekreuzt ist. Der kegelstumpfförmige Raum 1 5 innerhalb der Kondensatkammer K mündet in einen
Kondensataustritt KA. Um zu verhindern, dass verdichteter Dampf A aus der Druckdampfleitung 5 über die Eingangsöffnung 1 2 in den kegelstumpfförmigen Raum 1 5 innerhalb der Kondensatkammer K eintritt und die Kondensatskammer K quasi im Kurzschluss über den Kondensataustritt KA ohne Umspülen der Verdampferrohre R verlässt, ist in dem kegelstumpfförmigen Raum 1 5 ein kegelförmiges Prallblech angeordnet, dessen Spitze nach oben orientiert ist. Zur weiteren Veranschaulichung ist in Figur 3 ein Horizontalschnitt entlang der Linie III-III in Figur 2 unmittelbar oberhalb des oberen Rohrbodens 10 gezeigt, wobei das Steigrohr mit dem Schauglas SG nicht gezeigt ist. Außerdem ist das Prallblech E nicht zu erkennen. Über den Rohwasserzulauf ZL wird in den Tank 1 Rohwasser, beispielsweise Meerwasser, eingeleitet. Dies kann beispielsweise mittels Schwerkraft erfolgen. Dabei ist einzig entscheidend, dass während des Betriebs das Rohwasser bis zu dem Nenn-Wasserspiegel WS gefüllt ist.
Zum Anfahren der Anlage wird nun die Zuheizung H eingeschaltet und es wird der Verdichter V betrieben. Die Zuheizung H erzeugt an ihrem Hotspot HS innerhalb des Rohwassers den Konvektionsströmung 8 in Richtung der Verdampfer-/ ondensatoreinheit 3. Dabei wird
Rohwasser durch die Verdampferrohre R geführt.
Sobald aufgrund der Heizwirkung der Zuheizung H oberhalb des Wasserspiegels WS Dampf entsteht, tritt dieser über den
Schaumzerstörer SZ in den Brüdenraum 4 und wird dort von dem Verdichter V angesaugt und in die Druckdampfleitung 5 eingeleitet. Der verdichtete Dampf A wird sodann durch die Eingangsöffnung 1 2 im oberen Rohrboden 1 0 der Verdampfer-/Kondensatoreinheit 3 in den kegelstumpfförmigen Raum 1 5 eingeleitet. Dabei trifft der verdichtete Dampf A auf das kegelförmige Prallblech E und wird dort in radialer Richtung abgelenkt, um die Verdampferrohre R zu umströmen. Dabei gibt der verdichtete Dampf A Kondensationswärme an das in den Verdampferrohren R befindliche Rohwasser ab, so dass der verdichtete Dampf A im Kondensatraum K kondensiert. Das Kondensat wird über den Kondensatauslass KA abgeführt. Nach dem Anfahrvorgang kann die Zuheizung H abgeschaltet werden.
Im angelaufenen Zustand ist ein Naturumlauf in Gang gesetzt, bei welchem Rohwasser vom Bereich oberhalb des oberen Rohrbodens 10 der Verdampfer-/Kondensatoreinheit 3 über den ringraumartigen Rücklauf bereich 1 3 rückgeführt wird und erneut durch die
Verdampferrohre R geleitet wird. Der Naturumlauf entsteht dabei im wesentlichen aufgrund der Dichtegradienten. Eine Regelung der Anlage, soweit eine Selbstregelung bei bestimmten Betriebszuständen nicht ausreicht, erfolgt erfindungsgemäß durch Variieren der Drehzahl des Verdichters V und oder/durch Variieren der Heizleistung der Zuheizung H. Sowohl die Verdichterdrehzahl als auch die Heizleistung können als Stellgrößen zur Regelung des Drucks im Brüdenraum 4 verwendet werden. Es hat sich erfindungsgemäß überraschend gezeigt, dass die Verwendung einer oder mehrerer nur lokaler Zuheizungen H besonders gut geeignet ist, den Naturumlauf in Gang zu setzen bzw. im vorgenannten Sinne zu regeln.
Erfindungsgemäß kann außerdem überraschend aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung trotz der verhältnismäßig geringen Strömungsgeschwindigkeiten beim Naturumlauf eine Verkrustung weitestgehend vermieden werden.
Bezugszeichenliste
1 Tank
2 Mittelachse
3 Verdampfer-/Kondensatoreinheit
4 Brüdenraum
5 Druckdampfleitung
6 umlaufender Flansch
7 Vibrationsvorrichtung
8 Konvektionsstrom
9 Seitenwand
1 0 oberer Rohrboden
1 1 unterer Rohrboden
1 2 Eingangsöffnung
1 3 ringraumartiger Rücklaufbereich
1 4 Auslassöffnung
1 5 kegelstumpfförmiger Raum
φι Neigungswinkel Neigungswinkel
(p3 Neigungswinkel
A verdichteter Dampf
B Rücklaufrohr
C schräger Stutzen
D Dampfkammer
E kegelförmiges Prallblech
F Dampf
HS Hotspot der Zuheizung
R Verdampferrohre
WS Wasserspiegel
SZ Schaumzerstörer SG Schauglas
SA Soleaustritt
KA Kondensataustritt
H Zuheizung
V Verdichter
ZL Zulauf Rohwasser

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zur Aufbereitung von wässrigen Lösungen, wobei a. die wässrige Lösung von unten einem Verdampfer mit
Durchströmungsrichtung von unten nach oben zur Erzeugung von Dampf zugeführt wird b. der oberhalb des Verdampfers anfallende Dampf verdichtet wird c. der verdichtete Dampf zur Energiezufuhr in den Verdampfer eingeleitet wird d. der abgekühlte, kondensierte Teil des in den Verdampfer eingeleiteten Dampfes als Kondensat abgeführt wird, w o b e i e. die wässrige Lösung im Verdampfer in von dem
verdichteten Dampf umspülten Verdampferrohren erhitzt wird, und
verbleibende wässrige Lösung, welche den Verdampfer durchströmt hat, unter Wärmeaustausch mit dem Verdampfer im Rücklauf erneut dem Verdampfer von unten zur Erzeugung von Dampf zugeführt wird; und die wässrige Lösung zusätzlich unterhalb des Verdampfers zur Erzeugung eines lokalen vertikalen Konvektionsstroms in Richtung des Verdampfers lokal erhitzt wird, wobei eine radiale Ausdehnung des lokalen
Konvektionsstroms kleiner als die radiale Ausdehnung des Verdampfers ist. Verf ahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der wässrigen Lösung in gegenüber der Vertikalen geneigter Strömungsrichtung durch den Verdampfer geleitet wird und wässrige Lösung von oberhalb des Verdampfers im Rücklauf im wesentlichen in vertikaler Strömungsrichtung dem Verdampfer von unten zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck am oberen Ende des Verdampfers durch Variierung der Leistung der Zuheizung und/oder der
Drehzahl des Verdichters (V) geregelt wird.
Anlage zur Aufbereitung wässriger Lösung aufweisend einen Verdampfer, insbesondere Naturumlaufverdampfer, sowie einen Verdichter (V), wobei die Anlage so eingerichtet ist, dass die wässrige Lösung dem Verdampfer von unten zugeführt wird und im Verdampfer erzeugter Dampf (F) dem Verdichter (V) zugeleitet wird und der verdichtete Dampf (A) in den Verdampfer eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass
der Verdampfer Verdampferrohre (R) zur Erhitzung der wässrigen Lösung sowie eine die Verdampferrohre (R) umgebende
Dampfkammer aufweist, in die der verdichtete Dampf (A) geleitet wird, wobei
mindestens ein im wesentlichen hohlzylinderartig ausgebildeter Rücklaufbereich (13, B), welcher die Dampfkammer umgibt, vorgesehen ist und wobei zumindest einige der
Verdampferrohre (R) in aufsteigender Richtung in Richtung des Rücklaufbereichs (13, B) geneigt sind. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf bereich einen größeren Querschnitt als die Verdampferrohre (R) aufweist.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zuheizung (H) unterhalb des Verdampfers vorgesehen ist.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuheizung (H) zur Erzeugung eines lokalen vertikalen Konvektionsstroms in Richtung des Verdampfers eine
Wärmeübertragungsfläche aufweist, wobei vorzugsweise deren radiale Ausdehnung im wesentlichen höchstens dem Durchmesser eines Verdampferrohrs entspricht.
Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentrales Verdampferrohrbündel vorgesehen und der Rücklaufbereich (13, B) außerhalb des
Verdampferrohrbündels angeordnet ist und Dampfeintritt für den verdichteten Dampf (A) zentral bezogen auf das
Verdampferrohrbündel angeordnet ist und insbesondere
mindestens ein zentral angeordnetes, insbesondere konisches, Prallblech (E), zum Umlenken des verdichteten Dampfes (A) in Richtung der Verdampferrohre (R) vorgesehen ist.
Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungseinrichtung
vorgesehen ist, die die Wärmeleistung der Zuheizung (H) und/oder die Drehzahl des Verdichters (V) so variiert, dass der Druck am oberen Ende des Verdampfers auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird.
Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorwärmer so eingerichtet ist, dass die wässrige Lösung nach Passieren des Vorwärmers eine Temperatur von 80°C bis 98 °C, insbesondere von 93 °C bis 96 °C aufweist.
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