DE2407686A1

DE2407686A1 - Destillierverfahren

Info

Publication number: DE2407686A1
Application number: DE19742407686
Authority: DE
Inventors: Roger C Boomer
Original assignee: Sybron Corp
Current assignee: Sybron Transition Corp
Priority date: 1973-02-20
Filing date: 1974-02-18
Publication date: 1974-08-29
Also published as: FR2218123A1; IT1008172B; US3796640A; JPS49114575A; CA1009140A; FR2218123B1; GB1454049A

Description

Die Erfindung betrifft ein Destillierverfahren entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Destillierverfahren dieser Art wird der erzeugte Dampf komprimiert und zur Aufheizung der zu verdampfenden Flüssigkeit benutzt. Dabei wird der größte Teil der latenten Verdampfungswärme wiedergewonnen, wodurch der Energiebedarf für
das Verfahren verringert wird. Der Dampf wird im allgemeinen durch mechanische Kompressoren oder durch Strahlpumpen komprimiert, die mit einem dampfförmigen oder flüssigen Treibmittel, das sich auf einer hohen Temperatur und einem hohen Druck befindet, betrieben werden. Obwohl durch dampfbetriebene Strahlpumpen gewisse Vorteile gegenüber anderen Systemen dieser Art hinsichtlich Einfachheit
und Kosten aufweisen, weisen derartige mit einem gasförmigen Treibmittel betriebene Strahlpumpen gewisse Nachteile auf, die deren
allgemeiner Verwendbarkeit entgegenstehen.

Ein Nachteil bekannter, durch Dampfbetriebener Strahlpumpen besteht darin, daß kein thermisches Gleichgewicht vorhanden ist.

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Wenn der gesamte Abfluß der Strahlpumpe, der sowohl dem komprimierten Dampf, als auch den als Treibmittel dienenden Dampf enthält, in den Verdampfer zurückgeleitet und zum Verdampfen weiterer Flüssigkeit verwandt wird, ist die Wärmezufuhr an den Verdampfer größer als zur Erzielung eines Gleichgewichts erforderlich ist. Wenn dann keine Nutzungsmöglichkeit für einen Teil des Energieinhalts der komprimierten Dampfströmung besteht, geht ein Teil dieser Energie verloren, wodurch der Wirkungsgrad verringert wird. Ferner war es oft erforderlich, den überhitzten komprimierten Dampf abzukühlen, um geeignete WärmeaustauschVerhältnisse in dem Verdampfer aufrechtzuerhalten. Dadurch wird die Einrichtung verhältnismäßig kompliziert und der Wirkungsgrad verschlechtert.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Destillierverfahren mit Dampfkompression unter Verwendung von Strahlpumpen anzugeben, bei dem ein thermischer Gleichgewichtszustand des Verdampfers erzielbar ist, der automatisch aufrechterhalten werden kann, so daß sich ein verbesserter Wirkungsgrad ergibt.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einem derartigen Verfahren wird die zu destillierende Flüssigkeit in einem geschlossenen Gefäß wie beispielsweise einem Röhrenverdampfer verdampft und ein Dampfgenerator wird unter einem höheren Druck als der Verdampfer betrieben. Der erzeugte Dampf wird aus dem Verdampfer durch eine erste Strahlpumpe abgezogen, die durch Dampf aus dem Dampfgenerator betrieben wird, sowie durch eine zweite Strahlpumpe, die durch eine Strömung aus gereinigter Flüssigkeit bei einer Temperatur betrieben wird, die unter der Temperatur des erzeugten Dampfs liegt. Der Abfluß der ersten Strahlpumpe erfährt einen indirekten Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit in dem Verdampfer. Dadurch wird zusätzliche Flüssigkeit verdampft und praktisch der gesamte Abfluß der ersten

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Strahlpumpe kondensiert. Praktisch der gesamte durch die zweite Strahlpumpe abgezogene Dampf wird in dem Abfluß der zweiten Strahlpumpe kondensiert.

Die beiden Strahlpumpen ermöglichen die Erzielung eines thermischen Gleichgewichtszustands des Systems, so daß die Wärmemenge in dem komprimierten Dampf, die an den Verdampfer zurückgegeben wird, gerade ausreicht, die Verdampfungsgeschwindigkeit konstant zu halten. Da ferner weniger Energie für die mit flüssigem Treibmittel betriebene Strahlpumpe benötigt wird, als für die Entfernung der gleichen Dampfmenge mit der ersten Strahlpumpe erforderlich wäre, hat ein derartiges Verfahren einen besseren Wirkungsgrad als bekannte Verfahren, bei denen mit dampfförmigem Treibmittel betriebene Strahlpumpen Verwendung finden.

Vorzugsweise wird ein Teil des Abflusses der zweiten Strahlpumpe rezirkuliert, um diese anzutreiben. Deshalb kann sich automatisch ein Gleichgewichtszustand einstellen. Wenn sich Abweichungen von einem Gleichgewichtszustand einstellen und die Temperatur der Flüssigkeit zum Antrieb der zweiten Strahlpumpe ansteigt, evakuiert diese Strahlpumpe weniger Dampf aus dem Verdampfer. Wenn dies der Fall ist, beginnt die Temperatur des Abflusses der zweiten Strahlpumpe abzufallen. Wenn andererseits die Temperatur der zweiten Strahlpumpe abfällt, evakuiert diese mit flüssigem Treibmittel betriebene Strahlpumpe mehr Dampf und die Temperatur des Abflusses steigt an. Deshalb stabilisiert sich das Verfahren selbst auf eine konstante Temperatur des Abflusses der zweiten Strahlpumpe und auf eine konstante Temperatur des Treibmittels der zweiten Strahlpumpe.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Destillieranlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel soll in Verbindung mit der Destillation von Wasser erläutert werden, obwohl durch das

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Verfahren gemäß der Erfindung auch zahlreiche andere Flüssigkeiten destilliert werden können.

Das zu reinigende Wasser gelangt durch eine Speiseleitung 10 durch Wärmetauscher 11 und 3I₇ in denen das Speisewasser das destillierte Wasser abkühlt und das Destillat als Treibmittel für eine Strahlpumpe rezirkuliert wird. Wenn beispielsweise das Speisewasser wärmer als gewöhnlich ist, ist es zweckmäßig, mehr Speisewasser durch die Wärmetauscher zu leiten, als für das Auffüllen benötigt wird. In diesem Fall wird das zusätzliche Speisewasser durch die Leitung 12 abgelassen, in der ein Ventil 13 angeordnet ist, das über einen Temperaturfühler in der Leitung hinter den Wärmetauschern gesteuert wird.

Das restliche Speisewasser wird in zwei Strömungen aufgeteilt, von denen die eine über eine Schwimmer-Zuführeinrichtung 14 der Vakuumseite eines Röhrenverdampfers 15 zugeleitet wird. In dem Röhrenverdampfer strömt das Wasser nach oben durch eine Anzahl vertikaler Rohre 16, in denen das Wasser erhitzt und verdampft wird. Der erzeugte Dampf wird in den Dampfraum 17 auf der Oberseite des Röhrenverdampfers gesammelt. Wie bei den meisten Anlagen mit einer Dampfkompression ist im Boden des Röhrenverdampfers eine Hilfsheizeinrichtung 18 vorgesehen, mit der die Anlaufzeit verringert werden kann. Diese Heizeinrichtung wird abgeschaltet, sobald der Röhrenverdampfer auf seine normale Betriebstemperatur erhitzt ist.

Der Rest des zugeleiteten Speisewassers gelangt durch eine Pumpe 20 und eine zweite Schwimmer-Zuführeinrichtung 21 in einen Dampfgenerator 22, in dem eine Verdampfung mit Hilfe einer Heizeinrichtung 23 erfolgt, die elektrisch, mit Dampf oder mit Hilfe eines Brenners erhitzt wird. Der Generator 22 befindet sich unter einem höheren Druck als der Röhrenverdampfer 15 und der aus dem Generator 22 austretende Dampf wird als Treibmittel für eine Strahlpumpe 25 verwandt, die einen Teil des in dem Röhrenverdampfer 15 erzeugten Dampfs aus dem Dampfraum 17 absaugt. Der. Abfluß der Strahlpumpe 25 gelangt in die Druckseite des Röhren-

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Verdampfers und fließt um die Röhren 16. Da dieser Abfluß unter einem höheren Druck steht und eine höhere Temperatur aufweist als das Wasser in den Röhren, kondensiert der Abfluß der Strahlpumpe, während das Wasser in den Röhren siedet. Der kondensierte Abfluß der Strahlpumpe gelangt in einen Sammeltank 28 für das Destillat. Dieser Tank wird vorzugsweise auf einer verhältnismäßig hohen Temperatur gehalten, beispielsweise auf 94 C (200 P), um flüchtige Gase wie Kohlendioxid auszutreiben, die über ein Abzugsventil 29 entlüftet werden.

Das Destillat wid aus dem Tank 28 durch eine Pumpe 30 gefördert und in zwei Strömungen aufgeteilt. Die eine Strömung wird durch den Wärmetauscher 11 geleitet, in dem das Destillat gekühlt und das zugeführte Speisewasser erwärmt wird. Die andere Strömung wird durch den Wärmetauscher 31 geleitet, in dem eine weitere Erwärmung des Speisewassers erfolgt. Das aus dem Wärmetauscher 11 austretende Distillat wird ebenfalls in zwei Strömungen verteilt. Eine Strömung gelangt in die Produktleitung 32, die vorzugsweise ein durch einen Schwimmer betätigtes Ventil enthält, das in dem Sammeltank für Destillat installiert ist, oder wird durch eine Füllstand-Meßeinrichtung an dem Sammeltank gesteuert. Die andere Strömung wird mit dem Destillat aus dem Wärmetauscher 31 vermischt und dient als Treibmittel für eine zweite Strahlpumpe 35, die Dampf aus dem Röhrenverdampfer absaugt.

Der durch die Strahlpumpe 35 abgesaugte Dampf wird nicht dem Mantel des Röhrenverdampfers zugeführt, sondern in dem Abfluß dieser Strahlpumpe kondensiert und gelangt direkt in den Sammeltank 28 für Destilht. Deshalb kann durch Änderung des Anteils des von den beiden Strahlpumpen 25 und 35 abgesaugten Dampfs die aus dem Röhrenverdampfer abgezogene Dampfmenge derart eingestellt werden, daß gerade genug Wärme zugeführt wird, um eine gewünschte Verdampfungsgeschwindigkeit in dem Röhrenverdampfer zu erzielen. Vorzugsweise werden die Strahlpumpen derart ausgewählt und betrieben, daß die gewichtsmäßige Durchfluß-

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rate des durch die Strahlpumpe 3 5 abgezogenen Dampfs praktisch gleich der Durchflußrate ist, mit der Hochdruckdampf der anderen Strahlpumpe 25 zugeleitet wird. Unter diesen Voraussetzungen ist die Durchflußrate des Abflusses der Strahlpumpe 25 zu dem Mantel des Röhrenverdampfers praktisch dieselbe wie diejenige, mit der Dampf in dem Röhrenverdampfer erzeugt wird. Die Verwendung der Strahlpumpe mit Wasser als Treibmittel verringert auch die Dampfmenge, die von der Strahlpumpe mit Dampf als Treibmittel abgezogen wird. Dadurch wird die Dampfmenge verringert, die an die Druckseite des Röhrenverdampfers zugeführt wird, und vermieden, daß eine Abkühlung des überhitzten Abflusses der Strahlpumpe mit Dampf als Treibmittel erforderlich ist. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Verfahrens erhöht, weil der für die Rezirkulation des Destillats mit der Pumpe 30 erforderliche Energiebetrag, welche Pumpe bei einem verhältnismäßig niedrigen auslaßseitigen Druck von etwa 1-2 kg/cm2 ₍₁₅__{3O pgi) arbeitet/} beträchtlich geringer als der Energiebetrag ist, der von dem Abfluß der Dampfstrahlpumpe entfernt werden müßte, um ein thermisches Gleichgewicht in dem Röhrenverdampfer zu erzielen, wenn sämtlicher Dampf mit der Dampfstrahlpumpe abgezogen wird. Deshalb ermöglicht die Kombination der beiden Strahlpumpen denselben Ausstoß an Destillat mit einer geringeren Energiezufuhr.

Bei einer vorgegebenen Größe der Wasserstrahlpumpe hängt die Menge des abgezogenen Dampfs von der Temperatur und dem Druck sowie dem Temperaturanstieg des antreibenden Wassers in der Strahlpumpe ab. Um eine vollständige Kondensation des Dampfs zu gewährleisten, sollte der Temperaturanstieg des antreibenden Wassers nicht zu dessen Sieden führen, und das Druckgefälle zwischen dem Wassereinlaß und dem Abfluß sollte so groß sein, daß eine Vermischung des Dampfs mit dem antreibenden Wasser gewährleistet ist.

Wenn ein Gleichgewichtszustand in dem System erzielt werden soll, muß der Saugdruck der Wasserstrahlpumpe 35 praktisch der gleiche wie derjenige der Dampfstrahlpumpe 25 sein. Der rezirku-

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lierte Anteil des Destillats in dem Sammeltank 28 zum Antreiben der Wasserstrahlpumpe 35 dient zur automatischen Beibehaltung des geeigneten Ansaugdrucks der Wasserstrahlpumpe. Wenn die abgezogene Dampfmenge ansteigt, steigt die Temperatur des Destillats in dem Sammeltank 2 8 und die Temperatur der antreibenden Wasserströmung an. Dadurch wird der durch die Wasserstrahlpumpe erzeugte Unterdruck verringert. Wenn andererseits die Temperatur des antreibenden Wassers aus irgendeinem Grunde abfällt, zieht die Strahlpumpe 35 mehr Dampf aus dem Röhrenverdampfer ab, wodurch die Temperatur des Destillats in dem Sammeltank 28 erhöht und die Temperatur der antreibenden Flüssigkeit erhöht wird. Deshalb bewirkt die Wasserstrahlpumpe die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur der antreibenden Strömung, wodurch automatisch ein Gleichgewichtszustand für die Dampfstrahlpumpe und die Wasserstrahlpumpe erzielt wird.

Mit typischen Dampf- und Wasserstrahlpumpen wird die selbstkorrigierende Wirkung der Wasserstrahlpumpe 35 nur dann wirksam, wenn die Temperatur des antreibenden Wassers in der Nähe der Temperatur des abgezogenen Dampfs liegt. Wenn kaltes Wasser als antreibende Flüssigkeit verwandt wird, erzeugt die Strahlpumpe 35 einen größeren Unterdruck in dem Dampfraum 17, als die Dampfstrahlpumpe 25 erzeugen könnte. Wenn dieser Fall eintritt, zieht die Dampfstrahlpumpe 25 keinen Dampf mehr ab,und der Abfluß-der Dampfstrahlpumpe 25 ermöglicht keine konstante Verdampfungsgeschwindigkeit des Wassers in dem Röhrenverdampfer. Um dies zu verhindern, ist ein Ventil 36 in der Absaugleitung der Strahlpumpe 35 vorgesehen. Während des Anfahrens ist dieses Ventil geschlossen, bis der Rest der Anlage aufgeheizt ist und das Destillat von dem Sammeltank 28 über die Strahlpumpe 35 mit einer Temperatur rezirkuliert wird, die in der Nähe der Dampftemperatur liegt. Das Ventil 36 kann in Abhängigkeit von der Temperatur derart gesteuert werden, daß es geöffnet wird, wenn die Temperatur des rezirkulierten Destillats einen gewissen Grenzwert erreicht,der in typischen

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Fällen zwischen 18 und 22°C (30 und 4O°F) unter der Temperatur des Dampfs in dem Röhrenverdampfer liegt. Wenn sich das Ventil öffnet, wird in dem System in der beschriebenen Weise automatisch ein Gleichgewichtszustand herbeigeführt.

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Claims

-9-P atentan Sprüche

1. Destillierverfahren, bei dem die zu destillierende Flüssigkeit in einem geschlossenen Verdampfer und in einem Dampfgenerator verdampft wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfgenerator mit einem höheren Betriebsdruck als der Verdampfer betrieben wird, daß aus dem Verdampfer Dampf mit einer ersten Strahlpumpe abgezogen wird, die durch eine Dampfströmung aus dem Dampfgenerator angetrieben wird, daß aus dem Verdampfer Dampf mit einer zweiten Strahlpumpe abgezogen wird, die durch eine Destillatströmung mit einer Temperatur angetrieben wird, die unter der Dampftemperatur in dem Verdampfer liegt, daß der Abfluß der ersten Strahlpumpe einen Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit in dem Verdampfer erfährt, so daß zusätzliche Flüssigkeit verdampft und praktisch der gesamte Abfluß der ersten Strahlpumpe kondensiert wird, und daß praktisch der gesamte Dampf in dem Abfluß derzweiten Strahlpumpe kondensiert wird, der von dieser Strahlpumpe abgezogen wird.

2. Destillierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil des Abflusses der zweiten Strahlpumpe zum Antrieb der zweiten Strahlpumpe rezirkuliert wird.

3. Destillierverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein Teil des rezirkulierten Abflusses der zweiten Strahlpumpe gekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein Teil des rezirkulierten Abflusses durch einen direkten Wärmeaustausch mit eintretender Speiseflüssigkeit gekühlt wird.

5. Destillierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dampfabzugsrate der Flüssigkeitsstrahl-

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pumpe praktisch gleich der Rate ist, mit der Hochdruckdampf der Dampfstrahlpumpe zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfluß der Dampfstrahlpumpe kondensiert und mit dem Abfluß der Wasserstrahlpumpe vermischt wird.

7. Destillierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Wasser in einem abgeschlossenen Verdampfer und in einem Dampfgenerator unter relativ höherem Druck verdampft wird, daß Wasserdampf aus dem Verdampfer mit einer Dampfstrahlpumpe abgezogen wird, die durch Dampf aus dem Generator angetrieben wird, daß der Abfluß der Dampfstrahlpumpe in einem indirekten Wärmeaustausch mit dem Wasser in dem Verdampfer gebracht wird, um zusätzliches Wasser zu verdampfen und praktisch allen Dampf in dem Abfluß dieser Strahlpumpe zu kondensieren, daß ein Teil des kondensierten Abflusses durch eine zweite Strahlpumpe geleitet wird, die Dampf aus dem Verdampfer abzieht und praktisch allen abgezogenen Dampf in ihrem Abfluß kondensiert, und daß der Abfluß der zweiten Strahlpumpe mit dem kondensierten Abfluß der ersten Strahlpumpe vermischt und ein Teil dieser Mischung rezirkuliert wird, um die zweite Strahlpumpe anzutreiben, während der übrige Teil als Destillat abgeleitet wird.

8. Destillierverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß zuerst Dampf aus dem Verdampfer nur durch die erste Strahlpumpe angezogen wird, bis die Temperatur des rezirkulierten Abflusses eine bestimmte Höhe erreicht, und daß dann ein Teil des Dampfes aus dem Verdampfer durch die erste Strahlpumpe und der Rest durch die zweite Strahlpumpe abgezogen wird.

9. Destillierverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der rezirkulierte Abfluß vor seiner Ver-

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Wendung als Treibmittel für die zweite Strahlpumpe gekühlt wird.

10. Destillierverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet , daß der rezirkulierte Abfluß durch indirekten Wärmeaustausch mit zugeführtem Speisewasser gekühlt wird.

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