Verfahren und Einrichtung zur Gewinnung von fl chtigen Stoffen aus einer Lösung bei gleichzeitiger Eindickung der Lösungfdurch Verdampfung.
Losungen, welche flüchtige Stoffe, wie z. B. Alkohol, enthalten, werden meistens zuerst zwecks Gewinnung dieser Stoffe destilliert und zuletzt durch Verdampfung eingedickt, falls die löslichen Stoffe gewonnen werden sollen.
Bei grossen Alengen einer solchen Lösang mit kleinem Gehalt der flüchtigen Stoffe ist der Wärmebedarf zur Gewinnung dieser Stoffe durch Destillation im Verhältnis zur kleinen Menge derselben sehr gro¯. Weil daneben die Kosten der Destillieranlage in- folge der unumgänglich notwendigen grossen Abmessungen derselben ebenfalls sehr gro¯ sind, ist die Gewinnung der flüchtigen Stoffe aus solchen Losungen wenig ergiebig.
Es sind Verfahren und Vorrichtungen zur Destillation und Verdampfung genannter Lo sungen bekannt, bei welchen die Destillier- kolonne zwischen den ersten zwei Stufen einer mehrstufigen Verdampfanlage so angeordnet ist, dass in die Destillierkolonne die ganze Menge der Lösung gepumpt wird, ihr Rest nach der Destillation aus der Kolonne in den Verdampfer erster Stufe flieBen kann, welcher aus der Losung Dämpfe entwickelt, die zur Beheizung der Destillierkolonne verwendet werden und da¯ der Verdampfer der zweiten Stufe, in welchen die L¯sung aus der ersten gelangt, mit Dämpfen aus der Destillierkolonne beheizt wird, welche die flüchtigen Stoffe der Lösung enthalten.
Auf die geschilderte Art wird zwar Wärme gespart, die Abmessungenlder Destil liervorrichtung müssen jedoch der ganzen zu destillierenden Losungsmenge entsprechen.
Ferner sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei welchen die flüchtige Stoffe enthaltende Lösung in mehrstufigen Verdampfanlagen verdampft wird, wobei die in der ersten Stufe entwickelten und in der zweiten Stufe niedergeschlagenen Dämpfe, welche die meisten flüchtigen Stoffe, z. B. Alkohol, enthalten, in einer selbständigen oder mit der Verdampfanlage verbundenen Destilliervorrichtung destilliert werden, während die in den weiteren Stufen gebildeten bezw. nieder geschlagenen DÏmpfe, welche ebenfalls noeh flüchtige Stoffe enthalten, zur Zubereitung der Lösungen dienen, damit diese Stoffe nicht verlorengehen.
Diese Verfahren und Vorrichtungen k¯nnen nicht in Fällen angewendet werden, wo die Losung selbst ein bestimmter Erzeugungsrest ist, so da¯ die Anwendung der Kondensate zu seiner Zubereitung nicht in Betracht kommt. Daneben bleiben in der eingedickten Losung noch verhÏltnismϯig betrÏchtliche Mengen der flüchtigen Stoffe, wodurch Ver- luste entstehen.
Die Gewinnung sämtlicher flüchtigen Stoffe aus Lösungen durch Verdampfung In mehrstufigen Verdampfanlagen ist hauptschlich durch den Umstand ersehwert, dass bei ununterbrochener Arbeit ein physika lisches Gleichgewicht zwischen den aus einem Verdampfer austretenden Dämpfen und dem austretenden Lösnngsrest, nicht aber zwi- schen diesen DÏmpfen und der eintretenden Lösung besteht, weil bei Verdampfern mit grossem Flüssigkeitsinhalt die Zusammen- setzung desselben der Zusammensetzung der austretenden Flüssigkeit näher als jener der eintretenden Flüssigkeit liegt.
Bei Verdamp- fern mit kleinem Flüssigkeitsinhalt, welche meistens mit langen Rohren und Abscheidern versehen sind, in welchen die Trennung der gebildeten Dämpfe von der eingedickten Lösung erfolgt, welche sogleich in den folgenden Verdampfer übertritt, kann das phy sikalische Gleichgewicht nur zwischen den aus der Stufe austretenden Dämpfen und der austretenden Lösung bestehen. Zur Erläuterung des Vorstehenden seien folgende Beispiele anzuführen : Alkoholdämpfe, welche beim Beginn des Siedens eines Äthylalkohol-Wassergemisehes mit 0, 4 Gewichtsprozent Alkohol entstehen, enthalten 4, 08 Gewichtsprozent Alkohol, also 10, 2mal mehr als die Flüssigkeit.
Bei 0, 8 Ge wichtsprozent Alkohol der Fl ssigkeit enthalten die aus derselben am Anfang gebilde- ten Dämpfe 7, 96 Gewichtsprozent Alkohol, das ist 9,95mal soviel als die Flüssigkeit. also in beiden FÏllen rund zehnmal soviel. niemals mehr, praktisch eher weniger.
Wenn nun in einem Verdampfapparat, welchem ununterbrochen im Laufe einer bestimmten Zeit 100 kg eines Alkohol-Wassergemisches mit 0, 8 kg (%) Alkohol zugeführt werden, 20 kg DÏmpfe in derselben Zeit gebildet werden, so dass gleichzeitig 8f kg einer Restflüssigkeit aus dem Verdampfer austreten, können die Dämpfe nicht 7. 96 Gewichts- prozent Alkohol enthalten, sondern nur 2, 857%. insgesamt 0,571 kg Alkohol, weil beim Alkoholgehalt der restlichen Flüssig- keit von 0, 2857 der nicht, kleiner als ein Zehntel des Alkoholgehaltes der Dämpfe sein kann. die Fl ssigkeit noch 80 X 0,2857% = 0,229 kg Alkohol enthalten mu¯. Die Dämpfe enthalten 71, 38% und die restliche Flüssigkeit 28.62% von der ursprünglichen Alkoholmenge von 0, 8 kg.
Bei einer ähnlich durchgeführten Ver dampfung von 20 kg aus 80 kg restlicher Flüssigkeit des vorstehenden Falles enthalten die gebildeten DÏmpfe 0.879 Gewichtsprozent. insgesamt 0,176 kg Alkohol. sind 22%, und die zweite restlielle Flüssigkeit von 60 kg 0, 0879 Gewichtsprozent, insgesamt 0, 053 kg Alkohol, sind 6, 63% der ursprünglichen Al- koholmenge. Werden in Ïhnlicher Weise aus den restlichen 60 kg Lösung weitere 20 kg verdampft, enthalten dieselben 0, 22 Gewichts- prozent, Insgesamt 0, 044 kg, das sind 5, 5% und die restlichen 40 kg Lösung 0. 022 Gewichtsprozent, insgesamt 0, 0088 kg, das sind 1, 1% von der urspr nglichen Alkoholmenge.
Angenommen, dass die drei als Beispiel angeführten Verdampfungen in den ersten drei Stufen einer vierstufigen Verdampf- station durchgeführt werden, dann enthält das Gemisch der gebildeten Dämpfe von 60 kg insgesamt 0, 7912 kg Alkohol, sind 98, 9 % der ursprünglichen Alkoholmenge.
Der Alkoholgehalt des Gemisches beträgt 1, 32 Gewichtsprozent. Die restliche Fl ssig keit enthält 0, 0088 kg Alkohol, sind 1, 1% der ursprunglichen Alkoholmenge. Diese letzten zwei Zahlen drücken den Alkoholverlust aus. I) ie Dest-illiervorriGhtung für die 60 kg Kondensate w rde selbstverstÏndlich billiger sein als jene für 100 kg Flüssigkeit.
Die Ergebnisse der vorstehenden Berechnungen werden in Wirklichkeit kaum erreicht, so daB der Alkoholverlust grösser als 1, 1% sein muss. Man konnte diesen verhält- nismϯig hohen Verlust durch Vermehrung der Stufenzahl und Verminderung der in jeder Stufe verdampften Flüssigkeitsmenge herabsetzen, müsste jedoch die bekannten Nachteile der grossen Stufenzahl in Kauf nehmen.
Diese Nachteile sind folgende. Bei der Vermehrung der Stufenzahl werden bei gleichen Spannungen und Temperaturen des Heizdampfes der ersten Stufe bezw. der Br kendo. mpfe der letzten Stufe die Druck-und Temperaturunterschiede bei den einzelnen Stufen kleiner, so dϯ die Heizflächen je verrlampfte Wassereinheit gr¯¯er gewählt werden müssen. Bei kleinerer Temperaturdifferenz ist das Kochen weniger intensiv und die Wärmeübergangszahl sinkt, die Verkrustung der Heizfläche wird jedoch beschleunigt, weshalb die Heizflächen auch aus diesem Grunde noch gr¯¯er gewählt @ werden müssen. Die Anlage wird verteuert und verkrustet schnel- ler, so da¯ die Heizflächen öfters gereinigt werden müssen.
Dämpfe aus dem ersten Teil 4, 21
Flüssigkeit aus dem ersten Teil 0, 421
DÏmpfe aus dem zweiten Teil 2, 1
Flüssigkeit aus dem zweiten Teil 0, 21
Das Gemisch der Dämpfe aus beiden Teilen der ersten Stufe enthÏlt 0, 6315 kg oder 3, 15 5 Gewichtsprozent Alkohol gegenüber fr her 2, 857 Gewichtsprozent.
Dämpfe aus dem ersten Teil 0, 992
Flüssigkeit aus dem ersten Teil 0, 099
DÏmpfe aus dem zweiten Teil 0, 433
Flüssigkeit aus dem zweiten Teil 0, 0433
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung von flüch tigen Stoffen aus einer Lösung bei gleich zeitiger Eindickung der Lösung durch Ver dampfung in einer mehrstufigen Verdampf- anlage, welches dadurch gekennzeichnet ist, daB die Lösung nacheinander durch die Ver dampfer jeder Stufe geleitet wird, wobei jede
Stufe mindestens der ersten Hälfte aller Stu fen der Verdampfanlage in mindestens zwei
Verdampfer unterteilt ist, und da¯ die in den
Verdämpfern jeder Stufe gebildeten und die flüchtigen Stoffe enthaltenden DÏmpfe ge trennt abgeleitet,
ausserhalb der Verdampfer gemischt und in der folgenden Stufe nieder geschlagen werden, worauf der gebildete Nie derechlag destilliert wird. Dadurch ist es möglich, dieselbe Wirkung zu erreichen, die sonst nur bei derVerdoppelung oderVermehr fachung der iiblichen Stufenzahl erzielt wer den kann. Die erhöhte Wirkung des beschrie benen Verfahrens kann durch folgende Bei spiele erläutert werden.
Wenn im ersten Teil der ersten Stufe von
100 kg des Athylalkohol-Wassergemisches von 0, 8% Alkoholgehalt nur 10 kg DÏmpfe gebildet werden und 90 kg Flüssigkeit in den zweiten Teil der ersten Stufe übertreten, in welchem ebenfalls nur 10 kg DÏmpfe ge bildet werden, so dass aus der ersten Stufe (zweitem Teil derselben) wieder 80 kg Flüs- sigkeit abfliessen, dann sind die Alkohol gehalte und Alkoholmengen folgende :
Gewichtsprozent und 0, 431 kg Alkohol ""0, 3790 kg" @ 0,2105 kg @ ""0, 1685 kg"
Werden in den zwei Teilen der zweiten
Stufe ebenfalls je 10 kg Flüssigkeit ver dampft, dann sind die Alkoholgehalte und Alkoholmengen in den betreffenden. Dämpfen und Flüssigkeiten folgende :
Gewichtsprozent und 0, 0992 kg Alkohol ""0, 0693 kg" ""0, 0433 kg" @ @ 0, 0260 kg" @
Das Gemisch der Dämpfe aus beiden Teilen der zweiten Stufe enthÏlt 0, 1425 kg oder 0, 712 Gewichtsprozent Alkohol gegenüber früher 0, 88 Gewichtsprozent.
Die 0. 0360 kg Alkohol in den restliehen Gn kg Flüssigkeit entspreehen nur 3, 25 % der ursprünglichen Alkoholmenge von 0, 8 kg, während bei nicht geteilten Stufen die aus der zweiten Stufe tretende Flüssigkeit 0, 053 kg bezw. 6.63 Ge wichtsprozent Alkohol enthielt. Wenn die beiden ersten Stufen der Verdampfanlage in je drei Teile geteilt werden, dann wird die Wirkung des Verfahrens noch grösser, und rlie gleiche Menge der restliehen Flüssigkeit von 60 kg wird beim Austritt aus dem dritten Teil der zweiten Stufe nur 0, 01785 kg bezw.
0. 0298 Gewichtsprozent Alkohol enthalten, so dass der Alkoholverlust nur 2, 23% der ursprünglichenMengebetragenwird. Das Kondensat der 40 kg Dämpfe wird 0. 78215 kg oder 1, 955 Gewichtsprozent Alkohol enthalten. Der Dampfverbrauch zur Destillation dieser kleinen Kondensatmenge ist selbstverständlich viel kleiner als jener für die urspriinglichen, 100 kg Flüssigkeit.
Bei allen vorstehenden Rechenbeispielen wurde vorausgesetzt, dass die aus den ein zelnen Teilen der Stufen austretenden DÏmpfe je hundert Teile zehnmal soviel Alkohol als die aus denselben Teilen aus- fliessenden Fl ssigkeiten enthalten und dass die Gehalte der in den Flüssigkeiten gelosten festen Stoffen ohne Einfluss auf den physikalischen Gleichgewichtszustand zwischen Dämpfen und Flüssigkeit sind.
Das Verfahren eignet sieh insbesondere zur Eindickung (Verdampfung) von grossen Mengen von Lösungen mit kleinem Gehalt von flüehtigen Stoffen, in welchen Fällen die einzelnen Stufen aus konstruktiven Gründen ohnehin in zwei oder drei Teile unterteilt werden.
Ausführungsbeispiele der Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens sind in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt und
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Verdampfer.
Fig. 3 ist eine Ansicht einer vierstufigen Verdampferanlage.
Der eine Stufe der Verdampfanlage bil- dende Kessel nach Fig. 1 und 9 ist unterhalb und oberhalb des Heizrohrraumes 15 durch Trennwände 14 in vier Unterabteilungen l, 2. 3 und 4 geteilt, von denen jede einen selbständigen Verdampfer bildet. Die Losung tritt durch das Rohr 5 in den Raum l unterhalb der Heizrohre, steigt durch die Heizrohre der Abteilung l in den Raum oberhalb derselben Heizrohre und gelangt durch das Fallrohr 6 in den Raum der Ab- teilung 2 nnterhalb der Heizrohre.
Auch hier steit die Lösung infolge Eichung durch die Heizrohre in den Raum oberhalb derselben und fallut durch das Fallrohr 7 in die Abtei lung 3 und weiter ahnlich durch das Fallrohr 8 in die Abteilung 4. Durch das Rohr 9 findet der Austritt der eingedickten Lösung aus dem Verdampfer statt. Die in den Heizrohren der vier Abteilungen gebildeten Dämpfe entweichen infolge Anordnung der Trennwände 14 4 ungemischt und mit ver sehiedeuen Anteilen der flüchtigen Stoffe dnrch die Düsen 10 in den Sammelraum 11. wo sie sich erst misehen können.
Das Ge misch der DÏmpfe tritt durch das Rohr 12 aus. Der Heizdampf tritt in den Verdampfer durch das Rohr 13 ein, und zwar in den nichet unterteilten Raum ausserhalb der Heiz- rohre.
Fig. 3 zeigt sehematiseh eine vierstufige Verdampfanlage, deren beide ersten Stufen in je zwei Verdampfer geteilt sind. Die erste Stufe besteht aus den Verdampfern a, b, die zweite aus den Verdampfern c. d, die dritte aus einem Verdampfer e und die vierte aus einem Verdampfer f. Die Lösung wird dem Verdampfer a durch Leitung g zugefiihrt und verlässt ihn durch die Leitung h, die sie weiter in den Verdampfer b f hrt. Ahnlich ge- langt die Lösung aus b dureh die Leitung i in c und durch j in d usw.
Die aus den Ver dampfern a und b austretenden und den flüchtigen Stoff enthaltenden Dämpfe werden erst im Rohr 1G gemischt, durch welches sie in die Verdampfer c und d gelangen. Ähnliche in diesen Verdampfern gebildeten Dämpfe mischen sich erst in der Leitung l, durch die sie in den Verdampfer e gelangen. Die in den Verdampfern c, d, e gebildeten Nieder- schlague von in a, b bezw. c, d gebildeten DÏmpfen, welche die flüchtigen Stoffe der Lösung enthalten, werden durch das Rohr m der nicht abgebildeten Destilliervorriehtung zugeführt.
Der aus dem Verdampfer f dureh I. eitung n austretende Dampfniederschlag enthäit so wenig von den flüehtigen Stoffen, dass es sich nicht lohnt, denselben zu destil lieren. ; tuch die aus dem Verdampfer e durch Leitung o austretende Lösung enthält kaum zu beachtende Mengen von flüchtigen Stoffen.