Vorrichtung zum Abtrennen von Produktwasser aus verunreinigtem Rohwasser und Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen von Produktwasser, welches durch Kondensation gewonnen wird, aus Rohwasser, welches aus einem Gemisch von Wasser und Verunreinigungen besteht. Diese Vorrichtung weist einen Gaskreislauf auf, der für ein Prozessgas vorgesehen ist und in den ein

Verdunster für das Rohwasser und ein Kondensator für das Produktwasser in Reihe geschaltet sind, d. h. jeweils abwech ^¬ selnd durchlaufen werden. Außerdem weist der Verdunster eine Zuführung für das Rohwasser und eine Abführung für ein Kon- zentrat auf, wobei das Konzentrat im Vergleich zum Rohwasser über eine höhere Konzentration an abzutrennenden Verunreinigungen verfügt. Die abzutrennenden Verunreinigungen haben keinen geringeren Siedepunkt als Wasser und verbleiben daher im Rohwasser. Es können im Rohwasser auch Verunreinigungen enthalten sein, die flüchtiger sind als Wasser und im Kondensat verbleiben, diese sind aber nicht mit dem beschriebenen Verfahren abzutrennen und im Folgenden nicht gemeint, wenn von einer Aufkonzentration der Verunreinigungen die Rede ist. Dennoch sind die flüchtigen Verunreinigungen von technischer Relevanz, da sie Produktwasser zu einem korrosiven Medium machen. Das Produktwasser wird über einen Auslass des Kondensators abgelassen.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abtrennen von Produktwasser, welches durch Kondensation gewonnen wird, aus Rohwasser, welches aus einem Gemisch von Wasser und Verunreinigungen besteht. Bei diesem Verfahren wird ein Gaskreislauf mit einem Prozessgas betrieben, wobei in dem Gas ^¬ kreislauf ein Verdunster für das Rohwasser und ein Kondensa- tor für das Produktwasser in Reihe geschaltet sind. Der Verdunster wird über eine Zuführung mit dem Rohwasser beaufschlagt und über eine Abführung im Verdunster wird ein Konzentrat entnommen, welches im Vergleich zum Rohwasser über eine höhere Konzentration an abzutrennenden Verunreinigungen verfügt. Dem Kondensator kann dann über einen Auslass gereinigtes Produktwasser entnommen werden.

Eine Vorrichtung und ein für diese Vorrichtung geeignetes Reinigungsverfahren sind bekannt und können beispielsweise der DE 10 2014 217 281 AI entnommen werden. Die Funktionsweise der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß diesem Dokument werden auch anhand von Figur 1 näher beschrieben. Dieses Verfahren arbeitet nach dem Prinzip der konvektiv unterstützten Verdunstung von Wasser in einem Fallstromverdunster in entgegen gerichtet strömender Luft. Die Temperatur des im Verduns ^¬ ter abwärts strömenden Wassers sinkt von oben nach unten, da dem Wasser durch Verdunstung und Wärmeübertragung auf die entgegen strömenden Luft Wasser entzogen wird. Das saubere Produkt in Form von Wasserdampf wird dann in einem vorzugsweise vom Rohwasser gekühlten Kondensator auskondensiert, wobei die dabei frei werdende Verdunstungswärme dem Rohwasser zugeführt wird.

Der befeuchtete Gasstrom kann beispielsweise einem Rohrbündelwärmetauscher zugeführt werden, um dort abzukühlen und das Produktwasser auszukondensieren . Diese Ausgestaltung erlaubt eine direkte Verwendung des Rohwassers als Kühlmedium, um ei ^¬ ne interne Wärmerückgewinnung zu gewährleisten. Allerdings weisen derart gestaltete Wärmetauscher prinzipbedingt einen Wärmetransport durch die Rohrwände auf, der durch die Ausbil ^¬ dung einer an Wasserdampf verarmten Gasschicht in der Nähe der Oberfläche des Wärmetauschers begrenzt ist. Außerdem ent ^¬ steht auf der Oberfläche der Rohre eine Wasserschicht, die einen zusätzlichen Wärmedurchgangswiderstand entstehen lässt. Abhängig von den Verunreinigungen im Rohwasser müssen außerdem korrosionsbeständige Materialien ausgewählt werden, die das Gerät verteuern. Dies liegt sowohl an den hohen Temperaturen als auch dem hohen Sauerstoffgehalt der Medien. Durch die Anwesenheit von CO ₂ stellt sich im Kondensat außerdem ein pH-Wert unterhalb von 7 ein, was die Korrosion weiter begüns ^¬ tigt. Gehören zu den Verunreinigungen niedermolekulare orga- nische Säuren oder Ammoniak, ist sogar mit einem erhöhten korrosiven Angriff zu rechnen. Daher wird die Anwendung von eisenbasierten oder kupferbasierten Werkstoffen, die gute Wärmeleiteigenschaften aufweisen, als problematisch angesehen .

Man könnte stattdessen kunststoffbasierte Kondensatoren verwenden, was jedoch den Nachteil eines deutlich geringeren Wärmeübergangs mit sich bringt. Der Kondensator muss dann deutlich größer ausgelegt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs angegebenen Art derart weiterzubilden, dass dieses einerseits eine effiziente Kondensa ^¬ tion des Produktwassers ermöglicht und andererseits unemp ^¬ findlich gegenüber den korrosiven Eigenschaften des Kondensates ist.

Diese Aufgabe wird mit der eingangs angegebenen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kondensator in einem Bauprinzip der direkten Kondensation ausgeführt ist. Dies bedeutet, dass das Produktwasser aus dem Gasstrom direkt kondensiert wird, indem in dem Kondensator Kühlwasser in direkten Kontakt mit dem Gasstrom im Gaskreislauf gebracht wird.

Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß ein Produktwasserkreis ^¬ lauf vorgesehen, in dem der Kondensator und ein erster Wärmetauscher zur Kühlung des Produktwassers in Reihe geschaltet sind. Dies bedeutet, dass als Kühlwasser das abgekühlte Pro ^¬ duktwasser selbst zur Anwendung kommt. Für das Produktwasser ist daher in einem Kopf des Kondensators ein Einlass und in einem Fuß des Kondensators ein Auslass vorgesehen. Für das Prozessgas ist in dem Kondensator eine Strömungsrichtung vom Fuß des Kondensators zum Kopf des Kondensators (also dem Gasstrom entgegen gerichtet) vorgesehen.

Analog wird demgemäß die Aufgabe auch mit dem eingangs ange ^¬ gebenen Verfahren gelöst, wobei ein Produktwasserkreislauf vorgesehen ist, in den der Kondensator und ein erster Wärmetauscher zur Kühlung des Produktwassers in Reihe geschaltet sind, also abwechselnd durchlaufen werden. In dem Kondensator wird bauartbedingt eine direkte Kondensation ausgeführt, in- dem in den Kopf des Kondensators über einen Einlass das kühle Produktwasser zugeführt wird und in einem Fuß des Kondensa ^¬ tors das Produktwasser über einen Auslass wieder abgeführt wird. Das Prozessgas strömt in Richtung vom Fuß des Kondensa ^¬ tors zum Kopf des Kondensators, so dass dieses im Gegenstrom von dem zugeführten flüssigen Produktwasser abgekühlt wird und dabei Produktwasser aus dem Prozessgas kondensiert. Es wird also mehr Produktwasser dem Kondensator entnommen als zugeführt wird. Wie bereits erwähnt, kommen das Kühlwasser und der feuchte

Luftstrom bzw. das Kondensat in direkten Kontakt (Prinzip der direkten Kondensation) . Ein Wärmeübergang über ein trennendes Medium ist daher nicht erforderlich, wodurch die Effizienz der Kühlung vorteilhaft steigt. Außerdem wird die Oberfläche zur Kondensation durch das Produktwasser selbst zur Verfügung gestellt, wodurch ein korrosiver Angriff ausgeschlossen werden kann.

Für einen effizienten Stoff- und Wärmeaustausch muss genauso, wie beim Verdunster auch, eine möglichst große Oberfläche be ^¬ reitgestellt werden. Dies kann in an sich bekannter Weise bewerkstelligt werden. Das Kühlwasser kann beispielsweise in den Kondensator eingespritzt und/oder vernebelt werden. Die Tröpfchengröße kann dabei so eingestellt werden, dass die Tröpfchen klein genug sind, um eine ausreichende Oberfläche für die Wärmeübertragung bereitzustellen, aber groß genug sind, um keinen unnötigen Energieaufwand bei der Vernebeleung zu verursachen. Eine weitere Möglichkeit liegt in der Verwen ^¬ dung einer Packung, wie diese auch im Verdunster verwendet werden kann. Die Packung dient der Oberflächenvergrößerung und wird mit einem Film des Produktwassers beaufschlagt, wel ^¬ cher die Oberfläche der Packung gleichzeitig vor Korrosion schützt, während ein direkter Wärmeübergang in das Produkt ^¬ wasser erfolgt.

Das Kühlwasser, welches in den Kondensator eingebracht wird, kommt prinzipbedingt direkt in Kontakt mit dem Produktwasser, welches aus dem Gaskreislauf kondensiert wird. Daher muss dieses mindestens die gleiche Qualität aufweisen. Dies ist der Grund für die erfindungsgemäße Maßnahme, das Produktwas ^¬ ser zu kühlen, und in einem Kreislauf dem Kondensator als Kühlwasser zur Verfügung zu stellen. Die hierbei kondensierte Menge an Produktwasser kann dem Kreislauf entnommen werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdunster in an sich bekannter Weise in einem Bauprinzip ausgeführt, bei dem das Rohwasser und das Gas des Gaskreis ^¬ laufes in entgegengesetzter Richtung strömen, wodurch dieses teilweise verdampft und im verbleibenden Rohwasser eine

Aufkonzentration an Verunreinigungen stattfindet. Im Kopf des Verdunsters ist die Zuführung für das Rohwasser und in einem Fuß des Verdunsters die Abführung für das Konzentrat vorgese ^¬ hen, welches dem Prozess auf diese Weise entnommen werden oder in einem Kreislauf dem Verdunster am Kopf als Rohwasser wieder zugeführt werden kann. Die Konzeption eines solchen Kreislaufs ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Für das Prozessgas ist in dem Verdunster eine Strömungsrichtung vom Fuß des Verdunsters zum Kopf des Verdunsters vorgesehen. Er ^¬ findungsgemäß muss der Gaskreislauf außerdem so geführt sein, dass der Kopf des Kondensators mit dem Fuß des Verdunsters und der Kopf des Verdunsters mit dem Fuß des Kondensators verbunden sind. Hierdurch wird sichergestellt, dass sowohl der Verdunster als auch der Kondensator von dem Prozessgas jeweils von unten nach oben durchströmt wird, damit das Pro ^¬ zessgas die von oben nach unten strömende oder fallende Flüs ^¬ sigkeit passieren kann. Der Verlauf des Gasstroms lässt sich insofern als Acht beschreiben.

Ein anderer Vorteil der Verwendung eines Kondensators nach dem Bauprinzip der direkten Kondensation liegt darin, dass gleiche oder zumindest ähnliche Baukomponenten zur Herstel ^¬ lung des Kondensators und des Verdunsters verwendet werden können. Dies vereinfacht und verbilligt die Fertigung und hat deswegen wirtschaftliche Vorteile. Zwar muss wegen der Anwen ^¬ dung der direkten Kondensation im Produktwasserkreislauf ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen werden, dieser Mehraufwand fällt jedoch vorteilhaft geringer aus als die Vereinfachung des Aufbaus des Kondensators, bei dem insbesondere der Ein ^¬ satz teurer Werkstoffe verringert werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Wärmetauscher zur Kühlung des Produktwassers mit einer Leitung für das Rohwasser verbunden ist, wobei die Leitung nach Durchlaufen des ersten Wärmetauschers zur Zuführung des Verdunsters geführt ist. Wie bereits erwähnt, kann diese Leitung Teil eines Kreislaufs sein, wobei das Rohwasser in der Leitung zumindest teilweise als Konzentrat dem Ver ^¬ dunster entnommen wird. In jedem Fall ermöglicht die Verwendung des Rohwassers zur Kühlung des Produktwassers die Auf ^¬ nahme zumindest eines Teils der notwendigen Wärme, damit die ^¬ ses im Verdunster in einen gasförmigen Zustand überführt werden kann. Hierbei muss die notwendige Verdunstungswärme auf ^¬ gebracht werden.

Eine weitere Erwärmung des Rohwassers kann in der Leitung zwischen dem ersten Wärmetauscher und der Zuführung über einen zweiten Wärmetauscher erfolgen. Insofern dient bei dieser Ausgestaltung der Erfindung der erste Wärmetauscher lediglich zu einer Vorwärmung des Rohwassers, welches im zweiten Wärme ^¬ tauscher beispielsweise Prozesswärme aufnimmt, die als Abfall in einem beliebigen Prozess entsteht. Diese Abwärme kann bei ^¬ spielsweise bei Industrieprozessen oder bei der Energieerzeu ^¬ gung entstehen, und führt daher zu einer günstigen Energiebilanz bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in dem Produktwasserkreislauf zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem Einlass ein dritter Wärmetauscher vorgesehen ist. Dieser dient vorteilhaft zur weiteren Kühlung des Produktwassers, wodurch gewährleistet ist, dass der Temperaturunterschied zwischen dem aus dem Verdunster kommenden Rohwasser und dem in den Kondensator eingespeisten Produktwasser vergrößert werden kann. Hierdurch wird der im Gaskreislauf ablaufende Prozess der Rückgewinnung von Produktwasser beschleunigt. Vorteilhaft ist es, wenn der dritte Wärmetauscher mit einem Medium beschickt wird, welches Umgebungstemperatur aufweist, da zur Kühlung dieses Mediums dann kein zusätzlicher energetischer Aufwand erforderlich ist.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung wird erhalten, wenn der Verdunster und/oder der Kondensator mehrstufig auf- gebaut sind. Dies bedeutet, dass im Gehäuse des Verdunsters und/oder des Kondensators mehrere Stufen übereinander ange ^¬ ordnet sind. Diese Stufen können beispielsweise aus Packungen bestehen, deren Oberfläche für ein Herabfließen des flüssigen Mediums (Rohwasser oder Produktwasser) dient. Nach Durchlau- fen der Packung wird das Wasser gesammelt und über eine ge ^¬ eignete Einrichtung gleichmäßig verteilt, bevor dieses in die darunter liegende Packung fließt. Diese Einrichtung zur Verteilung kann auch zur Vernebelung der Flüssigkeit zur Anwendung kommen, wobei in diesem Fall keine Packungen notwendig sind. Die Mehrstufigkeit ermöglicht vorteilhaft eine Zwi ^¬ schenheizung des Produktwassers oder Zwischenkühlung des Gases .

Gemäß einer besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung aus mehreren Stufen aufgebaut ist, wobei mehrere Verdunster und Kondensa ^¬ toren paarweise mit jeweils einem Produktwasserkreislauf und einem Gaskreislauf ausgestattet sind. Mit anderen Worten er ^¬ geben je ein Verdunster und ein Kondensator mindestens zwei paarweise Anordnungen, die jeweils in zusammenwirkenden Produktwasserkreisläufen und Gaskreisläufen unabhängig voneinander arbeiten können. Jede der Stufen arbeitet bei anderen Betriebstemperaturen, wobei bei einer Verwendung von mehr als zwei Stufen die benachbarten Stufen bei gestaffelten Betriebstemperaturen arbeiten. Die Nachbarschaft ist also im Sinne der jeweiligen Temperaturunterschiede im Produktwasserkreislauf bzw. im Gaskreislauf definiert und nicht durch ein etwaige örtliche Nachbarschaft.

Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Produktwas ^¬ serkreisläufe benachbarter Stufen mit einer ersten Verbindungsleitung verbunden sind, wobei bei mehr als zwei Produkt- Wasserkreisläufen auch mehrere erste Verbindungsleitungen vorgesehen sind. Außerdem ist eine zweite Verbindungsleitung zwischen dem Fuß eines der Verdunster einer Stufe mit geringerem Temperaturniveau und dem Kopf eines der Verdunster ei ^¬ ner benachbarten Stufe mit einem höheren Temperaturniveau vorgesehen. Auch hier können im Falle der Verwendung von mehr als zwei Stufen mehrere zweite Verbindungsleitungen verwendet werden .

Die ersten Verbindungsleitungen und die zweiten Verbindungs- leitungen ermöglichen es vorteilhaft, dass die einzelnen Stufen untereinander kommunizieren können, indem sowohl Produktwasser als auch Kondensat bzw. Rohwasser von einer Stufe mit einem kühleren Temperaturniveau an eine benachbarte Stufe mit höheren Temperaturniveau weitergegeben werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die thermische Energie der betreffenden

Fluide in der Stufe mit dem höheren Temperaturniveau genutzt werden kann, so dass eine Kühlung nicht oder zumindest nicht in dem Maße erforderlich ist, wie dies in der Stufe mit dem geringeren Temperaturniveau erforderlich wäre. Hierdurch kann die Effizienz des Prozesses vorteilhaft weiter gesteigert werden .

Die zweiten Verbindungsleitungen führen jeweils zu den Köpfen der Verdunster. Ist für das Rohwasser ein Kreislauf vorgese- hen, so kann ein Teil dieser Verbindungsleitungen auch durch das Leitungssystem des Kreislaufs ausgebildet sein. Hierzu muss im Kreislauf eine geeignete Einspeisungsstelle vorgese ^¬ hen werden, die eine Verbindung gewährleistet. Gemäß einer Ausgestaltung der letztgenannten Variante ist vorgesehen, dass in jedem der Produktwasserkreisläufe je ein dritter Wärmetauscher angeordnet ist, wobei die dritten Wär- metauscher benachbarter Stufen durch eine dritte Verbindungsleitung verbunden sind. Auch hier lässt sich in der beschriebenen Weise vorteilhaft sicherstellen, dass ein Wärmeübertra ^¬ gungsmedium zum Kühlen des Produktwassers zunächst in dem dritten Wärmetauscher des kühlsten Produktwasserkreislaufs und dann jeweils stufenweise in die dritten Wärmetauscher der wärmeren Produktwasserkreisläufe eingespeist wird. Hierdurch kann das Wärmeübertragungsmedium in jedem der dritten Wärmetauscher eine Kühlwirkung erzielen. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der letztgenannten Alternative der Erfindung ist vorgesehen, dass in jeder der zu den Verdunstern führenden Leitungen (die evtl. Teil eines Rohwasserkreislaufs sein können) je ein zweiter Wärmetauscher angeordnet ist, wobei die zweiten Wärmetauscher benachbarter Stu- fen durch eine vierte Verbindungsleitung verbunden sind.

Durch diese vierte Verbindungsleitung kann vorteilhaft ein Wärmeübertragungsmedium geleitet werden, welches beispielsweise die Prozesswärme eines Industrieprozesses an das Roh ^¬ wasser abgibt. Die vierte Verbindungsleitung wird vorteilhaft zunächst durch den zweiten Wärmetauscher für das heißeste

Rohwasser geführt und anschließend stufenweise durch zweiten Wärmetauscher für immer kühleres Rohwasser.

Das eingangs angegebene Verfahren kann besonders vorteilhaft auch auf einer Vorrichtung der beschriebenen Art ausgeführt werden. Die hiermit verbundenen Vorteile sind bei der Erläu ^¬ terung der Vorrichtung bereits genannt worden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszei ^¬ chen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen :

Figur 1 eine Vorrichtung zum Abtrennen von Produktwasser aus Rohwasser nach dem Stand der Technik, auf der ein Verfahren zum Abtrennen von Produktwasser aus Rohwasser läuft, als schematisches Blockschaltbild,

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor- richtung, auf dem ein Ausführungsbeispiel des er ^¬ findungsgemäßen Verfahrens läuft, als Blockschalt ^¬ bild und

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor- richtung mit zwei Stufen, auf der ein Ausführungs ^¬ beispiel des erfindungsgemäßen mehrstufigen Verfahrens läuft, als Blockschaltbild.

Im Folgenden werden immer die Vorrichtungen und gleichzeitig die auf diesen ablaufenden Verfahren beschrieben. Vorrichtung und Verfahren sind jeweils eng miteinander verknüpft, so dass die beschriebenen Merkmale jeweils gleichzeitig für die Vor ^¬ richtung und das Verfahren gelten. Gemäß Figur 1 ist eine Vorrichtung mit einem Gaskreislauf 11 und einem Rohwasserkreislauf 12 dargestellt. In beiden Kreis ^¬ läufen sind ein Verdunster 13 und ein Kondensator 14 in Reihe geschaltet, d. h. diese werden abwechselnd durchlaufen. In der Vorrichtung kreisen das Rohwasser und das Prozessgas ge- genläufig, so dass eine Verdunstung des Rohwassers in den Verdunster 13 durch das Prozessgas aus dem Gaskreislauf 11 gegenläufig passiert. Das Rohwasser wird durch eine Pumpe 15 im Rohwasserkreislauf 12 gefördert und das Gas (vorzugsweise Luft) durch ein Gebläse 16 im Prozessgaskreislauf. Die jewei- ligen Fließrichtungen sind durch Pfeile angedeutet.

Im Rohwasserkreislauf 12 wird das Rohwasser im Kondensator als Kühlmedium verwendet, wobei hier Produktwasser aus dem Prozessgas auskondensiert wird und dadurch das Rohwasser er ^¬ wärmt. Das erwärmte Rohwasser wird anschließend in einem zweiten Wärmetauscher 17 weiter erwärmt, wobei dieser über eine Verbindungsleitung 18 mit einem Prozesswärme eines In- dustrieprozesses führenden Wärmeübertragungsmedium versorgt wird. Das so erhitzte Rohwasser wird dann über einen Kopf 19 des Verdunsters 13 eingespeist, wobei in den Kopf 19 eine Verrieselungseinrichtung 20 vorgesehen ist, die einen Nebel 21 von kleinen Tröpfchen erzeugt. Die Temperatur des auf die- se Weise abwärts strömenden Rohwassers sinkt vom Kopf 19 zu einem Fuß 20 des Verdunsters, weil dem Rohwasser durch Verdunstung von Produktwasser und Wärmeübertragung auf das Prozessgas Wärme entzogen wird. Die Temperatur des entgegen strömenden Prozessgases steigt daher vom Fuß 22 zum Kopf 19 an, bleibt im stabilen Betrieb mit stationären Bedingungen aber immer unterhalb der Temperatur des Rohwassers auf je ^¬ weils gleicher Höhe des Verdunsters 13. Hierdurch kann das Prozessgas mehr Wasserdampf des Produktwassers aufnehmen. Das Rohwasser und das Prozessgas bilden somit einen Gegenstrom- Wärmetauscher, der nach dem Prinzip der direkten Verdunstung arbeitet .

Das Rohwasser gelangt also über eine Zuführung 23 in den Verdunster und wird durch Verdunstung von Produktwasser hin- sichtlich der Verunreinigungen aufkonzentriert . Es sammelt sich im Fuß 22 des Verdunsters 13 und verlässt diesen durch eine Abführung 24 als Konzentrat. Dieses kann wahlweise der Vorrichtung über eine Entnahmeleitung 25 als Konzentrat K entnommen werden oder einem Vorratstank 26 zugeführt werden, um einen weiteren Durchlauf im Rohwasserkreislauf 12 zu voll ^¬ ziehen. Entnommenes Konzentrat K bzw. verdunstetes Produkt ^¬ wasser kann über eine Speiseleitung 27 durch Zuführen neuen Rohwassers R ersetzt werden. Das Rohwasser wird weiterhin zur Kühlung des Kondensators 14 verwendet. Um hierfür einen genügend großen Temperaturunterschied zu verwirklichen, kann das Rohwasser durch einen vierten Wärmetauscher 28 gekühlt werden, bevor es dem Kondensator 14 zugeführt wird. In dem Kondensator kondensiert das Pro ^¬ duktwasser aus dem Prozessgas, welches in einen Kopf 29 ein ^¬ gespeist wird. Das trocknere Prozessgas verlässt durch einen Fuß 30 den Kondensator 14, während Produktwasser P über einen Auslass 31 im Kondensator 14 entnommen werden und über eine Entnahmeleitung 32 abgeführt werden kann.

Die Vorrichtung gemäß Figur 2 ist in weiten Teilen genauso aufgebaut, wie die Vorrichtung gemäß Figur 1, was aus der Verwendung der gleichen Bezugszeichen hervorgeht. Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin, dass ein weiterer Kreislauf, nämlich ein von einer Pumpe 99 betriebener Produktwasserkreislauf 33 vorgesehen ist. In diesem Kreislauf ist der Kondensator 14 eingebunden, wobei das Produktwasser durch den Auslass 31 aus dem Kondensator 14 entnommen wird und nach Kühlung durch einen Einlass 34 im Kopf 29 des Kondensators 14 wieder zugeführt wird. Auch hier ist wie im Ver ^¬ dunster 13 eine Verrieselungseinheit 20 vorgesehen, wobei das Prozessgas dem verrieselten Produktwasser entgegengerichtet vom Fuß 30 des Kondensators zum Kopf 29 des Kondensators 14 strömt. Hierdurch wird eine direkte Kondensation des im Pro ^¬ zessgas befindlichen Produktwassers erreicht, wobei das kon ^¬ densierte Produktwasser sich im Fuß 30 sammelt. Da das Produktwasser aus dem Produktwasserkreislauf 33 sich während der Kondensation erwärmt, muss dieses nach Entnahme aus dem Auslass 31 gekühlt werden. Hierzu steht zunächst ein erster Wärmetauscher 35 zur Verfügung, der von dem Rohwasser im Rohwasserkreislauf 12 gespeist wird. Auf diese Weise kann das Rohwasser die Wärme wieder aufnehmen, die diesem aufgrund der Verdunstung im Verdunster 13 entzogen wurde. Dies führt vorteilhaft zu einer erhöhten Effizienz des Verfahrens. Nach Durchlaufen des ersten Wärmetauschers 35 kann das Produktwas ^¬ ser einen dritten Wärmetauscher 36 durchlaufen, in dem es durch eine externe Kühlquelle weiter gekühlt wird, bevor es über den Einlass 34 dem Kondensator 14 wieder zugeführt wird. Denkbar wäre es je nach vorliegenden Temperaturdifferenzen auch, erst das Rohwasser extern zu kühlen und mit dem gekühl- ten Rohwasser den Kondensatkreislauf zu kühlen (nicht darge ^¬ stellt) .

Anders, als in Figur 1 dargestellt, ist der Verdunster 13 und der Kondensator 14 jeweils mehrstufig aufgebaut, wobei je ^¬ weils im Verdunster 13 und im Kondensator 14 zwei nacheinander geschaltete Packungen 37 Verwendung finden. Diese können, da ein Wärmedurchgang durch das Material wegen der direkten Verdunstung bzw. der direkten Kondensation nicht notwendig ist, beispielsweise aus einem chemisch sehr beständigen

Kunststoff hergestellt werden. Dieses Material ist überdies vergleichsweise kostengünstig, weswegen die Produktion der Vorrichtung wirtschaftlicher wird. Zwischen den Packungen 37 ist jeweils ein Wasserverteiler 38 vorgesehen, der das Pro- duktwasser bzw. das Rohwasser jeweils auffängt und anschlie ^¬ ßend durch mehrere Öffnungen über den gesamten Querschnitt des Verdunsters 13 bzw. Kondensators 14 verteilt. Anstelle des in Figur 2 dargestellten Aufbaus mit Packungen ist selbstverständlich auch ein Aufbau sowohl des Verdunsters 13 als auch des Kondensators 14 gemäß dem in Figur 1 dargestell ^¬ ten Aufbau möglich, wobei die Flüssigkeit gemäß Figur 1 verrieselt oder vernebelt wird.

Figur 3 zeigt einen Aufbau der Vorrichtung in zwei Stufen 39a, 39b. Selbstverständlich können auch mehr als die zwei dargestellten Stufen zur Anwendung kommen, wobei sich die im Folgenden getroffenen Aussagen auch auf drei und mehrstufige Vorrichtungen übertragen lassen. Der Übersichtlichkeit halber sind die in Figur 1 und 2 dargestellten Pumpen 15, Gebläse 16 und Vorratstanks 26 weggelassen worden, sind jedoch zur Gewährleistung der Funktion der Vorrichtung gemäß Figur 3 ebenfalls vorhanden. Die zum Einsatz kommenden Ventile in den Figuren 1 bis 3 sind nicht näher erläutert und deswegen auch nicht mit Bezugszeichen versehen. Das Öffnen und Schließen dieser Ventile hängt vom jeweiligen beschriebenen Funktionszustand ab und ergibt sich daher automatisch. Die Stufe 39a sowie die Stufe 39b funktionieren für sich ge ^¬ nommen genauso wie die Vorrichtung gemäß Figur 2, auch wenn in den jeweiligen Verdunstern 13a, 13b und Kondensatoren 14a, 14b jeweils nur eine Packung 37 vorgesehen ist. Die Stufen 39a, 39b weisen jeweils einen Rohwasserkreislauf 12a, 12b, einen Gaskreislauf IIa, IIb und einen Produktwasserkreislauf 33a, 33b auf. Um die Effizienz zu steigern, sind der Rohwas ^¬ serkreislauf 12a und der Rohwasserkreislauf 12b jeweils hin ^¬ ter dem Verdunster 13a, 13b über eine zweite Verbindungslei- tung 40 miteinander verbunden. Demgemäß wird das Rohwasser R über die Speiseleitung 27 in den Rohwasserkreislauf 12a eingespeist und verlässt dieses aufkonzentriert über die zweite Verbindungsleitung 40, um den Rohwasserkreislauf 12b zuge ^¬ führt zu werden. Hier erfolgt im Verdunster 13b eine weitere Aufkonzentration an Verunreinigungen, wobei dieses Konzentrat K über die Entnahmeleitung 25 aus der Vorrichtung entnommen werden kann.

Auch die beiden Produktwasserkreisläufe 33a, 33b sind über eine erste Verbindungsleitung 41 miteinander verbunden. Eine Entnahme von Produktwasser erfolgt hinter dem ersten Wärmetauscher 35 im Produktwasserkreislauf 33a und wird dem Pro ^¬ duktwasserkreislauf 33b hinter dem dritten Wärmetauscher 36 (oder dem ersten Wärmetauscher 35, nicht dargestellt) des Produktwasserkreislaufs 35b wieder zugeführt. Auf diesem Wege verlässt das in dem Kondensator 14a gewonnene Produktwasser den Produktwasserkreislauf 33a. Eine Entnahme von Produktwas ^¬ ser P aus dem Produktwasserkreislauf 33b erfolgt über die Entnahmeleitung 32.

Die Weiterleitung von Produktwasser und Rohwasser über die zweite Verbindungsleitung 40 bzw. die erste Verbindungslei ^¬ tung 41 ermöglicht es vorteilhaft, dieses Rohwasser bzw. Pro ^¬ duktwasser aus der Stufe 39a mit einer insgesamt kühleren Be- triebstemperatur in die Stufe 39b mit einer insgesamt höheren Betriebstemperatur zu übernehmen, wo die in dem Produktwasser bzw. dem Rohwasser gespeicherte thermische Energie genutzt werden kann. Dies verringert insgesamt den Aufwand, der mit der Kühlung von Rohwasser bzw. Produktwasser in der bereits beschriebenen Weise verbunden ist.

Außerdem können die zweiten Wärmetauscher 17, die in den Roh- Wasserkreisläufen 12a, 12b untergebracht sind, über die vier ^¬ te Verbindungsleitung 18 in Reihe geschaltet werden, derart, dass zuerst der zweite Wärmetauscher 17 in der heißeren Stufe 39b und dann der zweite Wärmetauscher 17 in der kühleren Stufe 39a (usw. bei mehr als zwei Stufen) durchlaufen wird. Ge- nauso können die dritten Wärmetauscher 36 in den Produktwasserkreisläufen 33a, 33b durch eine dritte Verbindungsleitung 43 in Reihe geschaltet werden, derart, dass zunächst der dritte Wärmetauscher 36 im kühleren Produktwasserkreislauf 33a und danach der dritte Wärmetauscher 36 im wärmeren Pro- duktwasserkreislauf 33b (usw. bei mehr als zwei Stufen) durchlaufen wird. Hierdurch werden vorteilhaft die Wärmetauschmedien optimal genutzt, indem die jeweilige Restwärme bzw. Restkälte in den benachbarten Stufen 36a, 36b noch abgegeben wird.