AT400449B - Verfahren zur kondensation von aus spinnbädern stammenden brüden und verwendung eines spinnbades zur rückkühlung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Spinnbäder, wie Sie in der Zellwollindustrie beim Spinnprozeß Anwendung finden, werden während des Spinnprozesses mit Natriumsulfat und Wasser angereichert. Um diese im Kreislauf gehaltenen Spinnbäder einer Wiederverwendung zuführen zu können, müssen diese aufbereitet werden. Dazu müssen das 5 überschüssige Wasser als auch das überschüssige Natriumsulfat entfernt werden. Überschüssiges Wasser wird beispielsweise in Eindampfanlagen entfernt Das überschüssige Natriumsulfat wird nach Eindampfen des Spinnbades unter Abkühlen desselben, als Glaubersalz ausgefällt.

Die Eindampfung des überschüssigen Wassers erfolgt zweckmäßigerweise in mehrstufigen Eindampfanlagen bei einem spezifischen Dampfverbrauch von etwa 0,3 bis 0,4 kg/kg Wasserverdampfung. io Die Abkühlung des Spinnbades erfolgt zweckmäßigerweise in mehrstufigen Vakuumkühlanlagen. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Spinnbades, wird dieses von etwa 35'C - 40'C auf 0 - 15*C bei gleichzeitiger Wasserverdampfung abgekühlt und das Natriumsulfat als Glaubersalz auskristallisiert.

Bei üblichen Vakuumkühl- bzw. Vakuumkristallisationsanlagen wird der bei der Abkühlung des Bades entstehende Wasserdampf, sofern er nicht durch anschließende Kondensatoren mit Kühlwasser kondensiert 75 werden kann, durch Dampfstrahlapparatee abgesaugt. Während dieser Absaugung durch Dampfstrahlapparate wird der entstehende Wasserdampf oder Brüden auf eine solche Temperatur komprimiert, daß er anschließend durch Kühlwasser kondensiert werden kann.

Wesentlich wirtschaftlicher ist die Verwendung von Schwefelsäure für die Kondensation des bei der Vakuumkühlung bzw. bei der Entspannungsverdampfung entstehenden Wasserdampfes oder Brüden. 20 Dieses wesentlich wirtschaftlichere Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß durch die Kondensation eine Verdünnung der Schwefelsäure eintritt. Außerdem entsteht dabei nicht nur Kondensationswärme sondern auch Verdünnungswärme. Diese bei der Vakuumkühlung des Wasserdampfes oder der Brüden durch Schwefelsäure anfallende Brüdenkondensationswärme und Verdünnungswärme wird bisher nachteiligerweise an den Kühlwasserkreislauf abgeführt, der für eine Rückkühlung der im Kreislauf gehaltenen 25 Schwefelsäuremenge erforderlich ist, so daß diese Wärme bzw. Energiemenge keiner weiteren Nutzung zugeführt werden kann.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die Wirtschaftlichkeit von Vakuumkühlanlagen bzw. Vakuumkristallisationsanlagen, insbesondere bei der Spinnbadvakuumkühlung, deren Brüden durch Schwefelsäure kondensiert werden, 30 wesentlich verbessert.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, gemäß der Lehre des Patentanspuchs 1 gelöst.

Mit anderen Worten, der wesentliche Gedanke der Erfindung liegt darin, daß die im Schwefelsäurekreislauf entstehende Brüdenkondensationswärme und Verdünnungswärme nicht wie bisher mit dem Kühlwasser nutzlos abgeführt, sondern zur Erwärmung mindestens eines Spinnbades eingesetzt wird, wobei dieses 35 Spinnbad anschließend im Vakuum abgekühlt bzw. einer Entspannungsverdampfung unterworfen wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kondensation von Brüden der bei der Aufarbeitung von Spinnbädern anfällt, wobei dieser Brüden mittels Schwefelsäure kondensiert wird, wird die zur Brüdenkondensation verwendete Schlwefeisäure unter Durchlaufen von mindestens einem Säuremischkondensator und unter Durchlaufen von mindestens, einem Rückkühler oder 40 Wärmetauscher im Kreislauf gehalten. Die bei der Kondensation des Spinnbades entstehende Brüdenkondensationswärme als auch die bei der Zufuhr von frischer Säure in den Säurekreislauf entstehende Verdünnungswärme wird mit Hilfe des Rückkühlers oder Wärmeaustauschers an das Spinnbad abgegeben und zu dessen Eindampfung eingesetzt. im gemeinsamen Wärmetauscher oder Rückkühler erfolgt eine Erwärmung des Spinnbades durch 45 Aufnahme der dem Säurekreislauf entzogenen Brüdenkondensationswärme una Verdünnungswärme. Das im Wärmetauscher oder Rückkühler erwärmte Spinnbad wird anschließend im Vakuum gekühlt und insbesondere einem Entspannungsverdampfer zugeführt und dort abgekühlt und anschließend zumindest teilweise erneut in den Spinnbadkreislauf eingeleitet. Ein Teil des nach dem Abkühlen erhaltenen konzentrierten Spinnbades wird aus dem Kreislauf in ein Fallgefäß abgeleitet. Aus diesem Teil des Spinnbades so wird nachfolgend das Natriumsulfat als Glaubersalz auskristallisiert. Die abgeführte Spinnbadmenge wird durch einen etwa gleichen Teil neuen Spinnbades ersetzt. In diesem Entspannungsverdampfer wird dem Spinnbad die aus dem Säurekreisiauf aufgenommene Wärmeenergie entzogen. Der entstehende Brüden wird in einem Wassermischkondensator mittels Kühlwasser kondensiert und das Kühlwasser anschließend einem insbesondere barometrisch angeordnetem Fallgefäß zugeführt. 55 Eine Abkühlung des Spinnbades kann in einer bevorzugten Ausführungsform in mehreren hintereinandergeschalteten Stufen erfolgen. Dabei wird das Spinnbad insbesondere in erster Stufe einem Vorkühler zugeleitet und anschließend in einem mehrstufigem Kristallisator stufenweise abgekühlt. Bei stufenweiser Abkühlung des Spinnbades wird in bevorzugter Ausführungsform auch die Kondensation der entstehenden 2

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Brüden mittels Schwefelsäure in mehreren, hintereinander geschalteten Schwefelsäurekondensatoren durchgeführt, wobei die Schwefelsäure in den Schwefelsäuremischkondensatoren unaterschiedliche Konzentrationen aufweist. Mit anderen Worten, die Konzentration der Schwefelsäure nimmt stufenweise ab. Eine Rückkühlung der Schwefelsäure erfolgt dabei unter Verwendung der gleichen Mengen Spinnbades.

Dabei werden alle in die stufenweise Kondensation eingebundenen Wärmetauscher mit der gleichen Spinnbadmenge zur Rückkühlung betrieben. Die Spinnbadmengen werden dabei insbesondere über einen gemeinsamen Entspannungssverdampfer geleitet, worin durch Verdampfung eine Abkühlung erfolgt.

Um die mit diesem Verfahren erzielte Nachnutzung der bei der Spinnbadvakuumkühlung anfallenden Kondensationswärme und Verdünnungswärme zu verdeutlichen, sei unter Anlehnung an die vorab beschriebene Verfahrensweise davon ausgegangen daß die umlaufende Schwefelsäure, welche mittels Pumpe über Rohrleitungen durch den Rückkühler geführt wird, eine Eigentemperatur von 52 °C aufweist und mit einem Gehalt von 71% H2S04 im Kreislauf geführt wird, wobei die Brüdentemperatur beispielsweise 10'C beträgt. Die Verdünnung der so umlaufenden Schwefelsäure durch die Brüdenkondensation im Säuremischkondensator wird durch die Zufuhr von Frischsäure in den Schwefeisäurekreislauf, mit einem Gehalt von 98% H2S04, annähernd konstant gehalten und verbleibt somit insbesondere bei einem Gehalt von 71% H2S04 im Kreislauf. Bei Zufuhr dieser höherkonzentrierten Frischsäure in den Kreislauf wird Brüdenkondensationsenergie bzw. Verdünnungsenergie frei und erwärmt die im Kreislauf gehaltene Schwefelsäuremenge, insbesondere um 5 · C auf eine Temperatur von 57" C.

Diese Wärmemenge oder Wärmeenergie wird bei Durchlaufen des Rückkühlers bzw. Wärmwetau-schers an den Spinnbadkreislauf übertragen.

Das Spinnbad, das insbesondere mit einer Temperatur von 35 "C bis 4o C umläuft und dem Wärmetauscher zugeführt wird erwärmt sich dabei in etwa um diese Temperaturdifferenz, z.B. um 5'C auf 40" C bis 45" C. Das im Wärmetauscher erwärmte Spinnbad wird anschließend einem Entspannungsverdampfer zugeleitet und im Vakuum abgekühlt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die aus dem Säurekreislauf unter Rückkühlung entzogene Wärmemenge, die durch die Brüdenkondensationswärme und Verdünnungswärme gebildet wird, an das Spinnbad abgegeben und im Endeffekt zu dessen Konzentration genutzt wird. Dadurch erfolgt eine weitgehende Nachnutzung der anfallenden Energie und die Wirtschaftlichkeit von Vakuumkühlanlagen bzw. Vakuumkristallisationsanlagen wird wesentlich verbessert. Insbesondere bei technologisch bedingten großen Mengen Spinnbad ist eine Erwärmung durch nachgenutzte Energie eine große Energieeinsparung, weiche die Wirtschaftlichkeit der Anlagen insgesamt erheblich verbessert.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen Fig. 1 und Fig. 2 näher erläutert.

Dabei zeigen diese Figuren im Blockschaltbild Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vakuumkühlung von Spinnbädern, die zu ihrer Wiederverwendung aufbereitet werden und deren Brüden durch Schwefelsäure kondensiert werden.

Fig. 1 zeigt eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem Säuremischkondensator und einem Rückkühler

Fig. 2 zeigt eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem Spinnbadvorkühier, mehreren Säuremischkondensatoren und mehreren Rückkühlern.

Ein Aufbereiten erfolgt durch Eindampfen des Spinnbades und Ausfällen des überschüssigen Natriumsulfat als Glaubersalz.

Die bei der Vakuumkühlung des Spinnbades entstehenden Brüdenmengen werden durch eine Rohrleitung 1 (s. Fig.1) in einen Säuremischkondensator 2 eingeleitet und dort durch eine im Kreislauf gehaltene Schwefelsäuremenge kondensiert.

Die Brüdentemperatur liegt dabei um 10 °C und die Konzentration oder der Gehalt der umlaufenden Schwefelsäure liegt bei ca. 71 % H2SO4.

Der Umlauf der Schwefelsäure erfolgt dabei durch eine Pumpe 3, die über Rohrleitungen 4 und 5 den Schwefelsäuremischkondensator 2 mit dem Rückkühler oder Wärmeaustauscher 6 verbindet. Die Rohrleitung 4 weist dabei eine Zuführung 7 für frische Schwefelsäure auf. Aus dem Säuremischkondensator 2 wird über eine Abführung 21 in der Nähe des Auslaufes des Säuremischkondensators 2 ein Teil der während des Kondensationsprozesses verdünnte Schwefelsäure abgeführt. Diese abgeführte Säuremenge wird durch die über eine Zuführung 7 in den Säurekreislauf eingeleitete frische Schwefelsäure mit einer Konzentration von 98% ersetzt, so daß die umlaufende Säuremenge immer annähernd konstant ist. Durch das ständige Abführen und Ersetzen der verdünnten Schwefelsäure durch höherkonzentrierte Säure hat die umlaufende Säuremenge ständig eine annähernd gleiche Konzentration, die im Bereich von 71 % H2SO4 liegt. 3

Claims (8)

1. AT 400 449 B Die an die Schwefelsäure übertragene Brüdenkondensationswärme als auch die bei Zuleitung der frischen Schwefelsäure in den Schwefelsäurekreislauf entstehende Verdünnungswärme wird über einen Rückkühler oder Wärmetauscher 6 an den Spinnbadkreislauf abgeführt. Durch die Zufuhr von frischer Schwefelsäure erwärmt sich beispielsweise die im Umlauf gehaltene Schwefelsäuremenge von 52 °C auf 57“C. Bei 57'C und 71 % H2SCL- Gehalt ist der Wasserdampfdruck der Schwefelsäure ca. 7 Torr entsprechend einer Temperatur von 6°C. Der mit 10 *C ankommende Brüden kann somit im Säuremischkondensator bei 57 *C Schwefelsäureablauftemperatur ohne weiteres kondensiert werden. Das Spinnbad wird über eine Pumpe 16 und Rohrleitungen 8 und 9 dem Rückkühler oder Wärmetauscher 6 zugeführt,in diesem durch die Schwefelsäure erwärmt und einem Entspannungsverdampfer 10 zugeleitet. Im Rückkühler bzw. Wärmetauscher 6 wird die aus dem Säurekreislauf übernommene Wärmemenge an das Spinnbad übertragen. Das Spinnbad, das beispielsweise mit 35' C - 4o · C dem Wärmetauscher 6 zugeführt wird, erwärmt sich auf 40 °C - 45“ C und fließt mit dieser Temperatur in den Entspannungsverdampfer 10. Im Entspannungsverdampfer 10 wird ein Vakuum aufrechterhalten, so daß sich hierbei das Spinnbad wieder abkühlen kann. Über die Rohrleitung 11 wird es dann der Umwälzpumpe 16 zugeführt und erneut in den Spinnbadkreislauf eingebracht. Der im Entspannungsverdampfer 10 entstehende Brüden wird über eine Rohrleitung 12 einem Wassermischkondensator 13 zugeleitet und dort unter Zuführung von Kühlwasser aus der Leitung 14 kondensiert. Das Kühlwasser wird dabei über die Rohrleitung 15 in ein barometrisches Fallgefäß abgeleitet. Das aus der Leitung 14 in den Mischkondensator 13 eingeleitete Kühlwasser hat dabei eine Temperatur von 24 *C und erwärmt sich um ca. 5' C auf ca. 29 ° C . Um die Spinnbadmenge im Kreislauf konstant zu halten, wird über einen Spinnbadzulauf 20 kontinuierlich neues Spinnbad zur Wärmeaufnahme zugeführt. Ein Teil des durch Verdampfung von entsprechenden Wassermengen konzentrierten Spinnbades wird über eine Abführung 18 aus dem Entspannungsverdampfer einem Fallgefäß 19 zugeleitet. Nach einer in Figur 2 dargestellten Ausführungsform kann die Abkühlung des Spinnbades, die vor der Brüdenkondensation erfolgt auch in mehreren hintereinandergeschalteten Stufen erfolgen. Dabei wird über die Leitung 1 einem Kühler 22, der mehrere Abkühlstufen aufweist, Spinnbad zugeführt. In einer ersten Kühlstufe 22A erfolgt eine Spinnbadkühlung von ca. 30 · C auf 25 · C und anschließend stufenweise über die Kühlstufen 22B und 22 C auf 20 °C. Die Spinnbadbrüdenkondensation kann dabei insbesondere nach Durchlauf der Stufen 22A bis 22C in 2A des Säuremischkondensators erfolgen. Möglich ist ebenfalls eine Brüdenführung aus 22A des Kühlers in 2C des Säuremischkondensators. Eine weitere Möglichkeit der Brüdenführung aus dem Kühler ist die Zuführung von 22B nach 2B des Säuremischkondensators. Bei einer Zuführung von 22C des Kühlers nach 2A des Säuremischkondensators durchläuft der Brüden alle Stufen des Kühlers. Die H2SCL -Konzentrationen im Säuremischkondensator nehmen stufenweise ab und liegen in der ersten Stufe 2A bei insbesondere 71%;‘ in der zweiten Stufe 2B bei 69% und in der dritten Stufe bei 60%. In der dritten Stufe 2C wird ein Teil der bis auf 60% verdünnten Schwefelsäure über die Rohrleitung 21 abgeführt. Diese aus dem Kreislauf abgeführte Sauremenge wird über die Frischsäurezufuhr 7 durch frische Schwefelsäure mit einer Konzentration von 98% ersetzt. Eine Rückkühlung der Schwefelsäure erfolgt dabei über die Rückkühler oder Wärmetauscher 6a bis 6c. Über diese Wärmetauscher wird die dem Säurekreislauf entzogene Wärmemenge an den Spinnbadkreislauf abgegeben. Jede Stufe des Säuremischkondensators 2A bis 2C ist dabei mit einem Rückkühler 6a bis 6c verbunden. Die einzelnen Rückkühler 6a bis 6c stehen über Rohrleitungen miteinander in Verbindung, so daß die einzelnen Rückkühlkreisläufe nacheinander durchlaufen werden können und das Spinnbad aus der letzten Rückkühlstufe 6c über eine Rohrleitung 9 einem Entspannungsverdampfer 10 zugeführt wird. Ein Teil des entspannten und dadurch abgekühiten Spinnbades wird über eine Rohrleitung 8 erneut dem Spinnbadkreislauf zugeführt und gelangt somit wieder in die Rückkühler. Die Verfahrensweise nach Entspannung und Abkühlung im Entspannungsverdampfer 10 erfolgt weiterhin analog wie schon zu Fig. 1 erläutert. In der nach Fig. 2 bevorzugten Ausführungsform werden die Wärmetauscher 6a bis 6c mit der gleichen Spinnbadmenge zur Säurerückkühlung betrieben. Eine Kühlung des Spinnbades erfolgt durch Entspannung bzw. Verdampfen des erwärmten Spinnbades im Entspannungsverdampfer 10. Patentansprüche 1. Verfahren zur Kondensation von Brüden, der bei der Aufarbeitung von Spinnbädern anfällt, mit Hilfe von im Kreislauf geführter und rückgekühlter Schwefelsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man Spinnbad zur Rückkühlung der Schwefelsäure einsetzt und anschließend im Vakuum abkühit. 4 AT 400 449 B
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Kühlung eingesetzte Spinnbad im Kreislauf geführt wird, wobei ein Teil des nach der Abkühlung erhaltenen konzentrieren Spinnbades abgeführt und durch einen in etwa gleichen Teil neuen Spinnbades ersetzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Abkühlung des zur Rückkühlung eingesetzten Spinnbades anfallende Brüden abgezogen und mittels Kühlwasser kondensiert wird.
4. 4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des aufzuarbeitenden Spinnbades in mehreren hintereinandergeschaltenen Stufen erfolgt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brüden aus jeder Kühlstufe in einem Säuremischkondensator kondensiert wird, daß die eingesetzte Schwefelsäure im Kreis geführt und in einem separaten Wärmetauscher durch das Spinnbad rückgekühlt wird, daß die Schwefelsäuremischkondensatoren derart hintereinander geschaltet sind, daß ein Teil der Schwefelsäure aus dem jeweiligen Säuremischkondensator in den nachgeschalteten Säuremischkondensator geleitet wird bzw. im Fall des letzten Säuremischkondensators aus dem Kreislauf abgeführt und eine annähernd gleiche Menge an frischer Schwefelsäure dem ersten Säuremischkondensator zugeführt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher hintereinander geschaltet sind und von dem gleichen Spinnbad zur Rückkühlung durchflossen werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brüden aus der ersten Kühlstufe in dem Säuremischkondensator mit der geringsten Schwefelsäurekonzentration, der Brüden aus der nächsten Kühlstufe in dem Säuremischkondensator mit der nächst höheren und der Brüden aus der letzten Kühlstufen in dem Säuremischkondensator mit der höchsten Schwefelsäurekonzentration kondensiert wird.
8. 8. Verwendung eines Spinnbades zur Rückkühlung von zur Brüdenkondensation im Kreislauf geführter Schwefelsäure. Hiezu 2. Blatt Zeichnungen 5