Neues Verfahren zur Meerwasserentsalzung mit Ejektor

Abstract

In dieser Arbeit wird ein neuartiges Verfahren zur Meerwasserentsalzung präsentiert, modelliert und simuliert. Die Hauptkomponenten des Entsalzungsapparates sind Platten¬¬wärme¬tauscher und Ejektoren. Auf einer Seite strömt Sole in den Wärme-tauscher, auf der anderen Seite reiner Wasserdampf bzw. reines Wasser. Die Zustände auf beiden Seiten liegen auf der Sättigungslinie. Daher besteht zwischen den Seiten ein geringer Druckunterschied und infolge dessen auch eine geringe Tempe¬raturdifferenz. Der Wasser¬dampf konden¬siert und durch die dabei frei werdende Verdampfungs-enthalpie ver¬dampft ein Teil der Sole. Der so ent¬stehende Dampf wird mit einem Ejektor angesaugt und wieder zur Verdampfung von Sole verwendet. Als Treibdampf fungiert der Dampf aus der jeweils vorherigen Stufe. So erfolgt eine optimale Energieausnutzung pro Stufe.<br />Die Modellierung des Ejektors erfolgt in dieser Arbeit mittels der Bilanzgleichungen für Masse, Energie und Impuls. Irreversibilitäten werden durch Wirkungsgrade berück-sichtigt. Die Modellierung des Plattenwärmetauschers erfolgt mit den Bilanzen für Masse und Energie.<br />Dieses Modell des Ejektors wird nun mit dem Modell für den Platten¬wärmetauscher kombiniert. Man erhält so eine Stufe des Apparates. Mehrere Stufen werden hintereinander geschaltet, um eine bessere Destillat-Ausbeute zu erhalten.<br />Zur Simulation wurde die Software EES (engineering equation solver) verwendet. Ausgehend von festgelegten Berechnungsparametern wurden zunächst Senisitivitäts-analysen durchgeführt, um die Auswirkungen der Änderung verschiedener Parameter zu untersuchen. Es stellte sich heraus, dass die Wirkungsgrade bei der Ejektor-Modellierung einen großen Einfluss auf das Endergebnis haben. Um die Leistung des Prozesses in zu beschreiben, wurden Kennzahlen definiert. Zum Schluss wird der hier dargestellte Prozess mit Daten von realen Anlagen anhand dieser Kennzahlen verglichen.

In this work a new process for seawater desalination is presented, modeled and simulated. The main components of the desalination apparatus are plate heat exchangers and ejectors. Brine flows into one side of the heat exchanger, into other side flows clean vapor and clean water, respectively. Between the two sides there is a little pressure difference and therefore a little temperature difference, because both streams are saturated. The vapor condensates and because of the enthalpy of evaporation an amount of brine evaporates. The resulting steam is entrained with an ejector and is used again to evaporate brine. The primary vapor is vapor from the previous stage. Thus optimal energy efficiency can be obtained.<br />The modeling of the ejector is done with the balances of mass, energy and momentum. Irreversibilities are taken into account with efficiencies. The modeling of the plate heat exchanger is done with the balances of mass and energy. The model of the ejector is then combined with the model of the plate heat exchanger. The result is one stage of the apparatus. Several stages are cascaded to get a better yield of distillate.<br />For simulation the software EES (engineering equations solver) is used.<br />Parameters for the calculation were set. First a sensitivity analysis was carried out to examine how various parameters influence the results.<br />It could be shown that the efficiencies of the ejector modeling have a great influence on the results. Key figures were determined to describe the performance of the process. Finally, the process, shown in this work, is compared with real processes.<br />