AT392056B - Verfahren zur verdunstung und wiedergewinnung von wasser aus der waessrigen loesung eines galvanischen bades - Google Patents

Description

AT 392 056 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdunstung und Wiedergewinnung von Wasser aus der wäßrigen Lösung eines galvanischen Bades, das sich in einem geschlossenen Behälter befindet, der in einer im Kreislauf geführten Anlage mit Kondensator und Verdampfer angeordnet ist.

In der Galvanotechnik ist man bemüht, aus dem für die Spülvorgänge erforderlichen Wasser die Wertstoffe 5 zurückzugewinnen. Dazu ist es erforderlich, die Wertstoffe vom Wasser zu trennen oder den Wasseranteil so weit zu verringern, daß bei der Rückführung in das Aktivbad die eingebrachten Wassermengen nicht groß»: als die beispielsweise durch Verdunsten an dessen Badoberfläche auftretenden Wasserverluste sind. Bei Metallrückgewinnung aus Spülbädem auf elektrolytischem Wege läßt sich beispielsweise erst durch Eindicken der Lösung eine Rückgewinnung wirtschaftlich durchführen. Die Anwendung dieses Verfahrens bietet neben der 10 Wertstoffrückgewinnung den Vorteil, daß keine Kosten für die Reinigung und gegebenenfalls Entgiftung von Abwasser anfallen.

Bei Aktivbädem, die bei Temperaturen von etwa 60 °C und mehr betrieben werden, ist es bei Anwendung geeigneter Spültechniken, wie Mehrfach-Kaskadentauchspülung oder Mehrphasen-Spritzspülung, möglich, die gesamte relativ geringe Spülwassermenge mit den in ihr enthaltenen Wertstoffen in das Bad zurückzuführen, weil 15 an seiner Oberfläche entsprechend viel Wasser verdunstet. Wird dagegen das Aktivbad bei niedrigeren Arbeitstemperaturen betrieben, ist eine Rückführung des Spülwassers nicht möglich, weil sonst das Volumen des Bades ständig zunehmen würde.

Im Hinblick auf die Rückgewinnung von Wertstoffen und die Einsparung von Kosten für die Behandlung des anfallenden Abwassers ist es dann in vielen Fällen wirtschaftlich, einen dem benötigten Spülwasservolumen 20 entsprechenden Wasseranteil mit Hilfe separater Einrichtungen zu verdunsten oder zu verdampfen.

In manchen Fällen entsteht durch den im Aktivbad ablaufenden Prozeß Überschußwärme, die ohnehin abgeführt werden muß. Dies ist bei verschiedenen Elektrolysevorgängen in wäßrigen Lösungen der Fall. Hier ist es möglich, die Kühlung des Bades mit dem Verdunsten eines Anteils von Wasser zu kombinieren, wodurch dann das wertstoffhaltige Spülwasser zurückgeführt werden kann (DE-AS 19 62 249). 25 Liegt dagegen die Aufgabe vor, aus einer Flüssigkeit mit niedrigem Temperatumiveau Wasser auszutreiben, ohne daß aus einem Prozeß Energie zur Verfügung steht, geht bei den bisher üblichen Verfahren die für das Verdunsten oder Verdampfen aufzuwendende Energie verloren. Außerdem entstehen hohe Kosten für die erforderlichen Geräte, und die zum Verdampfen des Wassers bei Atmosphärendruck erforderliche Temperatur ist für die Wertstoffe oft schädlich. Man kann zwar diese Temperatur reduzieren, indem man den Druck über die 30 Flüssigkeit absenkt, doch steigt bei Anwendung dieser sogenannten Vakuumverdampfung der apparative Aufwand erheblich, so daß eine Wirtschaftlichkeit für den Einsalz dieses Verfahrens oft nicht mehr gegeben ist.

Bei Anwendung des Verdunstungsprinzips werden größere Luftmengen benötigt, die in der Lage sind, bei dem Zustand, in dem sie vorliegen, zusätzlich Feuchtigkeit aufzunehmen. Da jedoch die atmosphärische Luft oft schon nahezu mit Feuchtigkeit gesättigt vorliegt, muß beispielsweise durch Erwärmen der Luft die 35 Voraussetzung geschaffen werden, weitere Feuchtigkeit aufzunehmen und äbzutransportieren. Auch dabei geht die aufzuwendende Energie verloren, und die anfallenden Kosten verbieten in vielen Fällen die Anwendung des Verfahrens. Ein weiterer entscheidender Nachteil der Abluftverdunstung liegt häufig in der chemischen Umsetzung, beispielsweise Karbonatbildung, zwischen Bestandteilen der Luft, beispielsweise Kohlendioxid, und der einzudickenden Lösung. 40 Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die mit zusätzlicher Feuchtigkeit beaufschlagte Luft nicht direkt ins

Freie zu blasen, sondern über einen Kondensator zu führen, wobei dann das Wasser in reiner Form zurückgewonnen und ebenfalls wieder verwendet werden kann (DE-OS 26 56 103). Dabei geht zwar die in der Feuchtigkeit latente Wärme auf den Kondensator über, doch liegt diese auf einem Temperatumiveau vor, das eine weitere Nutzung nach den bisher üblichen Methoden nicht ermöglicht. Außer der Rückgewinnung des Wassers 45 bringt der Aufwand für den Kondensator keine Vorteile. Für seinen Betrieb ist überdies meist noch der Einsatz einer Kältemaschine erforderlich, da mit vorhandenem Kaltwasser die für die Kondensation der Feuchtigkeit aus der Luft notwendige niedrige Temperatur nicht erreichbar ist

Die Erfindung hat die Aufgabe, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und neben der Entfernung und gegebenenfalls Wiedergewinnung von Wasser und anderen Wertstoffen aus wäßrigen Lösungen die nahezu völlige 50 Rückgewinnung der eingesetzten Energie zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der einleitend angegebenen Art erfindungsgemäß durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst, - Zirkulation eines Luftstroms über die Oberfläche der Lösung zur Aufnahme von Wasser und Überführen des Luftstromes zum Kondensator einer Wärmepumpe 55 - Weiterleiten des erhitzten Luftstroms durch die mittels eines Gaswäschers versprühte Lösung zur Übertragung von Wärmeenergie auf diese Lösung und zur Beaufschlagung des Luftstroms mit Wasser - Weiterleiten des mit Wasser beaufschlagten Luftstroms zum Verdampfer der Wärmepumpe zur Kondensation des Wassers und zur Übertragung von Wärmeenergie auf den Verdampfer - Erwärmen und/oder Verdunsten weiterer Wassermengen mit der gewonnenen überschüssigen Wärmeenergie. 60 Unter wäßrigen Lösungen werden sämtliche wäßrigen Salzlösungen und/oder Zuckerlösungen und mit Wasser verdünnte Säuren und Basen verstanden. Hiezu gehören beispielsweise auch Meerwasser und Bäder galvanischer und/oder chemischer Oberflächenbehandlungsverfahren, zum Beispiel Beizbäder, wie verdünnte Schwefelsäure. -2-

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Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendende Kühlvorrichtung kann beispielsweise ein handelsüblicher Verdampfer einer Kompressionskälteanlage sein. Der Verdampfer nimmt bei einer vorteilhaften Verdampfungstemperatur von etwa +5 °C Wärme aus dem Gasstrom, vorzugsweise Luft, auf, wodurch das flüssige Kältemittel vollständig verdampft. Je nachdem, ob der Kältemittelverdampfer direkt oder durch Zwischenschaltung eines Wärmeübertragungsmediums, vorzugsweise frostsicheres Wasser, beaufschlagt wird, handelt es sich um direkte oder indirekte Verdampfung. Der Verdampfer beziehungsweise Gaskühler wird vorzugsweise als Rippenrohr-Wärmeaustauscher ausgebildet. Für eine einwandfreie Verteilung des Kältemittels im Verdampfer sorgen übliche Einspritzventile und Verteiler. Die mittlere Dampfgeschwindigkeit je Verdampferrohr liegt vorzugsweise zwischen 8 und 12 m/s.

Als Gaserhitzer können beispielsweise Kondensatoren, auch Verflüssiger genannt, in Rippenrohrausführung einer Kompressionskälteanlage Verwendung finden. Die bei der Kondensation des Kältemittels freiwerdende Wärmeenergie geht an den Gasstrom über. Das verflüssigte Kältemittel sammelt sich am Boden des Kondensators und wird über ein Expansionsventil dem Verdampfer zugeführL Die Gasgeschwindigkeit vordem Erhitzer liegt vorzugsweise zwischen 1,5 und 4,5 m/s. Bei der auch möglichen indirekten Kondensation erfolgt die Zwischenschaltung eines zusätzlichen Übertragungskreislaufes beispielsweise mit Wasser.

Als Wärmepumpen, beispielsweise Wärmepumpenkompressoren, sind übliche Kältemittelkompressoren in Kolbenkompressorbauart geeignet. Aber auch andere Bauarten, wie Rotationskompressoren und/oder Turbokompressoren, sind vorteilhaft einsetzbar.

Der Kältekompressor saugt Kaltdampf aus dem Verdampfer an, komprimiert ihn auf höhere Temperatur und drückt den Dampf in den Kondensator.

Als Werkstoffe für die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigten Vorrichtungen, wie Kühlvorrichtung, Gaserhitzer, Wäscher, Tropfenabscheider und Behälter können übliche Materialien verwendet werden, soweit sie gegen die zum Einsatz kommenden wäßrigen Lösungen, Gase, Dämpfe und herrschende Temperaturen beständig siiid. Hierzu gehören beispielsweise übliche Metalle und/oder Kunststoffe. Aber auch kunststoffbeschichtete Metalle sind einsetzbar.

Die Erfindung ist an Hand folgender Beispiele näher beschrieben:

Beispiel 1

In der zugehörigen Zeichnung ist ein Behälter (1) dargestellt, in dem sich eine Teilmenge, beispielsweise eines cyanidischen Silberbades, befindet. Die Temperatur des Bades im nicht dargestellten. Arbeitsbehälter muß auf etwa 25 °C konstant gehalten werden. Beim Galvanisieren von Teilen wird Silberbadlösung in die nachfolgenden Spülbäder verschleppt. Diese soll wieder zurückgewonnen werden. Dazu wird das Spülwasser aus der ersten Stufe der in mehreren Stufen durchgeführten Spülung über die Leitung (25) in den Behälter (1) gegeben. Die Niveauregelung erfolgt mittels Regelventil (30). Das Oberteil des geschlossenen Behälters (1) ist zugleich Kanal zur Führung des umgewälzten Gases. Der weiterführende Kanal (2) mündet in den Ventilator (3), der dem Transport des Gases - vorzugsweise Luft - dient. Der Ventilator (3) fördert das Gas zunächst in den Wäscher (4), von dem aus es dann über den Kanal (5) wieder zum Behälter (1) zurückgeführt wird. Vom gesamten Innenraum des Behälters (1) ist das Nebenabteil (6) durch die Trennwand (7) abgetrennt. Oberhalb des Nebenabteils (6) ist der Verdampfer (8) der Wärmepumpe (9) angeordnet, während auf der anderen Seite des Behälters das Gas über deren Kondensator (10) geleitet wird.

Die Wärmepumpe (9) wird in diesem Fall mit Kältemittel auf Basis eines fluorhaltigen Kohlenwasserstoffes betrieben, das vom Kompressor (11) aus gasförmig mit einem Druck von ca. 25 bar durch die Leitung (12) zum Kondensator (10) strömt. Die Temperatur des gasförmigen Kältemittels beträgt dabei etwa 60 °C. Im Kondensator (10) wird es wieder zu Flüssigkeit kondensiert, wobei das durch den Kondensator strömende Gas auf ca. 45 °C erwärmt wird. Die Restkondensation erfolgt im Zusatzkondensator (23). Das nun flüssige Kältemittel fließt zum Expansionsventil (13), in dem es auf einen Druck von etwa 6 bar entspannt wird. Von hier aus gelangt das Kältemittel in den Verdampfer (8), wo es völlig vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht. Hierzu ist eine geringe Überhitzung von etwa 8 °C erforderlich. Für diesen Vorgang wird Wärmeenergie benötigt, die von dem über den Verdampfer strömenden Gas abgegeben wird. Während das Kältemittel bei etwa 5 °C verdampft, wird das Gas auf etwa 10 °C abgekühlt (sensible Wärme). Der größere Anteil der zum Verdampfen des Kältemittels erforderlichen Wärmemenge stammt aus der beim Kondensieren der im Gas enthaltenen Feuchtigkeit freiwerdenden latenten Wärme. Das Kondensat läuft in das Nebenabteil (6) ab. Ein Tröpfchenabscheider (14) verhindert, daß Kondensat vom Gassüom wieder mitgerissen werden kann. Das Gas strömt anschließend wieder über den Kondensator (10), womit dieser Kreislauf geschlossen ist, während das nun gasförmige Kältemittel wieder vom Kompressor (11) über die Leitung (17) angesaugt wird.

Das Silberbad-Spülwasser-Gemisch wird mit der Pumpe (15) zum Wäscher (4) gefördert, wo es über Düsen (16) auf Austauschkörper versprüht wird. Deren große Oberfläche und ihre Formgebung ermöglichen eine Sättigung des durch den Wäscher (4) strömenden Gases mit Feuchtigkeit. Überschüssige Feuchtigkeit läuft über die Leitung (18) wieder zum Behälter (1) zurück. Am Gasaustritt des Wäschers (4) ist ebenfalls ein Tropfenabscheider (19) angeordnet, damit keine Flüssigkeit in Tropfenform mitgerissen wird.

Das im Nebenabteil (6) anfallende Kondensat kann wieder zum Spülen der versilberten Teile verwendet werden, während der Inhalt des Hauptabteils (19) des Behälters (1) mit Hilfe der Pumpe (20) über die -3-

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Rohrleitungen (21) und (22) mit dem Inhalt des Arbeitsbehälters des Galvanisierbades umgewälzt wird. Da aus dieser Flüssigkeit bei Anwendung des beschriebenen Verfahrens im wesentlichen nur reines Wasser ausgetrieben wird, bleiben die Wertstoffe für den Arbeitsprozeß des Versilberns völlig erhalten. Die für die Verdunstung des Wassers im Wäscher (4) erforderliche Energie wird am Kondensator (10) der Wärmepumpe (9) auf das 5 umgewälzte Gas übertragen. Bis auf geringe Verluste wird diese Energie am Verdampfer (8) wieder zurückgewonnen. Da jedoch die gesamte Antriebsleistung der Wärmepumpe dem Kreislauf zusätzlich zugeführt wird, entsteht in ihm ein Energieüberschuß. Er kann zum Beispiel über den dargestellten zweiten Kondensator (23) zur Aufheizung einer Luftmenge (24) zur Raumheizung genutzt werden. Mit dieser temperierten Luft, die dann ins Freie geblasen werden müßte, kann auch zusätzlich Wasser verdunstet werden (Abluftverdunstung). 10 Eine weitere Möglichkeit, den Energieüberschuß zu verwenden, bietet die Aufheizung eines Bades und/oder eines Wärmespeichers.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel 2 wird im geschlossenen Verdunstungskreislauf als Gas Luft verwendet. Nach dem Verdampfer (8) besitzt diese bei einer Temperatur von 10 °C einen Wassergehalt von 7,8 g/kg. Im Kondensator (10) wird die Temperatur auf 45 °C erhöht. Dadurch kann die Luft im Wäscher (4) 15 weitere Feuchtigkeit aufnehmen. Ihr Wassergehalt steigt auf 16,8 g/kg, während die Temperatur dabei auf 22,5 °C sinkt. Beim anschließenden Durchströmen des Verdampfers (8) wird wieder Feuchtigkeit durch die Kondensation entzogen, wobei die Luft wieder den oben genannten Zustand annimmt.

Um auf diese Weise stündlich 50 kg Wasser zu verdunsten, muß in dieser Zeiteinheit ein Luftvolumen von etwa 4700 m^ umgewälzt werden. Die Wärmepumpe benötigt eine Antriebsleistung von 22 KW. 20 Mit dieser Antriebsleitung ist es möglich, bei den beschriebenen Verhältnissen am Verdampfer (10) eine Heizleistung von 54 KW zur Verfügung zu stellen.

Damit läßt sich ein Vergleich anstellen zwischen dem bisher üblichen Verfahren zur Verdunstung und Kondensation von Wasser und dem erfmdungsgemäßen Verfahren, wobei wieder eine zu verdunstende bzw. zu kondensierende Wassermenge von 50 kg/h zugrunde gelegt ist. Zu beachten ist dabei, daß beim herkömmlichen 25 Verfahren keine gleichbleibenden Voraussetzungen vorliegen, so ist zum Beispiel die Ausgangstemperatur der Luft und ihr Feuchtigkeitsgehalt schwankend, doch bleiben die Unterschiede zwischen den Verfahren in ihrer Größenordnung erhalten.

Beispiel 2 30 Verdunsten und anschließendes Kondensieren von 50 kg/h Wasser mit Hilfe von 5556 kg/h Luft bei Anwendung des a) herkömmlichen Verfahrens, indem in einen Lufterhitzer diese Luft von 10 °C auf 45 °C aufgeheizt, anschließend die Luft in einem Wäscher mit der Feuchtigkeit beaufschlagt wird und danach diese Feuchtigkeit am Verdampfer einer Kältemaschine wieder zur Kondensation gebracht wird. 35 b) erfindungsgemäßen Verfahrens

Verfahren b)

Verfahren a) 40 Erforderliche Heizleistung am Lufterhitzer (KW) 54 54 Leistungsaufnahme der Kältemaschine für Kondensation der Feuchtigkeit 22 45 Wärmerückgewinung aus Kondensation der Feuchtigkeit und Abkühlung der Luft (KW) -54 Leistungsaufnahme der Wärmepumpe (KW) 22 50 Gesamter Leistungsbedarf (KW) 76 22 Verluste (KW) 76 * 5 Überschußenergie zur weiteren Nutzung (KW) - - 17 55 -4- 60

Claims (1)

1. ÄT 392 056 B PATENTANSPRUCH Verfahren zur Verdunstung und Wiedergewinnung von Wasser aus der wäßrigen Lösung eines galvanischen Bades, das sich in einem geschlossenen Behälter befindet, der in einer im Kreislauf geführten Anlage mit Kondensator und Verdampfer angeordnet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte, - Zirkulation eines Luftstroms über die Oberfläche der Lösung zur Aufnahme von Wasser und Überführen des Luftstroms zum Kondensator einer Wärmepumpe - Weiterleiten des erhitzten Luftstroms durch die mittels eines Gaswäschers versprühte Lösung zur Übertragung von Wärmeenergie auf diese Lösung und zur Beaufschlagung des Luftstroms mit Wasser - Weiterleiten des mit Wasser beaufschlagten Luftstroms zum Verdampfer der Wärmepumpe zur Kondensation des Wassers und zur Übertragung von Wärmeenergie auf den Verdampfer - Erwärmen und/oder Verdunsten weiterer Wassermengen mit der gewonnenen überschüssigen Wärmeenergie. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -5-