Verfahren zum Eindampfen von Lösungen in eine oder mehrstufigen Eindampfungsanlagen und Eindampfungsanlage zur Ausführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindampfen von Lösungen in eine oder mehrstufigen Eindampfungsanlagen und eine ein- oder mehrstufige Eindampfungsanlage zur Ausführung des Verfahrens. Bei diesen Anlagen kommt es darauf an, eine hohe Wärmewirtschaftlichkeit zu erreichen, weswegen man zur Beheizung Maschinenabdampf oder andere Dämpfe mit niedriger Spannung verwendet. Beim Eindampfen von wärmeempfindlichen Lösungen, wie beispielsweise organischen Säften, wie Gelatinelösungen und ähnliche, ist darauf zu achten, dass die Siedetemperaturen möglichst niedrig gehalten werden, und dass die Einwirkungs- dauer des Dampfes auf die Lösung möglichst kurz ist, um ein Färben der Säfte und andere unangenehme Erscheinungen durch zu lange Erwärmung zu vermeiden.
Bei der Eindampfung von Laugen, wie Sulfatablaugen, Sulfitlaugen und dergleichen, kommt es auf hohe Endkonzentration und grosse Wirtschaftlichkeit an.
Bei allen bisherigen vorwiegend gebräuchlichen Anlagen befindet sich im Verdampfer die einzudampfende Lösung im Innern von senkrecht stehenden Heizrohren, die von aussen beheizt werden. Infolgedessen ist beim Eindampfen der Lösung der Flüssigkeitsdruck zu überwinden, der sich naturgemäss unter Berücksichtigung des spezifischen Gewichts der Lösung durch eine Tem p eratursteigerung des Heizdampfes geltend macht. Diese Temperatursteigerung nimmt bei mehrstufigen Eindampfungsanlagen ver hältnismässig grosse Werte an.
Die Erfindung geht nun davon aus, diese Temperatursteigerung durch den Flüssig keitsdruck zu vermeiden, und zwar gerade bei den Eindampfungsanlagen, bei denen die Lösung sich von unten nach oben durch die Verdampfer bewegt. Das wird nun erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die einzudampfende Lösung mit grosser Geschwindigkeit in die von aussen durch Dampf beheizten Rohre eines oder mehrerer Verdampfer von unten derart eingespritzt wird, dass die Wandung der Rohre von unten bis oben von der Lösung in dünner Schicht bedeckt wird, die sich wie der abziehende Dampf nach oben bewegt.
Daher kommt bei einer derartigen Arbeitsweise für die Heizdampftemperatur während der Eindampfung nur die Siede punkterhöhung der Lösung und die spezifische Wärmeübertragung durch die Wandung der Rohre in Betracht. Die Beförderung der Lösung in der angegebenen-Weise wird nun bei der Eindampfungsanlage gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Lösung aus Düsen, die unterhalb der von aussen beheizten Rohre angeordnet sind, auf die innere Wandung dieser Rohre gespritzt wird.
Ein Ausführungsbeispiel eines Verdampfers, wie er zum Aufbau einer mehrstufigen Eindampfungsanlage gemäss der Erfindung verwendet wird, ist auf der Zeichnung in Fig. 1 dargestellt.
Fig. 2 und 3 zeigen je ein Ausführungsbeispiel einer Düse in grösserem Massstab.
Der Verdampfer besteht im wesentlichen aus dem Heizkörper 1 mit Dampfein- und Kondenswasseraustritt, ferner dem obern Brüdenraum mit Schaumzerstörer und den Siederohren 2. Diese sitzen unten in dem Zwischenboden 3 und oben in dem Boden 4.
Der Verdampfer ist unten mit einem Boden 5 versehen, in welchem die Düsen 6 sitzen, deren Austrittsmündungen nach aussen schwach konisch verlaufen. Die Düsen sind so angeordnet, dass der aus jeder Düse aus tretende : Flüssigkeitskegel 7 auf die innere Wandung je eines Rohres im untern Teil des Heizkörpers auftrifft. Die Entfernung des Bodens 3 vom Boden 5 kann so bemessen werden, dass Ider Raum zwischen diesen beiden Böden durch Mannloch 9 befahrbar ist.
Die durch die Düsen ausgespritzte Lösung gleitet dann an der Rohrwandung in dünner Schicht aufwärts und tritt an dem oberen Boden 4 aus, sammelt sich in dem Ringraum 8 des- Schaumfängers 10 und läuft von hier aus durch die Leitung 11 einer Pumpe 12 oder auch einer andern Vorrichtung zu, die die Lösung unter dem notwendigen Druck in die Druckkammer 13 befördert, von der aus sie dann den beschriebenen Kreislauf von neuem beginnt.
Um die Flüssigkeitsstrahlen zur Erhöhung der Wärmeübertragung noch weiter zu zerlegen, können nach Fig. 2 die Düsen 6 mit einer schraubenförmigen Eindrehung 14 versehen sein, wodurch die Flüssigkeitsstrah- len einen Drall erhalten und die Flüssigkeit in Schraubenwindungen unter gleichzeitiger Durchwirbelung durch die Rohre befördert wird.
Nach Fig. 3 kann die Düse 6 auch so angeordnet werden, dass sie über dem Boden 5 hervorragt, wobei die Austrittsmündung 15 so geformt ist, dass durch den austretenden Flüssigkeitskegel an-der Aussenseite eine Saugwirkung entsteht. die die etwa auf dem Boden 5 liegende Flüssigkeit mit- emporhebt.
Aus mehreren Verdampfern gemäss Fig. 1 kann man nun jede mehrstufige, der Art der Lösung und der Stärke der Endkonzentration entsprechende Eindampfungsanlage zusammensetzen, bei der zum Beispiel die nicht eingedampfte Lösung in der letzten Stufe eingezogen wird, und die eingedampfte Lö- sung die Anlage in der ersten Stufe verlässt.
Weiche Temperaturersparnisse in warmewirtschaftlicher Beziehung eintreten ergibt folgendes Beispiel:
Legt man zum Eindampfen von Lösungen organischer Stoffe eine mehrstufige Eindampfungsanlage zug-runde, bei welcher der letzte Körper unter Atmosphärendruck ar betet, und nimmt man die Anfangskonzentration der Lösung mit 7,8 Be, die Endkonzentration mit 34 Be an, so ergibt sich, dass zum Beispiel in einer dreistufigen Eindampfungsanlage mit drei Meter langen lleizrohren zur Überwindung des Flüssig keitsdrnckes 9,5 0 C entsprechend 0,4795 atü gebraucht werden.
Um diese Temperatur kann also der Eeizdampf niedriger sein; oder es lassen sich noch ein bis zwei Stufen anhängen, - was eine erhebliche Dampfersparnis bedeutet.
Dadurch, dass in den Heizrohren 2 ein Gemisch von Flüssigkeitsteilchen und Dampf, beschleunigt durch die Düsenwirkung, mit grösster Geschwindigkeit emporgetrieben wird, wird die spezifische Wärmeübertragung (Transmissionskoeffizient) bedeutend gesteigert. Ausserdem wird das nutzlose Temperaturgefälle, welches in den üblichen Apparatekonstruktionen durch die Flüssigkeitssäule verursacht wird, beseitigt. Man kommt für den : lleizdampf deshalb, ohne die Heizflächen der Verdampfer zu vergrössern, ausschliesslich mit der Temperaturdifferenz aus, die gegeben ist durch die Siedepunkt- erhöhung und durch die wesentlich verbesserte Ausnutzung der Wärme, die nur noch die Reizflächenarbeit zu leisten hat.
Die Flüssigkeitsmenge, die sich in dem beschriebenen Verdampfer befindet, ist wesentlich kleiner als bisher üblich, da nur die Druckkammer 13 mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die Flüssigkeit durchströmt ausserdem infolge der Düsenwirkung den Verdampfer in kürzerer Zeit, so dass die Aufenthaltsdauer im Verdampfer nur noch rund drei Minuten beträgt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann man die Beheizung sowohl im Gegenstrom, wie im Gleichstrom verwenden. Bisher hat man Laugen im allgemeinen im Gleichstrom eingedampft, weil die Dicklaugenkörper weniger Verdampfleistung aufzubringen haben und erheblich kleiner in der Heizfläche und somit im Laugeninhalt sind.
Bei der Eindampfung nach dem neuen Verfahren kann man die gesamte Aufenthaltszeit der Lauge im Verdampfer erheblich verringern. Deshalb ist es auch möglich, in diesem Falle im Gegenstrom zu arbeiten. Das hat wiederum den Vorteil, dass bei der Eindampfung im Gegenstrom die Verluste aus den so : Lösungen geringer werden, abgesehen von den wärmewirtschaftlichen Vorteilen.
Bei mehrstufigen, nach dem vorliegenden Verfahren arbeitenden Anlagen, bei denen die grosse, noch nicht eingedampfte Dünnlaugenmenge in die letzte Verdampferstufe eingezogen wird und die vollständig eingedampfte Laugenmenge die Anlage in der ersten Verdampferstufe verlässt, braucht man also nur die grosse Dünnlaugenmenge auf die Temperatur der letzten Verdampferstufe an zuwärmen, und die noch nicht vollständig eingedampften Langenmengen jeweils auf die Temperatur der folgenden Verdampferstufe weiter anzuwärmen.
Process for evaporation of solutions in one or multi-stage evaporation plants and evaporation plant for carrying out the process.
The invention relates to a method for evaporation of solutions in one or more stage evaporation plants and a single or multi-stage evaporation plant for carrying out the method. In these systems, it is important to achieve a high level of heat economy, which is why machine steam or other low-voltage steam is used for heating. When evaporating heat-sensitive solutions, such as organic juices, such as gelatin solutions and the like, it must be ensured that the boiling temperatures are kept as low as possible and that the duration of the action of the steam on the solution is as short as possible in order to color the juices and to avoid other unpleasant phenomena caused by heating for too long.
When evaporating alkalis, such as sulphate waste liquors, sulphite liquors and the like, a high final concentration and great economic efficiency are important.
In all of the systems that have mainly been used to date, the solution to be evaporated is located in the evaporator inside vertical heating pipes that are heated from the outside. As a result, when evaporating the solution, the liquid pressure has to be overcome, which naturally asserts itself by increasing the temperature of the heating steam, taking into account the specific weight of the solution. In multi-stage evaporation systems, this increase in temperature takes on relatively large values.
The invention now assumes that this temperature increase due to the liquid keitsdruck to be avoided, especially in the evaporation systems in which the solution moves from bottom to top through the evaporator. This is achieved according to the invention in that the solution to be evaporated is injected at high speed into the tubes of one or more evaporators, which are heated externally by steam, from below in such a way that the wall of the tubes is covered in a thin layer from bottom to top, which moves upwards like the exhausting steam.
Therefore, with such a procedure, only the boiling point increase of the solution and the specific heat transfer through the walls of the tubes come into consideration for the heating steam temperature during evaporation. The conveyance of the solution in the specified manner is now achieved in the evaporation system according to the invention in that the solution is sprayed onto the inner wall of these pipes from nozzles which are arranged below the pipes heated from the outside.
An embodiment of an evaporator, as it is used to set up a multi-stage evaporation plant according to the invention, is shown in the drawing in FIG.
FIGS. 2 and 3 each show an exemplary embodiment of a nozzle on a larger scale.
The evaporator consists essentially of the heating element 1 with steam inlet and condensation water outlet, furthermore the upper vapor space with foam destroyer and the boiling tubes 2. These sit at the bottom in the intermediate floor 3 and at the top in the floor 4.
The evaporator is provided at the bottom with a base 5 in which the nozzles 6 are seated, the outlet openings of which are slightly conical towards the outside. The nozzles are arranged in such a way that the cone of liquid 7 emerging from each nozzle strikes the inner wall of a pipe in the lower part of the radiator. The distance of the floor 3 from the floor 5 can be dimensioned such that the space between these two floors can be driven through through the manhole 9.
The solution sprayed out through the nozzles then slides up the pipe wall in a thin layer and exits at the upper base 4, collects in the annular space 8 of the foam catcher 10 and runs from here through the line 11 of a pump 12 or another Device to which conveys the solution under the necessary pressure into the pressure chamber 13, from which it then begins the cycle described again.
In order to break up the liquid jets even further to increase the heat transfer, the nozzles 6 can be provided with a helical recess 14 according to FIG. 2, whereby the liquid jets receive a twist and the liquid is conveyed through the tubes in helical windings with simultaneous swirling.
According to FIG. 3, the nozzle 6 can also be arranged in such a way that it protrudes above the base 5, the outlet opening 15 being shaped in such a way that a suction effect is created on the outside by the emerging cone of liquid. which also lifts the liquid lying approximately on the bottom 5.
From several evaporators according to FIG. 1, you can now put together any multi-stage evaporation system corresponding to the type of solution and the strength of the final concentration, in which, for example, the non-evaporated solution is drawn in in the last stage and the evaporated solution is in the system the first stage leaves.
The following example results in soft temperature savings in a thermal economic relationship:
If a multi-stage evaporation system is used for the evaporation of solutions of organic substances, in which the last body ar prays under atmospheric pressure, and if the initial concentration of the solution is assumed to be 7.8 Be and the final concentration of 34 Be, it results that For example, in a three-stage evaporation plant with three-meter-long braided pipes to overcome the liquid pressure of 9.5 ° C corresponding to 0.4795 atmospheres.
The heating steam can be lower by this temperature; or one or two levels can be added - which means considerable steam savings.
Because a mixture of liquid particles and steam, accelerated by the nozzle effect, is propelled up at the greatest speed in the heating tubes 2, the specific heat transfer (transmission coefficient) is significantly increased. In addition, the useless temperature gradient which is caused by the liquid column in the usual apparatus constructions is eliminated. Therefore, without enlarging the heating surfaces of the evaporator, one gets by with the temperature difference that is given by the increase in the boiling point and the significantly improved utilization of the heat, which only has to do the stimulating surface work.
The amount of liquid that is in the evaporator described is much smaller than previously usual, since only the pressure chamber 13 is filled with liquid. As a result of the nozzle effect, the liquid also flows through the evaporator in a shorter time, so that the time spent in the evaporator is only around three minutes.
In the process described above, the heating can be used both in countercurrent and in cocurrent. So far, lyes have generally been evaporated in cocurrent because the thick liquor bodies have to apply less evaporation power and are considerably smaller in the heating surface and thus in the lye content.
With evaporation according to the new process, the total residence time of the lye in the evaporator can be reduced considerably. It is therefore also possible to work in countercurrent in this case. This in turn has the advantage that with evaporation in countercurrent, the losses from the so: solutions are lower, apart from the advantages in terms of heat economy.
In multi-stage systems that work according to the present process, in which the large amount of thin liquor that has not yet evaporated is drawn into the last evaporator stage and the completely evaporated amount of liquor leaves the system in the first evaporator stage, you only need the large amount of thin liquor to the temperature of the last To warm up the evaporator stage, and to further warm up the not yet completely evaporated long quantities to the temperature of the following evaporator stage.