Verdampfungsdestillierapparat von BRAM-COR (Italien)
Verdampfungsverdampfung ist die Verdampfungsmethode, mit der ein Gebläse, ein Kompressor oder ein Strahlejektor zum Verdichten und damit zum Erhöhen des Drucks des Dampf erzeugt. Da der Druckanstieg des Dampfes auch zu einer Erhöhung der Kondensationstemperatur führt, kann derselbe Dampf als Heizmedium für die zu konzentrierende "Mutter" -Flüssigkeit oder -Lösung dienen, aus der der Dampf zunächst erzeugt wurde. Wenn keine Kompression vorgesehen wäre, hätte der Dampf die gleiche Temperatur wie die siedende Flüssigkeit / Lösung, und es könnte keine Wärmeübertragung stattfinden.
Manchmal wird es auch als VCD (Vapor Compression Destillation) bezeichnet. Wenn die Komprimierung durch einen mechanisch angetriebenen Kompressor oder ein Gebläse durchgeführt wird, wird dieser Verdampfungsprozess üblicherweise als MVR (mechanische Dampfrekomprimierung) bezeichnet. Bei der Verdichtung mit Hochdruck-Dampfstrahlern spricht man üblicherweise von Thermokompression oder Dampfkompression .
MVR-Verfahren
Energieeintrag
In diesem Fall liegt der Energieeintrag in das System im Pumpen Energie des Kompressors. Der theoretische Energieverbrauch wird gleich sein
wobei
- E ist die gesamte theoretische Pumpenergie
- Q ist die Masse der Dämpfe, die durch den Kompressor strömen.
- H 1 H 2 sind die gesamten Wärmeinhalte der Einheit Masse der Dämpfe vor bzw. nach dem Verdichter.
In SI-Einheiten werden diese jeweils in kJ, kg und kJ / kg gemessen.
Der tatsächliche Energieeintrag ist größer als der theoretische Wert und hängt vom Wirkungsgrad des Systems ab, der üblicherweise zwischen 30% und 60% liegt. Angenommen, der theoretische Energieeintrag beträgt 300 kJ und der Wirkungsgrad 30%. Der tatsächliche Energieeintrag würde 300 x 100/30 = 1.000 kJ betragen.
In einer großen Einheit liegt die Kompressionsleistung zwischen 35 und 45 kW pro Tonne komprimierter Dämpfe. [ Klärung erforderlich
Ausrüstung für MVR-Verdampfer ] edit ]
Der Kompressor ist notwendigerweise der Kern der Einheit. Für diese Anwendung verwendete Kompressoren sind üblicherweise vom Zentrifugaltyp oder Verdrängereinheiten wie die Roots-Gebläse, ähnlich dem (viel kleineren) Roots-Kompressor. Bei sehr großen Einheiten (Verdampfungskapazität 100 Tonnen pro Stunde oder mehr) werden manchmal Axialverdichter verwendet. Die Kompressionsarbeit liefert den überhitzten Dampf im Vergleich zum theoretischen Druck / Temperatur-Gleichgewicht. Aus diesem Grund verfügt die überwiegende Mehrheit der MVR-Geräte über einen Enthitzer zwischen Kompressor und Hauptwärmetauscher.
Thermokompression
Energieeintrag
Der Energieeintrag wird hier durch die Energie einer Dampfmenge angegeben ( Treibdampf ), bei einem Druck, der höher ist als der des Einlass- und des Auslassdampfes.
Die Menge der komprimierten Dämpfe ist daher höher als der Einlass:
Dabei ist Q d die Dampfmenge bei Ejektorabgabe, Q s bei Ejektorabsaugung und Q m die Motivdampfmenge . Aus diesem Grund verfügt ein Thermokompressionsverdampfer häufig über einen Dampfkondensator da möglicherweise ein Überschuss an Dampf für die Kompression erforderlich ist, verglichen mit dem Dampf, der zum Verdampfen der Lösung erforderlich ist.
Die Menge Q m Treibdampf pro Saugmengeneinheit ist eine Funktion sowohl des Antriebsverhältnisses von Treibdampfdruck zu Saugdruck als auch des Verdichtungsverhältnisses von Förderdruck zu Saugdruck . Grundsätzlich ist der spezifische Antriebsdampfverbrauch umso höher, je höher das Verdichtungsverhältnis und je niedriger das Antriebsverhältnis ist, d.h. e. Je weniger effizient die Energiebilanz.
Thermokompressionsausrüstung
Das Herz eines jeden Thermokompressionsverdampfers ist eindeutig der Dampfausstoßer, der auf der entsprechenden Seite ausführlich beschrieben ist. Die Größe der anderen Ausrüstungsteile wie Hauptwärmetauscher, Dampfkopf usw. (Einzelheiten siehe Verdampfer) wird durch den Verdampfungsprozess bestimmt.
Vergleich [ Bearbeiten ]
Diese beiden Kompressionsverdampfer haben unterschiedliche Anwendungsbereiche, obwohl sie sich manchmal überlappen.
- Aufgrund des geringeren Energieverbrauchs wird eine MVR-Einheit einer großen vorgezogen. Der größte Einkörper-MVR-Verdampfer (1968 von Whiting Co., später Swenson Evaporator Co., Harvey, Illinois, in Cirò Marina, Italien) war ein Salzkristallisator, der ungefähr 400 Tonnen Wasser pro Stunde verdampfte und Strömungsverdichter (Brown Boveri, später ABB). Dieses Gerät wurde um 1990 umgebaut und war der erste Effekt eines Mehrfacheffektverdampfers. Üblich sind MVR-Verdampfer ab 10 Tonnen Verdampfungsleistung.
- Das Verdichtungsverhältnis in einem MVR-Gerät überschreitet in der Regel 1,8 nicht. Bei einem Kompressionsverhältnis von 1,8 beträgt der Kondensationsdruck nach dem Komprimieren 0,101 x 1,8 = 0,1818 [MPa]wenn das Verdampfen bei Atmosphärendruck (0,101 MPa) durchgeführt wird. Bei diesem Druck beträgt die Kondensationstemperatur des Wasserdampfes am Wärmetauscher 390 K. Unter Berücksichtigung der Siedepunkterhöhung des zu verdampfenden Salzwassers (8 K für eine gesättigte Salzlösung) ergibt sich eine Temperaturdifferenz von weniger als 8 K am Wärmetauscher. Ein kleiner ∆T führt zu einer langsamen Wärmeübertragung, was bedeutet, dass wir eine sehr große Heizfläche benötigen, um die erforderliche Wärme zu übertragen. Axial-Flow- und Roots-Kompressor erreichen möglicherweise etwas höhere Kompressionsverhältnisse.
- Thermokompressionsverdampfer erreichen möglicherweise höhere Kompressionsverhältnisse – zu einem Preis. Ein Verdichtungsverhältnis von 2 ist möglich (und manchmal mehr), aber wenn der Antriebsdampf keinen angemessen hohen Druck aufweist (z. B. 16 bar g – 250 psig – oder mehr), liegt der Antriebsdampfverbrauch im Bereich von 2 kg pro Liter kg Saugdämpfe. Ein höheres Verdichtungsverhältnis bedeutet einen kleineren Wärmetauscher und geringere Investitionskosten. Darüber hinaus ist ein Kompressor eine teure Maschine, während ein Ejektor viel einfacher und billiger ist.
MVR-Maschinen werden in großen, energieeffizienten Einheiten eingesetzt, wohingegen Thermokompressionseinheiten dazu neigen, ihren Einsatz auf kleine Einheiten zu beschränken Energieverbrauch ist kein großes Problem.
Wirkungsgrad [ Bearbeiten
Der Wirkungsgrad und die Durchführbarkeit dieses Verfahrens hängen vom Wirkungsgrad der Verdichtungsvorrichtung (z. B. Gebläse, Verdichter oder Dampfstrahler) und dem erreichten Wärmeübergangskoeffizienten ab In dem Wärmetauscher treten der kondensierende Dampf und die siedende "Mutter" -Lösung / Flüssigkeit in Kontakt. Theoretisch könnte dieses Verfahren bei Unterkühlung des entstehenden Kondensats eine vollständige Rückgewinnung der latenten Verdampfungswärme ermöglichen, die ansonsten verloren gehen würde, wenn der Dampf anstelle des Kondensats das Endprodukt wäre. Daher ist diese Verdampfungsmethode sehr energieeffizient. Der Verdampfungsprozess kann ausschließlich durch die von der Kompressionsvorrichtung bereitgestellte mechanische Arbeit angetrieben werden.
Einige Verwendungen [ ]
Produktion von sauberem Wasser (Wasser für Injektionszwecke) [
Ein Dampfkompressionsverdampfer, wie Die meisten Verdampfer können aus jeder Wasserquelle einigermaßen sauberes Wasser erzeugen. Beispielsweise zeigt eine typische Analyse des resultierenden Kondensats in einem Salzkristallisator einen typischen Gehalt an Restsalz von nicht mehr als 50 ppm oder, ausgedrückt als elektrische Leitfähigkeit, von nicht mehr als 10 & mgr; S / cm. Dies führt zu Trinkwasser, wenn die anderen sanitären Anforderungen erfüllt sind. Während dies auf dem Markt nicht mit Umkehrosmose oder Demineralisierung konkurrieren kann, unterscheidet sich die Dampfkompression hauptsächlich von dieser durch die Fähigkeit, aus gesättigten oder sogar kristallisierenden Solen mit insgesamt gelösten Feststoffen (TDS) bis zu 650 g / l sauberes Wasser herzustellen. Mit den beiden anderen Technologien kann sauberes Wasser aus Quellen mit einem TDS-Wert von nicht mehr als ungefähr 35 g / l gewonnen werden.
Verdampfer werden aus wirtschaftlichen Gründen selten an tDS-armen Wasserquellen betrieben. Diese Anwendungen werden durch Umkehrosmose gefüllt. Das ohnehin schon brackige Wasser, das in einen typischen Verdampfer gelangt, wird weiter konzentriert. Die erhöhten gelösten Feststoffe erhöhen den Siedepunkt weit über den von reinem Wasser hinaus. Meerwasser mit einem TDS von ungefähr 30 g / l weist eine Siedepunkterhöhung von weniger als 1 K auf, gesättigte Natriumchloridlösung bei 360 g / l weist eine Siedepunkterhöhung von ungefähr 7 K auf. Kompressionsverdampfung, indem sie das Druckverhältnis erhöht, das der Dampfkompressor erreichen muss, um die Verdampfung zu bewirken. Da die Siedepunkterhöhung das Druckverhältnis im Kompressor bestimmt, ist sie der Hauptfaktor für die Betriebskosten.
Dampfunterstützte Schwerkraftentwässerung
Die heute zur Gewinnung von Bitumen aus den Athabasca-Ölsanden verwendete Technologie ist die wasserintensive dampfunterstützte Schwerkraftentwässerung (SAGD). [1] In den späten 1990er Jahren entwickelte der ehemalige Nuklearingenieur Bill Heins von RCC Thermal Products von General Electric Company eine Verdampfertechnologie, die als Fallfilm- oder mechanische Dampfkompressionsverdampfung bezeichnet wird. In den Jahren 1999 und 2002 installierte die MacKay River-Anlage von Petro-Canada erstmals die Zero-Liquid-Discharge-Systeme (ZLD) von GE SAGD aus den Jahren 1999 und 2002. Dabei wurde eine Kombination aus der neuen Verdampfungstechnologie und dem Kristallisationssystem verwendet, bei der das gesamte Wasser recycelt wurde und nur Feststoffe anfielen [1] Diese neue Verdampfungstechnologie begann ältere Wasseraufbereitungstechniken zu ersetzen, die in SAGD-Anlagen zum Entfernen von Siliciumdioxid und Magnesium eingesetzt wurden Das Dampfkompressionsverdampfungsverfahren ersetzte die herkömmlicherweise für die Dampferzeugung verwendeten Durchlaufdampferzeuger (OTSG). OTSG lief in der Regel mit Erdgas, das 2008 an Wert gewonnen hatte. Die Wasserqualität der Verdampfer ist viermal besser als die der Trommelkessel. Die Verdampfer erzeugen in Verbindung mit Standardtrommelkesseln Dampf, der "zuverlässiger, kostengünstiger und weniger wasserintensiv" ist. Bis 2008 hatten rund 85 Prozent der SAGD-Anlagen in den Ölsanden von Alberta die Verdampfungstechnologie übernommen. "SAGD erfordert im Gegensatz zu anderen thermischen Prozessen wie der zyklischen Dampfstimulation (CSS) 100-prozentige Dampfqualität." [1]
Siehe auch [ bearbeiten
Referenzen [ bearbeiten ]
Das Leben von Sir William Petty, 1623-1687 
